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GC/MS

Migrationspotenzial von Lebensmittelverpackungen schnell und sicher bewerten

| Autor/ Redakteur: Guido Deußing* / Dr. Ilka Ottleben

Schmeckt's nicht?! Geschmack und Geruch eines Lebensmittels sollten unbeeinflusst bleiben von dem jeweilig verwendeten Verpackungsmaterial. Das ist leider nicht immer der Fall. Wie groß allerdings dessen Migrationspotenzial ist, lässt sich auf schnelle Weise mithilfe thermischer Extraktion und nachfolgender GC/MS-Analyse ermitteln.

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Abb. 1: Zahlreiche Substanzen können aus der Verpackung in das Lebensmittel übergehen oder, umgekehrt, aus dem Lebensmittel migrieren, an der Verpackung anhaften und somit verloren gehen.
Abb. 1: Zahlreiche Substanzen können aus der Verpackung in das Lebensmittel übergehen oder, umgekehrt, aus dem Lebensmittel migrieren, an der Verpackung anhaften und somit verloren gehen.
(Bild: ©abimagestudio - stock.adobe.com)

Für die Hersteller von Lebens- und Genussmitteln ist es wichtig, dass ihre Produkte Anklang finden bei den Konsumenten, deren Griff in die Supermarktauslage nicht per se von der Vorstellung geleitet ist, sich nahrhaft oder gesund zu ernähren. Appetit und Heißhunger verlangen eher nach einem besonderen Geschmacksempfinden. Wird es enttäuscht, kann sich Lust schnell in Frust umkehren, und zwar auf beiden Seiten, auf der des Verbrauchers wie auch auf der des Herstellers. Essen, das anders riecht oder schmeckt als erwartet, im ungünstigsten Fall vielleicht sogar Ekelempfindungen hervorruft, kann bislang treue Kunden in die Arme der Konkurrenz treiben.

Um unerwünschte Wechselwirkungen und negative Einflüsse schlechter oder ungeeigneter Ver­packungsmaterialien vorauseilend zu ermitteln und „Worst-case“-Szenarien erfolgreich vorzubeugen, braucht es eine Analytik, mit der sich Lebensmittelverpackungen schnell, sicher und effizient auf ungünstige Effekte wie das so genannte ­„Scalping“ und die Migration (s. LP-Info-Kasten) hin untersuchen lassen.

Ergänzendes zum Thema
LP-Info: Von„Scalping“ und Migration

Es gibt mehrere Effekte von Lebensmittelverpackungen, die sich auf das verpackte Lebensmittel ungünstig auswirken können. Einer davon ist das so genannte. „Scalping“, das aus dem Englischen übersetzt skalpieren heißt und in der Sprache des Aktienhandels so viel bedeutet, wie „jemandem das Fell über die Ohren ziehen“. In der Analytik deutet das Wort darauf hin, dass etwa Verpackungsmaterialien dem verpackten Produkt spezifische Aromen entziehen und adsorbieren, was Fehlgeschmack respektive eine Geschmacksverzerrung zur Folge haben kann. Der andere Effekt ist die Migration: chemische Verbindungen treten aus der Verpackungsmatrix oder lösen sich von deren Oberfläche und kontaminieren das Lebensmittel.

Direkte Thermoextraktion

Eine solche Methode haben Applikationsexperten der Gerstel Inc. in Baltimore/USA entwickelt und in der Laborroutine etabliert [1]. Laurel Vernarelli, Jackie Whitecavage und John Stuff nutzten für die Bestimmung potenziell geruchsaktiver Verbindungen aus Packmaterial die direkte thermische Extraktion mit anschließender Gaschromatographie und massenselektiver Detektion (GC/MS). „Eine Chemikalie, die migrationsfähig und extrahierbar ist, lässt sich häufig auch thermodesorbieren“, begründen die US-amerikanischen Applikationsexperten die Wahl ihrer Methode.

Besondere Kennzeichen chemischer Migranten sind: geringes Moleku- largewicht, niedrige Polarität, hoher Diffusionskoeffizient. Die Thermodesorptions-GC/MS liefere einen erstklassigen Überblick über potenzielle Kontamination wie Oligomere aus Polyolefinen, Antioxidantien und deren Abbauprodukte, Plastik­additive, Lösungsmittel aus Druckfarben, Weichmacher, Monomere aus Bindersystemen, Verunreinigungen aus Pigmenten, Photoinitiatoren, unzählige Verbindungen und Verbindungsklassen aus recycliertem Karton wie Diisopropyl-naphthalin-Isomere, Phthalate oder Kohlenwasserstoffe.

Sinnvolle Ergänzung

Ein herausragender Nutzen der direkten thermischen Extraktion, die keine vollumfängliche Migrationsstudie ersetzt, sie aber sinnvoll ergänzen kann, sehen Vernarelli et al. in der Probenvorbereitung, die sich im Grunde auf die Entnahme und Überführung einer geringen Probemenge von üblicherweise zehn bis 50 mg in einen Glasliner für die Thermodesorptionsanalytik beschränkt. Die befüllten Glasliner werden der hohen Analyseeffizienz wegen auf einem geeigneten Autosampler (hier: Gerstel-Multi-Pur­pose-Samper, MPS) platziert, der die Liner der Thermodesorptionseinheit (hier: Gerstel-Thermal-Desorption-Unit [TDU], alternativ bietet sich auch die Gerätekombination Autosampler TDS-A und Thermal-Desorption-System [Gerstel-TDS] an) zuführt und nach erfolgter Analyse wieder entfernt.

In der TDU erfolgt die direkte thermische Extraktion (max. 60 °C) der Analyten; sie werden im PTV-Eingang (hier: Gerstel-Kalt-Aufgabe-System, KAS) des GCs cryofokussiert und temperaturprogrammiert auf die GC-Säule (30 m Rxi-5Sil MS, Restek) überführt. Für die Trennung der Analyten verwendeten die Applikationsspezialisten eine GC 7890A, für die Detektion ein MS 5977B (beide von Agilent Technologies).

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Qualität der Messung sichern

Um die einwandfreie Funktionstüchtigkeit von Gerät und Methode in der Laborroutine unter Beweis und sicherzustellen, untersuchten Vernarelli et al. verschiedene Verpackungsmaterialien: Bei den Proben handelte es sich um Kunststoffverpackungen verschiedener Marken von mit Schokoladencreme gefüllten Plätzchen, Käse-Crackern sowie Weich- und Kaubonbons. Die Applikationsexperten wogen jeweils 25 mg Verpackung ein, überführten es in ein leeres TDU-Röhrchen und verschlossen es mit einem Transportadapter zur automatisierten Handhabung durch den Autosampler.

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