大豆水分含量測量的不確定度評定

楊永隆　梁靜

摘 要：通過105℃直接干燥法對大豆進行水分含量的測定，并建立相應的數學模型，分析不確定度來源，依照不確定度分類，對不確定度分量、合成標準不確定度和擴展不確定進行計算和評定，最后得到大豆水分的擴展不確定度。本實驗結果表明：大豆水分含量測定時恒重是減少誤差的關鍵步驟。

關鍵詞：大豆;水分含量;不確定度

大豆是全球食物原料的重要組成部分，可以加工制成豆腐、豆乳、豆粉等豆制成品，并且從大豆中提取食用油后所剩副產品豆粕，更是商品豬和家禽飼料的來源，因此大豆價格上漲會向下游產品肉類、油脂價格傳遞，影響國內養殖、糧食及油脂生產等生產成本的提高，其中大豆價格差異與其質量品質相關。大豆中的水分含量會關系到其品質好壞，最終影響大豆質量，并直接影響其收儲、運輸、加工等，因此需對水分進行科學準確的檢測。本文依據GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[1]的直接干燥法和JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[2]的技術規范要求，評定大豆水分含量測定結果的不確定度。

1 大豆水分含量的測量方法和測量的數學模型

1.1 檢測設備

稱量瓶（鋁制帶蓋）：內徑4.5 cm、高2.0 cm;干燥器（內含有效干燥劑）;精密烘箱：型號美國賽默飛世爾OMS100;萬分之一天平：型號瑞士梅特勒-托利多AB204-S/A。

1.2 測定步驟

將潔凈稱量瓶放置（103±2）℃精密烘箱內烘1 h，取出置于干燥器中冷卻至室溫，取出稱量。再重復干燥直至恒重（即兩次稱量之差小于2 mg）;平均分取樣品約30 g，去除樣品中的礦物質和雜質，粉碎，細度小于2 mm，混勻;稱取3 g試樣，放入稱量瓶中，平鋪開，厚度不超過0.5 cm;置于（103±2）℃精密烘箱內，蓋子斜支盒邊，烘3 h后，蓋好取出，放入干燥器冷卻至室溫稱量，然后再放入（103±2）℃精密烘箱內烘1 h左右，取出，放入干燥器冷卻至室溫后，再稱量直至恒重[3]。

1.3 數學模型

水分含量（X）按式（1）計算。

（1）

式（1）中：X—樣品中水分的含量，單位為克每百克（g/100 g）;m1—稱量瓶和試樣的質量，單位為克（g）;m2—稱量瓶和試樣烘后的質量，單位為克（g）;m3—稱量瓶的質量，單位為克（g）。

1.4 測定結果

測定結果見表1。

2 不確定度評定

2.1 不確定度來源分析

溫度、濕度等實驗環境均滿足標準規定，因此可忽略該不確定度來源，從測量程序可得，大豆水分測量過程中引入不確定度的分量如圖1所示[3]。

2.2 重復性測定引入的標準不確定度

A類標準不確定體現在重復性中，來源包含樣品均勻性、測定時的隨機效應和稱量變動性等。按照A類評定方法，重復性引入的不確定度us（A），可由獨立重復觀測得到一系列被測量值，帶入貝塞爾公式進行評定。

因此，在相同測量程序和條件下，A類標準不確定度的評定可用統計學的分析方法，按式（2）進行評定。

（2）

式（2）中：Sx——實驗標準偏差;n—重復實驗次數。

因此重復測量引入的標準不確定度為：

2.3 B類標準不確定度

B類標準不確定度來源于天平校準（分辨率和最大允許誤差MPE引入的不確定度）和恒重（稱量干燥前后的稱量瓶質量和干燥后試樣的質量引入的不確定度）這兩方面，需使用非統計分析的方法進行相關評定。

2.3.1 天平稱量引入的標準不確定度ucl（m）

天平分辨率引入的標準不確定度，因實驗用的電子天平的參數d=0.1 mg;e=1 mg;MAX=220 g，由矩形分布，可得分辨率引起的標準不確定度Ud（m）為：

天平最大允許誤差（MPE）引入的標準不確定度：根據天平檢定報告，實驗用的天平準度等級為Ⅰ級，且當0

因此電子天平稱量存在的合成不確定度為：

2.3.2 恒重判斷行為存在的標準不確定度uh（m）

測定程序中稱量瓶和試樣烘及恒重的標準。（103±2）℃精密烘箱復烘1 h，冷卻至室溫再稱量，直至2次稱量差小于2 mg。

假設該判斷方法帶來的誤差服從矩形分布，則恒重引入的標準不確定度：

2.3.3 稱量瓶質量m3引入的標準不確定度u（m3）

稱量瓶質量m3主要受天平稱量誤差和恒重這兩方面的影響，稱量中的變動性已納入重復性考慮，又因天平校準和恒重是獨立的兩個分量，因此稱量瓶質量m3的合成不確定度為：

2.3.4 稱量瓶和試樣的質量m2引入的標準不確定度u（m2）

因將稱量中的變動性納入重復性，且質量m2不受恒重的影響，所以只考慮天平使用引入的標準不確定度，因此稱量瓶和試樣的質量m2引入的標準不確定度為：

u（m2）=ucl（m）=0.00013 g

2.3.5 稱量瓶和試樣干燥后的質量m1引入的標準不確定度u（m1）

與稱量瓶質量m3相似，質量m1主要考慮受天平稱量誤差和恒重方法的誤差的影響，因此稱量瓶和試樣干燥后的質量m1引入的標準不確定度為：

2.4 水分合成標準不確定度的計算

在計算公式中各分量不相關，設a=m1-m3，b=m1-m2，則式（1）中數學模型改寫為

又m1、m2、m3是獨立測量所得，所以

因此其合成標準不確定度為：

2.5 大豆水分測定的合成標準不確定度uls（X）

本次測定評定中A類標準不確定度）和B類標準不確定度）是相互獨立互不相關的，水分測定結果的合成標準不確定度是兩者一起貢獻的結果，因此大豆水分的合成標準不確定度為：

3 擴展不確定度U和大豆水分測量不確定報告結果

取包含因子k=2，且P=95%的測量可能值置信概率下，大豆水分的擴展不確定度為：

u=2×u1s=2×0.000 431

=0.000 862

所以，本文大豆樣品水分含量最終結果可以表示為：

X=（10.2±0.1）%，k=2，P=95%。

4 結論

從大豆水分含量的測定程序不難看出，在人員、溫濕度和方法基本不變的條件下，影響大豆水分測定結果變化的主要因素為恒重引入的不確定分量（稱量瓶的質量、稱量瓶和試樣烘后的質量），即大豆水分含量測定時恒重是減少誤差的關鍵步驟，因此，在試驗過程中，嚴格執行烘至恒重的要求能有效降低B類不確定度，從而降低最終結果的擴展不確定度。

參考文獻

[1]GB 5009.3-2016 食品安全國家標準食品中水分的測定[S].北京：中國標準出版社，2016.

[2]JJF 1059.1-2012 測量不確定度評定與表示[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[3]黃永東，李博，李洪程.大米水分測量結果不確定度的評定[J].糧食儲藏，2008，37（1）：40-42，46.