O fósforo é um importante elemento mineral necessário ao corpo humano. A principal fonte de fósforo para o corpo humano são os alimentos naturais ou os aditivos alimentares de fosfato. O fosfato é um dos componentes naturais de quase todos os alimentos. Como o fosfato pode melhorar ou conferir uma série de excelentes propriedades aos alimentos, ele começou a ser utilizado no processamento de alimentos há mais de cem anos e foi amplamente utilizado a partir da década de 1970. Atualmente, o fosfato é uma das categorias de aditivos alimentares mais utilizadas e amplamente utilizadas. Como importante ingrediente alimentar e aditivo funcional, é amplamente utilizado em produtos cárneos, aves, frutos do mar, frutas, vegetais, laticínios, produtos de panificação, durante o processamento de bebidas, produtos de batata, temperos, alimentos de conveniência, etc.
1. Introdução ao fosfato
1.1 Classificação
Os fosfatos podem ser divididos em ortofosfatos e fosfatos condensados:
Ortofosfato refere-se a vários sais de ácido ortofosfórico (H3PO4): M3PO4, M2HPO4, MH2PO4 (M é um íon metálico monovalente).
O ortofosfato é aquecido, desidratado e condensado para formar fosfato condensado. Sua fórmula geral é Mn+2PnO3n+1, onde M é um íon metálico monovalente en é o número de átomos de fósforo. Quando o valor de n é muito grande, a fórmula química limitante do fosfato condensado é: MnPnO3n.
Os vários sais de pirofosfato são chamados de pirofosfatos, M4P2O7;
Os vários sais de trifosfato são chamados tripolifosfatos, M5P3O10;
Os fosfatos condensados cujas moléculas contêm mais de 3 átomos de fósforo são chamados coletivamente de polifosfatos, e o número de ligações OPO em suas moléculas é chamado de comprimento da cadeia dos polifosfatos.
A fórmula molecular do metafosfato é (MPO3)n, que pode ser dividida aproximadamente em metafosfato cíclico, metafosfato insolúvel e metafosfato vítreo (tais substâncias são na verdade polifosfatos de cadeia com um comprimento de cadeia superior a 10 e uma pequena quantidade de mistura de metafosfatos cíclicos) .
1.2 Os fosfatos utilizados no processamento de alimentos são geralmente sais de sódio, sais de cálcio, sais de potássio e sais de ferro e sais de zinco como fortificantes nutricionais. Existem mais de 30 tipos de fosfatos de qualidade alimentar comumente usados. O fosfato de sódio é Atualmente, a principal categoria de consumo de fosfato alimentar doméstico é o fosfato de potássio. Com o desenvolvimento da tecnologia de processamento de alimentos, o consumo de fosfato de potássio também aumenta ano a ano.
A fim de aproveitar ao máximo os efeitos sinérgicos entre vários fosfatos e fosfatos e outros aditivos, e atender às necessidades de desenvolvimento da tecnologia de processamento de alimentos, vários fosfatos compostos são frequentemente usados como ingredientes alimentares e aditivos funcionais em aplicações práticas. A pesquisa e o desenvolvimento de fosfatos formulados têm se tornado cada vez mais a direção de desenvolvimento para o desenvolvimento e aplicação de aditivos alimentares fosfatados.
Devido às diferenças no comprimento da cadeia, valor de pH, conteúdo de P2O5 e cátions metálicos ligados, diferentes tipos de fosfatos apresentam grandes diferenças nas propriedades físicas e químicas. Para polifosfatos lineares, à medida que o comprimento da cadeia aumenta, suas propriedades de emulsificação, dispersão e capacidade de quelar íons de cálcio aumentam, enquanto o efeito tampão e o valor de pH diminuem.
O polifosfato condensado irá hidrolisar sob aquecimento ou condições ácidas para gerar ortofosfato ou polifosfato de cadeia curta. Quando há enzimas, géis e cátions complexos na solução, a velocidade de hidrólise pode ser bastante acelerada, e à medida que a força iônica aumenta, a taxa de hidrólise pode ser acelerada várias vezes.
Em aplicações práticas, os fosfatos são frequentemente selecionados racionalmente de acordo com os requisitos da tecnologia de processamento de alimentos e com base no seu valor de pH e efeito tampão, solubilidade, efeito de retenção de água, emulsificação, desempenho de dispersão, quelação, estabilidade de hidrólise e outras características. Como ingredientes alimentares e aditivos funcionais.
2. Características dos fosfatos e seu papel no processamento de alimentos
O fosfato tem duas funções principais no processamento de alimentos: primeiro, como melhorador de qualidade para melhorar a estrutura e o sabor dos alimentos; segundo, pode ser usado como fortificante nutricional mineral.
O papel do fosfato no processamento de alimentos baseia-se principalmente nas seguintes propriedades do fosfato:
2.1 Efeito tampão:
O valor de pH do fosfato varia de moderadamente ácido (PH~4) a fortemente alcalino (PH~12). Quando diferentes fosfatos são combinados em diferentes proporções, o valor do pH pode ser estabilizado entre PH4,5-11,7. nível de buffer. Dentro da faixa de pH da maioria dos alimentos (PH 3,5-7,5), o fosfato pode ser usado como um regulador e estabilizador de pH eficiente para tornar os alimentos mais saborosos. O efeito tampão mais forte é o ortofosfato. Para o polifosfato, à medida que o comprimento da cadeia aumenta, a capacidade tampão enfraquece.
2.2 Efeito de retenção de água:
O polifosfato é um agente de retenção de umidade altamente hidrofílico que pode estabilizar a umidade contida nos alimentos. A qualidade de sua capacidade de retenção de água está relacionada a fatores como o tipo e a quantidade de polifosfato, o valor de PH do alimento e a força iônica.
Para produtos cárneos e frutos do mar, o pirofosfato tem a melhor capacidade de retenção de água, seguido pelo tripolifosfato. À medida que o comprimento da cadeia aumenta, a capacidade de retenção de água do polifosfato enfraquece.
2.3 Efeito poliânion:
O polifosfato é um dielétrico polimérico e possui características de um surfactante inorgânico. Pode dispersar substâncias insolúveis em água ou formar uma suspensão estável para evitar a adesão e aglomeração da suspensão. Como o polifosfato pode fazer com que o hidrossol protéico forme uma película nos glóbulos de gordura, dispersando assim a gordura de forma mais eficaz na água, ele é amplamente utilizado na fosforilação do amido, na dispersão de pigmentos e em alimentos emulsionados (produtos lácteos, sorvetes, saladas, molhos, etc.) e usado como estabilizador de dispersão para salsichas, produtos de carne picada e produtos de surimi.
Para polifosfatos lineares, as suas capacidades emulsionantes e dispersantes aumentam à medida que o comprimento da cadeia aumenta.
2.4 Quelação:
O polifosfato forma facilmente complexos solúveis com cátions metálicos na solução, reduzindo assim a dureza da água, inibindo a oxidação, catálise, descoloração e decomposição da vitamina C causada por cátions metálicos como Cu2+ e Fe3+ para prevenir e retardar a oxidação da gordura, prevenir a carne , aves e peixes contra deterioração, mantêm a cor e prolongam a vida útil dos alimentos. Sua capacidade de ebulição é mostrada na figura abaixo
O efeito quelante dos polifosfatos depende do comprimento da cadeia e do pH. De um modo geral, os polifosfatos de cadeia longa têm forte capacidade quelante para íons metálicos leves, que aumenta com o aumento do valor do pH; os polifosfatos de cadeia curta têm forte capacidade quelante para íons de metais pesados, mas a capacidade de quelar íons de metais pesados aumenta com o aumento do valor do pH. À medida que o nível aumenta, o efeito de quelação enfraquece.
2.5 Função proteica:
O fosfato tem um efeito fortalecedor sobre as proteínas e a globulina de colágeno, por isso pode melhorar a hidratação e a capacidade de retenção de água dos produtos cárneos, aumentar a permeabilidade à água, promover o amolecimento dos alimentos, melhorar a qualidade dos alimentos e manter o sabor dos alimentos. Ao mesmo tempo, os fosfatos nos produtos lácteos podem impedir a coagulação do leite quando aquecido e impedir a separação da caseína e da umidade gordurosa.
2.6 Efeito de volume:
Fosfatos ácidos (como pirofosfato ácido de sódio, hidrogenofosfato de cálcio) são geralmente usados como ácidos fermentadores como agentes fermentadores para produtos assados e reagem com bicarbonato para fornecer o gás dióxido de carbono necessário para o processo de cozimento.
2.7 Efeito antiaglomerante:
O fosfato tricálcico é comumente usado como agente antiaglomerante para melhorar as propriedades de fluxo livre de alimentos em pó ou higroscópicos.
O fosfato tricálcico tem uma área superficial específica maior e pode reter mais água; e sua estrutura cristalina esférica especial pode produzir um "efeito de bola", conferindo ao pó boas propriedades de fluxo livre.
2.8 Prolongue a vida útil dos alimentos:
O polifosfato pode melhorar a estabilidade de armazenamento dos alimentos e prolongar a vida útil dos produtos. Este efeito baseia-se principalmente em: (1) regulação do pH; (2) Efeito antibacteriano: O crescimento de células microbianas deve depender de cátions metálicos divalentes, especialmente Ca2+ e Mg2+, e o fosfato pode quelar com esses cátions metálicos, e pode reduzir a estabilidade da parede celular durante a divisão celular e também reduzir a estabilidade térmica de muitas células, inibindo assim efetivamente o crescimento bacteriano.
O efeito antibacteriano do polifosfato está relacionado ao seu tipo (comprimento da cadeia), conteúdo, valor de pH, teor de sal, teor de nitrito e outros fatores. De um modo geral, à medida que o comprimento da cadeia aumenta, o efeito antibacteriano aumenta.
2.9 Efeito fortalecedor da nutrição mineral:
Fosfato de cálcio, fosfato de magnésio, fosfato de ferro e fosfato de zinco são frequentemente usados como intensificadores minerais no processamento de alimentos.
A adição de fosfato de ferro e fosfato de zinco ao suco gástrico pode aumentar o efeito biofarmacêutico do suco gástrico devido à sua melhor solubilidade e não promoverá a oxidação natural.
3. Questões de segurança do fosfato
A segurança dos fosfatos utilizados como aditivos alimentares é motivo de grande preocupação. Muitos cientistas estrangeiros conduziram um grande número de estudos toxicológicos sobre fosfatos e confirmaram que os fosfatos alimentares são aditivos não tóxicos e altamente seguros.
A avaliação de segurança do Comité Especial da Organização das Nações Unidas para a Alimentação e Agricultura e da Organização Mundial da Saúde (FAO/OMS) em 1970 foi que a ingestão diária permitida de adultos é de 1,4-1,5gP2O5, enquanto o Comité de Aditivos Alimentares em 1985 recomendou que a aceitação incondicional do fósforo total na dieta seja <30 mg/kg de peso corporal, a dose de aceitação condicional é de 30-70 mg/kg de peso corporal.
Deve-se ressaltar aqui que na aplicação de fosfatos alimentares, deve-se prestar atenção ao equilíbrio de cálcio e fósforo (a proporção cálcio-fósforo é de 1:1,2), e os fosfatos alimentares devem ser utilizados racionalmente, em estrita conformidade com as normas higiênicas. padrões para o uso de aditivos alimentares. , para evitar efeitos adversos na saúde humana causados pelo desequilíbrio de cálcio e fósforo ou pelo abuso de fosfatos.
4. Aplicação de fosfato no processamento de alimentos
4.1 Aplicação no processamento de produtos cárneos e avícolas:
4.1.1 Para melhorar a qualidade dos produtos à base de carne, o fosfato é normalmente adicionado à transformação dos produtos à base de carne. Suas funções são:
a. Melhorar a adesão de produtos cárneos e melhorar o desempenho de corte de produtos cárneos;
b. Melhorar a capacidade de retenção de água da carne, para que os produtos cárneos ainda possam manter a sua humidade natural durante o processamento e a cozedura, reduzir a perda de nutrientes da carne, preservar a maciez dos produtos cárneos e aumentar o rendimento dos produtos acabados;
c. Controlar o valor do pH dos produtos cárneos na faixa mais adequada para o inchaço das proteínas e produzir a melhor cor dos produtos cárneos;
d. Melhorar o desempenho da emulsificação e a estabilidade da emulsão, evitando efetivamente a separação de gordura e água;
e. Bloquear cátions metálicos e retardar a reação de oxidação no processamento de produtos cárneos, o que pode efetivamente reduzir a taxa de ranço dos produtos, inibir a descoloração e o ranço dos produtos cárneos e prolongar a vida útil dos produtos cárneos;
f. Melhore o desempenho de processamento de produtos cárneos e aumente a eficiência da produção.
4.1.2 A capacidade de retenção de água da carne geralmente se refere à capacidade de reter a umidade da carne e a umidade adicionada à carne durante o processamento. O nível de capacidade de retenção de água está diretamente relacionado à textura e ao rendimento dos produtos cárneos. A adição de fosfato pode efetivamente melhorar a qualidade dos produtos cárneos. Capacidade de armazenamento de água.
Como usar racionalmente fosfatos e outros aditivos sem afetar o sabor dos produtos cárneos, maximizar a capacidade de retenção de água e coesão dos produtos cárneos e reduzir a perda por cozimento dos produtos cárneos sempre foi um tópico importante na pesquisa e desenvolvimento de produtos cárneos. .
4.1.3 Uso razoável de fosfatos no processamento de produtos cárneos:
Em aplicações práticas, o tipo e a quantidade apropriados de fosfato devem ser selecionados com base no tipo, requisitos de textura, processo de produção, matérias-primas, etc. dos produtos cárneos e nas características de vários fosfatos.
Os produtos cárneos adicionados de pirofosfato podem restaurar e aumentar a capacidade natural de retenção de água da proteína muscular. O polifosfato pode ser rapidamente convertido em pirofosfato sob a ação de enzimas musculares, para que o mesmo efeito possa ser alcançado. Embora o pirofosfato tenha o melhor efeito de retenção de água, sua solubilidade é muito baixa, por isso não pode ser usado sozinho na maioria dos casos. Em vez disso, é frequentemente utilizado em combinação com polifosfato de cadeia longa ou fosfato de potássio com melhor solubilidade. Além disso, para exercer o efeito sinérgico entre vários fosfatos e fosfatos e outros aditivos, são frequentemente utilizados vários melhoradores compostos de produtos cárneos.
As funções de vários fosfatos compostos de produtos cárneos são descritas a seguir:
a. Para salsichas e produtos cárneos picados, geralmente são utilizados pirofosfato e polifosfato de cadeia média, que são adicionados na forma de pó seco durante o corte e a mistura. O valor de pH do fosfato complexo utilizado é geralmente em torno de 7, e às vezes também são utilizados fosfatos complexos com um valor de pH superior a 9.
b. O composto fosfato utilizado para injeção de solução salina deve atender aos seguintes requisitos: 1) boa solubilidade em solução salina gelada; 2) alta taxa de dissolução; 3) boa estabilidade em solução salina gelada. O valor de pH do fosfato complexo utilizado é geralmente 8,5-9,5. Para obter o melhor efeito de ativação da proteína muscular ao preparar solução salina gelada para injeção, é melhor dissolver primeiro o fosfato em água gelada e depois adicionar sal. Esta ordem geralmente não pode ser revertida.
c. A quantidade de fosfato misto adicionada é geralmente de 0,1-0,4%, mas a quantidade deve ser estritamente controlada quando usada. Se a quantidade adicionada for muito elevada, o sabor original da carne será prejudicado e o desenvolvimento da cor será afetado devido ao aumento do valor do pH.
4.2 Aplicação no processamento de frutos do mar:
4.2.1 Como excelente agente de retenção de água, regulador de pH e agente anticongelante, o fosfato é amplamente utilizado no processamento de frutos do mar, especialmente frutos do mar congelados. Suas funções são:
a. Melhorar efetivamente a capacidade de retenção de água dos frutos do mar, tornar o suco da carne mais rico e reter efetivamente os nutrientes e a umidade;
b. Inibir a oxidação da gordura e prolongar efetivamente a vida útil dos frutos do mar;
c. Reduza a perda de gotejamento após o descongelamento e reduza a perda de peso no cozimento;
d. Manter a cor e o sabor naturais dos frutos do mar;
e. Sinergiza com o açúcar para prevenir eficazmente a desnaturação por congelamento da proteína surimi.
4.2.2 Ao processar camarão congelado, peixe e frutos do mar, os produtos são geralmente embebidos em solução composta de fosfato de 3 a 10% (a temperatura é inferior a 10 ° C). A concentração e o tempo de imersão da solução de imersão são baseados no camarão, peixe e marisco. Determinados pelo tipo, tamanho e época de pesca dos frutos do mar.
Os seguintes factores devem ser considerados ao seleccionar racionalmente os fosfatos compostos para imersão: a) Podem efectivamente melhorar a capacidade de retenção de água dos produtos do mar; b) Possui boa solubilidade em água gelada; c) Pode dissolver-se rapidamente em água gelada; d) Possui boa solubilidade em água gelada. Boa estabilidade. O valor de pH do fosfato complexo utilizado é geralmente superior a 9.
4.2.3 Geralmente, os fosfatos compostos adicionados ao surimi congelado são principalmente pirofosfato de sódio, tripolifosfato de sódio e hexametafosfato de sódio, e a quantidade adicionada é de 0,1-0,3% de surimi.
4.3 Aplicação de fosfato em produtos farináceos
4.3.1 Aplicação em produtos de panificação:
Fosfatos ácidos (como pirofosfato ácido de sódio, hidrogenofosfato de cálcio) são geralmente usados como ácidos fermentadores como agentes fermentadores para produtos assados e reagem com bicarbonato para fornecer o gás dióxido de carbono necessário para o processo de cozimento. Diferentes fosfatos têm diferentes taxas de reação da massa (ROR), e os fosfatos podem ser razoavelmente selecionados com base no efeito de cozimento esperado (volume solto, estrutura dos poros, sabor).
Além disso, os fosfatos também podem ser usados como condicionadores de farinha, melhoradores de massa, tampões e nutrientes de levedura.
4.3.2 Como melhorador da qualidade do macarrão, o fosfato é amplamente utilizado no processamento de macarrão instantâneo e macarrão comum. Suas principais funções são:
a. Aumentar o grau de gelatinização do amido, aumentar a capacidade de absorção de água do amido, aumentar a capacidade de retenção de água da massa e fazer com que o macarrão instantâneo seja reidratado rapidamente e fermentado facilmente;
b. Melhorar o desempenho de inchaço de absorção de água da proteína do glúten e melhorar sua elasticidade, tornando o macarrão macio e mastigável e resistente ao cozimento e à imersão;
c. O excelente efeito tampão do fosfato pode estabilizar o valor de PH da massa, prevenir a descoloração e deterioração e melhorar o sabor e o sabor;
d. O fosfato pode complexar-se com cátions metálicos na massa e tem um efeito de "ponte" nos grupos de glicose, formando ligações cruzadas de moléculas de amido, de modo que o macarrão que pode suportar cozimento em alta temperatura e fritura em alta temperatura ainda possa manter sua consistência após a reidratação. Características viscoelásticas de colóides de amido;
e. Melhorar o acabamento do macarrão;
4.4 Aplicação em laticínios
O fosfato é usado como estabilizador e emulsificante em leite esterilizado UHT, cremes, leite condensado, leite em pó, café mate, bebidas lácteas e produtos de queijo. Suas funções são:
a. Tamponamento e estabilização de pH;
b. Interação com proteínas: dispersa ingredientes alimentares, estabiliza o sistema de emulsificação, aumenta a capacidade da caseína de se ligar à água e previne eficazmente a separação de proteínas, gordura e água;
c. Quelato de íons metálicos multivalentes, reduzindo significativamente a agregação de proteínas e a precipitação durante o aquecimento e armazenamento, melhorando assim a estabilidade térmica e a estabilidade de armazenamento do leite. E pode efetivamente atrasar a ocorrência da coagulação da lactose.
4.5 O fosfato também é amplamente utilizado nas seguintes áreas de processamento de alimentos:
◎ Bebidas: utilizadas como regulador de acidez, estabilizante e fortificante de nutrição mineral;
◎ Produtos à base de batata: utilizados como estabilizantes e agentes preservadores de cor;
◎ Produtos de arroz: melhoram a elasticidade dos produtos e melhoram o sabor dos produtos;
◎ Temperos e sopas instantâneas: estabilizantes, reguladores de acidez;
◎ Alimentos em pó higroscópicos: evitam aglomerados e melhoram seu desempenho de fluidez;
◎ Produtos de amido e amido modificado;
◎Comida para bebês, alimentos funcionais: fortificante de nutrição mineral.
