發表: 11/02/2004 ∼ 4:12pm | IP 已記錄

磷酸鹽在食品加工中的應用     

摘要
磷酸鹽是幾乎所有食物的天然成分之一，作為重要的食品配料和功能添加劑被廣泛用於食品加工中。本文討論了磷酸鹽作為食品添加劑的特性和應用領域。
關鍵字
磷酸鹽 食品加工 應用
磷是人體所必需的重要的礦物質元素，人體攝入磷的主要來源為天然食物或食品磷酸鹽添加劑，磷酸鹽是幾乎所有食物的天然成分之一。由於磷酸鹽能改善或賦予食品一系列優異性能，因此早在一百多年前就開始應用於食品加工中，而大量使用則在二十世紀七十年以後。目前，磷酸鹽是應用最廣泛、用量較大的食品添加劑門類之一，作為重要的食品配料和功能添加劑廣泛應用於肉製品、禽肉製品、海產品、水果、蔬菜、乳製品、焙烤製品、飲料、土豆製品、調味料、方便食品等的加工過程中。
一、磷酸鹽的簡介
1. 分類
磷酸鹽可分為正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽：
正磷酸鹽指正磷酸（H3PO4）的各種鹽：M3PO4、M2HPO4、MH2PO4(M為一價金屬離子)。
正磷酸鹽加熱脫水縮合形成縮聚磷酸鹽,其通式為Mn+2PnO3n+1, 式中M為一價金屬離子，n為磷原子數，當n值很大時，縮聚磷酸鹽的極限化學式為MnPnO3n。
焦磷酸的各種鹽稱為焦磷酸鹽，M4P2O7 ；
三磷酸的各種鹽稱為三聚磷酸鹽，M5P3O10；
分子含有3個以上的磷原子的縮聚磷酸鹽統稱為多聚磷酸鹽，其分子中含O-P-O鍵的數目稱為多聚磷酸鹽的鏈長。
偏磷酸鹽分子式為（MPO3）n,大體可分環狀偏磷酸鹽、不溶性偏磷酸鹽和偏磷酸鹽玻璃體（這類物質實際上是鏈長在10以上的鏈狀多聚磷酸鹽及少量的環狀偏磷酸鹽的混合物）。
2. 在食品加工中使用的磷酸鹽通常為鈉鹽、鈣鹽、鉀鹽以及作為營養強化劑的鐵鹽和鋅鹽，常用的食品級磷酸鹽的品種有三十多種，磷酸鈉鹽是目前國內食品磷酸鹽的主要消費種類，隨著食品加工技術的發展，磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。
為充分發揮各種磷酸鹽以及磷酸鹽與其他添加劑之間的協同增效作用,滿足食品加工技術的發展需求，在實際應用中常常使用各種複配型磷酸鹽作為食品配料和功能添加劑，複配型磷酸鹽的研究與開發日益成為磷酸鹽類食品添加劑開發與應用的發展方向。

常用的食品級磷酸鹽如表1所示。
表1 常用的食品級磷酸鹽

◎ 緩衝效應 強 弱
◎ 螯合作用 弱強

◎ 持水作用（特別對 弱 強 弱
於肌肉蛋白和酪蛋白）
◎ 乳化作用、分散性能 弱強
(聚陰離子效應)

3. 由於鏈長、PH值、P₂O₅含量以及所結合的金屬陽離子的不同，導致不同種類的磷酸鹽在物理和化學性質上有很大的差異。對直鏈狀的聚磷酸鹽而言，隨著鏈長的增加，其乳化作用、分散性能和螯合鈣離子的能力增大，而緩衝作用和PH值則隨之減小。
縮聚磷酸鹽在加熱或酸性增強的條件下會發生水解，生成正磷酸鹽或短鏈的聚磷酸鹽，在溶液中有酵素、凝膠、絡合陽離子存在時，可大大加快水解速度，溶液的離子強度增加，水解速度可加快好幾倍。
在實際應用中，往往按食品加工工藝的要求，根據磷酸鹽的PH值及緩衝作用、溶解性、持水作用、乳化作用、分散性能、螯合作用、水解穩定性等特性來合理選用磷酸鹽作為食品配料和功能添加劑。

二．磷酸鹽的特性及其在食品加工中的作用
磷酸鹽在食品加工中的功能主要有兩點：一是作為品質改良劑,改進食品的組織結構和口感；二是可用作礦物營養強化劑。
磷酸鹽在食品加工中的作用主要基於磷酸鹽的如下特性：
1. 緩衝作用：
磷酸鹽的PH值從中等酸性（PH~4）到強鹼性（PH~12），當不同的磷酸鹽以不同的比例相配合時，可以得到PH值穩定在PH4.5-11.7之間不同水平的緩衝劑。在大多數食品的PH值範圍內（PH3.5-7.5）,磷酸鹽均可作為高效的PH調節劑和PH穩定劑，使食物味道更鮮美。緩衝作用最強的是正磷酸鹽，對聚磷酸鹽而言，隨著鏈長的增加，緩衝能力將減弱。
2. 持水作用：
聚磷酸鹽是親水性很強的水分保持劑，它能很好地使食品中所含的水分穩定下來。其持水性的好壞，與聚磷酸鹽的種類、添加量、食品的PH值、離子強度等因素有關。
對肉製品及海產品而言，持水能力最好的是焦磷酸鹽，其次為三聚磷酸鹽，隨著鏈長的增加，多聚磷酸鹽的持水能力將減弱。
3. 聚陰離子效應：
聚磷酸鹽是一種聚合電介質，並具有無機表面活性劑的特性，能使水中難溶物質分散或形成穩定懸浮液，以防止懸浮液的附著、凝聚。由於聚磷酸鹽能使蛋白質的水溶膠質在脂肪球上形成一種膠膜，從而使脂肪更有效地分散在水中，因而被廣泛應用於澱粉的磷酸化處理、色素的分散、乳化食品（乳製品、霜淇淋、沙拉、調味汁等）以及用作香腸、肉糜製品、魚糜製品的分散穩定劑。
對直鏈的聚磷酸鹽而言，其乳化、分散能力隨著鏈長的增加而增強。
4. 螯合作用：
聚磷酸鹽易與溶液中的金屬陽離子形成可溶絡和物，從而降低水的硬度，抑制由Cu2+、Fe3+等金屬陽離子引起的氧化、催化、變色、分解維生素C的作用，達到防止和延緩脂肪氧化，防止肉類、禽類、魚類腐敗，保持色澤的目的，以延長食品的貨架期。
表2. 聚磷酸鹽對金屬離子的螯合能力(g/100g聚磷酸鹽)

聚磷酸鹽的螯合作用取決於鏈的長短和PH值。一般說來，長鏈聚磷酸鹽對輕金屬離子具有較強的螯合能力，並隨PH值的增高而增加；短鏈聚磷酸鹽對重金屬離子具有較強的螯合能力，但隨PH值的增高，螯合作用減弱。
5. 蛋白作用：
磷酸鹽對蛋白質、膠朊球蛋白具有增強作用，因而可提高肉製品的水合性和持水性，提高水的浸透性，促進食品的軟化和改善食品的質量，保持食品的風味。同時磷酸鹽在乳製品中能防止牛奶加熱時的凝聚，防止酪蛋白與脂肪水分的分離。
6. 膨松作用：
酸性的磷酸鹽（如酸式焦磷酸鈉、磷酸氫鈣）通常用作焙烤製品膨松劑的膨松酸，和碳酸氫鹽反應為焙烤過程提供所需的二氧化碳氣體。
7. 抗結塊作用：
磷酸三鈣通常用作抗結塊劑以提高粉末狀或吸濕性食品的自由流動性能。
磷酸三鈣的比表面積較大，能結合較多的水分；而且它的特殊球狀晶體結構能產生“滾珠效應”，從而使粉料具有良好的自由流動性能。
8. 延長食品貨架期 ：
聚磷酸鹽可增強食品的貯存穩定性，延長產品貨架期。這種作用主要基於：（1）PH調節作用；（2）抑菌作用：微生物細胞生長必需依賴二價金屬陽離子，特別是Ca2+ 和Mg2+，，而磷酸鹽能與這些金屬陽離子螯合，並且它在細胞分裂時能降低細胞壁的穩定性，還能降低許多細胞的熱穩定性，從而有效抑制細菌滋生。
聚磷酸鹽的抑菌作用和其種類（鏈長）、含量、PH值、鹽含量、亞硝酸鹽含量等因素有關。一般來說，隨著鏈長的增大，抑菌作用增強。
9. 礦物營養強化作用：
磷酸鈣鹽、磷酸鎂鹽、磷酸鐵鹽、磷酸鋅鹽常在食品加工中用作礦物營養強化劑（Mineral enhancer）。
在胃液中添加磷酸鐵和磷酸鋅能因其較好的溶解性而增強胃液的生物藥效應，並且不會促進自然氧化現象發生。
三．磷酸鹽的安全性問題
磷酸鹽作為食品添加劑使用的安全性是人們非常關心的問題，國外許多科學工作者進行了大量關於磷酸鹽毒理學研究之後，確認食品磷酸鹽為無毒、安全性高的添加劑。
聯合國糧農組織和世界衛生組織（FAO/WHO）1970年專門委員會的安全評價為，成年人每天允許攝入量為1.4-1.5gP2O5,而1985年食品添加劑委員會推薦飲食中總磷的無條件接受量為<30mg/kg體重，有條件接受量為30--70 mg/kg體重。
在此必須指出的是，在食品磷酸鹽的應用中，要重視鈣、磷平衡（鈣、磷比以1:1.2為好），並且要嚴格按食品添加劑使用衛生標準的規定合理使用食品磷酸鹽，以免發生因鈣、磷不平衡或濫用磷酸鹽而導致對人體健康產生不良影響。
四.磷酸鹽在食品加工中的應用
1. 在肉製品和禽肉製品加工中的應用：
1.1 為提高肉製品的品質，通常肉製品加工中加入磷酸鹽，其作用為：
a. 提高肉製品的粘結性，改善肉製品的切片性能；
b. 提高肉的持水能力，使肉製品在加工和烹調過程中仍能保持其天然水分、減少肉的營養成分損失，保存了肉製品的嫩度，提高成品率；

c. 控制肉製品的PH值在最適合蛋白質發脹的範圍並使肉製品產生最佳的顏色；
d. 增進乳化性能和乳化穩定性，有效防止脂肪和水分離；
e. 封閉金屬陽離子，延緩肉製品加工中的氧化反應，能有效降低產品的酸敗速度，抑制肉製品的脫色、酸敗，延長肉製品的貨架期；
f. 改善肉製品的加工性能，提高生產效率。
1.2肉的持水性一般指在加工過程中，肉的水分及添加到肉中的水分的保持能力，持水性的高低直接關係到肉製品的質地和成品率,添加磷酸鹽能有效提高肉製品的持水能力。
如何在不影響肉製品風味的情況下合理地使用磷酸鹽及其他添加劑,最大限度地提高肉製品的持水性和粘結性、降低肉製品的燒煮損失,一直是肉製品研究開發的重要課題。
1.3 磷酸鹽在肉製品加工中的合理使用：
在實際應用中，應根據肉製品的類型、質地要求、生產工藝、原料等情況結合各種磷酸鹽的特性選擇適宜的磷酸鹽種類及添加量。
添加了焦磷酸鹽的肉製品，其肌肉蛋白質的天然保水能力得以恢復和增強，多聚磷酸鹽在肌肉?的作用下能很快轉化成焦磷酸鹽，因而亦能達到同樣的效果。儘管焦磷酸鹽的保水效果最佳，但其溶解性太差，因而決大多數情況下不能單獨使用，而是常常和溶解性較好的長鏈聚磷酸鹽或磷酸鉀鹽一起複合使用。此外,為發揮各種磷酸鹽以及磷酸鹽與其他添加劑之間的協同增效作用，常常使用各種複配型肉製品改良劑。
a. 對於香腸和肉糜類製品，通常使用焦磷酸鹽和中等鏈長的聚磷酸鹽，以乾粉形式在斬拌時加入。所用的複合磷酸鹽的PH值一般在7左右，有時也使用PH值高於9的複合磷酸鹽。
b. 注射鹽水用的複合磷酸鹽必須滿足以下要求：1）在冰鹽水中的溶解性好；2）高溶解速率；3）在冰鹽水中的穩定性好。所用的複合磷酸鹽的PH值一般為8.5--9.5。在製備注射用的冰鹽水時為達到最佳的肌肉蛋白活化效果,最好先將磷酸鹽溶解于冰水中,然後再加鹽,這一順序一般不能顛倒。
c. 混合磷酸鹽的添加量一般為0.1—0.4%,但使用時應嚴格控制用量。若添加量過高，會損害肉本來的風味，並且因PH值上升而影響發色。
2. 在海產品加工中的應用：
2.1 磷酸鹽作為性能優異的保水劑、PH調節劑和抗凍劑被大量用於海產品特別是冷凍海產品的加工過程，其作用為：
a. 有效提高海產品的持水能力，使肉汁更豐富，有效保持營養物質及水分；
b. 抑制脂肪的氧化，有效延長海產品的貨架期；
c. 減少解凍後的流滴損失，減小燒煮重量損失；
d. 保持海產品的天然色澤和風味；
e. 與糖類協同增效，有效防止魚糜蛋白質冷凍變性。
2.2 在加工冷凍蝦、魚、貝類海產品時，通常將產品浸泡於3~10%複合磷酸鹽溶液中進行處理（溫度小於10℃），浸泡液濃度及浸泡時間根據蝦、魚、貝類海產品的種類、大小及捕撈時間來決定。
合理選擇浸泡用的複合磷酸鹽時應考慮以下因素：a）能有效提高海產品的持水能力；b)在冰水中溶解性好；c）在冰水中能迅速溶解；d）在冰水中的穩定性好。所用的複合磷酸鹽的PH值一般高於9。
2.3 一般冷凍魚糜中添加的複合磷酸鹽主要為焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉，添加量為魚糜的0.1-0.3%。
3. 磷酸鹽在面製品中的應用
3.1 在烘焙製品中的應用：
酸性的磷酸鹽（如酸式焦磷酸鈉、磷酸氫鈣）通常用作焙烤製品膨松劑的膨松酸，和碳酸氫鹽反應為焙烤過程提供所需的二氧化碳氣體。不同的磷酸鹽具有不同的生麵團反應速率（ROR）,可根據預期的烘焙效果（膨松體積、孔隙結構、口味）合理選擇磷酸鹽。
此外磷酸鹽還可用作麵粉調節劑、麵團改良劑、緩衝劑及酵母營養劑。
3.2 磷酸鹽作為麵條品質改良劑廣泛應用于速食麵及普通麵條的加工，其主要作用為：
a. 增加澱粉糊化程度，增加澱粉吸水能力，使麵團的持水性增加，使速食麵複水快、易沖泡；
b. 增強麵筋蛋白的吸水溶脹性能，提高其彈性，使麵條口感滑爽並有筋道、耐煮耐泡；
c. 磷酸鹽優異的緩衝作用能穩定麵團的PH值，防止變色、變質，改善風味和口感；
d. 磷酸鹽在麵團中能與金屬陽離子絡合，對葡萄糖基團有“架橋”作用，形成澱粉分子的交聯，使耐高溫蒸煮，經高溫油炸的麵條在複水後仍能保持澱粉膠體的粘彈性特徵；
e. 提高麵條的光潔度；
4. 在乳製品中的應用
磷酸鹽作為穩定劑和乳化劑用於UHT-滅菌奶、奶油製品、煉乳、奶粉、咖啡伴侶、乳飲料、乳酪製品，其作用為：
a. 緩衝和PH穩定作用；
b. 與蛋白質的相互作用：分散食品配料，穩定乳化體系，增強酪蛋白結合水能力, 有效防止蛋白質、脂肪和水分離；
c. 螯合多價金屬離子，使得在加熱過程中和貯存過程中蛋白質凝集沉澱現象大大減少，從而提高了牛奶的熱穩定性和貯存穩定性。並能有效延緩乳糖凝結現象的發生。
5. 磷酸鹽還被廣泛用於以下食品加工領域：
◎ 飲料：用作酸度調節劑、穩定劑和礦物營養強化劑；
◎ 土豆製品：用作穩定劑、保色劑；
◎ 米製品：提高製品彈性、改善製品口感；
◎ 調味料和速食湯：穩定劑、酸度調節劑；
◎ 吸濕性粉狀食品：防結塊，提高其自由流動性能；
◎ 澱粉製品及改性澱粉；
◎ 嬰兒食品、功能食品：礦物營養強化劑。