自動(dòng)電位模擬手工滴定法測(cè)定糧食脂肪酸值方法研究

李維香，呂世懂，張繼光

（昆明市糧油飼料產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心，云南 昆明 650118）

糧食脂肪酸值測(cè)定在糧食質(zhì)量檢驗(yàn)工作中非常重要，尤其是儲(chǔ)備糧儲(chǔ)存品質(zhì)的檢驗(yàn)，是稻谷、玉米儲(chǔ)存品質(zhì)檢驗(yàn)的關(guān)鍵性指標(biāo)，在保障儲(chǔ)備糧質(zhì)量安全工作中占有舉足輕重的地位?，F(xiàn)行脂肪酸值測(cè)定方法包括GB/T 20569—2006《稻谷儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》[1]、GB/T 20570—2015《玉米儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》[2]、GB/T 15684—2015《谷物研磨制品脂肪酸值的測(cè)定》、GB/T 5510—2011《糧油檢驗(yàn)糧食、油料脂肪酸值測(cè)定》、GB/T 29405—2012 《糧油檢驗(yàn) 谷物及制品脂肪酸值測(cè)定儀器法》[3]、LS/T 6105—2012《糧油檢驗(yàn) 谷物及制品脂肪酸值的測(cè)定自動(dòng)滴定分析儀法》、NY/T 2333—2013《糧食、油料檢驗(yàn)脂肪酸值測(cè)定》。這些方法分為3類，手工滴定法、光度滴定法和電位滴定法，提取溶劑主要包括苯、無水乙醇、95%乙醇等，滴定體系包括乙醇滴定體系、苯-乙醇混合滴定體系、乙醇-水混合滴定體系，由于滴定方法、提取溶劑、滴定體系的不同，方法之間的相關(guān)性、使用習(xí)慣、試劑毒性、技術(shù)壁壘等原因，大多數(shù)方法并沒有得到廣泛使用。最為廣泛使用的脂肪酸值測(cè)定方法是 GB/T 20569和 GB/T 20570脂肪酸值手工滴定方法。但手工滴定方法難于解決的問題是不同操作者、不同實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一樣品的檢測(cè)結(jié)果往往差異很大，這是因?yàn)闃悠诽崛∪芤簬в蓄伾?，且不同種類的樣液顏色、澄清度有很大不同，通過酚酞顏色變化判斷滴定終點(diǎn)受環(huán)境光線、樣液顏色、滴定過程、不同人對(duì)顏色的識(shí)別等影響，且脂肪酸值為有機(jī)弱酸，終點(diǎn)突變不明顯。為了消除脂肪酸值測(cè)定與操作者操作經(jīng)驗(yàn)的差異，使測(cè)定結(jié)果不受操作者的影響，通過多年的研究和實(shí)踐，建立了一套行之有效的脂肪酸值測(cè)定方法。該法兼顧方法的延續(xù)性和傳承性，既消除了不同操作者之間的人為差異，測(cè)定結(jié)果與手工滴定法相同，但結(jié)果更加穩(wěn)定，精密度、準(zhǔn)確性更優(yōu)異。同時(shí)，由于該法終點(diǎn)的判定不受顏色干擾，適用于一切“有色”糧食的脂肪酸值測(cè)定，適用范圍更廣泛。

1 材料與方法

1.1 儀器

自動(dòng)電位滴定儀：具備 pH電極校正功能，pH預(yù)設(shè)終點(diǎn)滴定模式，滴定精度0.01 mL/滴，電信號(hào)測(cè)量精度0.1 mV；配備10 mL滴定液加液管,采用 Metrohm 916 Ti-Touch自動(dòng)電位滴定儀；3100型錘式旋風(fēng)磨：瑞典波通；HY-2型調(diào)速多用振蕩器：常州國華；百分之一電子天平：普利賽斯；水相酸堿滴定專用復(fù)合pH電極：Ag/AgCl內(nèi)參比電極，具有電磁屏蔽功能，內(nèi)參比液為2 mol/L氯化鉀水溶液，采用Metrohm 280 pH水相電極。

1.2 試劑

無水乙醇（GR）：西隴化工；酚酞指示劑：稱取1.0 g酚酞溶于100 mL體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇中；0.01 mol/L氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液：用0.5 mol/L的氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋而成，按GB/T 20569—2006配制稀釋。

1.3 樣品

原糧樣品，包括粳稻、秈稻、紅谷、黃玉米、紅玉米主要來源于糧食儲(chǔ)備庫，少部分來源于田間和農(nóng)戶；小麥粉樣品來源于市售的商品小麥粉。

1.4 脂肪酸值測(cè)定

1.4.1 樣品前處理

按照 GB/T 20569—2006規(guī)定的方法進(jìn)行樣品前處理，收集提取液，稻谷、玉米、小麥粉脂肪酸的振蕩提取時(shí)間分別為10、30、40 min。

1.4.2 滴定前準(zhǔn)備

分別采用pH緩沖溶液4.0、7.0、9.0校正電極，校正后的電極斜率應(yīng)在 97%～105%之間方可使用。

滴定管準(zhǔn)備，使整個(gè)滴定管路充滿溶液且無氣泡。

1.4.3 滴定

我沒有進(jìn)去與臺(tái)灣畫商見面，我在門口站了一會(huì)兒，才離開了那家KTV廳的。在走出大廳之后，我就打電話約了一幫圈內(nèi)的朋友一起去酒吧喝酒。我們一邊喝酒，一邊天南地北地聊天，可女人的影子總會(huì)時(shí)不時(shí)的浮現(xiàn)在我眼前。

1.4.3.1 滴定參數(shù)條件設(shè)置 終點(diǎn)pH：9.30；平衡時(shí)間：10 s；信號(hào)漂移：20 μL/min；最大滴定速度：10 mL/min；最小滴定速度：10 μL/min；動(dòng)態(tài)范圍：2.0；停止判據(jù)：漂移；停止漂移：20 μL/min；攪拌速度：8。

1.4.3.2 試樣滴定 準(zhǔn)確移取 25.0 mL濾液于100 mL滴定杯中，加50 mL不含二氧化碳的蒸餾水，滴加3～4滴酚酞指示劑，將滴定杯放在滴定臺(tái)上，將已連接在自動(dòng)電位滴定儀上的電極和滴定管插入濾液，同時(shí)打開電極上部的密封塞。啟動(dòng)自動(dòng)電位滴定儀，用氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，到達(dá)終點(diǎn) pH時(shí)自動(dòng)電位滴定儀即停止，并記錄耗用的氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（V1）。應(yīng)注意觀察終點(diǎn)顏色是否為微紅色，可增加輔助手段，若出現(xiàn)偏差應(yīng)適時(shí)修正滴定參數(shù)條件。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

1.4.4 數(shù)據(jù)處理方法

參照 GB/T 20569—2006[1]、LS/T 6402—2017[4]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器滴定模式的選擇和參數(shù)設(shè)置

待測(cè)液中的酸為有機(jī)弱酸，通過大量實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)態(tài)滴定模式不適用于糧食脂肪酸值的測(cè)定，采用預(yù)設(shè)終點(diǎn)pH滴定模式（SET-pH）測(cè)定糧食中的脂肪酸值。儀器參數(shù)設(shè)置原則為兼顧滴定速度和滴定精密性，以終點(diǎn)酚酞變色作為參數(shù)設(shè)置的依據(jù)，同時(shí)，滴定過程以酚酞監(jiān)測(cè)終點(diǎn)，所以本方法是一種模擬手工滴定的自動(dòng)電位滴定法。以酚酞監(jiān)測(cè)滴定終點(diǎn)，有兩個(gè)作用，一是作為不同品牌、不同型號(hào)的電位滴定儀設(shè)置參數(shù)的參照，有利于實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間、與手工滴定法之間的檢測(cè)結(jié)果保持一致；二是在滴定過程中起輔助監(jiān)測(cè)儀器不良變化、電極性能變化的作用，適時(shí)調(diào)整參數(shù)設(shè)置或更換電極。

研究表明，滴定速度越慢，滴定控制范圍越寬，滴定過程就越精密，相應(yīng)的測(cè)定值也越高，反之，提高滴定速度，降低滴定控制范圍，滴定效率提高，測(cè)定值則下降，要兼顧滴定的精密性和滴定效率，合理設(shè)置滴定速度和動(dòng)態(tài)控制范圍；終點(diǎn) pH設(shè)置越大，測(cè)定值越高，要依據(jù)滴定終點(diǎn)指示劑的變色情況合理的設(shè)置終點(diǎn) pH值。在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上給出如下參數(shù)設(shè)置推薦值：終點(diǎn)pH為9.15～9.35（可根據(jù)滴定時(shí)測(cè)試液變色情況調(diào)整到最佳值）；平衡時(shí)間為5.0～10 s（或稱滯后時(shí)間）；信號(hào)漂移為20 μL/min；最大滴定速度為 3～20 mL/min；最小滴定速度為 25～10 μL/min；動(dòng)態(tài)范圍為2.0～4.0（或稱控制區(qū)，不同廠家的設(shè)備設(shè)置略有區(qū)別）；停止判據(jù)為漂移；停止漂移為20 μL/min；攪拌速度為8～10（不同廠家的設(shè)備設(shè)置方法略有不同，大約1 000～1 300 r/min，能快速攪拌均勻，漩渦較小，不影響電極玻璃泡和滴定管防擴(kuò)散頭完全浸沒在試液中，既可使用機(jī)械攪拌，也可使用磁力攪拌）。

2.2 方法精密度

從空白重復(fù)性實(shí)驗(yàn)、同一稻谷樣品的多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)、批量樣品的雙平行實(shí)驗(yàn)、比對(duì)實(shí)驗(yàn)等四個(gè)角度來評(píng)價(jià)方法精密度。

2.2.1 空白精密度實(shí)驗(yàn)

用空白液做8個(gè)平行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，空白實(shí)驗(yàn)極差為0.04 mL，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.015，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.3%，空白實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)離散性小，表現(xiàn)出良好的集中度。表明該法的滴定精密度高。詳見表1。

表1 脂肪酸值測(cè)定空白精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 稻谷樣品重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

選取1份稻谷樣品獨(dú)立重復(fù)測(cè)定8次，檢測(cè)結(jié)果采用χ2分布檢驗(yàn)，考察自動(dòng)電位滴定法測(cè)定稻谷脂肪酸值結(jié)果重復(fù)性與 GB/T 20569—2006比較是否存在顯著性差異，結(jié)果見表2。按照GB/T 20569—2006規(guī)定，在重復(fù)性條件下進(jìn)行兩次測(cè)定，脂肪酸值的絕對(duì)誤差應(yīng)不超過2 mgKOH/100 g，即重復(fù)性限r(nóng)=2 mgKOH/100 g,重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差sr=r/2.8≈0.714，則8次重復(fù)測(cè)定的重復(fù)性臨界極差CrR95(8)=f(8)×sr=4.3×0.714≈3.071。實(shí)施χ2分布檢驗(yàn)遠(yuǎn)小于在 95%置信概率下的8次重復(fù)測(cè)定的極差也遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的臨界極差。因此，自動(dòng)電位模擬手工滴定法測(cè)定稻谷脂肪酸值的重復(fù)性符合GB/T 20569—2006規(guī)定的重復(fù)性要求。

表2 8次重復(fù)測(cè)定稻谷脂肪酸值結(jié)果

2.2.3 批量稻谷樣品雙平行實(shí)驗(yàn)

選擇170份稻谷樣品，脂肪酸值涵蓋范圍6.8～36.0 mgKOH/100g，考察方法的線性寬度，結(jié)果見表3，平行實(shí)驗(yàn)誤差0.0～1.71 mgKOH/100g，符合 GB/T 20569—2006規(guī)定的平行實(shí)驗(yàn)誤差不大于2.0 mgKOH/100g的要求，其中：153份樣品誤差在1.0 mgKOH/100g以內(nèi)，占90%；17份樣品誤差在1.0 ～2.0 mgKOH/100g，占10%。該批量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自動(dòng)電位模擬手工滴定法測(cè)定脂肪酸值，重復(fù)性好，測(cè)定范圍寬，可全范圍覆蓋從宜存到重度不宜存的稻谷脂肪酸值范圍。

表3 稻谷脂肪酸值平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果 mgKOH/100g

續(xù)表3

2.2.4 方法再現(xiàn)性

通過比對(duì)實(shí)驗(yàn)考察自動(dòng)電位“摸擬”手工滴定法測(cè)定稻谷脂肪酸值的再現(xiàn)性。6家實(shí)驗(yàn)室用不同品牌、不同型號(hào)的自動(dòng)電位滴定儀對(duì)3個(gè)梯度的稻谷樣品進(jìn)行了比對(duì)實(shí)驗(yàn)，比對(duì)結(jié)果及分析詳見表4。參照3.2.2所述的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)比對(duì)實(shí)驗(yàn)，6次重復(fù)測(cè)定的重復(fù)性臨界極差CrR95(6)=f(6)×sr=4.0×0.714=2.856。進(jìn)行χ2分布檢驗(yàn)，3個(gè)樣品的χ2分別為4.865、9.023、4.273,遠(yuǎn)小于在95%置信概率下的六家實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果的極差分別為 1.7、2.8、2.2，均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重復(fù)性臨界極差。因此，自動(dòng)電位模擬手工滴定法測(cè)定稻谷脂肪酸值的方法再現(xiàn)性達(dá)到了 GB/T 20569—2006規(guī)定的重復(fù)性要求，即使用不同品牌、不同型號(hào)的測(cè)定儀器、不同的測(cè)定單位、不同的操作人員檢測(cè)同一樣品，其測(cè)定偏差符合方法的重復(fù)性要求，表明該法再現(xiàn)性極好，測(cè)定受特定儀器、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境及人為因素干擾非常小。

表4 脂肪酸值測(cè)定比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 方法穩(wěn)定性

通過穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)考察方法的長期測(cè)定穩(wěn)定性。取3份不同水平脂肪酸值含量的稻谷樣品分別混合均勻，各分成5份，置于冷藏箱中，每次各取1份進(jìn)行脂肪酸值測(cè)定，測(cè)定時(shí)間歷時(shí)7 d，測(cè)定結(jié)果及分析見表5。參照3.2.2所述的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，5次重復(fù)測(cè)定的重復(fù)性臨界極差 CrR95(5)=f(5)×sr=3.9×0.714=2.785。實(shí)施χ2分布檢驗(yàn)，3個(gè)樣品的χ2分別為2.001、3.821、2.887,遠(yuǎn)小于在95%置信概率下的5次測(cè)定結(jié)果的極差分別為1.1、1.6、1.5，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重復(fù)性臨界極差。因此，自動(dòng)電位模擬手工滴定法測(cè)定稻谷脂肪酸值的方法重復(fù)性符合GB/T 20569—2006規(guī)定的重復(fù)性要求，即同一樣品的長期穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，其測(cè)定偏差符合方法的重復(fù)性要求，表明該法的穩(wěn)定性很高，非常適用于定期監(jiān)測(cè)糧食儲(chǔ)存品質(zhì)的變化。

表5 脂肪酸值測(cè)定穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 方法準(zhǔn)確性

選擇脂肪酸值水平大約在 10～45 mgKOH/100g的稻谷樣品12份，按照GB/T 20569—2006規(guī)定的方法處理樣品、提取樣液，分別以人工和自動(dòng)電位儀作為滴定終端，測(cè)定出兩組脂肪酸值，采用配對(duì)T檢驗(yàn)，考察自動(dòng)電位模擬手工滴定法的測(cè)定結(jié)果與手工滴定法的測(cè)定結(jié)果之間是否存在顯著性差異，結(jié)果見表6。

表6 自動(dòng)電位模擬手工滴定法與手工滴定法的測(cè)定結(jié)果比較

表6顯示，在95%置信概率下，配對(duì)T檢驗(yàn)的計(jì)算值td=1.322＜t0.05,11=2.201，表明自動(dòng)電位模擬手工滴定法與手工滴定法的測(cè)定結(jié)果之間不存在顯著性差異，自動(dòng)電位模擬手工滴定法能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)方法的準(zhǔn)確性要求。

2.5 方法適用性

用同樣的方法對(duì)玉米、小麥粉及其他“有色”糧食進(jìn)行了脂肪酸值測(cè)定，表明自動(dòng)電位模擬手工滴定法測(cè)定脂肪酸值適用范圍廣泛，既適用于常見糧食品種稻谷、玉米、小麥粉等的脂肪酸值測(cè)定，由于終點(diǎn)的判定不依賴于顏色的變化，所以也適用于其他“有色”糧食的脂肪酸值測(cè)定，適用范圍比手工滴定法寬。以玉米、小麥粉的精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果來分析方法的廣泛適用性。同樣采用χ2分布檢驗(yàn)，結(jié)果分析詳見表7、表8。

表7 玉米脂肪酸值測(cè)定精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表8 小麥粉脂肪酸值測(cè)定精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

自動(dòng)電位模擬手工滴定法測(cè)定糧食脂肪酸值，該法來源于經(jīng)典手工滴定法，不破壞糧食質(zhì)量和儲(chǔ)存品質(zhì)原有的評(píng)價(jià)體系，卻優(yōu)于手工滴定法，方法具有更高的精密性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，適用范圍更加廣泛。

3.1 該法與經(jīng)典手工滴定法測(cè)定結(jié)果一致，精密度、準(zhǔn)確性更高

該法從儀器滴定條件設(shè)置、滴定過程全過程采用酚酞指示劑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，儀器僅作為滴定終端，確保了測(cè)定結(jié)果與手工滴定法“一致”；不論測(cè)定樣液顏色有何不同，樣液滴定終點(diǎn)都能和空白實(shí)驗(yàn)滴定終點(diǎn)保持一致，因而檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性更高?？瞻拙芏葘?shí)驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差4.3%，離散性非常小，同一樣品重復(fù)性實(shí)驗(yàn)和批量樣品的雙平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果χ2分布值遠(yuǎn)小于 95%置信概率下的查表值、極差也遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的臨界極差，表明該法滴定精密度高，重復(fù)性與國標(biāo)方法無顯著性差異；測(cè)定范圍寬，可全范圍覆蓋糧食脂肪酸值從宜存到重度不宜存的數(shù)值范圍；測(cè)定結(jié)果具有穩(wěn)定的重復(fù)性。

3.2 該法穩(wěn)定性好，尤其適用于糧食儲(chǔ)存品質(zhì)定期監(jiān)測(cè)

方法穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性很高，在儲(chǔ)備糧連續(xù)定期抽檢中可以確保檢測(cè)數(shù)據(jù)良好的相關(guān)性。

3.3 該法適用范圍更為廣泛

由于方法的終點(diǎn)不受樣液顏色的影響，該法既適用于常見的稻谷、玉米、小麥粉脂肪酸值測(cè)定，也適用于紅米、黑米等一切“有色”糧食脂肪酸值測(cè)定，消除了手工滴定方法由于樣液混濁或原有顏色較深對(duì)滴定終點(diǎn)判定的影響，方法的適用范圍更為廣泛。

3.4 該法可推廣性強(qiáng)

該法再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)定受特定儀器、特定實(shí)驗(yàn)室以及人為因素干擾非常小，可使糧食質(zhì)檢系統(tǒng)原有電位滴定儀資源得到有效利用，避免資源的重復(fù)配置和資源浪費(fèi)，方法的可推廣性強(qiáng)。