食品級(jí)復(fù)配磷酸鹽溶液穩(wěn)定性研究

李 維 鄭 旺 張亞娟 屈滿意

1（湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司，湖北宜昌443007）2（功能性磷酸鹽宜昌市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北宜昌443007）

三聚磷酸鈉簡(jiǎn)稱(chēng)五鈉，為白色粉末或顆粒，具有優(yōu)異螯合能力，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，食品加工中可用作水分保持劑、品質(zhì)改良劑等。五鈉作為食品添加劑使用時(shí)，大都需制成水溶液。目前，一些學(xué)者認(rèn)為五鈉水溶液穩(wěn)定性較好，項(xiàng)寶軍等研究發(fā)現(xiàn)，70℃時(shí)五鈉基本不會(huì)水解；魏德良發(fā)現(xiàn)其水溶液在30℃～100℃時(shí)pH值未發(fā)生明顯改變；周闖提出五鈉溶液會(huì)發(fā)生水解并生成焦磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉；貢長(zhǎng)生及吳桂玲等在各自研究中提到，五鈉在水溶液中隨溶液pH值減小、溶液溫度提升，水解速率增大。

隨著科技進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展，單一磷酸鹽難以滿足食品加工的需求，實(shí)際生產(chǎn)中常把五鈉與其他常見(jiàn)鹽復(fù)配使用，而有關(guān)食品級(jí)復(fù)配磷酸鹽水溶液穩(wěn)定性的研究極少。本文研究了以五鈉為主體，與若干無(wú)機(jī)鹽復(fù)配后產(chǎn)品水溶液的穩(wěn)定性，對(duì)復(fù)配產(chǎn)品的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 儀器、原料及試劑

主要儀器：離子交換柱等，湖北省興發(fā)磷化工研究院有限公司。

主要原料：三聚磷酸鈉、焦磷酸二氫二鈉（酸焦）、六偏磷酸鈉（六偏），湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司。

試劑：硝酸、鹽酸、硫酸、抗壞血酸、氯化鉀、磷酸氫二鉀、三水合乙酸鈉、冰乙酸、四水合鉬酸銨、碳酸氫鈉、碳酸鈉，試劑級(jí)別為AR；喹鉬檸酮，自配。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試樣制備

稱(chēng)取1 g五鈉（精確到0.000 2 g），加水溶解，轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中，加入10 mL緩沖溶液（50 g三水合乙酸鈉、46 mL冰乙酸溶于水中，定容至1 000 mL），定容混勻，記為試驗(yàn)序號(hào)1。配置后立即測(cè)定溶液中正磷酸鹽、焦磷酸鹽、三聚磷酸鈉、偏磷酸鹽的含量，記為試驗(yàn)組①；配置后常溫放置48 h測(cè)定溶液中各磷酸鹽含量，記為試驗(yàn)組②。試驗(yàn)溫度保持在25℃左右。

重復(fù)上一步驟，配置90%五鈉+10%六偏磷酸鈉（六偏）、90%五鈉+10%焦磷酸二氫二鈉（酸焦）、90%五鈉+10%碳酸氫鈉、90%五鈉+10%碳酸鈉試樣，分別記為試驗(yàn)序號(hào)2～5。

1.2.2 各組分含量測(cè)定

1.2.2.1 色譜分離

吸取1.2.1所制備試樣溶液10 mL于離子交換柱上方分液漏斗中，使之流經(jīng)樹(shù)脂床，然后加入少量0.15 mol/L氯化鉀溶液沖洗分液漏斗。

再分別加入70 mL濃度為0.15 mol/L、90 mL濃度為0.25 mol/L、90mL濃度為0.5 mol/L、70 mL濃度為0.75 mol/L氯化鉀流經(jīng)樹(shù)脂床。分別收集流出液于250 mL高型燒杯中即可。

1.2.2.2 重量法測(cè)定總磷含量

在1.2.2.1高型燒杯溶液中加15 mL硝酸（1+1），電熱板加熱保持沸騰狀態(tài)45 min（注意加水，保證溶液體積基本不變）。加入50 mL喹鉬檸酮，保溫1 min。待室溫冷卻后，使用G4坩堝真空抽濾即可。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

5種復(fù)酸磷酸鹽溶液的穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各五鈉復(fù)配體系試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，五鈉水溶液常溫放置48 h，正磷酸鹽、焦磷酸鹽、三聚磷酸鈉、偏磷酸鹽含量變化極小，在該條件下五鈉水解度小于0.1%；六偏與五鈉復(fù)配，會(huì)促進(jìn)五鈉水解，水解度由0.1%變?yōu)?.0%；酸焦與五鈉復(fù)配會(huì)使五鈉的水解程度進(jìn)一步增大，達(dá)1.8%；碳酸氫鈉與五鈉復(fù)配，會(huì)促進(jìn)五鈉水解，加10%碳酸氫鈉時(shí)水解度為1.0%；碳酸鈉與五鈉復(fù)配，也會(huì)促進(jìn)五鈉水解，加10%碳酸鈉時(shí)水解度為0.8%。碳酸鹽與五鈉復(fù)配時(shí)，五鈉主要水解成焦磷酸鹽和少量正磷酸鹽。

2.2 復(fù)配體系五鈉水解原因分析

2.2.1 “五鈉+磷酸鹽”體系

通過(guò)“五鈉+磷酸鹽”體系試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，酸焦、六偏等與五鈉復(fù)配時(shí)，會(huì)促進(jìn)五鈉水解，低pH環(huán)境促使五鈉水解成正磷酸鹽。推測(cè)原因?yàn)槲邂c在水中先緩慢水解成焦磷酸鈉（焦鈉）和磷酸二氫鈉（一鈉）；焦鈉可水解成磷酸氫二鈉（二鈉），而在H+足量情況下，二鈉進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橐烩c。

在“五鈉+六偏”體系中，六偏的pH為6.5，H+相對(duì)不足，水解進(jìn)程不徹底，表現(xiàn)為水解成焦磷酸鈉和正磷酸鈉；而在“五鈉+酸焦”體系中，酸焦的pH為4.1，H+更多，水解程度更大，大部分正磷酸鈉鹽以一鈉形式存在。

2.2.2 “五鈉+碳酸鹽”體系

碳酸鈉、碳酸氫鈉與五鈉復(fù)配時(shí)，會(huì)促使五鈉水解成焦磷酸鹽和正磷酸鹽。同樣推測(cè)原因?yàn)槲邂c在水溶液中先水解成焦磷酸鹽和正磷酸鹽，而該體系pH值呈堿性，一鈉中的H+會(huì)和OH-結(jié)合生成水，一鈉逐漸轉(zhuǎn)化成二鈉；當(dāng)OH-足量時(shí)，則會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成磷酸三鈉（三鈉）。

在“五鈉+碳酸鈉”體系中，碳酸鈉的pH為11.5，OH-更多，使得最終水解產(chǎn)物為焦鈉、二鈉及少量的三鈉；在“五鈉+碳酸氫鈉”體系中，碳酸氫鈉的pH為8.5，因此最終產(chǎn)物為焦磷酸鈉、二鈉和極少的一鈉。

另外，因五鈉本身顯堿性（pH=9.8），因此在酸性條件下其水解程度更大。

3 結(jié)論

通過(guò)將不同無(wú)機(jī)鹽與五鈉按一定比例復(fù)配制成水溶液，研究不同組分對(duì)五鈉水解程度及最終水解產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)組分pH值在一定程度上影響五鈉水解。試驗(yàn)結(jié)果表明，低pH值磷酸鹽會(huì)促進(jìn)五鈉水解成焦磷酸鹽和正磷酸鹽，與五鈉復(fù)配的磷酸鹽pH值越低，五鈉的水解程度越大；碳酸鹽對(duì)五鈉水解有一定的促進(jìn)作用，因五鈉本身顯堿性，因此與低pH值磷酸鹽相比，碳酸鹽對(duì)五鈉的水解作用較小。

該研究結(jié)果對(duì)以五鈉為主體的復(fù)配磷酸鹽產(chǎn)品的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)具有一定指導(dǎo)作用。后續(xù)研究可在此基礎(chǔ)上不斷豐富體系內(nèi)容，系統(tǒng)研究在不同溫度下各種配比復(fù)配產(chǎn)品的水解程度，建立復(fù)配體系五鈉水解數(shù)據(jù)庫(kù)，以期給食品級(jí)復(fù)配產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用提供更多的數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)。

［1］項(xiàng)寶軍，張麗陽(yáng).三聚磷酸鈉不同條件下的水解［J］.浙江化工，2004，35（5）：06-07.

［2］魏德良.三聚磷酸鈉溶液穩(wěn)定性研究［J］.高等函授學(xué)報(bào)，2002，15（1）：12-14.

［3］周闖.三聚磷酸鈉的水解及水合問(wèn)題初探［J］.貴州化工，2002，27（4）：43.

［4］貢長(zhǎng)生.現(xiàn)代磷化工技術(shù)和應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

［5］吳桂玲，周駿宏，盧玉蓮，等.三聚磷酸鈉水解及滴定法測(cè)量其含量［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2014，46（2）：47-50.