食品级复配磷酸盐溶液稳定性研究

李 维 郑 旺 张亚娟 屈满意

1（湖北兴发化工集团股份有限公司，湖北宜昌443007）2（功能性磷酸盐宜昌市重点实验室，湖北宜昌443007）

三聚磷酸钠简称五钠，为白色粉末或颗粒，具有优异螯合能力，其应用领域十分广泛，食品加工中可用作水分保持剂、品质改良剂等。五钠作为食品添加剂使用时，大都需制成水溶液。目前，一些学者认为五钠水溶液稳定性较好，项宝军等研究发现，70℃时五钠基本不会水解；魏德良发现其水溶液在30℃～100℃时pH值未发生明显改变；周闯提出五钠溶液会发生水解并生成焦磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠；贡长生及吴桂玲等在各自研究中提到，五钠在水溶液中随溶液pH值减小、溶液温度提升，水解速率增大。

随着科技进步和行业发展，单一磷酸盐难以满足食品加工的需求，实际生产中常把五钠与其他常见盐复配使用，而有关食品级复配磷酸盐水溶液稳定性的研究极少。本文研究了以五钠为主体，与若干无机盐复配后产品水溶液的稳定性，对复配产品的应用与开发具有一定指导意义。

1 材料与方法

1.1 仪器、原料及试剂

主要仪器：离子交换柱等，湖北省兴发磷化工研究院有限公司。

主要原料：三聚磷酸钠、焦磷酸二氢二钠（酸焦）、六偏磷酸钠（六偏），湖北兴发化工集团股份有限公司。

试剂：硝酸、盐酸、硫酸、抗坏血酸、氯化钾、磷酸氢二钾、三水合乙酸钠、冰乙酸、四水合钼酸铵、碳酸氢钠、碳酸钠，试剂级别为AR；喹钼柠酮，自配。

1.2 试验方法

1.2.1 试样制备

称取1 g五钠（精确到0.000 2 g），加水溶解，转移至500 mL容量瓶中，加入10 mL缓冲溶液（50 g三水合乙酸钠、46 mL冰乙酸溶于水中，定容至1 000 mL），定容混匀，记为试验序号1。配置后立即测定溶液中正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸钠、偏磷酸盐的含量，记为试验组①；配置后常温放置48 h测定溶液中各磷酸盐含量，记为试验组②。试验温度保持在25℃左右。

重复上一步骤，配置90%五钠+10%六偏磷酸钠（六偏）、90%五钠+10%焦磷酸二氢二钠（酸焦）、90%五钠+10%碳酸氢钠、90%五钠+10%碳酸钠试样，分别记为试验序号2～5。

1.2.2 各组分含量测定

1.2.2.1 色谱分离

吸取1.2.1所制备试样溶液10 mL于离子交换柱上方分液漏斗中，使之流经树脂床，然后加入少量0.15 mol/L氯化钾溶液冲洗分液漏斗。

再分别加入70 mL浓度为0.15 mol/L、90 mL浓度为0.25 mol/L、90mL浓度为0.5 mol/L、70 mL浓度为0.75 mol/L氯化钾流经树脂床。分别收集流出液于250 mL高型烧杯中即可。

1.2.2.2 重量法测定总磷含量

在1.2.2.1高型烧杯溶液中加15 mL硝酸（1+1），电热板加热保持沸腾状态45 min（注意加水，保证溶液体积基本不变）。加入50 mL喹钼柠酮，保温1 min。待室温冷却后，使用G4坩埚真空抽滤即可。

2 结果与分析

2.1 试验结果

5种复酸磷酸盐溶液的稳定性测定结果见表1。

表1 各五钠复配体系试验结果

由表1可知，五钠水溶液常温放置48 h，正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸钠、偏磷酸盐含量变化极小，在该条件下五钠水解度小于0.1%；六偏与五钠复配，会促进五钠水解，水解度由0.1%变为1.0%；酸焦与五钠复配会使五钠的水解程度进一步增大，达1.8%；碳酸氢钠与五钠复配，会促进五钠水解，加10%碳酸氢钠时水解度为1.0%；碳酸钠与五钠复配，也会促进五钠水解，加10%碳酸钠时水解度为0.8%。碳酸盐与五钠复配时，五钠主要水解成焦磷酸盐和少量正磷酸盐。

2.2 复配体系五钠水解原因分析

2.2.1 “五钠+磷酸盐”体系

通过“五钠+磷酸盐”体系试验结果发现，酸焦、六偏等与五钠复配时，会促进五钠水解，低pH环境促使五钠水解成正磷酸盐。推测原因为五钠在水中先缓慢水解成焦磷酸钠（焦钠）和磷酸二氢钠（一钠）；焦钠可水解成磷酸氢二钠（二钠），而在H+足量情况下，二钠进一步转变为一钠。

在“五钠+六偏”体系中，六偏的pH为6.5，H+相对不足，水解进程不彻底，表现为水解成焦磷酸钠和正磷酸钠；而在“五钠+酸焦”体系中，酸焦的pH为4.1，H+更多，水解程度更大，大部分正磷酸钠盐以一钠形式存在。

2.2.2 “五钠+碳酸盐”体系

碳酸钠、碳酸氢钠与五钠复配时，会促使五钠水解成焦磷酸盐和正磷酸盐。同样推测原因为五钠在水溶液中先水解成焦磷酸盐和正磷酸盐，而该体系pH值呈碱性，一钠中的H+会和OH-结合生成水，一钠逐渐转化成二钠；当OH-足量时，则会进一步转化成磷酸三钠（三钠）。

在“五钠+碳酸钠”体系中，碳酸钠的pH为11.5，OH-更多，使得最终水解产物为焦钠、二钠及少量的三钠；在“五钠+碳酸氢钠”体系中，碳酸氢钠的pH为8.5，因此最终产物为焦磷酸钠、二钠和极少的一钠。

另外，因五钠本身显碱性（pH=9.8），因此在酸性条件下其水解程度更大。

3 结论

通过将不同无机盐与五钠按一定比例复配制成水溶液，研究不同组分对五钠水解程度及最终水解产物的影响，发现组分pH值在一定程度上影响五钠水解。试验结果表明，低pH值磷酸盐会促进五钠水解成焦磷酸盐和正磷酸盐，与五钠复配的磷酸盐pH值越低，五钠的水解程度越大；碳酸盐对五钠水解有一定的促进作用，因五钠本身显碱性，因此与低pH值磷酸盐相比，碳酸盐对五钠的水解作用较小。

该研究结果对以五钠为主体的复配磷酸盐产品的应用与开发具有一定指导作用。后续研究可在此基础上不断丰富体系内容，系统研究在不同温度下各种配比复配产品的水解程度，建立复配体系五钠水解数据库，以期给食品级复配产品的研发和应用提供更多的数据支持和理论指导。

［1］项宝军，张丽阳.三聚磷酸钠不同条件下的水解［J］.浙江化工，2004，35（5）：06-07.

［2］魏德良.三聚磷酸钠溶液稳定性研究［J］.高等函授学报，2002，15（1）：12-14.

［3］周闯.三聚磷酸钠的水解及水合问题初探［J］.贵州化工，2002，27（4）：43.

［4］贡长生.现代磷化工技术和应用［M］.北京：化学工业出版社，2013.

［5］吴桂玲，周骏宏，卢玉莲，等.三聚磷酸钠水解及滴定法测量其含量［J］.无机盐工业，2014，46（2）：47-50.