食品添加剂明胶中二氧化硫含量测定的不确定度评定
2020-10-18赵甲慧谭亚军
赵甲慧，谭亚军
（天津市食品安全检测技术研究院，天津300308）
明胶是动物皮、骨、筋、腱等中的胶原质适度降解所制得的食品添加剂[1]，是一种高分子多肽聚合物[2]，没有抗原性，在体内可以被完全吸收[3]，含有多种氨基酸和大量的胶原蛋白，营养价值较高、透明性好[4]，具有良好的生物相容性及生物可降解性[5]。同时还具有优良的胶体保护性、黏稠性、成膜性、表面活性、悬乳性、稳定性和水易溶性等，因此，常作为添加剂广泛地用于食品工业中，在食品添加剂中具有不可替代的地位[6]。按照我国GB 2760-2011《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》规定，明胶主要作为增稠剂使用，使用量为按照生产需要适量使用[7-8]。
二氧化硫是一种较强的还原性物质，在明胶中含量太高时，明胶作为一种食品添加剂，在食品加工生产和贮存过程中会发生化学变化，影响食品的口感和质量。随着明胶日益广泛地应用，对明胶中二氧化硫的含量提出了越来越严格的要求，这样就要求明胶生产厂家在明胶的半成品生产和明胶成品的配胶过程中，对二氧化硫的含量加以严格的控制[9]。明胶中二氧化硫含量的测定方法，国家标准GB 6783-2013《食品安全国家标准食品添加剂明胶》以及其他一些标准中均是采用“氧化一中和法”[9-10]。
测量结果的可靠性，很大程度上取决于其不确定度的大小。正确评定测量结果不确定度，是保证量值一致和质量保证的重要环节，一个完整测量结果除了有测量示值，还要有相对应的测量不确定。所以如何正确评定测量结果的不确定度是测量人员的责任之一[11]。JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的发布和实施，进一步完善了其评定与表示方法[12]。JJF 1059.1-2012中不确定度定义为：根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数，测量不确定度就是说明被测量值分散性的参数，即每次测得的结果不是同一值，它不说明测量结果是否接近真值，而是以一定的概率分散在某个区域内的许多个值，简单地说即该值以多大概率落在某个区间内。测量不确定度越大，表示测量能力越差；反之，表示测量能力越强[13-14]。
本文按照GB 6783-2013《食品安全国家标准食品添加剂明胶》中规定的明胶中二氧化硫含量的测定方法，依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，对明胶中二氧化硫测定的不确定度进行评价，确定测量结果的可信程度。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 试验材料
ME204电子天平：梅特勒-托利多；二氧化硫测定装置、酸式滴定管、容量瓶、移液管：天津市天科玻璃仪器制造有限公司。
1.1.2 试验仪器
基准邻苯二甲酸氢钾（含量KHC8H4O4：99.95%～100.05%）、过氧化氢溶液、溴酚蓝乙醇、盐酸溶液（分析纯）：天津市欧博凯化工产品销售有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 原理
将明胶中的亚硫酸盐转变成硫酸，用碱滴定，通过所消耗的碱量计算出二氧化硫含量[15]。
1.2.2 方法
在烧瓶A中加入150 mL水，并在整个系统中通入二氧化碳气体，持续15 min，流速为100mL/min。在3%过氧化氢溶液10 mL中加入1 g/L溴酚蓝乙醇溶液（将溴酚蓝溶于体积分数20%的乙醇中）0.15 mL，用0.01 mol/L氢氧化钠标准溶液滴定直至出现蓝紫色，不能滴过，并将此溶液加入到试管D中。在不影响二氧化碳气流的情况下取下分液漏斗B，往烧瓶中加入试样50.0 g和水100 mL，通过分液漏斗，往烧瓶中加入2 mol/L盐酸溶液80 mL，煮沸1 h。打开分液漏斗活塞，停止通入二氧化碳气体，并停止加热和冷凝水。在试管中加入少量水，并将试管内溶液移至200 mL的广口锥形瓶中，然后将其在60℃～70℃水浴中加热15min，冷却。加入1g/L溴酚蓝乙醇溶液0.1mL，然后用0.01mol/L氢氧化钠标准溶液滴定，直至颜色由黄色变为蓝紫色。进行空白滴定。二氧化硫测定装置见图1。
图1 二氧化硫测定装置Fig.1 Sulfur dioxide measuring device
1.2.3 建立数学模型
式中：x为试样中二氧化硫含量的质量分数，%；V2为试样消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积，mL；V1为试剂空白消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积，mL；C为氢氧化钠标准滴定溶液浓度，mol/L；m为试样的质量，g；64.060为二氧化硫的摩尔质量，g/moL；1 000为换算系数；0.5为换算系数。
1.2.4 不确定度的来源
1）明胶中二氧化硫含量重复性测量所引入的标准不确定度Ur1；
2）称取的样品质量m所引入的不确定度Ur2；
3）消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积所引入的标准不确定度Ur3；
4）氢氧化钠标准滴定溶液浓度所引入的标准不确定度Ur4；
5）其他相关常数[16]。
2 结果与分析
2.1 Ur1的计算
为获得重复性测量的不确定度，取一个样品进行独立重复测量10次。测量结果见表1。
表1 重复性测量的不确定度测量结果Table 1 Uncertainty measurement results of repetitive measurement
2.2 Ur2的计算
电子天平检定证书上给出：载荷点最大误差为0.1 mg，按矩形分布，则试样称量允差影响的分量：；试样为 25.0 g，则。
2.3 Ur3的计算
2.3.1 滴定体积的不确定度
滴定使用3 mL酸式滴定管（A级），允差值为±0.01 mL，按矩形分布。
滴定管在20℃时校准，温度变化范围为±5℃，水的膨胀系数在20℃时为2.1×10-4，近似于矩形分布：（滴定消耗氢氧化钠2.10 mL）。
终点时的误差±0.01 mL，两点分布，现由终点分布判断引入的标准不确定度为0.01mL。
合成得到的标准不确定度为：
2.3.2 稀释过程的不确定度
2.3.2.1 移液管
校准：20mL移液管制造商提供的数值（±0.03mL），近似三角形分布：
温度：移液管在20℃时校准，温度变化范围为±5℃，水的膨胀系数在20℃时为2.1×10-4，近似于矩形分布：
合成得到的标准不确定度为：
2.3.2.2 容量瓶
校准：100mL容量瓶制造商提供的数值（±0.10mL），近似三角形分布：
温度：容量瓶在20℃时校准，温度变化范围为±5℃，水的膨胀系数在20℃时为2.1×10-4，近似于矩形分布：
合成得到的标准不确定度为：
2.4 Ur4的计算
氢氧化钠标准溶液的标定引起的不确定度分析[19]。
2.4.1 测量不确定度来源分析
从检测过程和数学模型分析，标定氢氧化钠标准溶液的不确定度主要来源[20]，由4个方面所引起：测量的重复性；基准邻苯二甲酸氢钾的纯度；测量使用的电子分析天平及量具；其他相关常数[21]。
2.4.2 测量的重复性
为获得标准溶液重复测量的不确定度分量，对同一标准溶液进行10次独立的标定。测定数据见表2。
表2 氢氧化钠标准滴定溶液的标定结果Table 2 Calibration results of sodium hydroxide standard titration solution
2.4.3 基准邻苯二甲酸氢钾的不确定度
供应商已提供：0.02%。
2.4.4 天平称量所引入的标准不确定度
电子天平检定证书上给出：载荷点最大误差为0.1mg，按矩形分布，则；由于基准邻苯二甲酸氢钾为0.36 g，则。
2.4.5 标定体积的不确定度
2.4.5.1 滴定管
滴定消耗氢氧化钠34.35 mL。
滴定管的校准：滴定使用50mL酸式滴定管（A级），允差值为±0.05 mL，按矩形分布。
环境温度：滴定管在20℃时校准，温度变化范围为±5℃，水的膨胀系数在20℃时为2.1×10-4，近似于矩形分布：
滴定终点的判断：终点时的误差±0.05 mL（1滴的体积），两点分布，现由终点分布判断引入的标准不确定度为0.03 mL。
合成得到的标准不确定度为：
2.4.5.2 容量瓶
容量瓶的校准：1 000 mL容量瓶制造商提供的数值（±0.40 mL），近似三角形分布：
环境温度：容量瓶在20℃时校准，温度变化范围为±5℃，近似于矩形分布。
合成得到的标准不确定度为：
2.4.5.3 移液管
移液管的校准：5 mL移液管制造商提供的数值（±0.015 mL），近似三角形分布：
环境温度：移液管在20℃校准，温度变化范围为±5℃，近似于矩形分布。
合成得到的标准不确定度为：
所以得到：
2.4.5.4 标定氢氧化钠的合成标准不确定度
2.5 其它常数
引起的标准不确定度很小，可以忽略[22]。
2.6 合成不确定度
所以得到：
2.7 扩展不确定度的分析
取 K=2（置信概率 95%）[23]，则
U=2×U（C）=0.22 mg/kg
3 结论
按照GB 6783-2013《食品安全国家标准食品添加剂明胶》规定的检测程序进行，最后测量出明胶中二氧化硫含量为：（10.84±0.22）mg/kg。从上述的分析过程可知，测量结果的不确定度主要来源3个方面：滴定体积引起不确定度、重复性测定引起的不确定度、氢氧化钠标准溶液的标定引起的不确定度。因此，在以后的工作中，规范滴定管的使用，控制好测量的重复性和标准溶液的标定过程，从而降低检测结果的不确定度[24]。
