فسفات‌ها رکن اساسی تولید فرآورده‌های گوشتی باکیفیت

خبرگزاری تخصصی اگروفودز به استناد تحقیقات و مقالات علمی معتبر گزارش می‌دهد که نمک‌های فسفاته به عنوان افزودنی‌های حیاتی در فرآورده‌های گوشتی نقش کلیدی در بهبود خواص تکنولوژیکی و تغذیه‌ای این محصولات ایفا می‌کنند. این ترکیبات، که شامل هگزامتافسفات سدیم، تری‌پلی‌فسفات سدیم، تترا سدیم پیروفسفات و سدیم اسید پیروفسفات می‌شوند، به طور گسترده در محصولاتی نظیر سوسیس و کالباس برای افزایش ظرفیت نگهداری آب، بهبود بافت و پایداری امولسیونی به کار می‌روند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که تری‌پلی‌فسفات سدیم با افزایش pH و قدرت یونی و ایجاد تبادل یونی با پروتئین‌های میوفیبریلی، منجر به تجزیه اکتومیوزین و در نتیجه بهبود حلالیت پروتئین‌ها و توانایی نگهداری آب می‌شود. علاوه بر این، فسفات‌ها به عنوان نگهدارنده با کاهش مقاومت میکروارگانیسم‌ها نسبت به حرارت و نیز به عنوان آنتی‌اکسیدان با به تعویق انداختن اکسیداسیون اسیدهای چرب غیراشباع، به افزایش ماندگاری و کیفیت محصول کمک می‌کنند.

اهمیت و کارکرد فسفات‌ها در فرآورده‌های گوشتی

فرآورده‌های گوشتی امولسیونی، سیستم‌هایی پیچیده از فیبرهای عضلانی، قطرات چربی، آب و انواع افزودنی‌ها هستند که برای کاهش هزینه‌های تولید و پخت، بهبود ظرفیت امولسیون‌سازی، پایداری، توانایی اتصال به آب، ارزش تغذیه‌ای و ویژگی‌های برشی به کار می‌روند. فسفات‌های خوراکی با کدهای E450، E451 و E452 به عنوان افزودنی‌های چندمنظوره، کیفیت محصولاتی نظیر سوسیس‌های پخته و ژامبون را بهبود می‌بخشند. افزودن فسفات‌ها می‌تواند ظرفیت نگهداری آب را در سوسیس‌های پخته تا ۳۰ تا ۴۰ گرم در هر ۱۰۰ گرم گوشت افزایش داده و باعث کاهش افت پخت، حفظ رطوبت و رنگ محصول شود. این مواد با جابجایی نقطه ایزوالکتریک پروتئین‌های میوفیبریلی، حلالیت آن‌ها را افزایش می‌دهند و در حفظ ثبات پروتئین‌ها در فرآوری حرارتی و تشکیل امولسیون چربی یکنواخت مؤثرند. همچنین، فسفات‌ها با افزایش ظرفیت نگهداری آب در پروتئین‌های میوفیبریلی و توقف واکنش‌های اکسیداسیون، به بهبود کیفیت محصول در هنگام رفع انجماد کمک می‌کنند.

خواص ضد میکروبی و تغذیه‌ای فسفات‌ها

فسفات‌ها دارای اثرات ضد میکروبی نیز هستند؛ آن‌ها از طریق کاهش فعالیت آبی (aw)، تغییر pH محیط، تأثیر بر میکروفلورای طبیعی محصول و ایجاد تغییراتی در ساختار سلولی و نفوذپذیری غشاء میکروارگانیسم‌ها به عنوان نگهدارنده عمل می‌کنند. علاوه بر نقش‌های تکنولوژیکی، فسفات مشتق شده از فسفر، یک ماده معدنی ضروری است که در واکنش‌های بیوشیمیایی متعددی از جمله تشکیل آدنوزین تری فسفات (ATP)، سیگنال‌دهی سلولی، فعال‌سازی آنزیم و تشکیل هیدروکسی‌آپاتیت (سلامت استخوان) نقش دارد. تحقیقات نشان داده‌اند که تقریباً ۵۰ درصد از دریافت روزانه فسفر از طریق افزودنی‌های غذایی حاوی فسفر مانند فسفات‌ها حاصل می‌شود. با این حال، مصرف بیش از حد فسفات می‌تواند منجر به مخاطراتی برای سلامتی از جمله بیماری‌های قلبی-عروقی، اختلال در عملکرد درون‌رگی، فشارخون بالا و نارسایی قلبی گردد. بنابراین، اجرای یک رژیم غذایی مناسب و غنی از فسفات، با در نظر گرفتن میزان مجاز آن، برای بهره‌برداری از مزایای این ماده معدنی ضروری است.

روش‌های تولید نمک‌های فسفاته

فسفات‌ها با استفاده از روش‌های متنوعی تولید می‌شوند. یکی از این روش‌ها شامل تولید مستقیم نمک فسفاته در یک محیط اسیدی از طریق واکنش‌های شیمیایی کنترل‌شده اسید و باز است. این فرآیند معمولاً با ترکیب فسفریک اسید و نمک‌های سدیم یا پتاسیم آغاز شده و منجر به تولید نمک‌های فسفاته می‌شود. سپس، نمک به دست آمده پس از خنک شدن با استفاده از روش تبلور مجدد خالص‌سازی و خشک می‌گردد. روش دیگر شامل استخراج و خالص‌سازی فسفات از منابع معدنی طبیعی است. در این روش، ابتدا سنگ فسفات استخراج شده از معادن به ذرات ریزتر تبدیل می‌شود و پس از حل کردن در اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک، فسفریک اسید آزاد شده و در ادامه فرآیند پس از خالص‌سازی و تبخیر، فسفریک اسید حاصل با سدیم یا پتاسیم وارد واکنش شده و نمک‌های فسفاته به دست می‌آید.

دسته‌بندی و انواع فسفات‌ها در صنعت گوشت

در صنعت فرآوری گوشت، فسفات‌ها به عنوان ترکیبات بهبوددهنده کیفیت، نقش کلیدی ایفا می‌کنند. این ترکیبات با بهبود خواص فیزیکوشیمیایی، حسی و میکروبی محصولات، منجر به افزایش ماندگاری، بهبود بافت و طعم و در نهایت افزایش رضایت مصرف‌کننده می‌شوند. فسفات‌ها عمدتاً بر اساس برهمکنش با اجزای تشکیل‌دهنده محصول، منجر به ایجاد تغییرات در ساختار و خواص آن می‌شوند. یون‌های فلزی سدیم یا پتاسیم موجود در فسفات‌ها، با مکانیسم‌های مختلفی از جمله کاهش فعالیت آبی و تشکیل کمپلکس با یون‌های فلزی، از رشد میکروارگانیسم‌ها و اکسیداسیون چربی‌ها جلوگیری می‌کنند. فسفات‌ها به عنوان یکی از مهم‌ترین گروه‌های ترکیبات معدنی، تنوع ساختاری بسیار بالایی دارند که بر اساس تعداد اتم‌های فسفر و نحوه اتصال آن‌ها به اتم‌های اکسیژن، به گروه‌های مونو، دی، تری و پلی‌فسفات طبقه‌بندی می‌شوند.

انواع رایج فسفات‌ها در فرآورده‌های گوشتی

سدیم هگزا متافسفات (SHMP)، به عنوان یک پلی‌فسفات خطی با زنجیره نسبتاً بلند، به طور گسترده در صنایع فرآوری گوشت، به ویژه در تولید محصولات گوشتی فرآوری شده مانند ژامبون، مورد استفاده قرار می‌گیرد. فسفات‌های خوراکی که بیشتر در فرآورده‌های گوشتی مانند سوسیس و کالباس مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل کدهای E450 و E451 می‌باشند. تترا سدیم پیروفسفات (TSPP) و سدیم اسید پیروفسفات (SAPP) در گروه E450 قرار می‌گیرند که عمدتاً دارای دو گروه فسفات در ساختار خود هستند و از نظر خواص فیزیکوشیمیایی دارای pH خنثی یا قلیایی ضعیف و انحلال‌پذیری متوسط در آب هستند. گروه دیگر، E451، شامل سدیم تری‌پلی‌فسفات (STPP) و پتاسیم تری‌پلی‌فسفات (KTPP) است که دارای ساختار بلندتر و پیچیده‌تری نسبت به E450 بوده و در ساختار خود سه گروه فسفات دارند. این گروه از نظر خواص فیزیکوشیمیایی دارای pH قلیایی قوی و انحلال‌پذیری بیشتری در آب نسبت به E450 هستند. E451 نقش مؤثرتری در تفکیک کمپلکس اکتومیوزین به اجزای سازنده آن، یعنی اکتین و میوزین، ایفا می‌کند که از نظر صنعتی حائز اهمیت است، زیرا میوزین به تنهایی در سطوح نمکی متداول در محصولات گوشتی فرآوری‌شده، آسان‌تر حل می‌شود و عملکرد بهتری در امولسیون‌سازی و اتصال در این محصولات دارد. E451 تحت تأثیر آنزیم‌های فسفاتاز به پیروفسفات هیدرولیز می‌شوند. با این حال، افزودن مستقیم E450 به گوشت، به جای E451، می‌تواند در مدت زمان کوتاه‌تری منجر به تولید ماده با کیفیت بالا شود، زیرا فرآیند هیدرولیز تری‌پلی‌فسفات‌ها به پیروفسفات نیازمند زمان است. تحقیقات ویربیکی و هاوکر (Wierbicki and Howker) در سال ۲۰۰۶ نشان داد که ترکیب فسفات‌های خوراکی با کدهای E450 و E451 باعث بهبود حفظ رطوبت، بافت و جلوگیری از کاهش وزن محصول طی فرآیند تولید و نگهداری می‌شوند. افزودن ۰.۳ درصد اس‌تی‌پی‌پی (STPP) یا ۰.۲۱۷ درصد تی‌اس‌پی‌پی (TSPP) به همراه ۳ درصد نمک، افت رطوبت سوسیس کم‌چرب را به ۵ درصد کاهش داد، در حالی که افزایش مقدار اس‌تی‌پی‌پی (STPP) بیش از ۰.۳ درصد تأثیر معناداری بر کاهش افت رطوبت محصول نداشت.

مکانیسم‌های عملکرد فسفات‌ها

قابلیت امولسیون‌کنندگی و ظرفیت نگهداری آب

یکی از ویژگی‌های مهم در انواع فرآورده‌های گوشتی، ظرفیت نگهداری آب (WHC) است که بر روی وزن و میزان آبدار بودن محصول طی نگهداری از طریق ایجاد تغییرات در ساختار و خواص پروتئین‌های ماهیچه‌ای اثر می‌گذارد. بیشتر فسفات‌ها منجر به افزایش pH، دافعه الکترواستاتیکی بین پروتئین‌ها و به دام افتادن آب شده و باعث تورم فیبرهای ماهیچه‌ای و فعال شدن پروتئین‌ها می‌شوند. این عمل باعث جذب آب اضافی و افزایش ظرفیت نگهداری آب می‌گردد. در این زمینه، پلی‌فسفات‌هایی مانند اس‌اچ‌ام‌پی (SHMP) و اس‌تی‌پی (STP) به عنوان مواد مؤثرتر شناخته شده‌اند. همچنین، فسفات‌ها با جدا کردن یون‌های فلزی مانند یون‌های کلسیم، آهن و منیزیم از کمپلکس اکتینومیوزین، باعث افزایش انعطاف‌پذیری فیبرهای عضلانی و در نتیجه افزایش سطح تماس بین پروتئین‌ها و آب می‌شوند که منجر به افزایش حجم فضای بینابینی فیبرهای ماهیچه‌ای و در نهایت افزایش ظرفیت نگهداری آب می‌شود. این تغییرات، خواص امولسیون‌کنندگی و ژل‌شدن در فرآورده‌های گوشتی را بهبود می‌بخشد.

یون‌های فسفات به عنوان پلی‌الکترولیت عمل کرده و موجب افزایش قدرت یونی می‌شوند. افزایش بار منفی پروتئین‌ها می‌تواند توزیع بهتر ذرات چربی را در محصولات امولسیونی به دنبال داشته باشد، زیرا پراکندگی پروتئین در مخلوط افزایش می‌یابد. این توزیع بهتر ذرات چربی از تجمع آن‌ها جلوگیری کرده و مانع از جدا شدن چربی‌ها در اثر خرد کردن بیش از حد و خروج چربی از محصول نهایی می‌شود. از دیگر اثرات نمک‌های فسفات، افزایش زمان خرد کردن بدون افزایش ناگهانی دمای مخلوط است. تحقیقات نشان داده است که امولسیون‌هایی که با افزودن تتراسدیم پیروفسفات (TSPP) تهیه می‌شوند، برای رسیدن به دمای معین به زمان بیشتری برای خرد کردن نیاز دارند. این زمان اضافی خرد کردن می‌تواند با افزایش استخراج پروتئین، پایداری امولسیون را بهبود بخشد. احتمالاً این امر به دلیل کاهش ویسکوزیته امولسیون است که باعث کاهش سرعت افزایش دما می‌شود و کاهش ویسکوزیته امولسیون در هنگام انتقال محصولات در مسیر طولانی مزیت به شمار می‌رود. در فرآورده‌های گوشتی امولسیونی نظیر هات‌داگ‌ها و فرانکفورترها، از فسفات‌های کوتاه‌زنجیر (پیروفسفات‌ها) استفاده می‌شود، زیرا در این محصولات فرآیند امولسیفیکاسیون بایستی در مدت زمان کوتاهی انجام شود و فسفات‌های کوتاه‌زنجیر دارای عملکرد سریع بر پروتئین‌ها هستند. بسیاری از محققان به اثرات مثبت سدیم کلرید بر حلالیت پروتئین‌های میوفیبریلی ناشی از اثر هم‌افزایشی نمک و فسفات‌های قلیایی اشاره کرده‌اند و معتقدند که استفاده از ترکیب فسفات با کلرید سدیم باعث بهبود کیفیت فرآورده‌های گوشتی می‌شود. بر اساس گزارش‌ها، یون‌های کلرید با ایجاد دافعه الکترواستاتیکی بین پروتئین‌ها، سبب تورم و افزایش ظرفیت نگهداری آب در گوشت می‌شوند. علاوه بر این، حرارت دادن باعث تغییرات ساختاری در پروتئین‌های میوفیبریلی، بهبود پایداری ژل از طریق تقویت ساختار امولسیونی، افزایش ظرفیت نگهداری آب و کاهش اتلاف پخت می‌شود.

نقش در تثبیت رنگ و پایداری اکسیداتیو

فسفات‌ها در فرآورده‌های گوشتی نقش مهمی در بهبود رنگ و پایداری اکسیداتیو دارند. این تأثیرات به چندین مکانیسم وابسته است و شامل:
الف) تثبیت رنگ: فسفات‌ها با افزایش pH در فرآورده‌های گوشتی به تثبیت رنگ گوشت کمک می‌کنند. با افزایش pH، میوگلوبین، که مسئول رنگ قرمز گوشت است، در حالت احیاء شده باقی می‌ماند و از تبدیل آن به مت‌میوگلوبین (که رنگ قهوه‌ای ناخوشایندی ایجاد می‌کند) جلوگیری می‌شود. این مکانیسم منجر به حفظ رنگ مطلوب و جذاب فرآورده‌های گوشتی می‌شود.
ب) پایداری اکسیداتیو: اکسیداسیون چربی‌ها یکی از عوامل اصلی فساد و کاهش کیفیت در فرآورده‌های گوشتی است. فسفات‌ها به عنوان عوامل احیاءکننده در سیستم‌های غذایی عمل می‌کنند و با مهار فعالیت رادیکال‌های آزاد و شلاته کنندگی یون‌های فلزی از اکسیداسیون چربی‌ها در فرآورده‌های گوشتی جلوگیری می‌کنند. علاوه بر تأثیر بر چربی‌ها، فسفات‌ها به محافظت از میوگلوبین در برابر اکسیداسیون کمک می‌کنند. این ویژگی به حفظ رنگ طبیعی و کاهش تغییرات رنگی نامطلوب در طی نگهداری و فرآوری محصول کمک می‌کند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت، افزودن فسفات‌ها به فرآورده‌های گوشتی نه تنها به بهبود رنگ و جلوگیری از تغییرات رنگی نامطلوب کمک می‌کند، بلکه از طریق کاهش اکسیداسیون، به حفظ کیفیت و ماندگاری محصول کمک شایانی می‌کند. توصیه می‌شود در pH ایجاد شده توسط محلول‌های فسفاتی، تری‌پلی‌فسفات سدیم (STPP) بهترین شلاته‌کننده برای آهن است، در حالی که هگزا متافسفات (SHMP) در شلاته‌کردن منیزیم و کلسیم عملکرد بهتری دارد.

بهبود ویژگی‌های بافتی و حسی

سدیم اسید پیروفسفات (SAPP) و تترا سدیم پیروفسفات (TSPP) به افزایش حلالیت پروتئین‌های میوفیبریلی نظیر میوزین کمک می‌کنند که این امر باعث بهبود خواص ژل‌کنندگی، افزایش قوام و چسبندگی فرآورده‌های گوشتی می‌شود. این ویژگی در تولید محصولات گوشتی فرآوری‌شده مانند سوسیس و کالباس بسیار اهمیت دارد. علاوه بر این، فسفات‌ها با تقویت پایداری امولسیون چربی و آب در فرآورده‌های گوشتی، به ایجاد یک محصول با بافت همگن و یکنواخت کمک می‌کنند. این امر از جدا شدن چربی و آب طی فرآوری و نگهداری محصول جلوگیری می‌کند و کیفیت کلی محصول را افزایش می‌دهد. بنابراین، استفاده مناسب از فسفات‌ها می‌تواند با بهبود بافت، آبداری و طعم فرآورده‌های گوشتی به تولید محصولات باکیفیت‌تر کمک کند. با این حال، مصرف بیش از حد آن‌ها ممکن است طعم‌های ناخوشایند، مانند طعم صابونی، ایجاد کند؛ بنابراین، تنظیم دقیق میزان مصرف ضروری است.

قوانین و استانداردهای مصرف فسفات

سازمان ایمنی غذای اروپا (EFSA) اعلام کرده است که میزان مصرف روزانه قابل قبول (ADI) فسفات، ۴۰ میلی‌گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز برای بزرگسالان است. طبق استاندارد ملی ایران (شماره ۲۳۰۳)، میزان مجاز فسفر کل بر حسب فسفر پنتا اکسید (P2O5) در سوسیس و کالباس حاوی خمیر مرغ ۰.۶۷ درصد وزنی، برای محصولات حاوی ۴۰، ۵۵ و ۶۰ درصد گوشت، بیشینه ۰.۵ درصد و برای محصولات ۷۰، ۸۰ و ۹۰ درصد، بیشینه ۰.۶۵ درصد می‌باشد. لازم به ذکر است بیشینه فسفر کل در فرآورده‌های با پنیر در گروه‌های ۵۵ و ۶۰ درصد گوشت برابر با ۰.۶۵ درصد و در گروه‌های ۷۰ و ۸۰ درصد گوشت برابر با ۰.۷۵ درصد است.

طبق دستورالعمل شماره EC/2/95 اتحادیه اروپا، بازنگری ۲۰۰۶، میزان حداکثر مجاز فسفات‌ها در گوشت و فرآورده‌های گوشتی را ۵ گرم در هر کیلوگرم مقرر کرده است. این مقدار به صورت معادل فسفر پنتا اکسید (P2O5) بیان شده است و می‌تواند به صورت تکی یا ترکیبی از فسفات‌ها در محصول گوشتی وجود داشته باشد. در ایالات متحده و کانادا، استفاده از فسفات‌ها در فرآورده‌های گوشتی تحت نظارت اداره غذا و دارو آمریکا (FDA) قرار دارد. اف‌دی‌اِی (FDA) مقادیر مجاز مشخصی برای استفاده از فسفات‌ها در محصولات مختلف گوشتی ندارد، بلکه تأکید بر استفاده بر اساس مقررات تولید بهینه (GMP) دارد. در حقیقت، مقدار فسفات مورد استفاده در فرآورده‌های گوشتی باید به حداقل مقدار ممکن کاهش یابد و تنها به میزان لازم برای دستیابی به هدف تکنولوژیکی استفاده شود، بدون آن که کیفیت یا ایمنی محصول را تحت تأثیر قرار دهد. به طور کلی، مقررات اتحادیه اروپا نسبت به اف‌دی‌اِی (FDA) دقیق‌تر و با محدودیت‌های بیشتری همراه است. سازمان بهداشت جهانی (WHO) حداکثر فسفات در محصولات گوشتی خرد شده و فرآوری شده را ۰.۴۱۵ گرم بر کیلوگرم بیان می‌کند. طبق استاندارد کدکس (Codex)، میزان مجاز نمک‌های فسفات در فرآورده‌های گوشتی عمل‌آوری شده، ۲.۲ گرم در هر کیلوگرم می‌باشد. آژانس ملی نظارت بر سلامت برزیل (ANVISA) نیز میزان مجاز نمک‌های پتاسیم فسفات در فرآورده‌های گوشتی را ۳ تا ۵ گرم در هر کیلوگرم بسته به نوع فرآورده‌های گوشتی در نظر گرفته است. این قوانین و استانداردها با هدف تضمین ایمنی، کیفیت و سلامت فرآورده‌های گوشتی تنظیم شده‌اند. پیروی از این مقررات برای حفظ سلامت مصرف‌کنندگان و تولید محصولات گوشتی با کیفیت ضروری است.

تحلیل اگروفودز برای فعالان صنعت غذا:

استفاده کنترل‌شده از نمک‌های فسفاته برای بهبود کیفیت و ماندگاری فرآورده‌های گوشتی ایران حیاتی است. فرصت توسعه جایگزین‌های طبیعی یا بهینه‌سازی دوز مصرف طبق استانداردها برای کاهش ریسک‌های سلامتی و افزایش اعتماد مصرف‌کننده وجود دارد.