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磷酸鹽在食品加工中的應(yīng)用

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產(chǎn)品簡介

□磷酸鹽在食品加工中的應(yīng)用                          磷酸鹽在食品加工中的應(yīng)用□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于食品加工中

詳細(xì)介紹

磷酸鹽在食品加工中的應(yīng)用
               
            磷酸鹽在食品加工中的應(yīng)用
□ 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于食品加工中。本文討論了磷酸鹽作為食品添加劑的特性和應(yīng)用領(lǐng)域。
  磷是人體所必需的重要的礦物質(zhì)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。由于磷酸鹽能改善或賦予食品一系列優(yōu)異性能,因此早在一百多年前就開始應(yīng)用于食品加工中,而大量使用則在二十世紀(jì)七十年以后。目前,磷酸鹽是應(yīng)用泛、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(yīng)用于肉制品、禽肉制品、海產(chǎn)品、水果、蔬菜、乳制品、焙烤制品、飲料、土豆制品、調(diào)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(shù),當(dāng)n值很大時,縮聚磷酸鹽的極限化學(xué)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(tǒng)稱為多聚磷酸鹽,其分子中含O-P-O鍵的數(shù)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(huán)狀偏磷酸鹽、不溶性偏磷酸鹽和偏磷酸鹽玻璃體(這類物質(zhì)實際上是鏈長在10以上的鏈狀多聚磷酸鹽及少量的環(huán)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(yǎng)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,是目前國內(nèi)食品磷酸鹽的主要消費種類,隨著食品加工技術(shù)的發(fā)展,磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。
  為充分發(fā)揮各種磷酸鹽以及磷酸鹽與其他添加劑之間的協(xié)同增效作用,滿足食品加工技術(shù)的發(fā)展需求,在實際應(yīng)用中常常使用各種復(fù)配型磷酸鹽作為食品配料和功能添加劑,復(fù)配型磷酸鹽的研究與開發(fā)日益成為磷酸鹽類食品添加劑開發(fā)與應(yīng)用的發(fā)展方向。
  GB2760—96《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定許可使用及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

代碼

名稱

分子式

分子量

PH值
(1%溶液)

溶解度
20℃g/100g

P2O5
含量,%

15.005

NaH2PO4

119.98

4.5

46.0

59.2

15.006

Na2HPO4

141.96

9.1

7.8

50.0

15.001

磷酸三鈉

Na3PO4

163.94

11.9

11.0

43.3

15.007

磷酸二氫鈣

Ca(H2PO4)2

234.05

3

1.8(30℃)

60.6

06.007

CaHPO4

136.06

7-8

0.02

52.2

15.007

磷酸三鈣

Ca3(PO4)2

310.18

不溶

45.8

15.008

焦磷酸二氫二鈉

Na2H2P2O7

221.97

4.1

14.5

64.0

15.004

焦磷酸鈉

Na4P2O7

265.90

10.2

6.2

53.4

15.003

三聚磷酸鈉

Na5P3O10

367.86

9.7

14.6

57.9

15.002

六偏磷酸鈉

(NaPO3)n

(102)n

5.8-6.5

易溶

≥68

15.010

磷酸二氫鉀

KH2PO4

136.09

4.5

22.7

52.2

15.009

K2HPO4

174.18

8.9

159.7

40.8

四聚磷酸鈉

Na6P4O13

469.83

8.5

170

60.4

磷酸三鉀

K3PO4

212.28

11.8

98.8

33.4

焦磷酸鉀

K4P2O7

330.35

10.3

184.8

43.0

三聚磷酸鉀

K5P3O10

448.43

9.9

200

47.5


正磷酸鹽

焦磷酸鹽

三聚磷酸鹽

多聚磷酸鹽

Orthophosphate

Pyro- / di-

Tripoly- / tri-

Poly-

N=1

N=2

N=3

鏈長 N


  3. 由于鏈長、PH值、P2O5含量以及所結(jié)合的金屬陽離子的不同,導(dǎo)致不同種類的磷酸鹽在物理和化學(xué)性質(zhì)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,而緩沖作用和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(fā)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(luò)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(yīng)用中,往往按食品加工工藝的要求,根據(jù)磷酸鹽的PH值及緩沖作用、溶解性、持水作用、乳化作用、分散性能、螯合作用、水解穩(wěn)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(zhì)改良劑,改進食品的組織結(jié)構(gòu)和口感;二是可用作礦物營養(yǎng)強化劑。
  磷酸鹽在食品加工中的作用主要基于磷酸鹽的如下特性:
  1. 緩沖作用:
  磷酸鹽的PH值從中等酸性(PH~4)到強堿性(PH~12),當(dāng)不同的磷酸鹽以不同的比例相配合時,可以得到PH值穩(wěn)定在PH4.5-11.7之間不同水平的緩沖劑。在大多數(shù)食品的PH值范圍內(nèi)(PH3.5-7.5),磷酸鹽均可作為高效的PH調(diào)節(jié)劑和PH穩(wěn)定劑,使食物味道更鮮美。緩沖作用的是正磷酸鹽,對聚磷酸鹽而言,隨著鏈長的增加,緩沖能力將減弱。
  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(wěn)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(guān)。
對肉制品及海產(chǎn)品而言,持水能力是焦磷酸鹽,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(yīng):
  聚磷酸鹽是一種聚合電介質(zhì),并具有無機表面活性劑的特性,能使水中難溶物質(zhì)分散或形成穩(wěn)定懸浮液,以防止懸浮液的附著、凝聚。由于聚磷酸鹽能使蛋白質(zhì)的水溶膠質(zhì)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(yīng)用于淀粉的磷酸化處理、色素的分散、乳化食品(乳制品、冰淇淋、色拉、調(diào)味汁等)以及用作香腸、肉糜制品、魚糜制品的分散穩(wěn)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(luò)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、分解的作用,達(dá)到防止和延緩脂肪氧化,防止肉類、禽類、魚類,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

Ca 2+

Mg 2+

Fe 3+

焦磷酸鈉

4.7

8.3

0.273

三聚磷酸鈉

13.4

6.4

0.184

四聚磷酸鈉

18.5

3.8

0.092

六偏磷酸鈉

19.5

2.9

0.031


  聚磷酸鹽的螯合作用取決于鏈的長短和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,并隨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(zhì)、膠朊球蛋白具有增強作用,因而可提高肉制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(zhì)量,保持食品的風(fēng)味。同時磷酸鹽在乳制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、)通常用作焙烤制品膨松劑的膨松酸,和碳酸氫鹽反應(yīng)為焙烤過程提供所需的二氧化碳?xì)怏w。
  7. 抗結(jié)塊作用:
  磷酸三鈣通常用作抗結(jié)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(jié)合較多的水分;而且它的特殊球狀晶體結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生“滾珠效應(yīng)",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(wěn)定性,延長產(chǎn)品貨架期。這種作用主要基于:(1)PH調(diào)節(jié)作用;(2)抑菌作用:微生物細(xì)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,并且它在細(xì)胞分裂時能降低細(xì)胞壁的穩(wěn)定性,還能降低許多細(xì)胞的熱穩(wěn)定性,從而有效抑制細(xì)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(guān)。一般來說,隨著鏈長的增大,抑菌作用增強。
  9. 礦物營養(yǎng)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(yǎng)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(yīng),并且不會促進自然氧化現(xiàn)象發(fā)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(guān)心的問題,國外許多科學(xué)工作者進行了大量關(guān)于磷酸鹽毒理學(xué)研究之后,確認(rèn)食品磷酸鹽為無毒、安全性高的添加劑。
  糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)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(yīng)用中,要重視鈣、磷平衡(鈣、磷比以1:1.2為好),并且要嚴(yán)格按食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定合理使用食品磷酸鹽,以免發(fā)生因鈣、磷不平衡或濫用磷酸鹽而導(dǎo)致對人體健康產(chǎn)生不良影響。
  四. 磷酸鹽在食品加工中的應(yīng)用
  1. 在肉制品和禽肉制品加工中的應(yīng)用:
  1.1 為提高肉制品的品質(zhì),通常肉制品加工中加入磷酸鹽,其作用為:
    a. 提高肉制品的粘結(jié)性,改善肉制品的切片性能;
    b. 提高肉的持水能力,使肉制品在加工和烹調(diào)過程中仍能保持其天然水分、減少肉的營養(yǎng)成分損失,保存了肉制品的嫩度,提高成品率;
    c. 控制肉制品的PH值在蛋白質(zhì)發(fā)脹的范圍并使肉制品產(chǎn)生的顏色;
    d. 增進乳化性能和乳化穩(wěn)定性,有效防止脂肪和水分離;
    e. 封閉金屬陽離子,延緩肉制品加工中的氧化反應(yīng),能有效降低產(chǎn)品的酸敗速度,抑制肉制品的脫色、酸敗,延長肉制品的貨架期;
    f. 改善肉制品的加工性能,提高生產(chǎn)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(guān)系到肉制品的質(zhì)地和成品率,添加磷酸鹽能有效提高肉制品的持水能力。
  如何在不影響肉制品風(fēng)味的情況下合理地使用磷酸鹽及其他添加劑,限度地提高肉制品的持水性和粘結(jié)性、降低肉制品的燒煮損失,一直是肉制品研究開發(fā)的重要課題。
  1.3 磷酸鹽在肉制品加工中的合理使用:
  在實際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)肉制品的類型、質(zhì)地要求、生產(chǎn)工藝、原料等情況結(jié)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制品,其肌肉蛋白質(zhì)的天然保水能力得以恢復(fù)和增強,多聚磷酸鹽在肌肉酶的作用下能很快轉(zhuǎn)化成焦磷酸鹽,因而亦能達(dá)到同樣的效果。盡管焦磷酸鹽的保水,但其溶解性太差,因而決大多數(shù)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復(fù)合使用。此外,為發(fā)揮各種磷酸鹽以及磷酸鹽與其他添加劑之間的協(xié)同增效作用,常常使用各種復(fù)配型肉制品改良劑。
  a. 對于香腸和肉糜類制品,通常使用焦磷酸鹽和中等鏈長的聚磷酸鹽,以干粉形式在斬拌時加入。所用的復(fù)合磷酸鹽的PH值一般在7左右,有時也使用PH值高于9的復(fù)合磷酸鹽。
  b. 注射鹽水用的復(fù)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(wěn)定性好。所用的復(fù)合磷酸鹽的PH值一般為8.5--9.5。在制備注射用的冰鹽水時為達(dá)到的肌肉蛋白活化效果,先將磷酸鹽溶解于冰水中,然后再加鹽,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(yīng)嚴(yán)格控制用量。若添加量過高,會損害肉本來的風(fēng)味,并且因PH值上升而影響發(fā)色。
  2. 在海產(chǎn)品加工中的應(yīng)用:
  2.1 磷酸鹽作為性能優(yōu)異的保水劑、PH調(diào)節(jié)劑和抗凍劑被大量用于海產(chǎn)品特別是冷凍海產(chǎn)品的加工過程,其作用為:
   a. 有效提高海產(chǎn)品的持水能力,使肉汁更豐富,有效保持營養(yǎng)物質(zhì)及水分;
   b. 抑制脂肪的氧化,有效延長海產(chǎn)品的貨架期;
   c. 減少解凍后的流滴損失,減小燒煮重量損失;
   d. 保持海產(chǎn)品的天然色澤和風(fēng)味;
   e. 與糖類協(xié)同增效,有效防止魚糜蛋白質(zhì)冷凍變性。
  2.2 在加工冷凍蝦、魚、貝類海產(chǎn)品時,通常將產(chǎn)品浸泡于3~10%復(fù)合磷酸鹽溶液中進行處理(溫度小于10℃),浸泡液濃度及浸泡時間根據(jù)蝦、魚、貝類海產(chǎn)品的種類、大小及捕撈時間來決定。
   合理選擇浸泡用的復(fù)合磷酸鹽時應(yīng)考慮以下因素:a)能有效提高海產(chǎn)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(wěn)定性好。所用的復(fù)合磷酸鹽的PH值一般高于9。
   2.3 一般冷凍魚糜中添加的復(fù)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. 磷酸鹽在面制品中的應(yīng)用
   3.1 在烘焙制品中的應(yīng)用:
酸性的磷酸鹽(如酸式焦磷酸鈉、)通常用作焙烤制品膨松劑的膨松酸,和碳酸氫鹽反應(yīng)為焙烤過程提供所需的二氧化碳?xì)怏w。不同的磷酸鹽具有不同的生面團反應(yīng)速率(ROR),可根據(jù)預(yù)期的烘焙效果(膨松體積、孔隙結(jié)構(gòu)、口味)合理選擇磷酸鹽。
此外磷酸鹽還可用作面粉調(diào)節(jié)劑、面團改良劑、緩沖劑及酵母營養(yǎng)劑。
   3.2 磷酸鹽作為面條品質(zhì)改良劑廣泛應(yīng)用于方便面及普通面條的加工,其主要作用為:
   a. 增加淀粉糊化程度,增加淀粉吸水能力,使面團的持水性增加,使方便面復(fù)水快、易沖泡;
   b. 增強面筋蛋白的吸水溶脹性能,提高其彈性,使面條口感滑爽并有筋道、耐煮耐泡;
   c. 磷酸鹽優(yōu)異的緩沖作用能穩(wěn)定面團的PH值,防止變色、變質(zhì),改善風(fēng)味和口感;
   d. 磷酸鹽在面團中能與金屬陽離子絡(luò)合,對葡萄糖基團有“架橋"作用,形成淀粉分子的交聯(lián),使耐高溫蒸煮,經(jīng)高溫油炸的面條在復(fù)水后仍能保持淀粉膠體的粘彈性特征;
   e. 提高面條的光潔度;
   4. 在乳制品中的應(yīng)用
磷酸鹽作為穩(wěn)定劑和乳化劑用于UHT-滅菌奶、奶油制品、煉乳、奶粉、咖啡伴侶、乳飲料、奶酪制品,其作用為:
   a. 緩沖和PH穩(wěn)定作用;
   b. 與蛋白質(zhì)的相互作用:分散食品配料,穩(wěn)定乳化體系,增強酪蛋白結(jié)合水能力, 有效防止蛋白質(zhì)、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(zhì)凝集沉淀現(xiàn)象大大減少,從而提高了牛奶的熱穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性。并能有效延緩乳糖凝結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。
   5. 磷酸鹽還被廣泛用于以下食品加工領(lǐng)域:
   ◎ 飲料:用作酸度調(diào)節(jié)劑、穩(wěn)定劑和礦物營養(yǎng)強化劑;
   ◎ 土豆制品:用作穩(wěn)定劑、保色劑;
   ◎ 米制品:提高制品彈性、改善制品口感;
   ◎ 調(diào)味料和速食湯:穩(wěn)定劑、酸度調(diào)節(jié)劑;
   ◎ 吸濕性粉狀食品:防結(jié)塊,提高其自由流動性能;
   ◎ 淀粉制品及改性淀粉;
   ◎ 嬰兒食品、功能食品:礦物營養(yǎng)強化劑。

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