دکتر حسام مرادیان‌نژاد- واحد تحقیق و توسعه شرکت فرآورده‌های گوشتی «تانیس اصفهان»
صنایع غذایی: فرآورده‌های گوشـتی حاوی انواع افزودنی‌های مختلف مـانند نمک‌ها، نگهدارنده‌ها، آنتی اکســـیدان‌ها و غیره می‌باشند. نمک‌های فسفاته به عنوان یک افزودنی مهم در فرآورده‌های گوشـــتی، دارای نقش کلیدی از لحاظ خصوصیات تکنولوژیکی و تغذیه‌ای هستند. در بیشتر فرآورده‌های گوشتی فرآوری شده، نمک‌های فسفاته مانند: هگزامتافسفات سدیم، تری پلی فسفات سدیم، تترا سدیم پیروفسفات، سدیم اسید پیروفسفات وغیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که سدیم تری فسفات می‌تواند تاثیر مثبتی بر روی ظرفیت نگهداری آب و بافت فرآورده‌های امولسیونی گوشت، نظیر سوسیس داشته باشد. زیرا این ماده باعث افزایش pH، قدرت یونی و ایجاد تبادل یونی با پروتئین‌های میوفیبریلی می‌شود که منجربه تجزیه اکتومیوزین و به دنبال آن کوچک شدن مولکول‌های رشته‌ای و ایجاد فاصله بین فیلامنت‌ها می‌گردد که در نهایت باعث افزایش انحلال پروتئین‌های میوفیبریل می‌شود. از دیگر خواص مطلوب فسفات‌ها، اثر آنها به عنوان نگهدارنده (کاهش مقاومت میکروارگانیسم‌ها نسبت به حرارت) و آنتی اکسیدان (از طریق به تعویق انداختن اکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع) میباشد. در این مقاله، مروری به بر اهمیت استفاده از نمک‌های فسفاته در فرآورده‌های گوشتی می‌پردازیم.
مقدمه
فرآورده‌های گوشتی امولسیونی، سیستم‌های پیچیده‌ای متشکل از میوفیبریل‌های ماهیچه‌ای، قطرات چربی، آب و انواع افزودنی‌های مختلف هستند. اکثر افزودنی‌های مورد استفاده در فرآورده‌های گوشتی به‌عنوان پرکننده، اتصال‌دهنده و پایدار کننده به‌منظور کاهش هزینه‌های تولید و پخت، بهبود ظرفیت امولسیون‌سازی، پایداری امولسیون، توانایی اتصال به آب، ارزش تغذیه‌ای و بهبود ویژگیهای برشی به‌کار می‌روند (Additives et al., 2019).
فسفات‌های خوراکی (E450، E451 و E452) به‌عنوان افزودنی‌های چند منظوره در بهبود کیفیت محصولات گوشتی مانند: سوسیس‌های پخته و ژامبون مورد استفاده قرار می‌گیرند.
افزودن فسفات‌ها ظرفیت نگهداری آب در سوسیس‌های پخته را به میزان 30 تا 40 گرم در هر 100 گرم گوشت افزایش می‌دهند و باعث کاهش افت پخت، حفظ رطوبت و رنگ محصول می‌شود. فسفات‌ها از طریق جابجایی نقطه ایزوالکتریک پروتئین‌های میوفیبریلی، باعث افزایش حلالیت می‌شوند. علاوه برآن، فسفات‌ها برای حفظ ثبات پروتئین‌ها به هنگام فرآوری حرارتی و نیز در تشکیل امولسیون چربی یکنواخت بسیار موثر می‌باشند. همچنین استفاده از فسفات‌ها باعث بهبود کیفیت محصول به هنگام رفع انجماد به دلیل افزایش ظرفیت نگهداری آب در پروتئین‌های میوفیبریلی و متوقف ساختن واکنش‌های اکسیداسیون می‌شود(Long, Gál & Buňka, 2011).
فسفات‌ها دارای اثرات ضد میکروبی نیز هستند. در حقیقت، فسفات‌ها ازطریق کاهشaw ، تغییر pH محیط، تاثیر بر میکروفلورای طبیعی موجود در محصول و ایجاد تغییراتی در ساختار سلولی و نفوذپذیری غشاء میکروارگانیسم‌ها به عنوان نگهدارنده نیز عمل می‌کنند(Molina, Bohrer, & Mejia, 2023).
علاوه بر نقش‌های تکنولوژی، فسفات مشتق شده از فسفر، یک ماده معدنی ضروری است که در واکنش‌های بیوشیمیایی متعددی شرکت می‌کند و دارای نقش مهمی در تشکیل آدنوزین تری فسفات(ATP)، سیگنال‌دهی سلولی، فعال شدن آنزیم و تشکیل هیدروکسی آپاتیت (سلامت استخوان) دارند. بنابراین، فسفر یک عنصر ضروری برای سلامتی انسان است. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که تقریباً 50 درصد از دریافت روزانه فسفر از طریق افزودنی‌های غذایی حاوی فسفر مانند فسفات‌ها حاصل می‌شود که به‌طور گسترده در صنعت فرآورده‌های گوشتی مورد استفاده قرار می‌گیرند(Mohammad, Scanni, Bestmann, Hulter, & Krapf, 2018). درحقیقت، فسفر موجود در منابع گیاهی (غلات و حبوبات)، به دلیل حضور فیتات‌ها، دسترسی زیستی کمتری دارند. علیرغم محاسن تغذیه‌ای فسفات، مصرف بیش ازحد آن می‌تواند منجر به مخاطراتی برای سلامتی ازجمله بیماری‌های قلبی-عروقی، اختلال در عملکرد درون رگی و فشارخون بالا و نارسایی قلبی گردد. بنابراین، با اجرای یک رژیم غذایی مناسب و غنی از فسفات، افراد می‌توانند از مزایای کامل این ماده معدنی ضروری بهره ببرند(Shi et al., 2011). در این مقاله اثرات فسفات در فرآورده‌های گوشتی و میزان مجاز فسفات مورد استفاده به منظور تضمین سلامتی مصرف کنندگان توضیح داده خواهد شد.
روش‌های مختلف سنتز نمک‌های فسفات
فسفات‌ها با استفاده از روش‌های مختلفی ساخته می‌شوند. یکی از این روش‌ها شامل تولید مستقیم نمک فسفاته در یک محیط اسیدی از طریق واکنش‌های شیمیایی کنترل‌شده اسید و باز میباشد. این فرآیند معمولاً با ترکیب فسفریک اسید و نمک‌های سدیم یا پتاسیم به‌عنوان مواد اولیه آغاز می‌شود و منجر به تولید نمک‌های فسفاته می‌شود. سپس، نمک بدست آمده پس از خنک شدن با استفاده از روش تبلور مجدد خالص سازی شده و خشک می‌گردد(Hrynczyszyn, Jastrzębska, & Szłyk, 2010). یکی دیگر از روش‌های ساخت نمک‌های فسفاته، استخراج و خالص سازی فسفات ازمنابع معدنی طبیعی میباشد. 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 خالص سازی و تبخیر، فسفریک اسید حاصل با سدیم یا پتاسیم وارد واکنش شده ونمک‌های فسفاته حاصل می‌شود(Ünal, Erdoğdu, & Ekiz, 2006).
نگاهی بر انواع گروه‌های فســفـات در فرآورده‌هـای گوشــتی
در صنعت فرآوری گوشت، فسفات‌ها به عنوان ترکیبات بهبود دهنده کیفیت، نقش کلیدی ایفا می‌کنند. این ترکیبات با بهبود خواص فیزیکوشیمیایی، حسی و میکروبی محصولات، منجربه افزایش ماندگاری، بهبود بافت و طعم و در نهایت افزایش رضایت مصرف‌کننده می‌شوند. فسفات‌ها عمدتاً بر اساس برهمکنش با اجزای تشکیل‌دهنده محصول منجربه ایجاد تغییرات در ساختار و خواص آن می‌شوند(Wang et al., 2023). علاوه بر این، 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. در شکل 1 عملکرد و ساختار فسفات‌ها در فرآورده‌های گوشتی آورده شده است. فسفات‌ها به‌عنوان یکی از مهم‌ترین گروه‌های ترکیبات معدنی، تنوع ساختاری بسیار بالایی دارند. این تنوع ساختاری به دلیل تفاوت در تعداد اتم‌های فسفر و نحوه اتصال آنها به اتم‌های اکسیژن است. بر این اساس، فسفات‌ها به گروه‌های مونو، دی، تری و پلی فسفات طبقه بندی می‌شوند(جدول 1 نمک‌های فسفاته مورد استفاده در فرآورده‌های گوشتی را به اختصار نشان می‌دهد). علاوه بر این، ساختارهای حلقوی و خطی پیچیده‌تری نیز برای فسفات‌ها گزارش شده است که خواص و کاربردهای آنها مورد توجه قرار گرفته است. سدیم هگزا متا فسفات(SHMP)، به عنوان یک پلی فسفات خطی با زنجیره نسبتا 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 در ساختار خود دارای دو گروه فسفات هستند. این گروه از نظر خواص فیزیکوشیمیایی دارای pH خنثی یا قلیایی ضعیف و انحلال‌پذیری متوسط در آب هستند. گروه دیگر، و E451 ، شامل سدیم تری پلی فسفات (STPP) و پتاسیم تری پلی فسفات (KTPP) میباشد که دارای ساختار بلندتر و پیچیده‌تری نسبت به E450 است 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 موثرتری در تفکیک کمپلکس اکتومیوزین به اجزای سازنده آن، یعنی اکتین و میوزین، ایفا می‌کند. این خاصیت از نظر صنعتی حائز اهمیت است، زیرا میوزین به‌تنهایی در سطوح نمکی متداول در محصولات گوشتی فرآوری‌شده، آسان‌تر حل می‌شود و نسبت به کمپلکس اکتومیوزین، عملکرد بهتری در امولسیون‌سازی و اتصال در این محصولات دارد. درحقیقت، 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(Hrynczyszyn, Jastrzębska, & Szłyk, 2010). تحقیقات نشان داده‌اند، 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. مطالعه ویربیکی و هاوکر (2006) نشان داد که افزودن 0.3 درصد STPP یا 0.217 درصد TSPP به همراه 3 درصد نمک، افت رطوبت سوسیس کم چرب را به 5 درصد کاهش داد، در حالی که افزایش مقدار STPP بیش از 0.3 درصد تأثیر معناداری بر کاهش افت رطوبت محصول نداشت.
شکل1-عملکرد و ساختار فسفات‌ها در فرآورده‌های گوشتی
جدول1 – نمک‌های فسفاته مورد استفاده در فرآورده‌های گوشتی(Knipe, 2004)
عملکرد فسفات‌ها
قابلیت امولســیون کنندگی و ظرفیت نگهداری آب:
یکی از ویژگیهای مهم در انواع فرآورده‌های گوشتی ظرفیت نگهداری آب میباشد که بر روی وزن و میزان آبداربودن محصول طی نگهداری از طریق ایجاد تغییرات در ساختار و خواص پروتئین‌های ماهیچه‌ای اثر می‌گذارند. مکانیسم‌های مختلفی برای نقش فسفات‌ها در کاهش اتلاف آب گزارش شده است(Molina et al., 2023). به طور مثال، بیشتر فسفات‌ها منجربه 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 (WHC) می‌گردد. در این زمینه، پلی‌فسفات‌هایی مانند SHMP و 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. این تغییرات ساختاری منجر به افزایش حجم فضای بینابینی فیبرهای ماهیچه‌ای و درنهایت افزایش ظرفیت نگهداری آب می‌شود که منجربه بهبود خواص امولسیون کنندگی و ژل‌شدن در فرآورده‌های گوشتی می‌گردد(Xiong & processing, 2012).
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 میباشد. تحقیقات نشان داده است که امولسیون‌هایی که با افزودن تتراسدیم پیروفسفات 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. کاهش ویسکوزیته امولسیون در هنگام انتقال محصولات در مسیر طولانی مزیت به شمار می‌رود. در فرآورده‌های گوشتی امولسیونی نظیر هات داگ‌ها و فرانکفورتر ها، از فسفات‌های کوتاه زنجیر(پیرو فسفات‌ها) استفاده می‌شود. زیرا در این محصولات فرآیند امولسیفیکاسیون بایستی در مدت زمان کوتاهی انجام شود و فسفات‌های کوتاه زنجیردارای عملکرد سریع بر پروتئین‌ها هستند، (Kim et al., 2024).
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 (Thangavelu, Kerry, Tiwari, McDonnell, & Technology, 2019b).
قابلیت ایجاد 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 منجربه حفظ رنگ مطلوب و جذاب فرآورده‌های گوشتی می‌شود(Goemaere, Glorieux, Govaert, Steen, & Fraeye, 2021).
ب)پایداری اکسیداتیو :اکسیداسیون چربی‌ها یکی از عوامل اصلی فساد و کاهش کیفیت در فرآورده‌های گوشتی است. فسفات‌ها به عنوان عوامل احیا کننده 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(Ali et al., 2023). بنابراین، توصیه می‌شود، در pH ایجادشده توسط محلول‌های فسفاتی، تری‌پلی‌فسفات سدیم بهترین شلاته کننده برای آهن است، در حالی که هگزا متافسفات در شلاته کردن منیزیم و کلسیم عملکرد بهتری دارد.
بهبود ویژگیهای بافتی و حسی
سدیم اسید پیروفسفات و تترا سدیم پیروفسفات 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، استفاده‌ی 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..(Mena et al., 2020)
قوانین و ایمنی مصرف فسفات
سازمان ایمنی غذای اروپا (EFSA) اعلام کرده است که میزان مصرف روزانه قابل قبول(ADI) فسفات، 40 میلی‌گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز برای بزرگسالان است(Additives et al., 2019). طبق استاندارد ایران(2303)، میزان مجازفسفر کل بر حسب فسفر پنتا اکسید (P2O5) در سوسیس و کالباس حاوی خمیر مرغ 0.67 درصد وزنی، برای محصولات حاوی 40، 55 و 60 درصد گوشت، بیشینه 5/0 درصد و برای محصولات 70، 80 و 90 درصد، بیشینه 65/0 درصد می باشد. لازم به ذکر است بیشینه فسفر کل در فرآورده های با پنیر در گروه‌های 55 و 60 درصد گوشت برابر با 65/0 و در گروه‌های 70 و 80 درصدگوشت برابر با 75/0 درصد است.
طبق دستورالعمل شماره EC/2/95، بازنگری 2006 میزان حداکثر مجاز فسفات‌ها در گوشت و فرآورده‌های گوشتی را 5 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(Additives et al., 2019).
در ایالات متحده و کانادا، استفاده از فسفات‌ها در فرآورده‌های گوشتی تحت نظارت اداره غذا و دارو آمریکا (FDA) قرار دارد. FDA مقادیر مجاز مشخصی برای استفاده از فسفات‌ها در محصولات مختلف گوشتی ندارد، بلکه تاکید 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 آن‌که کیفیت یا ایمنی محصول را تحت تأثیر قرار دهد.(Milešević et al., 2022) به طور کلی، مقررات اتحادیه اروپا نسبت به FDA دقیق‌تر و با محدودیت‌های بیشتری همراه است.
سازمان بهداشت جهانی (WHO) حداکثر فسفات در محصولات گوشتی خرد شده و فرآوری شده را 041/5 گرم بر کیلوگرم بیان می‌کند. طبق استاندارد کدکس، میزان مجاز نمک‌های فسفات در فرآورده‌های گوشتی عمل‌آوری شده،2.2 گرم در هر کیلوگرم میباشد
(Molina et al., 2023). آژانس ملی نظارت بر سلامت برزیل (ANVISA)، میزان مجاز نمک‌های پتاسیم فسفات در فرآورده‌های گوشتی را 3تا 5 گرم در هر کیلوگرم بسته به نوع فرآورده‌های گوشتی در نظر گرفته است(Sabry, 2023). این قوانین و استانداردها با هدف تضمین ایمنی، کیفیت و سلامت فرآورده‌های گوشتی تنظیم شده‌اند. پیروی از این مقررات برای حفظ سلامت مصرف کنندگان و تولید محصولات گوشتی با کیفیت ضروری است.
* منابع در نشریه موجود است.
