[科普中國]-磷酸鹽

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。它是磷酸的鹽，在無機化學、生物化學及生物地質(zhì)化學上是很重要的物質(zhì)。

2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，磷-32，磷酸鹽形式在一類致癌物清單中。1

基本介紹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。

天然存在的磷酸鹽是磷礦石（含磷酸鈣），用硫酸跟磷礦石反應，生成能被植物吸收的磷酸二氫鈣和硫酸鈣，可制得磷酸鹽。磷酸鹽可分為正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽：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，磷酸鈉鹽是國內(nèi)食品磷酸鹽的主要消費種類，隨著食品加工技術的發(fā)展，磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。2

磷酸鹽分類磷酸鹽可分為正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽。

正磷酸鹽五價磷含氧酸的鹽類，包括正磷酸鹽、焦磷酸鹽和偏磷酸鹽，通常指正磷酸鹽。

正磷酸是三元酸，有三種正磷酸鹽：①磷酸二氫鹽,又稱一代磷酸鹽,都溶于水;②磷酸氫鹽，又稱二代磷酸鹽；③正磷酸鹽，又稱三代磷酸鹽。后二者除鈉、鉀、銨鹽外一般不溶于水。M 除為一價金屬外，也可以是其他價態(tài)的金屬。磷酸二氫鈉用于控制溶液的氫離子濃度；磷酸氫二鈉用于水處理，作為多價金屬的沉淀劑；磷酸三鈉用于制造肥皂和洗滌劑。

焦磷酸是四元酸，有四種焦磷酸鹽：其中和型是常見的。

偏磷酸鹽偏磷酸鹽通常是聚成環(huán)狀的化合物,通式是，常見的有二聚偏磷酸鹽（六元環(huán)）和四聚偏磷酸鹽（八元環(huán)），多聚偏磷酸鹽不具備確定的晶體結(jié)構(gòu)，又稱磷酸鹽玻璃體。六偏磷酸鈉是最常見的磷酸鹽玻璃體，它沒有固定的熔點，在水中的溶解度不定，水溶液的pH在5.5～6.4之間,實際是一個具有20～100個單元的長鏈化合物。鏈型磷酸鹽可做鍋爐用水的處理劑、顏料分散劑、泥漿分散劑和金屬防腐劑。

磷酸根離子可生成特征的磷鉬酸銨黃色沉淀，可用于分析檢定（見磷酸）。2

磷酸鹽的理化性質(zhì)在酸性溶液下磷酸官能團的結(jié)構(gòu)式。在堿性的溶液下，該官能團會釋放兩個氫原子，并離化磷酸鹽帶有-2的形式電荷。磷酸鹽離子是一個多原子的離子，它包含一個磷原子，并由四個氧原子所包圍，形成一個正四面體。磷酸鹽離子帶有-3的形式電荷，且是磷酸氫鹽離子的共軛堿；磷酸氫鹽離子則是磷酸二氫鹽離子的共軛堿；而磷酸二氫鹽離子又是磷酸的共軛堿。它是一個超價分子（磷原子在其價殼層有著10個電子）。磷酸鹽亦是一個有機磷化合物，其化學式為OP(OR)3。

除了一些堿金屬外，大部份磷酸鹽，在標準狀態(tài)下，都是不可溶于水的。

在稀釋的水溶液中，磷酸鹽以四種形式存在。在強堿環(huán)境下，磷酸鹽離子會較多；而在弱堿的環(huán)境下，磷酸氫鹽離子則較多。在弱酸的環(huán)境下，磷酸二氫鹽離子較為普遍；而在強酸的環(huán)境下，則水溶的磷酸是主要存在的形式。2

磷酸鹽在自然界的主要形式磷酸鹽是元素磷自然產(chǎn)生的形態(tài)，在多種磷酸鹽礦物中可以找到。元素的磷或是磷化物是很難發(fā)現(xiàn)的（只有極少量在隕石中可以找到）。在礦物學及地質(zhì)學，磷酸鹽是指含有磷酸鹽離子的石或礦石。

在北美洲最大型的磷礦粉礦床位于美國的佛羅里達州中部、愛德荷州的索達斯普陵、北卡羅萊那州沿岸區(qū)域。而其次的是位于蒙大拿州、田納西州、佐治亞州及南卡羅萊那州近查爾斯頓。瑙魯這個細少的島國就曾經(jīng)是有著大量高質(zhì)素的磷酸鹽礦產(chǎn)，但現(xiàn)時已被大量挖掘。磷礦粉亦可以在納弗沙島、摩洛哥、突尼斯、以色列、多哥及約旦找到，這些地方亦有大量的磷酸鹽礦業(yè)。

在生物中，磷是以溶液中游離的磷酸鹽離子的形態(tài)出現(xiàn)，稱為“無機磷酸鹽”，這是要與其他在磷酸酯中的磷酸鹽作出區(qū)別的。無機磷酸鹽是會以Pi來表示，它可以是由焦磷酸鹽（以PPi來表示）水解而得： 如左圖。

但是，磷酸鹽最普遍是以一磷酸腺苷（AMP）、二磷酸腺苷（ADP）、三磷酸腺苷（ATP）、脫氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA）的形式出現(xiàn)，且可以經(jīng)由水解ADP或ATP而被釋放出來。對于其他的二磷或三磷核苷亦有相似的反應。在ADP及ATP，或其他二磷及三磷核苷中的磷酸酐鍵，包含著大量的能量，所以它們在生物中有著重要的地位。它們一般會被稱為高能磷酸磷，就像在肌肉組織中的磷酸肌酸一樣。一些如膦的化合物在有機化學上亦會被使用，但它卻似乎沒有自然的相應物。

由于磷酸鹽對生物的重要性，所以在生態(tài)學上，它是高度被采集。因此，它在環(huán)境中往往是限量試劑，而它的可得性則決定生物成長的速度。將大量的磷酸鹽加入缺乏磷酸鹽的環(huán)境或微生物環(huán)境中，會對生態(tài)有著重大的影響。例如，某一種生物的瀑漲會使其他生物死亡，及某種生物數(shù)量的減少會令如氧等資源的缺乏等（參富營養(yǎng)化）。在污染的問題下，磷酸鹽是總?cè)芙夤腆w量（一種主要的水質(zhì)指標）的主要成份。3

磷酸鹽的廣泛用途化工化肥產(chǎn)業(yè)磷酸鹽一般會用在清潔劑中作為軟水劑(water softener)，但是因為藻類的繁榮衰退周期會影響磷酸鹽在分水嶺的排放，所以在某些地區(qū)磷酸鹽清潔劑是受到管制的。

在農(nóng)業(yè)上，磷酸鹽是植物的三種主要養(yǎng)分之一，且是肥料的主要成份。磷礦粉是從沉積巖的磷層中開采。以前它在開采后不用加工便可使用，但現(xiàn)時未加工的磷酸鹽只會用在有機耕種上。一般它都是會化學加工制成過磷酸石灰、重過磷酸鈣或磷酸二氫銨，它們的濃度都較磷酸鹽高，且較易溶于水，所以植物可以較快吸收。

肥料級數(shù)一般有三個數(shù)字：第一個是指氮的數(shù)量，第二個是指磷酸鹽的數(shù)量，而第三個是指堿水。所以一個10-10-10的肥料就每種成份各有10%，而其他的則是填充物。

從過度施肥的農(nóng)地逕流的磷酸鹽會是富營養(yǎng)化、赤潮及其后缺氧的起因。這就像磷酸鹽清潔劑一樣會引起魚類及其他水中生物的缺氧癥。4

耐火材料磷酸鹽在耐火材料中用作結(jié)合劑。磷酸鹽結(jié)合劑是以酸性正磷酸鹽或縮聚磷酸鹽為主要化合物并具有膠凝性能的耐火材料結(jié)合劑。磷酸鹽結(jié)合劑的結(jié)合形式屬化學反應結(jié)合或聚合結(jié)合。磷酸與堿金屬或堿土金屬氧化物及其氫氧化物反應制成的結(jié)合劑多數(shù)為氣硬性結(jié)合劑，即不須加熱在常溫下即可發(fā)生凝結(jié)與硬化作用。磷酸與兩性氧化物及氫氧化物或酸性氧化物反應制成的結(jié)合劑多數(shù)為熱硬性結(jié)合劑，即須經(jīng)加熱到一定溫度發(fā)生反應后方可產(chǎn)生凝結(jié)與硬化作用。磷酸鹽用作耐火材料的結(jié)合劑在產(chǎn)生陶瓷結(jié)合之前的中、低溫范圍內(nèi)具有較強的結(jié)合強度，所以被廣泛用作不定形耐火材料和不燒耐火材料的結(jié)合劑。4

食品行業(yè)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用于食品加工中，而大量使用則在二十世紀七十年以后。磷酸鹽是應用最廣泛、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。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，磷酸鈉鹽是中國食品磷酸鹽的主要消費種類，隨著食品加工技術的發(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，滿足食品加工技術的發(fā)展需求，在實際應用中常常使用各種復配型磷酸鹽作為食品配料和功能添加劑，復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)與應用的發(fā)展方向。56

磷酸鹽在食品工業(yè)功能一覽表根據(jù)美國食品化學藥典（FCC）磷酸鹽在食品工業(yè)中的功能可分為15類：

酸味劑：磷酸

抗結(jié)塊劑：磷酸鈣

抗氧化劑：次磷酸鈣 4、緩沖劑：磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸氫鈣、磷酸鈣、焦磷酸鈣、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、酸式焦磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉

面團改良劑：磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣

乳化劑：磷酸鉀、聚偏磷酸鉀、焦磷酸鉀、磷酸鋁鈉（堿性）、偏磷酸鈉（不溶性）、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、聚磷酸鈉（玻璃質(zhì)）、焦磷酸鈉

硬化劑：磷酸二氫鈣

保濕劑：聚偏磷酸鉀

發(fā)酵劑：磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、酸式焦磷酸鈉、磷酸鋁鈉（酸性）10、營養(yǎng)劑：磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣、磷酸鈣、焦磷酸鈣、磷酸鐵、焦磷酸鐵、磷酸氫鎂、磷酸鎂、次磷酸錳、焦磷酸鐵鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉

防腐劑：次磷酸鈉。 12、螯合劑：磷酸二氫鈣、磷酸、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、酸式焦磷酸鈉、偏磷酸鈉（不溶性），聚磷酸鈉（玻璃狀）。13、改良淀粉添加劑：三偏焦磷酸、磷酸二氫鉀。14、組織改良劑：焦磷酸鉀、三聚磷酸鉀、偏磷酸鈉（不溶性）、磷酸氫二鈉（玻璃質(zhì)）、三聚磷酸鈉。15、發(fā)酵食品：磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鈣、磷酸二氫鈣、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀。由上可看出：磷酸鹽在食品加工中的功能主要有兩點，一是品質(zhì)改良劑，二是營養(yǎng)強化劑。5

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

楊劍虹 - 教授 - 西南大學