食品添加劑明膠中二氧化硫含量測定的不確定度評定

趙甲慧，譚亞軍

（天津市食品安全檢測技術研究院，天津300308）

明膠是動物皮、骨、筋、腱等中的膠原質適度降解所制得的食品添加劑[1]，是一種高分子多肽聚合物[2]，沒有抗原性，在體內可以被完全吸收[3]，含有多種氨基酸和大量的膠原蛋白，營養價值較高、透明性好[4]，具有良好的生物相容性及生物可降解性[5]。同時還具有優良的膠體保護性、黏稠性、成膜性、表面活性、懸乳性、穩定性和水易溶性等，因此，常作為添加劑廣泛地用于食品工業中，在食品添加劑中具有不可替代的地位[6]。按照我國GB 2760-2011《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》規定，明膠主要作為增稠劑使用，使用量為按照生產需要適量使用[7-8]。

二氧化硫是一種較強的還原性物質，在明膠中含量太高時，明膠作為一種食品添加劑，在食品加工生產和貯存過程中會發生化學變化，影響食品的口感和質量。隨著明膠日益廣泛地應用，對明膠中二氧化硫的含量提出了越來越嚴格的要求，這樣就要求明膠生產廠家在明膠的半成品生產和明膠成品的配膠過程中，對二氧化硫的含量加以嚴格的控制[9]。明膠中二氧化硫含量的測定方法，國家標準GB 6783-2013《食品安全國家標準食品添加劑明膠》以及其他一些標準中均是采用“氧化一中和法”[9-10]。

測量結果的可靠性，很大程度上取決于其不確定度的大小。正確評定測量結果不確定度，是保證量值一致和質量保證的重要環節，一個完整測量結果除了有測量示值，還要有相對應的測量不確定。所以如何正確評定測量結果的不確定度是測量人員的責任之一[11]。JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的發布和實施，進一步完善了其評定與表示方法[12]。JJF 1059.1-2012中不確定度定義為：根據所用到的信息，表征賦予被測量值分散性的非負參數，測量不確定度就是說明被測量值分散性的參數，即每次測得的結果不是同一值，它不說明測量結果是否接近真值，而是以一定的概率分散在某個區域內的許多個值，簡單地說即該值以多大概率落在某個區間內。測量不確定度越大，表示測量能力越差；反之，表示測量能力越強[13-14]。

本文按照GB 6783-2013《食品安全國家標準食品添加劑明膠》中規定的明膠中二氧化硫含量的測定方法，依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》，對明膠中二氧化硫測定的不確定度進行評價，確定測量結果的可信程度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料

ME204電子天平：梅特勒-托利多；二氧化硫測定裝置、酸式滴定管、容量瓶、移液管：天津市天科玻璃儀器制造有限公司。

1.1.2 試驗儀器

基準鄰苯二甲酸氫鉀（含量KHC8H4O4：99.95%～100.05%）、過氧化氫溶液、溴酚藍乙醇、鹽酸溶液（分析純）：天津市歐博凱化工產品銷售有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 原理

將明膠中的亞硫酸鹽轉變成硫酸，用堿滴定，通過所消耗的堿量計算出二氧化硫含量[15]。

1.2.2 方法

在燒瓶A中加入150 mL水，并在整個系統中通入二氧化碳氣體，持續15 min，流速為100mL/min。在3%過氧化氫溶液10 mL中加入1 g/L溴酚藍乙醇溶液（將溴酚藍溶于體積分數20%的乙醇中）0.15 mL，用0.01 mol/L氫氧化鈉標準溶液滴定直至出現藍紫色，不能滴過，并將此溶液加入到試管D中。在不影響二氧化碳氣流的情況下取下分液漏斗B，往燒瓶中加入試樣50.0 g和水100 mL，通過分液漏斗，往燒瓶中加入2 mol/L鹽酸溶液80 mL，煮沸1 h。打開分液漏斗活塞，停止通入二氧化碳氣體，并停止加熱和冷凝水。在試管中加入少量水，并將試管內溶液移至200 mL的廣口錐形瓶中，然后將其在60℃～70℃水浴中加熱15min，冷卻。加入1g/L溴酚藍乙醇溶液0.1mL，然后用0.01mol/L氫氧化鈉標準溶液滴定，直至顏色由黃色變為藍紫色。進行空白滴定。二氧化硫測定裝置見圖1。

圖1 二氧化硫測定裝置Fig.1 Sulfur dioxide measuring device

1.2.3 建立數學模型

式中：x為試樣中二氧化硫含量的質量分數，%；V2為試樣消耗氫氧化鈉標準滴定溶液體積，mL；V1為試劑空白消耗氫氧化鈉標準滴定溶液體積，mL；C為氫氧化鈉標準滴定溶液濃度，mol/L；m為試樣的質量，g；64.060為二氧化硫的摩爾質量，g/moL；1 000為換算系數；0.5為換算系數。

1.2.4 不確定度的來源

1）明膠中二氧化硫含量重復性測量所引入的標準不確定度Ur1；

2）稱取的樣品質量m所引入的不確定度Ur2；

3）消耗氫氧化鈉標準滴定溶液體積所引入的標準不確定度Ur3；

4）氫氧化鈉標準滴定溶液濃度所引入的標準不確定度Ur4；

5）其他相關常數[16]。

2 結果與分析

2.1 Ur1的計算

為獲得重復性測量的不確定度，取一個樣品進行獨立重復測量10次。測量結果見表1。

表1 重復性測量的不確定度測量結果Table 1 Uncertainty measurement results of repetitive measurement

2.2 Ur2的計算

電子天平檢定證書上給出：載荷點最大誤差為0.1 mg，按矩形分布，則試樣稱量允差影響的分量：；試樣為 25.0 g，則。

2.3 Ur3的計算

2.3.1 滴定體積的不確定度

滴定使用3 mL酸式滴定管（A級），允差值為±0.01 mL，按矩形分布。

滴定管在20℃時校準，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數在20℃時為2.1×10-4，近似于矩形分布：（滴定消耗氫氧化鈉2.10 mL）。

終點時的誤差±0.01 mL，兩點分布，現由終點分布判斷引入的標準不確定度為0.01mL。

合成得到的標準不確定度為：

2.3.2 稀釋過程的不確定度

2.3.2.1 移液管

校準：20mL移液管制造商提供的數值（±0.03mL），近似三角形分布：

溫度：移液管在20℃時校準，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數在20℃時為2.1×10-4，近似于矩形分布：

合成得到的標準不確定度為：

2.3.2.2 容量瓶

校準：100mL容量瓶制造商提供的數值（±0.10mL），近似三角形分布：

溫度：容量瓶在20℃時校準，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數在20℃時為2.1×10-4，近似于矩形分布：

合成得到的標準不確定度為：

2.4 Ur4的計算

氫氧化鈉標準溶液的標定引起的不確定度分析[19]。

2.4.1 測量不確定度來源分析

從檢測過程和數學模型分析，標定氫氧化鈉標準溶液的不確定度主要來源[20]，由4個方面所引起：測量的重復性；基準鄰苯二甲酸氫鉀的純度；測量使用的電子分析天平及量具；其他相關常數[21]。

2.4.2 測量的重復性

為獲得標準溶液重復測量的不確定度分量，對同一標準溶液進行10次獨立的標定。測定數據見表2。

表2 氫氧化鈉標準滴定溶液的標定結果Table 2 Calibration results of sodium hydroxide standard titration solution

2.4.3 基準鄰苯二甲酸氫鉀的不確定度

供應商已提供：0.02%。

2.4.4 天平稱量所引入的標準不確定度

電子天平檢定證書上給出：載荷點最大誤差為0.1mg，按矩形分布，則；由于基準鄰苯二甲酸氫鉀為0.36 g，則。

2.4.5 標定體積的不確定度

2.4.5.1 滴定管

滴定消耗氫氧化鈉34.35 mL。

滴定管的校準：滴定使用50mL酸式滴定管（A級），允差值為±0.05 mL，按矩形分布。

環境溫度：滴定管在20℃時校準，溫度變化范圍為±5℃，水的膨脹系數在20℃時為2.1×10-4，近似于矩形分布：

滴定終點的判斷：終點時的誤差±0.05 mL（1滴的體積），兩點分布，現由終點分布判斷引入的標準不確定度為0.03 mL。

合成得到的標準不確定度為：

2.4.5.2 容量瓶

容量瓶的校準：1 000 mL容量瓶制造商提供的數值（±0.40 mL），近似三角形分布：

環境溫度：容量瓶在20℃時校準，溫度變化范圍為±5℃，近似于矩形分布。

合成得到的標準不確定度為：

2.4.5.3 移液管

移液管的校準：5 mL移液管制造商提供的數值（±0.015 mL），近似三角形分布：

環境溫度：移液管在20℃校準，溫度變化范圍為±5℃，近似于矩形分布。

合成得到的標準不確定度為：

所以得到：

2.4.5.4 標定氫氧化鈉的合成標準不確定度

2.5 其它常數

引起的標準不確定度很小，可以忽略[22]。

2.6 合成不確定度

所以得到：

2.7 擴展不確定度的分析

取 K=2（置信概率 95%）[23]，則

U=2×U（C）=0.22 mg/kg

3 結論

按照GB 6783-2013《食品安全國家標準食品添加劑明膠》規定的檢測程序進行，最后測量出明膠中二氧化硫含量為：（10.84±0.22）mg/kg。從上述的分析過程可知，測量結果的不確定度主要來源3個方面：滴定體積引起不確定度、重復性測定引起的不確定度、氫氧化鈉標準溶液的標定引起的不確定度。因此，在以后的工作中，規范滴定管的使用，控制好測量的重復性和標準溶液的標定過程，從而降低檢測結果的不確定度[24]。