Abstrakt MN - 2011 Opakowania biodegradowalne

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/dm2 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/dm2, 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/dm2.
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, 147161.
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/dm2 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/dm2, 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/dm2.
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, 147161.
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