Fosfor jest ważnym pierwiastkiem mineralnym niezbędnym dla organizmu człowieka. Głównym źródłem fosforu dla organizmu człowieka jest naturalna żywność lub dodatki fosforanowe do żywności. Fosforany są jednym z naturalnych składników niemal wszystkich produktów spożywczych. Ponieważ fosforan może polepszać lub nadawać żywności szereg doskonałych właściwości, zaczęto go stosować w przetwórstwie żywności ponad sto lat temu, a szeroko stosowano po latach siedemdziesiątych XX wieku. Obecnie fosforan jest jedną z najczęściej i powszechnie stosowanych kategorii dodatków do żywności. Jako ważny składnik żywności i dodatek funkcjonalny, jest szeroko stosowany w produktach mięsnych, produktach drobiowych, owocach morza, owocach, warzywach, produktach mlecznych, wypiekach, podczas przetwarzania napojów, produktów ziemniaczanych, przypraw, dań gotowych itp.
1. Wprowadzenie do fosforanów
1.1 Klasyfikacja
Fosforany można podzielić na ortofosforany i fosforany skondensowane:
Ortofosforan odnosi się do różnych soli kwasu ortofosforowego (H3PO4): M3PO4, M2HPO4, MH2PO4 (M oznacza jon metalu jednowartościowego).
Ortofosforan jest podgrzewany, odwadniany i kondensowany w celu wytworzenia skondensowanego fosforanu. Jego wzór ogólny to Mn+2PnO3n+1, gdzie M oznacza jon metalu jednowartościowego, a n oznacza liczbę atomów fosforu. Gdy wartość n jest bardzo duża, graniczny wzór chemiczny skondensowanego fosforanu to: MnPnO3n.
Różne sole pirofosforanu nazywane są pirofosforanami, M4P2O7;
Różne sole trifosforanu nazywane są tripolifosforanami, M5P3O10;
Skondensowane fosforany, których cząsteczki zawierają więcej niż 3 atomy fosforu, nazywane są zbiorczo polifosforanami, a liczba wiązań O-P-O w ich cząsteczkach nazywana jest długością łańcucha polifosforanów.
Wzór cząsteczkowy metafosforanu to (MPO3)n, który można z grubsza podzielić na metafosforan cykliczny, metafosforan nierozpuszczalny i metafosforan szklisty (takie substancje to w rzeczywistości polifosforany łańcuchowe o długości łańcucha większej niż 10 i niewielka ilość mieszaniny cyklicznych metafosforanów) .
1.2 Fosforany stosowane w przetwórstwie żywności to zazwyczaj sole sodowe, sole wapniowe, sole potasowe oraz sole żelaza i sole cynku jako wzmacniacze odżywcze. Istnieje ponad 30 rodzajów powszechnie stosowanych fosforanów spożywczych. Fosforan sodu jest obecnie główną kategorią spożycia krajowego fosforanu spożywczego jest fosforan potasu. Wraz z rozwojem technologii przetwórstwa spożywczego z roku na rok wzrasta także spożycie fosforanu potasu.
Aby w pełni wykorzystać synergiczne działanie różnych fosforanów i fosforanów i innych dodatków oraz zaspokoić potrzeby rozwojowe technologii przetwarzania żywności, różne złożone fosforany są często stosowane jako składniki żywności i dodatki funkcjonalne w praktycznych zastosowaniach. Badania i rozwój formułowanych fosforanów stają się w coraz większym stopniu kierunkiem rozwoju i stosowania fosforanowych dodatków do żywności.
Ze względu na różnice w długości łańcucha, wartości pH, zawartości P2O5 i związanych z nimi kationów metali, różne rodzaje fosforanów wykazują duże różnice we właściwościach fizycznych i chemicznych. W przypadku polifosforanów liniowych wraz ze wzrostem długości łańcucha wzrastają jego właściwości emulgujące, dyspersyjne i zdolność do chelatowania jonów wapnia, natomiast maleje efekt buforujący i wartość pH.
Skondensowany polifosforan będzie hydrolizować pod wpływem ogrzewania lub w warunkach kwasowych, tworząc ortofosforan lub polifosforan o krótkim łańcuchu. Gdy w roztworze znajdują się enzymy, żele i złożone kationy, prędkość hydrolizy można znacznie przyspieszyć, a wraz ze wzrostem siły jonowej szybkość hydrolizy można zwiększyć kilkakrotnie.
W zastosowaniach praktycznych fosforany często wybiera się racjonalnie, zgodnie z wymaganiami technologii przetwarzania żywności i w oparciu o ich wartość pH i działanie buforujące, rozpuszczalność, efekt zatrzymywania wody, emulgację, właściwości dyspersyjne, chelatację, stabilność hydrolizy i inne właściwości. Jako składniki żywności i dodatki funkcjonalne.
2. Charakterystyka fosforanów i ich rola w przetwórstwie żywności
Fosforany pełnią dwie główne funkcje w przetwórstwie żywności: po pierwsze, jako polepszacz jakości, poprawiający strukturę i smak żywności; po drugie, może być stosowany jako wzmacniacz składników mineralnych.
Rola fosforanów w przetwórstwie spożywczym opiera się głównie na następujących właściwościach fosforanów:
2.1 Efekt buforowania:
Wartość pH fosforanów waha się od umiarkowanie kwaśnego (PH~4) do silnie zasadowego (PH~12). Kiedy różne fosforany łączy się w różnych proporcjach, wartość pH można ustabilizować w zakresie PH 4,5-11,7. poziom bufora. W zakresie pH większości produktów spożywczych (PH 3,5-7,5) fosforan może być stosowany jako skuteczny regulator pH i stabilizator pH, aby nadać potrawom smaczniejszy smak. Najsilniejszym efektem buforującym jest ortofosforan. W przypadku polifosforanów, wraz ze wzrostem długości łańcucha, zdolność buforowania słabnie.
2.2 Efekt zatrzymywania wody:
Polifosforan jest wysoce hydrofilowym środkiem zatrzymującym wilgoć, który może stabilizować wilgoć zawartą w żywności. Jakość jego zdolności do zatrzymywania wody zależy od takich czynników, jak rodzaj i ilość polifosforanu, wartość PH żywności i siła jonowa.
W przypadku produktów mięsnych i owoców morza najlepszą zdolność zatrzymywania wody ma pirofosforan, a następnie tripolifosforan. Wraz ze wzrostem długości łańcucha zdolność polifosforanu do zatrzymywania wody słabnie.
2.3 Efekt polianionowy:
Polifosforan jest polimerowym dielektrykiem i ma właściwości nieorganicznego środka powierzchniowo czynnego. Może dyspergować substancje nierozpuszczalne w wodzie lub tworzyć stabilną zawiesinę zapobiegającą przyleganiu i aglomeracji zawiesiny. Ponieważ polifosforan może powodować, że hydrozol białkowy tworzy warstwę na kuleczkach tłuszczu, tym samym skuteczniej rozpraszając tłuszcz w wodzie, jest on szeroko stosowany w fosforylacji skrobi, dyspersji pigmentów i emulgowanej żywności (przetwory mleczne, lody, sałatki, sosy itp.) oraz stosowany jako stabilizator dyspersji do kiełbas, wyrobów z mięsa mielonego i wyrobów surimi.
W przypadku liniowych polifosforanów ich zdolności emulgujące i dyspergujące rosną wraz ze wzrostem długości łańcucha.
2.4 Chelatacja:
Polifosforan łatwo tworzy rozpuszczalne kompleksy z kationami metali w roztworze, zmniejszając w ten sposób twardość wody, hamując utlenianie, katalizę, odbarwianie i rozkład witaminy C powodowany przez kationy metali, takich jak Cu2+ i Fe3+, aby zapobiegać i opóźniać utlenianie tłuszczu, zapobiegać mięsu , drobiu, ryb przed zepsuciem, zachowują kolor i przedłużają trwałość żywności. Jego zdolność wrzenia pokazano na poniższym rysunku
Działanie chelatujące polifosforanów zależy od długości łańcucha i pH. Ogólnie rzecz biorąc, polifosforany długołańcuchowe mają silną zdolność chelatującą jony metali lekkich, która wzrasta wraz ze wzrostem wartości pH; polifosforany krótkołańcuchowe mają silną zdolność chelatowania jonów metali ciężkich, jednak zdolność do chelatowania jonów metali ciężkich wzrasta wraz ze wzrostem wartości pH. Wraz ze wzrostem poziomu efekt chelatujący słabnie.
2.5 Funkcja białka:
Fosforan działa wzmacniająco na globulinę białkową i kolagenową, dzięki czemu może poprawić nawodnienie i zdolność zatrzymywania wody produktów mięsnych, zwiększyć przepuszczalność wody, sprzyjać zmiękczaniu żywności, poprawiać jakość żywności i utrzymywać smak żywności. Jednocześnie fosforany w produktach mlecznych mogą zapobiegać koagulacji mleka po podgrzaniu i zapobiegać oddzielaniu się wilgoci od kazeiny i tłuszczu.
2.6 Efekt wypełniający:
Fosforany kwaśne (takie jak kwaśny pirofosforan sodu, wodorofosforan wapnia) są zwykle stosowane jako kwasy spulchniające jako środki spulchniające do wypieków i reagują z wodorowęglanem, tworząc gazowy dwutlenek węgla wymagany w procesie pieczenia.
2.7 Działanie przeciwzbrylające:
Fosforan trójwapniowy jest powszechnie stosowany jako środek przeciwzbrylający w celu poprawy właściwości sypkich żywności w proszku lub higroskopijnej.
Fosforan trójwapniowy ma większą powierzchnię właściwą i może wiązać więcej wody; a jego specjalna kulista struktura krystaliczna może powodować „efekt kuli”, zapewniając proszekowi dobrą sypkość.
2.8 Przedłużenie trwałości żywności:
Polifosforan może poprawić stabilność przechowywania żywności i przedłużyć okres przydatności do spożycia produktów. Efekt ten opiera się głównie na: (1) regulacji pH; (2) Działanie antybakteryjne: Wzrost komórek drobnoustrojów musi opierać się na kationach metali dwuwartościowych, zwłaszcza Ca2+ i Mg2+, a fosforan może chelatować z tymi kationami metali, co może zmniejszyć stabilność ściany komórkowej podczas podziału komórki, a także zmniejszyć stabilność termiczną wielu komórek, skutecznie hamując w ten sposób rozwój bakterii.
Działanie antybakteryjne polifosforanu zależy od jego rodzaju (długości łańcucha), zawartości, wartości pH, zawartości soli, zawartości azotynów i innych czynników. Ogólnie rzecz biorąc, wraz ze wzrostem długości łańcucha wzrasta działanie antybakteryjne.
2.9 Działanie wzmacniające odżywienie mineralne:
Fosforan wapnia, fosforan magnezu, fosforan żelaza i fosforan cynku są często stosowane jako wzmacniacze minerałów w przetwórstwie spożywczym.
Dodanie fosforanu żelaza i fosforanu cynku do soku żołądkowego może zwiększyć działanie biofarmaceutyczne soku żołądkowego ze względu na jego lepszą rozpuszczalność i nie będzie sprzyjać naturalnemu utlenianiu.
3. Kwestie bezpieczeństwa fosforanów
Bezpieczeństwo fosforanów stosowanych jako dodatki do żywności budzi ogromne obawy. Wielu zagranicznych naukowców przeprowadziło dużą liczbę badań toksykologicznych fosforanów i potwierdziło, że fosforany spożywcze są nietoksycznymi i wysoce bezpiecznymi dodatkami.
Ocena bezpieczeństwa dokonana przez Specjalny Komitet Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa oraz Światową Organizację Zdrowia (FAO/WHO) w 1970 r. wskazywała, że dzienne dopuszczalne spożycie u dorosłych wynosi 1,4-1,5 gP2O5, natomiast Komitet ds. Dodatków do Żywności w 1985 r. zaleca, aby bezwarunkowa akceptacja całkowitego fosforu w diecie wynosiła <30 mg/kg masy ciała, warunkowa dawka akceptacji wynosi 30-70 mg/kg masy ciała.
Należy w tym miejscu zaznaczyć, że przy stosowaniu fosforanów spożywczych należy zwrócić uwagę na równowagę wapnia i fosforu (stosunek wapnia do fosforu wynosi 1:1,2), a fosforany spożywcze należy stosować racjonalnie, ściśle przestrzegając zasad higieny. standardy stosowania dodatków do żywności. , aby uniknąć niekorzystnego wpływu na zdrowie ludzkie spowodowanego brakiem równowagi w zakresie wapnia i fosforu lub nadużywaniem fosforanów.
4. Zastosowanie fosforanów w przetwórstwie spożywczym
4.1 Zastosowanie w przetwórstwie produktów mięsnych i drobiowych:
4.1.1 W celu poprawy jakości produktów mięsnych do przetwarzania produktów mięsnych zwykle dodaje się fosforan. Jego funkcje to:
A. Poprawić przyczepność produktów mięsnych i poprawić wydajność krojenia produktów mięsnych;
B. Poprawić zdolność mięsa do zatrzymywania wody, aby produkty mięsne mogły nadal utrzymywać swoją naturalną wilgotność podczas przetwarzania i gotowania, zmniejszyć utratę składników odżywczych mięsa, zachować delikatność produktów mięsnych i zwiększyć wydajność gotowych produktów;
C. Kontroluj wartość pH produktów mięsnych w zakresie najbardziej odpowiednim dla pęcznienia białek i uzyskaj najlepszą barwę produktów mięsnych;
D. Poprawić wydajność emulgowania i stabilność emulsji, skutecznie zapobiegając oddzielaniu się tłuszczu i wody;
mi. Blokuj kationy metali i opóźniaj reakcję utleniania w przetwarzaniu produktów mięsnych, co może skutecznie zmniejszyć stopień jełczenia produktów, zahamować przebarwienia i jełczenie produktów mięsnych oraz przedłużyć okres przydatności do spożycia produktów mięsnych;
F. Popraw wydajność przetwarzania produktów mięsnych i zwiększ wydajność produkcji.
4.1.2 Zdolność zatrzymywania wody przez mięso ogólnie odnosi się do zdolności do zatrzymywania wilgoci w mięsie oraz wilgoci dodanej do mięsa podczas przetwarzania. Poziom wodochłonności jest bezpośrednio powiązany z teksturą i wydajnością produktów mięsnych. Dodatek fosforanów może skutecznie poprawić jakość produktów mięsnych. Zdolność zatrzymywania wody.
Racjonalne wykorzystanie fosforanów i innych dodatków bez wpływu na smak produktów mięsnych, zmaksymalizowanie zdolności zatrzymywania wody i spójności produktów mięsnych oraz zmniejszenie strat podczas gotowania produktów mięsnych zawsze było ważnym tematem w badaniach i rozwoju produktów mięsnych. .
4.1.3 Rozsądne wykorzystanie fosforanów w przetwórstwie produktów mięsnych:
W zastosowaniach praktycznych właściwy rodzaj i ilość fosforanu należy wybrać w oparciu o rodzaj, wymagania dotyczące tekstury, proces produkcji, surowce itp. produktów mięsnych oraz właściwości różnych fosforanów.
Produkty mięsne z dodatkiem pirofosforanu mogą przywrócić i zwiększyć naturalną zdolność białek mięśniowych do zatrzymywania wody. Polifosforan pod wpływem enzymów mięśniowych można szybko przekształcić w pirofosforan, dzięki czemu można osiągnąć ten sam efekt. Chociaż pirofosforan ma najlepszy efekt zatrzymywania wody, jego rozpuszczalność jest zbyt słaba, dlatego w większości przypadków nie można go stosować samodzielnie. Zamiast tego często stosuje się go w połączeniu z długołańcuchowym polifosforanem lub fosforanem potasu o lepszej rozpuszczalności. Ponadto, w celu wywarcia efektu synergistycznego pomiędzy różnymi fosforanami oraz fosforanami i innymi dodatkami, często stosuje się różne złożone polepszacze produktów mięsnych.
Funkcje różnych złożonych fosforanów produktów mięsnych opisano w następujący sposób:
A. Do kiełbas i wyrobów z mięsa mielonego najczęściej stosuje się pirofosforan i polifosforan o średniej długości łańcucha, które dodaje się w postaci suchego proszku podczas siekania i mieszania. Wartość pH stosowanego fosforanu kompleksowego wynosi na ogół około 7, a czasami stosuje się również fosforany złożone o wartości pH wyższej niż 9.
B. Związek fosforanowy stosowany do wstrzykiwania soli fizjologicznej musi spełniać następujące wymagania: 1) dobrą rozpuszczalność w lodowatej soli fizjologicznej; 2) duża szybkość rozpuszczania; 3) dobra stabilność w lodowatej soli fizjologicznej. Wartość pH stosowanego kompleksowego fosforanu wynosi na ogół 8,5-9,5. Aby uzyskać najlepszy efekt aktywacji białek mięśniowych podczas przygotowywania lodowatej soli fizjologicznej do wstrzykiwań, najlepiej najpierw rozpuścić fosforan w wodzie z lodem, a następnie dodać sól. Kolejności tej z reguły nie da się odwrócić.
C. Ilość dodawanego mieszanego fosforanu wynosi na ogół 0,1-0,4%, ale ilość ta powinna być ściśle kontrolowana podczas stosowania. Jeśli dodana ilość będzie zbyt duża, pierwotny smak mięsa zostanie zniszczony, a wzrost wartości pH będzie miał wpływ na rozwój barwy.
4.2 Zastosowanie w przetwórstwie owoców morza:
4.2.1 Jako doskonały środek zatrzymujący wodę, regulator pH i środek zapobiegający zamarzaniu, fosforan jest szeroko stosowany w przetwórstwie owoców morza, zwłaszcza mrożonych owoców morza. Jego funkcje to:
A. Skutecznie poprawiaj zdolność zatrzymywania wody przez owoce morza, wzbogacaj sok mięsny i skutecznie zatrzymuj składniki odżywcze i wilgoć;
B. Hamują utlenianie tłuszczów i skutecznie przedłużają okres przydatności do spożycia owoców morza;
C. Zmniejsz utratę kapania po rozmrożeniu i zmniejsz utratę wagi podczas gotowania;
D. Zachowaj naturalny kolor i smak owoców morza;
mi. Synergizuje się z cukrem, aby skutecznie zapobiegać denaturacji białka surimi.
4.2.2 Podczas przetwarzania mrożonych krewetek, ryb i owoców morza ze skorupiaków produkty zwykle moczy się w 3–10% roztworze fosforanu związku (temperatura poniżej 10°C). Stężenie i czas namaczania roztworu do namaczania zależą od krewetek, ryb i skorupiaków. Zależy to od rodzaju, wielkości i czasu połowu owoców morza.
Przy racjonalnym wyborze fosforanów złożonych do namaczania należy wziąć pod uwagę następujące czynniki: a) mogą one skutecznie poprawić zdolność zatrzymywania wody przez owoce morza; b) Ma dobrą rozpuszczalność w wodzie z lodem; c) Może szybko rozpuścić się w wodzie z lodem; d) Ma dobrą rozpuszczalność w wodzie z lodem. Dobra stabilność. Wartość pH stosowanego kompleksowego fosforanu jest na ogół wyższa niż 9.
4.2.3 Ogólnie rzecz biorąc, związki fosforany dodawane do mrożonego surimi to głównie pirofosforan sodu, tripolifosforan sodu i heksametafosforan sodu, a dodawana ilość wynosi 0,1–0,3% surimi.
4.3 Zastosowanie fosforanów w produktach mącznych
4.3.1 Zastosowanie w wyrobach piekarniczych:
Fosforany kwaśne (takie jak kwaśny pirofosforan sodu, wodorofosforan wapnia) są zwykle stosowane jako kwasy spulchniające jako środki spulchniające do wypieków i reagują z wodorowęglanem, tworząc gazowy dwutlenek węgla wymagany w procesie pieczenia. Różne fosforany mają różną szybkość reakcji ciasta (ROR), a fosforany można rozsądnie wybrać na podstawie oczekiwanego efektu pieczenia (luźna objętość, struktura porów, smak).
Ponadto fosforany można również stosować jako polepszacze mąki, polepszacze ciasta, bufory i pożywki dla drożdży.
4.3.2 Jako polepszacz jakości makaronu fosforan jest szeroko stosowany w przetwórstwie makaronu instant i zwykłego. Jego główne funkcje to:
A. Zwiększ stopień żelatynizacji skrobi, zwiększ zdolność wchłaniania wody przez skrobię, zwiększ zdolność zatrzymywania wody przez ciasto i spraw, aby makaron instant szybko się nawadniał i łatwo się zaparzył;
B. Zwiększa zdolność białka glutenowego do pęcznienia pochłaniającego wodę i poprawia jego elastyczność, dzięki czemu makaron jest gładki i ciągnący się oraz odporny na gotowanie i moczenie;
C. Doskonałe działanie buforujące fosforanu może ustabilizować wartość PH ciasta, zapobiec przebarwieniu i zepsuciu oraz poprawić smak i aromat;
D. Fosforany mogą tworzyć kompleksy z kationami metali w cieście i działają „pomostowo” na grupy glukozy, tworząc wiązania poprzeczne cząsteczek skrobi, dzięki czemu makaron, który wytrzymuje gotowanie i smażenie w wysokiej temperaturze, może nadal zachować swoją konsystencję po nawodnieniu. Właściwości lepkosprężyste koloidów skrobiowych;
mi. Popraw wykończenie makaronu;
4.4 Zastosowanie w produktach mlecznych
Fosforany stosuje się jako stabilizator i emulgator w mleku sterylizowanym UHT, produktach śmietankowych, mleku skondensowanym, mleku w proszku, mate kawowym, napojach mlecznych i produktach serowych. Jego funkcje to:
A. Buforowanie i stabilizacja pH;
B. Oddziaływanie z białkiem: dysperguje składniki żywności, stabilizuje układ emulgujący, zwiększa zdolność kazeiny do wiązania wody, skutecznie zapobiega oddzielaniu się białka, tłuszczu i wody;
C. Chelatuje jony metali wielowartościowych, znacznie zmniejszając agregację i wytrącanie białek podczas ogrzewania i przechowywania, poprawiając w ten sposób stabilność termiczną i stabilność przechowywania mleka. I może skutecznie opóźnić wystąpienie krzepnięcia laktozy.
4.5 Fosforan jest również szeroko stosowany w następujących obszarach przetwarzania żywności:
◎ Napoje: stosowane jako regulator kwasowości, stabilizator i wzmacniacz składników mineralnych;
◎ Produkty ziemniaczane: stosowane jako stabilizatory i środki utrwalające kolor;
◎ Produkty ryżowe: poprawiają elastyczność produktów i poprawiają smak produktów;
◎ Przyprawy i zupy błyskawiczne: stabilizatory, regulatory kwasowości;
◎ Higroskopijna żywność w proszku: zapobiega zbrylaniu i poprawia jej sypkość;
◎ Produkty skrobiowe i skrobia modyfikowana;
◎Żywność dla niemowląt, żywność funkcjonalna: substancja wzmacniająca składniki mineralne.
