Kombination von instrumentell-analytischen Verfahren und Biotests zur Untersuchung von Migraten aus Lebensmittelverpackungen

An Lebensmittelverpackungen wird heutzutage durch die zunehmende Nachfrage nach einfach zubereitbaren Fertigprodukten eine Vielzahl von Anforderungen gestellt. Diese Verpackungen sollen das Lebensmittel zum Beispiel vor Licht und Mikroorganismen schützen, weiterhin sollen sie verformbar, temperaturbeständig, mechanisch und chemisch belastbar sein. Sie sollen das Lebensmittel vor Aromaverlust bewahren, einen Gasaustausch ermöglichen und einen konstanten Feuchtigkeitshaushalt erhalten. Für den Verbraucher dagegen sind hauptsächlich das optische Erscheinungsbild und die Qualität des verpackten Lebensmittels von Bedeutung. Um diesen hohen Anforderungen entsprechen zu können, sind moderne Lebensmittel-verpackungen technologisch sehr hochwertige Produkte, die sich durch eine Kombination von unterschiedlichen Materialien auszeichnen. Im vielschichtigen Aufbau der Verpackung liegt gleichzeitig die Migrationsproblematik begründet. Durch den Einsatz von unterschiedlichen monomeren Ausgangsstoffen und resultierenden Reaktionsprodukten besteht ein Migrationspotential, welches von der Verpackung auf das Lebensmittel ausgeht. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Migration aus verschiedenen Konservendosen und Kunststoffverpackungen, welche zum größten Teil derzeit als Verpackung im Lebensmittelsektor eingesetzt werden, zu untersuchen. Dazu wurden Gesamtmigrate mit unterschiedlichen Simulanzien (für wässrige, alkoholische und fetthaltige Lebensmittel und Milchprodukte) hergestellt. Einen Schwerpunkt stellte dabei die Analytik von speziell in fetthaltige Simulanzien migrierende Substanzen dar, da es sich hierbei um den sogenannten worst case handelt. Zusätzlich wurde versucht die migrierenden Substanzen mittels chromatographischen Methoden zu identifizieren und quantifizieren. Die kommerziell erhältlichen Standardsubstanzen beziehungsweise die isolierten Migrationsprodukte und die Gesamtmigrate wurden in einem Zellkulturtest (Neutralrottest) an humanen Zelllinien (Hep-G2, HT-29) auf ihr zytotoxikologisches Potential untersucht und bewertet. Ein Hauptaugenmerk sollte dabei auf migrierende Substanzen mit einem Molekulargewicht von unter 1000 Da gelegt werden. Moleküle von dieser Größe bilden eine mögliche Gefahr für den menschlichen Organismus, da sie durch den Gastrointestinaltrakt potentiell absorbierbar sind. Im Migrat des untersuchten Epoxyanhydrid-Coating (EP-AH-Coating) wurden die gesetzlich geregelten Substanzen BADGE, BADGE*2H2O und BPA identifiziert und quantifiziert. Deren Anteil an der Toxizität des Gesamtmigrates war mit circa 0,5 % sehr gering. Zur weiteren Aufklärung der Gesamttoxizität wurde das Migrat in vier Fraktionen (< 400 Da, 400-700 Da, 700-1000 Da, > 1000 Da) eingeteilt. Es wurde gezeigt, dass eine Fraktionierung des Migrates keinen Verlust des zytotoxikologischen Potentials auslöste. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Fraktionen < 400 Da und > 1000 Da keinen zytotoxischen Effekt hervorriefen, im Gegensatz zu den Fraktionen zwischen 400-700 Da und 700-1000 Da. Die Fraktion 400-700 Da besaß das höchste zytotoxikologische Potential. Die Effekte der einzelnen Fraktionen lagen aber unter den bestimmten zytotoxikologischen Effekten im Gesamtmigrat. Bei der Untersuchung der gesammelten Fraktion 400-1000 Da konnte festgestellt werden, dass sich das zytotoxikologische Potential im Gegensatz zum Gesamtmigrat erhöht hat. Dies lässt auf Wechselwirkungen zwischen den Molekülen der einzelnen Fraktionen schließen, wobei offensichtlich die Substanzen < 400 Da und > 1000 Da eine inhibierende Wirkung auslösten. Neben den genannten gesetzlich geregelten Substanzen wurde die Substanz Cyclo-diBADGE als Leitsubstanz für die Fraktion 400-700 Da identifiziert, quantifiziert und im Zelltest untersucht. Durch diese vier (BADGE, BADGE*2H2O, BPA, Cyclo-diBADGE) Substanzen konnten nun 18 % (Hep-G2) bzw. 22 % (HT-29) der Gesamttoxizität des Gesamtmigrates unter der Annahme von additiven Effekten aufgeklärt werden. Für die Ketchupverpackung konnte der Aufbau der einzelnen Schichten aufgeklärt werden. Von der lebensmittelzugewandten Seite wurden 60 % des Gesamtmigrates durch migrierende Kunststoffadditive aufgeklärt und 17 % des Migrates von der Außenseite. Ein Problem stellte dabei das Antioxidans Irgafos 168 dar, welches sich während der Probenvorbereitung und der Probenlagerung zu seinem Oxidationsprodukt umwandelte und somit als Summenparameter bestimmt wurde. Die anderen migrierenden Substanzen lagen nach der Probenvorbereitung und Lagerung der Probe unverändert vor. 97 % der migrierenden Substanzen aus der Innenseite der Verpackung und 38 % aus der Außenseite besaßen ein Molekulargewicht < 1000 Da und waren somit toxikologisch relevant. Im Migrat der lebensmittelzugewandten Seite wurden die Substanzen TBAC, DEHA, DBP, N-Ethyltoluolsulfonamid, Ölsäureamid, Erucamid, Irgafos-168-Äquivalente und Irganox 1076 identifiziert und quantifiziert. Diese Substanzen stellten 58,9 % des Gesamtmigrates dar. Das Migrat der Außenseite konnte nur zu 17,1 % durch die Substanzen TBAC, DEHA, DBS, DBP, N-Ethyltoluolsulfonamid, Ölsäureamid und Erucamid aufgeklärt werden. Von den in den Migraten der Kunststofffolie identifizierten Substanzen konnte nur für TBAC, DBP, N-Ethyltoluolsulfonamid und Ölsäureamid ein IC50-Wert im Neutralrottest ermittelt werden. In Abhängigkeit der untersuchten Zelllinie wurde ebenfalls für die genannten vier Substanzen der Anteil an der Toxizität des Gesamtmigrates unter Annahme, dass additive Effekte vorherrschen abgeschätzt. Dementsprechend konnte für die dem lebensmittelzugewandte Seite 16 % (Hep-G2) bzw. 9 % (HT-29) und für das Migrat der Außenseite 11 % (Hep-G2) bzw. 5 % (HT-29) der Gesamttoxizität aufgeklärt werden.Today many of demands are make on food contact material particularly in the field of convenience food. The packaging should protect the food before light and microorganism; the packaging should be also flexible, temperature and mechanical resistant and chemical inert, but also the nutrient-providing elements of foods ought to be protected. For the consumer are primarily the appearance and the quality of the food from interest. To meet these high requirements modern food contact materials are products of high technological quality. They mostly consist of a combination of variably materials, resulting in a multilayer structure. This composition of the packaging causes not only the desired positive effects, but also the migration risk of substances and substance groups from the packaging material into the food. Analyzing the migrating substances from different cans and plastic packing materials, which for the most part are currently in use in the food industry, was the aim of this work. For this purpose overall migrates were made with different kinds of food simulants (aqueous food (100 % H2O), alcoholic beverages (10% EtOH), diary products (50% EtOH) and fatty food (95% EtOH)). The main focus was set on the analytic of the migrating substances in fatty foods or simulants respectively, which is also called as the worst case. At first the migrating substances were identified and quantified chromatographically. Afterwards the cytotoxic potential of the commercial standard substances and isolated migrating substances were investigated by a cell culture assay (Neutral Red Assay) on human cell cultures (Hep-G2, HT-29). The attention was set on migrating substances with a molecular weight below 1000 Da. These substances are potentially able to be absorb by the gastrointestinal and so they might be a risk for the human health. The legally regulated substances BADGE, BADGE*2H2O and BPA were identified and quantified in the migrate of the investigated epoxy anhydride coating (EP-AH-Coating). Only 0.5 % of the cytotoxicity of the overall migrate could be explained via this three substances. For the further investigation of the cytotoxic effect of the overall migrate, the migrate was divided in four parts with different molecular weights (< 400 Da, 400-700 Da, 700-1000 Da, > 1000 Da). The single fractions were also determined in the neutral red assay for their cytotoxic potential. The fractions < 400 Da and > 1000 Da did not inhibit the cell viability. The fraction with the molecular weight 400-700 Da induced the highest cytotoxic effect on both cell lines. The single cytotoxic effects of the fractions 400-700 Da and 700-1000 Da were lesser than the effect of the overall migrate. But the effect of the fraction 400-1000 Da was higher than the effect of the overall migrate. Obviously there are interactions between the molecules of the single fractions, whereas the substances with a molecular weight < 400 Da and > 1000 Da had an inhibitive effect of the cytotoxic potential of the overall migrate. In the fraction 400-700 Da Cyclo-diBADGE was identified as a marker substance. Cyclo-diBADGE was isolated, quantified and investigated in the neutral red assay. Finally 18 % (Hep-G2) or 22 % (HT-29) of the cytotoxic effect of the overall migrate was estimate under the assumption of additional cytotoxic effects by these four (BADGE, BADGE*2H2O, BPA, Cyclo-diBADGE) substances. The multilayer structure of a second food packaging material for single ketchup portions was clarified. About 60 % of the migrating substances from the food contact side of the lamination were characterized by plastic additives and 17 % of the migrating substances of the non food contact side. 97 % of the migrating substances from the food contact side of the lamination exhibited a molecular weight below 1000 Da and might be a toxicological relevant. TBAC, DEHA, DBP, N-Ethyltoluolsulfonamide, Oleamide, Erucamide, Irgafos-168-äquivalents and Irganox 1076 were identified and quantified in the migrate on the food contact side of the lamination. In the neutral red assay a cytotoxic effect (IC50) was determined for the substances TBAC, DBP, N-Ethyltoluolsulfonamide and Oleamide. Depending on the investigated cell line 16 % (Hep-G2) and 9 % (HT-29) of the migrating substances from the food contact side of the lamination and 11 % (Hep-G2) and 5 % (HT-29) of the migrating substances of the non food contact side explained the cytotoxic effect of the overall migrates respectively