Μελέτη της δυνατότητας χρήσης ανακυκλωμένου χαρτιού για συσκευασία τροφίμων

Abstract

The suitability of recycled paperboard packaging materials for direct food contact applications is a major area of investigation. Chemical contaminants (surrogates) partitioning between recycled paper packaging and foods may affect the safety and health of the consumer. The partition behavior of all possible organic compounds between paperboards and individual foodstuffs is difficult and too time consuming for full investigation. Therefore it may be more efficient to determine these partition coefficients indirectly through experimental determination of the partitioning behavior between paperboard samples and air. The behavior of organic pollutants present in a set of two paper and paperboard samples intended for food contact was studied. These substances represent a large number of molecular sizes, polarities and are among those that may be present in fiber materials. Adsorption isotherms were constructed and partition coefficients between paper and air were calculated as a basis for the estimation of their migration potential into food. Values of partition coefficients (Kpaper/air) from 47 to 1207 were obtained at different temperatures. For the less volatile surrogates such as dibutyl phthalate and methyl stearate higher Kpaper/air values were obtained. The adsorption isotherms showed that the more volatile substances partitioned mainly into the air phase and by increasing the temperature from 700C to 1000C the concentrations in air (Cair) were almost doubled. The analysis of surrogates was performed with a method based on solvent extraction and gas chromatographic (GC-FID). Studies on the migration of contaminants into foods and food simulants were carried out to evaluate the suitability of recycled paperboard for direct food contact applications. Τhe kinetics of migration of selected model contaminants (surrogates) from paper packaging samples into an alternative or substitute fatty food simulant (Tenax) was studied with the aim of developing a rapid test method based on solvent extraction and GC-FID quantification. Critical data about the time needed to reach equilibrium between paper samples and the food simulant were obtained. The results of the study indicate that time and temperature conditions are the most important variables with respect to the actual mass transfer during contact with food simulants. In the present work the kinetics of migration of selected model contaminants (surrogates) from contaminated recycled paper packaging samples into dry foodstuffs with different fat content were also studied. Results showed the ability of selected contaminants of varying structure and volatility to potentially migrate to dry foods. The amount of substances migrating into food was strongly dependent on the nature of the paper samples, fat content of the food, chemical nature and volatility of the migrant. Generally, the higher boiling point species migrate to a greater extent into food for all paper types. This can be attributed to the fact that volatile surrogates might have escaped from the paper/food contacting phase system due to evaporation. The highest level of migration of organic pollutants was observed for the substrate with the highest fat content. Furthermore, it was shown that contact time and temperature have a significant effect on migration of model contaminants into foods.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η αλληλεπίδραση μίγματος ουσιών-μολυντών με επιλεγμένες χάρτινες συσκευασίες με διαφορετικά χαρακτηριστικά καθώς επίσης και η μετανάστευση αυτών σε προσομοιωτή και διάφορα τρόφιμα. Οι ουσίες-μολυντές που χρησιμοποιήθηκαν εκπροσωπούν διαφορετικές κατηγορίες ουσιών οι οποίες μπορεί να βρίσκονται σε χάρτινη συσκευασία και οι οποίες είναι δυνατόν να μεταφερθούν στα συσκευασμένα τρόφιμα. Αρχικά πραγματοποιήθηκε ανάλυση των χρησιμοποιηθέντων τεσσάρων χάρτινων υλικών και προσδιορισμός των ήδη υπαρχόντων μολυντών-ουσιών. Προσδιορίστηκαν ουσίες όπως DEP, βενζοφαινόνη, DiPNs, κλπ. σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Η παρουσία των ουσιών αυτών αποδόθηκε στη χρήση τους ως πλαστικοποιητών και στη χρήση αυτών στη βιομηχανία παρασκευής μελανιών εκτύπωσης, συγκολλητικών κλπ. Πραγματοποιήθηκε στη συνέχεια μελέτη της κατανομής του μίγματος των ουσιών-μολυντών μεταξύ των χάρτινων υλικών συσκευασίας και του αέρα ώστε να εκτιμηθεί η τάση των ουσιών για μεταφορά στα τρόφιμα. Για τον προσδιορισμό των ισόθερμων προσρόφησης χρησιμοποιήθηκε η αεριοχρωματογραφική μέθοδος ανάλυσης σε συνδυασμό με υγρή εκχύλιση. Οι εφαρμοζόμενες συνθήκες ισορροπίας ήταν στους 70 0C για 4h, και στους 100 0C για 1h. Η παρουσία των ουσιών-μολυντών στην αέρια υπερκείμενη φάση υποδηλώνει την ικανότητα αυτών να μεταναστεύουν σε τρόφιμα. Οι περισσότερο πτητικές ουσίες προσροφήθηκαν σε κάθε περίπτωση λιγότερο στα χάρτινα υλικά έναντι των λιγότερο πτητικών. Οι συντελεστές κατανομής κυμάνθηκαν από 47 έως 1207 ml/g. Για τις λιγότερο πτητικές ουσίες βρέθηκαν οι υψηλότερες τιμές υποδεικνύοντας πως ισχυρότερη προσρόφηση λαμβάνει χώρα στο χαρτί. Ακολούθησε στη συνέχεια μελέτη της αλληλεπίδρασης των ουσιών-μολυντών με Tenax, υλικό που θεωρείται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή ως εναλλακτικός προσομοιωτής στερεών λιπαρών τροφίμων, αλλά και τρόφιμα διαφορετικής λιποπεριεκτικότητας. Τα πειράματα μετανάστευσης των ουσιών-μολυντών από τα επιμολυσμένα χάρτινα δείγματα στο Tenax αλλά και στα τρόφιμα διαφορετικής λιποπεριεκτικότητας διεξήχθησαν σε δύο θερμοκρασίες (70 0C και 100 0C) για διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Η χρήση επιταχυνόμενων συνθηκών μετανάστευσης σε υψηλή θερμοκρασία μπορεί ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για γρήγορη μελέτη και αξιολόγηση της μετανάστευσης και κατά συνέπεια της επικινδυνότητας της χρήσης χάρτινων συσκευασιών σε υψηλές θερμοκρασίες. Το ποσοστό (%) της μετανάστευσης των ουσιών-μολυντών ποικίλει ανάλογα με τη φύση της ουσίας, τη φύση και τις ιδιότητες της χάρτινης συσκευασίας, το χρόνο επαφής και τη θερμοκρασία. Οι περισσότερο πτητικές ουσίες όπως ο-ξυλένιο, ακετοφαινόνη, ναφθαλένιο, διφαινυλαιθέρας, έδωσαν μικρότερα ποσοστά μετανάστευσης, λόγω της εξάτμισης αυτών στην αέρια φάση. Οι μολυντές με υψηλότερο σημείο ζέσεως εμφάνισαν μεγαλύτερα ποσοστά μετανάστευσης. Αυτό μπορεί να αποδοθεί στο γεγονός ότι κατά τη μετανάστευση των ουσιών-μολυντών η ποσότητα που ελευθερώνεται από το χαρτί δεν συγκρατείται ολοκληρωτικά στο τρόφιμο ή στον προσομοιωτή. Το Tenax κρίνεται ως ιδιαίτερα ικανοποιητικός προσομοιωτής για τα ξηρά τρόφιμα χαμηλής και μέτριας λιποπεριεκτικότητας αλλά όχι και για τα τρόφιμα υψηλής λιποπεριεκτικότητας.