SIMULATION STUDY OF -CAPROLACTAM MONOMER AND METALLIC ELEMENTS MIGRATION FROM IRRADIATED POLYMERIC PACKAGING INTO FOOD SIMULANTS

Há décadas o estudo da migração de compostos químicos presentes nas embalagens de alimentos, tais como metais, monômeros residuais e aditivos, têm despertado interesse de vários setores da sociedade a fim de evitar a contaminação química. Neste trabalho foi realizada a irradiação de embalagens que foram postas em contato com simulante de alimentos visando avaliar a migração através do modelamento matemático do processo difusivo, compilado num método de simulação computacional para estudar o comportamento microscópio da migração dos elementos metálicos cádmio, cromo, antimônio e cobalto, presentes em plásticos metalizados de embalagens de alimentos derivados de leite, e do monômero - caprolactama, presente em embalagens poliméricas de nylon utilizadas no acondicionamento de carne, para o simulante de alimentos solução de ácido acético 3%. As simulações da migração do monômero -caprolactama foram comparadas com resultados obtidos experimentalmente por cromatografia gasosa de alta resolução (HRGC) e a simulação da migração dos elementos metálicos foi comparada com os resultados obtidos através do método de análise por ativação com nêutrons (AAN). Estes resultados experimentais foram realizados e cedidos por grupos de pesquisa parceiros neste projeto. O sistema embalagem-alimento foi discretizado no espaço unidimensional e no tempo e a equação diferencial parcial que define o processo difusivo, a segunda \"lei de Fick\", combinada com a equação do tipo Arrhenius para os efeitos térmicos, foram resolvidos utilizando diferenças finitas. A etapa final da resolução foi um sistema linear tridiagonal de equações resolvido pelo algoritmo de Thomas. Foram estudados, e em alguns casos até previstos, grandezas empíricas, como o coeficiente de difusão, a energia de ativação e o perfil de concentração das substâncias migrantes, permitindo a compreensão do processo de difusão e a estimativa da migração destes componentes sob influência de radiação ionizante. Houve alterações nos níveis de concentração inicial do monômero na embalagem. As simulações demonstraram que a migração é fortemente dependente do seu perfil de concentração inicial e, embora não tenha havido um processo de validação formal, o simulador mostrou excelente concordância com muitos resultados experimentais, mensurados por técnicas analíticas diferentes, sendo pois uma interessante ferramenta em estudos futuros da influência da radiação ionizante na migração de compostos de sistemas embalagemalimento.For decades migration study of chemical compounds from packaging into food, such as metals, residual monomers and additives, is a very important issue, concerning public health and minimize chemical contamination. In this work, it was done irradiations of packagings taken in contact with food simulant, and it was studied this migration through a mathematical model of the diffusion process, compiled in a computational simulation method in order to study the microscopic behavior of migration of metallic elements cadmium, chromium, antimony and cobalt, present in metallic plastics from dairy product packagings, and also the migration of - caprolactam monomer, present in nylon polymeric plastics used for package meat stuffs, to the food simulant acetic acid 3%. The results from simulations of the migration of -caprolactam monomer were compared with experimental results obtained from high resolution gas chromatography (HRGC) measurements, and the simulation of metallic elements migration were compared with the neutron activation analysis measurements (NAA). These experimental results were performed and kindly informed by another research groups, partners in this project. The foodpackaging system was discretized in one-dimension space and in time and the partial differential equation that defines the diffusive process, the second \"Fick´s law\", together with an equation of Arrhenius type dealing with the thermal influence, were solved using finite differences. The final step of the resolution was a tridiagonal linear system, solved using the Thomas algorithm. It was studied, and in some cases even foreseen, experimental quantities, like the diffusion coefficient, activation energy and concentration profile of migrant compounds, allowing the understanding of the diffusion process and the quantitative estimate of the migration of such compounds under ionizing radiation influence. Variation on the initial concentration levels (C0) of the monomer inside the packaging happens. Simulations showed that the migration process strongly depends on the initial concentration profile and, in spite of the absence of a formal validation method, the simulation results showed excellent agreement with several experimental results obtained from different analytical techniques. This simulator is an interesting tool for future studies on ionizing radiation influence in food-packaging systems