okladka2_2011 popraw.cdr

PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
Metody analityczne
– wskaźnikiem przydatności opakowań
do kontaktu z produktami spożywczymi
Analytical Methods – Indicator of Usefulness Package
for Contact with Food Products
Janina Leks-Stępień
W artykule przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych z wykorzystaniem kilku metod analitycznych. Każda z zastosowanych
metod badawczych stanowiła źródło dodatkowych informacji na
temat analizowanych próbek. Dzięki temu uzyskano pełniejszą ocenę
przydatności opakowania pod kątem bezpieczeństwa zdrowotnego.
Słowa kluczowe: opakowania żywności, migracja, analizy chemiczne,
papier.
The article presents the results obtained using several analytical
methods. Each of the methods used were a source of additional information on the analyzed samples. This results in a more complete
assessment of the suitability of packaging in terms of health security.
Keywords: food packaging, migration, chemical methods, paper
Opakowania przeznaczone do kontaktu z żywnością nie powin�
ny być źródłem szkodliwych substancji. Z tego względu muszą
podlegać ściśle określonym normom i dyrektywom. Substancje,
które mogą wpływać na bezpieczeństwo produktów spożyw�
czych zależą oczywiście od natury materiału opakowaniowego,
a ponieważ zapotrzebowanie na opakowania żywności jest coraz
większe, wzrasta zatem zagrożenie dla konsumentów, wynikające
ze wzrostu liczby potencjalnie niebezpiecznych substancji.�����
����
Klu�
czem w badaniu substancji zagrażających zdrowiu konsumenta
są metody analityczne. Pozwalają one identyfikować poten�
cjalne substancje migrujące lub zanieczyszczenia występujące
w materiałach opakowaniowych. Tym samym dają możliwość
identyfikacji czynników wpływających na migrację zanieczysz�
czeń z opakowania do żywności. Ponadto analizy chemiczne
umożliwiają określenie maksymalnej dawki zanieczyszczeń
w pakowanej żywności.
Stopień migracji danej substancji pochodzącej z opakowania
jest jednym z głównych czynników określających ryzyko dla ludz�
kiego zdrowia. Migracja jest to zjawisko polegające na transferze
masy składników opakowania do pakowanej żywności. Wyróżnia
się dwa rodzaje migracji: migrację globalną (OM – overall migration), która stanowi sumę wszystkich substancji migrujących
z materiału lub wyrobu w określonych warunkach badania (czas,
temperatura) do odpowiedniego płynu modelowego imitującego
działanie środków spożywczych, i wyrażana jest w mg/dm2, oraz
migrację specyficzną (SM – specific migration), która odnosi się
do ściśle zdefiniowanej substancji, jest określana w stosunku
do masy żywności lub też mediów zastępujących żywność
102
(tzw. symulantów żywności) w badaniach migracji i wyrażana
w mg/kg (1-5).
Jedną z najbardziej rozpowszechnionych w praktyce laborato�
ryjnej metod analizy instrumentalnej, wykorzystywaną również
w przemyśle opakowań, jest chromatografia gazowa (GC).
Umożliwia ona rozdział złożonych mieszanin oraz jakościową
i ilościową analizę substancji, które w warunkach badania
mają postać gazów lub par. Metoda ta pozwala identyfikować
zanieczyszczenia występujące w materiałach opakowaniowych
oraz potencjalne substancje migrujące, jak również określać
poziom dodatków zawartych w materiałach mających kontakt
z żywnością (6-8). Szczególnie przydatną techniką analityczną
jest połączenie chromatografu gazowego ze spektrometrem mas
(GC-MS). Technika ta jest stosowana zarówno do badania lub
potwierdzenia struktury związków organicznych, jak i do ozna�
czania jakościowego oraz ilościowego określonych związków
występujących w mieszaninie (6).
Substancjami, które mogą zaburzać właściwości organolep�
tyczne pakowanej żywności są m.in. lotne związki organiczne
(LZO). Oznaczanie tych substancji wymaga od procedury
analitycznej możliwości oznaczania składników o bardzo ni�
skich poziomach stężeń oraz niewprowadzanie do środowiska
dodatkowych substancji podczas przygotowania próbki. Takie
właśnie wymagania spełnia technika analizy fazy nadpowierzch�
niowej, zwana techniką dozowania headspace (GC-HS). Jest
ona bezpieczna dla środowiska, gdyż nie wymaga do ekstrakcji
rozpuszczalników. Istota analizy nadpowierzchniowej polega na
analizowaniu fazy gazowej będącej w równowadze z ciekłą lub
stałą próbką zamkniętą w szczelnej fiolce (rys. 1).
Zaletą tej metody jest fakt, że do kolumny przechodzą tylko
lotne substancje, a nielotne pozostają w fiolce. Oznacza to, że
wyeliminowane zostają problemy związane z kondensacją roz�
puszczalnika oraz osadzaniem się ciężkich składników. Technika
ta zapewnia wysoką czułość analizy, a za jej pomocą można wy�
kryć m.in.: ketony, aldehydy, alkohole, estry, etery, kwasy karbok�
sylowe, w tym substancje lotne pochodzące z farb drukarskich.
Analizę fazy nadpowierzchniowej można wykorzystać do wzbo�
gacenia próbek, których nie można wprowadzić bezpośrednio
Dr inż. J. Leks-Stępień, Politechnika Łódzka, Instytut Papiernictwa i Poligrafii,
ul. Wólczańska 223, 90-924 Łódź
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · LUTY 2011
PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
do kolumny np.: polimery,
tworzywa sztuczne, ciecze
o dużej lepkości lub ma�
tryce o skomplikowanym
składzie (krew, kosmetyki,
napoje oraz inne produkty
spożywcze) (8).
Metodyka badań
Do badań wykorzystano
nadruki wykonane na pa�
pierze powlekanym o gra�
maturze 200 g/m 2 farbą
o niskiej migracji (LM) oraz pokryte lakierem dyspersyjnym.
Oznaczanie migracji globalnej wykonano według normy PN-EN
14338:2005. W tym celu na szalce Petriego rozłożono 4 g mody�
fikowanego tlenku polifenylenu (Tenax), który przykryto badaną
próbką o powierzchni 1 dm2, całość zamknięto większą szalką.
Szalki zawierające dwie próbki do badań i ślepą próbę umiesz�
czono w suszarce nagrzanej wstępnie do wybranej temperatury
(175oC), pozostawiając je na czas 2 h. Po upływie założonego
czasu wyjęto szalki wraz z próbkami z suszarki i ostudzono do
temperatury pokojowej. Następnie przeprowadzono ekstrakcję
Tenaxu rozpuszczalnikiem organicznym. Otrzymany roztwór
stosowano do następnych oznaczeń.
Rys. 1. Osiąganie stanu równowagi
pomiędzy fazami w szczelnie zamkniętej
fiolce (6)
Parametry analizy chromatograficznej GC/MS
Analizę identyfikacyjną próbek ekstraktu rozpuszczalnikowego
wykonano techniką chromatografii gazowej ze spektrometrią
masową. Rozdział składników próbki oraz ich identyfikację
przeprowadzono przy zastosowaniu chromatografu gazowego
sprzężonego z kwadropulowym spektrometrem masowym
firmy Hewlett Packard seria II model 5890/5972 wyposażonym
w kolumnę kapilarną HP-5 o wymiarach 30 m x 0,25 mm x 0,25
µm. Zastosowano następujące warunki pracy: temperatura
injectora – 230°C, temperatura detektora – 280°C, temperatura
pieca od 45°C (utrzymywana przez 4 minuty), wzrost od 45°C do
250°C utrzymywany przez 10 minut (4°C/min). Przepływ gazu
nośnego (hel) przez kolumnę 0,8 cm3 /min w temperaturze 45oC.
System wprowadzania próbki – splitless (bez rozszczepienia).
Identyfikację składników zawartych w badanej próbie przepro�
wadzono na drodze porównania uzyskanych widm masowych
składników rozdzielonych w kolumnie chromatograficznej z wid�
mami substancji wzorcowych znajdującymi się w katalogu widm
spektrometru masowego.
Parametry analizy chromatograficznej GC/HS
Zawartość rozpuszczalników występujących w farbach dru�
karskich oznaczono metodą chromatografii gazowej, przy wy�
korzystaniu techniki dozowania headspace. Badania prowadzono
przy użyciu chromatografu gazowego Clarus 500 wyposażonego
w detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID) oraz automatyczny
układ dozowania próbek i oprogramowanie TotalChrom Navigator.
Do rozdziału związków zastosowano kolumnę Elite-Wax o wy�
miarach 60 m x 0,25 mm x 0,5 μm. Zastosowano następujące
warunki programowanej temperatury: wzrost od 48°C do 55°C
(2°C/min), następnie do poziomu 100°C utrzymywanego przez 4
minuty (5°C/min), wzrost do 185°C – utrzymywany przez 5 minut
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · LUTY 2011
(40°C/min). Temperatura detektora FID wynosiła 185°C. Jako
gazu nośnego użyto helu. Próbki termostatowano w komorze
aparatu w temperaturze 90°C. Warunki analizy headspace: nad�
ciśnienie 70 kPa, czas podwyższonego ciśnienia 1 minuta, czas
termostatowania 15 minut, czas dozowania 0,04 minuty, tempe�
ratura pętli dozującej 100°C, temperatura linii transferowej 120°C,
wielkość atenuacji – 3, czas nastrzyku 0,04 minuty. Identyfikację
jakościową i ilościową składników zawartych w badanych pró�
bach przeprowadzono na drodze porównania uzyskanych czasów
retencji składników rozdzielonych w kolumnie chromatograficznej
z wyznaczonymi wcześniej krzywymi kalibracyjnymi substancji
wzorcowych.
Wyniki badań
We wszystkich przypadkach, w których dla substancji nie
określono limitu migracji specyficznej lub innych ograniczeń,
przyjmuje się limit migracji globalnej 60 mg/kg lub 10 mg/dm2.
Rys. 2. Migracja globalna oznaczona dla nadruków wykonanych na papierze
powlekanym
Rys. 3. Chromatogram GC-MS próbki zadrukowanego, dwustronnie farbą
o niskiej migracji, papieru powlekanego pokrytego lakierem dyspersyjnym
103
PRACE NAUKOWO - BADAWCZE
Tabela 1. Wyniki identyfikacji składników obecnych w badanej próbce
(analiza GC-MS)
Czas retencji [min]
Nazwa związku
Prawdopodobieństwo identyfikacji
[%]
*
Tabela 2. Zidentyfikowane lotne związki organiczne
Czas retencji
[min]
Nazwa
związku
32,70
2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol diisobutyrate
5,60
Aceton
42,59
Dibutylophtalate
94
8,07
Izopropanol
46,36
47,14
Dodecanoic acid 1-methyl propyl ester
Docosane
*
99
13,14
Heksanal
50,36
52,48
Tricosane
Tetracosane
98
99
54,48
55,50
Heptadecane, 3-methyl
Diisooctyl phthalate
94
*
56,48
58,87
Hexacosane
Docosane, 2,2,1-dimethyl
*
94
* identyfikacja manualna
Suma wszystkich oznaczonych wartości migracji specyficznych
dla danej próbki wyrobu nie może przekroczyć limitu migracji
globalnej. W przypadku użytych do badań prób, najniższy poziom
migracji globalnej – 3,6 mg/dm2 – uzyskano w odniesieniu do
nadruków wykonanych samą farbą (rys. 2). Pokrycie tak zadru�
kowanej powierzchni lakierem zwiększyło (o ok. 27%) wielkość
migracji globalnej. Stosunkowo najwyższą wartość liczbową
migracji globalnej (8,8 mg/dm2) stwierdzono w przypadku próbki
papieru zadrukowanego dwustronnie i pokrytego dodatkowo la�
kierem. Należy jednak podkreślić, że w żadnej z badanych próbek
nie odnotowano przekroczenia limitu migracji globalnej.
Wyniki analizy identyfikacyjnej próbek ekstraktu rozpuszczalni�
kowego wykonanej techniką chromatografii gazowej ze spektro�
metrią masową zestawiono w tabeli 1 i przedstawiono w formie
chromatogramu na rysunku 3. Analiza widm masowych wykazała
obecność m.in. węglowodorów i estrów kwasów tłuszczowych,
czyli związków będących składnikami rozpuszczalników i olejów
stosowanych do wyrobu farb drukarskich. Analiza widma spek�
trofotometrycznego związków o czasie retencji tr = 42,59 i tr =
55,50 min., może sugerować obecność ftalanów stosowanych
m.in. jako plastyfikatory w farbach drukowych. Jednakże pełna
identyfikacja tych związków wymaga dalszych badań.
Wyniki badań migracji specyficznej lotnych związków orga�
nicznych przedstawiono na rysunku 4. Analiza chromatograficzna
GC-HS nadruków wykonanych na badanym podłożu drukowym
umożliwiła zidentyfikowanie takich lotnych związków organicz�
Rys. 4. Chromatogramy uzyskane z analizy GC-HS; a) podłoże; b) podłoże
+ farba LM (zadruk jednostronny) + lakier; c) podłoże + farba LM (zadruk
dwustronny) + lakier
104
Podłoże
-
LZO [mg/dm2]
Podłoże + farba
Podłoże +
LM (zadruk
farba LM (zadruk
jednostr.) +
dwustr.) + lakier
lakier
0,0106
0,0245
0,0254
0,0424
0,0369
-
0,0240
0,0500
nych, jak: aceton, heksanal, izopropanol. Obecność izopropanolu
wynikała ze specyfiki druku offsetowego – techniki wykorzysta�
nej do zadrukowania próbek papieru. Wykrycie acetonu należy
przypisać użytej do badań farbie drukowej. Zastosowanie farby
o niskiej migracji miało wpływ na ilość oznaczanego chroma�
tograficznie heksanalu, który, jak wiadomo, ma negatywny
wpływ na właściwości organoleptyczne pakowanych produktów
spożywczych. Należy jednak podkreślić, że pomimo obecności
lotnych związków organicznych w badanym materiale, nie nastą�
piło przekroczenie dopuszczalnego limitu migracji specyficznej
(tabela 2).
Podsumowanie
Badanie migracji globalnej z wykorzystaniem Tenaxu pozwoliło
określić sumę wszystkich substancji migrujących z analizowanej
próbki do symulantu żywności. Uzyskane wartości liczbowe nie
przekroczyły dopuszczalnego limitu. Analiza GC-MS wykazała,
w użytej do badań próbie, obecność alkanów oraz pochodnych
kwasów tłuszczowych. Zastosowanie techniki GC-HS umożliwiło
identyfikację w analizowanej próbce lotnych związków organicz�
nych oraz określenie ilości tych substancji w badanym materiale.
Reasumując, każda z zastosowanych metod badawczych była
źródłem dodatkowych informacji na temat analizowanych próbek,
dzięki temu uzyskano pełniejszą ocenę przydatności opakowania
pod kątem bezpieczeństwa zdrowotnego.
Literatura
1.Sendon Garcia R., Sanches Silva A., Cooper I., Franz R., Paseiro Losada
P.: “Revision of analytical strategies to evaluate different migrants from
food packaging materials”, Trends in Food & Technol. 17, 7, 354-366
(2006).
2.Sanches Silva A., Cruz J., Franz R., Paseiro Losada P.: “Mass transport
studies of model migrants within dry foodstuffs”, J. Cereal Sci. 48, 3,
662-669 (2008).
3.Sanches Silva A., Cruz J., Sendon Garcia R., Franz R., Paseiro Losada
P.: “Kinetic migration studies from packaging films into meat products”,
Meat Sci. 77, 2, 238-245 (2007).
4.Triantafyllou V., Akrida-Demertzi K., Demertzis P.: “A Study on the migra�
tion of organic pollutants from recycled paperboard packaging materials
to solid food matrices”, Food Chem. 101, 4, 1759-1768 (2007).
5.Czerniawski B.: „Ocena higieniczno-sanitarna folii z tworzyw sztucz�
nych przewidzianych do kontaktu z żywnością”, Opakowanie 2, 36-39
(2005).
6.www.chemia.uj.edu.pl
7.Lau O., Wong S.: “Contamination in food from packaging material”,
J. Chromatography A, 882, 1, 255-270 (2000).
8.Da Cruz A., De Faria J., Van Dender A.: “Packaging system and probiotic
dairy foods”, Food Research International 40, 8, 951-956 (2007).
Opracowanie w ramach projektu badawczego nr NN508441436
finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego
w latach 2009-2011
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 67 · LUTY 2011