Geurkarakterisering van bedrukte verpakkingsmaterialen bestemd voor de voedingsindustrie

Transcriptie

1 Studiedag GMP opstellen voor het produceren en verwerken van verpakkingen Geurkarakterisering van bedrukte verpakkingsmaterialen bestemd voor de voedingsindustrie Isabelle Van Leuven 17 april

2 Inhoud Inleiding Sensorische analyse Instrumentele analyse Topics van geurkarakterisering van FCM Besluiten FCM: Food Contact Materials 2

3 Probleemstelling Mogelijke bronnen van geurproblemen met FCM: substraat - gerecycleerd papier/karton - plasticfolies inkten en coatings lakken lijmen procesomstandigheden omgeving - t, T, RV - opslagruimte - transport 3

4 Probleemstelling Mogelijke oorzaken van geurproblemen met FCM: penetratiemigratie contactmigratie evaporatiemigratie condensatiemigratie Bron: Designing packaging with certainty a best practical guide, SunChemical Printed side-substrateunprinted side Set-off Evaporation of VOC s by heating Condensation during cooking, baking, sterilisation 4

5 Probleemstelling Mogelijke gevolgen van geurproblemen met FCM m.b.t. levensmiddel (LM): FCM permeatie LM migratie scalping migratie: transport van VOC s uit FCM naar LM permeatie: transport van VOC s uit de omgeving doorheen FCM naar LM of transport van VOC uit LM doorheen de verpakking naar de omgeving scalping: absorptie van VOC s uit LM in FCM aantasting van organoleptische eigenschappen van LM 5

6 Europese wetgeving FCM Verordening (EG) nr. 1935/2004 inzake materialen en voorwerpen bestemd om met levensmiddelen in contact te komen (artikel 3) Verordening (EG) nr. 2023/2006 betreffende goede fabricagemethoden (GMP) voor materialen en voorwerpen bestemd om met levensmiddelen in contact te komen Verordening (EG) nr. 10/2011 betreffende materialen en voorwerpen van kunststof, bestemd om met levensmiddelen in contact te komen (European Plastics Implementing Measure (PIM)) 6

7 Europese wetgeving FCM Verordening (EG) nr. 1935/2004 inzake materialen en voorwerpen bestemd om met levensmiddelen in contact te komen (artikel 3) alle FCM (rechtstreeks of onrechtstreeks) moeten voldoende inert zijn geen transfer van bestanddelen naar LM in hoeveelheden die: gevaar opleveren voor gezondheid leiden tot onaanvaardbare wijziging in samenstelling van LM leiden tot aantasting van organoleptische eigenschappen van LM 7

8 Methodieken voor objectieve geurkarakterisering van FCM Sensorische analyse Instrumentele analyse 8

9 Sensorische analyse Organoleptische evaluatie van FCM menselijke zintuigen gezicht reukzin (tastzin) (gehoor) - vluchtige organische componenten (VOC s) - complexe mengsels - relatief lage concentraties (ppm-ppt) - geurdrempelwaarde!!! de mens als meetinstrument voor geuronderzoek van FCM 9

10 Sensorische analyse Organoleptische evaluatie van verpakt LM menselijke zintuigen gezicht reukzin smaakzin (tastzin) (gehoor) - vluchtige organische componenten (VOC s) - complexe mengsels - relatief lage concentraties (ppm-ppt) - geurdrempelwaarde!!! de mens als meetinstrument voor sensorisch onderzoek van verpakt LM (detectie van verpakkingsgerelateerde off-flavours/off-odours) 10

11 Sensorische analyse Sensorische testruimte met smaakhokjes Selectie en training van panelleden Selectie van geurdescriptoren Gestandaardiseerde procedures 11

12 Sensorische analyse Sensorische analytische testen - Verschiltesten verschil? - Kwantitatieve beschrijvende testen (QDA) aard & intensiteit van verschil? - NBN EN : geur - NBN EN : bijsmaak (bederf) FCM/LM papier&karton 12

13 Sensorische analyse Triangeltest Duid het verschillend staal aan A B A 3 stalen 2 identisch + 1 verschillend o.a. preliminaire testen selectie panelleden statistische dataverwerking: significante verschillen (a < 0,05) DOEL: verschil tussen 2 stalen A en B? 13

14 Sensorische analyse Rangordetest Rangschik van minst naar meest geurdescriptor x minst meest berekenen van rangordesommen (= som van alle rangorden per geurdescriptor en per staal) en rangordegemiddelden (= rangordesom / aantal beoordelingen) interpreteren rangordesommen op statistische significantie (95% conf. int.) visualisatie met radardiagram (geurprofielen) DOEL: verschil tussen meerdere stalen? & geurprofielen van FCM opstellen 14

15 Sensorische analyse Kwantitatieve beschrijvende test Scoor van minst naar meest geurdescriptor x X X X mm berekenen van scoresommen (= som van alle scores per geurdescriptor en per staal) en scoregemiddelden (= scoresom / aantal beoordelingen) statistische dataverwerking met ANOVA, MVA visualisatie met radardiagram (geurprofielen) DOEL: kwantitatieve geurprofielen van FCM opstellen 15

16 Sensorische analyse Voorbeeld geurprofielen van FCM odour intensity * FCM1 FCM2 FCM3 FCM4 paperboard odour * solvent/chemical *: statistische significantie voor a < 0,05 16

17 Sensorische analyse Geregistreerde Belgische norm NBN EN : geur Papier en karton dat in contact komt met voedingsmiddelen Zintuiglijke analyse Deel 1 Geur Geur: ruiken aan FCM bewaard in donker gedurende 24 h in een gesloten glazen recipiënt bij (23 2) C 17

18 Sensorische analyse Geregistreerde Belgische norm NBN EN : bijsmaak (bederf) Papier en karton dat in contact komt met voedingsmiddelen Zintuiglijke analyse Deel 2 Bijsmaak (bederf) Bijsmaak: proeven van melkchocolade bewaard in donker gedurende 48 h in indirect contact met FCM in een gesloten glazen recipiënt bij (23 2) C glass lid glass recipient packaging material food simulant (e.g. grated milk chocolate) on a glass petri dish saturated NaCl solution 18

19 Sensorische analyse Evaluatie NBN EN & score geur bijsmaak 0 geen waarneembare geur geen waarneembare bijsmaak 1 geur net waarneembaar (moeilijk te definiëren) bijsmaak net waarneembaar (moeilijk te definiëren) 2 zwakke geur zwakke bijsmaak 3 duidelijke geur duidelijke bijsmaak 4 sterke geur sterke bijsmaak scoren met volledige of halve nummers vanaf score 2: beschrijving van afwijking geven voor n = 6: 6 consistente resultaten maximale afwijking van 1 eenheid mediaan berekenen van individuele scores als mediaan 2,5: kwaliteit FCM is twijfelachtig 19

20 Sensorische analyse Voorbeeld NBN EN of Panellid S 1 S 2 S 3 S 4 1 4,0 3,0 2,0 0,5 2 4,0 3,0 2,0 0,5 3 3,5 3,0 2,0 0,5 4 3,0 3,0 2,0 0,0 5 4,0 4,0 2,0 0,5 6 3,5 3,0 1,0 0,5 mediaan 4,0 3,0 2,0 0,5 max. afwijking 1,0 1,0 1,0 0,5 S1 en S2: twijfelachtige kwaliteit 20

21 Instrumentele analyse Geuronderzoek - Tijdrovende analysetechniek GC-MS profilering - Snelle geurdetectiesystemen (e-nose) MS-nosetechnologie 21

22 GC-MS profilering Instrumentele analyse Isolatie van VOC s in FCM Scheiding van VOC s Identificatie van VOC s Semi-kwantificatie van VOC s Data analyse 22

23 Instrumentele analyse GC-MS profilering Headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) GC-MS scheiding d.m.v. gaschromatografie (GC) SPME-naald identificatie d.m.v. massaspectrometrie (MS) septum vezel recipiënt sorptie van VOC s (t, T, rpm) semi-kwantificatie complexe data data analyse (multivariaat, chemometrie) 23

24 carbondioxide 2,3-butanedione (diacetyl) butanal acetic acid pentanal propylene glycol 1-pentanol toluene 1-octene hexanal column bleeding 1-hexene o-xylene styrene heptanal 2-butoxy-ethanol diëthylene glycol benzaldehyde heptanol phenol hexanoic acid 1-butanol benzenemethanol 2-ethylhexanol limonene 1-phenylethanone 1-octanol heptanoic acid 1-undecene undecane benzoic acid octanoic acid decanal dodecane nonanal 1-(2-methoxy-1-methylethoxy)-2-propanol 1-(2-methoxy-1-methylethoxy)-2-propanol 1-(2-methoxypropoxy)-2-propanol GC-MS profilering Instrumentele analyse Abundance deel 1 Time-->

25 nonanoic acid undecanal tridecane junipene dodecanal tetradecane pentadecane hexadecane longifolene chloride heptadecane octadecene methylhexadecanoate branched hydrocarbon isopropyl dodecanoate GC-MS profilering Instrumentele analyse Abundance deel Time-->

26 Instrumentele analyse GC-MS profilering 1.0 2D-PCA biplot isobutylalcohol guaiacol Z 2 cyclohexanone 2-butanone 2-propanone Z 1 3-methylbutanal 2-butoxyethanol dimethyldisulfide heptanal 2-propenoic acid 1-octen-3-ol propylene glycol ether 3 dimethyltrisulfide toluene 2-propenal heptanoic acid X 2 X 1 propanoic acid 4-phenylcyclohexene 2-pentanone 1,2-propanediol 1-butanol 1,3-butanediol 2-ethylfuran butanal ethylbenzene p-xylene butanoic acid propylene glycol ether 1 2-pentylfuran propylene glycol ether 2 m-xylene limonene C3-benzene pentanoic acid nonanal a-methylstyrene 2-hexanone hexanal 2-octenal octanal acetic acid 2-hexenal 1-pentanol hexanoic acid styrene propylbenzene phenol furfural 2-heptenal p-cymene 2-butenal pentanal 1-hexanol acetophenone Y 1 Y ethyl-1-hexanol methyl acetate methyl hexanoate 2-propanol 2-heptanone diacetyl benzaldehyde 4-methylhexanal isolongifolene junipene a-muurolene cis-calamenene d-cadinene Max. variantie= PC1: 60%, PC2: 36% 26

27 Instrumentele analyse Principe van e-nose - Sampling snelle (headspace) isolatietechnieken isolatie van VOC s - Sensingsysteem conventionele systemen MS-gebaseerde systemen generatie van fingerprints - Patroonherkenning PC met statistische software data analyse (multivariaat) Isolatie van VOC s van FCM Sensingsysteem Data analyse 27

28 Conventionele e-noses (Sensor array) - adsorptie van VOC s aan sensoroppervlak response digitale waarde dataprocessing - Conducting organic polymers (CW) - Metal Oxide Semiconductors (MOS) - Bulk Acoustic Wave (BAW) - Surface Acoustic Wave (SAW) - - nadelen! Instrumentele analyse Massaspectrometrie-gebaseerde e-nose (MS-nose) in KAHO Sint-Lieven 28

29 Instrumentele analyse MS-nosetechnologie on-line HS-SPME MS-nose instrument 250 C Massafingerprint Data analyse 29

30 Response MS-nosetechnologie Instrumentele analyse 60 mass fingerprint of line plot m/z 30

31 MS-nosetechnologie Instrumentele analyse Principale Componentenanalyse (PCA) 3D-PCA scores & loadings plot sesquiterpenes X_1 X 2 X 3 X 4 X 5 Factor3 Factor2 Z 1 Z 2 Z 5 3 Z 4 Y 1 Factor Y 4 Y butanol Factor Factor1 Factor propylene glycol ethers 77 hydrocarbons Max. variantie= PC1: 87%, PC2: 10%, PC3: 3% 31

32 MS-nosetechnologie 3D-SIMCA scores plot X_1 X 2 X 3 X 4 class 1 Factor3 Factor2 Instrumentele analyse Soft Independent Modeling of Class Analogy (SIMCA) Y Y 4 class 2 Factor1 SIMCA-interclass distances (I.D.) SIMCA-I.D. X Y Z X 0,00 11,56 14,20 Y 11,56 0,00 20,09 Z 14,20 20,09 0,00 I.D.> 4: duidelijke differentiatie tussen 2 klassen Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 class 3 32

33 Besluiten sensorische & instrumentele analyse Sensorische analyse vaststellen van geurverschillen sensorisch beschrijven van producten arbeidsintensief & tijdrovend GC-MS profilering geurprofielen opstellen inzicht in de geurbepalende componenten en achterhalen oorsprong objectief meten van geurbepalende invloedsfactoren feedback voor product- en procesinnovatie (opstellen richtlijnen GMP) tijdrovend laboratoriumsysteem MS-nosetechnologie snelle geurdetectietechniek weinig of geen chemische informatie laboratoriumsysteem 33

34 Topics van geurkarakterisering van FCM TETRA ( , KAHO) Karakterisering van de geur van (bedrukte) papier- en kartonverpakkingen bestemd voor de voedingsindustrie TETRA ( , KAHO en UGent) Karakterisering van bedrukte verpakkingsmaterialen (papier/karton en kunststoffen) voor levensmiddelen: organoleptische en migratieaspecten 34

35 Topics van geurkarakterisering van FCM Geuranalyse van onbedrukte verpakkingsmaterialen, impact van - type substraat (virgin karton, gerecycleerd karton, type polymeer, monolayers, multilayers, ) - coatings - lijmen (koude, warme, dierlijke) - behandelingen (Corona) 35

36 Topics van geurkarakterisering van FCM Geuranalyse van bedrukte verpakkingsmaterialen, impact van - diverse pigmenten/zelfde type inkt - diverse types inkt (laaggeurende, laagmigrerende, UV, folie) - vochtwaters - diverse types lakken/vernissen - vochtwaters (conventionele, alcoholvrije) 36

37 Topics van geurkarakterisering van FCM Opvolging van procesparameters tijdens het drukproces - invloed van een ontluchtingskamer - meten van batch-to-batch variatie met betrekking tot geurimpact - invloed van de snelheid van drukken op de geur van de eindverpakking 37

38 Besluiten Richtlijnen voor opstellen van GMP voor geurarme FCM: Objectieve geurmonitoring van FCM a.d.h.v. sensorische analyse, GC-MS analyse en MS-nosetechnologie Adequate in- en uitgangscontrole van grondstoffen / afgewerkte verpakkingen en controle van procesparameters (druksnelheid, drogingstijd, ) kan klachten en schadeclaims vermijden 38