Non-target analysis of chemicals extracted and migrated from plastic food contact articles

Abstract

Produksjonen av plast er stadig økende, og i dag blir plast brukt til alle slags formål, deriblant til produkter som skal være i kontakt med mat (FCA). For å gi plasten ønskede egenskaper, blir mange tilsetningsstoffer brukt i plastproduksjon. I tillegg inneholder plast stoffer som ikke er tilsatt med vilje. Disse kjemiske stoffene er vanligvis ikke kovalent bundet til polymeren, og kan dermed migrere fra plastproduktet til omgivelsene. For FCA, kan stoffene migrere til matvarene og på den måten utgjøre en kilde til kjemikalier for mennesker. Forskningen på det totale innholdet av kjemiske stoffer i plast er begrenset, og lite er kjent om disse stoffenes identitet og toksisitet. Kunnskapen om migrasjon av kjemikalier til mat er også mangelfull. Målet med dette prosjektet var derfor å øke kunnskapen om den kjemiske sammensetningen av FCA, identifisere stoffene som finnes i plast og undersøke migrasjonen av kjemikalier til mat-simulanter. For å undersøke den kjemiske sammensetningen av plast, ble 39 plastprodukter laget av seks forskjellige polymertyper kuttet i biter, ekstrahert med metanol (MeOH) og analysert med en "non-target" tilnærming. I tillegg ble migrasjonen av plastkjemikalier til 50% etanol (EtOH) og vann undersøkt for tre av plastproduktene, og migratene ble sammenlignet med MeOH-ekstraktene. Migrasjonskinetikken ble også undersøkt, med fokus på forbindelsene som økte og stabiliserte seg i løpet av migrasjonstiden.

Mer enn 16800 forskjellige kjemiske forbindelser ble funnet i MeOH-ekstraktene, og antallet stoffer i hver prøve varierte mellom 37 og 9936. Polyuretan (PUR) og polyvinylklorid (PVC) inneholdt flest stoffer i gjennomsnitt, mens polyetylentereftalat (PET) inneholdt færrest stoffer. Variasjonen var imidlertid stor innenfor samme polymertype, og det ble ikke funnet noen klar sammenheng mellom antallet kjemiske forbindelser i en prøve og polymertypen eller typen produkt. Bare 16% av forbindelsene som ble funnet ble tentativt identifisert, noe som betyr at flesteparten av forbindelsene forble ukjente. Av de identifiserte forbindelsene var flere av dem kjente toksiske kjemikalier, og noen relativt potente kjemikalier ble funnet med høy konsentrasjon i prøvene. Antallet kjemiske forbindelser som migrerte til 50% EtOH var tydelig høyere enn til vann. Sammenlignet med MeOH-ekstraksjon var det flere og andre forbindelser som migrerte til 50% EtOH. Dette betyr at MeOH ikke ekstraherte alle kjemikaliene i plastproduktene, og illustrerer at den kjemiske sammensetningen som blir funnet avhenger av hvilken væske som blir brukt til ekstraksjon eller migrasjon. Migrasjonen til 50% EtOH var større enn tidligere kjent, hvilket indikerer at mennesker blir eksponert for mange plastkjemikalier gjennom maten de spiser. Undersøkelsen av migrasjonskinetikk viste at det var store variasjoner mellom prøvene og mellom 50% EtOH og vann. Mange forbindelser hadde ikke stabilisert seg etter ti dager, og videre forskning på migrasjons-kinetikk over lengre tidsperioder er anbefalt for å forbedre testbetingelsene.

Plastic production is constantly increasing, and today plastics are used for all kinds of purposes, including food packaging and other food contact articles (FCA). To obtain desired properties of the plastics, numerous chemical additives are used in plastic production. In addition, non-intentionally added substances are present in plastics. These chemicals are normally not covalently bound to the polymer, and can thus migrate from the plastic products to the environment. For plastic FCA, chemicals can migrate to the foodstuff, and in that way constitute an important source of human exposure to chemicals. The research on the total number of chemicals present in plastics is limited, and little is known about their identity and toxicity. Knowledge is also missing on the extent of migration of plastic chemicals migrating to food. The aim of this project was therefore to increase the knowledge of the chemical composition of plastic FCA, tentatively identify the chemicals present in plastics and investigate the migration of plastic chemicals to food simulants. To investigate the chemical composition of the plastics, 39 plastic samples made of six different polymer types were cut into pieces, extracted with methanol (MeOH) and analyzed using a non-target approach. In addition, a migration study investigating the migration of plastic chemicals into 50% ethanol (EtOH) and water was performed for three of the samples, and the extent of migration into the two solvents was compared to MeOH extraction. The migration kinetics of the three samples were also assessed, focusing on the increasing and stabilizing features.

More than 16800 unique chemical features were detected in the MeOH extracts, and the number of features in each sample varied from 37 to 9936. The polyurethane (PUR) and polyvinyl chloride (PVC) samples had the highest numbers of features on average, while the polyethylene terephtalate (PET) samples contained the lowest number of chemical features. However, the variations were large within each polymer type, and no clear correlation was found between the number of features and the polymer type or the type of product. Only 16% of the detected features were tentatively identified, meaning that most of the features remained unknown. Of the identified compounds, several were known to be toxic, and some relatively potent toxicants were detected with high abundances in the samples. The number of chemical features migrating to 50% EtOH was considerably higher than to H2O. Compared to MeOH extraction, more and other features were migrating to 50% EtOH. This means that MeOH was not extracting all chemicals present in the plastic samples, and illustrates that the detected chemical composition is highly dependent on the solvent used for extraction or migration. The migration into 50% EtOH was also larger than previously known, and indicates that humans are exposed to many plastic chemicals through food intake. The assessment of migration kinetics revealed large variations between the samples and migration solvents. Several features did not reach an equilibrium after ten days, and further research on migration kinetics over longer periods of time is recommended to improve the test conditions.