RAZISKAVE IN RAZVOJ 42 Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Radeče Papir Nova d.o.o., Starprint silver 70g. Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Radeče Papir Nova d.o.o., Starprint silver 70g. 43 RAZISKAVE IN RAZVOJ Raziskujemo in razvijamo Raziskujemo in razvijamo | junij 2019 | 21 | XLVII | junij 2019 | 21 | XLVII IZVLEČEK Zaradi pomanjkljive definicije, kaj so mineralna olja oziroma katera mineralna olja so lahko nevarna in predstavljajo tveganje za človekovo zdravje, je težko opredeliti, kaj določamo pri analizi mineralnih olj. Dostopne analitske tehnike niso standardizirane in velikokrat različni laboratoriji podajajo rezultate tako, da jih ne moremo primerjati med seboj. Tudi način priprave vzorca vpliva na to, kakšen bo končni rezultat oziroma katere snovi smo določili. Kaj se skriva za rezultatom o vsebnosti mineralnih olj? Ključne besede: mineralna olja, analitske tehnike, kromatografija, priprava vzorca, ocena tveganja ABSTRACT Because of the insufficient definition of mineral oils, and which mineral oils can be dangerous and why they pose a risk to human health, it is difficult to define what to determine with a mineral oil analysis. Available analytical techniques are not standardized, and the results obtained by many different laboratories are provided in a way that prevents their comparison. The way a sample is prepared also influences the final results and the compounds that are determined with the analysis. What lies behind the result of the content of mineral oils? Keywords: mineral oils, analytical techniques, chromatography, sample preparation, risk assessment Maja FRELIH MINERALNA OLJA V EMBALAŽNIH MATERIALIH MINERAL OIL RISK ASSESSMENT OR ASSESSMENT OF RISK DUE TO FALSE RESULTS 1 DEFINICIJA, DELITEV IN VIRI MINERALNIH OLJ Mineralna olja so naravne snovi, pri- sotne povsod okoli nas. Uporabljamo jih vsak dan, a se tega ne zavedamo, saj so nekatera tudi v živilih. So ena od osnovnih surovin v kozmetični industri- ji. Svoje mesto najdejo tudi v medicinski uporabi. Kljub široki uporabi in pojav- nosti se jih bojimo in so nezaželena, kar na splošno ne bi smelo veljati za vse iz- delke, ki jim rečemo mineralna olja. Kaj dejansko so mineralna olja in zakaj so ena dobra, druga nezaželena in zakaj se jih vrednoti kot slaba? Mineralna olja so olja, ki nastanejo kot stranski proizvod v postopku destilaci- je nafte. Predstavljajo lahke mešanice višjih alkanov in cikloalkanov in so brez- barvna in brez vonja. Lahko jih srečamo tudi pod imenom belo mineralno olje ali parafinsko olje. CONCAWE (European Oil Company Organisation for Envi- ronment, Health and Safety) je sprejela definicijo, da so mineralna olja (znana tudi kot bazna olja, mineralna bazna olja ali mazivna mineralna olja) kemič- ne spojine, pripravljene iz surove nafte. Surova nafta se najprej destilira pri at- mosferskem pritisku in potem se desti- lacija nadaljuje pod vakuumom. Pri tem nastanejo vakuumski destilati in frakcije ostankov, ki se naprej rafinirajo do mi- neralnih olj. Mineralna olja, rafinirana iz surove nafte, so kompleksne in vari- abilne mešanice linearnih in razvejanih parafinskih, naftenskih in aromatiskih ogljikovodikov, ki imajo 15 ali več oglji- kov in vrelišče med 300 in 600 °C [1]. Slika 1. Postopek rafiniranja surove nafte [2]. Figure 1: Crude oil refining process [2]. Sklepamo lahko, da so mineralna olja po sestavi ogljikovodiki – MOH (mi- neral oil hydrocarbons). V tej skupini ogljikovodikov lahko naprej definira- mo mineralna olja, ki vsebujejo nasiče- ne ogljikovodike – MOSH (mineral oil saturated hydrocarbons) in mineralna olja, ki vsebujejo aromatske ogljiko- vodike – MOAH (mineral oil aromatic hydrocarbons). Pri določanju mineral- nih olj v embalažnih materialih zelo pogosto srečamo tudi naslednje pojme: POSH (polyolefin oligomeric saturated hydrocarbons), ki označujejo oligomere nasičenih ogljikovodikov iz poliolefinov (polimerni oligomeri, npr. polietilen, po- lipropilen) in PAO (polyalpha olefine), to so izoparafini s kratko glavno verigo in dolgimi stranskimi verigami. Mineralna olja se lahko nahajajo, razen v nafti, tudi v rastlinah v obliki n-alke- nov z lihim številom ogljikovih atomov v kutikularnem ovoju ali v celicah or- ganizmov v obliki sterina, oz. sterola. V izdelkih, kot so plastika, elastomeri, papir, karton in lepila, se dodajajo v ob- liki dodatkov in so odobreni za uporabo (voski, parafini, smole, oligomeri PP in PE). V tem primeru rečemo, da gre za mineralna olja, ki so iz nadzorovanega izvora in odobrena za nameravano upo- rabo. V predpisih, ki definirajo njihovo uporabo, so definirani tudi pogoji upo- rabe in dovoljene količine. Mineralna olja iz nadzorovanih virov so tudi mine- ralna olja, ki se uporabljajo v kozmetič- nih in farmacevtskih izdelkih v obliki olj in/ali voskov, ki so visoko rafinirani in čisti, tako da ne vsebujejo kanceroge- nih spojin in ustrezajo Evropski farma- kopeji in Uredbi Evropskega parlamenta in sveta št. 1223/2009 o kozmetičnih izdelkih. Mineralna olja lahko prihajajo v živila in embalažo tudi zaradi onesna- ženosti okolja (izgorevanje goriva, mazi- va iz strojev, sredstva za zaščito rastlin), napačne uporabe dodatkov, ki vsebu- jejo mineralna olja ali uporabe neodo- brenih sredstev. To so mineralna olja, ki prihajajo iz nenadzorovanih virov in v glavnem vsebujejo strupene snovi. 2 ZDRAVJU ŠKODLJIVE LASTNOSTI MINERALNIH OLJ Različne študije kažejo, da so mineralna olja rakotvorne snovi. Evropska agen- cija za varnost hrane (EFSA – Europian Food Safety Agency) je objavila znan- stveno mnenje o izpostavljenosti ljudi vplivom mineralnih olj preko prehrane. Pri tem je bilo ugotovljeno, da imajo različne skupine mineralnih olj različne vplive, kot so: MOAH (mineralna olja, ki vsebujejo aromatske ogljikovodike) ra- kotvorna in delujejo genotoksično, ker lahko poškodujejo DNK in genski mate- rial, MOSH (mineralna olja, ki vsebuje- jo nasičene ogljikovodike) se kopičijo v človeškem tkivu in poškodujejo jetra [3]. Vezano na za zdravju škodljive podatke navaja znanstveno mnenje o mineralnih oljih, ki ga je izdala EFSA, tudi pomisle- ke v zvezi z izpostavljenostjo posame- znikov vplivom mineralnih olj, odvis- no od prehranske navade. Pri obdelavi podatkov o zdravstveni izpostavljenosti, obstaja veliko negotovosti glede vseb- nosti mineralnih olj v različnih živilih. Te se navezujejo na spreminjanje kemič- ne sestave samih mešanic mineralnih olj v določenih živilskih izdelkih v odvisno- sti od šarže. 3 MINERALNA OLJA V EMBALAŽNIH MATERIALIH IN IZDELKIH IZ PAPIRJA IN KARTONA Prve raziskave o onesnaženosti živil z mineralnimi olji so bile objavljene leta 1997 [4]. Okoljska zakonodaja (Direk- tiva za embalažo 94/62) promovira postopke recikliranja namesto sežiga, in sicer v interesu trajnostne rabe virov, kar pa na področju proizvodnje emba- laže iz recikliranega papirja in karto- na povzroča situacijo nasprotij, saj se z reciklažo lahko vnašajo problematične spojine, kot so ostanki mineralnih olj iz tiskarskih barv, lepil, voskov in strojnih maziv. Uporaba recikliranih vlaken pri proizvodnji embalaže za živila je bila sprejeta s strani priporočila BfR XXXIV in prav tako je bila vključena tudi v Re- soluciji iz leta 2002, ki jo je izdal Svet Evrope. Karton iz recikliranih vlaken je proizveden iz mešanice različnih mate- rialov: časopisi, revije, karton v različ- nih deležih. V letu 2010 je raziskava, ki so jo izvedli na Uradu za varnost živil v Zürichu, razkrila alarmantne količine ostankov mineralnih olj, ki so prehaja- la iz kartonske embalaže v živila [5]. Od 34 analiziranih vzorcev jih je bilo 26 pa- kiranih v aluminijaste laminirane vrečke in nobeden ni bil onesnažen. Preostalih 8 vzorcev je bilo pakiranih v papirnate vrečke in so vsi vsebovali mineralna olja s koncentracijami med 5 in 33 mg/kg. Da bi prepoznali izvor mineralnih olj, so raziskavo izvedli tako, da so izbrali en vzorec, v katerem je bila predhodno ugotovljena in potrjena vsebnost mine- ralnih olj. V raziskavo so vključili tudi sveže vzorce, ki so jih odvzeli nepos- redno iz proizvodne linije. Nobeden ni vseboval mineralnih olj. Nato so sveže pakiran vzorec shranili v laboratoriju in poskus ponovili čez dva meseca, pri če- mer so analizirali tudi vzorec iz iste šar- že, ki je bil kupljen v trgovini. Vzorec, ki je bil shranjen v laboratoriju, je vseboval znatno manj mineralnih olj, kot vzorec kupljen v trgovini. Zaradi tega so skle- pali, da vplivajo na vsebnost mineralnih olj pogoji skladiščenja. Poskus so pono- vili tako, da so vzorec shranili v labora- toriju in ga zavili v aluminijasto folijo. Analiza je pokazala, da je koncentracija mineralnih olj v hrani iz škatle, ki je bila zavita v aluminijasto folijo izjemno zras- la in je bila skoraj enaka tisti v hrani, kupljeni v trgovini. Ugotovljeno je bilo, da mineralna olja določena v otroški hrani, izvirajo iz kartonskih škatel in so migrirala v izdelek skozi papirnato vreč- ko, ki je bila uporabljena kot primarna embalaža. Aluminijasta folija, v katero so zavili škatlo, je imela vlogo bariere, ki je onemogočila, da bi mineralna olja izhlapela v prostor ter so zaradi tega pronicala v izdelek. Tiskarske barve, uporabljene pri ofsetnem tisku papir- ja in kartona, so disperzije sintetičnih organskih pigmentov v vezivnem me- diju, ki je sestavljen predvsem iz smol, rastlinskih olj in mešanic mineralnih olj z visokim vreliščem [4]. Delež mineral- nega olja v tiskarski barvi je v razponu med 20 in 30 %. Bolj hlapne kompo- nente mineralnih olj izhlapevajo iz poti- skanega kartona in migrirajo v živila. Drugi primer, ki je pritegnil pozornost javnosti glede vsebnosti mineralnih olj iz embalaže v živilih, je objava nem- ške organizacije za zaščito potrošnikov Stiftung Warentest, ki se nanaša na re- zultate testa 24 čokoladnih adventnih koledarjev, pri katerih je bila ugotovlje- na prisotnost mineralnih olj v čokoladi. V poročilu Stiftung Warentest navaja kot vir ostankov mineralnih olj recikliran karton, uporabljen za embalažo. Rezul- tati analize, narejene na Tehniški uni- verzi v Darmstadtu (Technical University Darmstadt), so nasprotnega mnenja. Oddelek za tehnologijo papirja in stroj- no procesno tehniko na Tehniški univer- zi v Darmstadtu je prejel v analizo vseh 24 spornih adventnih koledarjev, ki jih je testiral Stiftung Warentest na vseb- nost mineralnih olj. Z izvedbo analize za karakterizacijo vsebnosti vlaken po zna- nem in ustaljenem postopku so potrdili, da ima 23 od 24 testiranih koledarjev embalažo iz kartona, proizvedenega iz primarnih celuloznih vlaken in le eden iz sekundarnih (recikliranih) celuloznih vlaken. Iz navedenega so sklepali, da najdena mineralna olja v embalaži izvor- no ne izhajajo iz embalaže. Nadaljnje raziskave so pokazale, da izvor tudi niso tiskarske barve, ampak da gre za one- snaženje zaradi prisotnosti procesnih kemikalij (maziva), ki se uporabljajo v živilski industriji in proizvodnji plastičnih embalažnih materialov oziroma je do onesnaženja lahko prišlo med prevozom ali skladiščenjem [6]. Pri analizi izvora mineralnih olj, najde- nih v čokoladi, je treba podrobno ana- lizirati zgodovino kakavovega zrnja v prehranski verigi. Kot navaja neodvisna raziskovalka in svetovalka Silke Elwers za spletni magazin Confectionarynews. com, gre prisotnost mineralnih olj v čo- koladi prepisati prevozu kakavovih zrn v vrečah iz jute [7]. V postopku prede- RAZISKAVE IN RAZVOJ 44 Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Radeče Papir Nova d.o.o., Starprint silver 70g. Papir za notranjost revije PAPIR je prispevala Radeče Papir Nova d.o.o., Starprint silver 70g. 45 RAZISKAVE IN RAZVOJ Raziskujemo in razvijamo Raziskujemo in razvijamo | junij 2019 | 21 | XLVII | junij 2019 | 21 | XLVII nja jute se uporabljajo industrijska olja na osnovi mineralnih olj. Prav tako v neka- terih državah kakavova zrna po obiranju sušijo na asfaltu, ki tudi vsebuje mineral- na olja. Iz teh razlogov je za prevoz živila dovoljeno le, da se uporabljajo vreče iz jute, proizvedene tako, da se v postopku obdelave vlaken uporabljajo jedilna olja [8]. Navedena primera kažeta, da ni ved- no embalaža vir mineralnih olj oz. da se lahko zgodi tudi nasprotni primer, da mi- neralna olja iz živila prehajajo na embala- žo. Zaradi tega je zelo pomembno, da je uporabljena analizna tehnika dovolj obču- tljiva in omogoča identifikacijo mineralnih olj iz različnih virov. 4 ANALIZNE METODE ZA DOLOČEVANJE MINERALNIH OLJ Današnje metode za analizo mineralnih olj (MOH) večinoma bazirajo na uporabi plinske kromatografije (GC) s plamensko ionizacijskim detektorjem (FID). Druge tehnike, kot je na primer masna spektro- metrija (MS), so zahtevnejše, predvsem izvedba kalibracije merilne opreme. Tre- nutno je tehnika GC-FID edina metoda, ki omogoča kvantitativno določanje mešani- ce ogljikovodikov, za katere ne obstajajo priporočilni standardi. Po drugi strani pa GC-FID ni dovolj selektivna in občutljiva tehnika, saj imajo kromatogrami običajno veliko nedefiniranih vrhov in neidentifici- ranih komponent, ki izvirajo iz mineralnih olj. GC kot ločevalna tehnika omogoča ločitev ogljikovodikov iz mineralnih olj in oglji- kovodikov, ki so naravno prisotni v živilih. Prav tako omogoča opredelitev/označitev mineralnih olj na podlagi območja mole- kulskih mas, na osnovi katere lahko po- trdimo/ovržemo prisotnost oz. odsotnost n-alkanov. Kljub temu pa resolucija ne omogoča določitve posameznih spojin, prisotnih v mešanici mineralnih olj. Določi- mo lahko samo vsoti MOSH in MOAH za podrobno opisana območja molekularnih mas [9, 10]. Pri analizi se uporabljajo ko- lone s tankim filmom nepolarne faze. Boljšo resolucijo lahko dosežemo z upora- bo naprednejše dvodimenzionalne plinske kromatografije (GCxGC). V primeru dvo- dimenzionalne kromatografije se upo- rabljata dve koloni, tj. nepolarna kolona običajne dolžine v kombinaciji z 1–2 m x 0,1–0,2 mm notranjega premera kolone s polarno stacionarno fazo, kot je phenyl methyl polysiloxane. GCxGC se uporablja za karakterizacijo mineralnih olj po izo- laciji frakcij MOSH ali MOAH s pomočjo HPLC. GC-MS ali GCxGC-MS se lahko uporabljata za ekstrakcijo in količinsko določanje označevalcev, kot so sterani in hopani, ki se uporabljajo za dokazovanje mineralnih virov. Pri analizi mineralnih olj ni mogoče ločiti POSH, ki prehajajo iz poli- etilena (PE) od MOSH. V obeh primerih so prisotni vrhovi neidentificiranih sestavin. Običajno vsebuje POSH iz PE tudi nekatere n-alkane, s sodim številom ogljikovodi- kov (C12, C14 in C16). V primerih, ko so MOSH in POSH prisotni v istem vzorcu, jih je težko kvantitativno ločiti. POSH, ki iz- virajo iz polipropilena (PP), imajo značilne skupine vrhov, ki jih je lahko enostavno prepoznati. S pomočjo tekočinske kroma- tografije lahko MOH ločimo na parafine, naftne in aromatske ogljikovodike. Običaj- no se tekočinska kromatografija uporablja kot ločevalni postopek pred izvedbo anali- ze GC zaradi: izolacije MOH iz matriksa vzorca, npr. odstranjevanje lipidov iz živil ali ločeva- nje sestavin iz živil, ki lahko predstavlja- jo »motnje merjenja« (kot so skvalen in njegovi izomeri, karoteni in estri voskov) ali odstranjevanje »motenj« ogljikovo- dikov iz rastlinskih virov (n-alkani z lihim številom ogljikovih atomov od C23 do C35; ločevanje MOSH in MOAH; izogibanje postopku esterifikacije v pri- merih prisotnosti jedilnih masti in olj z uporabo kolone za tekočinsko kromato- grafijo, ki lahko zadrži lipide in trigliceri- de. Današnji proizvajalci analizne opreme za določanje mineralnih olj, ponujajo tudi on-line sklopljene sisteme HPLC-GC-FID. Silicagel v HPLC koloni omogoča celotno ločevanje med MOSH in MOAH. Podro- ben pregled glede uporabe in izvedbo analitike na on-line sklopljenih sistemih HPLC-GC-FID sta objavila Biedermann in Preglednica1: Primerjava analiznih metod, postopkov predpriprave, načina podajanja rezultatov in analiziranih vrednosti na istem vzorcu v različnih laboratorijih. Table 1: Comparison of the analytical methods, sample preparation procedures, the method for delivering results and analysed values on the same sample in different laboratories. Laboratorij MS FID Saponifikacija Alox Epoksi- dacija Obseg ogljikovih atomov MOSH (mg/kg) MOAH (mg/kg) 1 + + + (vroča) - - C16 - C35 3,6 <0,1 2 + + + (ni navedeno) + +