酸碱滴定法测定饼干中二氧化硫含量的不确定度评定

何金麟 王仍瑞 孙婷

摘 要：目的：采用酸碱滴定法测定饼干中的二氧化硫残留量，并对测定结果的不确定度进行分析及评定。方法：试样酸化后在充氨蒸馏条件下释放二氧化硫，用过氧化氢溶液吸收，氢氧化钠标准溶液滴定，根据滴定体积计算二氧化硫含量。通过建立数学模型，分析检测过程引入的不确定来源和数值，计算各影响因素的不确定度分量，最终得出不确定度报告。结果：在95%置信区间下，扩展不确定度为1.2 mg·kg-1。饼干中二氧化硫残留量测定结果可报告为（179.11±1.2）mg·kg-1（k=2，置信区间p=95%）。结论：影响测定结果准确性的主要因素为样品测量重复性和试样称量，应在实验过程中加以重点关注及控制，使检测结果更可靠。

关键词：酸碱滴定法；二氧化硫；不确定度；饼干

Evaluation of Uncertainty in Determination of Sulfur Dioxide Content in Biscuits by Acid-Base Titration

HE Jinlin， WANG Rengrui， SUN Ting

（Technical Center of Xiamen Customs， Xiamen 361026， China）

Abstract： Objective： The residual amount of sulfur dioxide in biscuit was determined by acid-base titration， and the uncertainty of the result was analyzed and evaluated. Method： After acidification， the sulfur dioxide was released under the condition of ammonia filled distillation， absorbed by hydrogen peroxide solution， titrated by sodium hydroxide standard solution， and the sulfur dioxide content was calculated according to the titration volume. By establishing a mathematical model， analyzing the source and value of the uncertainty introduced in the detection process， calculating the uncertainty component of each influencing factor， and finally obtaining the uncertainty report. Result： At 95% confidence interval， the extended uncertainty is 1.2 mg·kg-1. Determination of sulfur dioxide residue in biscuits can be reported as （179.11±1.2） mg·kg-1 （k=2， confidence interval p=95%）. Conclusion： The main factors affecting the accuracy of the test result are the repeatability of the sample measurement and the weighing of the sample， which should be paid attention to and controlled during the experiment to make the test result more reliable.

Keywords： acid-base titration; sulfur dioxide; uncertainty; biscuits

二氧化硫在食品生产加工中作为添加剂有漂白[1]、护色[2]、防腐[3]和抗氧化[4]等功能，主要以亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、亚硫酸氢钠和低亚硫酸钠[5]等亚硫酸盐的形式添加到食品中或采用硫磺熏蒸的方式处理食品。饼干作为一种常见的焙烤类食品，里面含有的二氧化硫一般来自面粉中人为添加的亚硫酸盐，主要作用是降低面粉筋度和防腐。二氧化硫接触食品中的水分会发生较为活泼的反应[6]，从而产生游离状态的反应物并在食品中大量存留，使其含量超出限量要求。在标准范围内，合理使用二氧化硫不会对人体健康造成危害，但过量残留会对身体产生不良影响，导致多器官中毒、损伤[7-8]，以及哮喘等过敏反应[9-10]。因此联合国粮农组织和世界卫生组织联合食品添加剂专家委员会（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）制定了每日允許摄入量（Allowable Daily Intake，ADI）为0～0.7 mg·（kg bw）-1[11]，《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）中明确规定了二氧化硫在饼干中的最大使用限量是0.1 g·kg-1。2023年7月13日，广东省市场监督管理局发布《广东省市场监督管理局关于19批次食品不合格情况的通告》（2023年第19期）[12]，通告广东省某企业生产的蔬菜咸饼干中二氧化硫残留量超出国家标准规定。8月6日，国家市场监管总局发布《市场监管总局关于2023年上半年市场监管部门食品安全监督抽检情况的通告》〔2023年第16号〕[13]，在食品安全监督抽检中共抽检31 041批饼干，检出不合格196批，不合格率0.63%。当测定结果和限量值接近时，须进行不确定度的评估来确保检测结果的准确性。测量不确定度是评定测量结果可信度的重要指标，具有重要的科学意义和现实意义[14]，测量不确定度越小，表明检测结果越准确可靠[15]。因此，饼干中二氧化硫含量的检测及不确定度的评定对确保食品安全意义重大，尤其是检测结果在限量值附近时。

目前有关于滴定法测定干百合和赤砂糖中二氧化硫不确定度的分析报道[16-17]，而利用自动蒸馏测定仪测定饼干中二氧化硫不确定度的研究还未见报道。本研究用二氧化硫自动蒸馏测定仪对饼干中二氧化硫残留量进行检测，依据《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）对检测结果进行分析，更为全面地对测量结果不确定度来源进行分析。分析在测量步骤中每个不确定程度分量对检测结果的影响，为二氧化硫残留量的检测提供有力的技术支撑，也为实验室能够科学评价检测报告提供思路和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

饼干：采自农贸市场，充分粉碎、混匀，装入聚乙烯塑料袋备用。盐酸、30%过氧化氢、无水乙醇（分析纯，国药集团）；甲基红（分析纯，上海麦克林公司）；氢氧化钠标准滴定溶液（0.1002 mol·L-1，上海安谱公司）；高纯氮气（99.999%，林德气体公司）。

GM200样品粉碎机（美国莱驰公司）；ST109C食药二氧化硫测定仪（济南盛泰公司）；25 mL碱式滴定管（德国Witeg公司）；BSA822电子分析天平（d=0.01 mg，赛多利斯公司）；10 mL单标线吸量管（A级）；100 mL容量瓶（A级）。

1.2 试验方法

称取试样35 g（精确至0.01 g）于1 000 mL圆底烧瓶中，加水500 mL后接入二氧化硫测定仪，打开回流冷凝开关。准备50 mL过氧化氢溶液放入锥形瓶作为吸收液并加入3滴指示剂。开通氮气，打开仪器开关，充氮3 min后，自动加酸10 mL，加热烧瓶并保持微沸1.5 h。蒸馏完毕后滴定并记录消耗体积，同时进行空白试验。

2 不确定度来源分析

2.1 数学模型建立

根据检测方法测定饼干中二氧化硫含量，建立数学模型：

（1）

式中：X为饼干中二氧化硫含量，mg·kg-1；V为饼干蒸馏吸收液消耗氢氧化钠标准溶液体积，mL；V0为空白蒸馏吸收液消耗氢氧化钠标准溶液体积，mL；c为氢氧化钠标准溶液浓度，mol·L-1；0.032为１ mL氢氧化钠标准溶液相当的二氧化硫的质量，g·mmoL-1；m为饼干质量，g。

2.2 不确定度来源

不确定度来源分析如图1。该测定方法的不确定度来源于4个部分：饼干样品测量的重复性（A类不确定度）、用于滴定的氢氧化钠标准溶液浓度（B类不确定度）、样品滴定氢氧化钠标准溶液消耗的体积（B类不确定度）和试样称量（B类不确定度）引入的不确定度。

3 不确定度分量计算

3.1 测定重复性引入的相对标准不确定度urel（X）

按照1.2的分析步骤对饼干样品中的二氧化硫含量进行测定，结果见表1。

进行8次的平行测定，根据贝塞尔公式[18]计算出标准偏差S为

饼干样品中二氧化硫含量测定重复性引入的相对标准不确定度为

3.2 标准溶液引入的相对标准不确定度urel（C）

3.2.1 标准溶液浓度引入的相对标准不确定度urel（C1）

查阅氢氧化钠标准溶液标准物质证书：浓度为0.100 2 mol·L-1，扩展不确定度为0.15%（k=2），则该相对标准不确定度为。

3.2.2 标准溶液稀释引入的相对标准不确定度urel（C2）

（1）移取10 mL氢氧化钠标准溶液引入的相对标准不确定度urel（C2-1）。①单标线吸量管u（C2-1-V）。查阅10 mL单标线吸量管校准证书，容量允差为±0.006 mL。以吸量管在刻度的读数偏差根据经验定为允差的1/10计算[19]，则该不确定度为

②温度效应u（C2-1-P）。实验室温度在（20±5）℃，氢氧化钠溶液的膨胀系数为2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=计算，则该不确定度为

由单标线吸量管体积测量和温度效应引入的不确定度互相独立，则移取10 mL氢氧化钠标准溶液引入的不确定度为

相对标准不确定度为

（2）定容到100 mL引入的相对标准不确定度urel（C2-2）。①容量瓶urel（C2-2-V）。通过查阅校准证书，100 mL玻璃容量瓶的容量允差为±0.01 mL。以吸量管在刻度的读数偏差根据经验定为允差的1/10计算[19]，则该不确定度为。

②温度效应urel（C2-2-P）。实验室温度在（20±5）℃，氢氧化钠溶液的膨胀系数为2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=计算，则该不确定度为

容量瓶体积测量和温度效应的不确定度互相独立，则定容氢氧化钠标准溶液引入的不确定度为

相对标准不确定度为

因氢氧化钠标准溶液的吸取和定容两个部分是相互独立的，则标准溶液稀释引入的相对标准不确定度为

综上所述，合成氢氧化钠标准滴定溶液引入的相对标准不确定度为

3.3 滴定氢氧化钠标准溶液消耗体积引入的相对标准不确定度urel（V-V0）

实验测定二氧化硫滴定过程中消耗氢氧化钠的体积（V-V0）的不确定度包括样品滴定体积V、空白滴定体积V0两个部分，且相互独立。其中V0的滴定体积为0 mL，可以忽略不计。V的不确定度来源主要包括实验员滴定读数误差、堿式滴定管的容量允差、滴定时甲基红指示剂的变色区间和滴定时的温度效应4个部分，且相互独立。

3.3.1 读数误差引入的不确定度u（V1）

实验员眼睛的分辨率在0.1 mm左右，滴定过程中的读数误差约为0.01 mL[20]，以矩形分布k=计算，则该不确定度为。

3.3.2 碱式滴定管的容量允差引入的不确定度u（V2）

查阅25 mL碱式滴定管校准证书，其扩展不确定度U=0.01 mL（k=2），则该不确定度

3.3.3 指示剂变色区间引入的不确定度u（V3）

接近滴定终点时，采用半滴技术滴定，指示剂变色区间为半滴的体积0.025 mL[20]，以矩形分布k=计算，则该不确定度为。

3.3.4 温度效应引入的不确定度u（V4）

实验室温度在（20±5）℃，氢氧化钠溶液的膨胀系数取水的膨胀系数2.1×10-4 ℃-1，以矩形分布k=计算，实际滴定体积的平均值为19.64 mL，则该不确定度为

综上所述，样品滴定体积引入的标准不确定度

实际滴定体积的平均值为19.64 mL，则样品滴定体积引入的相对标准不确定度为

3.4 试样称量引入的相对标准不确定度urel（m）

用天平称取样品，其重复性已包含于重复性实验中，独立的不确定度分量来自天平的校准。查阅分度值为0.01 g的电子天平校准证书，其最大允许误差为±0.05（称量0≤m≤500 g），以矩形分布k=计算，由此引入的标准不确定度为

两次称量所得净重（1次皮重、1次毛重）是相互独立的，则称取样品引入不确定度为

实际称样的平均值为35.16 g，则试样称量引入的相对标准不确定度为。

3.5 合成标准不确定度u（X）

经综合分析，酸碱滴定法测定饼干中二氧化硫含量的各个分量不确定度见表2。从表2可以看出不确定度贡献最大的分量为测量重复性，达到45.8%，其次为试样称量，贡献占比18.9%。合成相对标准不确定度为

合成标准不确定度为u（X ）=urel（X ）×X=0.003 41×

179.11=0.611 mg·kg-1

3.6 扩展不确定度u（X ）

取包含因子k=2（置信概率p=95%），则扩展不确定度评定为U（X ）=u（X ）×k=0.611×2=1.222≈1.2 mg·kg-1则本次实验测得饼干中二氧化硫的含量为179.11±1.2 mg·kg-1（k=2，P=95%）

4 结论

本研究应用酸碱滴定法对饼干中二氧化硫残留量进行测定。根据数学模型，对饼干中二氧化硫残留量的不确定度各分量进行评定。结果表明，采用该方法测定结果的不确定度主要来源于样品测量重复性、氢氧化钠标准滴定溶液浓度、样品滴定体积和试样称量4个部分。各不确定度分量主次顺序为测量重复性＞试样称量＞氢氧化钠标准滴定溶液＞滴定体积。因此，在酸碱滴定法测量饼干中二氧化硫残留量实验中为减小实验误差，应重复多次实验，通过增加实验平行测定次数和人员比对来降低结果的不确定度。同时，在称量过程中尽量选择等级较高、误差较小的电子天平，从而提高整个监测分析结果的准确性、可信性。

此次试验测得饼干中二氧化硫的含量为

179.11 mg·kg-1，扩展不确定度为1.2 mg·kg-1，含量可表示为（179.11±1.2）mg·kg-1，k=2。根据数据可知，饼干样品中二氧化硫残留量超过国标规定的限量要求。表明该食品在生产加工过程中存在亚硫酸盐随意滥加的现象。农贸市场食品存在较大的食品安全隐患，建议消费者在大型商超购买食品。

参考文献

[1]TIAN L，SUN X F，ZHOU L L，et al.Reversible colorimetric and NIR fluorescent probe for sensing SO2/H2O2 in living cells and food samples[J].Food Chemistry，

2023，407：135031-135031.

[2]刘雨希.食品中二氧化硫残留量检测分析[J].农家参谋，2018（1）：217.

[3]JMIAI A，ABDALLAH E A.Corrosion processes and strategies for protection[J].Anti-Corrosive Nanomaterials： Design， Characterization， Mechanisms and Applications，2023：25.

[4]ZHANG Z，WU Z，YUAN Y，et al.Sulfur dioxide mitigates oxidative damage by modulating hydrogen peroxide homeostasis in postharvest table grapes[J].Postharvest Biology and Technology，2022，188：111877.

[5]SARA G，FRANCESCA R，CATERINA P，et al.Sulphate uptake plays a major role in the production of sulphur dioxide by yeast cells during oenological fermentations[J].Fermentation，2023，9（3）：280.

[6]梁喜玲.食品中二氧化硫殘留量研究分析及预防措施[J].农产品加工，2021（8）：52-54.

[7]黄丽，陈思伊，庞洁，等.食品中二氧化硫残留量检测研究进展[J].中国食品添加剂，2020，31（8）：123-128.

[8]CHAN N J，HSU C C，LIN Y S，et al.Inhibitory effect of sulfur dioxide inhalation on Hering–Breuer inflation reflex in mice： role of voltage-gated potassium channels[J].Journal of Applied Physiology，2023，134（5）：1075-1082.

[9]CHAI R N，XIE H，ZHANG J L，et al.Sulfur dioxide exposure reduces the quantity of CD19 +cells and causes nasal epithelial injury in rats[J].Journal of Occupational Medicine and Toxicology，2018，13（1）：22.

[10]WANG C，LIANG C，MA J J，et al.Co-exposure to fluoride and sulfur dioxide on histological alteration and DNA damage in rat brain[J].Journal of Biochemical and Molecular Toxicology，2018，32（2）：e22023.

[11]AGUILAR F，CREBELLI R，DOMENICO A D，

et al.Scientific opinion on the re-evaluation of sulfur dioxide（E 220），sodium sulfite（E 221），sodium bisulfite（E 222），sodium metabisulfite（E 223），potassium metabisulfite（E 224），calcium sulfite（E 226），calcium bisulfite（E 227）and potassium bisulfite（E 228）as food additives[J].EFSA Journal，2016，14（4）：4438.

[12]广东省市场监督管理局（知识产权局）.广东省市场监督管理局关于19批次食品不合格情况的通告（2023年第19期）[EB/OL].（2023-07-13）[2023-08-15].http：//amr.gd.gov.cn/zwgk/tzgg/content/post_4217989.html.

[13]国家市场监管總局.市场监管总局关于2023年上半年市场监管部门食品安全监督抽检情况的通告〔2023年第16号〕[EB/OL].（2023-08-14）[2023-08-15].https：//www.samr.gov.cn/

spcjs/xxfb/art/2023/art_7ccabb2ef92f4792b368a45d580e30ac.html.

[14]任翊，范博望，周易枚，等.肉制品中亚硝酸盐的测量不确定度评定[J].食品质量安全检测学报，2021，12（7）：2881-2886.

[15]COUTO A R，LOUREN?O F R.Bottom-up and top-down measurement uncertainty evaluation for multivariate spectrophotometric procedures[J].Microchemical Journal，2023，193：109194.

[16]杨忠芳，陈贻钢，李宏盛，等.干百合中二氧化硫含量测定的不确定度分析[J].现代食品，2023，29（11）：198-201.

[17]郑冰仪，谢斯铭，张晶，等.赤砂糖中二氧化硫含量测定的不确定度分析[J].甘蔗糖业，2021，50（1）：82-86.

[18]王伟，赵嵩卿，王晶晶.标准偏差计算公式的一种讲解方法[J].教育教学论坛，2020（44）：293-294.

[19]金晓丽，王灵红，广家权，等.酸碱指示剂滴定法测定白酒中总酸含量的不确定度评定[J].酿酒科技，2022（3）：127-132.

[20]王艳洁，李莉，孙茜，等.滴定管容量示值误差测量不确定度评定[J].分析试验室，2010，29（增刊1）：39-42.