Lösungsansätze für ein schwelendes Problem
Recycelter Karton und Papier für Lebensmittelverpackungen
Quelle: Innoform
In einem umfangreichen Beitrag beschäftigt sich Dr. Rainer Brandsch mit dem aktuellen Thema "Migration von Mineralöl aus Kartonverpackungen in Lebensmittel" und er stellt diesem die These voran: Die Migration kann durch das Einbringen einer funktionellen Barriere minimiert werden. Ausgangspunkt für die in einem aktuellen InnoLetter (siehe Textende) zusammengestellten Darlegungen ist die verschiedentlich aufgetretene und nachgewiesene Problematik des Vorhandenseins von Mineralölen in recyceltem Karton und Papier.
In seinem Beitrag gibt Dr. Brandsch eine Übersicht über die zugrunde liegenden Definitionen der betroffenen Stoffe (Mineralöle bzw. darin enthaltene Kohlenwasserstoffe) und gibt eine Stellungnahme des BfR (Deutsches Institut für Risikobewertung) zum Thema wieder, das die aktuellen Problemfelder benennt. Zum Beispiel das mögliche Vorhandensein kanzerogener Substanzen in Mineralölen, die Besonderheit von hohen Migrationswerten in Lebensmitteln mit großer spezifischer Oberfläche oder auch die Akkumulation von Mineralölen im menschlichen Gewebe.
Der Beitrag gibt im Weiteren umfangreich Auskunft über die toxikologischen Eigenschaften von Mineralölen und die derzeit festgelegten maximalen Aufnahmemengen der verschiedenen Substanzen bezogen auf das durchschnittliche menschliche Körpergewicht bei einer durchschnittlichen Nahrungsaufnahme.
Anschaulich wird das gesamte Thema durch die Beispielnennung einer Untersuchung am Kantonalen Labor Zürich sowie der sehr detaillierten Ausführung darüber, wie Mineralöle migrieren können.
Die rechtlichen Anforderungen laut Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 werden ebenso dargelegt wie die Wirkungsweise einer funktionellen Barriere, die das Migrationsproblem verhindern kann.
Wie die Probleme entstehen
Ein Verpackungssystem mit z.B. Primär-, Sekundär- und Tertiärverpackung ist auf den ersten Blick kein mehrschichtiges Material oder Gegenstand im Sinne eines Packstoffverbundes aus Kunststoff. Es stellt aber sehr wohl in Analogiebetrachtung ein mehrschichtiges Verpackungssystem dar, wo ein Packstoff den anderen umschließt. Diese befinden sich jedoch nicht im innigem Kontakt miteinander, sondern sie sind durch einen mehr oder weniger ausgeprägten Gasraum mit unregelmäßigen Berührungsflächen voneinander getrennt. Eine ausreichende Flüchtigkeit enthaltener Stoffe vorausgesetzt, findet ein Stoffübergang aus den unterschiedlichen Verpackungsbestandteilen von außen nach innen in Richtung Füllgut statt, wobei der Gasraum von den Stoffen aufgrund deren Flüchtigkeit überbrückt wird.
Der Mechanismus der Mineralölmigration aus einem Recyclingkarton mit Innenbeutel in das Füllgut läuft in folgenden Schritten ab:
- Wanderung des Mineralöls innerhalb des Kartons von Faser zu Faser
- Verdampfung des Mineralöls von der Kartonfaseroberfläche in den Gasraum
- Kondensation des Mineralöls aus dem Gasraum an der äußeren Oberfläche des Innenbeutels
- Adsorption und Lösung des Mineralöls in dem Innenbeutel
- Migration des gelösten Mineralöls innerhalb des Innenbeutels
- Verdampfung des Mineralöls von der inneren Oberfläche des Innenbeutels
- Kondensation des Mineralöls auf der Füllgutoberfläche
- Wanderung des Mineralöls in das Innere des Füllguts
Dr. Brandsch nennt im Beitrag die Handlungsempfehlungen des BfR und leitet über zu einer technologisch betrachteten Handlungsoption für die betroffenen Kreise:
In wie fern könnten Innenbeutel mit Barrierewirkung zur Minimierung der Mineralölmigration führen; die Darstellung befasst sich mit den Fragen, welcheProzesse dem Stoffübergang zugrunde liegen und welche Minimierungsmöglichkeiten in der Praxis möglich sind.
Dr. Brandsch: "Der Einsatz von Materialien wie Glas oder Metall als absolute Barriere gegenüber der Migration von Stoffen im Bereich der flexiblen Verpackung dürfte eine hypothetische Option sein und bleiben. Materialien mit funktionellen Barriereeigenschaften wie z.B. Kunststoffe und Mehrschichtverbunde stellen hingegen eine technologisch realisierbare Möglichkeit dar. Funktionelle Barriereeigenschaften von Kunststoffen und Mehrschichtverbunden scheinen bisher in der Praxis nicht hinreichend bekannt zu sein. Barriereeigenschaften von Kunststoffen und Mehrschichtverbunden werden in der Praxis ausschließlich im Zusammenhang mit Gasen diskutiert und es gibt eine Reihe von wissenschaftlichen und technischen Daten zu den Barriereeigenschaften von Kunststoffen gegenüber Gasen wie z.B. Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff oder Wasserdampf.
Quelle: Innoform
Es ist aus unserer Sicht bisher nicht hinreichend bekannt, dass die funktionellen Barriereeigenschaften von Kunststoffen und Mehrschichtverbunden in Form von spezifischen Materialkonstanten und thermodynamischen Stoffkonstanten beschrieben werden können und für eine Reihe von gängigen Kunststoffen bzw. Mehrschichtverbunden in der Literatur oder einschlägigen Fachkreisen verfügbar sind. Diese Konstanten - der Diffusionskoeffizient, DFB- beschreiben einerseits die Geschwindigkeit, mit der ein Stoff in einen Kunststoff migriert und andererseits - der Verteilungskoeffizient, KP,FB - die relative Löslichkeit eines Stoffes zwischen benachbarten Schichten/Lagen eines Verbunds. Auf der Basis der beiden Koeffizienten lassen sich die funktionellen Barriereeigenschaften von Kunststoffen oder Mehrschichtverbunden im Bezug auf einen Stoff wie z.B. Mineralöl berechnen bzw. abschätzen."
Der Beitrag schildert ausführlich, wie man zu geeigneten Berechnungsmodellen gelangt, welche Werkzeuge dazu vorhanden und einsetzbar sind.
Quelle: Innoform
Für die Abschätzung der funktionellen Barriereeigenschaften von Kunststoffen oder Mehrschichtverbunden steht die Software SML Advanced der AKTS AG zur Verfügung, die gemeinsam mit dem Schweizer Bundesamt für Gesundheit und der MDCTec Systems GmbH entwickelt bzw. vertrieben wird.
Betrachtet man zum Beispiel die klassische Verpackung von Cornflakes bestehend aus einer bedruckten Schachtel aus Recyclingkarton (z.B. 40 x 25 x 10 cm; Flächengewicht ca. 360 g/m²; Mineralölgehalt ca. 300 ppm) und einem Innenbeutel aus Polypropylen (cPP, Dicke 40 µm) enthaltend 1000 g Füllgut, so lässt sich mit Hilfe der SML Software durch Simulation unter Berücksichtigung der Diffusionseigenschaften des Innenbeutels die Migration von Mineralöl in das Füllgut innerhalb einer Lagerzeit von einem Jahr bei 20°C berechnen.
Quelle: Innoform
Während der Lagerung von einem Jahr gehen ca. 14,4 mg Mineralöl auf das Füllgut über. Diese Menge entspricht 40,5 % der insgesamt in dem Recyclingkarton enthaltenen Menge Mineralöl. Aus der Migrationskinetik ist zu erkennen, dass der cPP Innenbeutel funktionelle Barriere Eigenschaften aufweist, diese jedoch nicht ausreichen, um das spezifische Migrationslimit von SML = 0,6 mg/kg Lebensmittel einzuhalten.
Würde es sich bei dem Füllgut nicht um Cornflakes sondern um Triefkühlkost handeln, wobei die Lagertemperatur über ein Jahr durchgehende kleiner 0°C beträgt, so ergibt sich ein anderer Sachverhalt:
Quelle: Innoform
Während der Lagerung von einem Jahr gehen ca. 0,51 mg Mineralöl auf das Füllgut über. Diese Menge entspricht 1,43% der insgesamt in dem Recyclingkarton enthaltenen Menge Mineralöl. Aus der Migrationskinetik ist zu erkenne, dass der cPP Innenbeutel funktionelle Barriere Eigenschaften aufweist, die ausreichen, um das spezifische Migrationslimit von SML = 0,6 mg/kg Lebensmittel einzuhalten.
In seinem Fazit drückt Dr. Brandsch aus, dass es Lösungswege für die Problematik gibt, die nach individuellen Kriterien betrachtet werden müssen. Endgültige Antworten kann, so die Einschätzung des Autors, nur das Marktgeschehen bestimmen.
Das ausführliche Papier - InnoLetter - ist über Innoform zu beziehen:
(st)
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