مواد بسته‌بندی عناصری ضروری و ناگزیر در فرآیند تولید موادغذایی هستند و در این میان چسب‌ها معمولا کمتر از 5درصد یک بسته‌بندی را تشکیل می‌دهند. چسب‌ها در بیشتر کاربردهایشان تماس مستقیم با موادغذایی ندارند. در بسته‌های مواد غذایی، خوراکی‌ها به‌واسطه فضای پرشده از هوا و یا مانع فیزیکی (به‌طور مثال به شکل یک کاغذ یا پلیمر) از چسب مجزا شده‌اند. اما اجزای چسب نه‌تنها از طریق برخورد مستقیم بلکه از راه‌های دیگری می‌توانند به مواد غذایی رسیده و آن‌ها را آغشته کنند. در این مقاله قصد داریم تا با واژه مهاجرت (migration) چسب‌ها در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی آشنا شده و نکاتی از این موضوع را بیان کنیم. مطالب جمع‌آوری شده از استاندارهای اروپایی نشات گرفته شده است که متاسفانه این استانداردها در کشورمان به‌ندرت مورد توجه قرار میگیرند.
مهاجرت (Migration)
مهاجرت در چسب‌ها، به معنی جابه‌جایی اجزای چسب از راه‌های مختلف (از میان پوشش بسته‌بندی، به‌واسطه هوای موجود در بسته و سایر راه‌ها) و رسیدن به مواد غذایی و نفوذ در آن‌هاست.
هشدارهای متعددی برای آلودگی غذایی به سبب مهاجرت آلاینده‌های مواد بسته‌بندی در گذشته گزارش شده است. به همین دلیل امروزه مواد موجود در بسته‌بندی‌ها، نماینده منبع آلودگی شناخته میشوند. در سال 2005 میلادی مقامات ایتالیایی 30میلیون لیتر شیر خشک را به سبب حضور آغازگرهای نوری Isopropylthioxanthone (که برای پخت مواد پلیمری استفاده میشوند) از مغازه‌ها جمع‌آوری کردند. از آن پس آغازگرهای متعدد و همچنین سایر آلاینده‌ها، در مواد غذایی خشک شده پیدا شدند که به دلیل مهاجرت عوامل آلاینده، از بسته‌بندی به مواد غذایی بودند. ارزیابی مهاجرت آلاینده‌های شیمیایی به موادغذایی، ضروری اما بسیار چالش‌برانگیز است. که به سبب پیچیدگی ترکیبات موجود در بسته‌بندی‌ها و گستردگی تنوع مواد غذایی، نیاز به آزمایشات ویژه‌ای دارند.
برهمکنش چسب با ماده غذایی
به‌طور کلی بسته به نوع چسب و کاربرد آن، ممکن است ناخواسته در نواحی درزها و لبه‌ها و یا به‌واسطه مهاجرت اجزای چسب از میان بسته‌بندی و یا به‌صورت نفوذ گاز خارج شده از چسب، مواد غذایی در تماس با چسب‌ها قرار بگیرند.
در واقع باید نوع برهمکنشی که منجر به مهاجرت اجزای چسب به درون مواد غذایی میشوند در نظر گرفته شود:
- اجزای فرار: اجزای با جرم مولکولی کم در چسب‌ها که قادرند از طریق قشر هوایی موجود در بسته‌بندی به درون مواد غذایی مهاجرت کنند.
- مهاجرت از طریق سد فیزیکی: به‌طور مثال فیلم پلی‌اتیلن در یک پوشش چند لایه (Laminate) منعطف، از یک سمت با چسب و از طرف دیگر با ماده غذایی در تماس است. در واقع با طراحی آزمون‌های مهاجرت قصد داریم تا دریابیم چه اجزایی از چسب یا پوشش‌های بسته‌بندی می‌توانند به سمت ماده غذایی مهاجرت کرده و آن را آلوده کنند.
سوالات متعددی می‌توانند در آزمون‌های مهاجرت بیان شوند. به‌طور مثال:
- آیا با افزایش دما، در فراریت اجزا تغییر ایجاد خواهد شد؟
- آیا آثار لبه‌ها در پوشش‌های چند لایه، بر مهاجرت اجزای فرار اثر می‌گذارند؟
- آیا نرم‌شدگی چسب، مهاجرت را افزایش می‌دهد؟
عوامل اثرگذار بر مهاجرت اجزای چسب به ماده غذایی
عوامل متعددی بر آزمون‌های مهاجرت اثر می‌گذارند که تعدادی از آن‌ها به شرح زیر میباشند:
- فراریت اجزای چسب
- برهمکنش چسب با سایر لایه‌های در تماس با مواد غذایی
- فرآیند اعمال و تثبیت چسب‌ها – واکنش پخت، سرد شدن، خشک شدن
- نوع غشاء سدکننده به‌عنوان بسته‌بندی اصلی (کاغذ، پلیمر، آلومینیوم)
- توزیع اجزای سازنده در موادی که با ماده‌های غذایی در تماس‌اند
- وزن پوشش
- ساختار بسته‌بندی
- نسبت مقدار چسب به کالای پر شده
3 نکته در رابطه با مهاجرت اجزای چسب به ماده غذایی
- بررسی مهاجرت هر کدام از اجزای چسب به‌صورت جداگانه، مزایای بیشتری نسبت به بررسی مهاجرت کلی یک چسب را دارد.
- بررسی مهاجرت اجزای چسب، تنها میزانی از نفوذ را نشان می‌دهد و به معنی سمی بودن اجزا نیست.
- لازم به ذکر است از آنجایی که شباهت‌های زیادی بین مواد اولیه چسب‌ها با مواد پلاستیکی استفاده شده در بسته‌بندی‌ها وجود دارد، روش‌های تست نفوذ و مهاجرت مواد پلاستیکی و چسب‌ها، در بعضی از موارد مشابه و در بعضی دیگر متمایز از هم میباشند.
اگر مطابق با قواعد و مقررات پلاستیک‌ها (ویژه بسته‌بندی)، آزمایشات بر روی چسب خالص انجام شود، اغلب نتایج مهاجرت بیش ازحد واقعی گزارش میشوند. زیرا عوامل مؤثر در مهاجرت چسب‌ها به‌طور دقیق و کافی در آزمون‌های مربوط به پلاستیک‌ها در نظر گرفته نشده‌اند.
مقطعی از یک بسته‌بندی و نمایش مهاجرت اتلافی و آلودگی
روش تست و ارزیابی نتایج آزمون
برای تعیین اجزای مشخص در ترکیب‌هایی که به هدف بسته‌بندی استفاده میشوند، تست‌هایی با روش‌های مختلف موجود است. بعضی از این تست‌ها به شکل استاندارد تدوین شده‌اند و به‌عنوان راهنمای تست در اروپا مورد استفاده قرار میگیرند. (به‌طور مثال استاندارد DIN EN 13130، مربوط به موادی پلاستیک که با ماده‌هایی غذایی در تماس‌اند)
آماده‌سازی محلول‌های تست
- طراحی یک سناریو برای مشابه‌سازی شرایط تماس مواد بسته‌بندی با ماده‌های خوراکی، و تبدیل آن به یک آزمایش مهاجرت
- مهاجرت مواد تحت شرایط از پیش تعریف شده (انتخاب ماده‌ای به‌عنوان شبیه‌ساز مواد غذایی، انتخاب دما و زمان)
- انتقال محلول مهاجرت‌کننده/استخراج‌کننده، به ظرف (همان ماده‌ای که قرار است مورد آزمون قرار بگیرد-فرآیند استخراج و…)
استخراج به‌طور کلی به معنی یک فرآیند شیمیایی است که در آن فرآیند جداسازی اتفاق می‌افتد، و در اینجا به معنی خروج اجزای سازنده چسب تحت شرایط آزمون مهاجرت است.
3 نکته در رابطه با آزمون مهاجرت چسب‌ها
- نتایج مثبت اما کاذب (False-positive results):
برخی از انواع مواد می‌توانند در حین آنالیز از سایر اجزا در حین استخراج به‌دست بیایند. به این نتایج False-positive results می‌گویند که به این صورت تعریف میشوند: جواب‌هایی در راستای تایید حضور برخی مواد به دلیل شرایط استخراج و نه به دلیل فراریت و مهاجرت آن اجزا.
- ایجاد یک نمونه بدون چسب به‌عنوان نمونه خام:
هر زمان که چسب به هدف آنالیز مهاجرت بر روی یک سطح اعمال می‌شود (بر روی کاغذ یا فیلم پلیمری)، آن سطح باید به‌صورت خام (بدون حضور چسب) به‌طور کامل بررسی شود (ویژگی‌ها و خواص سطح بررسی شوند). در واقع بررسی این سطح بدون چسب به ما کمک می‌کند تا بعد از هر آزمون مهاجرت چسب از سطح، نمونه‌های تست شده با نمونه خام مقایسه شوند و سهم واقعی مهاجرت اجزای چسب به‌دست بیایند.
- فرمولاسیون چسب:
باید پیچیدگی‌های فرمولاسیون چسب در هنگام آزمایش‌های مهاجرت مورد توجه قرار بگیرند. پیش از این‌که نگاهی کلی به نحوه آزمون مهاجرت چسب‌های موجود در صنعت بسته‌بندی بیاندازیم، لازم است که شبیه‌سازهای مواد غذایی را توصیف کنیم.
تصویر نمادین از یک بسته‌بندی که با چسب پلی‌یورتان آب‌بندی شده است.
شبیه‌سازهای مواد غذایی (Food Simulant)
برای بررسی مهاجرت مواد شیمیایی از طریق آزمایش‌های مهاجرتی، از شبیه‌سازهای غذایی استفاده می‌شود.
در تست‌های مهاجرت اگر از مواد غذایی واقعی استفاده شود، به دلیل تنوع اجزا و پیچیدگی ساختار موادغذایی و واکنش‌های احتمالی در آن‌ها و همچنین امکان متفاوت بودن مواد غذایی در شرایط مختلف، شناسایی میزان ماده شیمیایی مهاجرت کرده، و تشخیص نوع واکنش آن سخت و پرابهام می‌باشد. از این‌رو شناساگرهایی به‌عنوان شبیه‌ساز مواد غذایی ایجاد شده‌اند که می‌توانند به شکل یک جذب‌کننده عمل کنند و سپس با انجام آزمون‌های مختلف بر روی ماده شبیه‌ساز اجزای فرار و مهاجرت کرده از چسب را شناسایی کرد. در بخش‌های بعدی از شناساگرهای مختلف نام برده خواهد شد.
بررسی آزمون‌های مهاجرت در چسب‌های واکنش‌پذیر پلی‌یورتان
ایزوسیانات‌ها یکی از اجزای چسب‌های پلی‌یورتان میباشند که از نظر ایمنی و بهداشت برای بدن انسان مضر هستند. تعیین ایزوسیانات‌های باقی‌مانده باید با استفاده از حلال‌های خنثی مثل dichloromethane برای جلوگیری از تخریب یا تشکیل محصولات جانبی انجام شود. از آنجایی که ایزوسیانات‌ها با رطوبت و آب واکنش می‌دهند و باعث خطا در آزمون شناسایی شان شده و محصولات مضر دیگری تشکیل می‌دهند. توصیه می‌شود که از حلال‌هایی با خلوص بالا استفاده شود. زیرا که ممکن است حلال‌های خنثی حاوی ناخالصی یا رطوبت باقی مانده باشند.
- چند نکته در رابطه با آزمون مهاجرت در چسب‌های پلی‌یورتان:
- ممکن است در هنگام استخراج در آزمون مهاجرت (به‌طور مثال از طریق برش دادن ماده برای آزمایش غوطی‌وری) بر روی لمینیت‌ها، بخش‌هایی از پلیمر پلی‌یورتان حل شود، که این موضوع می‌تواند منجر به خطا در آزمون شود.
- اگر یک از حلال خنثی نتوانستیم استفاده کنیم (به عنوان مثال زمانی‌که به‌طور اجباری می‌بایست از شبیه‌سازهای غذایی خاص مثل اتانول استفاده کرد و یا از ناخالصی‌های قابل توجه نتوان صرف‌نظر کرد) باید انتظار داشت که واکنشی بین حلال و سیستم چسب رخ بدهد. در نتیجه برای رسیدن مقدار واقعی جزء مهاجرت کرده، باید سایر محصولات واکنش بین حلال و چسب شناسایی شوند.
- لازم به ذکر است که به‌طور معمول سطوح مرجع (سطوح استاندارد) برای شناسایی و تعیین مقدار صریح (بدون ابهام) اجزای مهاجرت‌کننده نیاز هستند.
- تعیین PAAها و NCOها
PAAها یا آمین‌های آروماتیکی اولیه (PAA: primary aromatic amines) از واکنش ایزوسیانات موجود در چسب پلی‌یورتان با آب حاصل می‌شود که مشکوک به سرطان‌زا بودن هستند. در آزمون‌های مهاجرت میزان حضور این جزء بررسی می‌شود. شبیه‌سازی مهاجرت این جزء باید ترجیحا با محلول‌های اسید استیک (مثلا 3درصد اسید به‌عنوان شبیه‌ساز ماده غذایی) انجام شود.
به‌طور کلی برای شناسایی میزان PAA در بسته‌بندی‌های ساخته شده از لمینیت‌ها، از روش هیدرولیز استفاده می‌شود، و هیدرولیز ایزوسیانات‌های آروماتیکی موجود در بسته‌بندی و تشکیل PAA در دمای 70oC به مدت 2 ساعت صورت می‌گیرد. این روش مخصوص بسته‌بندی‌هایی است که در شرایط معمول محیطی استفاده میشوند. از طرفی دیگر حضور PAAها نشان‌دهنده پخت ناقص چسب است و برای رفع این موضوع باید پخت چسب مورد بررسی و اصلاح قرار بگیرد.
اگر چه زمانی‌که لمینیت‌ها، در دمای بالا استفاده میشوند (به‌طور مثال مواد غذایی بسته‌بندی شده‌ای که قبل از استفاده باید در آب جوش قرار بگیرند(Boil-in-Bag))، امکان تخریب حرارتی چسب وجود دارد که ایزوسیانات و در نتیجه آمین‌های آروماتیکی اولیه آزاد میشوند. برای چنین کاربردهایی باید شرایط واقعی استفاده از محصول، شرایط آزمون را شکل بدهند.
بررسی آزمون مهاجرت در سایر چسب‌ها
به‌طور کلی چسب‌ها مورد نظر این بخش موارد زیر میباشند:
- چسب‌های بر پایه پلیمرهای طبیعی
- چسب‌های دیسپرسیون- امولسیون:
(A)چسب‌های بر پایه پلیمرهای وینیل استات (PVAc) یا کوپلیمرهای ایتیلن وینیل استات (EVA)
(B) چسب‌های بر پایه پلیمرها و کوپلیمرهای آکریلیک، شامل ترپلیمرهای استایرن آکریلیک و سیستم‌های فعال‌شونده
- مهر و موم‌کننده‌های سرد
- مهر و موم‌کننده‌های گرم
- چسب‌های گرما ذوب‌ها
* در کاربردهای معمول این چسب‌ها در بسته‌بندی‌های کاغذی و مقوایی، اجزای چسب از طریق فاز گاز به درون ماده غذایی مهاجرت می‌کنند (انتقال فاز بخار).
طبق مقرارت اروپایی مربوط به پوشش‌های پلاستیکی مختص مواد غذایی((EU) No 10/2011)، استفاده از جاذب poly(2,6-diphenylphenylene oxide) با نام تجاری Tenax به‌عنوان یک شبیه‌ساز برای مواد غذایی خشک درنظر گرفته شده است. در آزمون مهاجرت نباید بین چسب و ماده غذایی یا شبیه‌ساز ماده غذایی اتصال برقرار باشد. از این‌رو با لایه‌ای نازک آن‌ها را از هم جدا نگاه می‌دارند.
مایع محتوی چسب در ظرف قرار می‌گیرد؛ تحت دما و با گذر زمان اجزا فرار از ماده آزاد شده و در لایه هوایی بالای ظرف جمع میشوند؛ سپس آن لایه هوایی از ظرف خارج شده و تحت آزمون‌های شیمیایی جهت شناسایی اجزا فرار چسب قرار می‌گیر
نکاتی درباره شبیه‌ساز موادغذایی با نام تجاری Tenax
- معمولا Tenax به‌طور مستقیم به درون لایه چسب نفوذ نمی‌کند، ولیکن در یک فاصله مشخصی از چسب برای انتقال فاز بخار و دریافت آن بخار توسط Tenax قرار می‌گیرد.
2 .اگرچه در شرایط واقعی تماس مستقیم چسب با ماده غذایی، رخ خواهد داد و قابل چشم‌پوشی نیست، آزمون مهاجرت می‌تواند با تماس مستقیم شبیه‌ساز ماده غذایی با چسب انجام شود، و بدترین اثرات ممکن در هنگام تماس چسب با ماده غذایی حاصل شود.
- در هنگام تماس مستقیم شبیه‌ساز ماده غذایی (که به شکل مایع است) با چسب خشک شده، امکان دارد چسب دوباره درون شبیه‌ساز حل شود. نتایج به‌دست آمده از چنین تست‌هایی نمی‌تواند به‌عنوان نتایج مهاجرت ارزیابی شوند، زیرا خواص و شرایط فیزیکی تست به‌طور واضح تغییر کرده است.
در حین انجام آزمایش هر زمان که حل شدن دوباره فیلم چسب در درون مایع شبیه‌ساز مشاهده شد، باید ثبت و گزارش شود. نتایج به‌دست آمده در این شرایط به‌عنوان آزمون‌های مهاجرتی سخت‌گیرانه گزارش میشوند. این نتایج به دلیل خارج شدن اجزای ناخواسته «مثبت اما کاذب» محسوب میشوند.
آنالیز فضای بالا سری (HeadSpace) چسب ممکن است به‌عنوان یک ابزار سنجش برای اندازه‌گیری اجزای فرار و ارزیابی احتما خطرشان مورد استفاده قرار بگیرد.
همانطور که بیان شد مواد غذایی تحت تاثیر مهاجرت اجزای چسب هستند و آزمون‌های مهاجرت به معنی سمی بودن اجزا نیست بلکه میزان نفوذ اجزای تشکیل‌دهنده چسب به درون مواد غذایی را شناسایی می‌کند.
برای بررسی‌های بیشتر پیشنهاد می‌شود استانداردهای BS EN 13130 (بخش‌های 1 تا 8) و BS EN 1186 (بخش‌های 1 تا 15) مورد بررسی قرار بگیرند تا نحوه آزمون‌های مهاجرت و همچنین میزان حد مجاز مواد مهاجرت‌کننده در فرآیند بسته‌بندی لحاظ شوند.
منابع:
FEICA (the Association of the European Adhesive & Sealant Industry،)،” Migration testing of adhesives intended for food contact materials”، Brussels، 27 May 2016
- Van Den، J. Van Loco، F.Lynen، E. Van Hoeck، “The Use of Tenax® as a Simulant for the Migration of Contaminants in Dry Foodstuffs: A Review”، Packag. Technol. Sci. 2017
Nordic Council of Ministers، “Adhesives in Food Contact Materials and Articles: Proceedings from a Nordic Seminar”، June 2001
