◎ 陳怡岑，郝立群，趙 旭，董 梅，王德華

（遼寧省糧食科學(xué)研究所，遼寧 沈陽 110032）

蛋白質(zhì)是構(gòu)成人體的重要物質(zhì)，隨著世界人口的增加和人們對(duì)蛋白質(zhì)消費(fèi)的高度重視，準(zhǔn)確測定食物中的蛋白質(zhì)含量不僅可以為合理膳食提供數(shù)據(jù)，還可以為蛋白質(zhì)的研究和實(shí)際生產(chǎn)提供重要參考，對(duì)掌握食品營養(yǎng)價(jià)值和品質(zhì)變化，保證不同人群對(duì)蛋白質(zhì)的需要具有重要意義。目前蛋白質(zhì)的測定方法主要有凱氏定氮法、雙縮脲法、酚試劑法、紫外吸收法和燃燒法等，其中凱氏定氮法是測定蛋白質(zhì)含量最為普遍的方法，具有測定結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)[1-3]。一些有條件的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)采用半自動(dòng)、全自動(dòng)凱氏定氮儀法進(jìn)行蛋白質(zhì)測定，但在高等院校仍然把凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)作為學(xué)生必須掌握的實(shí)驗(yàn)技能。此外，市級(jí)、縣級(jí)實(shí)驗(yàn)室由于經(jīng)費(fèi)有限、操作人員不熟悉儀器，也會(huì)選擇凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)。由于凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)存在一定安全隱患，如何在實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)因子存在的條件下，降低事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，避免不必要傷害，是需要著重解決的問題。

魚刺圖法（Fishbone Analysis Method，F(xiàn)AM）是一種定性分析方法，具有簡潔實(shí)用、清晰直觀的特點(diǎn)，使用該方法可對(duì)事故的發(fā)生進(jìn)行綜合性定性分析，找出關(guān)鍵事件。因果分析法（Cause Consequence Analysis，CCA）是將原因和后果的分析相結(jié)合，對(duì)具有安全風(fēng)險(xiǎn)的事件進(jìn)行詳細(xì)分析，利用控制屏障和恢復(fù)屏障的設(shè)置，在事故發(fā)生前后分別建立有效措施，進(jìn)而預(yù)防及控制事故的發(fā)生或降低風(fēng)險(xiǎn)損失。本文采用FAM 法與CCA 法對(duì)凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量發(fā)生爆濺事故進(jìn)行定性定量分析，以期對(duì)凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)的安全性控制作出科學(xué)合理的指導(dǎo)。

1 凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)原理與流程

凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)原理是食品與濃硫酸和催化劑共同加熱消化使蛋白質(zhì)分解（消化蛋白過程），其中碳、氫被氧化為CO2和H2O 逸出，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨與硫酸結(jié)合成硫酸銨，留在消化液中，加NaOH 中和生成NH3、H2O，加熱使氨游離（堿化蒸餾過程），用硼酸吸收后（吸收過程），再以標(biāo)準(zhǔn)鹽酸或硫酸溶液滴定（滴定過程），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)酸消耗量乘以蛋白質(zhì)換算系數(shù)，計(jì)算蛋白質(zhì)的含量。凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)過程如下。

2 魚刺圖分析

2.1 魚刺圖分析法介紹

魚刺圖又稱石川圖，是一種重要的事故分析方法[4]。它是在事故分析時(shí)，通過對(duì)原因的分析和歸納，用簡明的文字和線條，繪制出的一幅魚刺形的事故分析圖，簡稱FAM 法。魚刺圖最初主要用于質(zhì)量管理方面，之后移植到安全分析方面，應(yīng)用魚刺圖分析事故，可使復(fù)雜的事故原因變得系統(tǒng)化、條理化，為進(jìn)一步防止事故發(fā)生，提出預(yù)防對(duì)策。魚刺圖繪制步驟包括調(diào)查、定題、原因分類、填圖等。魚刺圖分析時(shí)，要求從大到小、從粗到細(xì)，一直到能采取措施消除這種原因時(shí)不再細(xì)分，強(qiáng)調(diào)針對(duì)結(jié)果、分析原因、先主后次、層層深入。于云飛等[5]將影響玻璃鋼漁船建造質(zhì)量的因素分為設(shè)計(jì)、材料及工藝3 個(gè)類型，分別對(duì)不同類型的因素進(jìn)行多角度研究，并建立相關(guān)魚刺圖基礎(chǔ)模型。李海麗等[6]在集對(duì)理論分析的基礎(chǔ)上引入層次分析法中的專家打分模式，將魚刺圖定性分析轉(zhuǎn)化為定性和定量相結(jié)合的綜合分析方法。

2.2 爆濺事故魚刺圖分析

人的行為結(jié)果偏離了規(guī)定的目標(biāo)并且產(chǎn)生了不良的影響，即為人的失誤，人的失誤包括操作人員失誤和管理人員失誤，管理者發(fā)生的失誤是一種較危險(xiǎn)的人因失誤[7]。主要表現(xiàn)為安全培訓(xùn)不到位、應(yīng)急處置不當(dāng)、應(yīng)急措施失效；操作人員操作時(shí)注意力不集中、不清楚操作流程或?qū)徫恢R(shí)薄弱，這些都會(huì)直接或間接導(dǎo)致爆濺事故的發(fā)生。人的不安全行為受其生理-自然屬性和心理-社會(huì)屬性的影響，同時(shí)也與管理者的認(rèn)識(shí)有關(guān)[8]。裝置設(shè)備的好壞，是決定實(shí)驗(yàn)是否能進(jìn)行下去的基礎(chǔ)，當(dāng)裝置處于不安全狀態(tài)會(huì)大大提高生產(chǎn)安全事故的發(fā)生概率。在凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量的實(shí)驗(yàn)過程中，加熱裝置故障或安全保護(hù)措施缺失，是導(dǎo)致爆濺事故發(fā)生的重要物質(zhì)因素。環(huán)境因素是間接制約實(shí)驗(yàn)工作能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵，環(huán)境系統(tǒng)的功能載體包括工作空間和調(diào)整或改變環(huán)境要素的設(shè)施，如通風(fēng)櫥故障、實(shí)驗(yàn)臺(tái)雜亂、狹窄等，這些都屬于引起爆濺事故發(fā)生的不良環(huán)境因素。凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量整個(gè)操作系統(tǒng)都存在于環(huán)境之中，可見，良好的環(huán)境因素可以更好地體現(xiàn)操作者有效的工作效能。在對(duì)糖、脂肪含量高的樣品進(jìn)行凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)消化過程時(shí)，因?yàn)槿菀桩a(chǎn)生大量氣泡，并伴有爆濺的可能，需采取一定措施提高安全系數(shù)，保證實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行。凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)爆濺事故魚刺圖分析如圖1 所示。

圖1 爆濺事故魚刺圖分析圖

3 因果分析

3.1 因果分析法介紹

因果分析法是將事件樹與故障樹結(jié)合起來的分析方法[9]，通過故障樹進(jìn)行原因分析（Cause Analysis），通過事件樹開展后果分析（Consequence Analysis），因此因果分析法又稱原因后果分析法，簡稱CCA 法。因果分析法首先要求對(duì)初因事件繪制事件樹，然后在事件樹分析[10]的基礎(chǔ)上，對(duì)初因事件和各失敗事件分別進(jìn)行故障樹分析[11]，得到因果圖，最后根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行定性或定量分析，并在此基礎(chǔ)上開展整個(gè)系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)。

3.2 爆濺事故事件樹定性分析

事件樹可以從宏觀角度分析系統(tǒng)可能發(fā)生的事故，進(jìn)而找出最嚴(yán)重的事故后果[12]，為確定故障樹的頂上事件提供依據(jù)。以凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量發(fā)生爆濺事故為初因事件，后續(xù)事件狀態(tài)為未發(fā)生爆濺傷人事故、發(fā)生爆濺傷人事故且應(yīng)急救援有效、發(fā)生爆濺傷人事故且應(yīng)急救援失效，爆濺事故事件樹定性分析如圖2 所示。

圖2 爆濺事故因果分析圖

3.3 故障樹定性分析

調(diào)查爆濺傷人事故頂事件原因?yàn)橄鞍走^程原因、堿化蒸餾過程原因，兩個(gè)中間事件只要發(fā)生一個(gè)，爆濺傷人事故即發(fā)生，用或門連接（一層）。

分析消化蛋白過程原因?yàn)樵谄靠趯?duì)人的條件下產(chǎn)生大量泡沫中間事件、最高檔加熱中間事件，兩個(gè)事件只要發(fā)生一個(gè)，消化蛋白過程原因事件就會(huì)發(fā)生，用或門連接（二層）；分析堿化蒸餾過程原因?yàn)樵诶鋮s不足條件下氣壓失衡中間事件、補(bǔ)堿量不足底事件，兩個(gè)事件中只要發(fā)生一個(gè)，堿化蒸餾過程原因事件就會(huì)發(fā)生，用或門連接（二層）。

調(diào)查產(chǎn)生大量泡沫中間事件原因?yàn)闃悠分净蛱呛扛咔揖植扛邷貎蓚€(gè)底事件，兩個(gè)底事件需同時(shí)發(fā)生，大量泡沫事件才會(huì)發(fā)生，為與門關(guān)系（三層）；調(diào)查最高檔加熱中間事件原因?yàn)榭煽毓钃舸┣胰f用爐失控兩個(gè)底事件，兩個(gè)底事件需同時(shí)發(fā)生，最高檔加熱事件才會(huì)發(fā)生，為與門關(guān)系（三層）；調(diào)查氣壓失衡的直接原因?yàn)檠b置漏氣底事件、最高檔加熱中間事件，當(dāng)兩者至少有一個(gè)事件發(fā)生，即氣壓失衡發(fā)生，為或門關(guān)系（三層）。

調(diào)查氣壓失衡中最高檔加熱中間事件原因?yàn)榭煽毓钃舸┣胰f用爐失控兩個(gè)底事件，兩個(gè)底事件需同時(shí)發(fā)生，最高檔加熱事件才會(huì)發(fā)生，為與門關(guān)系（四層）。

當(dāng)應(yīng)急措施失效或操作人員處置不當(dāng)，都會(huì)引起輸出事件應(yīng)急救援失效頂事件發(fā)生，兩個(gè)輸入事件用或門連接（一層）。

爆濺傷人事故頂事件、應(yīng)急救援失效頂事件故障樹定性分析如圖2 所示。

故障樹建立后，用符號(hào)替代語言描述各級(jí)事件，如圖3 所示。根據(jù)故障樹模型，通過對(duì)故障發(fā)生的基本原因進(jìn)行推理分析，使用布爾代數(shù)規(guī)則對(duì)各事件間的相互關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，建立從結(jié)果到原因描述故障的有向邏輯圖，進(jìn)而得到故障樹全部最小割級(jí)[13]。

圖3 用符號(hào)替代各級(jí)事件因果分析圖

T1=Q1+Q2=M1+M2+X5+M3=M1+M2+X5+X6+M4=X1X2+X3X4+X5+X6+X3X4得到T1故障樹全部最小割集為G1{X1X2}；G2{X3X4}；G3{X5}；G4{X6}。T2=X7+X8， 得到T2故障樹全部最小割集為G5{X7X8}。

3.4 故障樹定量分析

3.4.1 利用最小割集計(jì)算頂上事件發(fā)生概率

因T1、T2故障樹中均無重復(fù)事件發(fā)生，如圖4所示，故利用最小割集計(jì)算頂上事件發(fā)生概率[14]。

圖4 經(jīng)化簡后的兩個(gè)頂事件故障樹圖

設(shè)樣品脂肪或糖含量高發(fā)生概率q1=0.1、局部高溫發(fā)生概率q2=0.2、可控硅擊穿發(fā)生概率q3=0.2、萬用爐失控發(fā)生概率q4=0.2、補(bǔ)堿量不足發(fā)生概率q5=0.2 和裝置漏氣發(fā)生概率q6=0.1，則頂上事件T1發(fā)生概率為

則爆濺傷人事故頂事件失效概率為0.32。設(shè)q7=0.6，q8=0.4，則應(yīng)急救援失效頂上事件T2發(fā)生概率為T2g=1-(1-q7)(1-q8)=0.76

3.4.2 爆濺傷人事故結(jié)構(gòu)重要度分析

各底事件結(jié)構(gòu)重要度的大小與最小割級(jí)所包含的底事件數(shù)目密切相關(guān)，且Iφ(i)值越大，重要度越大，單個(gè)事件組成的最小割級(jí)結(jié)構(gòu)重要度最大[14-16]。式中Iφ(i)為底事件Xi結(jié)構(gòu)重要度的近似判別值；Xi∈Gr為底事件xi屬于最小割集Gr；ni為底事件xi所在的最小割集中包含的底事件數(shù) 目。Iφ(5)=Iφ(6)=1，各底事件結(jié)構(gòu)重要度順序?yàn)镮φ(5)=Iφ(6)＞Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)=Iφ(4)。

3.4.3 爆濺傷人事故概率重要度分析

概率重要度的計(jì)算可以很好地考察各底事件概率的增減對(duì)頂上事件發(fā)生概率的影響程度，也是頂上事件發(fā)生概率對(duì)底事件發(fā)生概率的變化率[14-16]。

各底事件概率重要度順序?yàn)镮g(5)＞Ig(6)＞Ig(3)=Ig(4)＞Ig(1)＞Ig(2)。

由此可見降低底事件X5、X6發(fā)生概率，能使頂事件的發(fā)生概率下降速度比較快，底事件X2最不敏感。

3.4.4 爆濺傷人事故臨界重要度分析

臨界重要度是指綜合底事件發(fā)生概率對(duì)頂上事件發(fā)生概率的影響程度和該底事件發(fā)生概率的大小，進(jìn)而評(píng)價(jià)各底事件的重要程度，即底事件發(fā)生概率的變化率與頂上事件發(fā)生概率的變化率之比，用IG(i)表示[14-17]。

各底事件臨界重要度順序?yàn)镮G(5)＞IG(6)＞IG(3)=IG(4)＞IG(1)=IG(2)，則X5、X6對(duì)頂事件較為重要；X1、X2對(duì)頂事件的影響較小。

3.5 爆濺事故事件樹定量分析

依故障樹分析取得的各頂事件概率T1g=0.32，T2g=0.76，計(jì)算爆濺事故事件樹各狀態(tài)概率。狀態(tài)（1）：PS1=1-T1g=0.68；狀態(tài)（2）：PS2=T1g(1-T1g)=0.076 8；狀態(tài)（3）：PS3=T1gT2g=0.243 2。

爆濺事故發(fā)生后，由于個(gè)人安全防護(hù)與應(yīng)急措施到位，使得狀態(tài)（2）并沒有傷及操作人員，因此將狀態(tài)（2）也視為安全狀態(tài)。則安全狀態(tài)概率為PS1+PS2=0.756 8；危險(xiǎn)狀態(tài)概率為PS3=0.243 2。

爆濺事故因果分析結(jié)果，如圖5 所示。

圖5 爆濺事故因果分析結(jié)果圖

4 討論

4.1 FAM 法對(duì)爆濺事故分析

采用魚刺圖對(duì)爆濺事故進(jìn)行綜合分析，主要包括人員原因、原料原因、裝置原因、環(huán)境原因和管理原因，明確消除初始事件的安全措施，如管理人員需加強(qiáng)安全意識(shí)，開展切實(shí)有效的安全操作培訓(xùn)；操作人員要明晰操作流程，在安全（裝置安全、環(huán)境安全）條件下開展檢測與實(shí)驗(yàn)工作；對(duì)于含糖、含脂肪高的樣品，在實(shí)驗(yàn)過程中如果產(chǎn)生大量泡沫可加入少量辛醇、液體石蠟、硅油消泡劑等，均可減少初始事件發(fā)生。

4.2 CCA 法對(duì)爆濺事故分析

采用故障樹對(duì)爆濺事故進(jìn)行原因分析，通過最小割級(jí)求得爆濺傷人頂事件發(fā)生概率為0.32，應(yīng)急救援失效頂事件概率為0.76；通過結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度、臨界重要度分析，均顯示X5、X6為最重要的底事件，應(yīng)采取相應(yīng)措施降低X5、X6發(fā)生概率，如保證冷卻水水壓穩(wěn)定、蒸汽均勻、中間不能停止加熱、認(rèn)真檢查實(shí)驗(yàn)器具、防止發(fā)生倒吸、防止裝置破裂等措施。

采用事件樹對(duì)爆濺事故進(jìn)行結(jié)果分析，安全狀態(tài)的概率為0.756 8，發(fā)生危險(xiǎn)的概率為0.243 2。因此，加強(qiáng)應(yīng)急措施、強(qiáng)化操作人員處置能力、開展應(yīng)急演練等措施是防止爆濺事故發(fā)生和減少爆濺傷人事故損害結(jié)果的恢復(fù)屏障。

5 結(jié)論

采用FAM 法和CCA 法對(duì)凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)發(fā)生爆濺事故進(jìn)行定性定量分析，科學(xué)合理地規(guī)避實(shí)驗(yàn)中的風(fēng)險(xiǎn)因子，在保證實(shí)驗(yàn)人員安全、準(zhǔn)確、高效工作的前提下合理創(chuàng)新。通過在消化過程中安裝旋轉(zhuǎn)裝置，保證消化瓶均勻加熱；蒸餾過程中，在冷凝水水壓穩(wěn)定條件下，加熱裝置的加熱溫度和加熱時(shí)間梯度設(shè)定等，可有效避免爆濺事故的發(fā)生。