در صنایع غذایی، تنظیم pH فقط برای کنترل اسیدیته نیست. میزان اسیدیته می‌تواند روی طعم، بافت و رفتار پروتئین‌ها در محصول هم اثر بگذارد. نقش فسفات‌ها و هیدروکسیدها در تنظیم pH از همین تفاوت آغاز می‌شود: فسفات‌ها به حفظ تعادل کمک می‌کنند و هیدروکسیدها برای افزایش pH و خنثی‌سازی اسیدها به کار می‌روند. انتخاب درست این مواد به نوع محصول، فرایند تولید و محدودیت‌های ایمنی بستگی دارد.
نقش فسفات‌ها و هیدروکسیدها در تنظیم pH چیست؟
تفاوت اصلی فسفات‌ها و هیدروکسیدها در نحوه کنترل اسیدیته است. فسفات مناسب می‌تواند؛ ظرفیت بافری ایجاد کند؛ یعنی در برابر افزودن مقدار محدودی اسید یا باز، از تغییر شدید pH جلوگیری کند. هیدروکسیدها بیشتر برای رساندن محیط به pH هدف استفاده می‌شوند و مقدار موردنیاز آن‌ها، به اسیدیته اولیه و ظرفیت بافری مواد موجود بستگی دارد.
برای تعیین مقدار ماده قلیایی، دانستن pH اولیه کافی نیست. ممکن است دو محصول با pH یکسان، برای رسیدن به pH هدف به مقدار متفاوتی ماده نیاز داشته باشند. چون ظرفیت بافری و ترکیبات آن‌ها یکسان نیست. برای انتخاب ماده متناسب با محصول، می‌توانید صفحه تنظیم کننده های pH و بافرها را در سایت راسا نشان ویستا بررسی کنید.
فسفات‌های خوراکی
فسفات‌های خوراکی نمک‌هایی هستند، که از اسید فسفریک به دست می‌آیند و بسته به ساختار شیمیایی، نوع کاتیون و شرایط فرایند، رفتار متفاوتی دارند. در صنایع غذایی، این ترکیبات برای تنظیم اسیدیته، کنترل برهم‌کنش پروتئین‌ها، بهبود نگهداری آب و ایجاد بافت مناسب استفاده می‌شوند. انتخاب آن‌ها به pH هدف، ترکیب محصول و عملکرد مورد انتظار بستگی دارد.
انواع فسفات‌ها و رفتار بافری
فسفات‌ها از نظر ساختار به سه گروه اصلی ارتوفسفات‌ها، پیروفسفات‌ها و پلی‌فسفات‌ها تقسیم می‌شوند. ارتوفسفات‌ها واحدهای فسفاتی ساده‌تری دارند و در سامانه‌های بافری برای تنظیم اسیدیته کاربرد دارند. پیروفسفات‌ها از اتصال دو واحد فسفاتی تشکیل می‌شوند و علاوه بر اثر بر pH، می‌توانند در اتصال به یون‌های فلزی و عملکرد پروتئین‌ها نقش داشته باشند. پلی‌فسفات‌ها نیز زنجیره‌هایی از واحدهای فسفاتی هستند، که در برخی فرمولاسیون‌ها برای کنترل آب، پایداری و بافت به کار می‌روند.
نوع یون همراه فسفات هم در انتخاب آن اهمیت دارد. فسفات‌های سدیمی معمولاً در فرمولاسیون‌هایی استفاده می‌شوند، که سدیم و عملکرد بافری آن اهمیت دارد؛ در حالی که فسفات‌های پتاسیمی، در محصولاتی که کنترل دریافت سدیم مدنظر است؛ گزینه مناسبی هستند. با این حال، جایگزینی سدیم با پتاسیم باید با توجه به حلالیت، طعم، قیمت و الزامات تغذیه‌ای انجام شود.
بافر فسفاتی زمانی بیشترین کارایی را دارد که pH هدف، به محدوده بافری سامانه نزدیک باشد. برای زوج دی‌هیدروژن‌فسفات و هیدروژن‌فسفات، این محدوده در حوالی pH خنثی قرار دارد و مقدار دقیق آن به دما و شرایط محلول وابسته است.
برای انتخاب بافر، ابتدا pH اولیه و هدف را اندازه بگیرید؛ سپس ظرفیت بافری موردنیاز و سازگاری فسفات با سایر ترکیبات فرمولاسیون را بررسی کنید. اگر محصول به pH بسیار اسیدی یا قلیایی نیاز داشته باشد؛ ممکن است بافر فسفاتی انتخاب مناسبی نباشد. آزمایش نمونه در شرایط واقعی تولید نیز برای اطمینان از پایداری pH ضروری است.
از نظر کدگذاری افزودنی‌ها، E339 تا E341 به فسفات‌های سدیم، پتاسیم و کلسیم مربوط می‌شوند. E450 تا E452 هم به‌ترتیب خانواده دی‌فسفات‌ها، تری‌فسفات‌ها و پلی‌فسفات‌ها را دربرمی‌گیرند. این کدها نشان‌دهندۀ یک ماده واحد با عملکرد کاملاً یکسان نیستند و انتخاب باید بر اساس ترکیب دقیق انجام شود.
کاربرد فسفات‌ها در گوشت
در محصولات گوشتی، فسفات‌ها با تغییر pH و اثرگذاری بر پروتئین‌های عضلانی، ظرفیت نگهداری آب را افزایش می‌دهند. این ویژگی می‌تواند؛ از خروج آب هنگام پخت بکاهد و بازده محصولاتی مانند سوسیس و کالباس را بهبود دهد. نوع فسفات، مقدار مصرف و شرایط فرایند تعیین می‌کنند، که این اثر تا چه اندازه قابل دستیابی باشد.
کاربرد فسفات‌ها در پنیر پروسس
در پنیر پروسس، فسفات‌ها به‌عنوان نمک‌های امولسیون‌کننده عمل می‌کنند. آن‌ها با تغییر توزیع کلسیم و افزایش آب‌گیری پروتئین‌های کازئین، به ترکیب یکنواخت چربی و آب کمک می‌کنند. نتیجه مطلوب می‌تواند؛ بافتی نرم‌تر و کاهش جداشدن روغن در زمان نگهداری یا حرارت‌دهی باشد. نوع و نسبت نمک‌های فسفاتی در این عملکرد اهمیت زیادی دارد.
کاربرد فسفات‌ها در نوشیدنی‌ها
در نوشیدنی‌ها، انتخاب فسفات به pH هدف، شفافیت محصول و غلظت یون‌هایی مانند کلسیم بستگی دارد. برخی ترکیبات فسفاتی در حضور کلسیم یا در غلظت نامناسب ممکن است؛ به تشکیل رسوب منجر شوند. بنابراین، آزمون پایداری فرمول پیش از تولید انبوه اهمیت دارد.
کاربرد فسفات‌ها در نانوایی
در نانوایی، بعضی فسفات‌های اسیدی با بی‌کربنات سدیم واکنش می‌دهند و دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کنند. سرعت این واکنش به نوع نمک اسیدی، دما و رطوبت بستگی دارد. انتخاب عامل ورآورنده باید با زمان اختلاط، استراحت خمیر و دمای پخت هماهنگ باشد. بنابراین، نمی‌توان یک نوع فسفات را برای همه محصولات مناسب دانست. بهتر است عملکرد آن در فرمول نهایی و شرایط واقعی تولید آزمایش شود.
هیدروکسیدهای خوراکی
هیدروکسیدهای خوراکی ترکیبات قلیایی هستند که برای افزایش pH، خنثی‌سازی اسید یا ایجاد شرایط مناسب برای یک مرحله مشخص از تولید، استفاده می‌شوند. برخلاف فسفات‌ها، نقش اصلی آن‌ها معمولاً تثبیت pH در برابر تغییرات بعدی نیست؛ بلکه رساندن محیط به محدوده اسیدیته موردنظر است. گرید خوراکی، خلوص، مقدار مصرف و رعایت مقررات برای استفاده از این مواد ضروری است.
هیدروکسید سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم
سدیم هیدروکسید (NaOH) و پتاسیم هیدروکسید (KOH) بازهای قوی و محلول در آب هستند. این ترکیبات هنگام حل شدن، یون هیدروکسید آزاد می‌کنند و می‌توانند؛ pH را به سرعت بالا ببرند. به همین علت، مقدار مصرف آن‌ها باید با دقت کنترل شود؛ چون اضافه کردن بیش از حد ممکن است؛ طعم، رنگ یا ساختار محصول را تغییر دهد و حتی خطر خورندگی ایجاد کند.
کلسیم هیدروکسید (Ca(OH)₂) هم خاصیت قلیایی دارد؛ اما حلالیت محدودتری نسبت به سدیم و پتاسیم هیدروکسید دارد. این ماده در برخی فرایندهای غذایی، از جمله پوست‌گیری قلیایی و فرآوری ذرت، استفاده می‌شود. یون کلسیم آن نیز ممکن است؛ بر بافت محصول اثر بگذارد.
منیزیم هیدروکسید (Mg(OH)₂) در آب حلالیت کمی دارد و به همین دلیل، مقدار محدودی از آن در هر لحظه وارد محلول می‌شود. این ویژگی می‌تواند سرعت تغییر pH را در مقایسه با محلول هیدروکسید سدیم یا پتاسیم محدود کند. با وجود این، کم‌محلول‌بودن به معنای ضعیف‌بودن ذاتی خاصیت بازی نیست. هنگام انتخاب هیدروکسید منیزیم برای کاربرد غذایی، باید حلالیت، اندازه ذرات، غلظت، شرایط فرایند و pH هدف را در نظر گرفت.
کاربردها؛ آلکالیزه‌کردن کاکائو، پوست‌گیری قلیایی و خنثی‌سازی
در فرایند آلکالیزه‌کردن کاکائو، از مواد قلیایی مجاز برای کاهش اسیدیته و تغییر رنگ، طعم و قابلیت پراکنده‌شدن پودر استفاده می‌شود. انتخاب ماده و شدت تیمار می‌تواند؛ بر ویژگی‌های حسی و برخی ترکیبات موجود در کاکائو اثر بگذارد. به همین دلیل است، که کنترل pH و شرایط فرایند اهمیت دارد.
در پوست‌گیری قلیایی برخی میوه‌ها و سبزی‌ها، محلول قلیایی به جداشدن پوست کمک می‌کند و می‌تواند؛ سرعت فرایند را افزایش دهد. در خنثی‌سازی نیز هیدروکسید مناسب، برای واکنش با اسید اضافی به کار می‌رود؛ مثلا در یک فرایند تولید، ممکن است لازم باشد pH ماده اولیه قبل از مرحله بعدی افزایش یابد. اما مقدار دقیق هیدروکسید باید با آزمون آزمایشگاهی و اندازه‌گیری مرحله به مرحله تعیین شود.
کدهای افزودنی E524 تا E528 به ترتیب شامل سدیم هیدروکسید، پتاسیم هیدروکسید، کلسیم هیدروکسید، آمونیوم هیدروکسید و منیزیم هیدروکسید هستند. مجازبودن و حداکثر مقدار مصرف هرکدام به نوع محصول و مقررات محل عرضه بستگی دارد.
مقایسه فسفات‌ها و هیدروکسیدها
فسفات‌ها و هیدروکسیدها از نظر سرعت تغییر pH، اثر بر بافت و نحوه استفاده تفاوت دارند. جدول زیر مزایا و معایب هر گروه را برای تصمیم‌گیری در فرمولاسیون غذایی مقایسه می‌کند.
|
معیار |
هیدروکسیدهای خوراکی | فسفات‌های خوراکی |
| مکانیسم عملکرد | افزایش pH و خنثی‌سازی اسید |
تنظیم pH، بافری‌کردن و برهم‌کنش با یون‌ها و پروتئین‌ها |
|
قدرت تغییر pH |
در انواع محلول مانند سدیم هیدروکسید، معمولاً سریع و قوی | وابسته به نوع، غلظت و ظرفیت بافری |
| مزایا | تغییر سریع اسیدیته و نیاز کمتر به ماده در برخی فرایندها |
کنترل بهتر تغییرات pH، بهبود نگهداری آب و بافت در کاربردهای مناسب |
|
معایب |
خطر افزایش بیش از حد pH، تغییر طعم و آسیب به محصول | احتمال افزایش دریافت فسفر، تغییر بافت یا ایجاد رسوب در فرمول نامناسب |
| کارکرد جانبی | کمک به پوست‌گیری، آلکالیزه‌کردن و آماده‌سازی محیط فرایند |
کنترل کلسیم، پایداری پروتئین و امولسیون، کمک به ورآمدن خمیر در انواع خاص |
|
ریسک طعم |
احتمال ایجاد طعم قلیایی و صابونی در مصرف بیش از حد | در مصرف نامناسب، احتمال ایجاد طعم نامطلوب یا گچی |
| ایمنی کار | انواع قوی خورنده‌اند و تماس با پوست و چشم خطرناک است |
نیازمند کنترل دوز، گردوغبار و رعایت دستورالعمل برگه ایمنی |
|
کاربرد شاخص |
آلکالیزه‌کردن کاکائو، پوست‌گیری و خنثی‌سازی |
گوشت، پنیر پروسس، نوشیدنی و نانوایی |
نتیجه کاربردی: اگر هدف، حفظ pH در یک محدوده و هم زمان بهبود عملکرد پروتئین یا نگهداری آب باشد؛ فسفات مناسب می‌تواند انتخاب بهتری باشد. اگر هدف، بالا بردن سریع pH یا خنثی‌سازی اسید است؛ هیدروکسید مناسب‌تر است. در بعضی فرمولاسیون‌ها نیز استفاده ترکیبی از این دو گروه، با آزمون و محاسبه دقیق، نتیجه مطلوب‌تری ایجاد می‌کند.
ملاحظات ایمنی، مقرراتی و تغذیه‌ای
انتخاب تنظیم‌کننده pH تنها بر اساس عملکرد شیمیایی کافی نیست. مقدار مجاز مصرف، گرید ماده، کیفیت تأمین‌کننده و شرایط تماس آن با محصول نهایی باید بررسی شود. سازمان ایمنی غذای اروپا (EFSA) در ارزیابی سال ۲۰۱۹، برای گروه فسفات‌های مشمول بررسی، شامل E338 تا E341 ،E343 و E450 تا E452 دریافت روزانه قابل‌قبول (ADI) برابر با ۴۰ میلی‌گرم فسفر به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز تعیین کرد.
این مقدار برای فردی با وزن ۷۰ کیلوگرم، معادل ۲۸۰۰ میلی‌گرم فسفر در روز است؛ نه ۲۸۰۰ میلی‌گرم از یک افزودنی فسفاتی مشخص. این حد، مجموع دریافت فسفر از منابع طبیعی و افزودنی‌های مشمول ارزیابی را در نظر می‌گیرد.
EFSA گزارش کرد که دریافت برآوردشده کاربرد فسفات و هیدروکسید در غذا، در برخی گروه‌های سنی می‌تواند؛ از این حد فراتر رود. این مقدار برای افراد دارای کاهش متوسط تا شدید عملکرد کلیه، قابل تعمیم نیست و نباید به‌عنوان هدف مصرف روزانه در نظر گرفته شود. EFSA issues new advice on phosphates
در استفاده از هیدروکسیدها، به‌ویژه سدیم هیدروکسید و پتاسیم هیدروکسید، خطر خورندگی اهمیت بیشتری دارد. تماس مستقیم با پوست و چشم یا پاشش محلول می‌تواند؛ آسیب جدی ایجاد کند. استفاده از دستکش مقاوم شیمیایی، عینک محافظ، تجهیزات مناسب انتقال و دستورالعمل ایمنی اختصاصی ماده ضروری است. رقیق‌سازی هم باید طبق برگه اطلاعات ایمنی و دستورالعمل کارخانه انجام شود.
از نظر مقرراتی، فقط کد E به معنای مجازبودن هر مقدار از ماده در هر غذا نیست. نوع محصول، حداکثر مقدار مجاز، خلوص و الزامات برچسب‌گذاری، باید بر اساس مقررات بازار هدف بررسی شوند. در ایران نیز انطباق با الزامات سازمان غذا و دارو اهمیت دارد.
برای انتخاب تنظیم‌کننده pH مناسب، نوع محصول، pH اولیه و هدف، شرایط فرایند و مقدار مصرف موردنیاز را مشخص کنید. سپس گرید خوراکی، خلوص، گواهی آنالیز (COA)، برگه اطلاعات ایمنی (SDS) و محدودیت‌های مصرف مجاز را بررسی کنید. برای تأمین مواد اولیه غذایی، می‌توانید از راسا نشان ویستا درباره مشخصات فنی، موجودی و قیمت فسفات‌ها و هیدروکسیدهای موردنیاز استعلام بگیرید.
سخن پایانی درباره نقش فسفات‌ها و هیدروکسیدها در تنظیم pH
در این مقاله به بررسی کاربرد فسفات‌ها در تنظیم pH مواد غذایی پرداختیم. برای انتخاب تنظیم‌کننده pH، ابتدا مشخص کنید که به کنترل تغییرات اسیدیته نیاز دارید یا می‌خواهید؛ pH را افزایش دهید و اسید را خنثی کنید. فسفات‌ها بسته به نوع و فرمولاسیون می‌توانند؛ به بافری‌شدن و بهبود بافت کمک کنند. هیدروکسیدها نیز برای افزایش pH به کار می‌روند.
قبل از خرید، مشخصات فنی، گرید خوراکی و مقدار مجاز مصرف را بررسی کنید. برای آشنایی بیشتر با معیارهای انتخاب این مواد، مقاله بهترین تنظیم‌کننده pH برای نوشیدنی‌ها و فرآورده‌های غذایی را بخوانید.