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磷酸盐是几乎所有食物的天然成分之一,作为重要的食品配料和功能添加剂被广泛用于食品加工中。它是磷酸的盐,在无机化学、生物化学及生物地质化学上是很重要的物质。

基本介绍

磷酸盐(phosphorous salts)是几乎所有食物的天然成分之一,作为重要的食品配料和功能添加剂被广泛用于食品加工中。
天然存在的磷酸
磷酸盐

磷酸盐

盐是磷矿石(含磷酸钙),用硫酸跟磷矿石反应,生成能被植物吸收的磷酸二氢钙硫酸钙,可制得磷酸盐。
磷酸盐可分为正磷酸盐和缩聚磷酸盐:在食品加工中使用的磷酸盐通常为钠盐钙盐钾盐以及作为营养强化剂的铁盐和锌盐,常用的食品级磷酸盐的品种有三十多种,
磷酸钠盐是国内食品磷酸盐的主要消费种类,随着食品加工技术的发展,磷酸钾盐的消费量也在逐年上升。

性质

在酸性溶液下磷酸官能团的结构式。在碱性的溶液下,该官能团会释放两个氢原子,并离化磷酸盐带有-2的形式电荷。[1]磷酸盐离子是一个多原子的离子,其实验式是PO43?,而分子量是94.97。它包含一个磷原子,并由四个氧原子所包围,形成一个正四面体。磷酸盐离子带有-3的形式电荷,且是磷酸氢盐离子(HPO42?)的共轭碱;磷酸氢盐离子则是磷酸二氢盐离子(H2PO4?)的共轭碱;而磷酸二氢盐离子又是磷酸(H3PO4)的共轭碱。它是一个超价分子(磷原子在其价壳层有着10个电子)。磷酸盐亦是一个有机磷化合物,其化学式为OP(OR)3。  除了一些碱金属外,大部份磷酸盐,在标准状态下,都是不可溶于水的。   在稀释的水溶液中,磷酸盐以四种形式存在。在强碱环境下,磷酸盐离子(PO43?)会较多;而在弱碱的环境下,磷酸氢盐离子(HPO42?)则较多。在弱酸的环境下,磷酸二氢盐离子(H2PO4?)较为普遍;而在强酸的环境下,则水溶的磷酸(H3PO4)是主要存在的形式。   磷酸盐是元素磷自然产生的形态,在多种磷酸盐矿物中可以找到。元素的磷或是磷化物是很难发现的(只有极少量在陨石中可以找到)。在矿物学及地质学,磷酸盐是指含有磷酸盐离 在酸性溶液下磷酸官能团的结构式。 子的石或矿石。   在北美洲最大型的磷矿粉矿床位于美国的佛罗里达州中部、爱德荷州的索达斯普陵、北卡罗莱那州沿岸区域。而其次的是位于蒙大拿州、田纳西州、佐治亚州及南卡罗莱那州近查尔斯顿。瑙鲁这个细少的岛国就曾经是有着大量高质素的磷酸盐矿产,但现时已被大量挖掘。磷矿粉亦可以在纳弗沙岛、摩洛哥、突尼斯、以色列、多哥及约旦找到,这些地方亦有大量的磷酸盐矿业。  在生物中,磷是以溶液中游离的磷酸盐离子的形态出现,称为“无机磷酸盐”,这是要与其他在磷酸酯中的磷酸盐作出区别的。无机磷酸盐是会以Pi来表示,它可以是由焦磷酸盐(以PPi来表示)水解而得: 如左图。   但是,磷酸盐最普遍是以一磷酸腺苷(AMP)、二磷酸腺苷(ADP)、三磷酸腺苷(ATP)、脱氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA)的形式出现,且可以经由水解ADP或ATP而被释放出来。对于其他的二磷或三磷核苷亦有相似的反应。在ADP及ATP,或其他酸酐键,包含着大量的能量,所以它们在生物中有着重要的地位。它们一般会被称为高能磷酸磷,就像在肌肉组织中的磷酸肌酸一样。一些如膦的化合物在有机化学上亦会被使用,但它却似乎没有自然的相应物。   由于磷酸盐对生物的重要性,所以在生态学上,它是高度被采集。因此,它在环境中往往是限量试剂,而它的可得性则决定生物成长的速度。将大量的磷酸盐加入缺乏磷酸盐的环境或微生物环境中,会对生态有着重大的影响。例如,某一种生物的瀑涨会使其他生物死亡,及某种生物数量的减少会令如氧等资源的缺乏等(参富营养化)。在污染的问题下,磷酸盐是总溶解固体量(一种主要的水质指标)的主要成份。

化学特性

在酸性溶液下磷酸官能团的结构式。在碱性的溶液下,该官能团会释放两个氢原子,并离化磷酸盐带有-2的形式电荷。[1]磷酸盐离子是一个多原子的离子,其实验式是PO43−,而分子量是94.97。它包含一个磷原子,并由四个氧原子所包围,形成一个正四面体。磷酸盐离子带有-3的形式电荷,且是磷酸氢盐离子(HPO42−)的共轭碱;磷酸氢盐离子则是磷酸二氢盐离子
磷酸氢(HPO42&amp

磷酸氢(HPO42&amp

(H2PO4−)的共轭碱;而磷酸二氢盐离子又是磷酸(H3PO4)的共轭碱。它是一个超价分子(磷原子在其价壳层有着10个电子)。磷酸盐亦是一个有机磷化合物,其化学式为OP(OR)3。
除了一些碱金属外,大部份磷酸盐,在标准状态下,都是不可溶于水的。
在稀释的水溶液中,磷酸盐以四种形式存在。在强碱环境下,磷酸盐离子(PO43−)会较多;而在弱碱的环境下,磷酸氢盐离子(HPO42−)则较多。在弱酸的环境下,磷酸二氢盐离子(H2PO4−)较为普遍;而在强酸的环境下,则水溶的磷酸(H3PO4)是主要存在的形式。

出现形式

磷酸盐是元素自然产生的形态,在多种磷酸盐矿物中可以找到。元素的磷或是磷化物是很难发现的(只有极少量在陨石中可以找到)。在矿物学及地质学,磷酸盐是指含有磷酸盐离
在酸性溶液下磷酸官能团的结构式。

在酸性溶液下磷酸官能团的结构式。

子的石或矿石。
在北美洲最大型的磷矿粉矿床位于美国的佛罗里达州中部、爱德荷州的索达斯普陵、北卡罗莱那州沿岸区域。而其次的是位于蒙大拿州、田纳西州、佐治亚州及南卡罗莱那州近查尔斯顿。瑙鲁这个细少的岛国就曾经是有着大量高质素的磷酸盐矿产,但现时已被大量挖掘。磷矿粉亦可以在纳弗沙岛、摩洛哥、突尼斯、以色列、多哥及约旦找到,这些地方亦有大量的磷酸盐矿业。
在生物中,磷是以溶液中游离的磷酸盐离子的形态出现,称为“无机磷酸盐”,这是要与其他在磷酸酯中的磷酸盐作出区别的。无机磷酸盐是会以Pi来表示,它可以是由焦磷酸盐(以PPi来表示)水解而得: 如左图。
但是,磷酸盐最普遍是以一磷酸腺苷(AMP)、二磷酸腺苷(ADP)、三磷酸腺苷(ATP)、脱氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA)的形式出现,且可以经由水解ADP或ATP而被释放出来。对于其他的二磷或三磷核苷亦有相似的反应。在ADP及ATP,或其他二磷及三磷核苷中的磷
磷酸石样本

磷酸石样本

酸酐键,包含着大量的能量,所以它们在生物中有着重要的地位。它们一般会被称为高能磷酸磷,就像在肌肉组织中的磷酸肌酸一样。一些如膦的化合物在有机化学上亦会被使用,但它却似乎没有自然的相应物。
由于磷酸盐对生物的重要性,所以在生态学上,它是高度被采集。因此,它在环境中往往是限量试剂,而它的可得性则决定生物成长的速度。将大量的磷酸盐加入缺乏磷酸盐的环境或微生物环境中,会对生态有着重大的影响。例如,某一种生物的瀑涨会使其他生物死亡,及某种生物数量的减少会令如氧等资源的缺乏等(参富营养化)。在污染的问题下,磷酸盐是总溶解固体量(一种主要的水质指标)的主要成份。

产品分类

磷酸盐可分为正磷酸盐和缩聚磷酸盐:

正磷酸盐

五价磷含氧酸的盐类,包括正磷酸盐焦磷酸盐偏磷酸盐,通常指正磷酸盐。
正磷酸是三元酸,有三种正磷酸盐:①磷酸二氢盐MH2PO4,又称一代磷酸盐,都溶于水;②磷酸氢盐MHPO4,又称二代磷酸盐;③正磷酸盐M3PO4,又称三代磷
磷酸盐

磷酸盐

酸盐。后二者除钠、钾、铵盐外一般不溶于水。M 除为一价金属外,也可以是其他价态的金属,铵、钙的磷酸二氢盐和氢盐都是重要的肥料成分。磷酸二氢钠NaH2PO4用于控制溶液的氢离子浓度;磷酸氢二钠 Na2HPO4用于水处理,作为多价金属的沉淀剂;磷酸三钠用于制造肥皂和洗涤剂
焦磷酸四元酸,有四种焦磷酸盐:其中M2H2P2O7和M4P2O7型是常见的,M3HP2O7型较少,MH3P2O7型很少。

偏磷酸盐

偏磷酸盐通常是聚成环状的化合物,通式是(MPO3)n,常见的有二聚偏磷酸盐(六元环)和四聚偏磷酸盐(八元环),多聚偏磷酸盐不具备确定的晶体结构,又称磷酸盐玻璃体。六偏磷酸钠是最常见的磷酸盐玻璃体,它没有固定的熔点,在水中的溶解度不定,水溶液的pH在5.5~6.4之间,实际是一个具有20~100个PO3单元的长链化合物。链型磷酸盐可做锅炉用水的处理剂、颜料分散剂、泥浆分散剂和金属防腐剂。
磷酸根离子可生成特征的磷钼酸铵
每年平均海水表面的磷酸盐浓度

每年平均海水表面的磷酸盐浓度

黄色沉淀,可用于分析检定(见磷酸)。

化学用途

磷酸盐一般会用在清洁剂中作为软水剂(water softener),但是因为藻类的繁荣衰退周期会影响磷酸盐在分水岭的排放,所以在某些地区磷酸盐清洁剂是受到管制的。
农业上,磷酸盐是植物的三种主要养分之一,且是肥料的主要成份。磷矿粉是从沉积岩的磷层中开采。以前它在开采后不用加工便可使用,但现时未加工的磷酸盐只会用在有机耕种上。一般它都是会化学加工制成过磷酸石灰、重过磷酸钙磷酸二氢铵,它们的浓度
磷酸盐

磷酸盐

都较磷酸盐高,且较易溶于水,所以植物可以较快吸收。
肥料级数一般有三个数字:第一个是指氮的数量,第二个是指磷酸盐的数量(以P2O5作基准),而第三个是指碱水(以K2O作基准)。所以一个10-10-10的肥料就每种成份各有10%,而其他的则是填充物。
从过度施肥的农地迳流的磷酸盐会是富营养化、赤潮及其后缺氧的起因。这就像磷酸盐清洁剂一样会引起鱼类及其他水中生物的缺氧症
磷酸盐可分为正磷酸盐和缩聚磷酸盐:在食品加工中使用的磷酸盐通常为钠盐、钙盐、钾盐以及作为营养强化剂的铁盐和锌盐,常用的食品级磷酸盐的品种有三十多种,
磷酸钠盐是目前国内食品磷酸盐的主要消费种类,随着食品加工技术的发展,磷酸钾盐的消费量也在逐年上升。

常规使用

在食品加工中使用的磷酸盐通常为钠盐钙盐钾盐以及作为营养强化剂的铁盐和锌盐,常用的食品级磷酸盐的品种有三十多种,磷酸钠盐是中国食品磷酸盐的主要消费种类,随着食品加工技术的发展,磷酸钾盐的消费量也在逐年上升。
为充分发挥各种磷酸盐以及磷酸盐与其他添加剂之间的协同增效
磷酸盐

磷酸盐

作用,满足食品加工技术的发展需求,在实际应用中常常使用各种复配型磷酸盐作为食品配料和功能添加剂,复配型磷酸盐的研究与开发日益成为磷酸盐类食品添加剂开发与应用的发展方向。

原材料

磷是人体所必需的重要的矿物质元素,人体摄入磷的主要来源为天然食物或食品磷酸盐添加剂,磷酸盐是几乎所有食物的天然成分之一。由于磷酸盐能改善或赋予食品一系列优异性能,因此早在一百多年前就开始应用于食品加工中,而大量使用则在二十世纪七十年以后。目前,磷酸盐是
磷酸盐

磷酸盐

应用最广泛、用量较大的食品添加剂门类之一,作为重要的食品配料和功能添加剂广泛应用于肉制品、禽肉制品、海产品、水果、蔬菜、乳制品、焙烤制品、饮料、土豆制品、调味料、方便食品等的加工过程中。
根据美国食品化学药典(FCC)磷酸盐在食品工业中的功能可分为15类:
酸味剂:磷酸
抗结块剂:磷酸钙
乳化剂:磷酸钾聚偏磷酸钾焦磷酸钾磷酸铝钠(碱性)、偏磷酸钠(不溶性)、磷酸二氢钠磷酸氢二钠、聚磷酸钠(玻璃质)、焦磷酸钠
防腐剂:次磷酸钠。 12、螯合剂:磷酸二氢钙磷酸磷酸二氢钾磷酸氢二钾酸式焦磷酸钠偏磷酸钠(不溶性),聚磷酸钠(玻璃状)。13、改良淀粉添加剂:三偏焦磷酸、磷酸二氢钾。14、组织改良剂:焦磷酸钾三聚磷酸钾偏磷酸钠(不溶性)、磷酸氢二钠玻璃质)、三聚磷酸钠。15、发酵食品:磷酸二氢铵磷酸氢二铵磷酸二氢钙磷酸二氢钙磷酸二氢钾磷酸氢二钾。由上可看出:磷酸盐在食品加工中的功能主要有两点,一是品质改良剂,二是营养强化剂。
磷酸盐在食品加工工程的作用及机理,国外发表的论著一千余篇,现将其主要作用归纳如下:
金属离子的封闭作用:聚磷酸盐能与溶液 中的金属离子Ca2+ 、Mg2+ 、Cu2+ 、Fe2+ 、等螯合,生成可溶性螯合物,从而降低硬度,防止金属离子Cu2+ 、Fe2+ 等起催化作用,与水和蔬菜、水果果皮中的Cu2+ 螯合,使其很快软化,缩短蒸煮时间和提高果胶等提取率。 特别是水果蔬菜罐头溶液中存在Cu2+ 、Fe2+等离子时,能促进维生素C的分解和色素褪色、变色、可防止肉类、禽类、鱼类腐败,以延长食品储存期限。同时磷酸盐还能阻止罐头中漂白剂过氧化氢的分解,从而提高漂白效果,并能除去金属离子中的臭味。聚磷酸盐可防止防止或延缓不饱和脂肪的氧化。抑制微生物生长,因而起防腐抑菌作用。
乳化分散作用:聚磷酸盐具有使水中难溶物质分散或现成稳定悬浮体
作用于,以防止悬浮液的附着、凝聚,如脂肪及蛋白质的乳化作用等。由于聚磷酸盐能使蛋白质的水溶胶质在脂肪球上现成一种胶膜,从而使脂肪更有效地分散在水中,因此广泛用于淀粉的磷酸化处理,色素的分散,乳化食品(干酪、乳制品、冰淇淋、色拉、调味汁等),以及用作香肠、肉末的分散稳定剂。
缓冲作用:无论正磷酸盐磷酸盐,均为强缓冲剂,可有效的将介质中的液相稳定在一定PH值范围内,因此广泛的用作为食品调节剂,适当选择其Me2O/P2O5之比或聚合度,可在广泛规定的PH范围内起强的缓冲作用,以控制和保持稳定的PH变化范围,可使食品味道更鲜美。
蛋白作用:磷酸盐对蛋白质,胶 球蛋白具有增强作用,因此可增加肉制品的水合性和保水性,提高水的浸透性,促进食品的软化和改善食品的质量,保持食品的优良风味,同时磷酸盐在奶制品中能防止牛奶加热时的凝集,防止奶蛋白与脂肪水分的分离。
肉是动物的肌肉组织,它的的由称作肌动球蛋白蛋白质复合体组成的纤维组织肌动球蛋白是由肌动蛋白肌球蛋白组成,在总蛋白质中,肌动蛋白约占13%,肌球蛋白约占38%,在PH=4.7处有一等电点。动物一旦死亡,新陈代谢即停止,肌肉的PH很快从4.7增至5.4-5.8。而PH值为5.5左右时,其保水性最低。提高或降低其PH值都可提高其保水性。加入磷酸氢二钠、磷酸三钠、焦磷酸钠三聚磷酸钠均可使肉的PH值提高,从而提高其保水性。
肌肉蛋白是一种对离子亲和力极强的负电荷蛋白质。聚磷盐能与球蛋白中结合的钙、镁离子螯合,肌肉蛋白质的网状结构被破坏,包在结构中的可与水结合的极性基团被释放出来,因此可提高其保水性。
加入聚磷酸盐可增加肉中蛋白质周围的离子强度,从而使肉的肌球蛋白的溶解性增加而成溶状态,使肉的保水性增。
聚磷酸盐可解离,促进蛋白中的肌动球蛋白转化为肌动蛋白肌球蛋白,而肌球蛋白能增加其保水性。
此外,由于聚磷酸盐对金属离子的吸附和螯合作用,使不溶晶体的晶型改变,使无结晶晶核存在。如在鱼类罐头中加入磷酸铵镁(MgNH4PO4H2O),可防止晶花生成。

典型应用

磷酸盐在耐火材料中的应用
磷酸盐在耐火材料中用作结合剂。磷酸盐结合剂是以酸性正磷酸盐或缩聚磷酸盐为主要化合物并具有胶凝性能的耐火材料结合剂。磷酸盐结合剂的结合形式属化学反应结合或聚合结合。磷酸与碱金属或碱土金属氧化物及其氢氧化物反应制成的结合剂多数为气硬性结合剂,即不须加热在常温下即可发生凝结与硬化作用。磷酸与两性氧化物氢氧化物酸性氧化物反应制成的结合剂多数为热硬性结合剂,即须经加热到一定温度发生反应后方可产生凝结与硬化作用。磷酸盐用作耐火材料的结合剂在产生陶瓷结合之
磷酸盐

磷酸盐

前的中、低温范围内具有较强的结合强度,所以被广泛用作不定形耐火材料和不烧耐火材料的结合剂。
磷酸盐在食品加工过程中的应用十分普遍,效果显著,现将典型实例列于下表中:
磷酸盐在食品加工过程中的应用、功效及用量

安全问题

磷酸盐作为食品添加剂的食用安全性,是人们普遍关注的问题,国外许多科学工作者进行了大量关于磷酸盐毒理学研究之后, 确定食品磷酸盐为列毒安全性高的添加剂,其主要指标于表1和表2
联合国粮农组织和世界卫生组织1970年专门委员会的安全评价为,成人每
磷酸盐

磷酸盐

天允许摄入量为1.4—1.5克P2O5,1973年FAO/WHO公布的有关磷酸盐的12个品种,其添加剂量为每日允许摄入量0—70mg/KG 体重,而1985年食品添加剂专业委员会,研究了饮食中影响磷酸盐毒性反应的各种因素,例如:在饮食中磷的总水平,钙和其它矿物质的存在,取磷酸盐水解成短链取磷酸盐或亚磷酸盐的程度等。为此专家委员会推荐饮食中总磷的无条件接受量为<30毫克/千克体重,有条件接受用量为30—70毫克/千克体重。

市场展望

概述
磷酸盐在食品中除了作营养强化剂外, 主要是作品质改良剂。通过保水、保湿、粘结、增塑、稠化、增容、改善流变性能和螫和金属离子等作用, 以改进食品的组织结构和口感。
磷酸盐是目前世界各国应用最广泛的食品品质改良剂,越来越多地应用于加工型食品的各个领域,对食品品质的提高和改善起着重要的作用。
磷酸盐在食品中的主要作用
螯合作用
磷酸盐可螯和、铁、等离子。
2pH值调节、缓冲作用
各种磷酸盐pH 值各不相同,从pH=4到pH=12,各种磷酸盐
磷酸盐

磷酸盐

按一定的比例配合可以得到不同pH 值的缓冲剂, 以满足各类食品的酸度调节和稳定。其中正磷酸盐的缓冲作用最强。
防止蛋白质、脂肪分离,增加粘接性,改善混合物的组织结构,使食品组织柔软多汁。
蛋白质持水作用
防止蛋白质变性,磷酸盐在食品组织表面发生增溶作用,加热时形成一层凝结的蛋白质,从而改善水分的保持性。 2.5 阴离子效应
磷酸盐中的阴离子为磷酸根离子,能与副络蛋白复合物上的钙相结合,还能参于构成蛋白质分子间的离子桥, 因而既可防止凝胶形成,又具有极强的分散、胶溶和乳化作用
磷酸盐在食品加工中的应用
在肉制品中的应用
磷酸盐通过提高肉的离子强度, 改变pH 值。螯和肉中的金属离子解离肉中的肌动球蛋白来提高肉的持水性,保证肉的鲜嫩度及原始风味,抑制肉制品的氧化变质而延长货架期。
在面制品中的应用
磷酸盐在加工面条和方便面时可增加淀粉的吸水能力,增强面筋蛋白的吸水溶胀能力,从而增加面团的持水性,提高面条的弹性、口感滑爽并有筋道、复水快且耐煮泡。磷酸盐的缓冲性可稳定面团的pH 值,防止色、变质、并改善面条的风味和口感。磷酸盐螯和金属离子的特性使面制品蛋白质形成网状结构,增强面条筋度、提高粘弹性在烘焙食品加工中,磷酸盐最重要的用途是与碱性物质中和反应释放气体而作膨松剂。此外磷酸盐还用作面粉调节剂、面团改良剂、缓冲剂和酵母营养剂。
在水产品加工中的应用
磷酸盐的抗氧化作用,可防止虾头变黑、脱落、防止鱼丸、虾球、蟹肉的腐败变质,保持水产品的原有风味和营养。磷酸盐的持水特性有效地提高水产品的保水能力,减少加工过程中解冻损失,使水产品的肉汁更丰富,口感鲜嫩。
磷酸盐与碳水化合物混合使用,作为冷冻保护剂,可有效防止鱼糜制品蛋白质的冷冻变性。
在饮料中的应用磷酸盐应用于果汁饮料。
可使维生素C保持稳定,防止果汁类的氧化,稳定悬浮避免出现沉淀物,防止色调变化和香精氧化腐败。在碳酸饮料中。磷酸盐封锁了水中的金属离子,防止饮料氧化、变败、色变,使产品长期稳定,而且使CO,保持的很好。
在乳制品加工中的应用
磷酸盐可防止乳脂与水相分离,可使蛋白质变性、增溶,从而防止凝胶的形成。复合磷酸盐在还原奶加工中是最好的酸度调节剂。磷酸盐的分散、乳化作用使其广泛应用于干酪生产,使干酪制品形成均匀、光滑的组织结构。
磷酸盐的市场展望
食品磷酸盐安全、无毒。对人体有补、补铁、补等作用,而且磷酸根是人体合成细胞壁的基础物质。因此磷酸盐在食品加工中的应用越来越广泛,市场需求量越来越大。
目前已开发使用的食品磷酸盐类别有钠盐、钾盐、钙盐及特殊功能的铁盐、锌盐等,应用领域涉及肉制品、面制品、海产品、奶产品、饮料等行业。常用品种有三十多个,复配型磷酸盐品种更为繁多,仅日本市场上就有300余个品种。食品磷酸盐的市场消费量增长很快。

添加剂

抗结块剂:磷酸钙
磷酸盐

磷酸盐

3、抗氧化剂:次磷酸
乳化剂:磷酸钾聚偏磷酸钾焦磷酸钾磷酸铝钠(碱性)、偏磷酸钠(不溶性)、磷酸二氢钠磷酸氢二钠、聚磷酸钠(玻璃质)、焦磷酸钠
硬化剂:磷酸二氢钙
保湿剂:聚偏磷酸钾
防腐剂:次磷酸钠
螯合剂:磷酸二氢钙磷酸磷酸二氢钾磷酸氢二钾酸式焦磷酸钠偏磷酸钠(不溶性),聚磷酸钠(玻璃状)。
改良淀粉添加剂:三偏焦磷酸、磷酸二氢钾
组织改良剂:焦磷酸钾三聚磷酸钾偏磷酸钠(不溶性)、磷酸氢二钠(玻璃质)、三聚磷酸钠
由上可看出:磷酸盐在食品加工中的功能主要有两点,一是品质改良剂,二是营养强化剂。
磷酸盐在食品加工工程的作用及机理,国外发表的论著一千余篇,现将其主要作用归纳如下:
对金属离子的封闭作用:聚磷酸盐能与溶液 中的金属离子Ca2+ 、Mg2+ 、Cu2+ 、Fe2+ 、等螯合,生成可溶性命攸关螯合物,从而降低硬度 ,防止金属离子Cu2+ 、Fe2+ 等起催化作用,与水和蔬菜、水果果皮中的Cu2+ 螯合,使其很快软化,缩短蒸煮时间和提高果胶等提取率。 特别是水果蔬菜罐头溶液中存在Cu2+ 、Fe2+等离子时,能促进维生素C的分解和色素褪色、变色、可防止肉类、禽类、鱼类腐败,以延长食品储存期限。同时磷酸盐还能阻止罐头中漂白剂过氧化氢的分解,从而提高漂白效果,并能除去金属离子中的臭味。聚磷酸盐可防止防止或延缓不饱和脂肪的氧化。抑制微生物生长,因而起防腐抑菌作用。
乳化分散作用:聚磷酸盐具有使水中难溶物质分散或现成稳定悬浮体的
作用于,以防止悬浮液的附着、凝聚,如脂肪及蛋白质的乳化作用等。由于聚磷酸盐能使蛋白质的水溶胶质在脂肪球上现成一种胶膜,从而使脂肪更有效地分散在水中,因此广泛用于淀粉的磷酸化处理,色素的分散,乳化食品(干酪、乳制品、冰淇淋、色拉、调味汁等),以及用作香肠、肉末的分散稳定剂。
缓冲作用:无论正磷酸盐磷酸盐,均为强缓冲剂,可有效的将介质中的液相稳定在一定PH值范围内,因此广泛的用作为食品调节剂,适当选择其Me2O/P2O5之比或聚合度,可在广泛规定的PH范围内起强的缓冲作用,以控制和保持稳定的PH变化范围,可使食品味道更鲜美。
蛋白作用:磷酸盐对蛋白质,胶 球蛋白具有增强作用,因此可增加肉制品的水合性和保水性,提高水的浸透性,促进食品的软化和改善食品的质量,保持食品的优良风味,同时磷酸盐在奶制品中能防止牛奶加热时的凝集,防止奶蛋白与脂肪水分的分离。
肉是动物的肌肉组织,它的的由称作肌动球蛋白的蛋白质复合体组成的纤维组织肌动球蛋白是由肌动蛋白和肌球蛋白组成,在总蛋白质中,肌动蛋白约占13%,肌球蛋白约占38%,在PH=4.7处有一等电点。动物一旦死亡,新陈代谢即停止,肌肉的PH很快从4.7增至5.4-5.8。而PH值为5.5左右时,其保水性最低。提高或降低其PH值都可提高其保水性。加入磷酸氢二钠、磷酸三钠、焦磷酸钠三聚磷酸钠均可使肉的PH值提高,从而提高其保水性。
肌肉蛋白是一种对离子亲和力极强的负电荷蛋白质。聚磷盐能与球蛋白中结合的钙、镁离子螯合,肌肉蛋白质的网状结构被破坏,包在结构中的可与水结合的极性基团被释放出来,因此可提高其保水性。
加入聚磷酸盐可增加肉中蛋白质周围的离子强度,从而使肉的肌球蛋白的溶解性增加而成溶状态,使肉的保水性增。
聚磷酸盐可解离,促进蛋白中的肌动球蛋白转化为肌动蛋白和肌球蛋白,而肌球蛋白能增加其保水性。
此外,由于聚磷酸盐对金属离子的吸附和螯合作用,使不溶晶体的晶型改变,使无结晶晶核存在。如在鱼类罐头中加入磷酸铵镁(MgNH4PO4H2O),可防止晶花生成。

最新动态

磷酸盐矿或在百年内消失 将影响世界粮食安全
10年前,加拿大英属哥伦比亚大学市政工程师Don Mavinic致力于去除污水处理厂中的沉积物,当细菌被运用于去除这些污泥的时候,一种被认为是鸟粪石的固定物质会在管道和抽水泵中形成。
Mavinic认识到鸟粪石不仅仅是一种垃圾,它还是磷酸盐、、氨盐基的合成物,这些物质是植物生长所必需的营养元素。他发明了一种去除污水处理工程中沉积物的方法,这种沉积物被他以绿色肥料来销售,并且这项技术于2007年在加拿大首先在商业中得以使用。
磷酸盐

磷酸盐

随后,这项技术被美国波特兰的一家污水处理厂引进,并于今年正式投入使用。英国的一家污水处理厂也于今年9月份成功地实验了这项技术。这项技术除了去除讨厌的副产物以外,鸟粪石的循环也解决了一个大问题,那就是磷酸盐矿石逐年减少的局面。
所有的生命形式,都需要磷酸盐。它在RNA、DNA和细胞新陈代谢中扮演重要的角色,包括中国、美国、摩洛哥和其他国家在内,每年都会从地下开采成百万吨的磷酸盐,然后制成肥料,用于农业发展。但是作为非常有限的资源,磷酸盐将在百年之内消失,对于地球上到底还有多少磷酸盐,以及它将在多长时间内消耗殆尽,科学家持有不同的意见。但是他们都认为,磷酸盐的减少是必然的,它将带来未来世界粮食供应的不足。
“我认为,对于许多国家来说,磷酸盐矿石是一种战略性物质,在未来它将变得越来越宝贵。”国际土壤肥料和农业发展中心(IFDC)Steven Van Kau说。一些科学家和工业界人士也普遍认为,国家政治和经济的发展都将建立在磷酸盐矿石的储藏上,整个世界将从一个依赖于油的经济转变为依赖于磷酸盐的经济。
“但是,非常奇怪的是,这样一个重要的物质却很少被人理解,也很少在政治领域内给予讨论。”瑞典斯德哥尔摩环境研究所水资源学家Arno Rosemarin说。虽然世界各国并没有特别关注磷酸盐的缺失,但是联合国将在下个月有关全球食品安全的会议将会讨论这个话题。这表明,磷酸盐的缺失开始引起世界的关注。
只剩几十年吗?
磷酸盐是植物生长所必需的营养物质,它催生了全球内磷酸盐开采的蓬勃发展,美国地质调查局(USGS)预测,大约有620亿吨的磷酸盐储存在地下,这其中有150亿吨可开采。另外一些磷酸盐主要分布于远岸,或者是伴生镉等有毒物质而不易开采。
根据USGS2008年的最新数据,全世界已开采了1.61亿吨磷酸盐,磷矿石专家Stephen Jasinski说,在未来5年内,对肥料的需求将会以每年2.5%~3%的速度增长,如果以此速度持续发展,全世界的磷酸盐矿石产量大约只能持续125年,这是一个相对乐观的时间范围。
另外,国际肥料工业协会(IFA)的成员们也认可这样的数据,该协会生产和国际贸易委员会执行秘书Michel Prud’homme 认为,全球对肥料的需求将以一个相对缓慢的速度增长,而且将在本世纪中叶降下来,这将使磷酸盐矿石储量至少维持另外一个100年。但是其他一些科学家认为,对肥料的需求是快速增长的,这将使得磷酸盐矿石储量在短时间内耗竭。这种快速的需求部分来自于日益增长的全球人口,根据世界粮农组织(FAO)的数据,在2050年全世界人口对粮食的需求至少翻倍。
Rosemarin和其他一些科学家认为,人们不能依赖于这些难以开采的磷酸盐矿石,如果增长速度维持在每年3%,剩余的可开采的清洁的磷酸盐矿石将在50年内开采耗竭。
但是所有的这些预测,都缺乏可靠的数据支持,世界上大部分的磷酸盐开采公司都与肥料公司联合在一起,而磷酸盐矿山又大多被公司或国家所控制,所以很难获得关于磷酸盐储量准确而独立的数据。FAO植物生长和保护分部副部长Eric Kueneman说:“作为一个公共组织,我们并不知道工业界内一些事。为了准确回答磷酸盐什么时候会耗尽,我们确实需要一个预言未来的方法。”
IFA从它的组织成员中获取了有关磷酸盐的储量数据,但是一些学者质疑这些数据的准确性,这些生产者并不愿意提供这些数据,因为这其中涉及许多商业秘密。
没有定论
刚刚在澳大利亚悉尼科技大学完成自己博士论文的Dana Cordell说,政府提供的数据也存在很大的不确定性,如中国和摩洛哥,中国2001年加入世贸组织时,曾报告磷酸盐矿石储量接近80亿吨,而此前这个数据仅为20亿吨。
Cordell和Kueneman 呼吁要对磷酸盐矿石储量数据进行独立收集。Cordell说,磷酸盐不像能源和水资源等都具有自己的组织,目前,还没有一个关于磷酸盐的国际性的独立组织。目前,IFDC正着手开展一项调查,希望就世界磷酸盐矿石储量资源获得更加详实的数据。通过对磷酸盐生产商、学会和其他一些矿石专家发调查表,收集广泛的数据,以了解世界上到底还有多少磷酸盐。作为这个项目的首席科学家,Van Kauwenbergh希望在明年5月份公布第一批数据,如果这项研究能够获得更多发现的话,他们将在未来5年内继续开展研究。
USGS关于磷酸盐储量的数据是目前引用率最高的数据,但是这些数据也存在一些问题,因为这些数据来源于各国政府,而不是生产商,所以这些二手甚至三手信息是不可靠的,它们还会随时间而变化。
也有一些人士认为,没有必要过多地关注磷酸盐储量有多少这个问题。Jasinski说:“我不认为这是一个危机,但确实是一个值得我们关注的事情。”
Prud’homme却对未来充满信心,如果需求增长的话,必然带来价格的上升,这会迫使公司去开采新的、品相低的、远岸等地的矿藏。“我们认为,地球上有足够的储量满足食品和物质需求。”
事实上,人们发现了一些新的磷酸盐矿石储藏地,技术的进展也使得在远岸开采磷酸盐变得可行。但是有些人则认为,这并不能解决长期的问题,因为“我们不可能发现另外一个摩洛哥。”Jasinski说。
公司开发新技术的动力来自于2008年磷酸盐矿石需求的飙升,这个价格曾经一度达到500美元/吨,几乎是2007年平均价格的5倍多。而在过去的5年内,磷酸盐价格基本保持稳定,中国和印度对磷酸盐的肥料需求的增加导致其供应紧张,直接造成磷酸盐矿石价格的上升。
别无选择
如果想要保持可持续发展,那么开采低品相的矿石根本不是解决之道,这不仅是因为开采成本非常昂贵,而且还会污染土壤,如镉就对植物和动物具有较大的毒性。
世界上磷酸盐储藏的不确定性还伴随一个不争的事实,即磷酸盐供给被控制在几个少数国家手里,中国、摩洛哥、美国和俄罗斯共占有世界磷酸盐储量的70%。
其实,对磷酸盐市场的战略性操纵早已显现。2004年3月,美国和摩洛哥签署了一项自由贸易协定,这项协议就包括磷酸盐矿石买卖。2008年摩洛哥向美国出口了价值6500万美元的肥料,尽管美国是世界上最大的磷酸盐矿石储量国之一,但是在过去的25年里,美国的磷酸盐肥料生产显著下降。Rosemarin说,与摩洛哥的交易旨在保护美国未来的肥料和食品供应。
对某些有限的资源如石油来讲,我们可以找到它的替代品,但是目前还没有发现磷酸盐的替代品。目前有可能的途径就是回收和循环使用,如Mavinic的技术。粗略地估算,如果加拿大所有的污水处理厂使用Mavinic的技术的话,生产的肥料足以满足加拿大国内30%的需求。但是这项技术与粪便相比,将会变得更加苍白。因为动物粪便含磷酸盐量大约是人类粪便的5倍。如果能将动物粪便中的磷酸盐提取出来,这将产生巨大的经济和社会效应。
但是,所有这些技术的实现都需要时间,当新的技术得以应用的时候,几十年就已经过去了。这些新技术出现的时候,那时的世界可能已陷入粮食和肥料匮乏的窘境。
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- 来自原声例句
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