全自動凱氏定氮儀測定蛋白飲料中蛋白質的不確定度分析

唐 靜，羅 玥，黃 萍，蔣麗娜

(四川省食品藥品檢驗檢測院，四川成都 610100)

蛋白質含量是食品營養成分的重要指標之一，其檢測質量直接影響對產品品質的評價。對測定結果不確定度的評定已成為通過中國實驗室國家認可委員會的必要條件之一。蛋白飲料是目前消費者喜愛的飲料，有些消費者甚至想通過飲用蛋白飲料來補充蛋白質，因此，對于蛋白飲料中蛋白質含量的不確定度分析是很有必要的，它有助于消費者對蛋白飲料的正確認識以及選購。有關蛋白質測定不確定度評定的研究報道較多[1-2]，目前也有一些用自動定氮儀測定蛋白質的不確定度評定的報道[3-5]，但是用全自動凱氏定氮儀測定蛋白飲料中蛋白質的不確定度分析鮮有報道。該研究依據JJF1059—1999《測量不確定度評價與表示》[6]建立了以核桃花生奶為試驗對象的不確定度評定方法，識別出測定過程中的關鍵環節，重點關注關鍵環節的質量控制，以期有效地提高檢測工作的質量，為消費者提供可靠的營養指標參數。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1樣品。試驗對象為核桃花生奶，為國家抽檢樣品。

1.1.2試劑。濃硫酸、硫酸鉀、硫酸銅、硼酸、氫氧化鈉、甲基紅、溴甲酚綠、95%乙醇，均為分析純。鹽酸標準溶液(0.1 mol/L)，根據GB/T 601—2016《化學試劑標準滴定溶液的制備》[7]配制、標定而成。

1.1.3儀器。8400型全自動凱氏定氮儀、消化爐均為丹麥FOSS公司所生產；電子分析天平；滴定管50 mL，A級。

1.2方法

1.2.1方法原理。檢測方法參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[8]。核桃花生奶與硫酸和催化劑一同加熱消化，使蛋白質分解的氨與硫酸結合成硫酸銨。然后加堿蒸餾使氨游離，用硼酸吸收后，再以鹽酸標準溶液滴定，根據鹽酸消耗量計算蛋白質含量。

1.2.2試樣處理。稱取10～20 g試樣，至于消化管中，加催化劑和16 mL濃硫酸，于8400型全自動凱氏定氮儀的消化爐中集中加熱，采取梯度緩慢升溫的方式。消化完全后，取下消化管，冷卻至室溫，按照儀器說明書進行蒸餾測定。根據所消耗的鹽酸標準溶液的體積，求出蛋白質含量。

1.2.3建立數學模型。蛋白質含量計算公式如下：

(1)

式中，X為試樣中蛋白質含量(%)；V1為試樣消耗鹽酸標準溶液的體積(mL)；V0為空白消耗鹽酸標準溶液的體積(mL)；C為鹽酸標準溶液濃度(mol/L)；m為試樣質量(g)；0.014 0為每毫摩爾質量氮的克數；F為氮換算成蛋白質的系數，此處蛋白飲料為6.25。

由于各分量相互獨立，得出X的相對合成標準不確定傳播率為

(2)

式中，ur(rep)為平行重復試驗的相對擴展標準不確定度。

2 結果與分析

2.1測定不確定度的來源及計算

2.1.1檢測過程重復性的不確定度。表1為測定花生核桃乳中蛋白質的8次平行試驗結果，測定覆蓋該方法的全過程，即稱量、消化、自動蒸餾和滴定。

表1 蛋白質測定結果

ur(rep)=0.004 49

2.1.2全自動凱氏定氮儀自動滴定引入的不確定度。根據全自動凱氏定氮儀檢定證書提供，儀器擴展不確定度U儀器=1.4%,k=2，ur(儀器)=u儀器/kc=0.005 38。

2.1.3樣品稱量所用的電子天平示值引入的不確定度。經查天平校準證書，稱量樣品的電子天平最大允許誤差為±0.5 mg，重復性誤差為1.5 mg，四角誤差為±1.0 mg，按正態分布考慮，k=3，稱樣量的平均值為10.902 0 g，則合成標準不確定度為u(m)=0.726 5 mg，ur(m)=u(m)/m=0.000 066 6。

2.1.5鹽酸標準溶液濃度的不確定度。根據GB/T 601—2016進行鹽酸標準溶液的配制及標定，其數學模型為

式中,CHCl為鹽酸標準溶液濃度(mol/L);PNa2CO3為無水碳酸鈉的純度(%)；VHCl為滴定消耗的鹽酸體積(mL)；MNa2CO3為無水碳酸鈉的摩爾質量(g/mol)。

不確定度傳播率為

ur(X)=

式中，rep為平行重復標定的總重復性因子。

2.1.5.1標定重復性引入的不確定度。表2為8次重復標定的結果，按A類評定。

ur(rep)=0.000 400

表2 鹽酸標定結果

2.1.5.2無水碳酸鈉基準物質純度引入的不確定度。供應商給出無水碳酸鈉基準物質純度P=99.98%，不確定度優于0.05%，按B類評定正態分布，不確定度為u(PNa2CO3)=0.011 5%，ur(PNa2CO3)=u(PNa2CO3)/P=0.000 115。

2.1.5.3稱量無水碳酸鈉引入的不確定度ur(mNa2CO3)。經查電子天平的校準證書，該天平最大允許誤差為±0.5 mg，重復性誤差為1.5 mg，四角誤差為±1.0 mg，按正態分布考慮，k=3，稱樣量的平均值為0.201 32 g，則合成標準不確定度為u(mNa2CO3)=0.623 6 mg，ur(mNa2CO3)=u(mNa2CO3)/mNa2CO3=0.003 10。

2.1.5.4無水碳酸鈉摩爾質量M數值引入的不確定度。從最新的IUPAC原子量表，查得無水碳酸鈉各組成元素的原子量及其不確定度見表3。

表3無水碳酸鈉各組成元素的原子量及其不確定度

Table3Theatomicweightanduncertaintyofeachcomponentofanhydroussodiumcarbonate

組成元素Element原子量Atomicweightg/mol不確定度Uncertainty標準不確定度Standarduncertaintyg/molNa22．9898±0．00010．000060C12．0107±0．00080．000460O15．9994±0．00030．000170

u(MNa2CO3)=0.000 670 mg

MNa2CO3=105.988 5 g/mol

ur(MNa2CO3)=u(MNa2CO3)/MNa2CO3=0.000 006 30

2.1.5.5滴定基準物質消耗鹽酸標準溶液體積引入的不確定度。

(3)2種分量合成。u(VHCl)=0.030 0 mL，ur(VHCl)=0.000 828 mL。

2.1.5.6鹽酸標準溶液濃度合成標準不確定度。ur(CHCl)=0.003 24。

2.2合成不確定度分量的計算及分析由上述可得到計算蛋白質含量不確定度的有關量值。

根據公式(2)得到X的相對合成標準不確定度為ur(X)=0.008 03，u(X)=0.010 4%。

對各影響蛋白質含量的測定因素的分量進行分析，從表4可以看出，儀器自動滴定的體積對測定結果影響最大，占分量總和的34.94%，是影響測定結果不確定度來源的主要分量。其次是重復性試驗、鹽酸標準溶液的濃度以及數字修約的影響，樣品稱量所引入的不確定度是最弱小的，可以忽略不計。

表4 合成標準不確定度分量的分析

2.3擴展不確定度取包含因子k=2(置信概率95%)，則U=2×u(X)=0.020 8%，蛋白質含量為(1.30±0.03)%。

3 結論與討論

(1)影響樣品測定結果的不確定度分量很多，此次采用全自動凱氏定氮儀測定核桃花生奶中蛋白質含量，其測量不確定度主要來源于儀器自動滴定體積的不確定度，其次是檢測過程重復性試驗的不確定度，即隨機效應導致的不確定度、鹽酸標準溶液濃度的不確定度以及數字修約引入的不確定度。因此，儀器的先進性成為減小合成不確定度的主要因素。

(2)從檢測過程重復性的不確定度即隨機效應導致的不確定度部分可以看出：重復性產生的不確定度主要來源于樣品的稱量、消化及自動蒸餾、滴定全過程的重復性試驗，綜合上述的各分量所占比重，得出為減少重復性檢測所產生的不確定度，需要特別注意樣品消化、自動蒸餾、滴定的過程。

(3)從鹽酸標準溶液濃度的不確定度可以看出：主要來源于鹽酸標定過程中滴定體積引入的不確定度，因此要特別注意在滴定過程中，準確判定終點，以減少因此產生的不確定度。

[1] 黃奕娜，侯曉東，張樹潮，等.乳粉中蛋白質含量測定結果的不確定度評定[J].食品研究與開發,2008,29(10)：98-100.

[2] 姜誠，沙祎煒.嬰幼兒奶粉中蛋白質測定的不確定度的評定[J].乳業科學與技術,2008(3)：123-125.

[3] 程樹維，顧金玲，逄晶.自動凱氏定氮儀測定大豆中蛋白質含量的不確定度評定[J].食品科技,2007(5):231-233.

[4] 潘葳，宋永康，黃星.自動凱氏定氮儀測定靈芝中蛋白質的不確定度評定[J].現代科學儀器,2009(2)：92-95.

[5] 徐志飛，李芳.凱氏定氮法測定蛋白粉中蛋白質含量的不確定度分析[J].中國衛生工程學,2015,14(4):361-362，365.

[6] 國家質量技術監督局.測量不確定度評定與表示：JJF 1059—1999[S].北京：中國計量出版社,1999:7-10.

[7] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.化學試劑 標準滴定溶液的制備：GB/T 601—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[8] 中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會,國家食品藥品監督管理總局.食品中蛋白質的測定：GB 5009.5—2016[S].北京：中國標準出版社，2017.