探討釀酒原糧中淀粉測定的不確定度因素

董婉婉，聶連芝，郭乾玲，懷閃閃，丁小亮 ，湯有宏，2

（1.安徽古井貢酒股份有限公司，安徽亳州236820； 2.安徽省固態(tài)發(fā)酵工程技術研究中心，安徽亳州236820）

不確定度是反映被測量值的分散性與測量結果相聯(lián)系的參數[1]。它可以根據測定數據和已有信息來評定，具有可操作性。實驗分析測試過程需要經歷多個分析步驟，經受多種因素的影響，每種因素引入的誤差都要傳遞和反映到最終的測定值上。因此，最后結果不可避免的具有不確定度，而且這種不確定度是測試過程中所有不確定度的綜合。淀粉作為釀酒原料中重要的組成成分，它直接反映了釀酒原料的質量，通過對大米淀粉測定的實例，簡述酸水解法測定釀酒原糧中淀粉不確定度的評定方法。

本方法是利用酸水解法進行測定的[1]。因米中的淀粉含量較高,含其他能水解為還原糖的成分較少，故選用了酸水解法進行測定。米中脂肪含量較低，試樣無需除去脂肪操作，米中淀粉用酸水解成具有還原性的單糖，從而按還原性單糖的方法測定，并折算成淀粉含量。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

原料：選取生產用大米作為試驗對象。

儀器設備：電子分析天平（0.0001 g）梅特勒-托利多 AL-204，50 mL酸式滴定管，1000 mL、500 mL、100 mL容量瓶，5 mL、2 mL移液管，10 mL、100 mL量筒。

1.2 淀粉測定方法

1.2.1 待測樣品處理

準確稱取大米1.00 g，置于250 mL錐形瓶中，加入2%鹽酸100 mL，瓶口裝上長玻璃管（約1m），置電爐上微沸水解3 h，取出，迅速用水冷卻至室溫，逐滴加入20%氫氧化鈉溶液中和至pH 6～7(用pH試紙測定)為止,中和完畢將溶液全部轉入500 mL容量瓶中,瓶內所留殘余物用蒸餾水沖洗2～3次,一并轉入容量瓶中,定容至刻度。最后搖勻,用濾紙過濾，棄去初濾液20 mL，收集清液，搖勻，待測。

1.2.2 斐林試液的標定（空白滴定）

1.2.2.1 預備滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中,加水10 mL，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態(tài)下繼續(xù)滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。

1.2.2.2 正式滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中，加水10 mL，搖勻。預加比預備滴定少0.5～1 mL的標準葡萄糖溶液，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態(tài)下繼續(xù)滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。

1.2.3 大米水解液中淀粉的測定

1.2.3.1 預備滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中，加水10 mL，加D號米水解液2.00 mL，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態(tài)下繼續(xù)滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。

1.2.3.2 正式滴定

準確吸取斐林試液甲、乙液各5 mL于錐形瓶中，加水10 mL，加D號米水解液2.00 mL，預加比預備滴定少0.5～1 mL的標準葡萄糖溶液，搖勻。在電爐上加熱2 min至沸騰，保持沸騰2 min后加入2～3滴1%次甲基藍指示液，在沸騰狀態(tài)下繼續(xù)滴定至指示劑顏色剛好消失（滴定操作在3 min之內完成）。記下消耗的體積。同時做平行試驗。

2 建立數學模型

式中：X(%)——D號米中淀粉含量；

V0——空白正式滴定消耗的標準葡萄糖溶液體積，mL；

V1——待測樣品正式滴定消耗的標準葡萄糖溶液體積，mL；

m——大米質量，g；

500——大米水解液總體積，mL；

0.9——還原糖(以葡萄糖計)折算成淀粉的換算系數。

根據數學模型分析，釀酒原糧中淀粉測量相對標準不確定度為：

式中：ur（m）——質量引入的相對標準不確定度；

ur（V）——體積引入的相對標準不確定度。

3 不確定度來源分析

淀粉測定不確定度來源主要有以下幾方面：由于測量過程的隨機效應和系統(tǒng)效應導致測量的不確定度是由許多分量組成，因此仔細分析測量全過程，找出不確定度的來源，是正確評定不確定度的基礎，現以大米淀粉含量測量為嘗試不確定度的評定。

ur（m）質量引入的相對標準不確定度有：

（1）標準溶液引入的不確定度ur（m1）；

（2）待測樣品處理引入的不確定度ur（m2）；

（3）斐林試液的標定（空白滴定）引入的不確定度ur（m3）；

（4）待測樣品重復性測定引入的不確定度ur（m4）；

（5）取樣體積引入的相對標準不確定度ur（V）。

因此，釀酒原糧中淀粉測量相對標準不確定度為：

表1 玻璃器具標準偏差

玻璃器具標準偏差：實驗過程中使用了一系列玻璃量具，按照JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規(guī)程》[3]的要求，均有相應的最大允差，按照矩形分布評定，，相對不確定度分量見表1。

4 不確定度分量的評定[4]

4.1標準溶液引入的不確定度ur（m1）分析

葡萄糖標準溶液配制方法：葡萄糖標準溶液ρN=0.1%g/L。

取分析純葡萄糖（C6H12O6，優(yōu)級純，在150℃下烘干至恒重），準確稱取1.0005 g無水葡萄糖，加水溶解后定容至1000 mL。

配制葡萄糖標準溶液的不確定度,記為ur（m11）：

配制葡萄糖標準溶液的不確定度來自3個方面：(1)葡萄糖的稱量不確定度ur(m(N))；(2)配制1000 mL葡萄糖標準溶液的體積的不確定度ur(V(N))；(3)配制葡萄糖標準溶液用葡萄糖純度的不確定度ur(ρ(N))。

4.1.1葡萄糖的稱量不確定度u（rm（N））

ur（m（N））來自3個分量：

（1）天平的測量重復性引入的標準不確定度u（m重復性）：重復測量重復性誤差為0.0000g，故u（m重復性）=0.0002 g。

（2）天平的量化誤差引入的標準不確定度u（m天平量化）：電子天平說明書中確認其讀數精度為0.0001 g，按均勻分布考慮。

天平校準示值誤差的標準不確定度：該天平校準證書標明其示值誤差為±0.0001 g，按均勻分布考慮。

因此稱量葡萄糖的標準不確定度為：

稱量葡萄糖1.0005 g的相對標準不確定度為：

ur（m（N））=0.816×10-4÷1.0005=0.816×10-5。

4.1.2 配制1000 mL的葡萄糖標準溶液體積的不確定度ur（V(N)）

1000 mL容量瓶引起的相對不確定度ur（V(N)），ur（V(N)）來自3個分量：

（1）容量瓶的容量引起的不確定度u（V(N)1）

1000 mL容量瓶的容量允許偏差為±0.40 mL，按均勻分布有：

（2）估讀誤差 u（V(N)2）

估讀產生的誤差為0.005×1000 mL=5 mL，按均勻分布，則有：

（3）容量瓶溫度變化引起的不確定度u（V(N)3）

設溫度變化為±5℃，20℃時水的膨脹系數α=2.1×10-4℃，按均勻分布，則有：

1000 mL容量瓶引起的相對標準不確定度：

ur（V（N））=u（V（N））÷V=2.96÷1000=0.0030。

4.1.3 配制葡萄糖標準溶液用葡萄糖純度的不確定度ur(ρ(N))

按供應商目錄所給定純度為99.8%，將不確定度視為矩形分布，按均勻分布轉化標準不確定度為：。

相對標準不確定度：ur(ρ(N)(=0.0012÷99.8%=0.00115。

將以上3項合成得到配制葡萄糖標準溶液的相對標準不確定度：

4.2待測樣品處理引入的不確定度ur（m2）

待測樣品處理引入的不確定度來自以下兩個方面：(1)待測樣品的稱量不確定度ur（m（N））；(2)待測樣品轉移至500 mL容量瓶引入的體積不確定度ur（V(N)）。

4.2.1待測樣品的稱量不確定度u（rm（N））

待測樣品的稱量不確定度ur（m（N））來自3個分量：

（1）天平的測量重復性引入的標準不確定度u（m重復性）：重復測量重復性誤差為0.0000 g，故u（m重復性）=0.0002 g。

（2）天平的量化誤差引入的標準不確定度u（m天平量化）：電子天平說明書中確認其讀數精度為0.0001 g，按均勻分布考慮。

（3）天平校準示值誤差的標準不確定度：該天平校準證書標明其示值誤差為±0.0001 g，按均勻分布考慮。

因此待測樣品稱量的標準不確定度為：

兩次稱量待測樣品1.0136 g、1.0187 g的相對標準不確定度為：

稱量待測樣品的相對標準不確定度為：

4.2.2 待測樣品轉移至500 mL容量瓶引入的體積不確定度ur（V(N)）

500 mL容量瓶引起的相對不確定度ur（V(N)），ur（V(N)）來自3個分量：

（1）容量瓶的容量引起的不確定度u（V(N)1）

500 mL容量瓶的容量允許偏差為±0.25 mL，按均勻分布有：

（2）估讀誤差 u（V(N)2）

估讀產生的誤差為0.005×500 mL=2.5 mL，按均勻分布，則有：

（3）容量瓶溫度變化引起的不確定度u（V(N)3）

設溫度變化為±5℃，20℃時水的膨脹系數α=2.1×10-4℃，按均勻分布，則有：

500 mL容量瓶引起的相對標準不確定度：

ur（V（N））=u（V（N））÷V=1.48÷500=0.0030。

將以上兩項合成得到待測樣品處理引入的不確定度：

4.3 斐林試液的標定（空白滴定）引入的不確定度ur（m3）（表2）

表2 斐林試液的標定數據表 (mL)

斐林試液的標定數據見表2，計算結果如下，斐林試液的3次平行標定測量的平均值：V=20.47 mL。

根據貝塞爾公式標準偏差：

計算得出：斐林試液的3次平行標定的標準偏差：s(x)=0.0005。

n次測量的平均標準偏差：

斐林試液的3次平行標定的相對標準不確定度：

ur（m3）=0.0003÷20.47=1.42×10-5。

4.4待測樣品重復性測定的不確定度ur（m4）

重復測定待測樣品中淀粉含量實驗數據見表3，平行測定10次，得到含量的平均值X(%)=69.82，質量m=1.0162 g。

表3 待測樣品淀粉含量測量值

根據貝塞爾公式標準偏差：

計算得出：平行測定10次D號米中淀粉含量的標準偏差：s(x)=0.1458。

n次測量的平均標準偏差：

待測樣品中淀粉重復測定的相對標準不確定度：

ur（m4）=0.0461÷1.0162=0.0454。

4.5取樣體積引入的相對標準不確定度ur（V）

取樣體積V引入的相對標準不確定度，按4.1.2計算，由表1可知，2.00 mL的移液管引入的相對不確定度：ur(V)=0.0045，5.00 mL的移液管引入的相對不確定度：ur(V)=0.0051，50.00 mL的酸式滴定管引入的相對不確定度：ur(V)=0.0030。

取樣體積V引入的相對標準不確定度來自以下40個方面：

取待測溶液時需10次使用2.00 mL移液管，取斐林試液20次使用5.00 mL移液管，滴定操作時10次使用50.00 mL酸式滴定管，按4.1.2計算，由表3可知，合成相對標準不確定度：

5 淀粉測定不確定度分析結果[5]

淀粉測定不確定度分析結果見表4。

6 合成不確定度

將上述不確定度分量合并，相對標準不確定度：

表4 相對標準不確定度

7 擴展不確定度

取包含因子K=2，則擴展不確定度為U=k×u（x）=0.04×2=0.08。

8 結論

8.1 該待測樣品中淀粉測定結果為69.82%±0.08%，擴展不確定度u=0.08，它是由合成標準不確定度u（X）=0.08乘以包含因子k=2而得到。

8.2 測量不確定度評定，重點在于找出影響測定的各個因素，建立滿足測量不確定度評定所需要的數學模型。同時可發(fā)現各因素對不確定度的影響大小，并加以改進，從而提高分析質量。

8.3 本法對釀酒原料中淀粉含量檢測結果的不確定度進行了快速評定,此測量不確定度的主要來源為標準溶液、待測樣品處理、斐林試液的標定、待測樣品重復性測量、取樣體積引入的不確定度，針對其分量應采取相應措施，如選擇精度高的量器，增加待測樣品測定次數，分析過程中人員應有高度的責任心，提高分析實驗水平，以確保分析數據的準確性、科學性和嚴密性，盡可能降低測量的不確定度。從而保證檢測質量,而且對檢測結果的正確判定、減少工作中質量事故的發(fā)生具有十分重要的指導意義[6]。

[1]謝結珍.不確定度評定在水泥檢測中的應用[J].建材與裝飾,2016(41)：47-49.

[2]張越,付莉.酸水解-斐林試劑滴定法測定大米淀粉含量的研究[J].食品工業(yè)科技,2017,38(20)：256-259.

[3]全國流量容量計量技術委員會.常用玻璃量器檢定規(guī)程：JJG 196—2006[S].北京：中國計量出版社,2007.

[4]全國法制計量管理計量技術委員會.測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012[S].北京：中國標準出版社,2013.

[5]聶連芝,張良東,王錄.白酒工業(yè)廢水中氨氮的測定不確定度因素的探討[J].釀酒,2017,44(5)：64-68.

[6]謝結珍.不確定度評定在水泥檢測中的應用[J].建材與裝飾,2016(41)：47-49.