Safety Assessment of Food Contact Materials: The Role of High-resolution Mass Spectrometry in the Comprehensive Analysis of the Total Migrate

Význam tématu

Migrace chemických látek z materiálů přicházejících do styku s potravinami (FCM) představuje významné riziko pro bezpečnost potravin a zdraví spotřebitelů. Identifikace a kvantifikace jak úmyslně přidaných látek (IAS), tak neúmyslných vedlejších produktů (NIAS) je nezbytná pro posouzení expozice a následné toxikologické hodnocení. Pokroky v analytické technice, především v oblasti vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS), umožňují detekovat více látek v nižších koncentracích, což zvyšuje nároky na komplexní přístup k posuzování bezpečnosti FCM.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem white paperu je popsat problém migrace z obalových materiálů, principy kompletního hodnocení migrantů a vysvětlit roli HRMS v detekci, identifikaci a kvantifikaci celkové migrace. Dokument shrnuje právní rámec, charakteristiku IAS a NIAS, osmikrokový postup hodnocení rizika a ilustruje metodiku na příkladu polyesterového nátěru na plechu konzervy.

Použitá metodika a instrumentace

Základní přístup zahrnuje extrakci materiálu nebo testy migrace do simulantů následované analýzou všemi relevantními technikami pro pokrytí širokého spektra chemických vlastností:

• GC-MS (elektronový dopad) s headspace nebo purge-trap pro těkavé látky
• Solventní extrakce + GC-MS pro semilátky
• LC-HRMS (ESI, APCI) pro polární a netěkavé látky
• GC-HRMS (Orbitrap, TOF) pro zlepšené rozlišení a přesnou hmotnost
• ICP-MS po kyselé mineralizaci pro stopové prvky
• GPC pro frakcionaci podle molekulové hmotnosti (např. pod 1000 Da)
• Detektory UV, FLD, FID jako doplněk pro kvantifikaci tam, kde chybí standardy

Dále se využívají softwarové nástroje pro zpracování HRMS dat, navrhování sumárních vzorců a porovnání s databázemi (interní i veřejné). V příkladu byly použity extrakce acetonitrilem, koncentrování extraktu a LC-HRMS analýza v obou ionizačních režimech.

Hlavní výsledky a diskuse

• Ve výtazích FCM se běžně vyskytují stovky analytických signálů; v jednom příkladu LC-HRMS odhalilo >200 chemických entit v extraktu polyesterového nátěru.
• HRMS umožňuje přesné měření m/z, identifikaci aduktů a izotopových vzorců, což významně zvyšuje kapacitu k přiřazení empirických vzorců a následné návrhy struktur. Nicméně i při vysokém rozlišení může jednoznačné přiřazení struktury zůstat nejednoznačné a vyžaduje doplňující informace (formulace materiálu, předpokládané oligomery, reakční produkty).
• Kvantifikace je problematická, pokud chybí autentické standardy. Použité přístupy zahrnují předpoklad stejné ionizační/rekordní odezvy (s nezanedbatelnou nejistotou), použití univerzálních detektorů (FID), stanovení celkové migrace a následné rozdělení podle relativních oblastí píků nebo použití charakteristických chromoforů pro kalibraci.
• Pro hodnocení rizika se doporučuje použití osmikrokového rámce (predikce → detekce → identifikace → stanovení migrace → expozice → charakterizace nebezpečí → posouzení rizika → závěr). Pro látky bez toxikologických dat je realistickým nástrojem přístup TTC a Cramerovy třídy pro stanovení prahových hodnot expozice.
• Spolupráce s výrobci FCM (přístup k formulacím a složkám) výrazně zrychluje identifikaci NIAS a snižuje nejistotu při interpretaci HRMS dat.

Přínosy a praktické využití metody

• HRMS rozšiřuje schopnost detekovat a navrhovat struktury neznámých migrantů, čímž napomáhá plnit regulační požadavky (např. EU 10/2011) týkající se NIAS.
• Kombinace technik (GC-MS, LC-HRMS, ICP-MS, GPC) zajišťuje široké analytické pokrytí různých chemických tříd.
• Workflowy založené na HRMS a softwarovém zpracování umožňují ne-cílené screeningy, priorizaci rizik (zaměření na LMW <1000 Da a větší piky) a efektivní komunikaci s regulátory a dodavateli surovin.
• Použití simulantů zjednodušuje rutinní testy pro legislativní soulad a umožňuje modelování expozice (např. nástroje jako FACET).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Standardizace ne-cílených HRMS workflowů včetně validace, reportování nejistot a společných databází NIAS.
• Rozvoj rozsáhlejších a kvalitnějších knihoven HRMS spekter a interních databází výrobních surovin s nečistotami a oligomery.
• Pokročilé in-silico nástroje pro predikci produktů degradace a pro toxikologickou prioritizaci (včetně read-across a QSAR) v kombinaci s TTC.
• Integrace hyphenovaných technik (např. ion mobility HRMS) pro lepší separaci izomerů a konformačních forem.
• Zlepšení kvantifikačních přístupů bez standardů (isotopové markery, generické kalibranty, sofistikované korekce ionizační efektivity).
• Rozšířené partnerství mezi průmyslem, analytickými laboratořemi a regulátory pro sdílení formulací a rychlejší eliminaci problematických složek.

Závěr

Analytika založená na HRMS výrazně posunula hranice možnosti detekovat, navrhovat a prioritizovat migranty z FCM, avšak plné komplexní hodnocení vyžaduje kombinaci technik, důraz na kvalitní datové zpracování, spolupráci s výrobci a použití konzervativních toxikologických strategií (např. TTC) tam, kde chybějí experimentální toxikologické údaje. Dokázat úplnou absenci neautorizovaných nebo nebezpečných migrantů zůstává prakticky nemožné; cílem je proto systematická identifikace, kvantifikace a racionální posouzení rizika s jasnou prioritizací.

Reference

1. Katan L. L. Multiplicity of Migrants. Nature, 1992, 358 (6383), 183-183.
2. Brands B., Castle L., Duffy E., Franz R., Garcia L., Gibney M., Hart A., Oldring P. Guidance for exposure assessment of substances migrating from food packaging materials; ILSI Europe, Brussels, 2007.
3. Oldring P.K.T., Castle L., Franz R. Exposure to substances from food contact materials and an introduction to the FACET project. Deutsche Lebensmittel-Rundschau, 2009, 105, 501-507.
4. Oldring P.K.T., O’Mahony C., Dixon J., Vints M.J., Meghan J., DeQuatre C., Castle L. Development of the FACET exposure tool to assess migrants from food packaging. Food Additives and Contaminants, Part A, 2014, 31, 444-465.
5. EFSA Scientific Committee. Scientific Opinion on Exploring options for providing advice about possible human health risks based on the concept of Threshold of Toxicological Concern (TTC). EFSA Journal, 2012, 10(7):2750.
6. Kroes R. et al. Structure-based thresholds of toxicological concern (TTC): guidance for application to substances present at low levels in the diet. Food and Chemical Toxicology, 2004, 42, 65-83.
7. Cheeseman M.A., Machuga E.J., Bailey E.B. A tiered approach to threshold of regulation. Food and Chemical Toxicology, 1999, 37, 387-412.
8. Nerin C., Alfaro P., Aznar M., Domeño C. The challenge of identifying non-intentionally added substances from food packaging materials: a review. Analytica Chimica Acta, 2013, 775, 14-24.