STRESZCZENIE: Zbadano migrację globalną wybranych opakowań z tworzyw sztucznych dostępnych na rynku z zastosowaniem wodnych płynów modelowych imitujących działanie środków spożywczych metodami zalecanymi w Unii Europejskiej. Warunki badania, tj. czas i temperatura kontaktu powierzchni z płynem, odpowiadały rzeczywistym warunkom użytkowania badanych opakowań.
ABSTRACT: The global migration was examined from selected plastic packaging available on the market using aqueous model fluids imitating the action of foodstuffs by the methods recommended in the European Union. Test conditions, ie the time and temperature of contact of the surface with the liquid, corresponded to the actual conditions of use of the tested packages.
Wstęp
Żywność niezależnie od pochodzenia, stopnia przetworzenia i sposobu utrwalenia jest przechowywana przez krótszy lub dłuższy czas. Zasadniczym celem jest przedłużenie okresu jej podaży przy zachowaniu dobrej jakości. Przemysł opakowaniowy jest jedną z największych i jednocześnie najbardziej rozwojowych gałęzi światowego przemysłu. Obecnie światowy rynek opakowań osiąga wartość około 400 mld euro, przy czym największymi w tym zakresie potentatami na rynku są Stany Zjednoczone, Japonia i Unia Europejska [10]. Wartość krajowego rynku opakowań stanowi około 1% rynku światowego. Bezpieczeństwo żywności pakowanej w opakowania z tworzyw sztucznych jest obecnie bardzo ważne. Unia Europejska od wielu lat zajmuje się systematyką badań dotychczas znanych i nowych opakowań pod kątem migracji substancji znajdujących się wewnątrz i na zewnątrz opakowań oraz ich dopuszczalnych limitów. Na podstawie uzyskiwanych wyników stworzono podstawy prawne (regulujące zastosowania różnych opakowań, określające limity migracji substancji, ich kontroli i certyfikacji). Polska, jako pełnoprawny członek UE, jest zobowiązana do uczestnictwa w tym procesie [4, 12].
Zastosowanie nowych opakowań do żywności zwiększyło liczbę występujących zagrożeń w związku z migracją z materiału opakowaniowego do pakowanej żywności. Chociaż polimery zmonopolizowały głównie zainteresowanie testami migracyjnymi i eksperymentami, ostatnie badania wykazały, że migracja odbywa się również z „tradycyjnych” materiałów ogólnie uważanych za bezpieczne takich jak: papier, karton, drewno, ceramika i metal [10]. Przepisy i dyrektywy UE są bardziej rygorystyczne pod tym względem. Nacisk kładziony jest na osiągnięcie konsensusu w zakresie płynów modelowych żywności i warunków testowania dla badań migracji. Ponadto lista niebezpiecznych monomerów, oligomerów i dodatków nadal się zwiększa, aby zapewnić, że bezpieczeństwo konsumenta jest zgodne z HACCP, który stale zyskuje na popularności. Niezależnie od czynników zewnętrznych, na opakowania działa również sam produkt wraz z kompleksem środków konserwujących i stabilizujących. Przy niewłaściwym ich doborze powoduje uszkodzenie lub nawet zniszczenie opakowania [6]. Pakowany produkt może wchodzić w reakcje z materiałem opakowaniowym, tworząc nowe związki chemiczne, które mogą być niekorzystne z punktu widzenia zmian jakościowych produktu. Często bywa, że opakowanie jest tak istotnym elementem produktu, iż samo wymaga ochrony. Powstaje więc łańcuch ochronny dostosowany nie tylko do przechowywania produktu, ale też do ochrony opakowania, do metod transportu i składowania. Opakowanie nie może działać autonomicznie i musi być dostosowane do konkretnego produktu. Należy też dostosować parametry opakowania do wymagań całego systemu – realizacji nie tylko funkcji ochronnych, ale i zadań logistycznych, marketingowych, informacyjno- promocyjnych działających na rzecz produktu w założonych warunkach. Każdy system składa się z jednego lub kilku obiektów [9, 8]. Kształtowanie ich jakości odbywa się już w fazie intelektualnej powstawania poszczególnych części składowych systemu, ich produkcji, a nawet w czasie trwania procesu eksploatacji. Wszystkie elementy oddziałują wzajemnie na siebie. Ze względu na rolę, jaką odgrywa opakowanie, jego jakość powinna być maksymalna. Osiągnięta jakość opakowania jest wynikiem kompromisu między wymogami jakościowymi stawianymi opakowaniu i warunkami ekonomicznymi. Przemysł opakowań żywności zużywa ok. 65% opakowań z tworzyw syntetycznych. Wśród pozytywnych właściwości opakowań z materiałów syntetycznych wymienia się ich trwałość, dobre właściwości barierowe, możliwość sterylizacji, obojętność chemiczną, dzięki czemu są zachowane właściwości smakowo-zapachowe pakowanych produktów. Pierwsze woreczki i torby z polietylenu na chleb, kanapki, owoce i warzywa wprowadzono w USA w 1957 roku [16]. Obecne orientowane folie stanowią podstawowy segment przemysłu opakowań giętkich. Można czterokrotnie ograniczyć masę stosowanych opakowań z tworzyw sztucznych. Produkcja taka pozwala na dwukrotne obniżenie kosztów i zużycie energii w porównaniu z opakowaniami z tworzyw tradycyjnych. Tworzywa sztuczne są to materiały użytkowe otrzymane na bazie polimerów, powstałe w wyniku połączenia ich z różnymi dodatkami. Zadaniem dodatków polimerowych jest modyfikacja własności polimeru i wytworzenie nowego materiału użytkowego [13].
Tworzywa sztuczne są wytwarzane przez polimeryzację kondensacyjną (polikondensację) lub polimeryzację addycyjną (poliaddycję) jednostek monomerowych. W przypadku polikondensacji łańcuch polimeru rośnie w wyniku reakcji kondensacji między cząsteczkami i towarzyszy mu powstawanie produktów ubocznych o małej masie cząsteczkowej takich jak woda i metanol. Polikondensacja obejmuje monomery z co najmniej dwiema grupami funkcyjnymi takimi jak alkoholowa, aminowa lub grupy karboksylowe. W poliaddycji łańcuchy polimerowe rosną przez reakcje addycji, w których dwie lub więcej cząsteczek łączy się tworząc większą cząsteczkę bez uwalniania produktów ubocznych. Poliaddycja obejmuje nienasycone monomery; podwójne lub potrójne wiązania są zrywane w celu połączenia łańcuchów monomerowych [4, 10]. Istnieje wiele korzyści z używania plastiku do pakowania żywności. Płynne i formowalne tworzywa sztuczne mogą być wykonane w postaci arkuszy, kształtów i struktur, oferując znaczną elastyczność projektowania. Ponieważ są odporne chemicznie, tworzywa sztuczne są niedrogie i lekkie, a ich właściwości fizyczne i optyczne są bardzo szerokie. W rzeczywistości wiele tworzyw sztucznych jest termozgrzewalnych, łatwych do zadrukowania i można je zintegrować z procesami produkcyjnymi, w których opakowanie jest formowane, napełniane i zamykane w tej samej linii produkcyjnej. Główną wadą tworzyw sztucznych jest ich zmienna przepuszczalność dla światła, gazów, par i cząsteczek o niskiej masie cząsteczkowej.
Istnieją dwie główne kategorie tworzyw: termoutwardzalne i termoplastyczne [15, 19]. Termoutwardzalne są polimery, które zestalają się lub zestalają się nieodwracalnie po ogrzaniu i nie można ich ponownie rozłożyć. Ponieważ są one mocne i trwałe, często używa się ich głównie w samochodach i zastosowaniach budowlanych takich jak kleje i powłoki, a nie w zastosowaniach związanych z pakowaniem żywności. Z drugiej strony tworzywa termoplastyczne to polimery, które zmiękczają się po wystawieniu na działanie ciepła i powracają do swojego pierwotnego stanu w temperaturze pokojowej. Ponieważ termoplasty można łatwo kształtować i formować w różne produkty, takie jak butelki, dzbanki i folie z tworzyw sztucznych, idealnie nadają się do pakowania żywności. Co więcej, praktycznie wszystkie tworzywa termoplastyczne nadają się do recyklingu (stopione i ponownie wykorzystane jako surowce do wytwarzania nowych produktów), chociaż separacja stwarza pewne praktyczne ograniczenia dla niektórych produktów [20, 3].
Niektóre z tych obaw są oparte na badaniach z zastosowaniem bardzo wysokich poziomów spożycia; inne nie mają podstaw naukowych. Aby zapewnić bezpieczeństwo publiczne, FDA dokładnie sprawdza i reguluje substancje używane do produkcji tworzyw sztucznych oraz innych materiałów opakowaniowych. Jakakolwiek substancja, od której można racjonalnie oczekiwać migracji do żywności, jest klasyfikowana jako pośredni dodatek do żywności podlegający przepisom FDA. Próg regulacji – zdefiniowany jako określony poziom narażenia na zdrowie, który zazwyczaj wywołuje skutki toksyczne, a zatem stwarza nieznaczne problemy z bezpieczeństwem – może zostać wykorzystany do zwolnienia substancji stosowanych w materiałach mających styczność z żywnością z regulacji jako dodatki do żywności. Pomimo tych obaw związanych z bezpieczeństwem, stosowanie tworzyw sztucznych w opakowaniach do żywności nadal rośnie ze względu na niski koszt materiałów i korzyści funkcjonalne (takie jak termozgrzewalność, mikrofale, właściwości optyczne oraz nieograniczone rozmiary i kształty) w porównaniu z tradycyjnymi materiałami takimi jak szkło i metal [15]. Wiele rodzajów tworzyw sztucznych jest używanych jako materiały do pakowania żywności, w tym poliolefiny, poliester, polichlorek winylu, chlorek poliwinylidenu, polistyren, poliamid i etylen-alkohol winylowy. Chociaż ponad 30 rodzajów tworzyw sztucznych zostało wykorzystanych jako materiały opakowaniowe [13], najczęściej są to poliolefiny i poliestry. Poli-olefiny to pojęcie zbiorcze dla polietylenu i polipropylenu, dwóch tworzyw sztucznych najczęściej stosowanych w opakowaniach do żywności i innych mniej popularnych polimerów olefinowych. Polietylen i polipropylen mają udane połączenie właściwości, w tym: elastyczność, wytrzymałość, lekkość, stabilność, odporność na wilgoć i chemikalia oraz łatwą przetwarzalność i nadają się do recyklingu oraz ponownego użycia [21, 16].
Główną rolą opakowania żywności jest ochrona produktów żywnościowych przed wpływami zewnętrznymi i uszkodzeniami mechanicznymi w celu ograniczenia strat żywności oraz dostarczania konsumentom informacji o składnikach i wartościach odżywczych [7]. Identyfikowalność i wygoda są wtórnymi funkcjami o rosnącym znaczeniu.
Opakowania żywności mogą opóźniać pogorszenie jakości produktu, zachować korzystne efekty przetwarzania, wydłużyć okres przydatności do spożycia oraz utrzymać lub zwiększyć jakość i bezpieczeństwo żywności. W ten sposób opakowanie zapewnia ochronę przed trzema głównymi klasami wpływów zewnętrznych: chemicznych, biologicznych i fizycznych [5].
Ochrona chemiczna minimalizuje zmiany składu wywołane wpływami środowiskowymi takimi jak ekspozycja na gazy (zazwyczaj tlen), wilgoć (zysk albo strata) lub światło (widzialne, podczerwone bądź ultrafioletowe). Wiele różnych materiałów opakowaniowych może stanowić barierę chemiczną. Szkło i metale stanowią niemal absolutną barierę dla środków chemicznych i innych czynników środowiskowych, ale niewiele opakowań stosowanych do żywności jest wytwarzanych ze szkła lub metalu. Głównym problemem dla tego typu opakowań są tworzywa zamykające, które mogą powodować minimalny poziom przepuszczalności. Opakowania z tworzyw sztucznych oferują szeroki zakres właściwości barierowych, ale generalnie są bardziej przepuszczalne niż szkło lub metal [1, 3].
Ochrona biologiczna stanowi barierę dla drobnoustrojów (patogenów i szkodliwych czynników), owadów, gryzoni i innych zwierząt, tym samym zapobiegając chorobom oraz psuciu. Ponadto bariery biologiczne utrzymują warunki do kontrolowania dojrzewania. Takie bariery działają za pośrednictwem wielu mechanizmów, w tym uniemożliwiają dostęp do produktu, zapobiegają przenoszeniu nieprzyjemnych zapachów i utrzymują prawidłowe środowisko opakowania [2].
Ochrona fizyczna chroni żywność przed uszkodzeniem mechanicznym i obejmuje amortyzację przed wstrząsem i drganiami występującymi podczas dystrybucji. Zwykle opracowywane z tektury i falistych materiałów, fizyczne bariery są odporne na uderzenia, otarcia i zgniecenia, dzięki czemu są szeroko stosowane jako opakowania transportowe i jako opakowanie delikatnych produktów spożywczych takich jak jaja i świeże owoce. Odpowiednie opakowanie fizyczne chroni również konsumentów przed różnymi zagrożeniami. Na przykład zamknięcia zabezpieczone przed dziećmi utrudniają dostęp do potencjalnie niebezpiecznych produktów [14, 20].
Projektowanie opakowań i ich budowa odgrywają istotną rolę w określaniu okresu przechowywania produktu spożywczego. Właściwy dobór materiałów i technologii pakowania utrzymuje jakość produktu i świeżość podczas dystrybucji oraz przechowywania. Materiały, które tradycyjnie używane są do opakowań żywności, to: szkło, metal, papier i tektura oraz tworzywa sztuczne. Ponadto wprowadzono szerszą gamę tworzyw sztucznych zarówno w sztywnych, jak i giętkich formach. Dzisiejsze opakowania żywności często łączą kilka materiałów, aby wykorzystać właściwości funkcjonalne lub estetyczne każdego materiału. Ponieważ badania nad ulepszaniem opakowań do żywności trwają nadal, postępy w tej dziedzinie mogą wpływać na oddziaływanie opakowania na środowisko [11, 3].
Najprostszym i najtańszym tworzywem sztucznym wytworzonym przez polimeryzację addycyjną etylenu jest polietylen (PE). Istnieją dwie podstawowe kategorie polietylenu o wysokiej i niskiej gęstości. Polietylen o dużej gęstości jest sztywny, wytrzymały, odporny na chemikalia i wilgoć, przepuszczalny dla gazu, łatwy w obróbce i formowaniu. Jest używany do produkcji butelek na mleko, soki czy też wodę, pojemników na płatki zbożowe, toreb na zakupy oraz śmieci. Polietylen niskiej gęstości jest giętki, mocny, wytrzymały, łatwy do uszczelnienia i odporny na wilgoć. Ponieważ polietylen o niskiej gęstości jest względnie przezroczysty, jest głównie wykorzystywany w aplikacjach foliowych oraz w aplikacjach, w których konieczne jest zgrzewanie. Torebki na chleb i mrożonki, elastyczne wieczka i wyciskane butelki na żywność to przykłady wykorzystania polietylenu o małej gęstości [17, 13]. Torebki polietylenowe są czasami ponownie wykorzystywane (zarówno w sklepach spożywczych, jak i detalicznych). Twardszy, gęstszy i bardziej przezroczysty niż polietylen jest polipropylen (PP), ma dobrą odporność na chemikalia i skutecznie blokuje parę wodną. Wysoka temperatura topnienia (160°C) sprawia, że nadaje się on do zastosowań, w których wymagana jest odporność termiczna, takich jak opakowania przeznaczone do ogrzewania mikrofalowego. Popularne zastosowania obejmują pojemniki na jogurty i zupy [11].
Politereftalan etylenu (PET) powstaje, gdy kwas tereftalowy reaguje z glikolem etylenowym. PET stanowi dobrą barierę dla gazów (tlen i dwutlenek węgla) oraz wilgoci. Ma również dobrą odporność na ciepło, oleje mineralne, rozpuszczalniki i kwasy, ale nie na zasady. W związku z tym PET staje się preferowanym materiałem opakowaniowym dla wielu produktów spożywczych, w szczególności napojów i wód mineralnych. Zastosowanie PET do produkcji plastikowych butelek do napojów gazowanych stale rośnie [22]. Głównymi powodami jego popularności są szklana przezroczystość, odpowiednia bariera gazowa do zatrzymywania karbonatyzacji, lekkość i odporność na rozrywanie. Trzy główne aplikacje do pakowania PET to pojemniki (butelki, słoiki i pojemniki), półsztywne arkusze do termoformowania (tace i blistry) oraz cienko zorientowane folie (worki i opakowania do przekąsek). PET występuje zarówno jako amorficzny (przezroczysty), jak i półkrystaliczny (nieprzezroczysty i biały) materiał termoplastyczny. Amorficzny PET ma lepszą ciągliwość, ale mniejszą sztywność i twardość niż półkrystaliczny PET, który ma dobrą wytrzymałość, ciągliwość, sztywność i twardość. Przetworzony PET z butelek po napojach jest wykorzystywany jako włókna, w izolacjach i w wielu innych gałęziach przemysłu niespożywczego [18].
Poliwęglan (PC) powstaje przez polimeryzację soli sodowej kwasu bisfenolowego z dichlorkiem karbonylu. Przejrzysty, odporny na wysoką temperaturę i trwały, stosowany jest głównie jako zamiennik szkła w przedmiotach takich jak duże butelki zwrotne/wielokrotnego napełniania i butelki dla niemowląt nadające się do sterylizacji. Podczas czyszczenia PC należy zachować ostrożność, gdyż nie zaleca się stosowania silnych detergentów, takich jak podchloryn sodu, ponieważ katalizują one uwalnianie bisfenolu A, stanowiącego potencjalne zagrożenie dla zdrowia. Obszerna analiza literatury autorstwa Saala i Hughesa (2005) sugeruje potrzebę nowej oceny ryzyka dla niskich dawek tego związku [22].
Polietylenonaftalen (PEN) jest polimerem kondensacyjnym dikarboksylanu dimetylowo-naftalenowego i glikolu etylenowego. Jest to stosunkowo nowy członek rodziny poliestrów o doskonałych parametrach dzięki wysokiej temperaturze zeszklenia. Właściwości barierowe PEN dla dwutlenku węgla, tlenu i pary wodnej przewyższają właściwości PET, a PEN zapewnia lepszą wydajność w wysokich temperaturach, umożliwiając gorące napełnianie, ponowne napełnianie i zużycie. Jednak PEN kosztuje od 3 do 4 razy więcej niż PET. Ponieważ PEN zapewnia ochronę przed przenikaniem smaków i zapachów, jest dobrze przystosowany do produkcji butelek na napoje takie jak piwo [23].
Polichlorek winylu (PVC) jest to polimer addycyjny chlorku winylu, ciężki, sztywny, plastyczny i średnio silny, bezpostaciowy, przezroczysty. Ma doskonałą odporność na chemikalia (kwasy i zasady), tłuszcz i olej, dobre charakterystyki przepływu i stabilne właściwości elektryczne. Chociaż PVC jest używany przede wszystkim w medycynie i innych zastosowaniach nieżywnościowych, jego zastosowanie w żywności obejmuje butelki i folie opakowaniowe. Ponieważ jest on łatwo kształtowany termicznie, arkusze PVC są szeroko stosowane w opakowaniach typu blister takich jak opakowania na produkty mięsne i opakowanie farmaceutyczne w dawce jednostkowej [20, 15].
PVC można przekształcić w materiały o szerokim zakresie elastyczności z dodatkiem plastyfikatorów takich jak ftalany, adypiniany, cytryniany i fosforany. Ftalany są stosowane głównie w aplikacjach do pakowania artykułów nieżywnościowych jak kosmetyki, zabawki i urządzenia medyczne. Pojawiły się obawy dotyczące bezpieczeństwa stosowania ftalanów w niektórych produktach takich jak zabawki [18]. Ze względu na bezpieczeństwo ftalany nie są stosowane w opakowaniach do żywności; zamiast tego stosuje się alternatywne nieftalanowe plastyfikatory takie jak adypinian. Na przykład adypinian di-(2-etyloheksylu) (DEHA) jest stosowany do wytwarzania plastikowych przylepnych okładów. Te alternatywne plastyfikatory mogą również przedostawać się do żywności, ale na niższych poziomach niż ftalany. Niskie poziomy DEHA nie wykazały toksyczności u zwierząt. Niestety PVC jest trudny do recyklingu, ponieważ jest stosowany do tak różnorodnych produktów, co utrudnia jego identyfikację i oddzielenie. Ponadto spalanie PVC stwarza problemy środowiskowe ze względu na zawartość chloru [20].
Polichlorek winylidenu (PVDC) jest dodatkiem polimeru chlorku winylidenu. Jest termozgrzewalny i służy jako doskonała bariera dla pary wodnej, gazów oraz produktów tłuszczowych i oleistych. Jest on używany w opakowaniu giętkim jako folia jednowarstwowa, powłoka lub część produktu wytłaczanego współbieżnie. Główne zastosowania obejmują pakowanie drobiu, wędlin, serów, przekąsek, herbaty, kawy i słodyczy. Stosuje się go także do pakowania na gorąco, do przechowywania w niskich temperaturach i do pakowania w atmosferze modyfikowanej. PVDC zawiera dwa razy więcej chloru niż PVC, a zatem ma również problemy ze spalaniem [16, 17].
Polistyren (PS), polimer addycyjny styrenu, jest klarowny, twardy i kruchy przy stosunkowo niskiej temperaturze topnienia. Może być mono-ekstrudowany, współwytłaczany z innymi tworzywami sztucznymi, formowany wtryskowo lub spieniony w celu wytworzenia szeregu produktów. Pienienie powoduje wytwarzanie nieprzezroczystego, sztywnego, lekkiego materiału o właściwościach udarowych i termoizolacyjnych. Typowe zastosowania obejmują opakowania ochronne takie jak: kartony jaj, pojemniki, jednorazowe plastikowe sztućce, pokrywy, kubki, talerze, butelki i tacki na żywność. W postaci spienionej polistyren można poddać recyklingowi lub spalić [20].
Poliamid (PA) jest powszechnie znany jako nylon. Poliamidy były pierwotnie stosowane w tekstyliach. Powstające w wyniku reakcji kondensacji między diaminą i dikwasem poliamidy są polimerami, w których powtarzające się jednostki są utrzymywane razem przez wiązania amidowe. Różne typy poliamidów charakteryzują się liczbą, która odnosi się do liczby atomów węgla w wyjściowym monomerze. Na przykład nylon-6 ma 6 atomów węgla i jest zwykle używany w opakowaniach. Ma właściwości mechaniczne i termiczne podobne do PET, więc ma podobną przydatność jak opakowanie z woreczkiem do zgrzewania. PA zapewnia również dobrą odporność chemiczną, wytrzymałość i niską przepuszczalność gazu [20, 14].
Etylenowy alkohol winylowy (PVA, PVAL lub PVOH) to kopolimer etylenu i alkoholu winylowego. Jest doskonałą barierą dla oleju, tłuszczu i tlenu. Jednakże PVA jest wrażliwy na wilgoć, dlatego stosowany jest głównie w wielowarstwowych współwytłaczanych foliach w sytuacji, gdy nie ma bezpośredniego kontaktu z cieczami [16].
Badane materiały
Materiał do badań stanowiły opakowania z tworzyw sztucznych przeznaczone do kontaktu z żywnością pozyskane z różnych punktów gastronomicznych na terenie Lublina.
– Próbka 1. – Polipropylen (PP), bezbarwny, przeznaczony do przechowywania sałatek.
– Próbka 2. – Polipropylen (PP), zabarwiony na czarno, przeznaczony do przechowywania dań obiadowych, odpowiedni do podgrzewania mikrofalowego.
– Próbka 3. – Poli(tereftalan etylenu) (PET), przezroczysty, przeznaczony do przechowywania różnego rodzaju żywności, tj. zup, sosów czy sałatek.
Metody badawcze
Badania migracji globalnej z badanych próbek opakowań żywności do wodnych płynów modelowych przez całkowite zanurzenie z wykorzystaniem cieplarki wykonano zgodnie z PN-EN 1186 metodą zanurzeniową. Warunki badania migracji oraz płyny modelowe dobrane zostały tak, aby odpowiadały warunkom rzeczywistego wykorzystania badanych opakowań w kontakcie z określonymi produktami spożywczymi. Poniżej w tabeli 1 przedstawiono warunki badania migracji.
Oznaczanie migracji globalnej
Po zastosowaniu czasu badania, tj. 30 minut oraz 10 dni kontaktu badanych opakowań z płynami modelowymi, płyny przenoszono do parowniczek, uprzednio wysuszonych do stałej masy, odparowywano do sucha, a suche pozostałości po wysuszeniu do stałej masy ważono z dokładnością do 0,001 mg. Migrację globalną z badanych materiałów oznaczono dla każdego rodzaju próbek przygotowanych w trzech powtórzeniach. Masę suchej pozostałości oznaczano również dla próbek kontrolnych po odparowaniu płynu modelowego.
Obliczanie wyników
Wyniki podano w mg/dm2 powierzchni opakowania przeznaczonego do kontaktu z żywnością, jako średnią z trzech powtórzeń.
Wielkość migracji obliczano wg wzoru:
gdzie:
M – migracja globalna do płynu modelowego, w mg/dm2 powierzchni próbki przeznaczonej do kontaktu z żywnością [mg/dm2]
ma – masa pozostałości otrzymanej po odparowaniu płynu modelowego, w którym były zanurzone badane próbki [g]
mb – masa pozostałości otrzymana po odparowaniu płynu modelowego (próba kontrolna) [g]
S – pole powierzchni badanej próbki, która pozostawała w kontakcie z płynem [dm2]
Wyniki badań
Wyniki oznaczania migracji globalnej z badanych opakowań z tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu z żywnością przedstawiono w tabelach 2-5. Uzyskane wyniki migracji glo-balnej do wodnych płynów modelowych w warunkach 10 dni z zastosowaniem temperatury 40°C (tj. woda destylowana, 20% kwas octowy, 50% etanol) oraz 3% kwas octowy w warunkach 30 minut 100°C z badanych próbek opakowań z tworzyw sztucznych w warunkach odpowiadających rzeczywistemu wykorzystaniu mieściły się w normie – 10 mg/dm2. Zbadana migracja globalna z wybranych opakowań do wody destylowanej wynosiła 6,20 mg/dm2 dla PP czarnego, 7,60 mg/dm2 dla PP oraz 6,60 mg/dm2 dla PET. Zastosowanie wody destylowanej jako płynu modelowego umożliwia uzyskanie informacji o możliwości przechowywania w badanym materiale żywności uwodnionej o pH>4,5.
W tabeli 3 przedstawiono dane z wykorzystaniem jako płynu modelowego 3% kwasu octowego dla takich samych warunków jak w przypadku wody destylowanej, tj. 10 dni 40°C oraz 30 minut 100°C. Badania potwierdziły wysoką migrację globalną ponad dopuszczalny limit dla PP czarnego oraz PP odpowiednio 12,43 oraz 11,73 mg/dm2 po czasie 10 dni kontaktu płynu z badaną próbką. Natomiast znacznie niższą migrację wyznaczono dla opakowania PET – 0,23 mg/dm2. W przypadku krótszego czasu przechowywania wyznaczono wartości mieszczące się w normie – 9,70 mg/dm2 dla PP, 8,10 mg/dm2 dla PP czarnego oraz najniższą dla PET 4,0 mg/dm2. Zastosowanie 3% kwasu octo-wego jako płynu modelowego stosuje się do sprawdzenia możliwości przechowywania żywności kwaśnej o pH≤4,5. Z powyższych danych wynika, że jedynie opakowanie wykonane z politereftalanu etylenu może być używane do dłuższego przechowywania tego typu żywności. W przypadku krótszego czasu przechowywania wykazano, że wszystkie badane materiały mogą być zastosowane.
Tabela 4 przedstawia wyniki migracji globalnej do bardziej restrykcyjnych warunków z użyciem 20% kwasu octowego w warunkach badania 10 dni w 40°C. Jak wykazano, badane materiały sztuczne stosowane do opakowań żywności mieszczą się w limicie normy. Dla PP odnotowano wartość 9,20 mg/dm2, nieco niższą dla PP czarnego, tj. 8,50 mg/dm2 i najniższą dla PET – 7 mg/dm2.
Tabela 5 przedstawia wyniki migracji globalnej z zastosowaniem jako płynu modelowego 50% etanolu. Warunki badania były adekwatne z pozostałymi płynami modelowymi. Badania wykazały, że wszystkie badane próbki mieszczą się w normie, co świadczy o możliwości ich wykorzystania do przechowywania żywności zawierającej alkohol. Najwyższą migrację odnotowano dla opakowania z PP, tj. 9,70 mg/dm2; nieco niższą dla PP czarnego – 8,10 mg/dm2, natomiast najniższą dla PET – 4,00 mg/dm2.
Wnioski
1. Badane próbki opakowań z tworzyw sztucznych przezna-czonych do kontaktu z żywnością spełniają obowiązujące wymagania w zakresie dopuszczalnego limitu migracji globalnej (10 mg/dm2).
2. Wykazano, że nie jest możliwe zastosowanie opakowań z polipropylenu do przechowywania żywności kwaśnej o pH≤4,5, gdyż uzyskane wyniki były wyższe niż dopuszczalny limit.
3. Najniższą migrację globalną uzyskano dla opakowania PET przy zastosowaniu 3% kwasu octowego, co świadczy o możliwości wykorzystania tego typu opakowań do żywności kwaśnej.
4. Wszystkie badane materiały nadają się do przechowywania żywności uwodnionej oraz zawierającej alkohol.
Literatura:
[1] Anderson W. A. C., Castle L. (2003). Benzophenone in cartonboard packaging materials and the factors that influence its migration into food. Food Add. Contam. 20 (6), 607-618
[2] Brede C., Skjevrak I. (2004). Migration of aniline from polyamide cooking utensil into food simulants. Food Addit. Contim. 21, 1115-1124
[3] Buonocore G. G., Del Nobile M. A., Panizza A., Corbo M. R., Nicolais L. (2003) A general approach to describe the antimicrobial agent release from highly swellable films intended for food packaging applications. J Control Rel 90, 97-107
[4] Cichoń Z., Miśniakiewicz M. (2000). Analiza tendencji w opakowalnictwie żywności uwarunkowanych zmieniającymi się wymaganiami rynkowymi, Opakowanie, 10
[5] Cleveland J., Montville T. J., Nes I. F. and Chikindas M. L. (2001) Bacteriocins: safe, natural antimicrobials for food preservation. Int J Food Microbiol 71, 1-20
[6] Ćwiek-Ludwicka K., Jurkiewicz M., Stelmach A., Mazańska M., Półtorak H. (2003). Opakowania jako potencjalne źródło zanieczyszczenia żywności. Bromat. Chem. Toksykol., 285-289
[7] Ćwiek-Ludwicka K., Jurkiewicz M., Stelmach A., Półtorak H. (2000). Substancje chemiczne dozwolone do tworzyw sztucznych przeznaczonych do wytwarzania opakowań żywności w świetle ustawodawstwa Unii Europejskiej. Roczn. PZH, 51, 241-249.
[8] Guerra N. P., Macias C. L., Agrasar A. T. and Castro L. P. (2005) Development of a bioactive packaging cellophane using Nisaplin as biopreservative agent. Lett Appl Microbiol 40, 106-110
[9] Hotchkiss J. H. (1997). Food‐packaging interactions influencing quality and safety, Food Additives & Contaminants, 14, 6-7
[10] Jankowski S. (2002). Analiza czynników wpływających na rozwój przemysłu opakowań w Polsce. Opakowanie, 8, 20-22
[11] Kisperska-Moroń D., Krzyżaniak S. (2009). Logistyka, Biblioteka Logistyka, Poznań, 45-46
[12] Kłopotek B. (2005). Sprawozdania z realizacji krajowego planu gospodarki opakowaniami. Opakowanie, 5, 20-23
[13] Lau O. W., Wong S. K.. (2000). Contamination in food from packaging materials. J Chrom. A 882 (1–2): 255-70
[14] Lee C. H., Park H. J., Lee D. S. (2004). Influence of antimicrobial packaging on kinetics of spoilage microbial growth in milk and orange juice. J Food Eng 65, 527-531
[15] Lopez‐Rubio A., Almenar E., Hernandez‐Munoz P., Lagaron J. M., Catala R., Gavara R. (2004). Overview of active polymer‐based packaging technologies for food application. Food Rev Int 20 (4): 357-87
[16] Marsh K., Bugus B. (2007). Food Packaging – Roles, Materials, and Environmental Issues. Journal of Food Science, 72 (3), 39-55
[17] Ozen B. F., Floros J. D. (2001). Effects of emerging food processing techniques on the packaging materials. Trends in Food Science & Technology, 12 (2), 60-67
[18] Page B., Edwards M., May N. (2003). Metal cans. In: Coles R., McDowell D., Kirwan M. J., editors. Food packaging technology. London, U. K.: Blackwell Publishing, CRC Press. p. 121-51
[19] Shea K. M.. (2003). Pediatric exposure and potential toxicity of phthalate plasticizers. Pediatrics 111 (6): 1467-74
[20] Silayoi P., Speece M. (2007). Importance of Packaging Attributes: a Conjoint Analysis Approach. European Journal of Marketing, 41 (11/12), 1495-1517
[21] Smith C., White P. (2000). Life cycle assessment of packaging. In: Levy GM, editor. Packaging, policy, and the environment. Gaithersburg, Md.: Aspen. p. 178-204
[22] Van Willige R. W. G., Linssen J. P. H., Meinders M. B. J., Van Der Steger H. J., Voragen A. G. J. (2002). Influence of flavor absorption on oxygen permeation through LDPE, PP, PC and PET plastics food packaging. Food Addit Contam 19 (3): 303-13
[23] Vom Saal F. S., Hughes C. (2005). An extensive new literature concerning low‐dose effects of bisphenol A shows the need for a new risk assessment. Environ Health Perspect 113 (8): 926-33
Klaudia Kałwa, Jakub Wyrostek, Katarzyna Ślepecka
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
