EFECTO DEL CALENTAMIENTO EN MICROONDAS SOBRE LA MIGRACION DE PVC COMO ENVASE PLASTICO EN CONTACTO DIRECTO CON ALIMENTOS

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1 EFECTO DEL CALENTAMIENTO EN MICROONDAS SOBRE LA MIGRACION DE PVC COMO ENVASE PLASTICO EN CONTACTO DIRECTO CON ALIMENTOS Galotto, M.J. (1) ; Tapia, R. (1) ; Valenzuela, X. (1) ; Guarda, A. (2) (1) Laboratorio de Envases. Universidad de Santiago de Chile. Obispo Umaña 050. Santiago. mgalotto@lauca.usach.cl (2) Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Facultad Tecnológica. Universidad de Santiago de Chile. Ecuador Santiago. RESUMEN La utilización del microondas en el cocinado de alimentos es hoy practica habitual en la sociedad actual. En muchos casos la cocción o el calentamiento de alimentos se lleva a cabo en envases plásticos, sin poco conocimiento acerca de cómo las microondas pueden afectar al material plástico y directamente al alimento envasado. En el presente trabajo se analiza el efecto del calentamiento por microondas sobre la migración de materiales de envase recomendados para uso en microondas. El estudio se llevo a cabo con film de policloruro de vinilo (PVC). Los ensayos de migración global se llevaron a cabo con simulantes grasos y alternativos observándose un efecto importante sobre la migración en el caso del film de PVC. Los simulantes alternativos no fueron capaces de reproducir los resultados obtenidos con aceite de oliva. PALABRAS CLAVE: MIGRACIÓN GLOBAL, CALENTAMIENTO EN MICROONDAS, ENVASES PLÁSTICOS DE ALIMENTOS. INTRODUCCIÓN Por migración se entiende el proceso de transferencia de masa de componentes tales como monómeros, aditivos, residuos de polimerización que ocurre desde el polímero al alimento. Este proceso de transferencia es de particular interés en el envasado de alimentos ya que puede ocasionar alteración de las características sensoriales del alimento e incluso puede llegar a presentar efectos nocivos sobre la salud por la posible toxicidad de los migrantes. La legislación internacional, recoge las exigencias respecto a los niveles de migración que deben presentrar los envases plásticos en contacto directo con alimentos, quedando establecida en un limite máximo de 10 mg/dm 2 en el caso de la Unión Europea y de 8 mg/dm 2 en el caso de MERCOSUR, sin embargo, la temperatura de por si ejerce un efecto importante tanto en la velocidad con que tiene lugar el proceso de difusión molecular como en la solubilidad de las especies migrantes y, por tanto, en el proceso global de migración. La temperatura afecta tanto a los coeficientes difusionales de las especies migrantes en el polímero y en el alimento como a los coeficientes de partición entre ambos. Un caso particular a considerar es el calentamiento por microondas ya que esta radiación puede inducir no solo efectos térmicos sobre el material sino también efectos no térmicos, dependiendo la naturaleza del material sobre le cual inciden las microondas. Los estudios de migración de envases plásticos en contacto con alimentos, requiere el poner en contacto el material de envase no con el propio alimento, sino con simulantes de alimentos, los que están recogidos en las diferentes legislaciones (FDA, Unión Europea, MERCOSUR). Estos simulantes pueden ser de naturaleza acuosa o grasa (en el caso de simular alimentos grasos). El principio general de los métodos de evaluación de la migración global a aceites o sustancias grasas es determinar la variación de peso del material antes y después del contacto con el líquido de prueba,

2 seguido de la identificación de la cantidad de aceite retenido por la muestra (Nerin, 2000). En estos ensayos donde hay que medir gravimetricamente variaciones de peso muy pequeñas en los materiales de prueba provocan numerosas fuentes de errores, por lo que se ha trabajado en definir simulantes alternativos a los simulantes grasos que eviten estas fuentes de error (Rojas de Gante 2002). El objetivo del presente estudio es determinar el efecto que el calentamiento por microondas produce sobre la migración global de envases plásticos en contacto con alimentos. MATERIALES Y METODOS Se trabajo con muestras comerciales de film de policloruro de vinilo (PVC) recomendada para su uso en contacto con alimentos y calentamiento en microondas. Las muestras se pusieron en contacto con aceite de oliva como simulante graso recogido en la legislación internacional, y con isopropanol, heptano y etanol 95% como simulantes grasos alternativos. En la tabla 1 se presentan las condiciones para los ensayos de migración realizados, en condiciones normales y bajo dos condiciones diferentes de calentamiento en microondas. Las condiciones a las que se llevaron a cabo los ensayos con los simulantes alternativos fueron las recomendadas por Kruif & Rijk (1997). El calentamiento de las muestras se llevo a cabo en un microondas Sharp modelo R4B98 al 100% de potencia (1000W). Figura 1 Figura 1.- Calentamiento de envases en microondas Tabla 1.- Condiciones de ensayo aplicadas al estudio de migración global con aceite de oliva y simulantes alternativos Condiciones Calentamiento en microondas Normales Simulante PVC PVC PVC Aceite de 40ºC 10 dias 1 min 7 min oliva n-heptane 20ºC 30 min 1 min 7 min Isopropanol 20ºC 2 dias 1 min 1 min 30 seg Etanol 95% 40ºC 10 dias 1 min 1 min 30 seg La determinación de la migración global en aceite de oliva, se llevo a cabo siguiendo el proceso descrito en la figura 2, siguiendo las normas del Comité Europeo de Normalización.

3 Corte de las muestras, bolsas Acondicionamiento de las muestras, Tratamiento de las muestras Blanco del aceite a refrigeración Acondicionamiento de las muestras Primera y segunda extracción Curva de calibración Primera y segunda concentración Esterificación Separación de fases Cromatografía de gases Figura N 2. Diagrama de bloques del método de migración global en aceite de oliva En el caso de los ensayos de migración global con simulantes alternativos por extracción rápida (inmersión total, bolsas y envases llenos), se siguió el procedimiento descrito en la figura 3.

4 Acondicionamiento de los crisoles Corte de las muestras, Registro peso de los crisoles Exposición de las muestras Vaciado del simulante a los crisoles Evaporación del simulante Acondicionamiento de los crisoles Análisis gravimétrico Figura N 3. Diagrama de bloques del método de migración global en simulantes alternativos. RESULTADOS La tabla N 2 presenta los resultados promedios de la migración global obtenidos en condiciones normales, con los diferentes simulantes grasos en estudio. La exposición de la muestra a 40 C por 10 días en aceite de oliva, produjo una migración global de 16,26 mg/dm², el cual excede los límites de migración fijado por la legislación internacional del MERCOSUR y la UE (8 mg/dm² y 10 mg/dm² respectivamente). Este material es una película estirable, por lo tanto, de gran flexibilidad y adherencia, lo que se logra con la adición de gran cantidad de aditivos al polímero, por lo que el alto nivel de migración se puede atribuir a esto. Se debe tener presente, que el aceite de oliva, es el simulante

5 oficial para la UE, por lo que a partir de este valor se estudiaron los resultados obtenidos con simulantes grasos alternativos. Tabla N 2. Migración global desde PVC en aceite de oliva y simulantes alternativos bajo condiciones normales. Simulante Aceite de oliva n-heptano Etanol 95% Isopropanol Migración global (mg/dm²) 16,26 ± 1,34 2,30 ± 0,14 18,57 ± 1,96 17,38 ± 2,01 Este resultado está dentro de los valores obtenidos por Kruijf y Rijk (1998), con lámina de PVC de espesor similar (10 µm). Los resultados obtenidos en este trabajo siguen la tendencia de un posterior trabajo de un Kruijf y Rijk (1997), en que existe un aumento en la migración con el aumento del espesor, las láminas de PVC plastificado que estudiaron fueron de diferentes espesores y bajo las mismas condiciones estudiadas en este trabajo. En el caso del etanol 95 % e isopropanol (ambos de naturaleza polar), los valores de migración global son muy similares entre sí, y a su vez al obtenido en aceite de oliva, teniendo ambos un poder extractivo levemente mayor, requisito necesario para que compitan como simulantes alternativos. Esto se explica por la afinidad química existente entre el material y estos simulantes, especialmente con el etanol 95% como lo señala Feigenbaum y col. (1991). Al analizar estadísticamente las medias de migración global de aceite de oliva, etanol 95% e isopropanol, se logró determinar que estas medias corresponden a una misma distribución, por lo tanto son iguales los resultados de migración global obtenidos con estos tres simulantes. La Tabla N 3 muestra la migración global desde PVC cuando se expone al calentamiento en microondas por 1 min con diferentes simulantes. Tabla N 3. Migración global desde PVC en aceite de oliva y simulantes alternativos por la exposición a un calentamiento en microondas durante 1 min a 100% de potencia. Simulante Aceite de oliva n-heptano Etanol 95% Isopropanol Migración global (mg/dm²) 29,93 ± 8,42 4,20 ± 0,63 20,36 ± 2,47 36,16 ± 2,50 Condicion 1 Migración global (mg/dm²) Condicion 2 49,18 ± 6,13 5,57 ±0,38 34,49 ± 2,85 39,72 ± 3,49 El calentamiento rápido de la muestra en el microondas, durante 1 min con el simulante aceite de oliva provocó una migración global media de 29,93 mg/dm², triplicando el límite de migración global de la Unión Europea. Al comparar este valor al obtenido en condiciones normales existe un incremento de 84%. Esto se debe a la capacidad que tiene el microondas de alcanzar altas temperaturas en un corto tiempo, en este caso 55 C, factor muy determinante en el proceso de migración desde materiales poliméricos al alimento. Cabe señalar que la mayor desviación estándar en el resultado de aceite de oliva con respecto a los simulantes alternativos, se debe a que las métodos son distintos. En casi todos los simulantes grasos alternativos se consiguieron valores de migración por debajo del aceite de oliva, siendo la excepción el isopropanol (21% más alto). Esta conducta, indica que el isopropanol es el más estricto para la realización de los ensayos de migración en este material bajo las condición de calentamiento durante 1 min en microondas a 100% de potencia

6 Al igual que en la anterior exposición de la lámina de PVC con el simulante aceite de oliva a un calentamiento en microondas, la migración supera los límites de la legislación internacional, esta vez es 5 veces el límite de migración global fijado por la Unión Europea, este material es inapropiado para el contacto con alimentos grasos, en cualquier circunstancia de calentamiento en microondas. El aumento de la migración comparado con la condición 1 de calentamiento en microondas es de un 64%, debido a que se expuso por un tiempo mayor al calentamiento, y por lo tanto, se alcanzó una temperatura mayor (sobre 145 C), provocando una mayor difusión de componentes libres dentro del plástico. El ensayo de migración global con simulantes alternativos en condiciones de calentamiento en microondas por 7 min, sólo se logró realizar con n-heptano, ya que los otros simulantes causaron un daño físico a la muestra, imposibilitando su realización. En el caso del isopropanol, esto se explica según lo indicado por Papaspyrides & Tingas (1998), que determinaron que el isopropanol penetra fácilmente el PVC, resultando en altas cantidades de simulante absorbido, produciendo la ruptura del material. Por lo tanto, se efectuó el ensayo hasta las peores condiciones en las que cambios físicos no tuvieron lugar, o sea 1,30 min. CONCLUSIONES La lámina de PVC estudiada no debe estar en contacto con alimentos grasos, bajo ninguna circunstancia, porque excede los límites de migración global de la legislación internacional. En el caso de ensayos bajo condiciones de almacenamiento para el film de PVC, los simulantes etanol 95% e isopropanol reproducen los resultados obtenidos con el aceite de oliva. El simulante alternativo isopropanol es el que actúa de manera más similar al aceite de oliva al estudiar el calentamiento con microondas de la lámina de PVC, pero se debe buscar un factor de correlación que ajuste más los resultados entre ambos simulantes. Sin embargo, el isopropanol puede utilizarse por tiempos de calentamiento no superiores a 1,30 min en microondas. El simulante alternativo n-heptano subestima la migración desde la lámina de PVC bajo las condiciones de exposición utilizadas, por lo que se debe buscar un nuevo factor de correlación con el aceite de oliva u otras condiciones de exposición que sean equivalentes para este material, y así tener un método más rápido y sencillo en la determinación de la migración global desde PVC por la exposición a calentamientos prolongados en microondas. El calentamiento en microondas causa un aumento en la migración global desde PVC en los simulantes grasos y alternativos, en comparación a la migración global por exposición a condiciones normales. En aceite de oliva, el incremento de la migración global en el calentamiento por 1 min es de un 84% en relación a la migración en condiciones normales, y en el caso del calentamiento por 7 min el aumento sobre la migración global bajo condiciones normales es de un 202%. En consecuencia, existe un efecto del calentamiento en microondas sobre la migración global en alimentos grasos (aumento) al utilizar la lámina de PVC. AGRADECIMIENTOS Los autores quieren agradecer a la Vicerrectoría de Investigación y Desarrollo de la Universidad de Santiago de Chile y al proyecto CYTED el apoyo para la realización del presente estudio.

7 BIBLIOGRAFÍA Feigenbaum, A.; Ducruet, V.; Delpal, S.; Wolff, N Food and packaging interactions: Penetration of fatty food simulants into rigid poly(vinyl chloride). Journal Agriculture Food Chemical Kruijf, N.; Rijk, R Iso-octane as fatty food simulant: possibilities and limitations. Food Additives and Contaminants. 5(1) Kruijf, N.; Rijk, R The suitability of alternative fatty food simulants for overall migration testing under both low- and high-temperature test conditions. Food Additives and Contaminants. 14(6-7) Nerin,C Nuevas técnicas analíticas para la evaluación de la migración específica. En: Migración de componentes y residuos de envases en contacto con alimentos. Catala y Gavara Editores. Ed. ITENE (España) Papaspyrides, C.; Tingas, S Comparison of isopropanol and isooctane as food simulants in plasticizer migration tests. Food Additives and Contaminants. 15(6) Rojas de Gante, C Migración global en simulantes grasos y simulantes grasos alternativos. En: Migración de componentes y residuos de envases en contacto con alimentos. Catala y Gavara Editores. Ed. ITENE (España)