TÜV SÜD pH

Sicurezza del

packaging per caffè

Cialde in carta e normative applicabili, con focus

sulla raccomandazione BfR XXXVI/1. Impostazionedel risk assessment e case hystory.

Marinella VitulliOperations Manager Ph TUV

Food Contact Expert – AIBO n°035

1 Metodologie produttive

2 Regolamenti e standards applicabili

4 Risultati e case hystory

3 Risk Assesment

Cialde in carta e normative

applicabili, con focus sulla

raccomandazione BfR

XXXVI/1. Impostazione del risk

assessment e case hystory.

Parliamo di filtri in carta per la preparazione del caffè…..

Principalmente Cialde per macchine per caffè espresso

Ma dato che siamo italiani

concentriamoci sulle cialde

che si utilizzano per la

preparazione di un buon caffè

espresso……..

Ma ci sono altri prodotti simili…..

Queste carte speciali costituiscono spesso un importante

componente delle capsule in plastica:

Metodologie produttive

Un foglio di carta filtro passa sotto il dosatore, che dosa la quantità di caffè

(solitamente 7g).

Una seconda striscia di carta filtro viene posta sopra il caffè.

Successivamente un pistone salda le due parti

Le cialde vengono tagliate e la carta in esubero è riciclata

Il viaggio della cialda continua……….

Il materiale in bobina è quindi sottoposto a stress dovuto a calore e pressione.

La bobina viene infatti a essere posta su una concavità creata nella macchina, il

caffè deposto porta ad uno stretto contatto tra la macchina e la bobina, e il

pistone provoca poi la chiusura grazie alla pressione esercitata

Ulteriore stress del materiale avviene

ovviamente nella fase di filtrazione a

caldo del caffè. Pressione,

temperatura….

Un processo di estrazione a caldo del

caffè, ma anche del materiale che

compone la CIALDA!

“Estrazione” acqua/vapore:

- Stress fisico: circa 15 bar

- Stress termico: temp. intorno 90°C

I Filtri per caffè di carta hanno

grammatura variabile; sono

composti da carta che ha subito

trattamenti, che permettono al caffè

di fluire liberamente tra il filtro e

l'imbuto filtrante.

Si utilizzano spesso prodotti

sottoposti a processo di

sbiancamento.

Fondamentali sono per gli aspetti

prestazionali i parametri di

permeabilità, resistenza allo sforzo,

resistenza a umido.

Le caratteristiche meccaniche e prestazionali della carta

sono strettamente legate alla tipologia di cellulosa

utilizzata, descrivibile in base a due grosse famiglie: quella

delle fibre corte ( provenienti da latifoglie) e quella delle

fibre lunghe (provenienti da conifere)

Le fibre possono inoltre essere distinte in funzione del

processo estrattivo (solfato e solfito) e della sbianca (TCF

ed ECF).

Le fibre possono essere identificate mediante

microscopia ottica, utilizzando specifici reattivi.

Norme di riferimento:

TAPPI Standard T 401

om-81SCAN-G 3:71

ASTM D 1030-76

In relazione alla lunghezza della fibra, è possibile avere

un’indicazione generale sulla loro provenienza:

-Fibre lunghe: dalle conifere di Scandinavia, Nord America, Est Europa

-Fibre corte: dalle latifoglie del Sud Europa, Sud America e Nord Africa;

Per la produzione di cialde per caffè si utilizzano fibre lunghe.

Spesso si utilizzano fibre di Abaca : circa 6.0 mm lunghezza e 24 µm diametro

La qualità relativa al processo di

sbiancamento può essere determinata

tramite la prova dell’OX, Total chlorine

and organically bound chlorine

La norma ISO 11480:1997 descrive un

metodo per la determinazione del

contenuto di cloro totale e di cloro

organico contenuto negli impasti, carte e

cartoni.

TCF ECF-light ECF

OX secondo

ISO 11480:1997

<30 Mg/kg <60 Mg/kg <200 Mg/kg

Quindi nella carta può esserci del cloro, che insieme a sostanze

organiche ad alta temperatura potrebbe provocare alcuni problemi….

Il cloro potrebbe non provenire solo dal processo di sbiancamento…

Un’altra fonte di cloro può derivare dall’utilizzo di resine epicloridriniche.

Ma prima di soffermarci sui possibili contaminanti

definiamo meglio i materiali fibrosi naturali utilizzati per la produzione

delle cialde:

-Cellulosa

-Manila (da foglie di abaca, si

ottengono fibre lunghe)

-fibre di cotone

Le fibre lunghe unite agli additivi alla fine producono una griglia di fibra di

cellulosa con una larghezza della maglia minore di 10 micron.

Spesso oltre ai classici additivi presenti nelle patine e nei coatings le carte

da filtro per caffè contengono % di coatings polimerici: politene e

polipropilene presenti fino al 20-30%

In pratica si ottiene un getto suddiviso che permette una formazione stratificata

del foglio.

Spesso le macchine sono in grado di

formare due strati di cui uno strato è

costituito tipicamente da fibre naturali e

l'altro di fibre sintetiche miste a naturali:

due casse di afflusso, una contenente le

fibre e l’altra con il misto fibre

sintetiche/naturali, in modo da

depositare sulla tela i due tipi di

impasto diversi.

In questi casi la carta deve quindi subire un particolare processo.

Questo per avere buone caratteristiche filtranti, ma anche perchè

come abbiamo visto il processo di formazione della cialda prevede una

termosaldatura.

In una scheda tecnica rilasciata da azienda che produce filtri per caffè si

può leggere:

La componente polimerica è essenziale per conferire

alla carta la termosaldabilità

3.3. Speciality papers

For paper intended for contact

with hot, aqueous liquids, such

as tea bags, coffee filters and

cooking pouches, or for use at

high temperature, such as

baking paper, recovered paper

of Groups 2 and 3 should not

be used.

Regolamenti e standards applicabili

If migration testing is carried out for paper intended for contact with hot, aqueous

liquids, such as tea bags, coffee filters and cooking pouches the appropriate

conditions (time, temperature and ratio of paper to liquid) should be chosen taking

into account the intended use of the material.

If extraction testing is carried out to determine compliance, hot water extracts should

be prepared.

Filtering layers are not within the scope of the resolution.

The reader may find it useful to consult BfR XXXVI/1, where testing instructions can

be found.

Industry Guideline

CARTA PER CUCINARE, FILTRI DI CARTA, STRATI FILTRANTI

Questa Raccomandazione si applica

-materie prime globali (sezione I)

-ausiliari alla produzione (sezione II)

-specifiche materie prime e ausiliari di produzione (sezione III)

utilizzati nel processo di produzione di carta, carta e cartone destinata

a venire a contatto con i prodotti alimentari.

Recc XXXVI/1

I. Materie prime globali

II. Coadiuvanti di produzione

(Le materie prime e i coadiuvanti di produzione sono usati per tutte le

applicazioni riportate in questa raccomandazione)

Agenti Ausiliari

Nella linea guida TISSUE PAPER KITCHEN

TOWELS AND NAPKINS Version 1 –

22.09.2004 c’è il metodo in versione

inglese

Il metodo di riferimento per l’analisi è UNI EN 1104:2005, richiesto dal BfR

Abbiamo visto che si possono utilizzare dei biocidi….

Ma sulla carta possono essere presenti sostanze antimicrobiche?

No!

• Bacillus Subtilis (batterio)

• Aspergillus Niger (fungus)

• Incubazione rispettivamente 3 giorni a 30 °C, e 5 giorni a 25 °C

AssenzaAssenza

Presenza di

antimicrobici

Le ammine in questione possono essere rilasciate dagli azo coloranti

per rottura del legame azoico (scissione riduttiva)

Si parla anche di azo coloranti….

La norma EN 14362 permette la determinazione quantitativa delle

ammine aromatiche derivanti da coloranti azoici, ed è equivalente al

metodo LFGB 82:02-2

Per l’estratto secco si applica la EN 647:1993 + la EN 920:1998

:Carta e cartone destinati a venire in contatto con gli alimenti - Determinazione del

tenore di materie secche in un estratto acquoso

Le sostanze ausiliarie A% totali sono date da:

A% = Sa% + Ss% + I%

le sostanze ausiliarie insolubili, costituite da sostanze

azotate, vengono calcolate moltiplicando per il fattore

empirico 4 il valore dell'azoto totale determinato, secondo

Kjeldahl.

Nel DM 21.03.73 è riportato un metodo di prova Kjeldahl:

Leggendo tra le righe è chiaro che l’estratto acquoso a caldo

merita di essere valutato analiticamente con grande

attenzione:

E’ opportuno eseguire analisi di screening per

scongiurare queste migrazioni!

DM 21/3/1973 All. II

Ovviamente in Italia le cialde in Carta devono essere controllate

secondo DM.21.03.73

>>> Controllo di alcuni requisiti di composizione e verifica coadiuvanti tecnologici

1) Materie fibrose2) Sostanze di carica3) Sostanze ausiliarie

a) solubili in acquab) solubili in solventec) insolubili in acqua ed in solvente

4) Migrazione del colore5) Migrazione degli Imbiancanti ottici

>>> Controllo di alcuni requisiti di purezza

Piombo e PCB

Note d'information n°2004-64

Note d'information n°2004-64

Ma ci sono altre leggi specifiche per la carta per “hot filtering”?

Si! Ad esempio in Olanda:

Dutch Regulation

Dutch Regulation

Molti controlli sul prodotto finito!!!

Dutch Regulation

All’interno del documento sono descritti requisiti prestazionali e metodi di

analisi; E’ chiarito che la carta deve soddisfare i requisiti sanitari del GB 11680.

(GB 11680-1989 "Hygienic standard of paper used for food packaging“)

Gli additivi contenuti devono rispettare lo standard GB 9685-2008.

Standard cinese su carta per filtri da tè

Regolamento Mercosur

Struttura del documento e liste positive ricordano la R. BfR

Regolamento Mercosur

Impostazione del Risk assessment

Come abbiamo visto il processo produttivo prevede una fase di termosaldatura: temperatura e pressione che potrebbero

modificare il materiale

Foglio superiore

Caffè

Foglio inferiore

Sappiamo che è sempre più necessario valutare i NIAS sostanze non

volontariamente aggiunte…..

Recentemente Koni Grob ha parlato di ORPI (Oligomeri, Prodotti di Reazione,

Impurezze)

Per questo motivo il nostro approccio è di testare le cialde una volta che hanno

subito il processo di termosaldatura, senza la presenza del caffè:

Nell’impostare il risk assesment inoltre è

necessario ricordare con non esistono

solo i regolamenti o gli standard specifici,

quindi bisogna considerare i requisiti

dell’art. 3 1935:2004 e, vista la presenza di

20-30% di componenti polimeriche, del

reg UE 10:2011.

SEM eseguita presso Lab pH, che evidenzia i due strati di cialda termosaldata, chiusa senza caffè

Ecco quindi come chiediamo di preparare e ricevere i campioni da testare:

Cialde chiuse in macchina senza il riempimento di caffè

Per valutare ciò che dalla carta può migrare nel caffè valutiamo anche

i campioni di capsule riempite con caffè

Nel caffè sono ricercate le eventuali sostanze riscontrate nel campione in carta

Ovviamente quando l’azienda che ci commissiona i controlli non

confeziona ma trasforma o confeziona la carta per cialda riceviamo

i fogli superiore e inferiore, generalmente in formato A4

Altri campioni sono consegnati al laboratorio direttamente nella confezione finale

Residuo secco dell’estratto caldo UNI EN 647:1994 + UNI EN 920:2000

Campioni

contenenti 80%

fibre e 20%

fibre

termoplastiche

Residuo secco

dell’estratto

caldo UNI EN

647:1994 + UNI

EN 920:2000

Contenuto totale

di azoto

(limite<0,1mg/dm

2 su residuo di

estratto a caldo)

AA. derivate

da azo

coloranti EN

14362:2012

Trasferimento

di antimicrobici

UNI EN

1104:2005

Campione 1

cialda chiusa

gramm 16/m2

<1 mg/dm2 <0,1 mg/dm2 <30mg/kg assente

Campione 2

gramm 25/m2<1 mg/dm2 <0,1 mg/dm2 <30mg/kg assente

Campione 3

gramm 25/m2<1 mg/dm2 <0,1 mg/dm2 <30mg/kg assente

Risultati delle analisi

Campioni

contenenti 80%

fibre e 20% fibre

termoplastiche

Migrazione globale in

EtOH 20%

2h 70C

Migrazione globale

in EtOH 95%

2h 70C

Migrazione globale

in MPPO

10gg 60°C

Campione 1 cialda

chiusa gramm

16/m2

<1 mg/dm2 <1 mg/dm2 <1 mg/dm2

Campione 2 gramm

25/m2<1 mg/dm2 <1 mg/dm2 <1 mg/dm2

Campione 3 gramm

25/m2<1 mg/dm2 <1 mg/dm2 <1 mg/dm2

Prove di migrazione per valutare il rischio relativo alla componente termoplastica

Le analisi che abbiamo eseguito per verificare i parametri

riportati nella BfR XXXVI/1 non hanno fatto registrare positività, così come i

risultati delle migrazioni in simulanti seconto regolamento plastiche.

Più interessanti, anche se confermano la conformità dei materiali,

sono i dati che abbiamo raccolto eseguendo risk assessment

di tipo non tradizionale.

Le prove eseguite consistono in:

- Analisi SPME sui campioni in carta

-Screening di metalli su estratto acquoso

- Screening GC-MS dopo estraz. simulante MPPO

-Screening GC-MS del simulante EtOH95%

- Valutazioni preliminari LC-QTOF su estratto acquoso

- Analisi SPME sui campioni in carta

-Quantità in tracce

(notare la linea di base)

di sostanze altamente

lipofile:

- decisamente

improbabile che siano

estratte durante il

processo di erogazione

del caffè!

- Analisi SPME sui campioni in carta

(solo un campione su tre ha evidenziato queste tracce)

Migrazione in MPPO

10gg 60°C

Migrazione in simulante MPPO

Screening GC-MS dopo estraz. simulante MPPO

Tracciato del campione sovrapponibile

al tracciato del bianco tenax

(i tre campioni hanno evidenziato lo

stesso comportamento)

Screening GC-MS simulante EtOH 95%

Screening GC-MS simulante EtOH 95%

tracce di Tetraethyl orthosilicate

List 8:

Substances for which no or only scanty and inadequate data was available.

LMS Reg 10/2011 per diossido di silicio e altri silicati = 60ppm

Cromo - UNI EN 647:1994 +UNI EN 12498:2005

Piombo UNI EN 647:1994 +UNI EN 12498:2005

Mercurio UNI EN 647:1994 +UNI EN 12497:2005

Cadmio UNI EN 647:1994 +UNI EN 12498:2005

Analisi di metalli in estratti acquosi

Tutti i campioni <LOQ

Ampiamente sotto i limiti previsti da

normativa Francese e Tedesca

Valutazioni Preliminari LC-QTOF su estratti acquosi

In Fase di Studio una tecnica di

screening per analiti “untarget”

Nelle valutazioni iniziali è stata

posta maggiore attenzione sulle

Molecole per le quali la

Raccomandazione indica limiti

nell’estratto acquoso:

Data Extraction By Mass Hunter Profinder

• H20 Extracts sample-2, sample-3, blank (around 500 features)

sample-2 : 84 main compounds

sample-3 : 163 main compounds

Blank: 47 main compounds

Mass Profiler for comparison: sample-2 vs Blank

Unique to sample-2 at low RT

MSC: Molecular Structure Correlator

Mass list and ID tentative

mass

value RT

261.1688 1.072

202.1313 1.579

243.1831 14.183

192.1361 7.084

231.1467 12.427

287.185 3.071

281.1966 14.37

372.2375 1.406

390.249 1.338

190.1577 13.25

222.0894 13.85

150.0891 2.315

313.2007 2.219

287.1854 1.553

331.2111 2.05

193.1211 2.966

216.1465 0.846

182.0924 9.949

246.1582 0.875

248.1976 15.05

148.1101 6.309

198.137 0.878

134.0947 4.111

177.1263 4.887

228.1481 0.879

162.1256 9.68

Stato attuale: ipotesi da verificare con le aziende produttrici

Analisi un po’ particolari…..

un pericolo reale ?

Motivo di allarme:

Analisi Diossine - pH

Matrici analizzate in pH:

- Latte e derivati

- Uova

- Carne e derivati

- Prodotti ittici

- Mangimi

- Ortofrutta

- Caffe ???

Estrazione Purificazione Analisi HRMS

Risultati

Analisi Diossine sul caffè in cialda

Sono state effettuate le seguenti analisi:

• Cialda vuota termosaldata

• Cialda contenente caffè

• Estratto di caffè

Presenza in tracce di alcuni congeneri di Diossine e Furani nel campione di

“Cialda vuota termosaldata”

23478 – PCDF

0.20 pg/kg

123678 – HxCDD

0.82 pg/kg

OCDD

2.22 pg/kg

23478 – PCDF

STD INT

123678 – HxCDD

STD INT

OCDD

STD INT

Risultati

Cialda vuota termosaldata

0.16 pg/kg WHO-TEQ (lower bound)

< 0.3 pg/kg WHO-TEQ (Upper bound)

Cialda contenente caffè

N.D. pg/kg WHO-TEQ (lower bound)

< 0.2 pg/kg WHO-TEQ (Upper bound)

Estratto di caffè N.D. pg/l WHO-TEQ (lower bound)

< 0.07 pg/l WHO-TEQ (Upper bound) ** Inferiore al limite di legge dei prodotti per l’infanzia

Conclusioni

Domanda: il caffè in cialda è un pericolo reale ?

Risposta: …….

…forse dovremmo stare più attenti a… !!!

Analisi un po’ particolari…..

un pericolo reale ?"Il furano, altresì conosciuto come furfurano o ossido di divinilene, è un composto

organico eterociclico aromatico, ottenibile per sintesi e per distillazione del legno, in

particolar modo del pino.

Il furano è un liquido chiaro e incolore, molto volatile ed altamente infiammabile, con un

punto di ebollizione vicino alla temperatura ambiente. È tossico e può essere

cancerogeno. I dibenzofurani policlorurati, come il TCDF, sono composti derivati del

furano assimilati alle diossine.

Lo studio dell’Università di Barcellona,

pubblicato sulla rivista scientifica Food

Chemistry, ha fornito:

· caffè in capsule, 117-244 ng/ml;

· caffè preparato con macchinetta

tradizionale, 20-78 ng/ml;

· decaffeinato, 15-65 ng/ml;

· caffè solubile, 12-35 ng/ml.

Secondo il Professor Santos «la ragione di questi alti livelli è dovuta al fatto che le

capsule ermeticamente sigillate impediscono che il furano, che è altamente volatile, si

disperda».

Abbiamo analizzato i campioni, come nello studio eseguito in Spagna

con tecnica SPME – GC-MS

Cromatogramma ricchissimo,

ma selezionando lo ione 68 si ottiene

una buona separazione cromatografica

Esito: furano

assente dal

campione ricevuto

in cialde

Std di furano 100ppb

furano presente in

campione

contenuto nella

bustina ermetica

I Risultati ottenuti mostrano che le cialde in carta sono un prodotto

sicuro.

La stessa conclusione è stata ottenuta in uno studio condotto a Vienna e

pubblicato in Germania nel 2012

Conclusioni

Safety limit: 1,5 mg/dm²

Safety limit: 1,0 mg/dm²

CONCLUSIONI:No safety limits are exceeded at Formaldehyde, Glyoxal (PCP)

Concentrations of Phthalates low No indication of toxic metals (Hg, Cd, Pb, Chrom VI)

No indication of migration from the packagesNo indication that recycled paper was used

Bene possiamo dire che le cialde sono sicure…..

Ma oltre a questo….perché cialde in carta???

Perché permettono una ottima sostenibilità ambientale

Hot or Boiling Water Paper Filters

Coffee with milk and cream – and a clear conscience

Standard Blue Angel-labelled filter papers.

- wood fibres from certified sustainably managed forests

- no bleaching agents are used

- in-house wastewater purification equipment must meet high

standards

Standards legati all’ecosostenibilità

NF 265 – Coffee Filters

The French ecolabel NF Environnement “NF 265”

applicable to paper coffee filters.

Use of recycled fibre in the package -The fibrous mass of the package must

consist of at least 80% recycled fibre.

- Types of fibres used for filters - The fibres used should be natural and

unbleached.

- Consumer information - The product packaging must describe the possibility of

composting the filter after use or the opportunity

Ringraziamenti:

- Carte Dozio

- Cartiere Glatfelter

- Agilent

(un grazie particolare a Nicola Cimino!)

Ringraziamenti:

E un grosso grazie alla mia “nuova famiglia”:

….che ha collaborato nella produzione di questi dati.

Grazie per

l’attenzione.

Marinella Vitulli

Food Contact Expert – AIBO n°035