Investigation of Compounds Migrating from Food Contact Materials

Help

Back »

Details of project

Identifier

128440

Type

Principal investigator

Eke, Zsuzsanna

Title in Hungarian

Élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő anyagokból kioldódó összetevők vizsgálata

Title in English

Investigation of Compounds Migrating from Food Contact Materials

Keywords in Hungarian

Élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő anyagok, nem szándékosan hozzáadott anyagok, kioldódás

Keywords in English

Food Contact Materials, Non Intentionally Added Substances, Migration

Discipline

Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)	80 %
Ortelius classification: Instrumental analysis
Food safety (Council of Complex Environmental Sciences)	20 %

Panel

Chemistry 1

Department or equivalent

Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)

Participants

Horváth, Ajna Dorottya
Kirchkeszner, Csaba
Magyar, Norbert
Novákné Dr. Czégény, Zsuzsanna
Nyiri, Zoltán
Petrovics, Noémi
Szabó, Bálint Sámuel
Szigeti, Tamás
Zihné Perényi, Katalin

Starting date

2018-10-01

Closing date

2022-09-30

Funding (in million HUF)

36.813

FTE (full time equivalent)

14.44

state

closed project

Summary in Hungarian

A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az Európai Unióban a 2011/10/EK rendelet szabályozza az élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő anyagok (food contact material, FCM) használatát. Célja az FCM-ekből az élelmiszerekbe kioldódó szennyezés korlátozása. A kioldódásvizsgálatok kísérleti körülményeit a rendelet részletesen ismerteti. A kihívások az azt követő analitikai vizsgálatokban rejlenek, az analízis céljától, a célkomponensektől és az alkalmazott eljárásoktól függően. Jelen pályázat a következő témákat érinti:
• A kromatográfiás mérésekhez használt minta-előkészítés során fellépő diszkrimináció vizsgálata.
• A gázkromatográfiás-tömegspektrometriás (GC-MS) mérések során fellépő relatív érzékenységből adódó mennyiség-meghatározási hiba vizsgálata.
• Ésszerű célkomponens lista összeállítása LC-MS áttekintő módszerekhez.
• A kioldódó szerves vegyületekkel kapcsolatos információk gyűjtése a gázkromatográfiával (GC) vagy folyadékkromatográfiával (LC) kapcsolt tömegspektrometriás (MS) mérések segítségével detektált vegyületek azonosításának elősegítése érdekében.
• Minta-előkészítési módszer fejlesztése fémek meghatározására élelmiszeruntánzó modelloldatokból és egyes élelmiszerekből induktív csatolású plazma optikai emissziós vagy tömegspektrometriával (ICP-OES, ICP-MS), láng- és grafitkemencés atomabszorpciós spketrometriával (FAAS, GFAAS).
Az analitikai módszerek mellett a kioldódó szerves és szervetlen anyagok előfordulásával kapcsolatos információk is alapvetőek az élelmiszerbiztonság javításához. Tervezzük tehát kereskedelmi forgalomban kapható műanyag FCM-ek széleskörű vizsgálatát figyelemmel kísérve mind az engedélyezett, mind a nem szándékosan hozzáadott anyagok kioldódását.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kioldódásvizsgálatokat a 2011/10/EK rendelet részletesen leírja. A kihívást az azt követő analitikai eljárások jelentik. Az alacsony specifikus kioldódási határérték (pl. 0,01 mg/kg több primer aromás amin összegére) célzott vizsgálatokat követelnek. Ezzel szemben a határértékek nagy száma és a nem szándékosan hozzáadott anyagok (non intentionnaly added substances, NIAS) jelentette kockázat széleskörű, az ismeretlen komponensek felderítését is lehetővé tévő vizsgálatokat igényelnek.
Mindkét megközelítés esetén jelentős hatással bír, hogy milyen információ érhető el az élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő anyagokból (food contact material, FCM) esetleg kioldódó vegyületekről. A célzott, többkomponensű vizsgálatok hasznosíthatósága nagymértékben függ a választott célkomponensektől. A nem célzott vegyületek vizsgálatát lehetővé tevő, áttekintő módszerek esetén adatértelmezési nehézségek léphetnek fel. Az észlelt vegyületek azonosítása során fellépő problémák egyik fő forrása az FCM-ek előállításához felhasznált összetevők részletes listájának hiánya. Bár a főbb összetevőket általában megadják, a pontos összetétel a legtöbb esetben titkos. A NIAS-ok alacsony koncentrációja tovább nehezíti azonosításukat. Ezért bármilyen, a kioldódó vegyületek előfordulásával kapcsolatban elérhető információ (különösen azzal összefüggésben, hogy milyen típusú műanyagból oldódtak ki) jelentősen megkönnyítheti az élelmiszerbiztonsági hatóságok munkáját. E vegyületek kromatográfiás viselkedése, illetve detektálásuk körülményei ugyancsak hasznos információt jelenthetnek.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A javasolt pályázat sikeres megvalósításával reméljük, hogy jelentősen hozzájárulhatunk az élelmiszerbiztonság javulásához. Arra számítunk, hogy eredményeink nagy segítséget nyújtanak az élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő anyagok (FCM-ek) biztonságosságáért dolgozók számára. A következő várható eredmények értékes információt nyújthatnak az FCM-ek megfelelőségét vizsgáló laboratóriumoknak és/vagy az élelmiszerbiztonsági jogszabályok alkotóinak.
• Jól megtervezett minta-előkészítési és kalibrációs stratégia GC-MS áttekintőmódszerekhez.
• Ésszerű komponenslista LC-MS és elemanalitikai szűrőmódszerekhez.
• Széleskörű információ kereskedelmi forgalomban kapható FCM-ekből kioldódó szerves és szervetlen anyagokról.
• Az azonosított, nem szándékosan hozzáadott anyagok (NIAS-ok) listája szélsőséges és reális körülmények közötti előfordulásukkal.
• Információ gyakran használt adalékanyagok bomlástermékeiről és szennyezőiről.
• Az élelmiszerutánzó modellanyagok megfelelőségének vagy nem megfelelőségének bizonyítása. (Egyes gyakran kioldódó összetevők kioldódásának összehasonlítása a modellanyagban és a modellezett élelmiszerben.)
• Jól felépített, rendszerező adatbázis a műanyag FCM-ekből kioldódó összetevőkről irodalmi adatok és saját mérési eredmények alapján.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Napjainkban minőségi és biztonsági szempontból is kritikus pont a csomagolás. Ugyanakkor minden élelmiszerrel rendeltetésszerűen érintkező anyag (FCM) egyúttal lehetséges veszélyforrás, a belőlük kioldódó vegyületek megismerése alapvető jelentőségű. Az FCM-ek jelentős hányada műanyag. A műanyagok azonban mind tartalmaznak valamilyen adalékot (lágyítót, antioxidánst, fény stabilizátort, színezéket, stb.). Ráadásul a gyártásuk, szállításuk, tárolásuk és felhasználásuk során nem szándékosan hozzáadott vegyületek (NIAS) keletkezhetnek.
A műanyag FCM-ek használatát az Európai Unió 20/2011-es rendelete szabályozza. Megadja a gyártáshoz használható anyagokat és kioldódási határértékeiket, hogy ez által korlátozza az élelmiszerek műanyaggal való érintkezéséből eredő szennyeződését. Bár a rendelet nem zárja ki NIAS-ok előfordulását, felhívja a figyelmet jelentőségükre a kockázatelemzésben.
Az élelmiszerbiztonsági előírások fejlesztéséhez és betartásuk ellenőrzéséhez megfelelő vizsgálati módszerek és nagy mennyiségű információ is szükséges. A kioldódásvizsgálatok elvégzésének módját a 10/2011/EK rendelet részletesen leírja. A kihívást a minták megfelelő analitikai feldolgozása jelenti. Jelen projekt célja a kioldódó fémek és szerves vegyületek élelmiszerekből és élelmiszerutánzó modellanyagokból történő meghatározására alkalmas analitikai módszerek fejlesztése. A kidolgozott analitikai módszerek segítségével FCM műanyagok széleskörű felmérését tervezzük különös tekintettel a NIAS-okra. Várható eredményeink értékes információt szolgáltatnak az élelmiszerellenőrző laboratóriumok és az élelmiszerbiztonsági szabályozások kialakításában érintett bizottságok számára.

Summary

Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the European Union commission regulation 10/2011 lays down specific measures for plastic food contact materials (FCMs). It aims at restraining the transfer of potentially harmful constituents of FCMs into food. Experimental conditions for migration studies are described in detail. The challenges lay in the analytical methods used thereafter and vary extensively in accordance with the purpose of the analysis, the target compounds and the analytical techniques to be used. In this project we plan to address some of these by:
• Studying of discrimination occurring during sample preparation for chromatographic measurements.
• Investigating of quantitation errors originating from relative sensitivities of detection in gas chromatographic- mass spectrometric (GC-MS) screen measurements.
• Setting up a reasonable target compound list for LC-MS screen methods.
• Compiling information on organic migrants to facilitate identification of unknown compounds detected by mass spectrometry (MS) coupled to either gas or liquid chromatography (LC).
• Developing sample pre-treatment methods to enable the determination of metals in food simulants and selected foodstuff with inductively coupled plasma optical or mass spectrometry (ICP-OES, ICP-MS) and atomic absorption spectrometry (FAAS and/or GFAAS). Sample pre-treatment enabling tin speciation may also be included.
Beside analytical methods, information on the occurrence of organic and inorganic migrants is also vital for improving food safety. Therefore we plan to conduct wide spectrum survey of commercially available plastic FCMs to extend the knowledge on the migration of both authorised and non-intentionally added substances.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Experimental conditions for migration studies are described in detail in 10/2011/EC. The challenge lies in the analytical methods used thereafter. The often low specific migration limits (e.g. 0.01 mg/kg for the sum of several primary aromatic amines) call for targeted analysis. Whereas their large number on the authorised substance list and the potential threat posed by non-intentionally added substances (NIAS) demand broad spectrum multi component analyses often including search for the unknown. Both of these approaches are extensively dependent on information available on what may migrate from food contact materials (FCMs). The value of targeted multi component analyses is highly dependent on the choice of analytes. While screening methods allowing for the detection of untargeted compounds often result in difficulties of data interpretation due to the lack of information about the real composition of the FCM. (Though major components are usually disclosed, the exact composition of a material is commonly confidential.) Hence any information openly available on the occurrence of certain compounds especially in correlation with the type of plastics they migrated from and the intended use of the investigated FCMs can ease the work of food safety authorities substantially. Therefore we plan to gather extensive data on both organic and inorganic migrants in wide range surveys of FCMs. We also plan to achieve notable contribution through the development of analytical methods (e.g. sample preparation methods, calibration strategy for screening methods).

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
With the successful accomplishment of the proposed project we hope to make pronounced contribution to food safety. We expect that our results will mean considerable help in the work of those involved in the safety of Food Contact Materials (FCMs). The following predicted outcomes can provide valuable information for laboratories testing compliance of FCMs and/or for committees shaping food safety regulations.
• Well established strategy for sample preparation and calibration for gas chromatographic – mass spectrometric (GC-MS) screen methods.
• A reasonable list of target compounds for LC-MS and elemental screen methods.
• Extensive data collected on the occurrence of both organic and inorganic migrants over a wide range of commercially available FCMs.
• List of identified non-intentionally added substances (NIAS) with information on their occurrence under extreme and realistic circumstances.
• Information on the decomposition products and frequent impurities of commonly used additives.
• Proof on the ability or disability of food simulants to model selected foodstuff with regard to commonly occurring migrants.
• Database on migrants from scientific literature and our own work.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
In the modern food chain proper packaging of food is crucial for preserving food quality and safety. Still any food contact material (FCM) is also a potential threat and the assessment of migration of any potentially harmful compounds is imperative for consumer safety. Plastics are among the most prevalent FCMs. But no plastic can be produced without containing additives (plasticizers, antioxidants, UV absorbers, colorants, etc.). Besides, effects occurring during production, transport, storage and use can lead to the emergence of non-intentionally added substances (NIAS).
In the European Union commission regulation 10/2011 lays down specific measures for plastic FCMs. It provides a list of authorised substances which can be used for their manufacturing. It also specifies migration limits to restrain the transfer of the potentially harmful constituents of plastic FCMs into food. Though the regulation allows for the presence of NIAS it still implicates their relevance in risk assessment.
The enforcement of regulations on food safety as well as their improvement requires information and analytical methods. Experimental conditions for migration studies are described in detail in 10/2011/EC. The challenge lies in the analytical methods used thereafter. In this project we intend to develop analytical methods for the determination of migrants (metals and organic compounds) from food simulants and selected foodstuff. We plan to use these methods for wide range survey of migration from FCMs with special interest in NIAS. We expect that our results will provide valuable information for laboratories testing compliance of FCMs and for committees shaping food safety regulations.

Final report

Results in Hungarian

• Az élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkezésbe kerülő anyagokból (FCM) kioldódó komponensek azonosításának elterjed módja a kvadrupol GC-MS-sel felvett tömegspektrumok könyvtári kereséssel történő kiértékelése. Bemutattuk, hogy miként növelhető az így kapható, elsődleges azonosítások megbízhatósága, és az azonosítható vegyületek száma. • FCM-ekből (PP, PLA) kioldódó vegyületeket azonosítottunk. • A van den Dool and Kratz féle lineáris retenciós indexek azonosításban betöltött szerepének fejlesztése érdekében megvizsgáltuk, hogy értékük hogyan függ meghatározásuk körülményeitől. • Megvizsgáltuk, hogy megfelelő analitikai standard hiányában mi alapján érdemes kalibrációs standardot választani. Tapasztalataink szerint a kalibrációs görbék hasonlóságának a molekulák illékonysága, mérete vagy retenciójuk hasonlósága nem, de szerkezetük hasonlósága megfelelő indikátora. • A duzzadás és a migráció kapcsolatának részletes vizsgálatát végeztük el. • A legfrissebb szabályozásnak is megfelelő LC-MS módszert dolgoztunk ki primer aromás aminok (PAAk) meghatározásához. Konyhai eszközök e módszerrel történő vizsgálatával bizonyítottuk, hogy sajnos kerülnek kiskereskedelmi forgalomba nem megfelelő termékek. • A PAAk stabilitásának vizsgálatával felhívtuk a figyelmet, hogy problémás lehet az ecetsav használata kioldódásuk vizsgálata során. • A kioldódásvizsgálatok során azonosított vegyületekről gyűjtött adatainkat kereshető adatbázisba rendeztük.

Results in English

• Quadrupole GC-MS and mass spectral libraries are widely used for the identification of unknown migrants. We have demonstrated how both reliability and productivity of identification can be increased. • Migrants of PP and PLA based, commercially available FCMs have been identified. • To improve usability of van den Dool and Kratz type linear retention index for confirmation, the effect of chromatographic parameters on them have been investigated. • To keep the uncertainty of quantitation of screening methods under control, we investigated how can closeness of detector responses be predicted. We found that appropriateness of a compound to become a calibration standard to another compound is not correlated with their similarity in volatility, molecule size or retention. Only closeness in structure is a good indicator of closeness in detector response. • The relationship of swelling and migration have been investigated. • An LC-MS method meeting the newest legislative requirements have been developed for primer aromatic amines (PAAs) and stability of these compounds have been studied. Testing of commercially available kitchen utensils showed that problematic products can still be found in the retail market. • By investigating stability of PAAs, we draw attention to a problem with using acetic acid as a food simulant for the migration testing of these compounds. • Data on identified migrants have been organized into a searchable database.

Full text

https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=128440

Decision

Yes

List of publications

Szabó Bálint Sámuel, Petrovics Noémi, Kirchkeszner Csaba, Nyiri Zoltán, Bodai Zsolt, Eke Zsuzsanna: Stability study of primary aromatic amines in aqueous food simulants under storage conditions of food contact material migration studies, FOOD PACKAGING AND SHELF LIFE 33: 100909, 2022

Petrovics N, Kirchkeszner C, Tábi T, Magyar N, Kovácsné Székely I, Szabó BS, Nyiri Z, Eke Z: Effect of temperature and plasticizer content of polypropylene and polylactic acid on migration kinetics into isooctane and 95 v/v% ethanol as alternative fatty food simulants, FOOD PACKAGING AND SHELF LIFE 33: 100916, 2022

Kirchkeszner Csaba, Petrovics Noémi, Nyiri Zoltán, Sámuel Szabó Bálint, Eke Zsuzsanna: Role of Gas Chromatography–Single Quadrupole Mass Spectrometry in the Identification of Compounds Migrating from Polypropylene-based Food Contact Plastics, MICROCHEMICAL JOURNAL 181: 107772, 2022

Kirchkeszner Cs, Petrovics N, Tábi T, Magyar N, Kovács J, Szabó BS, Nyiri Z, Eke Zs: Swelling as a promoter of migration of plastic additives in the interaction of fatty food simulants with polylactic acid- and polypropylene-based plastics, FOOD CONTROL 132: 108354, 2022

Kirchkeszner Csaba, Petrovics Noémi, Eke Zsuzsanna: A főbb gázkromatográfiás paraméterek változtatásának hatása a különböző vegyületek lineáris retenciós indexeire, In: METT25 a Magyar Elválasztástudományi Társaság jubileumi konferenciája, Magyar Elválasztástudományi Társaság (2021) p. 40., 2021

Kirchkeszner Csaba, Petrovics Noémi, Eke Zsuzsanna: A lágyítótartalom és a hőmérséklet hatása a különböző műanyag-adalékanyagok polipropilén-alapú élelmiszer-csomagolóanyagokból történő kioldódására, In: METT25 a Magyar Elválasztástudományi Társaság jubileumi konferenciája, Magyar Elválasztástudományi Társaság (2021) p. 101., 2021

Petrovics Noémi, Kirchkeszner Csaba, Eke Zsuzsanna: Az adalékanyag-polimer és élelmiszerutánzó modellanyag-polimer kölcsönhatások szerepe a kioldódásvizsgálatok során, In: METT25 a Magyar Elválasztástudományi Társaság jubileumi konferenciája, Magyar Elválasztástudományi Társaság (2021) p. 54., 2021

Petrovics Noémi, Kirchkeszner Csaba, Patkó Antónia, Eke Zsuzsanna: Adalékanyagok migrációs kinetikájának összehasonlítása kristályos és részben kristályos politejsavból, In: METT25 a Magyar Elválasztástudományi Társaság jubileumi konferenciája, Magyar Elválasztástudományi Társaság (2021) p. 73., 2021

Szabo Balint Samuel, Jakab Peter Pal, Hegedus Janos, Kirchkeszner Csaba, Petrovics Noemi, Nyiri Zoltan, Bodai Zsolt, Rikker Tamas, Eke Zsuzsanna: Determination of 24 primary aromatic amines in aqueous food simulants by combining solid phase extraction and salting-out assisted liquid?liquid extraction with liquid chromatography tandem mass spectrometry, MICROCHEMICAL JOURNAL 164: 105927, 2021

Kirchkeszner Csaba, Petrovics Noémi, Eke Zsuzsanna: Polipropilén- és politejsav-alapú élelmiszer-csomagolóanyagokból kioldódó szándékosan és nem szándékosan hozzáadott anyagok azonosítása GCMS-sel, FCM Konferencia 2019, Budapest, 2019

Petrovics Noémi, Kirchkeszner Csaba, Eke Zsuzsanna: Mi oldódik ki a PLA-ból?, Hungalimentária 2019, 2019

Csaba Kirchkeszner, Noémi Petrovics, Bálint Sámuel Szabó, Zoltán Nyiri, Zsuzsanna Eke: The Effectiveness of Gas Chromatography Mass Spectrometry as a Tool for the Identification of Compounds Migrating from Food Contact Materials, Euroanalysis 2019, 2019

Zoltán Nyiri, Csaba Kirchkeszner, Noémi Petrovics, Bálint Sámuel Szabó, Zsuzsanna Eke: The Inadequacy of Correlation Coefficient (R2) as an Indicator of Linearity, 12th Balaton Symposium on High-Performance Separation Methods, 2019

Bálint Sámuel Szabó, Péter Pál Jakab, János Hegedűs, Csaba Kirchkeszner, Noémi Petrovics, Zoltán Nyiri, Zsolt Bodai, Zsuzsanna Eke: Determination of 24 primary aromatic amines in aqueous food simulants by combining solid phase extraction and salting-out assisted liquid-liquid extraction with LC-MS/MS, Microchemical Journal - submitted, 2020

Antónia Erzsébet Vass: Development of a dispersive liquid-liquid microextraction method for sample preparation of non-targeted GC-MS assays, ELTE TTK MSc Thesis, 2022

Dragan Viktor Konstantin: Politejsav alapú műanyagok adalékanyagainak kioldódása vizes alapú élelmiszerutánzó modellanyagokba, ELTE TTK BSc szakdolgozat, 2022

Kosáry Boglálrka: Minta-előkészítési módszer fejlesztése az élelmiszerekkel rendeltetésszerűen érintkező műanyagokból kioldódó vegyületek kvantitatív vizsgálatára, ELTE TTK BSc szakdolgozat, 2021

Eilmess Alexandra: Elemek migrációjának feltérképezése az élelmiszerekkel rendeltetésszerűen kapcsolatba kerülő műanyagokból, ELTE TTK BSc szakdolgozat, 2020

Events of the project

2021-07-22 14:43:56

Résztvevők változása

2019-05-02 15:59:52

Résztvevők változása

Back »