不確定因素影響下酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度的研究

宋成林

（平陽縣質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，浙江 溫州 325400）

酒中乙醇濃度高低為評(píng)價(jià)酒精度的主要指標(biāo)。乙醇是酒中的核心原料，無論啤酒、白酒、葡萄酒、黃酒都是按照不同的生產(chǎn)方法配制不同比重的乙醇。隨著生活水平的提升，酒已經(jīng)融入我們的日常生活和工作中。目前，我國(guó)酒類消費(fèi)量位于世界第一位，對(duì)酒類的消費(fèi)需求量明顯增長(zhǎng)。

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)是我國(guó)產(chǎn)品安全管理的主要方式，其中酒的質(zhì)量檢測(cè)特別重要，眾多學(xué)者紛紛研究許多測(cè)酒中乙醇濃度方法，保護(hù)每一位消費(fèi)者的健康。測(cè)酒中乙醇濃度方法包括密度瓶法、分光光度法、折光率法、酒精計(jì)法等，其中，酒精計(jì)法可精準(zhǔn)、迅速地測(cè)酒中乙醇濃度。酒精計(jì)是測(cè)量酒精水溶液內(nèi)乙醇體積百分比含量的計(jì)量工具。酒精計(jì)有多種規(guī)格，按照待測(cè)酒溶液樣品容量的不同選取適合酒精計(jì)，可提升檢測(cè)的準(zhǔn)確度。酒精計(jì)是測(cè)酒中乙醇濃度的重要儀器，為獲取一定溫度下乙醇的體積百分?jǐn)?shù)，將酒精計(jì)放入測(cè)試樣品內(nèi)，可測(cè)定樣品的溫度，并讀取酒精計(jì)顯示的數(shù)值，通過溫度校正實(shí)現(xiàn)酒中乙醇濃度的測(cè)量。酒精計(jì)法雖具有操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但很容易受不確定因素影響，導(dǎo)致檢測(cè)的準(zhǔn)確度降低。

因此，為提升檢測(cè)酒中乙醇濃度的準(zhǔn)確性，對(duì)不確定因素影響下酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度的研究非常重要。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

原料：丹參水提流浸膏、丹參75 %醇沉浸膏粉、市場(chǎng)上銷售的某個(gè)品牌白酒、丹參乙醇提取物。

儀器設(shè)備：試驗(yàn)使用主要儀器，如表1所示。

表1 試驗(yàn)儀器明細(xì)

1.2 試驗(yàn)方法

樣品制備：在1000 mL 蒸餾瓶?jī)?nèi)裝入100 mL酒樣，再將多個(gè)玻璃珠、100 mL 蒸餾水加入蒸餾瓶?jī)?nèi)，安裝冷凝器，使用電爐慢慢加熱蒸餾，蒸餾出的液體通過100 mL 容量瓶收集。容量瓶?jī)?nèi)收集的流出液大概96 mL 時(shí)，拿出并加入4 mL 的水，共計(jì)100 mL 酒樣，搖晃至均勻，待用。在干凈的量筒內(nèi)放入100 mL酒樣，將量筒放平穩(wěn)靜待20 min以上直到酒中無氣泡后，將酒精計(jì)放入其中，用手輕按1次，待靜止后，用眼觀測(cè)出彎月面相和水平切處的刻度顯示數(shù)值，并將溫度計(jì)放入酒樣中測(cè)量溫度，為將酒精計(jì)顯示數(shù)值與記錄溫度換算成20 ℃時(shí)酒樣內(nèi)乙醇的體積百分比含量（即酒精度）依據(jù)GB 5009.225—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》內(nèi)的附錄B實(shí)現(xiàn)換算。

1.3 數(shù)學(xué)模型

為研究不確定因素影響下酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，用公式（1）描述：

2 不確定因素的分析與結(jié)果

使用酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度是依據(jù)GB 5009.225—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》，選取20個(gè)酒樣品，對(duì)各個(gè)樣品都做2 次試驗(yàn)，測(cè)量不確定因素的主要來源，并實(shí)施評(píng)定試驗(yàn)。

通過分析試驗(yàn)過程可知，影響酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度隨機(jī)效應(yīng)引起的不確定因素包括讀數(shù)偏移、置信度、酒精計(jì)校準(zhǔn)、溫度、重復(fù)性偏差、酒精計(jì)使用方法等，具體見圖1。

圖1 不確定因素來源

為計(jì)算出重復(fù)性偏差對(duì)各個(gè)樣品實(shí)施重復(fù)性試驗(yàn)，并合并樣品標(biāo)準(zhǔn)差實(shí)現(xiàn)求解，樣品標(biāo)準(zhǔn)差用Sp描述。

2.1 讀數(shù)偏移所導(dǎo)致的不確定因素

依據(jù)GB 5009.225—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)酒中乙醇濃度的測(cè)定》要求，酒精計(jì)的最小分度值必須是0.1%vol，由此得出0.05%vol 為讀數(shù)偏移的最大可能值。

讀數(shù)偏移所導(dǎo)致的不確定因素，用公式（2）描述：

2.2 酒精計(jì)校準(zhǔn)導(dǎo)致的不確定因素

拓展不確定因素用描述，本試驗(yàn)中，=0.08 %vol，依據(jù)檢定證書得出。酒精計(jì)校準(zhǔn)導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定因素，用公式（4）描述：

若其中1 次測(cè)量的平均值=38.00 %vol，其不確定因素，用公式（5）描述：

2.3 重復(fù)性偏差導(dǎo)致的不確定因素

采用酒精計(jì)測(cè)量20 個(gè)酒樣中乙醇濃度，測(cè)試結(jié)果，用表2描述。

表2 20個(gè)酒樣中乙醇濃度測(cè)試結(jié)果

其中：品得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差，為樣品數(shù)量，第個(gè)樣品平行測(cè)試的數(shù)量，用n描述，n=2。

依據(jù)平行測(cè)試的測(cè)試結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)不確定因素：

2.4 相對(duì)合成導(dǎo)致的不確定因素

在上述基礎(chǔ)上，研究相對(duì)合成不確定因素：

2.5 溫度導(dǎo)致的不確定因素

酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度時(shí)，酒精度出現(xiàn)不同讀數(shù)的情況主要是受不同溫度影響。讀數(shù)的升高是因?yàn)殡S著溫度升高，酒精水溶液內(nèi)乙醇體積百分比含量會(huì)變低，酒精計(jì)浮力也會(huì)變小導(dǎo)致其下沉。通過校正系數(shù)，驗(yàn)證溫度導(dǎo)致的不確定因素，對(duì)酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度影響因素進(jìn)行研究。

為得到校正系數(shù)，相同乙醇濃度的酒精在不同液溫里，采用酒精計(jì)實(shí)施測(cè)量，通過溫差和讀數(shù)計(jì)算求出。試驗(yàn)時(shí)讀數(shù)誤差較大是因?yàn)榫凭?jì)的分度值刻度間距小，因此實(shí)施以下試驗(yàn)。

假設(shè)：選取酒樣中乙醇濃度相等的兩個(gè)酒精樣品，編號(hào)分別為、，其乙醇濃度分別為B、B，此時(shí)酒精計(jì)的浮力相等。如果酒精計(jì)的計(jì)溫等于20 ℃，則酒精樣品在20 ℃時(shí)，通過酒精計(jì)測(cè)乙醇濃度的數(shù)值就是的值并且等于酒精樣品在4 ℃時(shí)，通過酒精計(jì)測(cè)乙醇濃度的數(shù)值。

按照以上原理得到不同溫度下，酒精計(jì)對(duì)同一濃度酒的數(shù)值，如表3描述。

表3 不同溫度下的酒精計(jì)讀數(shù) (%vol)

通過表3 數(shù)據(jù)，可獲取在不同液溫變化時(shí)，使用酒精計(jì)測(cè)定同一乙醇濃度的酒樣品，溫度升高引起讀數(shù)變化，具體結(jié)果用表4描述。

表4 溫度升高引起的酒精計(jì)讀數(shù)變化數(shù)值(%vol)

通過表4 可知，酒中乙醇溫度升高導(dǎo)致讀數(shù)發(fā)生較大變化。在30 %～38 %時(shí)，用平均值的方法可求出校正系數(shù)或參照酒精溫度濃度換算表。

校正系數(shù)與乙醇真實(shí)濃度之間的關(guān)系，用圖2描述。

圖2 校正系數(shù)與乙醇真實(shí)濃度關(guān)系圖

由圖2 可知，校正系數(shù)與乙醇真實(shí)濃度成反相關(guān)。

2.6 置信水平導(dǎo)致的不確定因素

在95%置信水平下，各個(gè)酒樣品中乙醇濃度，用表5表示使用不一樣量筒測(cè)量的各組均值。

由表5 可知，通過酒精計(jì)測(cè)酒中乙醇濃度產(chǎn)生的誤差在95%置信水平下，誤差比較大，導(dǎo)致測(cè)試乙醇濃度精度不高。

表5 95%置信水平下的酒中乙醇濃度 (%vol)

2.7 酒精計(jì)使用方法導(dǎo)致的不確定因素

酒精計(jì)使用方法的正確與否直接影響酒精計(jì)測(cè)量酒中乙醇濃度的準(zhǔn)確性。在使用酒精計(jì)前要實(shí)施外觀檢查，具體檢查分度表有沒有松動(dòng)的情況、標(biāo)記是否清晰、酒精計(jì)玻璃表面是否有裂痕等方面。酒精計(jì)正確使用方法如下：

為避免因測(cè)試酒樣中進(jìn)入產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象的發(fā)生，慢慢將酒精水溶液導(dǎo)入圖量筒里，攪拌器在液面下均勻攪拌酒精水溶液。若出現(xiàn)氣泡需氣泡消失后再將酒精計(jì)放進(jìn)酒精樣品中，避免氣泡貼在酒精計(jì)上導(dǎo)致讀取乙醇濃度不準(zhǔn)確。需要注意，在放酒精計(jì)時(shí)動(dòng)作要輕巧，否則會(huì)導(dǎo)致酒精計(jì)在酒樣品中上下偏移的空間擴(kuò)大，浸濕面積增大使酒精計(jì)重量變大，讀數(shù)會(huì)隨之升高，導(dǎo)致增大誤差發(fā)生的概率。為了正確讀取酒精計(jì)數(shù)值，試驗(yàn)者眼睛略低于液面，讀取彎月面下的讀數(shù)，并與液面呈直線，讀取分度表上數(shù)值，選取平均值作為液體的溫度。通過《酒精計(jì)溫度、酒精度換算表》，按照獲取的液體溫度和修正后的酒精計(jì)示值，換算成20 ℃乙醇濃度。用圖3表示酒精計(jì)的讀取。

圖3 酒精計(jì)讀取

2.8 不同中藥物質(zhì)導(dǎo)致的不確定因素

當(dāng)前，為提高保健效果，經(jīng)常會(huì)在酒中加入中藥，因此實(shí)施不同中藥物質(zhì)導(dǎo)致的不確定因素影響下酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度試驗(yàn)，將80 %乙醇溶解丹參75 %醇沉浸膏粉、70 %乙醇溶解丹參乙醇提取物，溶質(zhì)含醇量分別為5%、10%15%、20%、25%，在20 ℃分別用酒精計(jì)測(cè)酒樣品中乙醇濃度，結(jié)果用表6、表7描述。

通過表6—表7 的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)同一含醇量下溶解不同比例的溶質(zhì)時(shí)，實(shí)際測(cè)量乙醇濃度間相差很大。而當(dāng)不同物質(zhì)在溶解的溶質(zhì)比例、含醇量相同時(shí)，實(shí)際測(cè)量乙醇濃度間相差不大。

表6 丹參75%醇沉粉在不同的含醇量不同的溶質(zhì)比例下實(shí)測(cè)乙醇濃度數(shù)(n=2)

表7 丹參乙醇提取物在不同的含醇量不同的溶質(zhì)比例下實(shí)測(cè)乙醇濃度數(shù)(n=2)

為使含乙醇量都是70 %，通過使用不同濃度的乙醇實(shí)施醇沉，相同質(zhì)量與不同比重的丹參水提流浸膏，在20 ℃下分別用酒精計(jì)測(cè)酒樣品中乙醇濃度，結(jié)果見表8。

通過表8 可知，不同比重的丹參流浸膏在同一含醇量下，實(shí)際含乙醇濃度與實(shí)測(cè)乙醇濃度間的差異很大，乙醇量與丹參流浸膏的比重成反比，即比重越高所耗用的乙醇量越少，當(dāng)比重值是1.30 時(shí)，酒精計(jì)實(shí)測(cè)的乙醇濃度是0，主要是因溶解了大量的干物質(zhì)。

表8 不同比重的丹參流浸膏醇沉至含醇量為70%實(shí)際測(cè)量乙醇濃度(n=2)

3 結(jié)論

為提升酒的檢測(cè)質(zhì)量，研究不確定因素影響下酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度。通過上述試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）通過不確定因素評(píng)定試驗(yàn)可知，讀數(shù)偏移明顯高于酒精計(jì)校準(zhǔn)因素、重復(fù)性偏差因素、相對(duì)合成等不確定因素，說明讀數(shù)偏移占不確定因素的比重最大，其影響也最大。

（2）通過溫度試驗(yàn)可知，酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度隨著溫度升高，酒精水溶液內(nèi)乙醇的體積百分比含量會(huì)變低，同時(shí)校正系數(shù)與乙醇真實(shí)濃度成反相關(guān)。

（3）通過置信度試驗(yàn)可知，在95 %置信水平下，導(dǎo)致酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度誤差比較大。

（4）通過酒精計(jì)使用方法分析可知，正確地使用酒精計(jì)可提升酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度的準(zhǔn)確性。

（5）通過不同中藥物質(zhì)導(dǎo)致的不確定因素試驗(yàn)可知，當(dāng)同一含醇量下溶解不同比例的溶質(zhì)時(shí)，實(shí)際測(cè)量乙醇濃度間相差很大。而當(dāng)不同物質(zhì)在溶解的溶質(zhì)比例、含醇量相同時(shí)，實(shí)際測(cè)量乙醇濃度間相差不大。不同比重的丹參流浸膏在同一含醇量下，實(shí)際含乙醇濃度與實(shí)測(cè)乙醇濃度間的差異很大，乙醇量與丹參流浸膏的比重成反比。

在以上結(jié)論的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)者在使用酒精計(jì)法測(cè)酒中乙醇濃度時(shí)，避免上述不確定因素的發(fā)生，提升檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可為酒類企業(yè)數(shù)據(jù)分析提供科學(xué)的參考依據(jù)。