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.

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)