STRESZCZENIE: Analiza chemiczna NIAS jest dużym wyzwaniem analitycznym. Nie wszystkie substancje można wykryć za pomocą dostępnych technik analitycznych. Wykryte związki NIAS powinny podlegać ocenie toksykologicznej z zastosowaniem znanych metody wykorzystywanych w toksykologii.
ABSTRACT: Chemical analysis of NIAS is serious analytical challenge. Presently available analytical techniques can not detect all of substances. NIAS compounds detected should be considered as subjects to toxicological evaluation with know toxicology methods use.
W opakowaniach do kontaktu z żywnością oprócz stosowanych w procesie produkcji związków IAS (Intentionally Added Substances) mogą pojawić się związki chemiczne NIAS (Non-intentionally Added Substances), które nie zostały celowo zastosowane na żadnym etapie wytwarzania. Na rys. 1. przedstawiono cztery podstawowe źródła NIAS.
Do związków NIAS zalicza się substancje, których masa cząsteczkowa jest mniejsza niż 1000 Da. Mała cząsteczka NIAS oraz mała ilość występująca w produkcie końcowym powoduje, że identyfikacja oraz oznaczanie ilościowe tych związków są trudnym zadaniem analitycznym.
Analiza chemiczna NIAS
Udoskonalane metody analityczne pozwalają na coraz bardziej precyzyjne wykrycie NIAS.
Przygotowanie próbki do analizy jest etapem kluczowym dla kompleksowej analizy materiałów do kontaktu z żywnością (FCM – Food Contact Materials). Każda analiza chemiczna obarczona jest błędem niecałkowitej migracji NIAS do płynów modelowych bądź analizowanej żywności. Polimery i stałe substancje modelowe imitujące żywność, takie jak Tenax®, można analizować za pomocą technik bezpośredniej desorpcji termicznej połączonych ze spektrometrią mas (MS). Do takich technik należą:
– sonda do analizy atmosferycznej – Atmospheric Solids Analysis Probe – (ASAP) MS,
– bezpośrednia analiza w czasie rzeczywistym – Direct Analysis in Real-Time (DART) MS,
– desorpcja przez elektro-rozpylanie – Desorption Electrospray Ionization (DESI) MS.
Metody te nie obejmują etapów rozdzielania i pozwalają na wyeliminowanie etapów ekstrakcji. Są to techniki dające wynik w krótkim czasie, ale powinny być stosowane tylko do analizy dobrze znanych substancji [1].
Zastosowanie technik chromatograficznych do analizy próbek stałych wymaga etapu ekstrakcji, w trakcie której związki przechodzą do fazy ciekłej lub gazowej. Polimery i stałe substancje modelowe żywności można ekstrahować w układzie ciało stałe – ciecz i rozdzielać chromatograficznie. Inną metodą analizy polimerów jest termodesorpcja bardzo lotnych substancji techniką mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej – SPME (Solid phase microextraction), a następnie analiza tych związków techniką chromatografii gazowej ze spektrometrią mas – GC-MS. Istnieje też metoda całkowitego rozpuszczenia materiału, a następnie jego analizy dowolną metoda analityczną. Wodne płyny modelowe stosowane w testach migracji mogą być analizowane bezpośrednio lub ekstrahowane do fazy stałej lub fazy ciekłej w skali mikro. Ekstrakcja umożliwia zatężenie próbki, ale stwarza niebezpieczeństwo utraty części analizowanego materiału.
Eksperci zgadzają się, że nie wszystkie substancje można wykryć za pomocą obecnych technik analitycznych. Do identyfikacji i oznaczenia zarówno znanych i nieznanych związków NIAS proponowane jest dwukierunkowe podejście analityczne, przedstawione na rys. 2.
Technika chromatografii gazowej GC – Screening, polegająca na przeskanowaniu materiału opakowaniowego dzięki zastosowaniu sprzężonych technik chromatografii gazowej (GC) z detektorem mas (MS) i headspace (HS) pozwala wykryć substancje lotne. Substancje mniej lotne, ekstrahowane rozpuszczalnikami organicznymi są wykrywane, a następnie identyfikowane techniką chromatografii gazowej z detektorem płomieniowo-jonizacyjnym (FID), detektorem jonizacji elektronowej (EI) lub z detektorem MS.
Technika wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z detektorem UV lub detektorem światła rozproszonego (ELSD) pozwala wykryć związki nielotne. Techniką HPLC/MS wykrywane są związki nielotne i polarne. Do wykrywania śladów metali stosowna jest technika plazmy indukcyjnie sprzężonej (ICP) połączona z MS oraz technika spektrometrii absorpcji atomowej (AAS). Pomocna w identyfikacji związków jest także technika spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).
Analiza ukierunkowana dedykowana jest do oznaczania przewidywalnych NIAS. Korzystając z modelu matematycznego można także zastosować kalkulację worst-case, przy założeniu 100% migracji związków z opakowania do żywności.
Natomiast zastosowanie schematu analiz nieukierunkowanych, oprócz wykrycia nieprzewidywalnych NIAS, daje też możliwość oznaczenia IAS i przewidywalnych NIAS. Analiza nieukierunkowana polega na zastosowaniu całej gamy technik analitycznych, które pozwalają na wykrycie jak największej liczby związków.
Ocena ryzyka NIAS
Wykryte i zidentyfikowane w produkcie końcowym związki NIAS powinny podlegać ocenie ryzyka z wykorzystaniem dostępnych naukowych metod. Taka ocena najczęściej obejmuje cztery etapy: identyfikacja zagrożenia, charakterystyka zagrożenia, ocena narażenia oraz ocena ryzyka.
1) Identyfikacja zagrożenia. Jest to ocena szkodliwego wpływu substancji chemicznej na zdrowie, np. wpływ na wątrobę. Dane literaturowe, raporty z badań zawierające informacje o badaniach epidemiologicznych, toksykologicznych, badaniach in vitro są źródłem informacji o potencjalnym zagrożeniu danej substancji.
2) Charakterystyka zagrożenia. Polega na określeniu ilości substancji chemicznej, która może być toksyczna, oraz na prognozowaniu poziomów stężenia, które mają znikomy wpływ na zdrowie. Charakterystyka zagrożenia jest analizą efektu toksykologicznego w układzie: dawka – reakcja. Jest to proces, który umożliwi określenie dawki dopuszczalnego dziennego spożycia – TDI (Tolerable Daily Intake).
TDI oblicza się na podstawie danych dotyczących toksyczności po wielokrotnym zaaplikowaniu i zazwyczaj wyrażane jest w [mg/kg masy ciała/dzień]. Wartości TDI są stosowane w przypadku substancji, które nie powinny znaleźć się w żywności. Na ich podstawie ustalone są wartości dopuszczalnych limitów migracji specyficznej – SML.
Tak, jak w przypadku substancji dopuszczonych do stosowania w materiałach do kontaktu z żywnością (FCM), w przypadku znanych NIAS należy wykonać badania toksykologiczne w zależności od przewidywanego poziomu migracji.
3) Ocena narażenia. Polega na określeniu codziennej ekspozycji na substancję chemiczną w różnych warunkach użytkowania przez konsumenta. Ocena narażenia zależy od rodzaju substancji chemicznej wchodzącej w skład opakowania oraz ilości jej zastosowania np. czy występuje w jednej, czy kilku warstwach opakowania. Na ocenę narażenia wpływ ma także rodzaj, ilość i termin przydatności do spożycia pakowanej żywności. Do określenia poziomu narażenia wykonywane są badania migracji do płynów modelowych żywności lub metody obliczeniowe według modeli matematycznych. Do oceny bezpieczeństwa związków NIAS przyjmuje się dwa poziomy migracji:
– 10 µg/kg żywności. Jest to granica wykrywalności technik analitycznej wprowadzona Rozporządzeniem UE nr 10/2011 [3]. Limit ten stosowany jest dla związków IAS oraz definicji bariery funkcjonalnej, o ile związki nie są sklasyfikowane jako CMR (carcinogenic/mutagenic/reprotoxic) oraz nie występują w postaci nano. Limit ten nie przewiduje wpływu ekspozycji dawki i uznawany jest jako poziom braku ryzyka dla konsumenta.
– drugi poziom migracji odpowiada progowi bezpiecznej ekspozycji w oparciu o dostępne dane dotyczące danej substancji lub badania in-silico. Znając poziom migracji danej substancji z opakowania oraz powierzchnię opakowania dawkę można obliczyć według wzoru:
narażenie [µg/osobę/dzień] =
migracja [µg/dm2] x powierzchnia [dm2/osobę/dzień]
4) Ocena ryzyka
Na podstawie informacji uzyskanych w poprzednich punktach 1) – 3) dokonuje się oceny zagrożenia toksykologicznego danej populacji. Podstawową zasadą toksykologiczną jest teza Paracelsusa, iż dawka sprawia truciznę, zgodnie z równaniem [2]:
ryzyko = niebezpieczeństwo x ekspozycja
Ta zasada wskazuje, że przy małym kontakcie z substancją niebezpieczną ryzyko narażenia może być niskie.
Ocenę toksykologiczną dla związków IAS i zidentyfikowanych NIAS, które mają ustalony limit migracji specyficznej (SML), dokonuje się na podstawie wartość TDI. Wartość tę można obliczyć korzystając ze wzoru:
SML (µg/kg żywności) =
TDI (µg/kg masy ciała/dzień) x 60 (kg masy ciała) /1 (kg/dzień)
Jeżeli danej substancji nie została przypisana wartość TDI lub SML, nadal możliwe jest dokonanie oceny ryzyka w zależności od zakresu dostępnych danych toksykologicznych i ekspertyzy toksykologicznej.
Zgodnie z wytycznymi Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności EFSA (European Food Safety Authority) substancje, których SML wynosi 0,05 mg/kg żywności są dopuszczone do stosowania w materiałach do kontaktu z żywnością, pod warunkiem, że nie wykazują właściwości genotoksycznych. Jeśli substancja sklasyfikowana jest jako genotoksyczna, to jej ekspozycja musi być zredukowana do najniższego poziomu, jaki jest możliwy, gdyż nie ma dla niej bezpiecznego poziomu użycia. W takim wypadku ocena ryzyka polega na ustaleniu prawdopodobnej ilości skutków niepożądanych np. wystąpienie nowotworu w określonej populacji. Przyjmuje się, że przypadek jeden na milion wystąpienia choroby nowotworowej jest możliwy do zaakceptowania [4].
Ocenę toksykologiczną można prowadzić stosując podejście TTC – Próg Zagrożenia Toksykologicznego (Threshold of Toxicological Concern). TTC jest to pragmatyczne narzędzie oceny ryzyka, które opiera się na zasadzie ustalania wartość progowej narażenia dla wszystkich substancji, poniżej której istnieje bardzo niskie prawdopodobieństwo istotnego ryzyka dla ludzi. Według koncepcji TTC w danym materiale opakowaniowym należy wykryć, wszystkimi dostępnymi metodami analitycznymi, jak największą ilości związków chemicznych. Związki o cząsteczkach powyżej1000 Da nie są brane pod uwagę, jako nie migrujące. Pozostałe substancje są sklasyfikowane w 3 klasach określających maksymalną, dobowa dawkę pobrania, zgodnie z klasyfikacją zaproponowaną przez Cramera:
– klasa I – 1,8 mg/osobę/dzień;
– klasa II – 0,54 mg/osobę/dzień;
– klasa III – 0,09 mg/osobę/dzień.
Przyjmuje się, że substancje poniżej progu narażenia wynoszącego 90 µg/dzień nie stanowią zagrożenia dla zdrowia. Wszystkie związki przekraczające ten próg muszą być ocenione pod kątem bezpieczeństwa.
Eksperci w oparciu o nowe badania rozszerzyli podejście TTC o kolejne dwa progi. Wprowadzono poziom 0,15 μg/dzień dla związków chemicznych z potwierdzonymi alarmami strukturalnymi dla genotoksycznej rakotwórczości. Dawka obliczona jest przez ekstrapolację liniową do teoretycznego, górnego ograniczenia ryzyka jednego na milion. Ustalono także oddzielną wartość TTC dla związków fosforoorganicznych, wynoszącą 18 μg/dzień [5].
TTC być może stosowane tylko dla związków o znanej strukturze. Z stosowania tego podejścia wykluczone są np. białka, metale ciężkie, nanozwiązki, substancje podobne strukturalnie do dioksyn, aflatoksyny, związki azoksy- lub N-nitrozowe, benzydyny oraz substancje kancerogenne, mutagenne i wpływające na rozrodczość [1],[6].
Podsumowanie
Wypracowanie jednolitego podejścia oraz sposobu oceny ryzyka jest głównym zadaniem w ocenie związków NIAS. Istotnym zagadnieniem jest kwestia oceny ryzyka substancji, które znajdują się poniżej progu wykrywalności. Pomocne w ocenie zagrożenia ze strony NIAS jest zastosowanie podejścia toksykologicznego – TTC, które poprzez działania przesiewowe określa priorytety w ocenie zagrożenia. Analiza NIAS wymaga ścisłej i szerokiej współpracy specjalistów z różnych dziedzin nauki. Celem tej współpracy powinno być opracowanie spójnej procedury.
Literatura
[1] Geueke B. 2013. Dossier-Non-intentionally added substances (NIAS). „Food Packaging Forum”, DOI: 10.5281/zenodo. 33514.
[2] Koster S., M-H. Bani-Estivals, M. Bonuomo, E. Bradley, M-Ch. Chagnon, L. M. Garcia, F. Godts, T. Gude, R. Helling, P. Paseiro-Losada, G. Pieper, M. Rennen, T. Simat, L. Spack. 2015. Guidance on best practices on the risk assessment of non-intentionally added substances (NIAS) in food conntact materials and articles. ILSI Europe Report.
[3] 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.
[4] EuPIA a Sector of CEPE Guidance for Risk Assessment of Non-Intentionally Added Substances (NIAS) and Non-Listed Substances (NLS) in printing inks for food contact materials.
[5] EFSA 2016 Review of the Threshold of Toxicological Concern (TTC) approach and development of new TTC decision tree.
[6] Houben G., M. Blom, J. van Bilsen, L. Krul. 2014. New Developments in Food Safety Assessment: Innovations in Food Allergy and Toxicological Safety Assessment [w:] „AAPS Advances in thePharmaceutical Sciences
Katarzyna Samsonowska, Małgorzata Pawlicka, Agnieszka Kwiecień
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
