Mineral oil hydrocarbons: development/optimization of analytical methods, investigation of migration from food packaging into semolina and egg pasta, and occurrence in human tissues.

Per “olio minerale” si intende una complessa miscela di composti ottenuti principalmente dalla distillazione e raffinazione del petrolio, che comprendono idrocarburi saturi (MOSH, mineral oil saturated hydrocarbons) inclusi n-alcani, isoalcani e ciclo alcani (nafteni), e idrocarburi aromatici (MOAH, mineral oil aromatic hydrocarbons) che sono per la maggior parte alchilati. La frazione MOSH può includere anche oligomeri di poliolefine (POSH, polyolefin oligomeric saturated hydrocarbons), che possono migrare da materiali plastici, resine termosaldabili, adesivi e plasticizzanti. Gli oli minerali presenti negli inchiostri della stampa e nel cartone riciclato sono sufficientemente volatili (< n-C24) da migrare dall’imballaggio all’alimento. L’esposizione agli idrocarburi di origine minerale dovuta agli imballaggi e al cibo rappresenta un pericolo per la salute umana. Per l’analisi dell’olio minerale, l’estratto ottenuto dal campione in questione può essere direttamente iniettato in un sistema accoppiato LC-GC (liquid-gas chromatography), costituito da una colonna di silice che trattiene il grasso e gli interferenti polari e permette la separazione dei MOSH dai MOAH. In alternativa al metodo on-line, MOSH e MOAH possono essere separati off-line con un’estrazione in fase solida (SPE) e analizzati poi con GC e rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID, flame ionization detector). L’estrazione dell’olio minerale può essere un processo più o meno complicato a seconda della composizione della matrice e della fonte di contaminazione. Generalmente, un’estrazione con esano per una notte permette il recupero totale dell’olio minerale migrato dall’imballaggio in alimenti secchi come la pasta, ma non permette un’estrazione quantitativa di una contaminazione pre-esistente, intrappolata nella matrice. Una procedura più laboriosa è stata proposta per l’estrazione della contaminazione totale di olio minerale da campioni “umidi”. Questa tesi di dottorato è divisa in tre parti. La prima parte è dedicata ad aspetti analitici e all’estrazione dell’olio minerale. In particolare, viene descritto un miglioramento tecnico, apportato al metodo già proposto da Biedermann e collaboratori, che permette di aumentare la sensibilità, di ridurre il tempo di analisi del 34 % e il consumo di solventi del 23 %, velocizzando la corsa cromatografica e riducendo la fase di ricondizionamento della colonna LC. E’ stato valutato anche l’allargamento della banda nella colonna LC durante l’arresto del flusso (stop-flow) eseguito per trasferire più frazioni al sistema GC con un’unica iniezione. Tale valutazione è stata fatta confrontando la varianza della larghezza del picco del perilene registrato utilizzando lo stop-flow e la modalità normale. L’allargamento di banda è risultato direttamente proporzionale al tempo in cui la pompa LC viene lasciata in stop, e tuttavia tale allargamento non sembra influenzare l’affidabilità dell’analisi. Inoltre, è stato fatto un confronto tra due sistemi LC-GC con diversi tipi di interfaccia: uno strumento con la Y-interface basata sulla tecnica del retention gap e l’altro con un vaporizzatore a temperatura programmata (PTV, programmed temperature vaporizer). I due diversi metodi sviluppati sono stati sottoposti a validazione in termini di linearità, discriminazione, precisione, accuratezza, limiti di quantificazione e di rilevabilità. Entrambe le interfacce hanno dato risultati soddisfacenti e confrontabili tra loro durante la determinazione di MOSH in prodotti alimentari. In questo lavoro è riportato anche lo sviluppo/ottimizzazione di una tecnica comprehensive GCxGC con doppio rivelatore (FID e spettrometria di massa) per una simultanea identificazione e quantificazione di olio minerale in prodotti alimentari. I risultati quantitativi sono stati confrontati con quelli ottenuti con analisi in GC-FID, previa separazione di MOSH e MOAH con SPE, e con il metodo on-line LC-GC, ottenendo valori del tutto simili. Con l’utilizzo del metodo off-line SPE-GC-FID si è riscontrata la presenza di composti sconosciuti nel tracciato gas cromatografico, che sono stati poi identificati come esteri degli acidi grassi, molto probabilmente derivanti dall’utilizzo di inchiostri a base di oli vegetali. Per quanto riguarda le tecniche di estrazione, è stato ottimizzato un metodo PLE (pressurized liquid extraction) per la determinazione dell’olio minerale in campioni di carta e cartone. Il metodo proposto prevede un’estrazione con esano (2 cicli) a 60 °C per 5 minuti e permette di processare sei campioni contemporaneamente con una minima manipolazione del campione e un basso consumo di solvente. Tale metodo presenta una buona ripetibilità (coefficiente di variazione inferiore al 5 %) e un’estrazione praticamente quantitativa (meno del 2 % della contaminazione totale è stata ritrovata in un terzo ciclo separato). Il metodo è stato, quindi, applicato a differenti tipi di cartone e carta utilizzati per il contatto con alimenti. In aggiunta a ciò, sono stati sviluppati anche due differenti metodi PLE per alimenti secchi con basso contenuto di grasso: uno per la determinazione di olio minerale superficiale, per la maggior parte proveniente da migrazione da imballaggio, e l’altro per l’estrazione della contaminazione totale proveniente da differenti fonti. I due metodi presentano una buona ripetibilità (deviazione standard inferiore al 5 %) e ottimi recuperi (oltre il 96 %). Per sottolineare la potenzialità di questi metodi, essi sono stati applicati in combinazione su campioni di riso e di pasta di semola tenuti a contatto diretto con cartone riciclato. La seconda parte di questa tesi riguarda la migrazione di olio minerale in pasta secca (di semola e all’uovo) confezionata in imballaggi di cartone riciclato, in fibra vergine e in pacchi di film plastico, tenuti a temperatura ambiente. In particolare, le cinetiche di migrazione sono state monitorate nell’arco di due anni, focalizzando l’attenzione sull’influenza del tempo, delle condizioni di stoccaggio, sul materiale dell’imballaggio e sulle caratteristiche dell’alimento. La migrazione dell’olio minerale dall’imballaggi all’alimento è un processo rapido che può raggiungere considerevoli livelli di contaminazione già dopo un mese dal momento del confezionamento, soprattutto se viene utilizzato il cartone riciclato. La presenza di colla utilizzata per la chiusura delle confezioni sembra contribuire in modo significativo alla contaminazione totale dell’alimento confezionato. Non solo l’imballaggio, ma anche l’ambiente di stoccaggio circostante al campione incide sulla contaminazione totale dell’alimento. La quantità di grasso dell’alimento, inoltre, influenza la migrazione dell’olio minerale dall’imballaggio. Sono stati eseguiti anche test di migrazione accelerata a temperature di 40 °C per imballaggi di cartone e 60 °C per i pacchi in film plastico, della durata di 30 giorni, per cercare una correlazione con la migrazione durante la shelf-life del prodotto. Le cinetiche di migrazione sono ovviamente accelerate rispetto a quelle ottenute a temperatura ambiente, soprattutto per gli idrocarburi a più alto peso molecolare. In generale, però, l’andamento rimane simile, con una migrazione degli idrocarburi fino al n-C20 molto rapida e completa in poco tempo. Infine, la terza parte di questa tesi è dedicata all’indagine del contenuto di olio minerale in tessuti umani (tessuto adiposo, linfonodi mesenterici, milza, fegato, polmoni, reni, cervello e cuore) focalizzando l’attenzione sulla sua concentrazione e distribuzione dei pesi molecolari. In seguito allo sviluppo di un appropriato metodo di estrazione, il contenuto di olio minerale ritrovato nei vari tessuti umani è stato correlato con informazioni personali e cliniche dell’individuo a cui appartenevano, allo scopo di identificare una possibile fonte di contaminazione. Per un quarto dei soggetti analizzati (n = 37), sono stati trovati livelli di MOSH maggiori a 5 g per persona. La composizione della contaminazione ritrovata nei tessuti umani sembra determinata non tanto dall’olio minerale a cui gli individui sono stati esposti, quanto dalla selettività dovuta a processi metabolici.