磷酸鹽

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增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化學上是很重要的物質。

  • 中文名稱
    磷酸鹽
  • 外文名稱
    Phosphate
  • 用途
    重要的食品配料和功能增加劑
  • 分類
    正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽

基本簡介

磷酸鹽(phosphorous salts)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增加劑被廣泛用于食品加工中。

磷酸鹽

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,可製得磷酸鹽。

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,

磷酸鈉鹽是國內食品磷酸鹽的主要消費種類,隨著食品加工技術的發展,磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。

化學特徵

在酸性溶液下磷酸官能團的結構式。在鹼性的溶液下,該官能團會釋放兩個氫原子,並離化磷酸鹽帶有-2的形式電荷。[1]磷酸鹽離子是一個多原子的離子,其實驗式是PO43−,而分子量是94.97。它包含一個磷原子,並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(HPO42−)的共軛鹼;磷酸氫鹽離子則是磷酸二氫鹽離子(H2PO4−)的共軛鹼;而磷酸二氫鹽離子又是磷酸(H3PO4)的共軛鹼。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。

磷酸鹽

除了一些鹼金屬外,大部份磷酸鹽,在標準狀態下,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。在強鹼環境下,磷酸鹽離子(PO43−)會較多;而在弱鹼的環境下,磷酸氫鹽離子(HPO42−)則較多。在弱酸的環境下,磷酸二氫鹽離子(H2PO4−)較為普遍;而在強酸的環境下,則水溶的磷酸(H3PO4)是主要存在的形式。

基本形式

磷酸鹽是元素自然產生的形態,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現的(隻有極少量在隕石中可以找到)。在礦物學及地質學,磷酸鹽是指含有磷酸鹽離子的石或礦石。

磷酸鹽

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

在生物中,磷是以溶液中遊離的磷酸鹽離子的形態出現,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,且可以經由水解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。

磷酸鹽

由于磷酸鹽對生物的重要性,所以在生態學上,它是高度被採集。因此,它在環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境或微生物環境中,會對生態有著重大的影響。例如,某一種生物的瀑漲會使其他生物死亡,及某種生物數量的減少會令如氧等資源的缺乏等(參富營養化)。在污染的問題下,磷酸鹽是總溶解固體量(一種主要的水質指標)的主要成份。

基本分類

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MH2PO4,又稱一代磷酸鹽,都溶于水;②磷酸氫鹽MHPO4,又稱二代磷酸鹽;③正磷酸鹽M3PO4,又稱三代磷酸鹽。後二者除鈉、鉀、銨鹽外一般不溶于水。M 除為一價金屬外,也可以是其他價態的金屬,銨、鈣的磷酸二氫鹽和氫鹽都是重要的肥料成分。磷酸二氫鈉NaH2PO4用于控製溶液的氫離子濃度;磷酸氫二鈉 Na2HPO4用于水處理,作為多價金屬的沉淀劑;磷酸三鈉用于製造肥皂和洗滌劑。

磷酸鹽

焦磷酸是四元酸,有四種焦磷酸鹽:其中M2H2P2O7和M4P2O7型是常見的,M3HP2O7型較少,MH3P2O7型很少。

偏磷酸鹽

偏磷酸鹽通常是聚成環狀的化合物,通式是(MPO3)n,常見的有二聚偏磷酸鹽(六元環)和四聚偏磷酸鹽(八元環),多聚偏磷酸鹽不具備確定的晶體結構,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PO3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)。

化學用途

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,所以在某些地區磷酸鹽清潔劑是受到管製的。

在農業上,磷酸鹽是植物的三種主要養份之一,且是肥料的主要成份。磷礦粉是從沉積岩的磷層中開採。以前它在開採後不用加工便可使用,但現時未加工的磷酸鹽隻會用在有機耕種上。一般它都是會化學加工製成過磷酸石灰、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。

磷酸鹽

肥料級數一般有三個數位:第一個是指氮的數量,第二個是指磷酸鹽的數量(以P2O5作基準),而第三個是指鹼水(以K2O作基準)。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。

從過度施肥的農地逕流的磷酸鹽會是富營養化、赤潮及其後缺氧的起因。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症。

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,

磷酸鈉鹽是目前國內食品磷酸鹽的主要消費種類,隨著食品加工技術的發展,磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。

基本用途

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展,磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。

為充分發揮各種磷酸鹽以及磷酸鹽與其他增加劑之間的協同增效作用,滿足食品加工技術的發展需求,在實際套用中常常使用各種復配型磷酸鹽作為食品配料和功能增加劑,復配型磷酸鹽的研究與開發日益成為磷酸鹽類食品增加劑開發與套用的發展方向。

     在農業上,磷酸鹽是植物的三種主要養份之一,且是肥料的主要成份。磷礦粉是從沉積岩的磷層中開採。以前它在開採後不用加工便可使用,但現時未加工的磷酸鹽隻會用在有機耕種上。一般它都是會化學加工製成過磷酸石灰、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;

套用範疇

磷酸鹽在耐火材料中用作結合劑。磷酸鹽結合劑是以酸性正磷酸鹽或縮聚磷酸鹽為主要化合物並具有膠凝性能的耐火材料結合劑。磷酸鹽結合劑的結合形式屬化學反應結合或聚合結合。磷酸與鹼金屬或鹼土金屬氧化物及其氫氧化物反應製成的結合劑多數為氣硬性結合劑,即不須加熱在常溫下即可發生凝結與硬化作用。磷酸與兩性氧化物及氫氧化物或酸性氧化物反應製成的結合劑多數為熱硬性結合劑,即須經加熱到一定溫度發生反應後方可產生凝結與硬化作用。磷酸鹽用作耐火材料的結合劑在產生陶瓷結合之前的中、低溫範圍內具有較強的結合強度,所以被廣泛用作不定形耐火材料和不燒耐火材料的結合劑。

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