STRESZCZENIE: Opracowane procedury oznaczania migracji specyficznej BHT oraz 1-heksenu do Tenaxu® pozwolą na prowadzenie badań jakości zdrowotnej opakowań przeznaczonych do żywności suchej sypkiej oraz głęboko mrożonej, zgodnie z Rozporządzeniem (UE) nr 10/2011. Obie metody analityczne, wykorzystujące technikę HPLC oraz technikę GC-MS, zostały zwalidowane w oparciu o odpowiednie testy statystyczne, które potwierdziły liniowość w całym zakresie pomiarowym, wysoką czułość, niską zmienność, oraz niskie granice wykrywalności i oznaczalności.
ABSTRACT: Analytical methods for testing specific migration into poly(2,6-diphenylphenylene oxide), mostly known by its trademark Tenax®, of 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT) and 1-hexene, used in the manufacture of packaging materials and packaging, were developed. Two different analytical techniques: gas chromatography with mass spectrometric detection (GC-MS; for 1-hexene determination) and high performance liquid chromatography (HPLC; for BHT detection) were used. In the current study, for each substance Tenax extraction parameters were optimized. Finally, two analytical methods were validated in terms of the analytical parameters of selectivity, linearity, precision, accuracy, recovery, limit of detection and limit of quantification.
Wstęp
Ciągły postęp w produkcji żywności i jej dystrybucji wiąże się z rozwojem branży materiałów i opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością. Na rynku pojawiają się coraz bardziej wyrafinowane opakowania spożywcze. Materiały opakowaniowe takie jak: papier, tektura czy tworzywa sztuczne mogą być źródłem zanieczyszczenia produktów spożywczych substancjami chemicznymi, które mogą migrować do żywności. Dlatego staranna ocena samego materiału opakowaniowego, żywności oraz ich wzajemnej interakcji jest konieczna dla zapewnienia bezpieczeństwa konsumentów.
Badanie migracji substancji chemicznych z opakowania do żywności jest dużym wyzwaniem ze względu na złożoność matrycy i różnorodność produktów spożywczych. Badania migracji specyficznej prowadzone są do żywności lub płynów modelowych imitujących żywność, które odzwierciedlają rodzaj pakowanej żywności.
Rozporządzenie Komisji (UE) nr 10/2011 z dnia 14 stycznia 2011 r. w sprawie materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu z żywnością [1] wprowadziło nową substancję modelową: poli(tlenek 2,6-difenylo-p-fenylenu), znany jako Tenax®. Zgodnie z tym rozporządzeniem oraz Rozporządzeniem (UE) nr 2016/1416 [2], Tenax® jest przeznaczony do badania migracji globalnej w warunkach przekraczających 100°C, gdy
badanie z płynem modelowym D2 (olej roślinny) jest technicznie niewykonalne, ale przede wszystkim jest dedykowany do badania migracji specyficznej opakowań i materiałów opakowaniowych przeznaczonych na żywność suchą, sypką i głęboko mrożoną. W literaturze spotkać można liczne doniesienia o zastosowaniu Tenaxu® w badaniach migracji specyficznej różnych substancji chemicznych, jak np.: ftalanów, alkilobenzenów, kwasów tłuszczowych, czy różnych fotoinicjatorów [3, 4].
Celem niniejszej pracy było opracowanie metod analitycznych badania migracji specyficznej 2,6-Di-tert-butylo-4-metylofenolu (BHT) oraz 1-heksenu z opakowań i materiałów z tworzyw sztucznych. Obie substancje są dozwolone do stosowania w produkcji materiałów opakowaniowych i opakowań, zgodnie z załącznikiem nr 1 do Rozporządzenia (UE) Nr 10/2011, natomiast ze względu na ich szkodliwe działanie na zdrowie człowieka podlegają indywidualnym limitom migracji specyficznej.
1. Oznaczane substancje
2,6-Di-tert-butylo-4-metylofenol (BHT) jest powszechnie stosowanym przeciwutleniaczem syntetycznym. Substancja ta należy do grupy dodatków podwójnego zastosowania (dual use). W przemyśle spożywczym, jako dodatek do żywności o symbolu E321, stosowany jest do stabilizacji olejów roślinnych, tłuszczów zwierzęcych, przetworów mięsnych, przypraw, chipsów, elastomerów wchodzących w skład gumy do żucia. W celu ograniczenia procesów degradacji polimerów dodawany jest także do materiałów opakowaniowych przeznaczonych do kontaktu z żywnością. BHT ma także szerokie zastosowanie w przemyśle kosmetycznym. W ilości od 0,002% do 0,5% dodawany jest do: emulsji kosmetycznych, szminek, oliwek dla dzieci [5].
BHT uznaje się za substancję bezpieczną, gdyż jest biologicznie nieaktywny i nie wykazuje działania genotoksycznego, jednakże nadmierna ekspozycja na BHT może wywierać niekorzystny wpływ na funkcjonowanie organizmu człowieka. Badania wykazały, że BHT może być przyczyną alergii typu I, alergicznego zapalenia błony śluzowej oraz astmy. Zgodnie z zaleceniem Europejskigo Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności (European Food Safety Authority, EFSA), dzienna dawka (ADI, Acceptable Daily Intake) dla BHT wynosi 0,25 mg/kg.
Źródłem 1-heksenu są polietyleny liniowe małej gęstości (PE-LLD) oraz polietyleny metalocenowe (mPE). PE-LLD jest to kopolimer etylenu i innych prostych olefin, takich jak: 1-buten, 1-heksen i 1-okten. Kopolimeryzacja etylenu z wyższymi α-olefinami jest ważną metodą modyfikacji właściwości polietylenu, gdyż pozwala na poprawę odporności cieplnej, wytrzymałości na rozciąganie, twardości i udarności. Kopolimery te odznaczają się mniejszą odpornością chemiczną oraz gorszą barierowością na tlen i parę wodną. Wykazują większą przezroczystość w porównaniu z HDPE (polietylen dużej gęstości). Jedynie około 35% handlowego polietylenu jest homopolimerem, natomiast większość obecnych na rynku wyrobów polietylenowych stanowią produkty z kopolimeru etylenu z alkenami. Odmiana kopolimeru z 1-heksenem, ze względu na dobrą wytrzymałość, stosowana jest do produkcji toreb handlowych.
Nazwa polietylenu metalocenowego (mPE) pochodzi od zastosowanego do produkcji systemu katalitycznego. Są to katalizatory metaloorganiczne z jednokierunkowym centrum reakcji, które pozwalają na ścisłą kontrolę struktury kopolimeru. Polietylen metalocenowy posiada bardzo dobre właściwości optyczne i wytrzymałościowe. Folie te charakteryzują się dużą odpornością na przebicie i dobrą klarownością. Stosowane są do produkcji specjalnej odmiany folii do owijania ładunku na paletach, tzw. wstępnie rozciągniętych (pre-stretch) [6].
Badanie migracji 1-heksenu ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa konsumenta, gdyż substancja ta wykazuje działanie narkotyczne i drażniące.
2. Migracja specyficzna
W badaniu migracji specyficznej stosowano proporcję 4 g Tenaxu na powierzchnię 1 dm2 próbki materiału opakowaniowego. Migrację prowadzono w komorach migracyjnych lub na szalkach Petriego.
2.1. Migracja specyficzna BHT
W celu sprawdzenia skuteczności ekstrakcji BHT z Tenaxu® zastosowano następujące rozpuszczalniki: metanol, acetonitryl, 95% etanol, aceton, izooktan, cykloheksan oraz octan etylu. Dobierając rozpuszczalnik do ekstrakcji, kierowano się rozpuszczalnością BHT i jego polarnością. Ekstrakcja BHT do metanolu dała odzysk związku w przedziale od 100% do 102%. Dalsze badania prowadzono z użyciem tego rozpuszczalnika.
Na odważki Tenaxu® umieszczone w kolbach stożkowych za pomocą mikrostrzykawki naniesiono roztwory wzorcowe BHT. Tak przygotowane próbki zostawiono w warunkach pokojowych na 24 godz. Po tym czasie fortyfikowane próbki ekstrahowano metanolem, a następnie uzyskane roztwory poddano analizie z zastosowaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC). Jako fazę ruchomą zastosowano mieszaninę acetonitryl/woda. Identyfikację prowadzono przy zastosowaniu elucji gradientowej.
Biorąc pod uwagę dopuszczalny limit migracji specyficznej (SML), który dla BHT wynosi 3,0 mg/kg [1], sporządzono krzywą kalibracyjną w zakresie stężeń 0,31–8,19 mg/kg (rys. 3.). Przygotowano 6 serii roztworów wzorcowych i na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono parametry charakteryzujące metodę badawcza tj.: zakres roboczy, liniowość krzywej, granice oznaczalności i wykrywalności.
Ponieważ w walidowanej metodzie nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic odchyleń standardowych, można było przyjąć, że tak ustalony zakres roboczy metody dla oznaczania migracji specyficznej BHT do Tenaxu® jest poprawny. Za granicę oznaczalności BHT przyjęto najniższy punkt krzywej kalibracyjnej o stężeniu BHT wynoszącym 0,3 mg/kg.
Zgodnie z opracowaną metodą wykonano badania migracji specyficznej BHT dla próbek laminatów: PS-PE, PS-AL-PE, PET-PE oraz folii PVC. Dla wszystkich próbek otrzymano wyniki poniżej granicy oznaczalności. Przykładowy chromatogram przedstawiono na rys. 4.
2.2. Migracja specyficzna 1-heksenu
Do ekstrakcji 1-heksenu z Tenaxu® zastosowano 95-procentowy etanol, który okazał się najskuteczniejszym rozpuszczalnikiem przy oznaczaniu 1-oktenu [7]. Odzysk oznaczono na poziomie 90-103%. Przygotowano odważki 1 g Tenaxu®, na które nanoszono odpowiednie roztwory wzorcowe 1-heksenu. Jako wzorzec wewnętrzny zastosowano 1-okten. Stężenia uzyskanych roztworów oznaczono techniką chromatografii gazowej z detektorem mas (GC-MS). Ponieważ SML dla 1-heksenu wynosi 3,0 mg/kg, sporządzono krzywą wzorcową w zakresie stężeń 0,5 mg/kg – 5,0 mg/kg (rys. 5). Na rys 6. przedstawiono przykładowy chromatogram roztworu wzorcowego o stężeniu 1-heksenu 0,5 mg/kg.
Analizę statystyczną przeprowadzono dla 4 serii roztworów wzorcowych, sprawdzając zakres roboczy krzywej i jej liniowość. Granicę wykrywalności procedury analitycznej wyznaczono na poziomie 0,01 mg/kg, stosując metodę najmniejszego dodatku wzorca. Za granicę oznaczalności 1-heksenu przyjęto najniższy punkt krzywej kalibracyjnej, o stężeniu 1-heksenu 0,5 mg/kg. Opracowaną metodę analityczną zastosowano następnie w badaniach migracji 1-heksenu dla następujących próbek: laminat PS-PE, laminat PET-PE i folia BOPP. W każdym przypadku migracja 1-heksenu była poniżej granicy oznaczalności.
Podsumowanie
Opracowane procedury oznaczania migracji specyficznej BHT oraz 1-heksenu do Tenaxu® pozwolą na prowadzenie badań jakości zdrowotnej opakowań przeznaczonych do żywności suchej sypkiej oraz głęboko mrożonej, zgodnie z Rozporządzeniem (UE) nr 10/2011. Obie metody analityczne, wykorzystujące technikę HPLC oraz technikę GC-MS, zostały zwalidowane w oparciu o odpowiednie testy statystyczne, które potwierdziły liniowość w całym zakresie pomiarowym, wysoką czułość, niską zmienność, oraz niskie granice wykrywalności i oznaczalności.
Literatura
[1] Rozporządzenie Komisji (UE) nr 10/2011 z dnia 14 stycznia 2011 r. w sprawie materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu z żywnością, z jego późniejszymi zmianami do 2015/174.
[2] Rozporządzenie Komisji (UE) nr 2016/1416 z dnia 24 sierpnia 2016 r. w sprawie zmian i sprostowania rozporządzenia (UE) nr 10/2011 z dnia 14 stycznia 2011 r. w sprawie materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu z żywnością.
[3] Van Den Houwe K., Evrard C., Van Loco J., Lynen F., Van Hoeck E. Use of Tenax® films to demonstrate the migration of chemical contaminants from cardboard into dry food. Food Addit. Contam. A Chem. Anal.
Control Expo. Risk Assess. 2017, 34 (7): 1261-1269.
[4] Han B, Ding L., Su R., Chen L., Wang. L, Qi W., He Z. Migration of photoinitiators from paper to fatty food simulants: experimental studies and model application. Food. Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control Expo. Risk Assess. 2016, 33 (5): 876-84.
[5] Lanigan R. S., Yamarik T. A. Final Report on the Safety Assessment of BHT. Int. J. Toxicol. 2002, 21 (Suppl. 2): 19–94.
[6] Opakowania Żywności, red. B. Czerniawski, J. Michniewicz, Agro Food Technology, Czeladź 1998, s. 214-221.
[7] Kaczmarczyk M., Kwiecień A., Pawlicka M., Samsonowska K., Wójcik A., Kaszuba A., Oznaczanie migracji specyficznej z materiałów opakowaniowych przeznaczonych do kontaktu z żywnością z zastosowaniem Tenaxu jako substancji modelowej imitującej żywność, Opakowanie 4/2017, s. 90-94.
Monika Kaczmarczyk, Dominika Kubica, Agnieszka Kwiecień, Małgorzata Pawlicka, Katarzyna Samsonowska, Anna Wójcik
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
