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於食品加工中。

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，隨着食品加工技術的發展，磷酸鉀鹽的消費量也在逐年上升。 ^[1] 

磷酸鹽可分為正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽。

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，都溶於水；

2、磷酸氫鹽M₂HPO4，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、銨鹽外一般不溶於水。M除為一價金屬外，也可以是其他價態的金屬。磷酸二氫鈉用於控制溶液的氫離子濃度；磷酸氫二鈉用於水處理，作為多價金屬的沉澱劑；磷酸三鈉用於製造肥皂和洗滌劑。

焦磷酸是四元酸，有四種焦磷酸鹽，其中M₂H₂P₂O₇和M₄P₂O₇型是常見的。

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徵的磷鉬酸銨黃色沉澱，可用於分析檢定。 ^[1] 

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。磷酸鹽離子是一個多原子的離子，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，且是磷酸氫鹽離子的共軛鹼；磷酸氫鹽離子則是磷酸二氫鹽離子的共軛鹼；而磷酸二氫鹽離子又是磷酸的共軛鹼。它是一個超價分子（磷原子在其價殼層有着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。

除了一些鹼金屬外，大部份磷酸鹽，在標準狀態下，都是不可溶於水的。

在稀釋的水溶液中，磷酸鹽以四種形式存在。在強鹼環境下，磷酸鹽離子會較多；而在弱鹼的環境下，磷酸氫鹽離子則較多。在弱酸的環境下，磷酸二氫鹽離子較為普遍；而在強酸的環境下，則水溶的磷酸是主要存在的形式。 ^[1] 

磷酸鹽是元素磷自然產生的形態，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（只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。

在北美洲最大型的磷礦粉礦牀位於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域。而其次的是位於蒙大拿州、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是有着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。

在生物中，磷是以溶液中游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。

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）、脱氧核糖核酸（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。對於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，包含着大量的能量，所以它們在生物中有着重要的地位。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。

由於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，會對生態有着重大的影響。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）的主要成分。 ^[2] 

磷酸鹽一般會用在清潔劑中作為軟水劑，但是因為藻類的繁榮衰退週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制的。

在農業上，磷酸鹽是植物的三種主要養分之一，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只會用在有機耕種上。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，且較易溶於水，所以植物可以較快吸收。

肥料級數一般有三個數字：第一個是指氮的數量，第二個是指磷酸鹽的數量，而第三個是指鹼水。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。 ^[3] 

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制成的結合劑多數為氣硬性結合劑，即不須加熱在常温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制成的結合劑多數為熱硬性結合劑，即須經加熱到一定温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、低温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。 ^[3] 

磷是人體所必需的重要的礦物質元素，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。由於磷酸鹽能改善或賦予食品一系列優異性能，因此早在一百多年前就開始應用於食品加工中，而大量使用則在二十世紀七十年以後。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於肉製品、禽肉製品、海產品、水果、蔬菜、乳製品、焙烤製品、飲料、土豆製品、調味料、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，隨着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添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日益成為磷酸鹽類食品添加劑開發與應用的發展方向。 ^{[4]  [5]} 

根據美國食品化學藥典（FCC）磷酸鹽在食品工業中的功能可分為15類：

1、酸味劑：磷酸

2、抗結塊劑：磷酸鈣

3、抗氧化劑：次磷酸鈣

4、緩衝劑：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

5、麪糰改良劑：磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣

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

7、硬化劑：磷酸二氫鈣

8、保濕劑：聚偏磷酸鉀

9、發酵劑：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

11、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、改良澱粉添加劑：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）、三聚磷酸鈉

15、發酵食品：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，一是品質改良劑，二是營養強化劑。 ^[4]