Fosfor er et vigtigt mineralelement, der er nødvendigt for den menneskelige krop. Den vigtigste kilde til fosfor til menneskekroppen er naturlig mad eller fosfattilsætningsstoffer til fødevarer. Fosfat er en af de naturlige komponenter i næsten alle fødevarer. Fordi fosfat kan forbedre eller bibringe en række fremragende egenskaber til fødevarer, begyndte det at blive brugt i fødevareforarbejdning for mere end hundrede år siden og blev meget brugt efter 1970'erne. På nuværende tidspunkt er fosfat en af de mest udbredte og udbredte kategorier af fødevaretilsætningsstoffer. Som en vigtig fødevareingrediens og funktionelt tilsætningsstof bruges det i vid udstrækning i kødprodukter, fjerkræprodukter, fisk og skaldyr, frugter, grøntsager, mejeriprodukter, bagte produkter, under forarbejdning af drikkevarer, kartoffelprodukter, krydderier, færdigretter mv.
1. Introduktion til fosfat
1.1 Klassifikation
Fosfater kan opdeles i orthophosphater og kondenserede fosfater:
Orthophosphat refererer til forskellige salte af orthophosphorsyre (H3PO4): M3PO4, M2HPO4, MH2PO4 (M er en monovalent metalion).
Orthophosphat opvarmes, dehydreres og kondenseres til dannelse af kondenseret fosfat. Dens generelle formel er Mn+2PnO3n+1, hvor M er en monovalent metalion, og n er antallet af phosphoratomer. Når værdien af n er meget stor, er den begrænsende kemiske formel for kondenseret fosfat: MnPnO3n.
De forskellige salte af pyrophosphat kaldes pyrophosphater, M4P2O7;
De forskellige salte af triphosphat kaldes tripolyphosphater, M5P3O10;
Kondenserede fosfater, hvis molekyler indeholder mere end 3 fosforatomer, kaldes tilsammen polyfosfater, og antallet af O-P-O-bindinger i deres molekyler kaldes kædelængden af polyfosfater.
Den molekylære formel for metaphosphat er (MPO3)n, som groft kan opdeles i cyklisk metaphosphat, uopløseligt metaphosphat og metaphosphat glaslegeme (sådanne stoffer er faktisk kædepolyphosphater med en kædelængde på mere end 10 og en lille mængde blanding af cykliske metafosfater) .
1.2 De fosfater, der anvendes til fødevareforarbejdning, er sædvanligvis natriumsalte, calciumsalte, kaliumsalte og jernsalte og zinksalte som ernæringsmæssige berigende stoffer. Der er mere end 30 typer almindeligt anvendte fosfater af fødevarekvalitet. Natriumphosphat er På nuværende tidspunkt er den vigtigste forbrugskategori af fosfat til husholdningsbrug kaliumphosphat. Med udviklingen af fødevareforarbejdningsteknologi stiger forbruget af kaliumfosfat også år for år.
For at give fuldt udspil til de synergistiske effekter mellem forskellige fosfater og fosfater og andre tilsætningsstoffer, og imødekomme udviklingsbehovene for fødevareforarbejdningsteknologi, anvendes forskellige sammensatte fosfater ofte som fødevareingredienser og funktionelle tilsætningsstoffer i praktiske applikationer. Forskning og udvikling af formulerede fosfater er i stigende grad blevet udviklingsretningen for udvikling og anvendelse af fosfatfødevaretilsætningsstoffer.
På grund af forskelle i kædelængde, pH-værdi, P2O5-indhold og bundne metalkationer har forskellige typer fosfater store forskelle i fysiske og kemiske egenskaber. For lineære polyphosphater, når kædelængden øges, øges dens emulgering, dispersionsegenskaber og evne til at chelatere calciumioner, mens buffereffekten og pH-værdien falder.
Kondenseret polyphosphat vil hydrolysere under opvarmning eller sure forhold for at generere orthophosphat eller kortkædet polyphosphat. Når der er enzymer, geler og komplekse kationer i opløsningen, kan hydrolysehastigheden accelereres kraftigt, og opløsningens Når ionstyrken øges, kan hydrolysehastigheden accelereres flere gange.
I praktiske applikationer udvælges fosfater ofte rationelt i henhold til kravene til fødevareforarbejdningsteknologi og baseret på deres pH-værdi og buffereffekt, opløselighed, vandholdende effekt, emulgering, dispersionsevne, chelering, hydrolysestabilitet og andre egenskaber. Som fødevareingredienser og funktionelle tilsætningsstoffer.
2. Karakteristika for fosfater og deres rolle i fødevareforarbejdning
Fosfat har to hovedfunktioner i fødevareforarbejdning: For det første som et kvalitetsforbedrende middel til at forbedre strukturen og smagen af fødevarer; for det andet kan det bruges som mineralernæringsforstærker.
Fosfats rolle i fødevareforarbejdning er hovedsageligt baseret på fosfats følgende egenskaber:
2.1 Buffereffekt:
Ph-værdien af fosfat varierer fra moderat sur (PH~4) til stærkt alkalisk (PH~12). Når forskellige fosfater kombineres i forskellige forhold, kan pH-værdien stabiliseres mellem PH4,5-11,7. niveau af buffer. Inden for pH-området for de fleste fødevarer (PH 3,5-7,5) kan fosfat bruges som en effektiv pH-regulator og pH-stabilisator for at få maden til at smage mere lækker. Den stærkeste buffereffekt er orthophosphat. For polyphosphat, når kædelængden øges, vil bufferkapaciteten svækkes.
2.2 Vandholdende effekt:
Polyphosphat er et stærkt hydrofilt fugtbevarende middel, der kan stabilisere fugten i fødevarer. Kvaliteten af dens vandholdende kapacitet er relateret til faktorer som typen og mængden af polyphosphat, fødevarens PH-værdi og ionstyrken.
For kødprodukter og fisk og skaldyr har pyrophosphat den bedste vandholdende kapacitet, efterfulgt af tripolyfosfat. Når kædelængden øges, vil polyfosfats vandholdende kapacitet svækkes.
2.3 Polyanion effekt:
Polyphosphat er et polymert dielektrikum og har karakteristika som et uorganisk overfladeaktivt stof. Det kan dispergere uopløselige stoffer i vand eller danne en stabil suspension for at forhindre adhæsion og agglomerering af suspensionen. Fordi polyphosphat kan få proteinet hydrosol til at danne en film på fedtkuglerne og derved sprede fedt mere effektivt i vand, er det meget brugt til fosforylering af stivelse, dispergering af pigmenter og emulgerede fødevarer (mælkeprodukter, is, salater, saucer osv.) og bruges som dispersionsstabilisator til pølser, hakkede kødprodukter og surimi-produkter.
For lineære polyphosphater øges deres emulgerende og dispergerende evner, når kædelængden øges.
2.4 Chelation:
Polyphosphat danner let opløselige komplekser med metalkationer i opløsningen og reducerer derved vandets hårdhed, hæmmer oxidation, katalyse, misfarvning og nedbrydning af C-vitamin forårsaget af metalkationer såsom Cu2+ og Fe3+ for at forhindre og forsinke fedtoxidation, forhindre kød , fjerkræ, fisk fra fordærv, bevare farve og forlænge holdbarheden af fødevarer. Dens kogeevne er vist i figuren nedenfor
Den chelaterende virkning af polyphosphater afhænger af kædelængde og pH. Generelt har langkædede polyphosphater en stærk chelateringsevne for letmetalioner, som stiger med stigningen i pH-værdien; kortkædede polyfosfater har en stærk chelaterende evne til tungmetalioner, men evnen til at chelatere tungmetalioner stiger med stigningen i pH-værdien. Efterhånden som niveauet stiger, svækkes chelationseffekten.
2.5 Proteinfunktion:
Fosfat har en styrkende effekt på protein og kollagen globulin, så det kan forbedre hydrering og vandholdende kapacitet af kødprodukter, øge vandgennemtrængeligheden, fremme blødgøring af fødevarer, forbedre kvaliteten af fødevarer og opretholde smagen af mad. Samtidig kan fosfater i mejeriprodukter forhindre koagulering af mælk ved opvarmning og forhindre adskillelse af kasein og fedtfugtighed.
2.6 Bulking effekt:
Sure fosfater (såsom surt natriumpyrophosphat, calciumhydrogenphosphat) bruges sædvanligvis som hævesyrer som hævemidler til bagte produkter og reagerer med bicarbonat for at tilvejebringe den kuldioxidgas, der kræves til bagningsprocessen.
2.7 Antiklumpningseffekt:
Tricalciumphosphat bruges almindeligvis som et antiklumpningsmiddel for at forbedre de fritflydende egenskaber af pulveriserede eller hygroskopiske fødevarer.
Tricalciumphosphat har et større specifikt overfladeareal og kan binde mere vand; og dens specielle sfæriske krystalstruktur kan frembringe en "kugleeffekt", hvilket giver pulveret gode fritflydende egenskaber.
2.8 Forlæng fødevarens holdbarhed:
Polyfosfat kan forbedre opbevaringsstabiliteten af fødevarer og forlænge produkternes holdbarhed. Denne effekt er hovedsageligt baseret på: (1) pH-regulering; (2) Antibakteriel effekt: Mikrobiel cellevækst skal være afhængig af divalente metalkationer, især Ca2+ og Mg2+, og fosfat kan chelatere med disse metalkationer, og det kan reducere stabiliteten af cellevæggen under celledeling og også reducere den termiske stabilitet af mange celler og derved effektivt hæmme bakterievækst.
Den antibakterielle virkning af polyphosphat er relateret til dets type (kædelængde), indhold, pH-værdi, saltindhold, nitritindhold og andre faktorer. Generelt, når kædelængden øges, øges den antibakterielle effekt.
2.9 Mineralernæringsstyrkende effekt:
Calciumphosphat, magnesiumphosphat, jernphosphat og zinkphosphat bruges ofte som mineralforstærkere i fødevareforarbejdning.
Tilsætning af jernfosfat og zinkfosfat til mavesaft kan forbedre den biofarmaceutiske effekt af mavesaft på grund af dens bedre opløselighed og vil ikke fremme naturlig oxidation.
3. Fosfatsikkerhedsspørgsmål
Sikkerheden af fosfater, der anvendes som fødevaretilsætningsstoffer, giver anledning til stor bekymring. Mange udenlandske forskere har udført et stort antal toksikologiske undersøgelser af fosfater og bekræftet, at fødevarefosfater er ugiftige og yderst sikre tilsætningsstoffer.
Sikkerhedsevalueringen af Specialkomitéen for Fødevare- og Landbrugsorganisationen i De Forenede Nationer og Verdenssundhedsorganisationen (FAO/WHO) i 1970 var, at det daglige tilladte indtag for voksne er 1,4-1,5gP2O5, mens Food Additives Committee i 1985 anbefales, at den ubetingede accept af total fosfor i kosten er <30 mg/kg kropsvægt, betinget acceptdosis er 30--70 mg/kg kropsvægt.
Det skal her påpeges, at man ved påføring af fødevarefosfater skal være opmærksom på balancen mellem calcium og fosfor (calcium til fosfor forholdet er 1:1,2), og fødevarefosfater bør anvendes rationelt i nøje overensstemmelse med det hygiejniske. standarder for brug af fødevaretilsætningsstoffer. , for at undgå negative virkninger på menneskers sundhed forårsaget af calcium- og fosforubalance eller misbrug af fosfater.
4. Anvendelse af fosfat i fødevareforarbejdning
4.1 Anvendelse i forarbejdning af kød- og fjerkræprodukter:
4.1.1 For at forbedre kvaliteten af kødprodukter tilsættes fosfat normalt til forarbejdning af kødprodukter. Dens funktioner er:
en. Forbedre vedhæftningen af kødprodukter og forbedre udskæringen af kødprodukter;
b. Forbedre kødets vandholdende kapacitet, så kødprodukter stadig kan bevare deres naturlige fugt under forarbejdning og tilberedning, reducere tabet af kødnæringsstoffer, bevare kødprodukternes mørhed og øge udbyttet af færdige produkter;
c. Kontroller pH-værdien af kødprodukter i det område, der er bedst egnet til proteinhævelse, og frembring den bedste farve af kødprodukter;
d. Forbedre emulgeringsydelse og emulsionsstabilitet, hvilket effektivt forhindrer adskillelse af fedt og vand;
e. Bloker metalkationer og forsinker oxidationsreaktionen i behandlingen af kødprodukter, hvilket effektivt kan reducere produkternes harskningshastighed, hæmme misfarvningen og harskningen af kødprodukter og forlænge holdbarheden af kødprodukter;
f. Forbedre forarbejdningsydelsen af kødprodukter og øge produktionseffektiviteten.
4.1.2 Køds vandholdende kapacitet refererer generelt til evnen til at holde på kødets fugtighed og den fugt, der tilføres kødet under forarbejdningen. Niveauet af vandholdende kapacitet er direkte relateret til tekstur og udbytte af kødprodukter. Tilsætning af fosfat kan effektivt forbedre kvaliteten af kødprodukter. Vandholdende kapacitet.
Hvordan man rationelt kan bruge fosfater og andre tilsætningsstoffer uden at påvirke smagen af kødprodukter, maksimere kødprodukternes vandholdende kapacitet og sammenhængen og reducere tilberedningstabet af kødprodukter har altid været et vigtigt emne i forskning og udvikling af kødprodukter. .
4.1.3 Rimelig brug af fosfater i forarbejdning af kødprodukter:
I praktiske anvendelser bør den passende type og mængde fosfat vælges ud fra kødprodukternes type, teksturkrav, produktionsproces, råvarer osv. og forskellige fosfaters egenskaber.
Kødprodukter tilsat pyrophosphat kan genoprette og forbedre muskelproteinets naturlige vandholdende kapacitet. Polyfosfat kan hurtigt omdannes til pyrophosphat under påvirkning af muskelenzymer, så den samme effekt kan opnås. Selvom pyrophosphat har den bedste vandretentionseffekt, er dets opløselighed for dårlig, så det kan i de fleste tilfælde ikke bruges alene. I stedet bruges det ofte i kombination med langkædet polyphosphat eller kaliumphosphat med bedre opløselighed. For at udøve den synergistiske effekt mellem forskellige fosfater og fosfater og andre tilsætningsstoffer anvendes der desuden ofte forskellige sammensatte kødproduktforbedringsmidler.
Funktionerne af forskellige sammensatte kødproduktfosfater er beskrevet som følger:
en. Til pølser og hakkede kødprodukter anvendes sædvanligvis pyrophosphat og mellemkædelængde polyphosphat, som tilsættes i form af tørt pulver under hakning og blanding. pH-værdien af det anvendte komplekse fosfat er generelt omkring 7, og nogle gange anvendes også komplekse fosfater med en pH-værdi højere end 9.
b. Den sammensatte phosphat, der anvendes til injektion af saltvand, skal opfylde følgende krav: 1) god opløselighed i iskold saltvand; 2) høj opløsningshastighed; 3) god stabilitet i iskold saltvand. pH-værdien af det anvendte komplekse fosfat er generelt 8,5-9,5. For at opnå den bedste muskelproteinaktiveringseffekt ved tilberedning af isvand til injektion, er det bedst først at opløse fosfaten i isvand og derefter tilsætte salt. Denne rækkefølge kan generelt ikke vendes.
c. Mængden af tilsat blandet fosfat er generelt 0,1-0,4 %, men mængden bør kontrolleres nøje, når den bruges. Hvis den tilsatte mængde er for høj, vil kødets oprindelige smag blive beskadiget, og farveudviklingen påvirkes på grund af stigningen i pH-værdien.
4.2 Anvendelse i forarbejdning af skaldyr:
4.2.1 Som et fremragende vandtilbageholdende middel, pH-regulator og frostvæske bruges fosfat i vid udstrækning til forarbejdning af fisk og skaldyr, især frosne fisk og skaldyr. Dens funktioner er:
en. Forbedre effektivt vandholdende kapacitet af fisk og skaldyr, gør kødsaften rigere og bevarer effektivt næringsstoffer og fugt;
b. Hæmmer fedtoxidation og forlænger effektivt holdbarheden af fisk og skaldyr;
c. Reducer dryptab efter optøning og reducer madlavningsvægttab;
d. Bevar fisk og skaldyrs naturlige farve og smag;
e. Synergerer med sukker for effektivt at forhindre frysning af denaturering af surimi-protein.
4.2.2 Ved forarbejdning af frosne rejer, fisk og skaldyr skal produkterne sædvanligvis gennemblødes i 3~10% sammensat fosfatopløsning (temperaturen er mindre end 10°C). Koncentrationen og iblødsætningstiden for iblødsætningsopløsningen er baseret på rejer, fisk og skaldyr Bestemt af fisk og skaldyrs type, størrelse og fisketid.
Følgende faktorer bør tages i betragtning ved rationel udvælgelse af sammensatte fosfater til iblødsætning: a) Det kan effektivt forbedre fisk og skaldyrs vandholdende kapacitet; b) Det har god opløselighed i isvand; c) Det kan opløses hurtigt i isvand; d) Det har god opløselighed i isvand. God stabilitet. pH-værdien af det anvendte komplekse fosfat er generelt højere end 9.
4.2.3 Generelt er de sammensatte fosfater, der tilsættes til frosne surimi, hovedsageligt natriumpyrophosphat, natriumtripolyphosphat og natriumhexametaphosphat, og den tilsatte mængde er 0,1-0,3 % surimi.
4.3 Anvendelse af fosfat i melprodukter
4.3.1 Anvendelse i bagte produkter:
Sure fosfater (såsom surt natriumpyrophosphat, calciumhydrogenphosphat) bruges sædvanligvis som hævesyrer som hævemidler til bagte produkter og reagerer med bicarbonat for at tilvejebringe den kuldioxidgas, der kræves til bagningsprocessen. Forskellige fosfater har forskellige dejreaktionshastigheder (ROR), og fosfater kan med rimelighed udvælges ud fra den forventede bageeffekt (løs volumen, porestruktur, smag).
Derudover kan fosfater også bruges som melbalsam, dejforbedringsmidler, buffere og gærnæringsstoffer.
4.3.2 Som nudelkvalitetsforbedrer anvendes fosfat i vid udstrækning til forarbejdning af instantnudler og almindelige nudler. Dens hovedfunktioner er:
en. Øg graden af stivelsesgelatinisering, øg stivelsens vandabsorptionskapacitet, øg dejens vandholdende kapacitet, og få instant nudler til at rehydrere hurtigt og brygge nemt;
b. Forbedre den vandabsorberende hævelsesevne af glutenprotein og forbedre dets elasticitet, hvilket gør nudlerne glatte og seje og modstandsdygtige over for madlavning og iblødsætning;
c. Fosfats fremragende buffereffekt kan stabilisere PH-værdien af dejen, forhindre misfarvning og forringelse og forbedre smagen og smagen;
d. Fosfat kan danne kompleks med metalkationer i dejen og har en "brodannende" effekt på glukosegrupperne og danner tværbindinger af stivelsesmolekyler, så nudler, der kan modstå højtemperaturkogning og højtemperaturstegning, stadig kan bevare deres konsistens efter rehydrering. Viskoelastiske egenskaber af stivelseskolloider;
e. Forbedre finishen af nudler;
4.4 Anvendelse i mejeriprodukter
Fosfat bruges som stabilisator og emulgator i UHT-steriliseret mælk, flødeprodukter, kondenseret mælk, mælkepulver, kaffemate, mælkedrikke og osteprodukter. Dens funktioner er:
en. Buffer og pH-stabilisering;
b. Interaktion med protein: dispergerer fødevareingredienser, stabiliserer emulgeringssystemet, forbedrer kaseins evne til at binde vand og forhindrer effektivt adskillelse af protein, fedt og vand;
c. Chelater multivalente metalioner, hvilket i høj grad reducerer proteinaggregering og udfældning under opvarmning og opbevaring, hvilket forbedrer mælkens termiske stabilitet og opbevaringsstabilitet. Og det kan effektivt forsinke forekomsten af laktosekoagulation.
4.5 Fosfat er også meget udbredt i følgende fødevareforarbejdningsområder:
◎ Drikkevarer: bruges som surhedsregulerende middel, stabilisator og mineralernæringsforstærker;
◎ Kartoffelprodukter: anvendes som stabilisatorer og farvebevarende midler;
◎ Risprodukter: forbedre produkternes elasticitet og forbedre smagen af produkter;
◎ Krydderier og instant supper: stabilisatorer, surhedsregulerende middel;
◎ Hygroskopisk pulveriseret mad: forhindrer sammenklumpning og forbedrer dens fritflydende ydeevne;
stivelsesprodukter og modificeret stivelse;
◎Babymad, funktionel mad: mineralernæringsforstærker.
