Фосфор – важный минеральный элемент, необходимый человеческому организму. Основным источником фосфора для организма человека являются натуральные продукты питания или пищевые фосфатные добавки. Фосфат является одним из натуральных компонентов практически всех продуктов питания. Поскольку фосфат может улучшать продукты питания или придавать им ряд превосходных свойств, его начали использовать в пищевой промышленности более ста лет назад, а широко начали использовать после 1970-х годов. В настоящее время фосфаты являются одной из наиболее широко используемых и используемых категорий пищевых добавок. В качестве важного пищевого ингредиента и функциональной добавки он широко используется в мясных продуктах, продуктах из птицы, морепродуктах, фруктах, овощах, молочных продуктах, хлебобулочных изделиях, при обработке напитков, продуктов из картофеля, приправ, полуфабрикатов и т. д.
1. Знакомство с фосфатом
1.1 Классификация
Фосфаты можно разделить на ортофосфаты и конденсированные фосфаты:
Ортофосфат относится к различным солям ортофосфорной кислоты (H3PO4): M3PO4, M2HPO4, MH2PO4 (М – ион одновалентного металла).
Ортофосфат нагревают, обезвоживают и конденсируют с образованием конденсированного фосфата. Его общая формула — Mn+2PnO3n+1, где M — ион одновалентного металла, а n — число атомов фосфора. Когда значение n очень велико, предельная химическая формула конденсированного фосфата: MnPnO3n.
Различные соли пирофосфата называются пирофосфатами, M4P2O7;
Различные соли трифосфата называются триполифосфатами, M5P3O10;
Конденсированные фосфаты, молекулы которых содержат более 3 атомов фосфора, называются полифосфатами, а количество связей О-Р-О в их молекулах называется длиной цепи полифосфатов.
Молекулярная формула метафосфата — (MPO3)n, который условно можно разделить на циклический метафосфат, нерастворимый метафосфат и стекловидный метафосфат (такие вещества на самом деле представляют собой цепные полифосфаты с длиной цепи более 10 и небольшим количеством смеси циклических метафосфатов). .
1.2 Фосфаты, используемые в пищевой промышленности, обычно представляют собой соли натрия, соли кальция, соли калия, а также соли железа и соли цинка в качестве пищевых обогатителей. Существует более 30 типов широко используемых пищевых фосфатов. Фосфат натрия В настоящее время основной категорией потребления отечественных пищевых фосфатов является фосфат калия. С развитием технологий пищевой промышленности потребление фосфата калия также увеличивается с каждым годом.
Чтобы в полной мере реализовать синергетический эффект между различными фосфатами и фосфатами и другими добавками, а также удовлетворить потребности развития технологий пищевой промышленности, различные сложные фосфаты часто используются в качестве пищевых ингредиентов и функциональных добавок в практическом применении. Исследования и разработки рецептур фосфатов все чаще становятся направлением разработки и применения фосфатных пищевых добавок.
Из-за различий в длине цепи, значении pH, содержании P2O5 и связанных катионах металлов разные типы фосфатов имеют большие различия в физических и химических свойствах. Для линейных полифосфатов по мере увеличения длины цепи увеличиваются их эмульгирующие, дисперсионные свойства и способность хелатировать ионы кальция, тогда как буферный эффект и значение pH уменьшаются.
Конденсированный полифосфат гидролизуется при нагревании или кислой среде с образованием ортофосфата или полифосфата с короткой цепью. Когда в растворе присутствуют ферменты, гели и комплексные катионы, скорость гидролиза может быть значительно увеличена, а по мере увеличения ионной силы раствора скорость гидролиза может быть увеличена в несколько раз.
В практическом применении фосфаты часто выбирают рационально в соответствии с требованиями технологии пищевой промышленности и на основе их значения pH и буферного эффекта, растворимости, водоудерживающего эффекта, эмульгирования, дисперсионных характеристик, хелатирования, устойчивости к гидролизу и других характеристик. В качестве пищевых ингредиентов и функциональных добавок.
2. Характеристики фосфатов и их роль в пищевой промышленности.
Фосфат выполняет две основные функции в пищевой промышленности: во-первых, как улучшитель качества для улучшения структуры и вкуса пищи; во-вторых, его можно использовать в качестве обогатителя минерального питания.
Роль фосфатов в пищевой промышленности в основном основана на следующих свойствах фосфатов:
2.1 Эффект буферизации:
Значение pH фосфатов колеблется от умеренно кислого (PH~4) до сильнощелочного (PH~12). Когда разные фосфаты комбинируются в разных пропорциях, значение pH можно стабилизировать в пределах PH 4,5–11,7. уровень буфера. В диапазоне pH большинства пищевых продуктов (PH 3,5–7,5) фосфат можно использовать в качестве эффективного регулятора pH и стабилизатора pH, чтобы сделать вкус еды более вкусным. Самый сильный буферный эффект оказывает ортофосфат. Для полифосфата по мере увеличения длины цепи буферная способность будет ослабевать.
2.2 Эффект удержания воды:
Полифосфат — высокогидрофильный влагоудерживающий агент, способный стабилизировать влагу, содержащуюся в пищевых продуктах. Качество его водоудерживающей способности зависит от таких факторов, как тип и количество полифосфата, значение pH пищи и ионная сила.
Для мясных продуктов и морепродуктов лучшей водоудерживающей способностью обладает пирофосфат, за ним следует триполифосфат. По мере увеличения длины цепи водоудерживающая способность полифосфата будет ослабевать.
2.3 Полианионный эффект:
Полифосфат представляет собой полимерный диэлектрик и имеет характеристики неорганического поверхностно-активного вещества. Он может диспергировать нерастворимые вещества в воде или образовывать стабильную суспензию, предотвращая прилипание и агломерацию суспензии. Поскольку полифосфат может заставлять гидрозоль белка образовывать пленку на жировых шариках, тем самым более эффективно диспергируя жир в воде, он широко используется при фосфорилировании крахмала, диспергировании пигментов и эмульгированных пищевых продуктах (молочные продукты, мороженое, салаты, соусы и др.) и применяется в качестве стабилизатора дисперсии колбас, мясных изделий, изделий из сурими.
Эмульгирующая и диспергирующая способность линейных полифосфатов увеличивается с увеличением длины цепи.
2.4 Хелатирование:
Полифосфат легко образует растворимые комплексы с катионами металлов в растворе, тем самым снижая жесткость воды, ингибируя окисление, катализ, изменение цвета и разложение витамина С, вызванное катионами металлов, таких как Cu2+ и Fe3+, для предотвращения и задержки окисления жира, предотвращения мяса. , птицу, рыбу от порчи, сохраняют цвет и продлевают срок хранения продуктов. Его способность к кипению показана на рисунке ниже.
Хелатирующий эффект полифосфатов зависит от длины цепи и pH. Вообще говоря, полифосфаты с длинной цепью обладают сильной хелатирующей способностью для ионов легких металлов, которая увеличивается с увеличением значения pH; полифосфаты с короткой цепью обладают сильной хелатирующей способностью для ионов тяжелых металлов, но способность хелатировать ионы тяжелых металлов увеличивается с увеличением значения pH. По мере увеличения уровня эффект хелатирования ослабевает.
2.5 Функция белка:
Фосфат оказывает укрепляющее действие на белок и коллагеновый глобулин, поэтому может улучшить гидратацию и водоудерживающую способность мясных продуктов, повысить водопроницаемость, способствовать размягчению пищи, улучшить ее качество и сохранить вкус пищи. В то же время фосфаты в молочных продуктах способны препятствовать свертыванию молока при нагревании и препятствовать отделению казеиновой и жировой влаги.
2.6 Эффект объема:
Кислые фосфаты (такие как кислый пирофосфат натрия, гидрофосфат кальция) обычно используются в качестве разрыхлителей для хлебобулочных изделий и реагируют с бикарбонатом с образованием углекислого газа, необходимого для процесса выпечки.
2.7 Эффект против слеживания:
Трикальцийфосфат обычно используется в качестве средства, препятствующего слеживанию, для улучшения сыпучих свойств порошкообразных или гигроскопичных пищевых продуктов.
Трикальцийфосфат имеет большую удельную поверхность и может связывать больше воды; а его особая сферическая кристаллическая структура может создавать «эффект шара», придавая порошку хорошие сыпучие свойства.
2.8 Продлите срок годности продуктов питания:
Полифосфат может повысить стабильность пищевых продуктов при хранении и продлить срок годности продуктов. Этот эффект в основном основан на: (1) регулировании pH; (2) Антибактериальный эффект: рост микробных клеток должен зависеть от катионов двухвалентных металлов, особенно Ca2+ и Mg2+, а фосфат может хелатировать эти катионы металлов, что может снизить стабильность клеточной стенки во время деления клеток, а также снизить термическую стабильность. многих клеток, тем самым эффективно подавляя рост бактерий.
Антибактериальный эффект полифосфата зависит от его типа (длины цепи), содержания, значения pH, содержания солей, содержания нитритов и других факторов. Вообще говоря, с увеличением длины цепи антибактериальный эффект увеличивается.
2.9 Укрепляющий эффект минерального питания:
Фосфат кальция, фосфат магния, фосфат железа и фосфат цинка часто используются в качестве усилителей минеральных веществ в пищевой промышленности.
Добавление фосфата железа и фосфата цинка в желудочный сок может усилить биофармацевтический эффект желудочного сока благодаря его лучшей растворимости и не способствовать естественному окислению.
3. Проблемы безопасности фосфатов
Безопасность фосфатов, используемых в качестве пищевых добавок, вызывает серьезную озабоченность. Многие зарубежные ученые провели большое количество токсикологических исследований фосфатов и подтвердили, что пищевые фосфаты являются нетоксичными и высокобезопасными добавками.
Оценка безопасности Специального комитета Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций и Всемирной организации здравоохранения (ФАО/ВОЗ) в 1970 году показала, что суточная допустимая норма потребления взрослыми составляет 1,4-1,5 гP2O5, тогда как Комитет по пищевым добавкам в 1985 году Рекомендуемая безусловная приемка общего фосфора в рационе составляет <30 мг/кг массы тела, условно приемочная доза - 30--70 мг/кг массы тела.
Здесь необходимо отметить, что при применении пищевых фосфатов следует уделять внимание балансу кальция и фосфора (соотношение кальция и фосфора составляет 1:1,2), а использовать пищевые фосфаты следует рационально в строгом соответствии с гигиеническими нормами. стандарты использования пищевых добавок. , чтобы избежать неблагоприятного воздействия на здоровье человека, вызванного дисбалансом кальция и фосфора или злоупотреблением фосфатами.
4. Применение фосфатов в пищевой промышленности.
4.1 Применение при переработке мяса и птицы:
4.1.1 С целью улучшения качества мясных продуктов при переработке мясных продуктов обычно добавляют фосфаты. Его функции:
а. Улучшите адгезию мясных продуктов и улучшите качество нарезки мясных продуктов;
б. Улучшить водоудерживающую способность мяса, чтобы мясные продукты могли сохранять естественную влажность во время обработки и приготовления, уменьшить потери питательных веществ мяса, сохранить нежность мясных продуктов и увеличить выход готовой продукции;
в. Контролировать значение pH мясных продуктов в диапазоне, наиболее подходящем для набухания белков и обеспечивать лучший цвет мясных продуктов;
д. Улучшите эффективность эмульгирования и стабильность эмульсии, эффективно предотвращая разделение жира и воды;
е. Блокируют катионы металлов и задерживают реакцию окисления при обработке мясных продуктов, что может эффективно снизить степень прогоркания продуктов, предотвратить изменение цвета и прогоркания мясных продуктов, а также продлить срок хранения мясных продуктов;
ф. Улучшите производительность обработки мясных продуктов и повысьте эффективность производства.
4.1.2 Водоудерживающая способность мяса обычно означает способность удерживать влагу мяса и влагу, добавленную к мясу во время обработки. Уровень водоудерживающей способности напрямую связан с консистенцией и выходом мясных продуктов. Добавление фосфатов позволяет эффективно улучшить качество мясных продуктов. Водоудерживающая способность.
Как рационально использовать фосфаты и другие добавки, не влияя на вкус мясных продуктов, максимизировать водоудерживающую способность и сцепление мясных продуктов, а также уменьшить потери мясных продуктов при приготовлении, всегда было важной темой в исследованиях и разработках мясных продуктов. .
4.1.3 Разумное использование фосфатов при переработке мясных продуктов:
В практическом применении соответствующий тип и количество фосфата следует выбирать с учетом типа, требований к текстуре, производственного процесса, сырья и т. д. мясных продуктов, а также характеристик различных фосфатов.
Мясные продукты с добавлением пирофосфата могут восстановить и повысить естественную водоудерживающую способность мышечного белка. Полифосфат может быстро превращаться в пирофосфат под действием мышечных ферментов, поэтому можно достичь того же эффекта. Хотя пирофосфат обладает лучшим эффектом удержания воды, его растворимость слишком плохая, поэтому в большинстве случаев его нельзя использовать отдельно. Вместо этого его часто используют в сочетании с длинноцепочечным полифосфатом или фосфатом калия с лучшей растворимостью. Кроме того, для оказания синергетического эффекта между различными фосфатами и фосфатами и другими добавками часто используются различные композиционные улучшители мясных продуктов.
Функции различных сложных фосфатов мясных продуктов описаны следующим образом:
а. Для колбас и мясных изделий обычно используют пирофосфат и среднецепочечный полифосфат, которые добавляют в виде сухого порошка при измельчении и перемешивании. Значение pH используемого сложного фосфата обычно составляет около 7, но иногда также используются сложные фосфаты со значением pH выше 9.
б. Соединение фосфатов, используемое для инъекций физиологического раствора, должно отвечать следующим требованиям: 1) хорошая растворимость в ледяном физиологическом растворе; 2) высокая скорость растворения; 3) хорошая стабильность в ледяном солевом растворе. Значение pH используемого комплексного фосфата обычно составляет 8,5-9,5. Чтобы добиться наилучшего эффекта активации мышечного белка при приготовлении замороженного физиологического раствора для инъекций, лучше всего сначала растворить фосфат в ледяной воде, а затем добавить соль. Этот порядок, как правило, не может быть отменен.
в. Количество добавляемого смешанного фосфата обычно составляет 0,1-0,4%, но при использовании его количество следует строго контролировать. Если добавленное количество слишком велико, первоначальный вкус мяса будет испорчен, а изменение цвета будет нарушено из-за увеличения значения pH.
4.2 Применение при переработке морепродуктов:
4.2.1 В качестве превосходного водоудерживающего агента, регулятора pH и антифриза фосфат широко используется при переработке морепродуктов, особенно замороженных морепродуктов. Его функции:
а. Эффективно улучшите водоудерживающую способность морепродуктов, сделайте мясной сок более насыщенным и эффективно сохраните питательные вещества и влагу;
б. Препятствуют окислению жиров и эффективно продлевают срок хранения морепродуктов;
в. Уменьшите потери капель после оттаивания и уменьшите потерю веса при приготовлении пищи;
д. Сохранять естественный цвет и вкус морепродуктов;
е. Взаимодействует с сахаром, эффективно предотвращая денатурацию белка сурими при замораживании.
4.2.2 При переработке замороженных морепродуктов из креветок, рыбы и моллюсков продукты обычно замачивают в 3-10% растворе сложного фосфата (температура менее 10°C). Концентрация и время замачивания раствора для замачивания основаны на креветках, рыбе и моллюсках и определяются типом, размером и временем ловли морепродуктов.
При рациональном выборе сложных фосфатов для замачивания следует учитывать следующие факторы: а) они могут эффективно улучшить водоудерживающую способность морепродуктов; б) Имеет хорошую растворимость в ледяной воде; в) Может быстро растворяться в ледяной воде; г) Хорошо растворяется в ледяной воде. Хорошая стабильность. Значение pH используемого комплексного фосфата обычно превышает 9.
4.2.3 Обычно сложные фосфаты, добавляемые к замороженному сурими, представляют собой в основном пирофосфат натрия, триполифосфат натрия и гексаметафосфат натрия, а добавляемое количество составляет 0,1–0,3% сурими.
4.3 Применение фосфатов в мучных изделиях
4.3.1 Применение в хлебобулочных изделиях:
Кислые фосфаты (такие как кислый пирофосфат натрия, гидрофосфат кальция) обычно используются в качестве разрыхлителей для хлебобулочных изделий и реагируют с бикарбонатом с образованием углекислого газа, необходимого для процесса выпечки. Различные фосфаты имеют разную скорость реакции теста (ROR), и фосфаты можно разумно выбирать, исходя из ожидаемого эффекта выпечки (свободный объем, структура пор, вкус).
Кроме того, фосфаты также можно использовать в качестве улучшителей муки, улучшителей теста, буферов и питательных веществ для дрожжей.
4.3.2 В качестве улучшителя качества лапши фосфат широко используется при переработке лапши быстрого приготовления и обычной лапши. Его основные функции:
а. Увеличьте степень желатинизации крахмала, увеличьте водопоглощающую способность крахмала, увеличьте водоудерживающую способность теста, а также быстро регидратируйте и легко заваривайте лапшу быстрого приготовления;
б. Улучшите водопоглощающие свойства белка глютена и улучшите его эластичность, делая лапшу гладкой и жевательной, а также устойчивой к приготовлению и замачиванию;
в. Превосходный буферный эффект фосфата может стабилизировать значение pH теста, предотвратить изменение цвета и порчу, а также улучшить аромат и вкус;
д. Фосфат может образовывать комплексы с катионами металлов в тесте и оказывает «мостиковое» действие на группы глюкозы, образуя поперечные связи молекул крахмала, так что лапша, выдерживающая приготовление при высоких температурах и жарку при высоких температурах, все еще может сохранять свою консистенцию. после регидратации. Вязкоупругие характеристики коллоидов крахмала;
е. Улучшить вкус лапши;
4.4 Применение в молочных продуктах
Фосфат используется в качестве стабилизатора и эмульгатора в стерилизованном ультрапастеризацией молоке, сливочных продуктах, сгущенном молоке, сухом молоке, кофе мате, молочных напитках и сырных продуктах. Его функции:
а. Буферизация и стабилизация pH;
б. Взаимодействие с белком: диспергирует пищевые ингредиенты, стабилизирует систему эмульгирования, усиливает способность казеина связывать воду и эффективно предотвращает разделение белка, жира и воды;
в. Хелатируют ионы многовалентных металлов, значительно уменьшая агрегацию белка и осаждение при нагревании и хранении, тем самым улучшая термическую стабильность и стабильность молока при хранении. И это может эффективно задержать возникновение свертывания лактозы.
4.5 Фосфат также широко используется в следующих областях пищевой промышленности:
◎ Напитки: используется как регулятор кислотности, стабилизатор и обогатитель минерального питания;
◎ Продукты из картофеля: используются в качестве стабилизаторов и консервантов цвета;
◎ Рисовые продукты: улучшают эластичность продуктов и улучшают вкус продуктов;
◎ Приправы и супы быстрого приготовления: стабилизаторы, регуляторы кислотности;
◎ Гигроскопичные порошкообразные пищевые продукты: предотвращают слеживание и улучшают сыпучесть;
◎ Крахмальные продукты и модифицированный крахмал;
◎Детское питание, функциональное питание: обогатитель минерального питания.
