旋光法測定木薯中淀粉含量不確定度評定

周秀梅，雷寶良，張鳳枰,2,*，劉耀敏，范秀麗（.通威股份有限公司，農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)畜禽營養(yǎng)與健康養(yǎng)殖重點實驗室，四川 成都　6004；2.上海海洋大學(xué)食品 學(xué)院，上?！?0306）

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旋光法測定木薯中淀粉含量不確定度評定

周秀梅1，雷寶良1，張鳳枰1,2,*，劉耀敏1，范秀麗1
（1.通威股份有限公司，農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)畜禽營養(yǎng)與健康養(yǎng)殖重點實驗室，四川 成都610041；2.上海海洋大學(xué)食品 學(xué)院，上海201306）

摘 要：對采用旋光法測定木薯中的淀粉含量的不確定度進(jìn)行評定。建立測量模型，分析確定木薯中淀粉含量的不確定度來源，并對測量過程中的不確定度分量進(jìn)行逐層分析與合成，當(dāng)木薯的淀粉含量為50.20 g/100 g時，得到其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度分別為0.16、0.32 g/100 g。結(jié)果表明，木薯總旋光度重復(fù)測定對不確定度貢獻(xiàn)最大，總旋光度測定過程產(chǎn)生的不確定度也不容忽視，試樣稱量對總不確定度的貢獻(xiàn)最小。實驗結(jié)果可為采用該方法測定木薯中淀粉含量的質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：旋光法；淀粉；測量不確定度評定；木薯

周秀梅, 雷寶良, 張鳳枰, 等. 旋光法測定木薯中淀粉含量不確定度評定[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(12): 144-147.

ZHOU Xiumei, LEI Baoliang, ZHANG Fengping, et al. Uncertainty evaluation for the determination of starch content in Manihot esculenta by polarimetric method[J]. Food Science, 2016, 37(12): 144-147. (in Chinese with English abstract)

木薯（Manihot esculenta）亦稱樹薯，大戟科（Euphorbiaceae）植物，原產(chǎn)于美洲熱帶地區(qū)的亞馬遜河流域，是世界七大作物之一，與馬鈴薯、紅薯并列為世界三大薯類作物。木薯可供食用、飼用和工業(yè)開發(fā)利用，在中國主要用作飼料和提取淀粉[1-4]。木薯淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，其含量測定方法有旋光法[5-6]、雙波長分光光度法[7-9]、酶法[10]等。測量不確定度是指根據(jù)所獲信息表征賦予被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)[11]，通過對測量不確定度的評定，不僅能夠給出測量結(jié)果的可信程度[12-14]，而且還可以對測量結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行定量評定，使測量結(jié)果可以在國際和國內(nèi)不同檢測機(jī)構(gòu)間進(jìn)行量值比對和實驗室間數(shù)據(jù)共享。目前，國內(nèi)外有關(guān)淀粉含量測量不確定度評定較少[15-17]，鮮見旋光法測定木薯中淀粉含量不確定度評定的報道。本實驗按照ISO/IEC Guide 98-3:2008《測量不確定度表示指南》[11]、CNASGL05:2011《測量不確定度要求的實施指南》[18]及CNASGL06:2006《化學(xué)分析中不確定度的評估指南》[19]，以旋光法測定木薯中淀粉含量為例，建立測定過程中各分量的測量模型，對測定過程中各分量不確定度來源進(jìn)行分析[20-24]，在對各分量進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上，合成得到了木薯淀粉含量測定結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，旨在為木薯淀粉含量測定的質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

木薯樣品（鮮木薯提取淀粉后剩余的殘渣制成的干品，可作為飼料原料使用）通威股份有限公司技術(shù)中心。

WZZ-2B自動旋光儀上海精科儀器有限公司；785全自動電位滴定儀瑞士Metrohm公司；C21-RT2124電磁爐廣東美的公司。

1.2方法[6]

1.2.1旋光儀測定條件

旋光儀準(zhǔn)確至0.01°，適合使用200 mm長旋光管。在波長589.3 nm處（鈉D線）測定旋光度，測定之前要預(yù)熱30 min以上。

1.2.2樣品耗酸量測定

稱取約2.5 g（精確到1 mg）制備好的試樣，定量轉(zhuǎn)移到50 mL錐形瓶中，加入25 mL水，振搖至形成均勻的懸濁液。將電位滴定儀的電極置于懸濁液中，用酸式滴定管滴加0.31 mol/L鹽酸至pH值為3.0±0.1，攪拌器攪拌，并靜置2 min，檢查試樣所消耗鹽酸是否平衡，如果在此過程中，pH值升高超過3.1，再用滴定管滴加0.31 mol/L鹽酸，必要時可多次滴加鹽酸，直到不需要更多的鹽酸為止。根據(jù)所用0.31 mol/L鹽酸體積計算出試樣的耗酸量。

1.2.3總旋光度測定

稱取約2.5 g（精確到1 mg）制備好的試樣（m1），定量轉(zhuǎn)移到干燥的100 mL容量瓶中，加0.31 mol/L鹽酸25 mL，振搖至形成均勻的懸濁液，再加入0.31 mol/L鹽酸25 mL。加入適量濃度的鹽酸，補(bǔ)償試樣的耗酸量，使容量瓶中內(nèi)容物的體積變化不超過1 mL。將容量瓶浸入沸水浴中，前3 min用力振搖容量瓶，以避免結(jié)塊并使懸濁液受熱均勻，振搖時容量瓶不能離開水浴。煮（900±5） s，取出后立即加入不超過10 ℃的水30 mL，轉(zhuǎn)動容量瓶，在流水中冷卻至20 ℃左右。加入0.25 mol/L亞鐵氰化鉀溶液5 mL，振搖1 min，加入1 mol/L乙酸鋅溶液5 mL，振搖1 min，用水稀釋至刻度，混勻，過濾，棄去初始的數(shù)毫升濾液，用旋光儀測定濾液的旋光度（α1）。

1.2.4乙醇溶解物的旋光度測定

稱取5 g（精確至1 mg）制備好的試樣（m2），定量轉(zhuǎn)移到100 mL干燥的容量瓶中，加體積分?jǐn)?shù)40%乙醇溶液40 mL，振搖至形成均勻的懸濁液，然后再加40 mL體積分?jǐn)?shù)40%乙醇溶液，搖勻。加入適當(dāng)濃度的鹽酸以補(bǔ)償試樣的耗酸量，使瓶中內(nèi)容物的體積變化不超過1 mL，加入鹽酸的量通常是總旋光度測定中加入量的2 倍。用力振搖，在室溫條件下靜置1 h，在此期間至少每隔10 min振搖1 次。用乙醇稀釋至刻度，混勻，過濾，棄去最初數(shù)毫升溶液。吸取50 mL濾液于100 mL容量瓶，加入7.73 mol/L鹽酸2.0 mL，用力振搖，并將其浸入沸水浴中，（900±5） s后，從水浴中取出容量瓶，立即加入溫度不超過10 ℃的水30 mL，放在流水中冷卻至20 ℃左右。加入0.25 mol/L亞鐵氰化鉀溶液5 mL，振搖1 min，加入1 mol/L乙酸鋅溶液5 mL，振搖1 min，用水稀釋至刻度，混勻，過濾，棄去初始數(shù)毫升濾液，用旋光儀測定濾液的旋光度（α2）。

1.2.5測量模型

式中：W為試樣中淀粉含量/（g/kg）；α1為總旋光度/（°）；α2為乙醇溶解物的旋光度/（°）；m1為測定總旋光度時試樣的質(zhì)量/g；m2為測定乙醇溶解物旋光度時試樣的質(zhì)量/g；為在波長589. 3 nm（鈉D線）處測定純淀粉比旋度，木薯淀粉一般是183.6 °。

2　結(jié)果與分析

2.1總旋光度測定產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.1.1試樣稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（m1）（測量不確定度B類評定）

根據(jù)使用CP224S電子分析天平說明書和檢定證書，天平的允許誤差為0.5 mg，按均勻分布，，由樣品稱量產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（m1）為：

2.1.2旋光度測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（α1）（測量不確定度B類評定）

旋光度測定引入的不確定度分量包括：100 mL定容引入的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度u（v1）、測量旋光儀總旋測定允許誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度u（α11）。

100mL定容引入的相對不確定度urel（v1）（測量不確定度B類評定）：100 mL A級容量瓶的允許誤差±0.10 mL，按均勻分布，包含因子，計算得相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：。

旋光儀測定允許誤差引起的相對標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度urel（α1）（測量不確定度B類評定）：自動旋光儀示值誤差為0.007 °，包含因子，8 次總旋光度測定讀數(shù)為4.811 °、4.767 °、4.806 °、4.760 °、4.768 °、4.816 °、 4.838 °、4.780 °，總旋光度讀數(shù)平均值。

由于旋光度測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.3總旋光度重復(fù)測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（XW1）（測量不確定度A類評定）

表1　總旋光度樣品重復(fù)測定結(jié)果Table 1 Measurement results of repeatability test for total optical rotation of Manihot esculenta residue

總旋光度測定產(chǎn)生的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

總旋光度測定產(chǎn)生的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u（W1）＝urel（W1）×52.1＝0.104 g/100 g。

2.2乙醇溶解物旋光度測定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.2.1試樣稱量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（m2）（測量不確定度B類評定）

根據(jù)CP224S電子分析天平說明書和檢定證書，天平的允許誤差為k＝0.5 mg，按均勻分布，，由樣品稱量產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（m2）為：

2.2.2旋光度測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度urel（α2）

100mL容量瓶的相對標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度urel（v2）（測量不確定度B類評定）：100 mL A級容量瓶的允許誤差±0.10 mL，按均勻分布，包含因子，計算得相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

50mL移液管產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度urel（v3）（測量不確定度B類評定）：50 mL A級移液管允許誤差為±0.5 mL，即區(qū)間半寬度為0.05 mL，相對標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度為：

旋光度測定允許誤差引起的相對標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度urel（α21）（測量不確定度B類評定）：自動旋光儀示值誤差為0.007 °，包含因子，測得的8 次乙醇溶解物旋光度的結(jié)果為0.207 °、0.197 °、0.130 °、0.140 °、0.185 °、0.182 °、0.170 °、0.180 °，乙醇溶解物旋光度讀數(shù)平均值為：。相對標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度為：

由于旋光度測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3乙醇溶解物旋光度重復(fù)測定產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（XW2）（測量不確定度A類評定）

表2　乙醇溶解物旋光度樣品重復(fù)測定結(jié)果Table 2 Measurement results of repeatability test for optical rotation of the alcohol-soluble fraction of Manihot esculenta residue

乙醇溶解物旋光度測定引入的合成相對不確定度為：

乙醇溶解物旋光度測定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3不確定度的合成

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4計算擴(kuò)展不確定度

計算擴(kuò)展不確定度，取置信概率p=95%，包含因子k＝2，則u＝k×uc（W）＝2×0.6＝0.32 g/100 g。

2.5測量不確定度報告

圖1　測量不確定度分量分布示意圖Fig. 1　Distribution diagram of all components of uncertainty

木薯中的淀粉含量測定結(jié)果為：X= （50.20±0.32） g/100 g，k=2。由圖1可以看出，木薯乙醇溶解物旋光度測定和重復(fù)測定產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度貢獻(xiàn)較大，但木薯乙醇溶解物旋光度測定絕對值非常小，對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度貢獻(xiàn)不是很大；木薯總旋光度重復(fù)測定對不確定度貢獻(xiàn)最大，總旋光度測定過程產(chǎn)生的不確定度也不容忽視；試樣稱量對總不確定度的貢獻(xiàn)最小，說明使用分度值為0.000 1 g的天平，完全能夠滿足本實驗的精度要求。

3　結(jié) 論

采用旋光法測定木薯中的淀粉含量的不確定度進(jìn)行了評定，當(dāng)木薯的淀粉含量為50.20 g/100 g時，得到其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度分別為0.16 g/100 g和0.32 g/100 g。通過本次評定可看出，實驗人員完成檢測時，應(yīng)注意通過提高樣品的均勻性、實驗操作技能、儀器的分辨率等，降低相關(guān)不確定度分量；重復(fù)測定對不確定度貢獻(xiàn)最大，在日常檢測中應(yīng)重視平行樣的檢測。

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Uncertainty Evaluation for the Determination of Starch Content in Manihot esculenta by Polarimetric Method

ZHOU Xiumei1, LEI Baoliang1, ZHANG Fengping1,2,*, LIU Yaomin1, FAN Xiuli1
(1. Key Laboratory of Aquatic, Livestock, Poultry Nutrition and Healthy Culturing, Ministry of Agriculture, Tongwei Co. Ltd., Chengdu610041, China; 2. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai201306, China)

Abstract:In this paper, the measurement uncertainty for the determination of starch content in the dried residue left after starch extraction from Manihot esculenta by polarimetric method was evaluated. Each uncertainty component during the process of measurement was modeled. The main sources of uncertainty were identified and analyzed. The impact of every uncertainty component on the measurement uncertainty was estimated. Based on quantitative analysis of every uncertainty source, the relative standard uncertainty of the measurement results was obtained. The starch content in the Manihot esculenta residue was still as high as 50.20 g/100 g, with a combined standard uncertainty of 0.16 g/100 g and an expanded uncertainty of 0.32 g/100 g. T he evaluation indicated that repeated determinations of the total optical rotation of the Manihot esculenta residue made the most important contribution to the combined relative standard uncertainty. The influence of repeated determinations of the optical rotation of its alcohol-soluble fraction could not be neglected. The effect of sample weighing was minimal. This evaluation can provide a theoretical basis for the quality control of starch content determination in Manihot esculenta.

Key words:polarimetric method; starch; measurement uncertainty evaluation; Manihot esculenta

收稿日期：2015-09-28

基金項目：四川省科技支撐計劃項目（2014NZ0003）；四川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊專項計劃項目（2015TD0024）

作者簡介：周秀梅（1988—），女，工程師，本科，研究方向為食品質(zhì)量安全檢測。E-mail：zhouxm@tongwei.com

*通信作者：張鳳枰（1972—），男，高級工程師，博士，研究方向為水產(chǎn)品營養(yǎng)與安全。E-mail：fengpingzhang@163.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612025 10.7506/spkx1002-6630-201612025. http://www.spkx.net.cn 10.7506/spkx1002-6630-201612025. http://www.spkx.net.cn

中圖分類號：TS207.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）12-0144-04引文格式：