食品中磷酸鹽的分布及使用研究進(jìn)展

1.雙匯集團(tuán)技術(shù)中心 河南漯河 462300 2.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 湖南長沙 410004

磷是人體內(nèi)第二大礦物質(zhì)元素，以磷酸鹽的形式存在于人體中。有多個(gè)不同種類的磷酸鹽，包括正磷酸鹽、焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽及多聚磷酸鹽，大多數(shù)磷酸鹽進(jìn)入人體內(nèi)時(shí)會(huì)被分解成正磷酸鹽進(jìn)入血液。雖然磷是人體必需的營養(yǎng)素，但攝取過量仍可能造成鈣、磷平衡失調(diào)，引起腎結(jié)石、心血管疾病等問題。

磷酸鹽天然存在于各種食物中，磷酸鹽具有穩(wěn)定蛋白質(zhì)和pH值的功能，所以它在肉類及其制品、乳制品、水產(chǎn)品、豆類和堅(jiān)果中含量很高。此外，磷酸鹽作為添加劑的使用非常普遍，目的是增加其保水性，避免蛋白質(zhì)變性，降低新鮮度，以及油的氧化。

因?yàn)榱姿猁}天然存在于食品中，所以當(dāng)用作食品添加劑時(shí)，它會(huì)添加到食品中。一般食物中磷酸鹽含有的天然磷為有機(jī)磷，人體吸收率約為10%～30%，但加工食品中，磷酸鹽類添加劑是無機(jī)磷，人體吸收率幾乎達(dá)到100%。

1 食品中天然存在的磷酸鹽

磷廣泛分布在食品中。動(dòng)物性食品或植物性食品的細(xì)胞中都富含磷，動(dòng)物的乳汁中也含有磷，瘦肉、蛋類以及動(dòng)物的肝臟和腎臟中水平較高。結(jié)合磷酸鹽和游離磷酸鹽的組合是食品中磷酸鹽兩種主要形式，這兩種磷酸鹽的和稱為總磷。糧食谷物中存在的磷為植酸磷，不經(jīng)過加工處理吸收速率會(huì)很低。結(jié)合磷酸鹽的含量與肉類中蛋白質(zhì)含量有關(guān)，因此變化不大，食品中總磷的變化受游離磷酸鹽影響。動(dòng)物性食品磷酸鹽本底含量與種類、飼料中磷的含量和養(yǎng)殖環(huán)境等因素有關(guān)。影響植物性食品中磷酸鹽含量的因素主要有生長環(huán)境和肥料的應(yīng)用。目前，對(duì)許多食品中天然磷酸鹽含量的研究尚不詳細(xì)。

一般而言，魚類天然磷含量可達(dá)0.6%，蝦類或乳制品可達(dá)0.15%～3.5%，堅(jiān)果類亦可達(dá)0.4%以上[1]。臧明伍[2](2012)等運(yùn)用比色法對(duì)121個(gè)副產(chǎn)品和1 353個(gè)生肉樣品中的磷酸鹽本底含量進(jìn)行了測定，結(jié)果表明：副產(chǎn)品中生豬肝中的磷酸鹽含量最高，達(dá)到10.97g/kg，生豬肺、腸中磷酸鹽含量最低，只有4.88g/kg；原料肉中磷酸鹽天然本底含量在1.49～16.5g/kg之間，其中生豬肉中磷酸鹽含量最高，達(dá)到16.5g/kg，其次為鴨肉，生羊肉中含量最低(5.40g/kg)。張迎陽[3](2006)等對(duì)牛肉和豬肉中磷酸鹽本底含量進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肉中磷酸鹽的本底含量超出了之前報(bào)道的肉中磷酸鹽本底值，分析原因可能是與飼養(yǎng)方法改良或者動(dòng)物飼料中磷含量較高有關(guān)。張儉波[4](2008)等對(duì)產(chǎn)自我國14個(gè)省、市、自治區(qū)的牛、豬、雞類生鮮肉及肉制品中磷酸鹽含量進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示磷酸鹽本底含量生鮮牛肉為4.61g/kg、生鮮雞肉4.90g/kg、生鮮豬肉最高達(dá)到5.12g/kg，熟肉制品5.09g/kg。

2 磷酸鹽的特性及其作用

磷酸鹽是最廣泛使用的食品質(zhì)量改良劑之一，根據(jù)美國食品化學(xué)藥典，磷酸鹽在食品工業(yè)中，按功能可分為15類。具體而言，食品加工中使用的磷酸鹽有以下六個(gè)主要功能。

(1)螯合作用。磷酸鹽可螯合鈣、鐵、鎂、銅等離子，并與其形成可溶性絡(luò)合物，抑制金屬陽離子引起的催化、變色、氧化等反應(yīng)，也可以阻止維生素C的分解和脂肪的氧化，防止肉類和魚類的腐敗變質(zhì)，保持色澤，延長食品的保質(zhì)期。

(2)緩沖作用。磷酸鹽的pH值從中弱酸性(pH=4)到強(qiáng)堿性(pH=12)，當(dāng)不同的磷酸鹽以不同的比例復(fù)合時(shí)，可以得到pH值在4.5～11.7之間不同水平的緩沖劑。在大多數(shù)食品的pH值范圍內(nèi)(3.5～7.5),磷酸鹽均可作為高效的pH穩(wěn)定劑和pH調(diào)節(jié)劑，使食物味道更加鮮美。其中正磷酸鹽具有最強(qiáng)的緩沖作用，可改善食品的風(fēng)味并抑制pH值的變化。

(3)乳化、分散作用。磷酸鹽可以阻止蛋白質(zhì)和脂肪分離，改善混合物的組織結(jié)構(gòu)，增加附著力，使加工后的食品變得柔軟多汁。

(4)蛋白質(zhì)持水作用。聚磷酸鹽具有高度親水性，可作為水分保持劑，穩(wěn)定食品中的水分。聚磷酸鹽持水性能與其類型、添加量、離子強(qiáng)度、食品pH值等因素有很大的關(guān)系。對(duì)加工肉制品和海產(chǎn)品而言，保水能力最好的是焦磷酸鹽，其次是三聚磷酸鹽，多聚磷酸鹽的持水能力會(huì)隨著鏈長的增加而降低。

(5)陰離子效應(yīng)。磷酸根離子是磷酸鹽中的陰離子，它可以在酪蛋白復(fù)合物上結(jié)合鈣，也可以參與構(gòu)成蛋白質(zhì)分子間的離子橋，因而，既具有極強(qiáng)的膠溶、分散和乳化作用，又可以防止凝膠的形成。

(6)營養(yǎng)強(qiáng)化作用。磷酸鈣鹽、磷酸鎂鹽、磷酸鐵鹽、磷酸鋅鹽和磷酸錳鹽經(jīng)常被用作微量礦物元素的營養(yǎng)增強(qiáng)劑。

3 磷酸鹽在肉制品中的應(yīng)用

動(dòng)物肉是動(dòng)物的肌肉組織，它是由肌動(dòng)球蛋白組成的纖維組織。肌動(dòng)球蛋白是由肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白組成，在總蛋白質(zhì)中，肌球蛋白約占38%，肌動(dòng)蛋白約占13%，在pH值達(dá)到4.7處有一等電點(diǎn)。動(dòng)物死亡后，新陳代謝立刻停止，肌肉的pH值會(huì)很快從4.7增加到5.4～5.8。而pH值為5.5左右時(shí)，其持水性最低。增加或降低其pH值都能提高動(dòng)物肉的保水性。加入三聚磷酸鈉、磷酸氫二鈉、焦磷酸鈉或磷酸三鈉均可使肉的pH值提高，從而改善保水性。

肌肉蛋白是一種負(fù)電荷蛋白質(zhì)，對(duì)鎂離子和鈣離子具有非常強(qiáng)的親和力。聚磷酸鹽可與球蛋白中結(jié)合的鎂離子和鈣離子螯合，肌肉蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞后，包在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中能與水結(jié)合的極性基團(tuán)被釋放，因此其保水性能可得到改善。聚磷酸鹽的添加增加了肉類蛋白質(zhì)的離子強(qiáng)度，從而使肌球蛋白的溶解性增加而成溶解狀態(tài)，并增加肉的保水性。聚磷酸鹽具有解離作用，促進(jìn)蛋白質(zhì)中的肌動(dòng)球蛋白轉(zhuǎn)化為肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白，肌球蛋白能增加其保水性。

肉制品研究開發(fā)的重要課題之一是如何合理地使用磷酸鹽及其他添加劑，最大限度地提高肉制品的持水性和粘結(jié)性、減少肉制品的烹飪損失，同時(shí)不影響肉制品的風(fēng)味。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)肉制品的原料類型、生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)地要求，結(jié)合不同磷酸鹽的特性，選擇適宜的磷酸鹽種類及添加量[6]。

對(duì)于火腿腸類、香腸類等肉制品，通常使用焦磷酸鹽和中等鏈長的多磷酸鹽，在斬拌工序中以干粉形式加入。所用復(fù)合磷酸鹽的pH值一般在7左右，有時(shí)也使用pH>9的復(fù)合磷酸鹽?；旌狭姿猁}的添加量一般為0.1%～0.4%，在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制添加量。若添加量過高，會(huì)損害肉本來的風(fēng)味，并且因pH值上升而影響肉制品的色澤[7]。

磷酸鹽通過增加蛋白質(zhì)持水性、嫩化肌肉、增強(qiáng)離子強(qiáng)度和pH值以及螯合金屬離子來提高肉制品成品的質(zhì)量。然而，當(dāng)磷酸鹽的使用量超過0.4%時(shí)，會(huì)出現(xiàn)令人不愉快的肥皂味或金屬澀味，過量使用會(huì)導(dǎo)致肉制品組織結(jié)構(gòu)粗糙，風(fēng)味和口感變差。磷酸鹽在調(diào)節(jié)肉制品pH值時(shí)，會(huì)影響其色澤，出現(xiàn)色澤發(fā)暗等不良現(xiàn)象。向肉制品中加入過量的磷酸鹽可能導(dǎo)致因其沉淀作用而在肉制品的表面或切面處出現(xiàn)透明或者半透明的晶體。因此，在肉制品中添加過量的磷酸鹽，會(huì)對(duì)肉制品的品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。另外過多的磷酸鹽還會(huì)對(duì)人體健康造成危害并對(duì)人體造成不良反應(yīng)[8]。

4 磷酸鹽在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

磷酸鹽的抗氧化作用可以防止凍蝦頭部發(fā)黑脫落，減緩魚、蝦、蟹產(chǎn)品及其制品的變質(zhì)，保持水產(chǎn)品原有的風(fēng)味和營養(yǎng)。磷酸鹽的保水特性能有效地提高水產(chǎn)品的保水能力，減少加工過程中的解凍損失，使水產(chǎn)制品的口感鮮嫩多汁。復(fù)合磷酸鹽(三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉的等量混合物)，作為冷凍保護(hù)劑，可有效防止魚糜制品蛋白質(zhì)的凍結(jié)變性，增強(qiáng)魚糜制品的彈性。一般冷凍魚糜中添加的復(fù)合磷酸鹽添加量為魚糜的0.1%～0.3%。

在加工魚、蝦、貝類等冷凍海產(chǎn)品時(shí)，通常將產(chǎn)品浸入3%～10%復(fù)合磷酸鹽溶液中進(jìn)行處理，同時(shí)溫度保持在10℃以下，浸泡溶液濃度及浸泡時(shí)間根據(jù)魚、蝦、貝類海產(chǎn)品的捕撈時(shí)間、種類和大小來決定。選擇浸泡用的復(fù)合磷酸鹽時(shí)應(yīng)考慮如下因素：(1)在冰水中溶解性好；(2)在冰水中能迅速溶解；(3)能有效提高海產(chǎn)品的持水能力；(4)在冰水中的穩(wěn)定性好。

在磷酸鹽對(duì)熟蝦仁的處理中，磷酸鹽的處理會(huì)通過減少剪切力來促進(jìn)蝦的切削加工，但過度使用會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品形成不良的半透明和粘性結(jié)構(gòu)。由于蛋白質(zhì)變性和蝦青素的釋放，蝦在處理過程中會(huì)變?yōu)榧t色或橙色。甲殼類動(dòng)物肉pH值必須小于7.85，磷酸鹽處理會(huì)升高pH值，這會(huì)導(dǎo)致其貯藏期縮短并觀察到半透明、皂狀外觀和脂肪分解等缺陷。肉在面對(duì)切割、加熱、研磨和壓榨等施力時(shí)保留自身水分的能力稱為持水力(WHC)。較低的WHC會(huì)對(duì)肉的外觀產(chǎn)生負(fù)面影響，影響消費(fèi)者購買的意愿，而磷酸鹽的添加能提高蝦肉蛋白的持水能力，減少解凍時(shí)的汁液流失[9]。

多磷酸鹽在冷凍鱈魚、鰈魚片中應(yīng)用可起到改善纖維功能和增重保水效果，經(jīng)試驗(yàn)如果加工過程中根本不添加多磷酸鹽，則口感組織較硬，纖維較粗，肉汁更少，并且加工過程中的水分損失嚴(yán)重。安全的多磷酸鹽添加方案以3%多磷酸鹽+0.5%鹽，浸泡時(shí)間為5～30min為佳[10]。

多聚磷酸鹽在我國魚蝦類水產(chǎn)品加工過程中被廣泛用作品質(zhì)改良劑和保水劑，起到改善口感、保持水分的作用，但在有些水產(chǎn)品中如扇貝的加工過程中嚴(yán)禁使用多聚磷酸鹽，在國外，歐盟和捷克共和國嚴(yán)格限制進(jìn)口鱈魚片和人工蟹肉使用多聚磷酸鹽，波蘭也不允許使用[11]。在加工過程中允許使用的情況下，一般冷凍水產(chǎn)品中多聚磷酸鹽的添加量為≤5g/kg。此外，磷酸鹽也可用于魷魚的增白，和EDTA常常被用于罐裝海鮮的加工，與碳水化合物協(xié)同作用以防止魚糜蛋白的冷凍變性。這主要是由于其抗凍、鎖水保鮮、與金屬離子螯合作用[12]。

5 磷酸鹽在面制品中的應(yīng)用

酸性的磷酸鹽(如磷酸氫鈣、酸式焦磷酸鈉)常用作烘焙制品膨松劑中的膨松酸，并與碳酸氫鈉反應(yīng)，為烘焙過程提供所需的CO2氣體。不同的磷酸鹽具有不同的ROR(生面團(tuán)反應(yīng)速率)，并且可以根據(jù)所需的焙烤效果(風(fēng)味、孔隙結(jié)構(gòu)、膨松體積)合理地選擇磷酸鹽。此外磷酸鹽還可作為面團(tuán)改良劑、面粉調(diào)節(jié)劑、酵母營養(yǎng)劑及緩沖劑[13]。

磷酸鹽在面條加工中的主要作用是促進(jìn)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成、螯合金屬離子、保持水分及穩(wěn)定pH值的作用。在面團(tuán)加工過程中，它一方面螯合水中的金屬離子，改善水的柔軟性，并顯著提高和面效果；另一方面，它強(qiáng)化淀粉與面筋蛋白間的相互作用，增強(qiáng)面團(tuán)的韌性和彈性，同時(shí)，降低了面條烹煮時(shí)的淀粉溶解，從而提高了面條的質(zhì)量。

在冷凍面團(tuán)中常用的磷酸鹽有三聚磷酸鈉、磷酸氫二鈉、六偏磷酸鈉等。在冷凍面團(tuán)中，磷酸鹽主要起到絡(luò)合金屬離子、調(diào)節(jié)pH值和水合作用，從而改善冷凍面團(tuán)的品質(zhì)特性，并大大提高面團(tuán)的焙烤質(zhì)量。目前磷酸鹽在該領(lǐng)域的應(yīng)用也傾向于在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，加強(qiáng)復(fù)配食品添加劑的研發(fā)[14]。

6 小結(jié)

人們把研究的重點(diǎn)大都放在作為食品添加劑使用的磷酸鹽上，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了食品中磷酸鹽的使用，但沒有提及食品原料中天然存在的磷酸鹽含量，食品內(nèi)天然存在的磷酸鹽也會(huì)導(dǎo)致超標(biāo)的問題，這可能會(huì)導(dǎo)致食品安全問題。

因此，在保持食品質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)盡量減少磷酸鹽的使用量，這就使各種磷酸鹽的搭配使用以及磷酸鹽與其他食品添加劑的聯(lián)合使用變得越來越重要，尋找和開發(fā)磷酸鹽的替代品也可能是未來研究的主題，比如功能性蛋白質(zhì)[15]。