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Identification of the sources of DNA-reactive genotoxic substances in recycled food contact materials using in-vitro bioassays
Ida Peneder
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Lebensmittelchemie
Betreuer*in
Doris Marko
DOI
10.25365/thesis.79264
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-18291.32088.777827-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im Jahr 2015 veröffentlichte die Europäische Union ihren Aktionsplan zur Kreislaufwirtschaft, um den Ressourcenverbrauch zu senken und die Wiederverwendung sowie das Recycling von Materialien - auch von Lebensmittelkontaktmaterialien (FCM) wie Kunststoffverpackungen zu fördern (BMK, 2022). Der Einsatz von recycelten Kunststoffen im Lebensmittelkontakt unterliegt in der EU strengen rechtlichen Vorgaben. Die Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 regelt die allgemeinen Anforderungen an die Lebensmittelsicherheit, während die Verordnung (EU) 2022/1616 speziell die Verwendung von recycelten Kunststoffen im Lebensmittelkontakt regelt. Aktuell ist ausschließlich recyceltes PET für den direkten Lebensmittelkontakt zugelassen – unter der Bedingung, dass es in einem Recyclingverfahren verarbeitet wurde, das eine ausreichende Dekontaminationsleistung nachweist. Für andere Kunststoffe wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) wurden bislang keine Verfahren genehmigt. Ziel dieser Arbeit war es, die Quelle(n) DNA-reaktiver Substanzen in recycelten polyolefinbasierten Materialien zu identifizieren. Diese Substanzen sind aus toxikologischer Sicht besonders relevant, da sie laut TTC-Konzept (Threshold of Toxicological Concern) in einer maximalen Tagesaufnahme von 0,15 µg pro Person tolerierbar sind. Die Mutagenität wurde mit dem Ames MPF-Test überprüft. Die Proben wurden mittels Festphasenextraktion (SPE) fraktioniert, um Rückschlüsse auf die physikochemischen Eigenschaften der mutagen wirkenden Substanzgruppen zu ziehen. In allen untersuchten Proben wurden Ames-positive Signale sowohl in der Durchfluss- als auch in der Elutionsfraktion detektiert – ein Hinweis auf mindestens zwei unterschiedliche mutagene Komponenten. Auch bei Materialien ohne Endverbraucherkontakt wurden positive Ergebnisse festgestellt, wodurch eine Kontamination durch unsachgemäße Nutzung ausgeschlossen werden konnte. Ein deutlicher Unterschied zeigte sich zwischen bedruckten und unbedruckten recycelten Materialien: Nur die bedruckten Proben wiesen eine mutagene Wirkung auf. Weitere Untersuchungen ergaben, dass insbesondere nitrozellulosebasierte Druckfarben nach thermischer Behandlung mit positiven Ames-Ergebnissen assoziiert sind. Dies konnte durch Modellproben bestätigt werden, bei denen NC- sowie Azopigment- Lösungen auf LDPE-Folie aufgebracht und thermisch behandelt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass bestimmte thermisch degradierte Bestandteile von Druckfarben wesentlich zur DANN-reaktiven Aktivität in recycelten Kunststoffen beitragen können. Für die Sicherheitsbewertung von recycelten Lebensmittelkontaktmaterialien sollten daher nicht nur die Grundpolymere, sondern auch additive Komponenten wie Druckfarben berücksichtigt werden. Nur durch die Integration von „Design-for-Recycling“ kann die Entwicklung einer vollumfänglichen Möglichkeit einer Kreislaufwirtschaft geschafft werden, etwa durch die Minimierung des Einsatzes oder wirksame Deinking-Methoden.
Abstract
(Englisch)
In 2015, the European Union launched its Circular Economy Action Plan to reduce resource consumption and promote the reuse and recycling of materials, including food contact materials (FCMs) such as plastic packaging (BMK, 2022). The safe use of recycled plastics in food contact applications is tightly regulated within the EU. Regulation (EC) No 1935/2004 sets the general safety requirements, while Regulation (EU) 2022/1616 specifically governs the use of recycled plastic materials in contact with food. Currently, only recycled PET is authorised for direct food contact under strict conditions, including the use of an approved recycling process and demonstration of sufficient decontamination efficiency. For other plastics such as polyethene (PE) and polypropylene (PP), no recycling processes have yet been authorised for direct food contact. This thesis investigates the source(s) of DNA-reactive substances detected in recycled polyolefin-based FCMs using in vitro mutagenicity testing. Substances with genotoxic potential are of particular concern, as they must be absent or below defined thresholds, such as the Threshold of Toxicological Concern (TTC) for DNA-reactive substances (0.15 µg/person/day). The Ames MPF assay was used to assess mutagenic potential. Solid-phase extraction (SPE) was applied to fractionate recycled samples and identify the physicochemical characteristics of the active components. Positive Ames responses were consistently observed in both the flow-through and elution fractions, suggesting at least two types of mutagenic substances. Recycled materials without prior consumer use still yielded positive results, indicating that post-consumer contamination is not the main cause. Significant differences were found between printed and unprinted recycled materials, with only the printed samples showing mutagenic activity. Further investigation into printing ink components revealed that nitrocellulose (NC)-based inks, especially after thermal processing, were consistently associated with positive Ames results. Model samples using NC and azopigment solutions on LDPE foils confirmed these findings. The results demonstrate that certain thermally degraded ink components contribute to the DNA-reactive signals observed in recycled FCMs. These findings highlight the need to consider not only the base polymer but also additives such as inks and coatings in safety assessments of recycled plastics for food contact use. Only by the integration of “design-for-recycling” can the development of a fully comprehensive possibility of a circular economy be achieved. If the recycled material should come in contact to food, it is necessary to minimize printing ink components in the input materials or find sufficient ways for deinking of the material.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Recyclingkunststoffen im Lebensmittelkontakt Ames MPF Druckfarben Design for Recycling
Schlagwörter
(Englisch)
Recyclingplastics in food contact Ames MPF printing inks Design for recycling Deinking
Autor*innen
Ida Peneder
Haupttitel (Englisch)
Identification of the sources of DNA-reactive genotoxic substances in recycled food contact materials using in-vitro bioassays
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
67 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Doris Marko
Klassifikation
35 Chemie > 35.99 Chemie. Sonstiges
AC Nummer
AC17639616
Utheses ID
76631
Studienkennzahl
UA | 066 | 659 | |