Monthly Archives: november 2010

Stabiliseringsmedel: Hydroxipropylmetylcellulosa (E464)

Introduktion till cellulosa i mat

Hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC) är ett semisyntetiskt suspensions-, förtjocknings- och stabiliseringsmedel som används främst i färdigmat och glutenfria bageriprodukter. Det är ett alternativ till animaliskt gelatin.

Findus säger att E464, hydroxipropylmetylcellulosa, som finns i deras minirösti, som ingår i enportionsrätten 'oxjärpar' behövs för att röstin ska hålla formen.

Findus säger att E464, hydroxipropylmetylcellulosa, som finns i deras minirösti, som ingår i enportionsrätten 'oxjärpar' behövs för att röstin ska hålla formen.

Ämnet kallas ibland hypromellos. Ämnet är en inert, viskoelastisk polymer som används som lubriceringsmedel för ögonbehandlingar, samt som hjälpämne och komponent  för kontrollerad leverans av mediciner via munnen och återfinns i en mängd kommersiella produkter.

HPMC är ett solit, något benvitt pulver som kan formas till granulat. Ämnet formar kolloider när det löses i vatten. Även om det är ogiftigt är det brännbart och kan reagera våldsamt med oxiderande ämnen.

Till skillnad från metylcellulosa uppvisar HPMC i vattenlösning ingen termisk gelerande egenskap. Det är när lösningen värms upp till en kritisk temperatur som lösningen stelnar till en icke-flytande men semiflexibel massa. Denna kritiska (gelerande) temperatur är vanligtvis omvänt relaterad till både koncentrationen av HPMC och metoxigruppens koncentration inom HPMC-molekylen (som i sin tur beror på graden av utbytbarhet, degree of substitution, DS, hos metxigruppen och dess MS-värde, molar substitution). Det vill säga, ju högre koncentration hos metoxigruppen, ju lägre är den kritiska temperaturen. Inflexibiliteten/viskositeten hos den resulterande massan är dock direkt relaterad till koncentrationen hos metoxigruppen (ju högre koncentration, ju mer trögflytande eller mindre flexibel är den resulterande massan).

HPMC har många användningsområden, till exempel som kakellim, gipsprodukter, farmaceutiska produkter, färger och täckmedel, mat, kosmetika, rengöringsmedel.

Användning i fullkornsbröd

Forskare vid Agricultural Research Service undersöker användandet av vegetabiliskt HPMC som ersättning för gluten för att göra havre- och fullkornsbröd. Gluten, som finns i vete, är frånvarande i havre och korn. Precis som gluten, kan HPMC fånga luftbubblor som bildats av jästen i bröddegen och få brödet att jäsa. Även om det inte varit föremål för så många studier förutspås det att fullkornsbröd som görs med HPMC kommer att få kolesterolsänkande effekter. (M. Wood, ”Inventing New Oat and Barley Breads”, Agricultural Research Service, http://www.ars.usda.gov/is/pr/2010/100225.htm, 25 februari 2010, hämtat 2010-11-27)

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Hydroxipropylcellulosa (E463)

Introduktion till cellulosa i mat

Hydroxipropylcellulosa (HPC) bereds av cellulosa som propyleras på kemisk väg. Det är bättre lösligt i vatten än cellulosa. Det är också lösligt i organiska ämnen

Ämnet kan jäsa i tjocktarmen och stora koncentrationer kan därför orsaka tarmbesvär, till exempel uppblåsthet, diarré och förstoppning.

Det är en cellulosaeter där vissa av hydroxylgrupperna i de upprepande glukosenheterna har hydroxipropylerats och därmed bildat kemiska grupper med propylenoxid. Det genomsnittliga antalet substituerade hydroxylgrupper per glukosenhet kallas degree of substitution (DS). En fullständig substitution skulle ge ett DS-värde på 3. Eftersom hydroxipropylgruppen som lagts till innehåller en hydroxylgrupp kan den också förestras under beredningen av HPC. När detta inträffar, kan antalet mol av hydroxipropylgrupper per glukosring, moles of substitution (MS), vara högre än 3.

Eftersom cellulosa är mycket kristalliniskt måste HPC ha ett MS-värde på cirka 4 för att nå god löslighet i vatten. HPC är en kombination av hydrofoba och hydrofila grupper, så det har en lägre kritisk lösningstemperatur (LCST) på 45°C. Vid temperaturer under LCST är HPS lättlösligt i vatten och över LCST olösligt.

Användningsområden

Det används som artificiella tårar då man behandlar medicinska tillstånd som kännetecknas av otillräcklig tårproduktion och som lubricerande medel för konstgjorda ögon.

Inom livsmedelskemin har HTC många olika användningsområden, främst som förtjockningsmedel, men också som fyllnadsmedel, kostfibrer och emulgeringsmedel. Det förhindrar också att ämnen klumpar sig. Det fungerar också som antiskummedel, blekningsmedel, jäsningsmedel och konserveringsmedel. Används exempelvis i konditorivaror, till exempel Kanel-lyx från Jerkstrands konditori.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Etylcellulosa (E462)

Introduktion till cellulosa i mat

Etylcellulosa (EC), inom kemin kallat cellulosaetyleter, är ett cellulosaderivat där vissa av hydroxylgrupperna på de upprepande glukosenheterna konverterats till etyletergrupper. Antalet grupper kan variera litegrann beroende på tillverkare.

Det är vita korn eller ett vitt pulver som inte smakar eller doftar något. Det har god stabilitet gentemot solljus, värme, syre och väta, och är stabilt mot kemikalier. Praktiskt taget olösligt i vatten, i glycerol och i propan-1,2-diol, men lösligt i varierande proportioner i vissa organiska lösningsmedel beroende på etoxylinnehåll. Etylcellulosa innehållande högst 46–48 % etoxylgrupper är lättlösligt i tetrahydrofuran, i metylacetat, i kloroform och i blandningar av aromatiska kolväten och etanol. Etylcellulosa innehållande minst 46–48 % etoxylgrupper är lättlösligt i etanol, i metanol, i toluen, i kloroform och i etylacetat. Det har låg brännbarhet, liten hydroskopi och gott elektriskt beteende.

Man täcker medicinska tabletter med det för att de inte ska släppa ifrån sig medicinen i förtid.

Det är arombevarande och används i godis och andra produkter. Används också för att få till och bevara den rätta ‘munkänslan’ i mat och godis. Används i matlagning som stabiliseringsmedel och emulgeringsmedel.

2 kommentarer

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Metylcellulosa (E461)

En introduktion till cellulosa i mat

Kallas också MC (Methylether Cellulose). MC bereds av cellulosa och metyleras kemiskt.

I ren form är det ett hydrofilt vitt pulver som kan lösas i kallt vatten och bilda en klar, viskös lösning eller gel.

Kemi

Metylcellulosa förekommer inte naturligt, utan är syntetiskt framställt genom att man upphettar cellulosa med lut (till exempel en natriumhydroxidlösning) och behandlar det med metylklorid. I påföljande sustitutionsreaktion ersätts hydroxylgrupperna med metoxid.

Olika typer av metylcellulosa kan framställas beroende på antalet substituerade hydroxylgrupper. Cellulosa är en polymer som består av flera kopplande glukosmolekyler som var och en uppvisar tre hydroxylgrupper. Substitutionsgraden (DS) hos en viss given form av metylcellulosa definieras som det genomsnittliga antalet substituerade hydroxylgrupper per glukos. Det teoretiska maxvärdet är alltså en ett DS på 3,0, men mer typiska värden är 1,3-2,6.

Olika metylcellulosapreparat kan också skilja sig åt när det gäller medellängden på deras polymernät.

Löslighet och temperatur

Metylcellulosa har en lägre kritisk lösningstemperatur (LCST) på mellan 40°C och 50°C. Vid temperaturer under LCST är det lättlösligt i vatten; över LCST är det inte lösligt, vilket får den paradoxala effekten att uppvärmning av en mättad metylcellulosalösning gör det fast, eftsom metylcellulosa kommer att fällas ut. Vid vilken temperatur detta sker beror på DS-värdet – högre DS-värde ger lägre löslighet och mindre utfällning eftersom de polära hydroxylgrupperna är maskerade.

Att bereda en metylcellulosalösning med kallt vatten är dock svårt. När pulvret kommer i kontakt med vatten bildas ett klibbigt lager runt det och insidan förblir torr. Ett bättre sätt är att först blanda pulvret med varmt vatten så att metylcellulosapartiklarna blandas väl i vattnet och sedan kyla ner denna dispersion under omrörning, vilket leder till partiklarnas upplösning.

Det är ofta rekommenderat att man löser metylcellulosa i flytande kaustiksoda och något organiskt lösningmedel och därefter reagerar det med exempelvis halogenider eller epoxyid. Därefter återvinner man lösningsmedlen och tvättar produkten, torkar och maler den.

Användningsområden

Metylcellulosa används i många produkter, bland annat som förtjockningsmedel, men också som utfyllnadsmedel, kostfibrer, klumpförebyggande och emulgeringsmedel.

Konsumentprodukter

Förtjockningsmedel och emulgeringsmedel

Metylcellulosa tillsätts ofta till schampo, tandkräm och flytande tvål, för att skapa den karaktäristiska tjocka konsistensen. Detta gör man även för livsmedel, till exempel glass, gräddliknande produkter och potatiskroketter. Metylcellulosa är ett viktigt emulgeringsmedel som förhindrar separation av två blandade vätskor. Det skänker suspension och stabiliserar.

Behandling av förstoppning

När man ätit metylcellulosa absorberas det inte av tarmarna utan passerar ostört genom mag-tarmkanalen. Det drar till sig stora mängder vatten i tjocktarmen, vilket ger en mjukare och kraftigare avföring. Det används för behandling av förstoppning, tarmfickor, hemorrojder och irritabel tarm. Det bör tas med mycket vätska för att man ska undvika uttorkning.

Det absorberar vatten och potentiellt giftiga ämnen och ökar viskositeten, och kan därför användas i behandling av diarré.

Glidmedel

Metylcellulosa används som viskositetsgivare i glidmedel.

Konstgjorda tårar och saliv

Lösningar innehållande metylcellulosa eller liknande derivat används som substitut för tårar och saliv om den naturliga produktionen av dessa vätskor är störd.

Koststillskottskaplsar

Metylcellulosa används vid tillverkning av kosttillskottskapslar. Dess ätliga och icke-toxiska egenskaper gör att det blir ett säkert alternativ till gelatin.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Mikrokristallinisk cellulosa (i), cellulosapulver (ii) (E460)

Introduktion till cellulosa i mat

Mikrokristallinisk cellulosa (i) (MCC), eller mikrokristallinsk cellulosa, är en mekaniskt disintegrerad polymeriseringsgrad av cellulosa (DP). Det består av renade, depolymeriserade, mikrokristalliniska kolloidala partiklar i submikronstorlek. Det framställs genom att man behandlar alfacellulosa (cellulosa I) som man tagit fram ur pappersmassa från fiberrika växter med hjälp av mineralsyror.

Det är ett vitt, smaklöst, friflytande pulver som är relativt fritt from organiska och oorganiska föroreningar. Det är metaboliskt inert och har utmärkta vattenabsorberande, svällande och dispergerande egenskaper, är olösligt i vatten, utspädd syra, vanliga organiska lösningsmedel och oljor. Delvis lösligt i utspädd alkali.

Mikrokristallinisk cellulosa säljs som vanligt torkat pulver med en partikelstorlek på 20-90μm och i spraytorkade direkt kompressibla former.

En annan form är kolloidalt MCC, vilket är vattenlösligt och har egenskaper som liknar vattenlösligt gummi. Det krävs användning av mekanisk energi efter hydrolysen för att slita sönder mikrofibriller och det ger en betydande del aggregat i kolloidala storlekar (mindre än 0,2μm i diameter).

Cellulosa i mer ursprungligt skick har både amorfa och kristallina områden och de amorfa områdena angrips av lösningsmedel och kemisk reagens först. I produktionen av (i) används ytterligare ett hydrolyssteg med renad pappersmassa och saltsyra som minskar graden av polymerisation. Detta följs av ordentlig tvättning med avmineraliserat vatten. Kvar finns bara de små, syrafasta kristalliniska områdena, kristaller. Den avpatogeniserade flytande sörjan bereds för spraytorkning, blandas och packas.

Den direkt kompressibla graden av mikrokristallinisk cellulosa kan komprimeras till självbindande tabletter. Det fungerar som hjälpämne när det gäller flöde och smörjning och har bindande egenskaper.

Används även som textur- och strukturgivare, förtjockningsmedel, stabiliseringsmedel i exempelvis tomatsåser och glassar, där det också används som suspensionsmedel, klumpförebyggande medel, smakbärare i riven ost, skumstabilisator, fettersättning i exempelvis fettsnål korv och glass med lägre fetthalt, emulgeringsmedel, gelerar och förbättrar såsers och dressingars vidhäftning, används i vispade vegetabiliska ‘toppings’ (förbättrar kropp, struktur och stabilitet). Dessutom används det i BBQ-såser, flytande dietprodukter, bredbara smörgåspålägg, och majonäs med lågt kaloriinnehåll.

Cellulosapulver (ii) kommer från pappersmassa som bearbetats mekaniskt för att uppnå fiberlängder på mellan 0,4 och 4 millimeter.

(ii) används som klumpförebyggande medel i exempelvis riven ost och kryddor, som fuktbevarande, kalorifattigt fyllnadsmedel i produkter med reducerat kaloriinnehåll, texturgivare och dispergeringsmedel, emulgeringsmedel i frysta produkter för att de ska behålla konsistens genom frys-upptiningscykler, och som juicefilter.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Introduktion till cellulosa i mat

Den cellulosa man använder i mat delas in i följande grupper:

E460 Mikrokristallinisk cellulosa (i), cellulosapulver (ii)
E461 Metylcellulosa
E462 Etylcellulosa
E463 Hydroxipropylcellulosa
E464 Hydroxipropylmetylcellulosa
E465 Metyletylcellulosa
E466 Karboximetylcellulosa
E469 Enzymatiskt hydrolyserad karboximetylcellulosa

Cellulosa är en organisk förening, en polysackarid som består av en linjär kedja av många hundra till över tio tusen β(1→4)-länkade D-glukosenheter, en homopolymer. I princip, även om det inte alltid är praxis i branschen, är cellulosapolymerer förnybara resurser.

Det är den strukturella komponenten i den primära cellväggen hos gröna växter, många slag av alger, oomyceter och sjöpung. Vissa bakterier avsöndrar det och bildar biofilm.

Cellulosa är den vanligaste organiska föreningen på jorden. Ungefär 33% av all växtlighet är cellulosa (cellulosainnehållet i bomull är 90% och innehållet i trä är mellan 40 och 50%). För industriella ändamål utvinns cellulosa huvudsakligen ur pappersmassa och bomull.

Vissa djur, särskilt idisslare och termiter, kan smälta cellulosa med hjälp av symbiotiska mikroorganismer som lever i tarmarna. Människor kan också smälta cellulosa i viss mån även om vår matsmältningsapparat inte kan spjälka cellulosans β-1,4-glykosidbindningar och vi därmed inte kan tillgodogöra oss cellulosans energivärde, men ofta äts det som kostfibrer eller grovfoder och fungerar som ett hydrofilt fyllnadsmedel i avföring. I naturen bryts det ner av svampar och bakterier.

Historik

Cellulosa upptäcktes 1838 av den franske kemisten Anselme Payen, som isolerade det från växtmaterial och bestämde dess kemiska formel. Cellulosa användes av Hyatt Manufacturing Company 1870 för att producera de första framgångsrika termoplastiska polymererna, celluloider. Hermann Staudinger bestämde cellulosans polymerstruktur 1920, Shiro Kobayashi och Shin-ichiro Shoda var de första att kemiskt syntetisera cellulosa (utan användning av biologiskt framställda enzymer) år 1992.

Struktur och egenskaper

Cellulosa har ingen smak, är luktfritt, är hydrofilt med en kontaktvinkel på 20-30, är olösligt i vatten och de flesta organiska lösningsmedel, är kiralt och är biologiskt nedbrytbart. Det kan brytas ner i kemiskt i sina glukosmolekyler genom att man behandlar det med koncentrerade syror vid höga temperaturer.

Cellulosa utvinns ur D-glukosenheter, vilka kondenserar genom β(1→4)-glykosidbindningar. Detta kopplingssätt kontrasterar mot det för α(1→4)-glykosidbindningar som finns i stärkelse, glykogen och andra kolhydrater.

Cellulosa är en rak kedjepolymer: till skillnad från stärkelse ringlar den sig inte och avgrenar sig inte, och molekylen antar en längre och ganska stel stavformad konformation, stöttad av den ekvatoriella konformationen hos glukosenheterna. De många hydroxylgrupperna på glukoset från en kedja formar vätebindningar med syremolekyler på samma eller en närliggande kedja, vilket håller kedjorna tätt samman sida vid sida och bildar mikrofibriller med hög draghållfasthet. Denna styrka är viktig i cellväggarna, där mikrofibriller sammanflätas till en kolhydratmatris som ger styvhet till växtceller.

Jämfört med stärkelse innehåller cellulosa också betydligt mer kristallin. Medan stärkelse genomgår en kristallin-till-amorf-övergång när det hettas up över 60-70°C i vatten (som i matlagning), kräver cellulosa en temperatur på 320°C och ett tryck på 25 MPa för att bli amorft i vatten.

Flera olika kristallinstrukturer av cellulosa är kända och de motsvarar platsen för vätebindningarna mellan och inom strängarna. Naturligt cellulosa är cellulosa I, med strukturerna I α and I β. Cellulosa som produceras av bakterier och alger är anrikat med I α medan cellulosa av högre stående växter består i huvudsak av I β. Cellulosa i regenererade cellulosafibrer är cellulosa II. Omvandlingen av cellulosa I till cellulosa II är inte vändbar, vilket tyder på att cellulosa I är metastabil och cellulosa II stabil. Med olika kemiska behandlingar är det dock möjligt att producera strukturerna cellulosa III och cellulosa IV.

Många av egenskaperna hos cellulosa beror på dess kedjelängd eller polymerisationsgrad, antalet glukosenheter som bildar en polymermolekyl. Cellulosa från pappersmassa har generellt sett kedjelängder på mellan 300 och 1700 enheter eller glukosringar, bomull och andra växtfibrer samt bakteriell cellulosa har kedjelängder på mellan 800 till 10.000 enheter. Molekyler med mycket små kedjelängder som är ett resultat av cellulosans nedbrytning kallas cellodextriner. I motsats till cellulosa är cellodrextrinerna vanligtvis lösliga i vatten och organiska lösningsmedel.

Vegetabiliska cellulosa brukar finnas i en blandning med hemicellulosa, ligning, pektin och andra ämnen, medan mikrobiell cellulosa är helt ren, har en mycket högre vattenhalt och består av långa kedjor.

Olika cellulosakällor används för olika ändamål, av ekonomiska skäl. Massa och papper tillverkas vanligen av trä, medan textilfibrer i allmänhet inte är isolerade från träfibrer. Bomull är en biologisk källa till nästan ren cellulosa, men detta används vanligtvis inte i livsmedelsklassade cellulosaformer utan används istället till olika cellulosaderivat, farmaceutiska eller kemiska användningsområden, såsom kromatografi, målarfärger och sprängämnen. Bakteriella källor till cellulosa har också utvecklats genom att Acetobacter xylinum jäser glukossubtrat från majssirap. Dessa producerar cellulosa med liten partikeldiameter med mer yta än pulvercellulosa utvunnen ur pappersmassa. De har hög draghållfasthet och hög vattenhållande förmåga och används för närvarande som en högt värderad specialkemikalie med applikationer som sträcker sig från akustiska högtalare till högkvalitativt papper, livsmedelsdieter och konstgjord hud.

Cellulosa från bomull behöver bara en behandling med varm natriumhydroxidlösning som tar bort protein, pektinämnen och vax, för att man ska få fram cellulosa av hög kvalitet. Trä kräver en mera omfattande behandling för att lösa hemicellulosorna och ligninget (deliginifiering). Dessutom finns det relativt små mängder cellulosa som härrör från bakterier kommersiellt tillgängligt, så de används inte till mat.

Massaprocessen

Trä innehåller ungefär 50% cellulosa, 30% hemicellulosa och 20% lignin. Massaprocessen skiljer cellulosa från lignin och hemicellulosa (strukturellt obesläktade polysackarider), ger det en fibrös form som renas, torkas och levereras i stora rullar.

Under pappersmassabehandlingen barkas timmer och huggs till flis. Det mals mekaniskt och rötas (kokas) därefter kemiskt med hjälp av antingen sulfit eller alkaliska processer vid förhöjd temperatur i tryckkärl eller kokare. Båda processerna kan modifieras så att de framställer cellulosa med högre renhet som inte bara är fritt från ligniner och hemicellulosa, men ock ytterligare degraderad så att resultatet blir produkter med reducerad molekylärvikt och derivat. Diverse sulfitprocesser används för delignifiering av massa, inklusive bisulfitprocessen – vilken använder kalciumbisulfit i närvaro av svaveldioxid med pH på mellan 2 och 6 på olika träslag. Alkaliska processer använder antingen natriumhydroxid (utspädd natriumhydroxid) eller natriumsulfat (Kraftprocess) som alkalikälla. Kraftprocessvätska innehåller kaustiksoda och natriumsulfid, och ökar delignifiering samt även massans styrka. Kemikalier som används i massaprocessen är potentiella föroreningar som kan återvinnas, vilket ökar kostnaderna för investeringarna i pappersbruket. Nya fabriker utformas med energieffektivitet, kemisk återhämtning och vattenföroreningar i åtanke. Nyare syrealkalisystem undviker användning av svavelföreningar, men fibrerna har lägre rivstyrka.

En annan metod för att bryta ner lignocellulosa (annat än Kraft eller sulfitprocesserna) är ångexplosion. Här används fuktmättad flis under högt tryck och höga temperaturer vilket betyder mildare villkor för papperstillverkare och gjutna byggmaterial.

Efter massatillverkning krävs flera åtgärder, inklusive blekning och alkaliutvinning, för att man ska kunna utveckla produkter med önskad molekylärvikt och fysisk fiberlängd. Blekning kan inbegripa upp emot 12 steg, som klorering, hypokloritblekning, klordioxidblekning och extraktion med koncentrerad natriumhydroxid tillsammans med mellanliggande extraktion (tvätt) efter varje oxidativt stadium. Det måste vara renat och blekt för att klara lagstiftningskraven när det gäller matkemikalier. Rening kan innebära tillsats av ytaktiva ämnen i ett ytterligare varmt svagt alkaliskt avskiljningssteg efter klorering. Ett annat alternativ är att behandla massan med ytterligare ett bad i 6-10% natriumhydroxid efter blekningen. De slutliga stegen i de flesta reningsverken inkluderar användningen av svavelsyra och möjligtvis kelatbildare.

Derivat

Cellulosans hydroxylgrupper (-OH) kan helt eller partiellt reageras med diverse reagenser för att framställa derivat med användbara egenskaper som främst cellulosa estrar eller cellulosaetrar (-OR). I princip, även om det inte alltid är praxis i branschen, är cellulosapolymerer förnybara resurser.

Exempel på estrar är cellulosaacetat, cellulosatriacetat, cellulosapropoionat, cellulosaacetatpropionat, cellulosabutyrat, nitrocellulosa (cellulosanitrat), cellulosasulfat.

Cellulosaacetat och cellulosatriacetat är film-och-fiberbildande material med en mängd användningsområden.

Exempel på eterderivat är de former av cellulosa som vi också känner som E460 mikrokristallinisk cellulosa (i) cellulosapulver (ii), E461 metylcellulosa, E462 etylcellulosa, E463 hydroxipropylcellulosa, E464 hydroxipropylmetylcellulosa, E465 metyletylcellulosa, E466 karboximetylcellulosa, E469 enzymatiskt hydrolyserad karboximetylcellulosa.

8 kommentarer

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Natriumpolyfosfat (i), kaliumpolyfosfat (ii), natriumkalciumpolyfosfat (iii), kalciumpolyfosfat (iv) (E452)

En introduktion till fosfater som tillsats i mat.

Polyfosfater är salter eller estrar av polymeriska oxoanjoner som bildats av tetraedriska fosfatstrukturenheter som länkats samman med delade syreatomer. När två hörn delas kan polyfosfaten få en linjär kedjestruktur eller en cyklisk ringstruktur. Inom biologin är polyestrarna AMP, ADP och ATP involverade i energiöverföring.

Dessa ämnen är salter av natrium, kalium, kalcium och ammonium. (i) var tidigare känt som E450c(i), (ii) var tidigare känt som E450c(ii).

De fungerar som stabiliseringsmedel, konsistensmedel och vattenbindande medel i till exempel glass, soppor och såser, kött- och fiskprodukter, till exempel djupfryst fisk samt i konfektyrprodukter av socker (max 5 gram per kilo).

Det sägs att det inte finns några kända negativa effekter när man använder dem i mat, men höga fosfatkoncentrationer kan störa många metabolismprocesser eftersom fosfat spelar en sådan viktig roll i generell metabolism.

Accepterat dagligt intag är 70 milligram per kilo kroppsvikt.

Natriumpolyfosfat (i) kallas också natriumhexametafosfat (SHMP), natriumtetrapolyfosfat, Grahams salt, Natriumpolyfosfater (glasartade), natriumpolymetafosfat och natriummetafosfat. De är färglösa eller vita, genomskinliga plättar, granulat eller pulver och är mycket lösligt i vatten.

Lösliga natriumpolyfosfater erhålls genom sammansmältning och påföljande nedkylning av natriumortofosfater. Dessa föreningar utgör en klass amorfa, vattenlösliga polyfosfater bestående av raka kedjor av metafosfatenheter, (NaPO3)x där x ≥ 2, vilka avslutas med Na2PO4-grupper. Natriumpolyfosfaterna identifieras vanligen utifrån förhållandet mellan Na2O och P2O5 eller utifrån P2O5-halten. Na2O/P2O5-förhållandet varierar från ca 1:3 för natriumtetrapolyfosfat, där x = ca 4, till ca 1:1 för Grahams salt, vanligen kallat hexametafosfat, där x = 13 till 18, och till ca 1:0 för natriumpolyfosfater med högre molekylvikt, där x = 20 till 100 eller mer. Lösningar av dessa föreningar har ett pH som varierar mellan 3,0 och 9,0 i en 1-procentig lösning.

(i) används som komplexbildare och används inom en mängd olika brancher. Med hjälp av natriumkarbonat kan man höja dess pH till mellan 8,0 och 8,6, vilket gör (i) användbart som vattenmjukgörare och i tvättmedel. Det används också som dispergeringsmedel för att bryta ner lera och andra jordarter.

Ett mindre känt användningsområde för (i) är som en deflockulant vid tillverkning av terra sigillata, en keramisk teknik där man använder lera med de finaste partikelstorlekarna. (i) gör att tunga partiklar sjunker till botten så att man kan suga bort de små partiklarna och applicera dem på keramikytan.

(i) är också ett vitgöringsmedel som ingår i vissa tandkrämer med blekningsfunktion och munvatten.

Det är också en ingrediens i falsk lönnsirap, till exempel Aunt Jemima’s Original Syrup. Används också i florsocker (max 10 gram per kilo).

Kaliumpolyfosfat (ii) är också känt som kaliummetafosfat, kaliumpolymetafosfat och Kurrols salt.

Det är heterogena blandningar av kaliumsalter av linjära kondenserade polyfosforsyror med den allmänna formeln H(n + 2)PnO(3n + 1) där ’n’ är minst 2 och förekommer som ett fint vitt pulver eller kristaller eller färglösa glasartade plättar.

1 gram löser sig i 100 milligram av en 1:25 natriumacetatlösning. I en 1-procentig lösning har det ett pH på högst 7,8.

Det används bland annat som flamskyddsmedel, gödsel och växtnäring. Det används också som emulsifieringsmedel i nudlar, köttprodukter och i ostprodukter.

Natriumkalciumpolyfosfat (iii) är också känt som natriumkalciumpolyfosfat (glasartat).

Det är vita, glasartade kristaller och kulor. Det har ett pH på cirka 5 till 7 en 1-procenting uppslammning.

(i) används i paneringsdegar (max 12 gram per kilo).

Kalciumpolyfosfat (iv) är också känt som kalciummetafosfat och kalciumpolymetafosfat.

Det är heterogena blandningar av kalciumsalter av kondenserade polyfosforsyror med den allmänna formeln H((n + 2)PnO(n + 1) där ’n’ är minst 2. Ämnet är luktfritt och förekommer som färglösa vita kristaller eller vitt pulver. Det är ofta svårtlöst i vatten, utan löses vanligen i sura medier.

(iv) används i filéer av oberedd fisk, fryst och djupfryst (max 5 gram per kilo), oberedda och beredda frysta och djupfrysta blötdjurs- och kräftdjursprodukter (max 5 gram per kilo), beredda potatisprodukter (inklusive frysta, kylda och torkade beredda produkter) och för stekt fryst och djupfryst potatis (max 5 gram per kilo), bredbara fetter med undantag av smör (max 5 gram per kilo), smör av syrad grädde (max 2 graper kilo), kräftdjursprodukter på burk (max 1 gram per kilo), vattenbaserade emulsionssprayer för infettning av bakformar (max 30 gram per kilo), kaffebaserade drycker för dryckesautomater (2 gram per liter).

Läs mer: ”Tvättmedel i automatkaffe” (Aftonbladet). Notera att Selecta numera kallar sitt Selecta Whitener för ‘vitt’ istället för mjölk.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: pentanatriumtrifosfat, pentakaliumtrifosfat (E451)

En introduktion till fosfater som tillsats i mat.

Tidigare hade dessa ämnen beteckningarna E450b (i) respektive (ii). De är natrium. eller kaliumsalter med fosfater. De framställs syntetiskt från sina repektive karbonater och fosforsyra. De fungerar som buffertar, stabiliseringsmedel och emulsifieringsmedel. De används också för att kunna behålla vatten under beredning av produkten.

Pentanatriumtrifosfat (i) kallas ibland natriumtrifosfat, STP (sodium triphosphate), STPP (sodium tripolyphosphate), natriumtripolyfosfat. Det är ett oorganiskt ämne.

Dess stora användningsområde är som tvättmedel och är som sådan en betydande källa till övergödning. Det har en funktion som vattenmjukgöringsmedel.

Andra användningsområden inkluderar keramik, läder, klumpförebyggande medel, flamskyddsmedel, papper, rostkyddsfärg, pigment, textilier, gummitillverkning, aktivt kol, jäst och frostskyddsvätska.

År 2000 beräknades den världsvida förbrukningen av (i) till cirka 2 miljoner ton. (K. Schrödter et. al. ”Phosphoric Acid and Phosphates” i Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2008, Wiley-VCH, Weinheim) Eftersom det är mycket vattenlösligt överförs det inte i några betydande mängder till avloppsslam och därmed till jorden genom slamspridning. Som ingrediens i rengöringsmedel finns (i) närvarande i hushållens avloppsvatten och släpps främst ut i vattenmiljön – direkt, via reningsverk, infiltration eller andra autonoma avloppssystem.

Rengöringsmedel som innehåller fosfor bidrar tillsammans med andra källor av fosfor till övergödning av många sötvatten. (”Complexing agents”, Environmental and Health Assessment of Substances in Household Detergents and Cosmetic Detergent Products, http://www2.mst.dk/common/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/publications/2001/87-7944-596-9/html/default_eng.htm, Danska miljödepartementet, hämtat 2010-11-12) Övergödning, eller eutrofiering, syftar på en ökning av kemiska näringsämnen – vanligtvis föreningar som innehåller kväve eller fosfor – i ett ekosystem. Det kan inträffa på land eller i vatten. Termen används dock oftast för att beskriva den resulterande ökningen i ekosystemets primärproduktion (överdriven växttillväxt och förruttnelse) och andra effekter, inklusive syrebrist och allvarlig minskning av vattenkvalitén, fiskbeståndet och andra djurbestånd.

Accepterat dagligt intag ligger på 70 milligram per kilo kroppsvikt.

Pentakaliumtrifosfat (ii) kallas ibland också pentakalimtripolyfosfat. Synonym är kaliumtrifosfat (KTPP). Det är ett hygroskopiskt vitt pulver eller granulat. Det ger textur och används som ytbehandlingsmedel eller i tvättmedel liknande (i) ovan och är mycket lösligt i vatten. Dess pH i en 1 till 100 lösning ligger på 9,2 till 10,2.

I stora delar av Europa och USA är det numera inte tillåtet att använda (i) och (ii) i tvättmedel. I Europa, och alltmer i USA, används föreningar såsom zeoliter (aluminiumsilikat) och fosfonater (en form av fosfat som man menar inte stödjer algtillväxt) som substitut för komplexa fosfater i tvättmedel. Men många pulvertvättmedel använder helt enkelt natriumkarbonat som främsta byggsten med lite natriumsilikat som hjälper till att skydda tvättmaskinens delar, och lite modifierad pappersmassa, kallad CMC eller karboxymetylcellulosa, för att förebygga att skräp återdepositioneras på tyget. Mer sofistikerade tvättmedel har nyare och patenterade kemikalier för att hjälpa till med hanteringen av de funktioner som en gång utfördes av komplexa fosfater. Några av dessa nyare kemikalier är mycket giftigare än de fosfater de ersätter.

Används vanligtvis i fisk i en 5-10%-lösning. Man doppar fisk i lösningen eller blandar i uppmätt mängd i fisken och mixar. Eftersom ämnena är fuktbevarande har de en förmåga att hålla kvar vätska i fisk och skaldjur i synnerhet och därmed väsentligt öka dess vikt. Ämnena (i) och (ii) fungerar som bindemedel genom att de bildar ett klibbigt lager av svullna proteiner på ytan av en filé.

Både (i) och (ii) fungerar som konserveringsmedel och stabiliseringsmedel för skaldjur (där de till exempel kan minimera sådana ovälkomna reaktioner såsom ”Black-spot” på räkor), kött (exempelvis Scans falukorv och Pärsons rökta skinka), fågel och djurfoder.  Dessutom används ämnena i ost, glass, bakverk, och soppor.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

Stabiliseringsmedel: Dinatriumdifosfat (i), trinatriumdifosfat (ii), tetranatriumdifosfat (iii), tetrakaliumdifosfat (v), dikalciumdifosfat (vi), kalciumdivätedifosfat (vii) (E450)

En introduktion till fosfater som tillsats i mat.

Natrium, kalium och kalcium med fosfater. Alla är syntetiskt framställda genom sina karbonater och fosforsyra. Ämnena fungerar som buffertrar, stabiliseringsmedel och emulgeringsmedel. De är något giftiga och milt irriterande.

Dinatriumdifosfat (i) är ett vitt pulver eller korn. Det kemiska namnet är dinatriumdivätedifosfat. Synonymer är dinatriumdivätedifosfat, dinatriumdivätepyrofosfat, dinatriumpyrofosfatsyra och natriumpyrofosfat. I en 1-procentig lösning har det ett pH på mellan 3,7 och 5,0. Förekommer i bland annat bakpulver och pommes frites.

Trinatriumfosfat (ii) är ett vitt pulver eller korn, förekommer vattenfritt eller som monohydrat. I en 1-procentig lösning har det ett pH på mellan 6,7 och 7,5. Synonymer är trinatriumpyrofosfatsyra och trinatriumvätedifosfat. Används som mjölbehandlingsmedel (mjölblekning) och som konserveringsmedel.

Tetranatriumdifosfat (iii) är färglösa eller vita kristaller eller ett vitt kristallint eller granulärt pulver. Dekahydratet efflorescerar något i torr luft. I en 1-procentig lösning har det ett pH på mellan 9,8 och 10,8. Synonymer är tetranatriumpyrofosfat och natriumpyrofosfat. Binder metaller och förhindrar missfärgning på grund av metaller. Används i vissa quornprodukter som jäsmedel, som stabiliseringsmedel i Dr. Kousas Vetediet och i färdig klyftpotatis.

Tetrakaliumdifosfat (v) är färglösa kristaller eller vitt, mycket hygroskopiskt pulver. I en 1-procentig lösning har det ett pH på mellan 10,0 och 10,8. Synonymer är kaliumpyrofosfat, TSPP (tetrasodium phosphate) och tetrakaliumpyrofosfat. Används också som förtjockningsmedel. Vanliga produkter som innehåller (v) är kycklingnuggets, marshmallows, puddingar, krabbkött, crabfish, konserverad tonfisk och sojabaserade köttalternativ. Används i vissa bakpulver. I tandkräm och tandtråd fungerar (v) som tandstenskontrollant och används för att avlägsna kalcium och magnesium för saliven och förhindrar dem därmed från att deponeras på tänderna. Används ibland i rengöringsmedel.

Dikalciumdifosfat (vi) är ett fint, luktfritt pulver. I en 10-procentig vattensuspension har det ett pH på mellan 5,5 och 7,0. Olösligt i vatten, lösligt i utspädd saltsyra och salpetersyra. Kemiska namn är dikalciumdifosfat och dikalciumpyrofosfat. Synonym är kalciumpyrofosfat. Används som jäsmedel och förstärkare i bröd och även som kalciumtillskott. Eftersom ämnet är surt reagerar det när man kombinerar det med en alkalisk ingrediens – vanligtvis natriumbikarbonat (bikarbonat) eller kaliumvätekarbonat – och producerar koldioxid och en salt. Det är koldioxidgasen som jäser det bakade. När man tillsätter det i färdigt bakpulver är syran och de alkaliska ingredienserna tillsatta i rätta proportioner så att de exakt neutraliserar ut varandra utan att på något betydande sätt förändra produktens pH.

Kalciumdivätedifosfat (vii) är vita kristaller eller vitt pulver. Synonymer är kalciumpyrofosfatsyra och kalciumdivätepyrofosfat. Ämnet tillverkas genom förbränning av kalciumortofosfat. Används i bakprodukter.

Accepterat dagligt intag är 70 milligram per kilo kroppsvikt.

1 kommentar

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel

En introduktion till fosfater som tillsats i mat

En fosfatgruva i Hardee County i centrala Florida. Sjuttiofem procent av det fosfat som används i Förenta Staterna kommer från denna region.

En fosfatgruva i Hardee County i centrala Florida. Sjuttiofem procent av det fosfat som används i Förenta Staterna kommer från denna region.

Det finns tre grupper av fosfater som används som stabiliseringsmedel. De ges följande beteckningar: E450 (vinatriumdifosfat (i), trinatriumdifosfat (ii), tetranatriumdifosfat (iii), tetrakaliumdifosfat (v), dikalciumdifosfat (vi), kalciumdivätedifosfat (vii)), E451 (pentanatriumtrifosfat (i), pentakaliumtrifosfat (ii)) och E452 (Natriumpolyfosfat (i), kaliumpolyfosfat (ii), natriumkalciumpolyfosfat (iii), kalciumpolyfosfat (iv)). Jämför ammoniumfosfatider (E442).

Ett fosfat är ett oorganiskt kemikaliskt ämne, ett salt av fosforsyra. Inom den organiska kemin är ett fosfat, eller organofosfat, en ester av fosforsyra. Organiska fosfater är viktiga inom biokemin, geokemin och ekologin. Oorganiska fosfater bryts ur gruvtäkter för att användas inom jordbruket och industrin. Vid höga temperaturer i fast form kan fosfater kondensera och bilda pyrofosfater.

Inom biokemin

I biokemiska system hittar man fosfor som fria fosfaterjoner i lösning och kallar dem oorganiska fosfat för att särskilja dem från fosfater bundna i diverse fosfatestrar.

Oorganiskt fosfat kan framställas genom en hydrolys av pyrofosfat, men fosfater hittas oftast i form av adenosinfosfater (AMP, ADP och ATP) och i DNA och RNA och kan utsläppas genom hydrolys av ATP och ADP. Liknande reaktioner finns för de andra nukleotida difosfaterna och trifosfaterna. Fosfoanhydridbindningar i ADP och ATP, eller andra nukeotida difosfater och trifosfater, innehåller stora mängder energi vilket ger dem deras vitala roll i alla levande organismer. Man talar ofta om dem som högenergifosfater, precis som fosfagener i muskelvävnad.

Tillsättandet och borttagandet av fosfater från proteiner i alla celler är en viktig strategi i regleringen av metaboliska processer.

Fosfater är användbara i animaliska celler som buffertsystem. En viktig förekomst av fosfater i biologiska system är som byggnadsmaterial för ben och tänder. Dessa strukturer tillverkas av kristallina kalciumfosfater i form av hydroxyapatit. Den hårda och täta emaljen hos däggdjurständer består av fluoroapatit, en hydroxykalciumfosfat där vissa av hydroxylgrupperna har ersatts av flourjoner.

Exoskelettet hos insekter och kräftdjur (och till viss del alla leddjur under någon tid) är konstruerat av kitin, vilket innehåller kristallina kalciumfosfater som förstärkningsmaterial.

Inom geokemin

Fosfater är de naturligt förekommande formerna av grundämnet fosfor, vilket man kan hitta i många fosfatmineral. Inom mineralogi och geologi är fosfat en sten eller malm som innehåller fosfatjoner. Oorganiska fosfater bryts för att få fosfor till användning inom jordbruket och industrin.

De största fyndigheterna av forforit eller råfosfat i Nordamerika ligger i Bone Valley i centrala Florida, USA, Soda Springs-regionen i Idaho, och North Carolinas kust. Mindre fyndigheter finns i Montana, Tennessee, Georgia och South Carolina nära Charleston utefter Ashley Phosphate Road. Den lilla önationen Nauru och dess grannland Banaba Island, som brukade ha stora fosfatfyndigheter av högsta kvalitet, har blivit utnyttjad och bruten till överdrift. Råfosfat kan också hittas i Australien, Egypten, Irak, Israel, Marocko, Saudiarabien, Tunisien, Togo, Jordanien, Västsahara och på Makatea, Navassaön, länder och områden som har stora fosfatindustrier.

Tidskriften The Scientist menade att ”världen håller på att få slut på billigt fosfor, grundämnet som är hjärtat hos stora jordbruksframsteg och törniga miljöproblem. Inte förrän nu börjar biologer att förstå vad det betyder för utveckling och mänsklig hälsa.”

”Grundämnet fosfor, vilket naturligt binder till fyra syremolekyler i olika fosfatsalter, är inte bara ett viktigt näringsämne – det är ett av livets grundläggande näringsämnen. Det är en komponent i ben, de fosfolipidmembran som omsluter celler och deras organeller, den viktigare delen av adenosintrifosfatkoenzymet (ATP) som driver cellernas maskinerier, och del av ryggraden i varje DNA och RNA-molekyl. Liv, för att inte tala om mänskligt liv, är inte möjligt utan fosfat. Historiskt sett har människor fått fosfater från kött och mejeriprodukter men intar mer och mer via bearbetade livsmedel, inklusive som fuktbevarande tillsatser i kött och ost och de syrliga fosforsyrorna i läsk.

Från den tid då livet började på jorden, har den globala fördelningen av biotillgängliga fosfater format utveckling, ekologi och fysiologi. Nyligen har dock fosfat också orsakat miljö- och hälsoproblem hos människor. Den gröna revolutionen i mitten av 1900-talet har den utbredda användningen av fosforgödselmedel att tacka för sina massiva skördar, men avrinning från områden där man ägnar sig åt intensiva jordbruksmetoder och från tätorter har fått alger att växa utom all kontroll och kvävt livet i sjöar och andra vattendrag. Det borde inte komma som en överraskning att ett sådant grundläggande näringsämne också kan ha negativa effekter på människokroppen. Som James Elser uttrycker det, ‘fosfat är den universella biologiska acceleratorn: När du lägger det till ekologiska och biologiska system, går allting snabbare.’

Åtminstone tills vi inte har något kvar. Människor använder över 150 miljoner ton råfosfat varje år. I en inflytelserik tidskrift beräknade Dana Cordell, en miljöforskare vid University of Technology, Sydney, förra året, att 2033 kommer fosfatproduktionen inte längre att hålla jämna steg med efterfrågan, och de globala reserverna kommer att vara uttömda inom 50 till 100 år. (D. Cordell et al., “The story of phosphorus: global food security and food for thought,” Glob Env Change, 19:292-305, 2009.) Även om den globala tillgången räcker i 300 till 400 år, som fosfatindustrin hävdar, finns det ett ännu mindre lager av de enklast bearbetade bergarterna och USA kommer att ha förbrukat sina reserver 2050. När dessa reserver är slut kommer världen att bli mer beroende av fyndigheter som innehåller en lägre koncentration av fosfat och är spetsade med radioaktiva grundämnen som uran och torium, eller tungmetaller som kadmium. ‘Det finns inget på marknaden som kan ersätta fosfat i den omfattning som vi behöver det’, säger Cordell.

För att spara fosfat manar forskare som Cordell till att vi ska ändra våra kostvanor och öka effektiviteten i vårt användande av fosfat. Med andra ord: göra precis vad vissa forskare tror att våra cellulära vägar och obalancerade ekosystem säger till oss att vi bör göra.” (B. Borrell, ”Elemental Shortage,” The Scientist, årg. 24, nr. 11, s. 46, 2010-11-01, hämtad 2010-11-11, http://www.the-scientist.com/article/display/57777/)

Inom ekologin

Fosfat är en mycket eftersökt resurs, ekologiskt uttryckt, på grund av dess viktiga roll i biologiska system. När man använder det blir det ofta ett begränsande näringsämne i miljöer och dess tillgänglighet kan reglera tillväxten hos organismer. Detta är i allmänhet sant när det gäller sötvattenmiljöer, medan kväve oftast är det begränsande näringsämnet i havsmiljöer (saltvatten). Tillägg av höga fosfatnivåer till miljöer och mikromiljöer där det normalt är sällsynt kan få betydande ekologiska konsekvenser. Som exempel kan nämnas blomningar i populationer av vissa organismer på bekostnad av andra, och kollaps av de populationer som fråntagits resurser såsom syre kan förekomma.

Fosfatfyndigheter kan innehålla stora mängder naturligt förekommande tungmetaller. Gruvdrift av råfosfat kan lämna högar efter sig som en svans som innehåller förhöjda halter av kadmium, bly, nickel, koppar, krom och uran. Om de inte hanteras varsamt kan dessa restprodukter läcka tungmetaller till grundvattnet eller närliggande flodmynningar. Upptaget av dessa ämnen i växter och det marina livet kan leda till en koncentration av giftiga tungmetaller i livsmedel. (Gnandil, K.; Tchangbedjil, G.; Killil, K.; Babal, G.; Abbel, E. (mars). ”The Impact of Phosphate Mine Tailings on the Bioaccumulation of Heavy Metals in Marine Fish and Crustaceans from the Coastal Zone of Togo”. Mine Water and the Environment 25 (1): 56–62., hämtad 2010-11-11, http://www.springerlink.com/content/r471w72299287076/)

Läs också: ”Fosforbrist kan leda till världskrig” (SVT)

4 kommentarer

Filed under Kemi, Matsaker, Stabiliseringsmedel