OPAKOWANIA BIODEGRADOWALNE STOSOWANE JAKO MATERIAŁY PRZEZNACZONE DO KONTAKTU Z ŻYWNOŚCIĄ Małgorzata Nowacka, Dorota Witrowa-Rajchert Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Nauk o Żywności, Katedra Inżynierii Żywności i Organizacji Produkcji, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warszawa Opakowanie jest niezbędnym elementem w obrocie towarowym, warunkującym zachowanie jakości produktów spożywczych. Jako materiały opakowaniowe wykorzystywane są różne tworzywa sztuczne, m.in. politereftalan etylenu (PET), polichlorek winylu (PVC), polietylen (PE), polipropylen (PP), polistyren (PS) i poliamid (PA). Ich duża dostępność, przy stosunkowo niskim koszcie, oraz dobre właściwości mechaniczne, takie jak rozciąganie, wytrzymałość, termozgrzewalność, dobra bariera dla tlenu, dwutlenku węgla i związków aromatycznych, wpływają na wzrost ich wykorzystania. Globalne zużycie tworzyw sztucznych szacuje się na co najmniej 200 milionów ton rocznie i rośnie ono w każdym roku średnio o około 5%. Stosowane przez lata syntetyczne folie opakowaniowe doprowadziły do poważnych problemów ekologicznych na świecie. Zastosowanie tworzyw biodegradowalnych, które rozkładają się podczas kompostowania, jest przyszłością. Obecnie naukowcy projektują nowe tworzywa, ulegające biodegradacji do wody, dwutlenku węgla i związków nieorganicznych nieszkodliwych dla środowiska. Nie można jednak zapominać, że próby sprostania nowym wyzwaniom, związanym z produkcją opakowań ekologicznych, nie mogą przysłonić najważniejszej cechy opakowania bezpieczeństwa zdrowotnego pakowanej w nie żywności. W czasie przechowywania produkty spożywcze podlegają przemianom chemicznym, biochemicznym i fizycznym oraz zmianom sensorycznym. Od materiałów, mających bezpośredni kontakt z żywnością, wymaga się, aby stanowiły ochronę przed niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi, takimi jak mikroorganizmy, tlen, światło czy zapachy, a jednocześnie powinny być obojętne i nie powinny wchodzić w interakcje z żywnością, co mogłoby doprowadzić do jej niezdatności do spożycia. W świetle przepisów krajowych oraz międzynarodowych odpowiedzialność za bezpieczeństwo wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością, wprowadzanych do obrotu, nałożona jest na ich producenta. Podstawowym aktem prawnym, obowiązującym na terenie Unii Europejskiej, dotyczącym materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością jest Rozporządzenie (WE) nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 października 2004 r. w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością oraz uchylające dyrektywy 80/590/EWG i 89/109/EWG (Dz. Urz. WE nr L 338/4, z 13.11.2004). Zasadą tego rozporządzenia jest to, że wszelkie materiały lub wyroby przeznaczone do bezpośredniego lub pośredniego kontaktu z żywnością muszą być wystarczająco obojętne, aby nie powodować przenikania do żywności substancji w ilościach, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia człowieka oraz powodować niemożliwe do przyjęcia zmiany w składzie takiej żywności lub pogorszenie jej cech organoleptycznych (pkt 3 Preambuły Rozporządzenia (WE) nr 1935/2004). Źródłem zanieczyszczeń żywności może być migracja substancji chemicznych z opakowania, będącego w bezpośrednim kontakcie z żywnością. Stopień migracji i szkodliwości substancji chemicznych opakowania jest uzależniony od rodzaju produktu żywnościowego, z którym kontaktuje się opakowanie. Na podstawie badania migracji
globalnej określa się stopień migracji substancji chemicznych z opakowania do produktu. W zależności od tego, z jakiego rodzaju żywnością opakowanie będzie miało kontakt, wykonuje się badania z użyciem odpowiednich płynów modelowych imitujących żywność tj. woda, 3% kwas octowy, 10% etanol i oliwę z oliwek lub inny tłuszczowy płyn modelowy. Limity migracji globalnej, czyli wszystkich substancji uwalnianych z opakowania do płynu modelowego, określają przepisy prawne i wynoszą one 10 mg/dm 2 powierzchni kontaktu opakowania z żywnością lub 60 mg/kg żywności, w przypadku gdy nie jest możliwe oszacowanie powierzchni kontaktu z żywnością. Opakowania biodegradowalne na bazie skrobi wytwarzane są przez dodatek skrobi przy produkcji opakowań z polimeru. W zależności od procentowej zawartości skrobi w materiale i innych dodatków, tj. barwników czy dodatków zwiększających wytrzymałość termiczną materiału, właściwości opakowań mogą ulegać zmianom. Dodatek skrobi przyspiesza rozpad i fragmentację łańcucha polimeru, poprzez tworzenie porów w materiałach, powodując tym samym ich osłabienie, a następnie biodegradację w określonych warunkach. Podobne zadanie ma stosowany dodatek d2w do opakowań, który powoduje szybki i nieszkodliwy dla środowiska rozkład poprzez kompostowanie. Dodatek d2w powoduje oksybiodegradację tworzyw sztucznych, co oznacza, że tworzywo rozpada się na wodę, dwutlenek węgla, biomasę oraz pierwiastki śladowe. Tworzywo wykonane na bazie skrobi oraz tworzywo z dodatkiem d2w poddano badaniu dopuszczającemu tworzywo do bezpośredniego kontaktu z żywnością, tj. badaniu migracji globalnej. Badanie migracji globalnej wykonano dla tworzyw biodegradowalnych: 1. tworzywo biodegradowalne z dodatkiem d2w 2. tworzywo biodegradowalne wykonane na bazie skrobi kukurydzy i ziemniaków Badanie migracji globalnej wykonano zgodnie z normą PN-EN 1186-1:2005, z zastosowaniem 3% kwasu octowego jako płynu modelowego, w warunkach: 40 C przez 10 dni. Wyniki badań wykazały, iż tworzywo z dodatkiem d2w może być stosowane jedynie do opakowań nie mających bezpośredniego kontaktu z żywnością. Wynik migracji globalnej do płynu modelowego 3% kwasu octowego, na poziomie 31,4±2,4 mg/dm 2, dyskwalifikuje produkt jako opakowanie jednostkowe żywności. Natomiast opakowania biodegradowalne wykonane na bazie kukurydzy i ziemniaków mogą być stosowane jako opakowania do bezpośredniego kontaktu z żywnością. Jednakże każdorazowo, po określeniu nowego składu tworzywa i warunków jego produkcji, należy przeprowadzić badanie migracji, w celu sprawdzenia ilości wszystkich substancji uwalnianych z opakowania do płynu modelowego. Wynik migracji globalnej w przypadku tworzywa wykonanego na bazie skrobi kukurydzy i ziemniaków wyniósł 9,5±1,1 mg/dm 2. Opakowania są produktami powszechnie stosowanymi, a powstające z nich odpady stanowią zagrożenie dla środowiska. Obecnie głównym kierunkiem rozwoju opakowań jest tworzenie opakowań bezpiecznych dla zdrowia, życia i środowiska. Ze względu na bezpieczeństwo zdrowotne opakowań przeznaczonych do bezpośredniego kontaktu z żywnością należy poddawać je badaniom zgodnie z wymogami rozporządzenia (WE) nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 października 2004 r. w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością oraz uchylające dyrektywy 80/590/EWG i 89/109/EWG (Dz. Urz. WE nr L 338/4, z 13.11.2004).
Literatura: 1. Alves V., Costa N., Hilliou L., Larotonda F., Gonçalves M., Sereno A., Coelhoso I., 2006: Design of biodegradable composite films for food packaging. Desalination 199, 331-333. 2. Davis G., Song J.H., 2006: Biodegradable packaging based on raw materials from crops and their impact on waste management. Industrial Crops and Products 23, 147-161. 3. Dyrektywa 94/62/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 20 grudnia 1994 r. w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych 4. Psomiadou E., Arvanitoyannis I., Biliaderis C.G., Ogawa H., Kawasaki N., 1997: Biodegradable films made from low density polyethylene (LDPE), wheat starch and soluble starch for food packaging applications. Carbohydrate Polymers 33, 227-242. 5. Rozporządzenie (WE) nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 października 2004 r. w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością oraz uchylające dyrektywy 80/590/EWG i 89/109/EWG (Dz. Urz. WE nr L 338/4, z 13.11.2004). 6. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 22 czerwca 2007 r. w sprawie wykazu substancji, których stosowanie jest dozwolone w procesie wytwarzania lub przetwarzania materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych, a także sposobu sprawdzania zgodności tych materiałów i wyrobów z ustalonymi limitami (Dz.U. 2007 nr 129 poz. 904 z zm.). 7. Siracusa V., Rocculi P., Romani S., Dalla Rosa M., 2008: Biodegradable polymers for ford packaging: a review. Trends in Food Science & Technology 19, 634-643. 8. http://degradable.net
BIODEGRADABLE PACKAGING USED AS MATERIALS FOR FOOD CONTACT Małgorzata Nowacka, Dorota Witrowa-Rajchert Warsaw University of Life Sciences (WULS-SGGW), Faculty of Food Sciences, Department of Food Engineering and Process Management, ul. Nowoursynowska 159C, 02-776 Warsaw Packaging is an indispensable element in trade that determines the behavior of quality food. As packaging materials are used in various plastics including polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and polyamide (PA). Their high availability at relatively low cost and good mechanical properties such as tensile strength, heat sealability, good barrier to oxygen, carbon dioxide and aromatic compounds affect the growth of their use. The global consumption of plastics is estimated more than 200 million tons per year, with an annual grow of approximately 5%. Used over the years, synthetic packaging has led to serious ecological problems in the world. The use of biodegradable plastics, which can degrade during composting are the future. Currently, researchers designing new biodegradable plastic, which degrade into the water, carbon dioxide and inorganic compounds. However, the new challenges of biodegradable packaging production can not obscure the most important role of the package food safety. During the food storage there are chemical, physical and organoleptic changes. Ford contact material are required to constitute a shield against adverse external factors such as microorganisms, oxygen, light or odors, and the material should be neutral and should not interact with food, which could lead to food contamination. The responsibility for safety of food contact material is superimposed on the manufacturer. The basic legal act in force in the European Union, concerning materials and ford contact materials is Regulation (EC) No 1935/2004 of the European Parliament and the Council of 27 October 2004 on materials and articles intended to come into contact with food and repealing Directives 80/590/EEC and 89/109/EEC (Official Journal. EC No. L 338 / 4, 13.11.2004). The principle of the regulation is that "any material or article intended to come into contact directly or indirectly with food must be sufficiently inert to preclude substances from being transferred to food in quantities large enough to endanger human health or to bring about an unacceptable change in the composition of the food or a deterioration in its organoleptic properties (Preamble, point 3 of Regulation (EC) No 1935/2004). The source of food contamination may be migrating from the packaging as chemical substances. The degree of migration of harmful chemicals from packaging depends on the type of food product, which contacts with the container. On the basis of research for global migration determined the degree of migration of chemicals from packaging into the product. Depending on what kind of food will have contact with packaging, testing is performed using the appropriate food simulants such as water, 3% acetic acid, 10% ethanol and olive oil, or other fatty simulant. The limits for global migration, for all substances released from the packaging to the food simulant determine laws and the limit is 10 mg/dm 2 contact surface of food packaging, or 60 mg / kg food, where it is not possible to estimate the surface, which contact with food. Biodegradable packaging based on starch are produced from polymer, which coming from the synthesis of oilbased monomer and it is mixed with different percentage of starch used as
additive. Depending on the percentage of starch in the material and other additives such as colouring additives, flame retardant additives, the properties of these materials can be varied a lot. Starch accelerates the disintegration or fragmentation of polymer chain by producing pores in the materials which weaken them, and degrades in special conditions. Similar role have d2w additive, which causes rapid and harmless to the environment degradation. D2w additive causes oxo-biodegradation of plastic, which means that degradation is identified as resulting from oxidative and cell-mediated phenomena, either simultaneously or successively. Packaging made from starch-based material and material with d2w addition were tested for food contact material, ie the study of global migration. The research of global migration from biodegradable plastics were made for: 1. biodegradable material with d2w addition 2. biodegradable plastic made from starch-based from maize and potatoes Global migration was performed in accordance with PN-EN 1186-1:2005 to 3% acetic acid in the conditions: 40 C for 10 days. The results showed that the material with the d2w addition can be applied only to packages that do not have direct contact with food. Result of global migration into food simulant - 3% acetic acid, was 31.4 ± 2.4 mg/dm 2, what disqualify the product as a food contact material. However biodegradable packaging made from maize and potatoes can be used as packaging for food contact material. However, each time after defining the new composition of materials and production conditions, should be performed migration testing to verify the quantities of all substances released from the packaging to the food simulant. Result of global migration for plastics made from starch-based maize and potatoes was 9.5 ± 1.1 mg/dm 2. Packaging products are widely used and unfortunately generated waste. To protect environment and to reduce non-biodegradable plastic production, currently the main development direction is to create biodegradable packages. Due to the food safety of such packaging for food contact materials should be testing in accordance with the requirements of Regulation (EC) No 1935/2004 of the European Parliament and the Council of 27 October 2004 on materials and articles intended to come into contact with food and repealing Directives 80/590/EEC and 89/109/EEC (Official Journal. EC No. L 338 / 4, 13.11.2004). References: 1. Alves V., Costa N., Hilliou L., Larotonda F., Gonçalves M., Sereno A., Coelhoso I., 2006: Design of biodegradable composite films for food packaging. Desalination 199, 331-333. 2. Davis G., Song J.H., 2006: Biodegradable packaging based on raw materials from crops and their impact on waste management. Industrial Crops and Products 23, 147-161. 3. Directive 94/62/EC of the European Parliament and of the Council of 20 December 1994 on packaging and packaging waste 4. Psomiadou E., Arvanitoyannis I., Biliaderis C.G., Ogawa H., Kawasaki N., 1997: Biodegradable films made from low density polyethylene (LDPE), wheat starch and soluble starch for food packaging applications. Carbohydrate Polymers 33, 227-242.
5. Regulation (EC) No 1935/2004 of the European Parliament and of the Council of 27 October 2004 on materials and articles intended to come into contact with food and repealing Directives 80/590/EEC and 89/109/EEC 6. Regulation of Heath Ministry of 22 June 2007 on the list of substances whose use is permitted in the manufacture or processing of materials and plastic products, as well as how to check the compatibility of these materials and products to established limits in polish 7. Siracusa V., Rocculi P., Romani S., Dalla Rosa M., 2008: Biodegradable polymers for ford packaging: a review. Trends in Food Science & Technology 19, 634-643. 8. http://degradable.net