乳清粉中蛋白质测定实验的不确定度评估
2018-03-12俞秋虹陈达峰
◎ 俞秋虹，陈达峰，魏 峰
（无锡华检质量技术服务中心，江苏 无锡 214000）
乳清粉是乳制品企业利用牛奶生产干酪时所得的一种天然副产品，其中乳清蛋白含量一般为百分之十几，不超过30%。根据蛋白质分离程度可分为高、中、低3类蛋白乳清粉。低蛋白乳清粉，蛋白质含量为2.0%～4.0%，用于饲料配方中，提供高含量的乳糖，作为幼小动物的能量来源。高蛋白乳清粉，蛋白质含量为11.0%～14.5%，在乳品、冷冻食品、焙烤、休闲食品、糖果和其他食品中用作经济的乳固形物来源。基于此，笔者就乳清粉中蛋白质测定实验的不确定度展开研究。
1 实验部分
1.1 试剂与设备
试剂：硫酸铜，硫酸钾，硫酸，硼酸溶液，甲基红、溴甲酚绿混合指示剂，盐酸标准滴定溶液0.1 mol/L，氢氧化钠溶液（400 g/L）。
1.2 设备
梅特勒-托利多XS204电子天平（精度0.000 1 g），申玻牌A级酸碱通用滴定管（25±0.05）mL。
1.3 分析步骤
①称样：用电子天平称取1 g乳清粉样品，精确至0.1 mg。②消解：加入1∶15的硫酸铜与硫酸钾混合试剂6.4 g，硫酸20 mL，加热消解至完全。③蒸馏：将消解管装上凯氏定氮仪，加入氢氧化钠溶液，接收液为硼酸溶液。④滴定：用溴甲酚绿混合指示剂对蒸馏得到的溶液进行滴定。
1.4 结果计算
蛋白质含量的计算公式如下：
式（1）中：X为样品中蛋白质含量，g/100 g；V1为试样滴定体积，mL；V2为试剂空白滴定体积，mL；C为盐酸标准滴定溶液浓度，mol/L；m为样品质量，g；F为氮换算为蛋白质的系数，乳清粉为6.38。
2 不确定度来源
乳清粉中蛋白质测定的不确定度主要来自：重复试验带来的A类不确定度，蛋白质含量滴定过程中体积数带来的不确定度，盐酸标准溶液滴定过程中带来的不确定度，以及样品称样带来的不确定度。其中，通过重复实验整个乳清粉蛋白质含量测定过程来计算A类不确定度；通过对电子天平和滴定管的误差分析，对基准物质追溯，以及对试验环境温度的变化所带来影响的讨论，来计算此实验的不确定度[1-3]。
3 建立数学模型
式（2）中：X为试样中蛋白质含量；V为盐酸标准溶液的消耗体积；C为盐酸标准溶液浓度；m为试样质量。
4 不确定度分量的计算
4.1 重复试验的不确定度分析
对乳清粉重复测定9次，HCl标准溶液浓度为0.101 1 mol/L，见表1。
表1 乳清粉蛋白质测量结果表
由表1可知，乳清粉蛋白质测定的平均值为12.1 g/100 g，重复试验的不确定度计算如下[3]：
标准不确定度：
相对标准不确定度：
4.2 体积带来的不确定度分析
乳清粉中蛋白质含量测定实验中，用盐酸标准溶液进行滴定，其滴定体积读数带来的不确定度，用u（v）表示。体积带来的不确定度来自于重复性测量、滴定管的误差和温度对溶液体积的影响。
（1）本实验使用25 mL滴定管进行滴定实验，考虑此滴定管的重复性带来的不确定度，因此用蒸馏水代替溶液，充满此滴定管至刻度线，然后全部放空，称量其放出的蒸馏水质量，重复10次此操作，得到10个质量数据，算得其10个质量数据的平均值为24.93 g，R=0.018 1 g，C=2.97，则不确定度计算如下：
标准不确定度：
相对标准不确定度：
（2）根据滴定管的计量证书可知，此25 mL滴定管的误差为0.05 mL，设为均匀分布，k=，则：
（3）考虑实验室温度变化对滴定管中溶液体积也会造成影响，所以同样以蒸馏水代表溶液，水的膨胀系数为2.1×10-4，实验室温度变化范围为±3 ℃，滴定样品的平均体积为13.65 mL，设为均匀分布，k=，所以温度带来的不确定度为：
（4）滴定体积带来的不确定度计算。滴定样品溶液过程中的各分量汇总见表2。
表2 滴定样品溶液过程中各分量的相对标准不确定度表
由表2可知，滴定管带来的相对标准不确定度为：
4.3 盐酸标准溶液带来的不确定度分析
盐酸标准溶液标定过程中不确定度分量主要来自标准溶液标定的重复性和基准物质纯度两方面。
4.3.1 标定重复性带来的不确定度计算
对盐酸标准溶液进行重复标定7次，见表3。
表3 盐酸标准溶液标定记录表
由表3可知，盐酸标准溶液标定重复性的不确定度计算如下[4]：
标准不确定度：
相对标准不确定度：
4.3.2 基准物质带来的不确定度计算
基准物质无水碳酸钠所购买的证书给出的不确定度为0.000 6，其中K=2，P=95%，则相对标准不确定度 urel（Na2CO3）=0.000 6/2=3.0×10-2%。
4.3.3 盐酸标准溶液带来的不确定度计算
HCl标准溶液标定过程中不确定度分量的汇总见表4。
表4 HCI标准溶液标定过程中各分量的相对标准不确定度表
由表4可知，HCl标准溶液标定过程中不确定度为：
4.4 样品称量带来的不确定度分析
乳清粉中蛋白质含量测定实验中，首先要称取约1 g的样品，其样品称量带来的不确定度用u（m）表示。样品称量带来的不确定度主要来自于重复性称量和电子天平的误差。
（1）本实验称使用电子天平进行称量，根据此电子天平的计量证书，在0～50 g此电子天平的示值误差为3×10-4g，设为均匀分布，k=，则：
（2）考虑到电子天平称量的重复性带来的不确定度，用同一个砝码在天平上重复称量11次，记录11次称量所得质量，算得R=0.000 2 g，C=2.97，则：
（3）样品称量带来的不确定度计算。样品称量过程中带来的不确定度的各分量汇总见表5。
表5 样品称量中各分量不确定度表
由表5可知，样品称量带来的不确定度为：
标准不确定度：
相对标准不确定度：
5 蛋白质测定不确定度的合成及扩展
按公式对以上分量进行合成，得相对合成标准不确定度：
乳清粉蛋白质测定过程中各分量的相对标准不确定度，见表6。
表6 乳清粉蛋白质测定过程中各分量的相对标准不确定度表
6 结语
从整个试验过程看，重复试验的不确定度在试验中所占的比重较大，样品溶液滴定时的体积度数带来的不确定度其次，盐酸标准溶液和样品称量带来的不确定度最小。试样中蛋白质含量为（12.1±0.1）g/100 g。扩展不确定度是根据标准不确定度乘以包含因子k=2得出的，提供的置信概率约为95%。
[1]中华人民共和国卫生部.中华人民共和国国家标准 GB5009.5-2010食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定[S].北京：中国标准出版社，2010.
[2]国家质量监督检验检疫总局.国家计量技术规范JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].北京：中国标准出版社，2012.
[3]国家质量监督检验检疫总局.中华人民共和国国家标准 GB/T 27025-2008检测和校准实验室能力的通用要求[S].北京：中国标准出版社，2008.
[4]丁仕兵，岳春雷，曲晓霞.化学分析法测量结果不确定度的计算[J].分析测试技术与仪器，2005，11（3）：206-210.
