Opracowano metody badania migracji specyficznej do substancji modelowej „E”, Tenax dla czterech substancji dozwolonych do stosowania w produkcji materiałów opakowaniowych i opakowań: bisfenolu A, Irganoxu 1076 i 1-oktenu. W badaniach zastosowano różne techniki analityczne: chromatografię gazową z detekcją spektrometrii mas GC-MS (1-okten) oraz wysokosprawną chromatografię cieczową HPLC z detektorem fluoroscencyjnym (bisfenol A) lub DAD (Irganox 1076). Dla poszczególnych substancji krytycznych zoptymalizowano proces ekstrakcji z Tenaxu oraz dobrano optymalny rozpuszczalnik do ekstrakcji. Przeprowadzono walidację opracowanych metod analitycznych, wyznaczono parametry metody takie jak: granica wykrywalności i oznaczalności, zakres krzywych kalibracyjnych, liniowość krzywych kalibracyjnych, powtarzalność, odzysk, poprawność. Według opracowanych metod analitycznych oznaczono migrację specyficzną bisfenolu A, Irganoxu 1076 i 1-oktenu do Tenaxu z materiałów opakowaniowych wykonanych z tworzyw sztucznych, papieru i tektury przeznaczonych do kontaktu z żywnością sypką, suchą i mrożoną.
Determination of specific migration from packaging materials intended to come into contact with food into Tenax as food model substance
We developed analytical methods for testing specific migration into Tenax for substances bisphenol A, Irganox 1076 and 1-octene used in the manufacture of packaging materials and packaging. It was used following analytical techniques: gas chromatography with mass spectrometric detection GC-MS (1-octene) and high performance liquid chromatography HPLC with a fluorescence detector (bisphenol A) or DAD (Irganox 1076). For each substance critical extraction process from Tenax was optimized and optimum extraction solvent was developed. Analytical methods has been validated and set method parameters such as: the limit of detection and quantification range calibration curves, calibration curves linearity, repeatability, recovery, correct. According to the analytical methods specific migration of bisphenol A, Irganox 1076 and 1-octene into Tenax was determined from packaging materials made of plastic, paper and board intended for contact with loose, dry and frozen foods.
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 wprowadziło nową substancję wzorcową, oznaczoną literą „E”. Jest to poli(tlenek 2,6-difenylo-p-fenylenu) o wielkości cząstek 60–80 mesh i wielkości porów 200 nm, o handlowej nazwie Tenax [1]. Zgodnie z rozporządzeniem substancję modelową „E” przyporządkowano do badania migracji specyficznej z opakowań dla żywności suchej i sypkiej, takiej jak: zboża i produkty zbożowe, wyroby cukiernicze, zioła, przyprawy, produkty w proszku, a także żywności mrożonej i głęboko mrożonej. Zastosowanie poli(tleneku 2,6-difenylo-p-fenylenu) w badaniach migracji specyficznej wymaga opracowania odrębnych procedur analitycznych. Metoda analityczna musi zawierać etap ekstrakcji zaadsorbowanych substancji z poli(tleneku 2,6-difenylo-p-fenylenu) z zastosowaniem ciekłych ekstrahentów (rozpuszczalników). Ciecz ekstrakcyjna powinna być dobrana indywidualnie dla analizowanej substancji, z uwzględnieniem jej polarności, rozpuszczalności analizowanej substancji krytycznej, a także wiedzy dotyczącej ograniczeń techniki analitycznej zastosowanej do analizy ilościowej.
Opracowano metody analityczne oznaczania migracji specyficznej do Tenaxu dla bisfenolu A, Irganoxu 1076 oraz 1-oktenu, substancji stosowanych w produkcji materiałów opakowaniowych z tworzyw sztucznych, papieru i tektury. W związku z ich szkodliwością dla zdrowia człowieka podlegają one indywidualnym limitom migracji specyficznej. Opracowane metodyki analityczne zwalidowano, a niektóre parametry walidacyjne, jak np. poprawność, powtarzalność, zakres roboczy krzywych kalibracyjnych, sprawdzono, stosując testy statystyczne.
Bisfenol A
Bisfenol A, czyli 2,2-bis(4-hydroksyfenylo)propan(BPA), jest podstawowym półproduktem do otrzymywania tworzyw sztucznych – poliwęglanów. Jest także składnikiem żywic epoksydowych, stosowanych do powlekania wewnętrznych powierzchni puszek metalowych przeznaczonych do żywności. Stosuje się go do produkcji stabilizatorów termicznych poli(chlorku winylu), a także w procesach wytwarzania fenoplastów, nienasyconych żywic poliestrowych, polisulfonów, żywic polieteroimidowych i poliarylowych, antyutleniaczy do tworzyw sztucznych, oraz do produkcji surowców służących do otrzymywania poliuretanów. Znajduje również zastosowanie jako dodatek przy pokrywaniu papieru termicznego do faksów i paragonów kasowych. Jest zaliczany do tzw. endocrine disruptors, tzn. substancji oddziałujących na układ hormonalny. Wykazuje także szkodliwy wpływ na rozrodczość oraz ma właściwości neurotoksyczne. Aktualnie wartość SML – limitu migracji specyficznej dla bisfenolu A (nr FCM 151) z opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością wykonanych z tworzyw sztucznych, papieru lub tektury – wynosi 0,6 mg/kg. Od 2011 r. bisfenolu A nie wolno stosować do produkcji butelek z poliwęglanu dla niemowląt. Obowiązujące limity mogą zostać skorygowane z uwagi na opinię Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) z 2015 r. dotyczącą oceny ryzyka bisfenolu A dla zdrowia człowieka. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności na podstawie wyników przeprowadzonych badań określił poziom dopuszczalnego dziennego spożycia (TDI) równy 4 μg na kilogram masy ludzkiego ciała dziennie, nawet dla najbardziej zagrożonych grup wiekowych: niemowląt, dzieci, młodzieży [2].
1-okten
Źródłem 1-oktenu są polietyleny liniowe PE-LLD oraz metalocenowe. Polietyleny liniowe o małej gęstości (PE-LLD) są to kopolimery etylenu i innych prostych alfa-olefin (mające podwójne wiązanie między pierwszym i drugim atomem węgla): buten, heksen i okten. Kopolimery te charakteryzują się znacznie większą elastycznością niż polietylen o małej gęstości (PE-LD). Odmiana kopolimeru z oktenem stosowana jest do produkcji folii typu stretch, ze względu na ich większą elastyczność [3,4]. 1-okten wykazuje działanie narkotyczne, drażniące, limit migracji specyficznej SML wynosi 15 mg/kg (nr FCM 264).
Irganox 1076
Irganox 1076; E 471 – propionian oktadecylo 3-(3,5-di-tert-
-butylo-4hydroksylfenylu) stosuje się jako przeciwutleniacz UV.
Irganox 1076 dodawany jest do poliolefin, tworzyw winylowych, głównie PVC w celu zapobiegania procesom oksydacji, zachodzącym przede wszystkim w czasie przetwórstwa, przechowywania i stosowania. Poprzez reakcję z alkilowymi lub wodoronadtenkowymi wolnymi rodnikami inhibituje procesy utleniania [4,5]. Jest substancją szkodliwą dla zdrowia, jego limit migracji specyficznej SML wynosi 6 mg/kg (substancja nr FCM 433).
Migracja specyficzna bisfenolu A
Bisfenol A oznaczano metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC z detektorem fluorescencyjnym. Stosowano System LC Agilent 1100 Series z kolumną chromatograficzną Waters Spherisorb ODS o długości 250 mm, średnicy wewnętrznej 4,6 mm i grubości ziarna 2,5 µm, temperatura pracy kolumny wynosiła 30°C. Detekcję prowadzono przy długości fali detektora fluorescencyjnego 235/317 nm. Jako fazę ruchomą zastosowano mieszaninę metanolu i wody w układzie izokratycznym, prędkość przepływu fazy ruchomej wynosiła na 0,5 ml/min. Na rys. 1. przedstawiono przykładowy chromatogram wzorca bisfenolu A, ślepej próby i próbki badanej po ekstrakcji z Tenaxu.
Opracowano krzywą kalibracyjną bisfenolu A po ekstrakcji z Tenaxu w zakresie stężeń 0,03 – 1,55 mg/l (rys. 2.).
Migracja specyficzna 1-oktenu
Oznaczenia 1-oktenu prowadzono techniką chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS). Analizę badanych roztworów 1-oktenu wykonano z zastosowaniem chromatografu gazowego produkcji Agilent Technologies model 6890N z detektorem mas 5973N oraz automatycznym dozownikiem próbek G1888. Rozdział substancji prowadzono na kapilarnej kolumnie chromatograficznej HP-Plot Q o długości 30 m i średnicy wewnętrznej 0,32 mm w warunkach temperaturowych kolumny: start 50°C czas 8 min, narost 25°C/min 50°C do 250°C czas 10 min. Jako gaz nośny stosowano hel przy nadciśnieniu 3,0 psi. Czas i temperatura termostatowania próbek wynosiły odpowiednio 15 min i 80°C, temperatura linii transferowej 180°C. Analizę prowadzono w trybie SIM, a do analizy ilościowej 1-oktenu wykorzystano jony m/z 70, 83 i 112 (rys. 4.). Na rys. 3. przedstawiono przykładowy chromatogram wzorca 1-oktenu.
Przygotowano krzywą kalibarcyjną 1-oktenu w zakresie stężeń od 0,5 mg/l do 5,0 mg/l. Jako wzorzec wewnętrzny stosowano 1-heksen. Krzywa wzorcowa 1-oktenu obejmowała stężenia 0,5 mg/l – 5,0 mg/l, znacznie poniżej wartości SML (15 mg/kg). Ponieważ wyniki badań migracji 1-oktenu do wodnych płynów modelowych uzyskane w laboratorium nie wykazały obecności tego związku w opakowaniach, zwiększono czułość metody. Na rys. 5. zamieszczono krzywą kalibracyjną 1-oktenu po ekstrakcji z Tenaxu.
Migracja specyficzna Irganoxu 1076
Oznaczenie Irganoxu 1076 prowadzono techniką wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC). Stosowano System LC Agilent 1290 Infinity z detektorem UV z matrycą diodową (DAD). Długość fali detektora: 230,16/460,50 nm. Do rozdziału związków zastosowano kolumnę chromatograficzną: Eclipse XDB – C8; o długości 150 mm, średnicy wewnętrznej 0,25 mm i grubości ziarna 3,5 µm. Temperatura pracy kolumny wynosiła 50°C.
Jako fazę ruchomą zastosowano mieszaninę acetonitrylu/wody. Identyfikację Irganoxu 1076 prowadzono przy zastosowaniu elucji gradientowej w czasie 20 min. Prędkość przepływu fazy ruchomej ustawiono na 0,3 ml/min.
Przy wyborze rozpuszczalnika do ekstrakcji Irganox 1076 z Tenaxu uwzględniono rozpuszczalność antyutleniacza, polarność ekstrahenta oraz jego rozpuszczalność w fazie ruchomej stosowanej w chromatografie cieczowym. Przygotowano krzywą kalibracyjną w zakresie 0,6 – 10,0 mg/l (rys. 6.).
Na rys. 7 przedstawiono przykładowy chromatogram wzorca Irganoxu 1076, ślepej próby i próbki badanej po ekstrakcji z Tenaxu.
Oznaczanie migracji specyficznej substancji krytycznych do Tenaxu
Zgodnie z opracowanymi metodami analitycznymi przeprowadzono badania migracji specyficznej bisfenolu A, Irganoxu 1076 oraz 1-oktenu do Tenaxu z różnych opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością. Migrację bisfenolu A oznaczano z opakowań papierowych, zadrukowanych. Migrację Irganoxu 1076 wykonano z folii poliolefinowych oraz laminatów o strukturze zawierającej poliester, polietylen, folię aluminiową, papier. Badanie migracji 1-oktenu przeprowadzono z folii z PE-LLD. Próbki opakowań o powierzchni 0,25 dm2 umieszczono na szalkach Petriego (rys. 8.) i równomiernie pokryto 1 g Tenaxu [2], a następnie klimatyzowano w cieplarkach w czasie 4 godzin w temperaturze 100°C. Substancje krytyczne ekstrahowano z Tenaxu odpowiednimi rozpuszczalnikami wg opracowanych procedur i oznaczano ilościowo z zastosowaniem właściwej techniki instrumentalnej.
We wszystkich przeprowadzonych badaniach, migracja specyficzna bisfenolu A, Irganoxu 1076 oraz 1-oktenu do substancji modelowej E – Tenaxu była poniżej granicy oznaczalności metody analitycznej odpowiedniej dla oznaczanej substancji krytycznej.
Podsumowanie
Opracowano metodyki analityczne oznaczania migracji specyficznej bisfenolu A, Irganoxu 1076 oraz 1-oktenu z zastosowaniem Tenaxu jako substancji modelowej żywności.
Wyznaczono parametry walidacji opracowanych metodyk analitycznych. (tab. 1.). Stosując test F-Snedecora, potwierdzono akceptowalność statystyczną dla wybranych parametrów metodyk takich jak: poprawność, powtarzalność, zakres krzywych kalibracyjnych.
Literatura
[1] Rozporządzenie Komisji (WE) 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] Norma PN-EN 14338:2005 Papier i tektura przeznaczone do kontaktu z żywnością. Warunki oznaczania migracji z papieru i tektury z zastosowaniem modyfikowanego tlenku polifenylenu (MPPO) jako symulanta.
Autorzy: Monika Kaczmarczyk, Agnieszka Kwiecień, Małgorzata Pawlicka, Katarzyna Samsonowska, Anna Wójcik, Alicja Kaszuba
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
