El contaminante químico del plástico que migra a los alimentos

Uno de los peligros químicos que se describe en el análisis de peligros del Plan APPCC – HACCP, es la migración de los plásticos hacia el alimento. Este análisis de contaminación potencial se suele encontrar en la etapa de recepción del material de envase, y como medidas de control se suele especificar:

• tener la especificación del material de envase (para saber de qué tipo de polímero se trata), 
• la declaración de uso alimentario dada por el fabricante del mismo, 
• y un análisis de migración, alineado con la regulación que corresponda (Mercosur, UE, USA, etc.).

En este artículo trataré de explicar a qué se refiere esa migración en términos de química básica, sin aburrirlos demasiado 😊

Los materiales plásticos están constituidos por el polímero base o resina base, de alto peso molecular, y generalmente inerte respecto de los productos de contacto, y los componentes no poliméricos, de bajo peso molecular, y susceptibles de transferirse a los alimentos. Los componentes no poliméricos comprenden los residuos de polimerización (monómeros oligómeros, catalizadores) y los aditivos (estabilizantes, antioxidantes lubricantes, protectores U.V., agentes antibloqueo, plastificantes pigmentos, cargas, etc.). 

Los aditivos se agregan a la resina base para obtener un material plástico de aplicación comercial definida. Las macromoléculas de la resina base pueden formar parte de una fase llamada amorfa, desordenada, y de una fase cristalina, ordenada. Una misma macromolécula puede pertenecer a ambas fases. 

La temperatura de transición vítrea (Tg) es un fenómeno de los polímeros amorfos. A esta temperatura, los polímeros experimentan una transición del estado vítreo al gomoso. Tg es una característica importante del comportamiento del polímero: marca una región de cambios dramáticos en las propiedades físicas y mecánicas. 

Algunos polímeros se utilizan por debajo de su Tg (en estado vítreo) como:

• Poliestireno
• Polimetacrilato de metilo

Estos polímeros son duros y quebradizos. Sus Tg son más altas que la temperatura ambiente. 

Y otros polímeros se utilizan por encima de su Tg (en estado gomoso), por ejemplo, elastómeros de caucho como:

• Poliisopreno
• Poliisobutileno

Éstos son de naturaleza suave y flexible. Sus Tg son inferiores a la temperatura ambiente.

Hay bases de datos conocidas con Tg de varios plásticos, como https://omnexus.specialchem.com/polymer-properties/properties/glass-transition-temperature

Por debajo de la Tg, la cristalización y otras reacciones ocurren muy lentamente debido a que el alimento en estado vítreo tiene una viscosidad muy alta de alrededor de 10 ¹² Pa-seg ⁸. El movimiento molecular disminuye sustancialmente a esta alta viscosidad, excepto para moléculas pequeñas como el oxígeno o el vapor de agua, que puede difundirse a través de poros más grandes.

La transferencia entre regiones en un sistema multidominio es principalmente por difusión. Para los sistemas multidominio, es importante determinar las tasas de difusión dentro de cada dominio para encontrar qué dominio limita la tasa de intercambio molecular. Cuanto mayor sea la viscosidad local, menor será el movimiento molecular, como se observó con respecto a los estados gomoso y vítreo. La cantidad de agua, el estado amorfo, la temperatura y el peso molecular de los ingredientes afectan la viscosidad local. La dependencia de la permeabilidad con la orientación es relativamente pequeña y se debe principalmente a una disminución de la difusividad con la orientación más que a un cambio en la solubilidad en un polímero totalmente vítreo. Sin embargo, si hay algo de cristalinidad presente, la restricción añadida de la libertad molecular en la fase no cristalina conduce a una orientación molecular más eficaz ya una caída significativa de las tasas de permeación. Los cristales pueden considerarse esencialmente impermeables.

La migración es la transferencia de componentes no poliméricos desde el plástico hacia el alimento, en condiciones reales de elaboración, almacenamiento, y uso del producto. Este es un fenómeno difusivo a través de la fase amorfa. La fuerza impulsora es entonces la diferencia de potenciales químicos de las especies, producido entre el plástico y el alimento.

La migración química es un proceso de difusión que está sujeto a control tanto cinético como termodinámico y se describe mediante matemáticas de difusión derivadas de la Ley de Fick. Las matemáticas describen el proceso de difusión en función del tiempo, la temperatura, el espesor del material, la cantidad de migrante en el material, el coeficiente de partición y el coeficiente de distribución. Hay varios determinantes de la migración química y exactamente qué migración ocurre depende primero de la identidad y concentración de cualquier sustancia química presente en el material de envase. 

Para resumir, la migración química es un proceso difusional sujeto a control tanto cinético como a termodinámica, que se incrementa con:

• mayor tiempo de contacto,
• mayor temperatura de contacto,
• altos niveles de aditivos en el material de envase,
• intimidad de contacto,
• alimentos agresivos.

Y disminuye con:

• mayor peso molecular de los aditivos en el material de envase,
• sólo contacto indirecto,
• baja difusividad (‘inertes’) de los materiales de envase,
• presencia de una capa de barrera inerte.

Un nuevo reto se plantea para el entendimiento de la inocuidad alimentaria con los plásticos reciclables, donde la normativa europea está a la vuelta de a esquina (Abril 2023:  REGLAMENTO (UE) 2022/1616), por los fenómenos de re-migración. Pero esto lo dejamos para otro artículo….

Referencias:

• PANORAMA DEL PLÁSTICO, Boletín editado por el Centro de Investigación y Desarrollo para la Industria Plástica, INTI.
• Changes in polymer foils used in food packaging tested by using differential scanning calorimetry, J GAJDOS KLJUSURI ˇ C; S¯adhan¯a Vol. 28, Part 6, December 2003, pp. 991–998.
• AN INTRODUCTION TO CHEMICAL MIGRATION FROM FOOD CONTACT MATERIALS, Laurence Castle DEFRA Central Science Laboratory, York (UK).
• Moisture Migration and Control in Multi-Domain Foods, T.P. Labuza and C.R. Hyman.
• Thermal Analysis of Plastics Used in the Food Industry, Andrzej Polanczyk ^{et al,} 2022 Jan; 15(1): 248.

Autora

Leila Burin. 
Coordinadora Académica de Portal de Inocuidad.
PhD en Ciencias Químicas, Universidad de Buenos Aires, 2001 y Lic. en Ciencias Biológicas, Universidad de Buenos Aires, 1994.
2010 hasta la fecha: auditora para SAI Global Spain: Esquemas: IFS, BRC, ISO 22 000, FSSC 22000, GMA SAFE y auditorías de clientes: Unilever, Pepsi, Starbucks, Woolworths, Mac Donalds.
1997 hasta la fecha: QualyFoods S.A., Argentina Cargo: Gerencia Técnica en Aseguramiento de Calidad. Dirección. Desarrollo de Programas de Pre-requisitos & BPM y HACCP en Argentina (8 Plantas); capacitación: HACCP Alliance Lead Instructor en Argentina y México; y auditora para Heinz NA.
Mas de 15 cursos abiertos dictados desde 2001. Docencia: Materia: Biología e Introducción a la Biología Celular. Unidad Académica: CBC (Ciclo Básico Común), UBA, entre 1993 y 2000.
2 DIRECCIONES DE TESIS, entre 2001 y 2006.
14 PUBLICACIONES Y ARTÍCULOS.
18 TRABAJOS PRESENTADOS A CONGRESOS.
Más de 35 CURSOS TOMADOS desde 1994.

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