Fosfor is een belangrijk mineraal element dat nodig is voor het menselijk lichaam. De belangrijkste bron van fosfor voor het menselijk lichaam zijn natuurlijke voeding of voedingsfosfaatadditieven. Fosfaat is een van de natuurlijke componenten van bijna alle voedingsmiddelen. Omdat fosfaat een reeks uitstekende eigenschappen aan voedsel kan verbeteren of verlenen, werd het meer dan honderd jaar geleden in de voedselverwerking gebruikt, en werd het na de jaren zeventig op grote schaal gebruikt. Momenteel is fosfaat een van de meest gebruikte en meest gebruikte categorieën levensmiddelenadditieven. Als belangrijk voedselingrediënt en functioneel additief wordt het veel gebruikt in vleesproducten, gevogelteproducten, zeevruchten, fruit, groenten, zuivelproducten, gebakken producten, tijdens de verwerking van dranken, aardappelproducten, smaakmakers, gemaksvoedsel, enz.
1. Inleiding tot fosfaat
1.1 Classificatie
Fosfaten kunnen worden onderverdeeld in orthofosfaten en gecondenseerde fosfaten:
Orthofosfaat verwijst naar verschillende zouten van orthofosforzuur (H3PO4): M3PO4, M2HPO4, MH2PO4 (M is een eenwaardig metaalion).
Orthofosfaat wordt verwarmd, gedehydrateerd en gecondenseerd om gecondenseerd fosfaat te vormen. De algemene formule is Mn+2PnO3n+1, waarbij M een eenwaardig metaalion is en n het aantal fosforatomen is. Wanneer de waarde van n erg groot is, is de beperkende chemische formule van gecondenseerd fosfaat: MnPnO3n.
De verschillende zouten van pyrofosfaat worden pyrofosfaten genoemd, M4P2O7;
De verschillende zouten van trifosfaat worden tripolyfosfaten genoemd, M5P3O10;
Gecondenseerde fosfaten waarvan de moleculen meer dan 3 fosforatomen bevatten, worden gezamenlijk polyfosfaten genoemd, en het aantal O-P-O-bindingen in hun moleculen wordt de ketenlengte van polyfosfaten genoemd.
De molecuulformule van metafosfaat is (MPO3)n, die grofweg kan worden onderverdeeld in cyclisch metafosfaat, onoplosbaar metafosfaat en glasachtig metafosfaat (dergelijke stoffen zijn eigenlijk ketenpolyfosfaten met een ketenlengte van meer dan 10 en een kleine hoeveelheid mengsel van cyclische metafosfaten) .
1.2 De fosfaten die bij de voedselverwerking worden gebruikt, zijn doorgaans natriumzouten, calciumzouten, kaliumzouten en ijzerzouten en zinkzouten als voedingsversterkers. Er zijn meer dan 30 soorten veelgebruikte fosfaten van voedingskwaliteit. Natriumfosfaat is momenteel de belangrijkste consumptiecategorie van huishoudelijk voedselfosfaat kaliumfosfaat. Met de ontwikkeling van de voedselverwerkingstechnologie neemt ook het verbruik van kaliumfosfaat jaar na jaar toe.
Om de synergetische effecten tussen verschillende fosfaten en fosfaten en andere additieven ten volle te benutten, en te voldoen aan de ontwikkelingsbehoeften van de voedselverwerkingstechnologie, worden verschillende samengestelde fosfaten vaak gebruikt als voedselingrediënten en functionele additieven in praktische toepassingen. Het onderzoek en de ontwikkeling van geformuleerde fosfaten is steeds meer de ontwikkelingsrichting geworden voor de ontwikkeling en toepassing van fosfaatvoedseladditieven.
Door verschillen in ketenlengte, pH-waarde, P2O5-gehalte en gebonden metaalkationen hebben verschillende soorten fosfaten grote verschillen in fysische en chemische eigenschappen. Voor lineaire polyfosfaten geldt dat naarmate de ketenlengte toeneemt, de emulgatie-, dispersie-eigenschappen en het vermogen om calciumionen te cheleren toenemen, terwijl het bufferende effect en de pH-waarde afnemen.
Gecondenseerd polyfosfaat zal onder verhitting of zure omstandigheden hydrolyseren om orthofosfaat of polyfosfaat met korte keten te genereren. Wanneer er enzymen, gels en complexe kationen in de oplossing zitten, kan de hydrolysesnelheid aanzienlijk worden versneld, en naarmate de ionsterkte toeneemt, kan de hydrolysesnelheid verschillende keren worden versneld.
In praktische toepassingen worden fosfaten vaak rationeel geselecteerd op basis van de eisen van de voedselverwerkingstechnologie en op basis van hun pH-waarde en buffereffect, oplosbaarheid, watervasthoudend effect, emulgering, dispersieprestaties, chelatie, hydrolysestabiliteit en andere kenmerken. Als voedselingrediënten en functionele additieven.
2. Kenmerken van fosfaten en hun rol in de voedselverwerking
Fosfaat heeft twee hoofdfuncties in de voedselverwerking: ten eerste als kwaliteitsverbeteraar om de structuur en smaak van voedsel te verbeteren; ten tweede kan het worden gebruikt als versterker van minerale voeding.
De rol van fosfaat in de voedselverwerking is voornamelijk gebaseerd op de volgende eigenschappen van fosfaat:
2.1 Buffereffect:
De pH-waarde van fosfaat varieert van matig zuur (PH~4) tot sterk alkalisch (PH~12). Wanneer verschillende fosfaten in verschillende verhoudingen worden gecombineerd, kan de pH-waarde worden gestabiliseerd tussen PH4,5-11,7. bufferniveau. Binnen het pH-bereik van de meeste voedingsmiddelen (PH 3,5-7,5) kan fosfaat worden gebruikt als een efficiënte pH-regulator en pH-stabilisator om het voedsel lekkerder te laten smaken. Het sterkste bufferende effect is orthofosfaat. Voor polyfosfaat zal de buffercapaciteit afnemen naarmate de ketenlengte toeneemt.
2.2 Waterhoudend effect:
Polyfosfaat is een zeer hydrofiel vochtvasthoudend middel dat het vocht in voedsel kan stabiliseren. De kwaliteit van het waterhoudend vermogen hangt samen met factoren als het type en de hoeveelheid polyfosfaat, de PH-waarde van het voedsel en de ionsterkte.
Voor vleesproducten en zeevruchten heeft pyrofosfaat het beste waterhoudend vermogen, gevolgd door tripolyfosfaat. Naarmate de ketenlengte toeneemt, zal het watervasthoudend vermogen van polyfosfaat verzwakken.
2.3 Polyanion-effect:
Polyfosfaat is een polymeer diëlektricum en heeft de kenmerken van een anorganische oppervlakteactieve stof. Het kan onoplosbare stoffen in water dispergeren of een stabiele suspensie vormen om de hechting en agglomeratie van de suspensie te voorkomen. Omdat polyfosfaat ervoor kan zorgen dat het eiwithydrosol een film vormt op de vetbolletjes, waardoor vet effectiever in water wordt gedispergeerd, wordt het veel gebruikt bij de fosforylatie van zetmeel, de dispersie van pigmenten en geëmulgeerde voedingsmiddelen (melkproducten, ijs, salades, enz.). sauzen, enz.) en gebruikt als dispersiestabilisator voor worsten, gehaktproducten en surimiproducten.
Voor lineaire polyfosfaten nemen hun emulgerende en dispergerende eigenschappen toe naarmate de ketenlengte toeneemt.
2.4 Chelatie:
Polyfosfaat vormt gemakkelijk oplosbare complexen met metaalkationen in de oplossing, waardoor de hardheid van water wordt verminderd en de oxidatie, katalyse, verkleuring en afbraak van vitamine C wordt geremd, veroorzaakt door metaalkationen zoals Cu2+ en Fe3+, om vetoxidatie te voorkomen en te vertragen, vlees te voorkomen , gevogelte, vis tegen bederf, behouden de kleur en verlengen de houdbaarheid van voedsel. Het kookvermogen wordt weergegeven in de onderstaande figuur
Het chelerende effect van polyfosfaten hangt af van de ketenlengte en de pH. Over het algemeen hebben polyfosfaten met lange keten een sterk chelaatvormend vermogen voor lichte metaalionen, dat toeneemt met de toename van de pH-waarde; polyfosfaten met een korte keten hebben een sterk chelaatvormend vermogen voor zware metaalionen, maar het vermogen om zware metaalionen te cheleren neemt toe met de stijging van de pH-waarde. Naarmate het niveau stijgt, verzwakt het chelatie-effect.
2.5 Eiwitfunctie:
Fosfaat heeft een versterkend effect op eiwit- en collageenglobuline, zodat het de hydratatie en het watervasthoudend vermogen van vleesproducten kan verbeteren, de waterdoorlaatbaarheid kan vergroten, de verzachting van voedsel kan bevorderen, de kwaliteit van voedsel kan verbeteren en de smaak van voedsel kan behouden. Tegelijkertijd kunnen fosfaten in zuivelproducten de coagulatie van melk bij verhitting voorkomen en de scheiding van caseïne en vetvocht voorkomen.
2.6 Bulkeffect:
Zure fosfaten (zoals natriumzuurpyrofosfaat, calciumwaterstoffosfaat) worden gewoonlijk gebruikt als rijszuren als rijsmiddelen voor gebakken producten, en reageren met bicarbonaat om het kooldioxidegas te leveren dat nodig is voor het bakproces.
2.7 Antiklontereffect:
Tricalciumfosfaat wordt vaak gebruikt als antiklontermiddel om de vrijvloeiende eigenschappen van voedsel in poedervorm of hygroscopisch te verbeteren.
Tricalciumfosfaat heeft een groter specifiek oppervlak en kan meer water binden; en de speciale bolvormige kristalstructuur kan een "baleffect" veroorzaken, waardoor het poeder goede vrijstromende eigenschappen krijgt.
2.8 Verleng de houdbaarheid van voedsel:
Polyfosfaat kan de opslagstabiliteit van voedsel verbeteren en de houdbaarheid van producten verlengen. Dit effect is voornamelijk gebaseerd op: (1) pH-regulering; (2) Antibacterieel effect: de groei van microbiële cellen is afhankelijk van tweewaardige metaalkationen, vooral Ca2+ en Mg2+, en fosfaat kan met deze metaalkationen cheleren, en het kan de stabiliteit van de celwand tijdens celdeling verminderen en ook de thermische stabiliteit verminderen. van veel cellen, waardoor de bacteriegroei effectief wordt geremd.
De antibacteriële werking van polyfosfaat hangt samen met het type (ketenlengte), gehalte, pH-waarde, zoutgehalte, nitrietgehalte en andere factoren. Over het algemeen geldt dat naarmate de ketenlengte toeneemt, het antibacteriële effect toeneemt.
2.9 Minerale voeding versterkende werking:
Calciumfosfaat, magnesiumfosfaat, ijzerfosfaat en zinkfosfaat worden vaak gebruikt als minerale versterkers in de voedselverwerking.
Het toevoegen van ijzerfosfaat en zinkfosfaat aan maagsap kan het biofarmaceutische effect van maagsap versterken vanwege de betere oplosbaarheid ervan en zal de natuurlijke oxidatie niet bevorderen.
3. Fosfaatveiligheidskwesties
De veiligheid van fosfaten die als voedseladditieven worden gebruikt, is een punt van grote zorg. Veel buitenlandse wetenschappers hebben een groot aantal toxicologische onderzoeken naar fosfaten uitgevoerd en bevestigd dat voedingsfosfaten niet-giftige en zeer veilige additieven zijn.
De veiligheidsevaluatie van het Speciaal Comité van de Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties en de Wereldgezondheidsorganisatie (FAO/WHO) in 1970 was dat de dagelijks toegestane inname van volwassenen 1,4-1,5 gP2O5 bedraagt, terwijl het Voedseladditievencomité in 1985 aanbevolen dat de onvoorwaardelijke acceptatie van totaal fosfor in de voeding <30 mg/kg lichaamsgewicht is, de voorwaardelijke acceptatiedosis is 30--70 mg/kg lichaamsgewicht.
Er moet hier op worden gewezen dat bij de toepassing van voedingsfosfaten aandacht moet worden besteed aan de balans tussen calcium en fosfor (de calcium-fosforverhouding is 1:1,2), en dat voedingsfosfaten rationeel moeten worden gebruikt in strikte overeenstemming met de hygiënische voorschriften. normen voor het gebruik van levensmiddelenadditieven. , om nadelige gevolgen voor de menselijke gezondheid als gevolg van een verstoord calcium- en fosforevenwicht of misbruik van fosfaten te voorkomen.
4. Toepassing van fosfaat in de voedselverwerking
4.1 Toepassing in de verwerking van vlees- en gevogelteproducten:
4.1.1 Om de kwaliteit van vleesproducten te verbeteren, wordt bij de verwerking van vleesproducten doorgaans fosfaat toegevoegd. De functies zijn:
A. Verbeter de hechting van vleesproducten en verbeter de snijprestaties van vleesproducten;
B. Verbeter het waterhoudend vermogen van vlees, zodat vleesproducten tijdens de verwerking en het koken nog steeds hun natuurlijke vocht kunnen behouden, het verlies aan voedingsstoffen voor het vlees verminderen, de malsheid van vleesproducten behouden en de opbrengst aan eindproducten verhogen;
C. Controleer de pH-waarde van vleesproducten in het bereik dat het meest geschikt is voor het zwellen van eiwitten en produceer de beste kleur van vleesproducten;
D. Verbeter de emulgatieprestaties en emulsiestabiliteit, waardoor de scheiding van vet en water effectief wordt voorkomen;
e. Blokkeer metaalkationen en vertraag de oxidatiereactie bij de verwerking van vleesproducten, wat de ranzigheid van producten effectief kan verminderen, de verkleuring en ranzigheid van vleesproducten kan remmen en de houdbaarheid van vleesproducten kan verlengen;
F. Verbeter de verwerkingsprestaties van vleesproducten en verhoog de productie-efficiëntie.
4.1.2 Het waterhoudend vermogen van vlees heeft in het algemeen betrekking op het vermogen om het vocht van het vlees vast te houden en het vocht dat tijdens de verwerking aan het vlees wordt toegevoegd. Het niveau van het waterhoudend vermogen houdt rechtstreeks verband met de textuur en de opbrengst van vleesproducten. Het toevoegen van fosfaat kan de kwaliteit van vleesproducten effectief verbeteren. Waterhoudend vermogen.
Hoe fosfaten en andere additieven rationeel te gebruiken zonder de smaak van vleesproducten aan te tasten, het waterhoudend vermogen en de samenhang van vleesproducten te maximaliseren en het kookverlies van vleesproducten te verminderen, is altijd een belangrijk onderwerp geweest in het onderzoek en de ontwikkeling van vleesproducten. .
4.1.3 Redelijk gebruik van fosfaten bij de verwerking van vleesproducten:
In praktische toepassingen moet het juiste type en de juiste hoeveelheid fosfaat worden geselecteerd op basis van het type, de textuurvereisten, het productieproces, de grondstoffen, enz. van de vleesproducten en de kenmerken van verschillende fosfaten.
Vleesproducten waaraan pyrofosfaat is toegevoegd, kunnen het natuurlijke watervasthoudende vermogen van spiereiwitten herstellen en verbeteren. Polyfosfaat kan onder invloed van spierenzymen snel worden omgezet in pyrofosfaat, waardoor hetzelfde effect kan worden bereikt. Hoewel pyrofosfaat het beste waterretentie-effect heeft, is de oplosbaarheid ervan te slecht, zodat het in de meeste gevallen niet alleen kan worden gebruikt. In plaats daarvan wordt het vaak gebruikt in combinatie met polyfosfaat met lange keten of kaliumfosfaat met een betere oplosbaarheid. Om het synergetische effect tussen verschillende fosfaten en fosfaten en andere additieven te bewerkstelligen, worden bovendien vaak verschillende samengestelde vleesproductverbeteraars gebruikt.
De functies van verschillende samengestelde vleesproductfosfaten worden als volgt beschreven:
A. Voor worsten en gehaktproducten wordt meestal pyrofosfaat en polyfosfaat met gemiddelde ketenlengte gebruikt, die tijdens het hakken en mengen in de vorm van droog poeder worden toegevoegd. De pH-waarde van het gebruikte complexe fosfaat ligt doorgaans rond de 7, soms worden ook complexe fosfaten met een pH-waarde hoger dan 9 gebruikt.
B. De fosfaatverbinding die wordt gebruikt voor injectie van zoutoplossing moet aan de volgende eisen voldoen: 1) goede oplosbaarheid in ijskoude zoutoplossing; 2) hoge oplossingssnelheid; 3) goede stabiliteit in ijskoude zoutoplossing. De pH-waarde van het gebruikte complexe fosfaat bedraagt doorgaans 8,5-9,5. Om het beste spiereiwitactiverende effect te bereiken bij het bereiden van ijszoutoplossing voor injectie, is het het beste om het fosfaat eerst in ijswater op te lossen en dan zout toe te voegen. Deze volgorde kan doorgaans niet worden teruggedraaid.
C. De hoeveelheid toegevoegd gemengd fosfaat is over het algemeen 0,1-0,4%, maar de hoeveelheid moet bij gebruik strikt worden gecontroleerd. Als de toegevoegde hoeveelheid te hoog is, wordt de oorspronkelijke smaak van het vlees aangetast en wordt de kleurontwikkeling beïnvloed door de stijging van de pH-waarde.
4.2 Toepassing bij de verwerking van zeevruchten:
4.2.1 Fosfaat wordt als uitstekend watervasthoudend middel, pH-regelaar en antivriesmiddel veel gebruikt bij de verwerking van zeevruchten, vooral bevroren zeevruchten. De functies zijn:
A. Verbeter effectief het waterhoudend vermogen van zeevruchten, maak het vleessap rijker en houd effectief voedingsstoffen en vocht vast;
B. Remt de vetoxidatie en verlengt effectief de houdbaarheid van zeevruchten;
C. Verminder het druipende verlies na het ontdooien en verminder het gewichtsverlies tijdens het koken;
D. Behoud de natuurlijke kleur en smaak van zeevruchten;
e. Synergiseert met suiker om bevriezingsdenaturatie van surimi-eiwit effectief te voorkomen.
4.2.2 Bij het verwerken van bevroren garnalen, vis en schaal- en schelpdieren worden de producten gewoonlijk gedrenkt in een samengestelde fosfaatoplossing van 3 ~ 10% (de temperatuur is lager dan 10 ° C). De concentratie en de weektijd van de weekoplossing zijn gebaseerd op de garnalen, vis en schaaldieren. Bepaald door het type, de grootte en de vistijd van de zeevruchten.
De volgende factoren moeten in overweging worden genomen bij het rationeel selecteren van samengestelde fosfaten om te weken: a) Het kan het waterhoudend vermogen van zeevruchten effectief verbeteren; b) Het heeft een goede oplosbaarheid in ijswater; c) Het kan snel oplossen in ijswater; d) Het heeft een goede oplosbaarheid in ijswater. Goede stabiliteit. De pH-waarde van het gebruikte complexe fosfaat is doorgaans hoger dan 9.
4.2.3 Over het algemeen zijn de samengestelde fosfaten die aan bevroren surimi worden toegevoegd voornamelijk natriumpyrofosfaat, natriumtripolyfosfaat en natriumhexametafosfaat, en de toegevoegde hoeveelheid bedraagt 0,1-0,3% surimi.
4.3 Toepassing van fosfaat in meelproducten
4.3.1 Toepassing in bakproducten:
Zure fosfaten (zoals natriumzuurpyrofosfaat, calciumwaterstoffosfaat) worden gewoonlijk gebruikt als rijszuren als rijsmiddelen voor gebakken producten, en reageren met bicarbonaat om het kooldioxidegas te leveren dat nodig is voor het bakproces. Verschillende fosfaten hebben verschillende deegreactiesnelheden (ROR) en fosfaten kunnen redelijkerwijs worden geselecteerd op basis van het verwachte bakeffect (los volume, poriënstructuur, smaak).
Daarnaast kunnen fosfaten ook worden gebruikt als meelconditioners, deegverbeteraars, buffers en gistvoedingsstoffen.
4.3.2 Fosfaat wordt als kwaliteitsverbeteraar voor noedels veel gebruikt bij de verwerking van instantnoedels en gewone noedels. De belangrijkste functies zijn:
A. Verhoog de mate van zetmeelverstijfseling, verhoog het waterabsorptievermogen van zetmeel, verhoog het waterhoudend vermogen van het deeg en zorg ervoor dat instantnoedels snel rehydrateren en gemakkelijk brouwen;
B. Verbeter de waterabsorberende zwelprestaties van gluteneiwit en verbeter de elasticiteit ervan, waardoor de noedels glad en taai worden en bestand zijn tegen koken en weken;
C. Het uitstekende bufferende effect van fosfaat kan de PH-waarde van het deeg stabiliseren, verkleuring en bederf voorkomen en de smaak en smaak verbeteren;
D. Fosfaat kan een complex vormen met metaalkationen in het deeg en heeft een "overbruggend" effect op de glucosegroepen, waarbij verknopingen van zetmeelmoleculen worden gevormd, zodat noedels die bestand zijn tegen koken op hoge temperatuur en frituren op hoge temperatuur nog steeds hun consistentie kunnen behouden. na rehydratatie. Visco-elastische eigenschappen van zetmeelcolloïden;
e. Verbeter de afwerking van noedels;
4.4 Toepassing in zuivelproducten
Fosfaat wordt gebruikt als stabilisator en emulgator in UHT-gesteriliseerde melk, roomproducten, gecondenseerde melk, melkpoeder, koffiemate, melkdranken en kaasproducten. De functies zijn:
A. Buffering en pH-stabilisatie;
B. Interactie met eiwitten: verspreidt voedselingrediënten, stabiliseert het emulgatiesysteem, verbetert het vermogen van caseïne om water te binden en voorkomt effectief de scheiding van eiwitten, vetten en water;
C. Chelaat multivalente metaalionen, waardoor de eiwitaggregatie en precipitatie tijdens verwarming en opslag aanzienlijk worden verminderd, waardoor de thermische stabiliteit en opslagstabiliteit van melk worden verbeterd. En het kan het optreden van lactosecoagulatie effectief vertragen.
4.5 Fosfaat wordt ook veel gebruikt in de volgende voedselverwerkingssectoren:
◎ Dranken: gebruikt als zuurteregelaar, stabilisator en versterker van minerale voeding;
◎ Aardappelproducten: gebruikt als stabilisatoren en kleurbehoudmiddelen;
◎ Rijstproducten: verbeter de elasticiteit van producten en verbeter de smaak van producten;
◎ Kruiden en instantsoepen: stabilisatoren, zuurteregelaars;
◎ Hygroscopisch voedsel in poedervorm: voorkom aankoeken en verbeter de vrijstromende prestaties;
◎ Zetmeelproducten en gemodificeerd zetmeel;
◎Babyvoeding, functionele voeding: versterker van minerale voeding.
