酸堿滴定法測定餅干中二氧化硫含量的不確定度評定

何金麟，王仍瑞，孫 婷

（廈門海關(guān)技術(shù)中心，福建廈門 361026）

二氧化硫在食品生產(chǎn)加工中作為添加劑有漂白[1]、護色[2]、防腐[3]和抗氧化[4]等功能，主要以亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀、亞硫酸氫鈉和低亞硫酸鈉[5]等亞硫酸鹽的形式添加到食品中或采用硫磺熏蒸的方式處理食品。餅干作為一種常見的焙烤類食品，里面含有的二氧化硫一般來自面粉中人為添加的亞硫酸鹽，主要作用是降低面粉筋度和防腐。二氧化硫接觸食品中的水分會發(fā)生較為活潑的反應(yīng)[6]，從而產(chǎn)生游離狀態(tài)的反應(yīng)物并在食品中大量存留，使其含量超出限量要求。在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，合理使用二氧化硫不會對人體健康造成危害，但過量殘留會對身體產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致多器官中毒、損傷[7-8]，以及哮喘等過敏反應(yīng)[9-10]。因此聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織聯(lián)合食品添加劑專家委員會（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）制定了每日允許攝入量（Allowable Daily Intake，ADI）為0～0.7 mg·（kg bw）-1[11]，《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）中明確規(guī)定了二氧化硫在餅干中的最大使用限量是0.1 g·kg-1。2023年7月13日，廣東省市場監(jiān)督管理局發(fā)布《廣東省市場監(jiān)督管理局關(guān)于19批次食品不合格情況的通告》（2023年第19期）[12]，通告廣東省某企業(yè)生產(chǎn)的蔬菜咸餅干中二氧化硫殘留量超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。8月6日，國家市場監(jiān)管總局發(fā)布《市場監(jiān)管總局關(guān)于2023年上半年市場監(jiān)管部門食品安全監(jiān)督抽檢情況的通告》〔2023年第16號〕[13]，在食品安全監(jiān)督抽檢中共抽檢31041批餅干，檢出不合格196批，不合格率0.63%。當(dāng)測定結(jié)果和限量值接近時，須進行不確定度的評估來確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。測量不確定度是評定測量結(jié)果可信度的重要指標(biāo)，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實意義[14]，測量不確定度越小，表明檢測結(jié)果越準(zhǔn)確可靠[15]。因此，餅干中二氧化硫含量的檢測及不確定度的評定對確保食品安全意義重大，尤其是檢測結(jié)果在限量值附近時。

目前有關(guān)于滴定法測定干百合和赤砂糖中二氧化硫不確定度的分析報道[16-17]，而利用自動蒸餾測定儀測定餅干中二氧化硫不確定度的研究還未見報道。本研究用二氧化硫自動蒸餾測定儀對餅干中二氧化硫殘留量進行檢測，依據(jù)《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）對檢測結(jié)果進行分析，更為全面地對測量結(jié)果不確定度來源進行分析。分析在測量步驟中每個不確定程度分量對檢測結(jié)果的影響，為二氧化硫殘留量的檢測提供有力的技術(shù)支撐，也為實驗室能夠科學(xué)評價檢測報告提供思路和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

餅干：采自農(nóng)貿(mào)市場，充分粉碎、混勻，裝入聚乙烯塑料袋備用。鹽酸、30%過氧化氫、無水乙醇（分析純，國藥集團）；甲基紅（分析純，上海麥克林公司）；氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（0.1002 mol·L-1，上海安譜公司）；高純氮氣（99.999%，林德氣體公司）。

GM200樣品粉碎機（美國萊馳公司）；ST109C食藥二氧化硫測定儀（濟南盛泰公司）；25 mL堿式滴定管（德國Witeg公司）；BSA822電子分析天平（d=0.01 mg，賽多利斯公司）；10 mL單標(biāo)線吸量管（A級）；100 mL容量瓶（A級）。

1.2 試驗方法

稱取試樣35 g（精確至0.01 g）于1000 mL圓底燒瓶中，加水500 mL后接入二氧化硫測定儀，打開回流冷凝開關(guān)。準(zhǔn)備50 mL過氧化氫溶液放入錐形瓶作為吸收液并加入3滴指示劑。開通氮氣，打開儀器開關(guān)，充氮3 min后，自動加酸10 mL，加熱燒瓶并保持微沸1.5 h。蒸餾完畢后滴定并記錄消耗體積，同時進行空白試驗。

2 不確定度來源分析

2.1 數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)檢測方法測定餅干中二氧化硫含量，建立數(shù)學(xué)模型：

式中：X為餅干中二氧化硫含量，mg·kg；V為餅干蒸餾吸收液消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；V0為空白蒸餾吸收液消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；c為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol·L-1；0.032為1 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)亩趸虻馁|(zhì)量，g·mmoL-1；m為餅干質(zhì)量，g。

2.2 不確定度來源

不確定度來源分析如圖1。該測定方法的不確定度來源于4個部分：餅干樣品測量的重復(fù)性（A類不確定度）、用于滴定的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（B類不確定度）、樣品滴定氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積（B類不確定度）和試樣稱量（B類不確定度）引入的不確定度。

圖1 不確定度來源分析圖

3 不確定度分量計算

3.1 測定重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(X—)

按照1.2的分析步驟對餅干樣品中的二氧化硫含量進行測定，結(jié)果見表1。

表1 餅干中二氧化硫含量的測定

進行8次的平行測定，根據(jù)貝塞爾公式[18]計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差S為

餅干樣品中二氧化硫含量測定重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C)

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C1)

查閱氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書：濃度為0.1002 mol·L-1，擴展不確定度為0.15%（k=2），則該相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C2)

（1）移取10 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C2-1)。①單標(biāo)線吸量管u(C2-1-V)。查閱10 mL單標(biāo)線吸量管校準(zhǔn)證書，容量允差為±0.006 mL。以吸量管在刻度的讀數(shù)偏差根據(jù)經(jīng)驗定為允差的1/10計算[19]，則該不確定度為

②溫度效應(yīng)u(C2-1-P)。實驗室溫度在（20±5）℃，氫氧化鈉溶液的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，以矩形分布k=計算，則該不確定度為

由單標(biāo)線吸量管體積測量和溫度效應(yīng)引入的不確定度互相獨立，則移取10 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度為

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（2）定容到100 mL引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C2-2)。①容量瓶urel(C2-2-V)。通過查閱校準(zhǔn)證書，100 mL玻璃容量瓶的容量允差為±0.01 mL。以吸量管在刻度的讀數(shù)偏差根據(jù)經(jīng)驗定為允差的1/10計算[19]，則該不確定度為=0.001 mL。②溫度效應(yīng)urel(C2-2-P)。實驗室溫度在（20±5）℃，氫氧化鈉溶液的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，以矩形分布k=計算，則該不確定度為

容量瓶體積測量和溫度效應(yīng)的不確定度互相獨立，則定容氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度為

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

因氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸取和定容兩個部分是相互獨立的，則標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

綜上所述，合成氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.3 滴定氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗體積引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V-V0)

實驗測定二氧化硫滴定過程中消耗氫氧化鈉的體積（V-V0）的不確定度包括樣品滴定體積V、空白滴定體積V0兩個部分，且相互獨立。其中V0的滴定體積為0 mL，可以忽略不計。V的不確定度來源主要包括實驗員滴定讀數(shù)誤差、堿式滴定管的容量允差、滴定時甲基紅指示劑的變色區(qū)間和滴定時的溫度效應(yīng)4個部分，且相互獨立。

3.3.1 讀數(shù)誤差引入的不確定度u(V1)

實驗員眼睛的分辨率在0.1 mm左右，滴定過程中的讀數(shù)誤差約為0.01 mL[20]，以矩形分布計算，則該不確定度為=0.00577 mL。

3.3.2 堿式滴定管的容量允差引入的不確定度u(V2)

查閱25 mL堿式滴定管校準(zhǔn)證書，其擴展不確定度U=0.01 mL（k=2），則該不確定度

3.3.3 指示劑變色區(qū)間引入的不確定度u(V3)

接近滴定終點時，采用半滴技術(shù)滴定，指示劑變色區(qū)間為半滴的體積0.025 mL[20]，以矩形分布k=計算，則該不確定度為=0.0144 mL 。

3.3.4 溫度效應(yīng)引入的不確定度u(V4)

實驗室溫度在（20±5）℃，氫氧化鈉溶液的膨脹系數(shù)取水的膨脹系數(shù)2.1×10-4℃-1，以矩形分布計算，實際滴定體積的平均值為19.64 mL，則該不確定度為

綜上所述，樣品滴定體積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

實際滴定體積的平均值為19.64 mL，則樣品滴定體積引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.4 試樣稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m)

用天平稱取樣品，其重復(fù)性已包含于重復(fù)性實驗中，獨立的不確定度分量來自天平的校準(zhǔn)。查閱分度值為0.01 g的電子天平校準(zhǔn)證書，其最大允許誤差為±0.05（稱量0≤m≤500 g），以矩形分布計算，由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

兩次稱量所得凈重（1次皮重、1次毛重）是相互獨立的，則稱取樣品引入不確定度為

實際稱樣的平均值為35.16 g，則試樣稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為。

3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(X)

經(jīng)綜合分析，酸堿滴定法測定餅干中二氧化硫含量的各個分量不確定度見表2。從表2可以看出不確定度貢獻最大的分量為測量重復(fù)性，達到45.8%，其次為試樣稱量，貢獻占比18.9%。合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

表2 樣品不確定度分量匯總表

3.6 擴展不確定度u(X )

取包含因子k=2（置信概率p=95%），則擴展不確定度評定為U(X)=u(X)×k=0.611×2=1.222≈1.2 mg·kg-1

則本次實驗測得餅干中二氧化硫的含量為

179.11±1.2 mg·kg-1(k=2，P=95%)

4 結(jié)論

本研究應(yīng)用酸堿滴定法對餅干中二氧化硫殘留量進行測定。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，對餅干中二氧化硫殘留量的不確定度各分量進行評定。結(jié)果表明，采用該方法測定結(jié)果的不確定度主要來源于樣品測量重復(fù)性、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度、樣品滴定體積和試樣稱量4個部分。各不確定度分量主次順序為測量重復(fù)性＞試樣稱量＞氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液＞滴定體積。因此，在酸堿滴定法測量餅干中二氧化硫殘留量實驗中為減小實驗誤差，應(yīng)重復(fù)多次實驗，通過增加實驗平行測定次數(shù)和人員比對來降低結(jié)果的不確定度。同時，在稱量過程中盡量選擇等級較高、誤差較小的電子天平，從而提高整個監(jiān)測分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、可信性。

此次試驗測得餅干中二氧化硫的含量為179.11 mg·kg-1，擴展不確定度為1.2 mg·kg-1，含量可表示為（179.11±1.2）mg·kg-1，k=2。根據(jù)數(shù)據(jù)可知，餅干樣品中二氧化硫殘留量超過國標(biāo)規(guī)定的限量要求。表明該食品在生產(chǎn)加工過程中存在亞硫酸鹽隨意濫加的現(xiàn)象。農(nóng)貿(mào)市場食品存在較大的食品安全隱患，建議消費者在大型商超購買食品。