Fosfor je pomemben mineralni element, potreben za človeško telo. Glavni vir fosforja za človeško telo je naravna hrana ali fosfatni aditivi za živila. Fosfat je ena izmed naravnih sestavin skoraj vseh živil. Ker lahko fosfat živilom izboljša ali da vrsto odličnih lastnosti, so ga v predelavi hrane začeli uporabljati že pred več kot sto leti, v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja pa so ga začeli široko uporabljati. Trenutno je fosfat ena najpogosteje uporabljenih kategorij aditivov za živila. Kot pomembna živilska sestavina in funkcionalni dodatek se pogosto uporablja v mesnih izdelkih, perutninskih izdelkih, morski hrani, sadju, zelenjavi, mlečnih izdelkih, pekovskih izdelkih, med predelavo pijač, krompirjevih izdelkov, začimb, pripravljenih živil itd.
1. Uvod v fosfat
1.1 Razvrstitev
Fosfate lahko razdelimo na ortofosfate in kondenzirane fosfate:
Ortofosfat se nanaša na različne soli ortofosforne kisline (H3PO4): M3PO4, M2HPO4, MH2PO4 (M je enovalentni kovinski ion).
Ortofosfat se segreva, dehidrira in kondenzira, da nastane kondenzirani fosfat. Njegova splošna formula je Mn+2PnO3n+1, kjer je M enovalentni kovinski ion in n število fosforjevih atomov. Ko je vrednost n zelo velika, je mejna kemijska formula kondenziranega fosfata: MnPnO3n.
Različne soli pirofosfata se imenujejo pirofosfati, M4P2O7;
Različne soli trifosfata se imenujejo tripolifosfati, M5P3O10;
Kondenzirane fosfate, katerih molekule vsebujejo več kot 3 fosforjeve atome, imenujemo skupaj polifosfati, število O-P-O vezi v njihovih molekulah pa imenujemo dolžina verige polifosfatov.
Molekulska formula metafosfata je (MPO3)n, ki jo lahko grobo razdelimo na ciklični metafosfat, netopen metafosfat in metafosfatno steklasto telo (takšne snovi so pravzaprav verižni polifosfati z dolžino verige več kot 10 in majhno količino mešanice cikličnih metafosfatov). .
1.2 Fosfati, ki se uporabljajo pri predelavi hrane, so običajno natrijeve soli, kalcijeve soli, kalijeve soli ter železove soli in cinkove soli kot hranilna sredstva za krepitev. Obstaja več kot 30 vrst običajno uporabljenih fosfatov za živila. Natrijev fosfat je trenutno glavna poraba domačega živilskega fosfata kalijev fosfat. Z razvojem živilskopredelovalne tehnologije se iz leta v leto povečuje tudi poraba kalijevega fosfata.
Da bi v celoti izkoristili sinergijske učinke med različnimi fosfati ter fosfati in drugimi dodatki ter zadovoljili razvojne potrebe tehnologije predelave hrane, se različni sestavljeni fosfati pogosto uporabljajo kot živilske sestavine in funkcionalni dodatki v praktični uporabi. Raziskave in razvoj formuliranih fosfatov postajajo vedno bolj razvojna smer za razvoj in uporabo fosfatnih aditivov za živila.
Zaradi razlik v dolžini verige, vrednosti pH, vsebnosti P2O5 in vezanih kovinskih kationov imajo različne vrste fosfatov velike razlike v fizikalnih in kemijskih lastnostih. Pri linearnih polifosfatih se z večanjem dolžine verige povečajo njegove emulgacijske, disperzijske lastnosti in sposobnost keliranja kalcijevih ionov, medtem ko se puferski učinek in pH vrednost zmanjšata.
Kondenzirani polifosfat bo pri segrevanju ali kislih pogojih hidroliziral, da bo nastal ortofosfat ali kratkoverižni polifosfat. Če so v raztopini encimi, geli in kompleksni kationi, se lahko hitrost hidrolize zelo pospeši, raztopina pa se lahko poveča. Ko se ionska moč poveča, se lahko hitrost hidrolize večkrat poveča.
V praktičnih aplikacijah so fosfati pogosto izbrani racionalno v skladu z zahtevami tehnologije predelave hrane in na podlagi njihove pH vrednosti in puferskega učinka, topnosti, učinka zadrževanja vode, emulgiranja, disperzijske zmogljivosti, kelacije, hidrolizne stabilnosti in drugih značilnosti. Kot živilske sestavine in funkcionalni dodatki.
2. Značilnosti fosfatov in njihova vloga pri predelavi hrane
Fosfat ima pri predelavi hrane dve glavni funkciji: prvič, kot sredstvo za izboljšanje kakovosti za izboljšanje strukture in okusa hrane; drugič, lahko se uporablja kot utrjevalec mineralne prehrane.
Vloga fosfata pri predelavi hrane temelji predvsem na naslednjih lastnostih fosfata:
2.1 Vmesni učinek:
Vrednost pH fosfata se giblje od zmerno kisle (PH~4) do močno alkalne (PH~12). Ko se različni fosfati kombinirajo v različnih razmerjih, se lahko pH vrednost stabilizira med PH4,5-11,7. raven medpomnilnika. Znotraj območja pH večine živil (PH 3,5-7,5) se lahko fosfat uporablja kot učinkovit regulator pH in stabilizator pH, da bo okus hrane bolj okusen. Najmočnejši puferski učinek ima ortofosfat. Pri polifosfatu bo z večanjem dolžine verige puferska zmogljivost oslabela.
2.2 Učinek zadrževanja vode:
Polifosfat je visoko hidrofilno sredstvo za zadrževanje vlage, ki lahko stabilizira vlago v hrani. Kakovost njegove sposobnosti zadrževanja vode je povezana z dejavniki, kot so vrsta in količina polifosfata, PH vrednost živila in ionska moč.
Pri mesnih izdelkih in morski hrani ima pirofosfat najboljšo sposobnost zadrževanja vode, sledi mu tripolifosfat. Ko se dolžina verige poveča, bo sposobnost polifosfata za zadrževanje vode oslabela.
2.3 Polianionski učinek:
Polifosfat je polimerni dielektrik in ima lastnosti anorganske površinsko aktivne snovi. Lahko razprši netopne snovi v vodi ali tvori stabilno suspenzijo, da prepreči oprijem in aglomeracijo suspenzije. Ker lahko polifosfat povzroči, da hidrosol beljakovine tvori film na maščobnih kroglicah in s tem učinkoviteje razprši maščobo v vodi, se pogosto uporablja pri fosforilaciji škroba, disperziji pigmentov in emulgiranih živilih (mlečni izdelki, sladoled, solate, omake itd.) in se uporablja kot stabilizator disperzije za klobase, izdelke iz mletega mesa in surimi izdelke.
Pri linearnih polifosfatih se z večanjem dolžine verige povečata njihova sposobnost emulgiranja in dispergiranja.
2.4 Kelacija:
Polifosfat zlahka tvori topne komplekse s kovinskimi kationi v raztopini, s čimer zmanjša trdoto vode, zavira oksidacijo, katalizo, razbarvanje in razgradnjo vitamina C, ki ga povzročajo kovinski kationi, kot sta Cu2+ in Fe3+, da prepreči in upočasni oksidacijo maščobe, prepreči meso , perutnina, ribe pred kvarjenjem, ohranijo barvo in podaljšajo rok uporabnosti živil. Njegova sposobnost vrenja je prikazana na spodnji sliki
Kelacijski učinek polifosfatov je odvisen od dolžine verige in pH. Na splošno imajo dolgoverižni polifosfati močno kelatno sposobnost za ione lahkih kovin, ki se povečuje s povečanjem pH vrednosti; kratkoverižni polifosfati imajo močno kelatno sposobnost za ione težkih kovin, vendar se sposobnost keliranja ionov težkih kovin povečuje z naraščanjem pH vrednosti. Ko se raven poveča, učinek kelacije oslabi.
2.5 Delovanje beljakovin:
Fosfat krepi učinek na beljakovine in kolagenski globulin, zato lahko izboljša hidracijo in sposobnost zadrževanja vode mesnih izdelkov, poveča prepustnost vode, spodbuja mehčanje hrane, izboljša kakovost hrane in ohranja okus hrane. Hkrati lahko fosfati v mlečnih izdelkih preprečijo koagulacijo mleka pri segrevanju in preprečijo ločevanje kazeina in maščobne vlage.
2.6 Učinek povečanja prostornine:
Kisli fosfati (kot so natrijev kislinski pirofosfat, kalcijev hidrogenfosfat) se običajno uporabljajo kot vzhajalne kisline kot vzhajalna sredstva za pekovske izdelke in reagirajo z bikarbonatom, da zagotovijo plin ogljikov dioksid, potreben za proces peke.
2.7 Učinek proti strjevanju:
Trikalcijev fosfat se običajno uporablja kot sredstvo proti strjevanju za izboljšanje sipkosti živil v prahu ali higroskopskih živil.
Trikalcijev fosfat ima večjo specifično površino in lahko veže več vode; in njegova posebna sferična kristalna struktura lahko povzroči "učinek krogle", kar daje prahu dobro sipkost.
2.8 Podaljšajte rok uporabnosti hrane:
Polifosfat lahko poveča stabilnost hrane pri shranjevanju in podaljša rok uporabnosti izdelkov. Ta učinek temelji predvsem na: (1) regulaciji pH; (2) Protibakterijski učinek: rast mikrobnih celic mora temeljiti na dvovalentnih kovinskih kationih, zlasti Ca2+ in Mg2+, fosfat pa lahko kelira s temi kovinskimi kationi, kar lahko zmanjša stabilnost celične stene med celično delitvijo in zmanjša tudi toplotno stabilnost številnih celic in s tem učinkovito zavira rast bakterij.
Antibakterijski učinek polifosfata je povezan z njegovo vrsto (dolžina verige), vsebnostjo, pH vrednostjo, vsebnostjo soli, vsebnostjo nitritov in drugimi dejavniki. Na splošno se z večanjem dolžine verige povečuje antibakterijski učinek.
2.9 Učinek krepitve mineralne prehrane:
Kalcijev fosfat, magnezijev fosfat, železov fosfat in cinkov fosfat se pogosto uporabljajo kot mineralni ojačevalci pri predelavi hrane.
Dodajanje železovega fosfata in cinkovega fosfata želodčnemu soku lahko poveča biofarmacevtski učinek želodčnega soka zaradi njegove boljše topnosti in ne bo spodbujalo naravne oksidacije.
3. Vprašanja varnosti fosfatov
Varnost fosfatov, ki se uporabljajo kot aditivi za živila, je zelo zaskrbljujoča. Številni tuji znanstveniki so izvedli številne toksikološke raziskave fosfatov in potrdili, da so živilski fosfati nestrupeni in zelo varni dodatki.
Ocena varnosti Posebnega odbora Organizacije Združenih narodov za prehrano in kmetijstvo in Svetovne zdravstvene organizacije (FAO/WHO) leta 1970 je bila, da je dnevni dovoljeni vnos odraslih 1,4-1,5 gP2O5, medtem ko je Odbor za aditive v hrani leta 1985 Priporočljivo je, da je brezpogojni vnos celotnega fosforja v prehrani <30 mg/kg telesne teže, pogojni sprejemljivi odmerek je 30--70 mg/kg telesne teže.
Pri tem je treba poudariti, da je treba pri uporabi živilskih fosfatov paziti na ravnovesje kalcija in fosforja (razmerje med kalcijem in fosforjem je 1:1,2), živilske fosfate pa racionalno uporabljati v strogem skladu s higienskimi standardi. standardi za uporabo aditivov za živila. , da bi se izognili škodljivim učinkom na zdravje ljudi zaradi neravnovesja kalcija in fosforja ali zlorabe fosfatov.
4. Uporaba fosfata v predelavi hrane
4.1 Uporaba pri predelavi mesnih in perutninskih izdelkov:
4.1.1 Za izboljšanje kakovosti mesnih izdelkov se pri predelavi mesnih izdelkov običajno dodaja fosfat. Njegove funkcije so:
a. Izboljšati oprijem mesnih izdelkov in izboljšati učinkovitost rezanja mesnih izdelkov;
b. Izboljšati sposobnost zadrževanja vode v mesu, tako da lahko mesni izdelki ohranijo svojo naravno vlažnost med predelavo in kuhanjem, zmanjšati izgubo hranilnih snovi mesa, ohraniti mehkobo mesnih izdelkov in povečati izkoristek končnih izdelkov;
c. Nadzirajte pH vrednost mesnih izdelkov v območju, ki je najprimernejše za nabrekanje beljakovin in ustvarite najboljšo barvo mesnih izdelkov;
d. Izboljša učinkovitost emulgiranja in stabilnost emulzije, učinkovito preprečuje ločevanje maščobe in vode;
e. Blokirajte kovinske katione in odložite oksidacijsko reakcijo pri predelavi mesnih izdelkov, kar lahko učinkovito zmanjša stopnjo žarkosti izdelkov, zavira razbarvanje in žarkost mesnih izdelkov ter podaljša rok uporabnosti mesnih izdelkov;
f. Izboljšajte zmogljivost predelave mesnih izdelkov in povečajte učinkovitost proizvodnje.
4.1.2 Zmogljivost mesa za zadrževanje vode se na splošno nanaša na sposobnost zadrževanja vlage v mesu in vlage, dodane mesu med predelavo. Stopnja zmogljivosti zadrževanja vode je neposredno povezana s teksturo in donosom mesnih izdelkov. Dodajanje fosfata lahko učinkovito izboljša kakovost mesnih izdelkov. Kapaciteta zadrževanja vode.
Kako racionalno uporabiti fosfate in druge dodatke, ne da bi vplivali na okus mesnih izdelkov, povečati sposobnost zadrževanja vode in kohezijo mesnih izdelkov ter zmanjšati izgubo mesnih izdelkov pri kuhanju, je bila vedno pomembna tema pri raziskavah in razvoju mesnih izdelkov. .
4.1.3 Smiselna uporaba fosfatov pri predelavi mesnih izdelkov:
V praksi je treba ustrezno vrsto in količino fosfata izbrati glede na vrsto, zahteve glede teksture, proizvodni proces, surovine itd. mesnih izdelkov in lastnosti različnih fosfatov.
Mesni izdelki, dodani pirofosfatu, lahko obnovijo in povečajo naravno sposobnost mišičnih beljakovin za zadrževanje vode. Polifosfat se lahko pod delovanjem mišičnih encimov hitro pretvori v pirofosfat, zato je mogoče doseči enak učinek. Čeprav ima pirofosfat najboljši učinek zadrževanja vode, je njegova topnost preslaba, zato ga v večini primerov ni mogoče uporabiti samega. Namesto tega se pogosto uporablja v kombinaciji z dolgoverižnim polifosfatom ali kalijevim fosfatom z boljšo topnostjo. Poleg tega se za doseganje sinergističnega učinka med različnimi fosfati in fosfati ter drugimi dodatki pogosto uporabljajo različna sestavljena sredstva za izboljšanje mesnih izdelkov.
Funkcije različnih sestavljenih fosfatov mesnih izdelkov so opisane na naslednji način:
a. Za klobase in izdelke iz mletega mesa se običajno uporabljata pirofosfat in srednjeverižni polifosfat, ki ju dodajamo v obliki suhega prahu med sekljanjem in mešanjem. Vrednost pH uporabljenega kompleksnega fosfata je običajno okoli 7, včasih pa se uporabljajo tudi kompleksni fosfati s pH vrednostjo nad 9.
b. Sestavljeni fosfat, ki se uporablja za injiciranje fiziološke raztopine, mora izpolnjevati naslednje zahteve: 1) dobra topnost v ledeni fiziološki raztopini; 2) visoka stopnja raztapljanja; 3) dobra stabilnost v ledeni fiziološki raztopini. Vrednost pH uporabljenega kompleksnega fosfata je običajno 8,5-9,5. Da bi dosegli najboljši učinek aktivacije mišičnih beljakovin pri pripravi ledene fiziološke raztopine za injiciranje, je najbolje, da fosfat najprej raztopite v ledeni vodi in nato dodate sol. Tega vrstnega reda na splošno ni mogoče obrniti.
c. Količina dodanega mešanega fosfata je običajno 0,1-0,4 %, vendar je treba količino pri uporabi strogo nadzorovati. Če je dodana količina previsoka, se bo prvotni okus mesa poškodoval, razvoj barve pa bo prizadet zaradi povečanja pH vrednosti.
4.2 Uporaba pri predelavi morskih sadežev:
4.2.1 Kot odlično sredstvo za zadrževanje vode, regulator pH in sredstvo proti zmrzovanju se fosfat pogosto uporablja pri predelavi morske hrane, zlasti zamrznjene morske hrane. Njegove funkcije so:
a. Učinkovito izboljša sposobnost zadrževanja vode morskih sadežev, naredi mesni sok bogatejši in učinkovito zadrži hranila in vlago;
b. Zavirajo oksidacijo maščob in učinkovito podaljšajo rok uporabnosti morskih sadežev;
c. Zmanjšajte izgubo kapljanja po odtajanju in zmanjšajte izgubo teže pri kuhanju;
d. Ohranite naravno barvo in okus morskih sadežev;
e. V sinergiji s sladkorjem učinkovito prepreči denaturacijo surimi proteina zaradi zmrzovanja.
4.2.2 Pri predelavi zamrznjenih morskih sadežev iz kozic, rib in školjk se izdelki običajno namočijo v 3~10 % raztopini sestavljenega fosfata (temperatura je nižja od 10 °C). Koncentracija in čas namakanja raztopine za namakanje temeljita na kozicah, ribah in školjkah. Določeno glede na vrsto, velikost in čas ribolova morskih sadežev.
Pri racionalni izbiri sestavljenih fosfatov za namakanje je treba upoštevati naslednje dejavnike: a) lahko učinkovito izboljša sposobnost zadrževanja vode morskih sadežev; b) ima dobro topnost v ledeni vodi; c) Hitro se raztopi v ledeni vodi; d) Je dobro topen v ledeni vodi. Dobra stabilnost. Vrednost pH uporabljenega kompleksnega fosfata je na splošno višja od 9.
4.2.3 Na splošno so sestavljeni fosfati, dodani zamrznjenemu surimiju, predvsem natrijev pirofosfat, natrijev tripolifosfat in natrijev heksametafosfat, dodana količina pa je 0,1–0,3 % surimija.
4.3 Uporaba fosfata v izdelkih iz moke
4.3.1 Uporaba v pekovskih izdelkih:
Kisli fosfati (kot so natrijev kisli pirofosfat, kalcijev hidrogenfosfat) se običajno uporabljajo kot vzhajalne kisline kot vzhajalna sredstva za pekovske izdelke in reagirajo z bikarbonatom, da zagotovijo plin ogljikov dioksid, potreben za proces peke. Različni fosfati imajo različne stopnje reakcije testa (ROR) in fosfate je mogoče razumno izbrati na podlagi pričakovanega učinka pečenja (prostornina, struktura por, okus).
Poleg tega se fosfati lahko uporabljajo tudi kot sredstva za izboljšanje moke, sredstva za izboljšanje testa, pufre in hranila za kvas.
4.3.2 Kot sredstvo za izboljšanje kakovosti rezancev se fosfat pogosto uporablja pri predelavi instant rezancev in navadnih rezancev. Njegove glavne funkcije so:
a. Povečajte stopnjo želatinizacije škroba, povečajte sposobnost škroba za vpijanje vode, povečajte sposobnost zadrževanja vode v testu in poskrbite, da se instant rezanci hitro rehidrirajo in enostavno kuhajo;
b. Izboljša sposobnost nabrekanja glutenskih beljakovin pri vpijanju vode in izboljša njihovo elastičnost, zaradi česar so rezanci gladki in žvečljivi ter odporni na kuhanje in namakanje;
c. Odličen puferski učinek fosfata lahko stabilizira PH vrednost testa, prepreči razbarvanje in kvarjenje ter izboljša okus in okus;
d. Fosfat lahko tvori kompleks s kovinskimi kationi v testu in ima "mostitveni" učinek na glukozne skupine, pri čemer tvori navzkrižne povezave molekul škroba, tako da lahko rezanci, ki prenesejo visokotemperaturno kuhanje in visokotemperaturno cvrtje, še vedno ohranijo svojo konsistenco po rehidraciji. Viskoelastične lastnosti škrobnih koloidov;
e. Izboljšajte zaključek rezancev;
4.4 Uporaba v mlečnih izdelkih
Fosfat se uporablja kot stabilizator in emulgator v UHT-steriliziranem mleku, smetanih izdelkih, kondenziranem mleku, mleku v prahu, kavi mate, mlečnih napitkih in sirnih izdelkih. Njegove funkcije so:
a. Pufriranje in stabilizacija pH;
b. Interakcija z beljakovinami: razprši živilske sestavine, stabilizira emulzifikacijski sistem, poveča sposobnost kazeina za vezavo vode in učinkovito preprečuje ločevanje beljakovin, maščob in vode;
c. Kelati večvalentnih kovinskih ionov, ki močno zmanjšajo agregacijo beljakovin in obarjanje med segrevanjem in shranjevanjem, s čimer izboljšajo toplotno stabilnost in stabilnost mleka pri shranjevanju. In lahko učinkovito odloži pojav koagulacije laktoze.
4.5 Fosfat se pogosto uporablja tudi na naslednjih področjih predelave hrane:
◎ Pijače: uporablja se kot regulator kislosti, stabilizator in utrjevalec mineralne prehrane;
◎ Izdelki iz krompirja: uporabljajo se kot stabilizatorji in sredstva za ohranjanje barve;
◎ Izdelki iz riža: izboljšajo elastičnost izdelkov in izboljšajo okus izdelkov;
◎ Začimbe in instant juhe: stabilizatorji, regulatorji kislosti;
◎ Higroskopska hrana v prahu: prepreči strjevanje in izboljša njeno tekoče delovanje;
◎ Škrobni izdelki in modificirani škrob;
◎Otroška hrana, funkcionalna hrana: utrjevalec mineralnih hranil.
