Il fosforo è un importante elemento minerale necessario per il corpo umano. La principale fonte di fosforo per il corpo umano sono gli alimenti naturali o gli additivi alimentari a base di fosfato. Il fosfato è uno dei componenti naturali di quasi tutti gli alimenti. Poiché il fosfato può migliorare o conferire una serie di proprietà eccellenti agli alimenti, ha iniziato ad essere utilizzato nella lavorazione alimentare più di cento anni fa ed è stato ampiamente utilizzato dopo gli anni '70. Allo stato attuale, il fosfato è una delle categorie di additivi alimentari più utilizzate e ampiamente utilizzate. Come importante ingrediente alimentare e additivo funzionale, è ampiamente utilizzato nei prodotti a base di carne, pollame, frutti di mare, frutta, verdura, latticini, prodotti da forno, durante la lavorazione di bevande, prodotti a base di patate, condimenti, cibi pronti, ecc.
1. Introduzione ai fosfati
1.1 Classificazione
I fosfati possono essere suddivisi in ortofosfati e fosfati condensati:
L'ortofosfato si riferisce a vari sali dell'acido ortofosforico (H3PO4): M3PO4, M2HPO4, MH2PO4 (M è uno ione metallico monovalente).
L'ortofosfato viene riscaldato, disidratato e condensato per formare fosfato condensato. La sua formula generale è Mn+2PnO3n+1, dove M è uno ione metallico monovalente e n è il numero di atomi di fosforo. Quando il valore di n è molto grande, la formula chimica limitante del fosfato condensato è: MnPnO3n.
I vari sali del pirofosfato sono chiamati pirofosfati, M4P2O7;
I vari sali del trifosfato sono chiamati tripolifosfati, M5P3O10;
I fosfati condensati le cui molecole contengono più di 3 atomi di fosforo sono collettivamente chiamati polifosfati e il numero di legami O-P-O nelle loro molecole è chiamato lunghezza della catena dei polifosfati.
La formula molecolare del metafosfato è (MPO3)n, che può essere approssimativamente divisa in metafosfato ciclico, metafosfato insolubile e metafosfato vitreo (tali sostanze sono in realtà polifosfati a catena con una lunghezza di catena superiore a 10 e una piccola quantità di miscela di metafosfati ciclici) .
1.2 I fosfati utilizzati nella lavorazione degli alimenti sono solitamente sali di sodio, sali di calcio, sali di potassio, sali di ferro e sali di zinco come fortificanti nutrizionali. Esistono più di 30 tipi di fosfati alimentari comunemente usati. Il fosfato di sodio è Attualmente la principale categoria di consumo del fosfato alimentare domestico è il fosfato di potassio. Con lo sviluppo della tecnologia di trasformazione alimentare, anche il consumo di fosfato di potassio aumenta di anno in anno.
Per sfruttare appieno gli effetti sinergici tra vari fosfati e fosfati e altri additivi e soddisfare le esigenze di sviluppo della tecnologia di trasformazione alimentare, vari fosfati composti vengono spesso utilizzati come ingredienti alimentari e additivi funzionali nelle applicazioni pratiche. La ricerca e lo sviluppo di fosfati formulati sono diventati sempre più la direzione di sviluppo per lo sviluppo e l'applicazione di additivi alimentari fosfatici.
A causa delle differenze nella lunghezza della catena, nel valore del pH, nel contenuto di P2O5 e nei cationi metallici legati, i diversi tipi di fosfati presentano grandi differenze nelle proprietà fisiche e chimiche. Per i polifosfati lineari, all'aumentare della lunghezza della catena, aumentano le sue proprietà di emulsione, dispersione e capacità di chelare gli ioni calcio, mentre diminuiscono l'effetto tampone e il valore del pH.
Il polifosfato condensato si idrolizzerà in condizioni di riscaldamento o acide per generare ortofosfato o polifosfato a catena corta. Quando nella soluzione sono presenti enzimi, gel e cationi complessi, la velocità di idrolisi può essere notevolmente accelerata e man mano che la forza ionica aumenta, la velocità di idrolisi può essere accelerata più volte.
Nelle applicazioni pratiche, i fosfati vengono spesso selezionati razionalmente in base ai requisiti della tecnologia di trasformazione alimentare e in base al loro valore di pH e all'effetto tampone, alla solubilità, all'effetto di ritenzione idrica, all'emulsificazione, alle prestazioni di dispersione, alla chelazione, alla stabilità all'idrolisi e ad altre caratteristiche. Come ingredienti alimentari e additivi funzionali.
2. Caratteristiche dei fosfati e loro ruolo nella lavorazione degli alimenti
Il fosfato ha due funzioni principali nella lavorazione degli alimenti: in primo luogo, come miglioratore della qualità per migliorare la struttura e il gusto del cibo; in secondo luogo, può essere utilizzato come fortificante nutrizionale minerale.
Il ruolo del fosfato nella lavorazione degli alimenti si basa principalmente sulle seguenti proprietà del fosfato:
2.1 Effetto tampone:
Il valore del pH del fosfato varia da moderatamente acido (PH~4) a fortemente alcalino (PH~12). Quando diversi fosfati vengono combinati in proporzioni diverse, il valore del pH può essere stabilizzato tra PH4,5-11,7. livello di buffer. Nell'intervallo di pH della maggior parte degli alimenti (PH 3,5-7,5), il fosfato può essere utilizzato come efficiente regolatore del pH e stabilizzatore del pH per rendere il sapore del cibo più delizioso. L'effetto tampone più forte è l'ortofosfato. Per il polifosfato, all'aumentare della lunghezza della catena, la capacità tampone si indebolirà.
2.2 Effetto di ritenzione idrica:
Il polifosfato è un agente che trattiene l'umidità altamente idrofilo in grado di stabilizzare l'umidità contenuta negli alimenti. La qualità della sua capacità di trattenere l’acqua è correlata a fattori quali il tipo e la quantità di polifosfato, il valore del PH del cibo e la forza ionica.
Per i prodotti a base di carne e frutti di mare, il pirofosfato ha la migliore capacità di ritenzione idrica, seguito dal tripolifosfato. All’aumentare della lunghezza della catena, la capacità di trattenere l’acqua del polifosfato si indebolirà.
2.3 Effetto polianione:
Il polifosfato è un dielettrico polimerico e presenta le caratteristiche di un tensioattivo inorganico. Può disperdere sostanze insolubili in acqua o formare una sospensione stabile per impedire l'adesione e l'agglomerazione della sospensione. Poiché il polifosfato può far sì che l'idrosol proteico formi una pellicola sui globuli di grasso, disperdendo così più efficacemente il grasso nell'acqua, è ampiamente utilizzato nella fosforilazione dell'amido, nella dispersione dei pigmenti e negli alimenti emulsionati (prodotti lattiero-caseari, gelati, insalate, salse, ecc.) e utilizzato come stabilizzante di dispersione per salsicce, prodotti a base di carne macinata e prodotti a base di surimi.
Per i polifosfati lineari, le loro capacità emulsionanti e disperdenti aumentano all'aumentare della lunghezza della catena.
2.4 Chelazione:
Il polifosfato forma facilmente complessi solubili con cationi metallici nella soluzione, riducendo così la durezza dell'acqua, inibendo l'ossidazione, la catalisi, lo scolorimento e la decomposizione della vitamina C causata da cationi metallici come Cu2+ e Fe3+ per prevenire e ritardare l'ossidazione dei grassi, prevenire la carne , pollame, pesce dal deterioramento, mantengono il colore e prolungano la durata di conservazione degli alimenti. La sua capacità di ebollizione è mostrata nella figura seguente
L'effetto chelante dei polifosfati dipende dalla lunghezza della catena e dal pH. In generale i polifosfati a catena lunga hanno una forte capacità chelante per gli ioni dei metalli leggeri, che aumenta con l'aumentare del valore del pH; i polifosfati a catena corta hanno una forte capacità chelante per gli ioni di metalli pesanti, ma la capacità di chelare gli ioni di metalli pesanti aumenta con l'aumento del valore del pH. All'aumentare del livello, l'effetto chelante si indebolisce.
2.5 Funzione delle proteine:
Il fosfato ha un effetto rinforzante sulle proteine e sulla globulina di collagene, quindi può migliorare l'idratazione e la capacità di trattenere l'acqua dei prodotti a base di carne, aumentare la permeabilità all'acqua, favorire l'ammorbidimento del cibo, migliorare la qualità del cibo e mantenere il sapore del cibo. Allo stesso tempo, i fosfati presenti nei latticini possono impedire la coagulazione del latte quando riscaldato e impedire la separazione della caseina e dell'umidità del grasso.
2.6 Effetto di carica:
I fosfati acidi (come il pirofosfato acido di sodio, l'idrogeno fosfato di calcio) vengono solitamente utilizzati come acidi lievitanti come agenti lievitanti per prodotti da forno e reagiscono con il bicarbonato per fornire il gas di anidride carbonica necessario per il processo di cottura.
2.7 Effetto antiagglomerante:
Il fosfato tricalcico è comunemente usato come agente antiagglomerante per migliorare le proprietà di scorrevolezza degli alimenti in polvere o igroscopici.
Il fosfato tricalcico ha un'area superficiale specifica più ampia e può legare più acqua; e la sua speciale struttura cristallina sferica può produrre un "effetto palla", conferendo alla polvere buone proprietà di scorrevolezza.
2.8 Prolungare la durata di conservazione degli alimenti:
Il polifosfato può migliorare la stabilità alla conservazione degli alimenti e prolungare la durata di conservazione dei prodotti. Questo effetto si basa principalmente su: (1) regolazione del pH; (2) Effetto antibatterico: la crescita delle cellule microbiche deve fare affidamento su cationi metallici bivalenti, in particolare Ca2+ e Mg2+, e il fosfato può chelare con questi cationi metallici e può ridurre la stabilità della parete cellulare durante la divisione cellulare e anche ridurre la stabilità termica di molte cellule, inibendo così efficacemente la crescita batterica.
L'effetto antibatterico del polifosfato è correlato al suo tipo (lunghezza della catena), contenuto, valore del pH, contenuto di sale, contenuto di nitriti e altri fattori. In generale, all’aumentare della lunghezza della catena, aumenta l’effetto antibatterico.
2.9 Effetto rinforzante della nutrizione minerale:
Il fosfato di calcio, il fosfato di magnesio, il fosfato di ferro e il fosfato di zinco sono spesso usati come esaltatori minerali nella lavorazione degli alimenti.
L'aggiunta di fosfato di ferro e fosfato di zinco al succo gastrico può potenziare l'effetto biofarmaceutico del succo gastrico grazie alla sua migliore solubilità e non favorisce l'ossidazione naturale.
3. Problemi di sicurezza dei fosfati
La sicurezza dei fosfati utilizzati come additivi alimentari è motivo di grande preoccupazione. Molti scienziati stranieri hanno condotto numerosi studi tossicologici sui fosfati e hanno confermato che i fosfati alimentari sono additivi non tossici e altamente sicuri.
La valutazione sulla sicurezza del Comitato Speciale dell’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura delle Nazioni Unite e dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (FAO/OMS) nel 1970 ha stabilito che l’assunzione giornaliera consentita per gli adulti è di 1,4-1,5 gP2O5, mentre il Comitato per gli additivi alimentari nel 1985 Si raccomanda che l'accettazione incondizionata del fosforo totale nella dieta sia <30 mg/kg di peso corporeo, la dose di accettazione condizionata è compresa tra 30 e 70 mg/kg di peso corporeo.
Va sottolineato qui che nell'applicazione dei fosfati alimentari, si dovrebbe prestare attenzione all'equilibrio tra calcio e fosforo (il rapporto calcio/fosforo è 1:1,2), e che i fosfati alimentari dovrebbero essere usati razionalmente in stretta conformità con le norme igieniche. norme per l’uso degli additivi alimentari. , per evitare effetti negativi sulla salute umana causati dallo squilibrio di calcio e fosforo o dall'abuso di fosfati.
4. Applicazione del fosfato nella lavorazione degli alimenti
4.1 Applicazione nella lavorazione di prodotti a base di carne e pollame:
4.1.1 Per migliorare la qualità dei prodotti a base di carne, alla lavorazione dei prodotti a base di carne viene solitamente aggiunto fosfato. Le sue funzioni sono:
UN. Migliorare l'adesione dei prodotti a base di carne e migliorare le prestazioni di affettatura dei prodotti a base di carne;
B. Migliorare la capacità di trattenere l'acqua della carne, in modo che i prodotti a base di carne possano comunque mantenere la loro umidità naturale durante la lavorazione e la cottura, ridurre la perdita di nutrienti della carne, preservare la tenerezza dei prodotti a base di carne e aumentare la resa dei prodotti finiti;
C. Controllare il valore del pH dei prodotti a base di carne nell'intervallo più adatto al rigonfiamento delle proteine e produrre il miglior colore dei prodotti a base di carne;
D. Migliorare le prestazioni di emulsionamento e la stabilità dell'emulsione, prevenendo efficacemente la separazione di grasso e acqua;
e. Bloccare i cationi metallici e ritardare la reazione di ossidazione nella lavorazione dei prodotti a base di carne, che può ridurre efficacemente il tasso di irrancidimento dei prodotti, inibire lo scolorimento e l'irrancidimento dei prodotti a base di carne e prolungare la durata di conservazione dei prodotti a base di carne;
F. Migliorare le prestazioni di lavorazione dei prodotti a base di carne e aumentare l'efficienza produttiva.
4.1.2 La capacità di trattenere l'acqua della carne si riferisce generalmente alla capacità di trattenere l'umidità della carne e l'umidità aggiunta alla carne durante la lavorazione. Il livello di capacità di ritenzione idrica è direttamente correlato alla consistenza e alla resa dei prodotti a base di carne. L'aggiunta di fosfato può migliorare efficacemente la qualità dei prodotti a base di carne. Capacità di ritenzione idrica.
Come utilizzare razionalmente i fosfati e altri additivi senza alterare il sapore dei prodotti a base di carne, massimizzare la capacità di ritenzione idrica e la coesione dei prodotti a base di carne e ridurre la perdita di cottura dei prodotti a base di carne è sempre stato un argomento importante nella ricerca e nello sviluppo di prodotti a base di carne. .
4.1.3 Uso ragionevole dei fosfati nella lavorazione dei prodotti a base di carne:
Nelle applicazioni pratiche, il tipo e la quantità appropriati di fosfato dovrebbero essere selezionati in base al tipo, ai requisiti di consistenza, al processo di produzione, alle materie prime, ecc. dei prodotti a base di carne e alle caratteristiche dei vari fosfati.
I prodotti a base di carne addizionati con pirofosfato possono ripristinare e migliorare la naturale capacità di trattenere l'acqua delle proteine muscolari. Il polifosfato può essere rapidamente convertito in pirofosfato sotto l'azione degli enzimi muscolari, quindi è possibile ottenere lo stesso effetto. Sebbene il pirofosfato abbia il miglior effetto di ritenzione idrica, la sua solubilità è troppo scarsa, quindi nella maggior parte dei casi non può essere utilizzato da solo. Viene invece spesso utilizzato in combinazione con polifosfato a catena lunga o fosfato di potassio con migliore solubilità. Inoltre, per esercitare l'effetto sinergico tra vari fosfati e fosfati e altri additivi, vengono spesso utilizzati vari miglioratori composti di prodotti a base di carne.
Le funzioni dei vari fosfati composti di prodotti a base di carne sono descritte come segue:
UN. Per le salsicce e i prodotti a base di carne macinata vengono solitamente utilizzati pirofosfato e polifosfato a catena media, che vengono aggiunti sotto forma di polvere secca durante la triturazione e la miscelazione. Il valore pH del fosfato complesso utilizzato è generalmente intorno a 7, talvolta vengono utilizzati anche fosfati complessi con un valore pH superiore a 9.
B. Il composto fosfato utilizzato per l'iniezione di soluzione salina deve soddisfare i seguenti requisiti: 1) buona solubilità in soluzione salina ghiacciata; 2) alto tasso di dissoluzione; 3) buona stabilità in soluzione salina ghiacciata. Il valore del pH del fosfato complesso utilizzato è generalmente compreso tra 8,5 e 9,5. Per ottenere il miglior effetto di attivazione delle proteine muscolari durante la preparazione della soluzione salina ghiacciata per l'iniezione, è meglio sciogliere prima il fosfato in acqua ghiacciata, quindi aggiungere il sale. Questo ordine generalmente non può essere invertito.
C. La quantità di fosfato misto aggiunto è generalmente pari allo 0,1-0,4%, ma la quantità deve essere rigorosamente controllata quando utilizzata. Se la quantità aggiunta è troppo elevata, il sapore originale della carne verrà danneggiato e lo sviluppo del colore sarà compromesso a causa dell'aumento del valore del pH.
4.2 Applicazione nella lavorazione dei prodotti ittici:
4.2.1 Essendo un eccellente agente di ritenzione idrica, regolatore del pH e agente antigelo, il fosfato è ampiamente utilizzato nella lavorazione dei frutti di mare, in particolare dei frutti di mare congelati. Le sue funzioni sono:
UN. Migliora efficacemente la capacità di trattenere l'acqua dei frutti di mare, arricchisce il succo della carne e trattiene efficacemente i nutrienti e l'umidità;
B. Inibire l'ossidazione dei grassi e prolungare efficacemente la durata di conservazione dei frutti di mare;
C. Ridurre le perdite per sgocciolamento dopo lo scongelamento e ridurre la perdita di peso in cottura;
D. Mantenere il colore e il sapore naturali dei frutti di mare;
e. Sinergizza con lo zucchero per prevenire efficacemente la denaturazione da congelamento delle proteine del surimi.
4.2.2 Quando si lavorano gamberetti, pesce e frutti di mare congelati, i prodotti vengono solitamente immersi in una soluzione di fosfato composto al 3~10% (la temperatura è inferiore a 10°C). La concentrazione e il tempo di ammollo della soluzione di ammollo dipendono dai gamberetti, dal pesce e dai crostacei. Determinati dal tipo, dalle dimensioni e dal tempo di pesca dei frutti di mare.
I seguenti fattori dovrebbero essere considerati quando si selezionano razionalmente i fosfati composti per l'ammollo: a) Può migliorare efficacemente la capacità di trattenere l'acqua dei frutti di mare; b) Ha una buona solubilità in acqua ghiacciata; c) Può dissolversi rapidamente in acqua ghiacciata; d) Ha una buona solubilità in acqua ghiacciata. Buona stabilità. Il valore pH del fosfato complesso utilizzato è generalmente superiore a 9.
4.2.3 Generalmente, i fosfati composti aggiunti al surimi congelato sono principalmente pirofosfato di sodio, tripolifosfato di sodio ed esametafosfato di sodio e la quantità aggiunta è dello 0,1-0,3% di surimi.
4.3 Applicazione del fosfato nei prodotti farinacei
4.3.1 Applicazione nei prodotti da forno:
I fosfati acidi (come il pirofosfato acido di sodio, l'idrogeno fosfato di calcio) vengono solitamente utilizzati come acidi lievitanti come agenti lievitanti per prodotti da forno e reagiscono con il bicarbonato per fornire il gas di anidride carbonica necessario per il processo di cottura. Fosfati diversi hanno velocità di reazione dell'impasto (ROR) diverse e i fosfati possono essere ragionevolmente selezionati in base all'effetto di cottura previsto (volume sciolto, struttura dei pori, gusto).
Inoltre, i fosfati possono essere utilizzati anche come ammendanti per la farina, miglioratori dell'impasto, tamponi e nutrienti per il lievito.
4.3.2 Come miglioratore della qualità della pasta, il fosfato è ampiamente utilizzato nella lavorazione delle tagliatelle istantanee e delle tagliatelle ordinarie. Le sue funzioni principali sono:
UN. Aumentare il grado di gelatinizzazione dell'amido, aumentare la capacità di assorbimento dell'acqua dell'amido, aumentare la capacità di ritenzione idrica dell'impasto e far reidratare rapidamente le tagliatelle istantanee e prepararle facilmente;
B. Migliora le prestazioni di gonfiore delle proteine del glutine che assorbono l'acqua e ne migliora l'elasticità, rendendo le tagliatelle lisce e gommose e resistenti alla cottura e all'ammollo;
C. L'eccellente effetto tampone del fosfato può stabilizzare il valore PH dell'impasto, prevenire lo scolorimento e il deterioramento e migliorare l'aroma e il gusto;
D. Il fosfato può complessarsi con i cationi metallici nell'impasto e ha un effetto "ponte" sui gruppi del glucosio, formando legami incrociati delle molecole di amido, in modo che le tagliatelle che possono resistere alla cottura e alla frittura ad alta temperatura possano comunque mantenere la loro consistenza dopo la reidratazione. Caratteristiche viscoelastiche dei colloidi dell'amido;
e. Migliorare la finitura delle tagliatelle;
4.4 Applicazione nei prodotti lattiero-caseari
Il fosfato viene utilizzato come stabilizzante ed emulsionante nel latte sterilizzato UHT, nei prodotti a base di panna, nel latte condensato, nel latte in polvere, nel mate, nelle bevande a base di latte e nei prodotti caseari. Le sue funzioni sono:
UN. Tampone e stabilizzazione del pH;
B. Interazione con le proteine: disperde gli ingredienti alimentari, stabilizza il sistema di emulsionamento, migliora la capacità della caseina di legare l'acqua e previene efficacemente la separazione di proteine, grassi e acqua;
C. Chela gli ioni metallici multivalenti, riducendo notevolmente l'aggregazione proteica e la precipitazione durante il riscaldamento e la conservazione, migliorando così la stabilità termica e la stabilità di conservazione del latte. E può ritardare efficacemente il verificarsi della coagulazione del lattosio.
4.5 Il fosfato è anche ampiamente utilizzato nei seguenti settori della lavorazione alimentare:
◎ Bevande: utilizzate come regolatore di acidità, stabilizzante e fortificante della nutrizione minerale;
◎ Prodotti a base di patate: utilizzati come stabilizzanti e agenti conservanti del colore;
◎ Prodotti a base di riso: migliorano l'elasticità dei prodotti e migliorano il gusto dei prodotti;
◎ Condimenti e zuppe istantanee: stabilizzanti, correttori di acidità;
◎ Alimenti in polvere igroscopici: prevengono l'agglomerazione e migliorano le prestazioni di scorrevolezza;
◎ Prodotti a base di amido e amido modificato;
◎Alimenti per l'infanzia, alimenti funzionali: fortificante della nutrizione minerale.
