Inhoud
Startpagina
Conserveermiddelen
030–1
Conserveermiddelen
Inleiding Voedingsmiddelen, cosmetica, hout, leer, textiel, e.d. kunnen worden aangetast door micro-organismen: bacteriën, gisten en schimmels. De nadelige effecten van de aanwezigheid van micro-organismen zijn legio. Groei van micro-organismen kan vergezeld gaan van de produktie van giftige stoffen. Voedingsmiddelen kunnen geur- en smaakafwijkingen krijgen. Wanneer micro-organismen groeien op natuurprodukten zoals groenten, fruit, hout, leer of katoen kan verrotting optreden. Ook kan de aanwezigheid van micro-organismen in geneesmiddelen of cosmetica aanleiding zijn tot verlies van het beoogde therapeutische of cosmetische effect. Omdat de mens sinds de oudheid geconfronteerd wordt met bederf van levensmiddelen, is een groot aantal methoden ontwikkeld om levensmiddelen tegen groei van micro-organismen te beschermen. Enkele voorbeelden van zulke eeuwenoude procédés zijn: verhitten, drogen, pekelen, confijten, inleggen in zuur en roken. Later is dit arsenaal nog uitgebreid met het gedoseerd toevoegen van conserveermiddelen. Onder conserveermiddelen in de ruimste zin des woords worden verbindingen verstaan die aan waren worden toegevoegd om de houdbaarheid te verlengen. In engere zin worden onder conserveermiddelen die verbindingen verstaan die de ontwikkeling van micro-organismen tegengaan. In deze aflevering van Chemische Feitelijkheden zullen die conserveermiddelen (in engere zin) worden besproken welke aan levensmiddelen, geneesmiddelen en cosmetica worden toegevoegd.
Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
030–2
Conserveermiddelen
Het gebruik van conserveermiddelen: voorwaarden en wettelijke bepalingen Conserveermiddelen die aan levensmiddelen, geneesmiddelen of cosmetica worden toegevoegd, dienen te voldoen aan de volgende criteria: – voldoende actief in relatief lage concentratie – niet giftig voor de gebruiker – inert ten opzichte van andere bestanddelen van het produkt en de verpakking – chemisch, fysisch en microbiologisch stabiel – smaakloos, reukloos en kleurloos – economisch aanvaardbaar Het ideale conserveermiddel, dat volledig aan al deze eisen tegemoet komt, bestaat echter niet. Zowel voor als tegen het gebruik van conserveermiddelen kan een aantal argumenten worden aangevoerd. Enkele veel gebruikte argumenten zijn in tabel 1 naast elkaar gezet. Tabel 1. Enkele argumenten voor en tegen het gebruik van conserveermiddelen voor
tegen
– –
–
–
verlenging van de houdbaarheid behoud van voedingswaarde gedurende langere tijd beheersing van schadelijke microorganismen
– – –
gebrekkige bereidingstechnieken worden er door verhuld schadelijk voor de consument verminderen de voedingswaarde overbodig bij adequate hygiënische maatregelen tijdens de bereiding
Analoge argumenten zijn te formuleren ten aanzien van het gebruik van conserveermiddelen in geneesmiddelen en cosmetica. Het is de mening van de auteur dat het toevoegen van een conserveermiddel voor veel produkten in economisch en sociaal opzicht de enige aanvaardbare methode is om de gebruiker te behoeden voor het mogelijk gebruik van produkten van onvoldoende microbiologische kwaliteit. Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Conserveermiddelen
030–3
Het gebruik van conserveermiddelen in levensmiddelen is via nationale wetgeving en internationale verdragen (EG) geregeld. De belangrijkste conserveermiddelen die in levensmiddelen in Nederland mogen worden gebruikt zijn in tabel 2 samengevat. In deze tabel is tevens aangegeven welke concentraties toegestaan zijn, en welke hoeveelheid bij dagelijks gebruik nog aanvaardbaar is. Dit laatste wordt algemeen aangeduid met de term Acceptable Daily Intake (ADI) en wordt uitgedrukt in mg per kg lichaamsgewicht. In tabel 2 is ook de LD 50 opgenomen. De LD 50 (letale dosis 50) is de hoeveelheid stof die na een éénmalige orale of dermale toediening binnen korte tijd (ca. 14 dagen) sterfte van 50% van de proefdieren veroorzaakt. Sinds kort is in Nederland verplicht gesteld dat op de verpakking van levensmiddelen wordt vermeld welk conserveermiddel in het produkt is verwerkt. Veelal wordt gebruik gemaakt van de zgn. Enummers. Deze E-nummers zijn in tabel 2 eveneens opgenomen. Tabel 2. Enkele belangrijke in Nederland toegelaten conserveermiddelen voor levensmiddelen naam
sulfieten nitrieten sorbinezuur en zijn zouten benzoëzuur en zijn zouten esters van p-hydroxybenzoëzuur *
E-nummers
E220 t/m E226 E249, E250
toegestane concentratie
ADI
LD 50
ppm
mg/kg
mg/kg
20-2000* 200
0,7 0,2
1000 (rat) 100 (rat)
E200 t/m E203
2000
12,5
10000 (rat)
E210 t/m E213
2000
5
4000 (rat)
E214 t/m E218
1000
10
8000 (muis)
Afhankelijk van type produkt.
Ook het gebruik van conserveermiddelen in cosmetica is via nationale wetgeving (Warenwet) en internationale verdragen geregeld. In EG-verband is een lijst opgesteld van 72 verbindingen welke in Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
030–4
Conserveermiddelen
cosmetica mogen worden verwerkt. Twaalf van deze verbindingen zijn definitief toegelaten, 60 verbindingen zijn voorlopig toegelaten, d.w.z. dat volgens de huidige stand van de wetenschap geen bezwaren tegen het gebruik zijn aan te voeren, maar dat verder onderzoek gewenst wordt geacht, alvorens een definitief oordeel kan worden gegeven. Tabel 3 geeft een overzicht van een aantal belangrijke conserveermiddelen met de in de EG maximaal toegestane concentratie. De volgorde in de tabel geeft een afnemende frequentie van gebruik in cosmetica aan. De gegevens zijn ontleend aan een in 1982 door de FDA (Food and Drug Administration) uitgevoerde inventarisatie van meer dan 20.000 verschillende produkten. Tabel 3. Enkele belangrijke in de EG toegelaten conserveermiddelen voor cosmetica verbinding esters van p-hydroxybenzoëzuur imidazolydinylureumverbindingen formaldehyde 2-broom-2-nitropropaan-1,3-diol sorbinezuur thiomersal benzalkoniumchloride chloorhexidine
maximaal toegestane concentratie
type produkten
0,8% (als zuur)
crèmes, lotions
0,6% 0,2% 0,1% 0,6% 0,007% (als kwik) 0,5% 0,3%
crèmes, lotions shampoo crèmes crèmes contactlensvloeistoffen contactlensvloeistoffen contactlensvloeistoffen
De toepassing van conserveermiddelen in farmaceutische preparaten is aan minder duidelijke regels gebonden. Een aantal verbindingen wordt reeds gedurende een groot aantal jaren gebruikt en van deze stoffen is bekend dat zij weinig of geen klachten geven. De belangrijkste verbindingen, in afnemende frequentie van toepassing zijn: esters van p-hydroxybenzoëzuur, benzalkoniumchloride, sorbinezuur, chloorhexidine, thiomersal. De ontwikkeling van nieuwe conserveermiddelen voor gebruik in geneesmiddelen staat vrijwel stil, omdat aan nieuwe hulpstoffen dezelfde eisen met betrekking tot stabiliteit, toxiciteit enz. worden geChemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Conserveermiddelen
030–5
steld als aan de geneeskrachtige stoffen zelf. De kosten van een daartoe vereist onderzoek zijn dermate hoog dat het economisch niet verantwoord is deze te maken voor een conserveermiddel. De activiteit van een conserveermiddel De activiteit van een gegeven conserveermiddel wordt door een aantal factoren beïnvloed; drie daarvan zullen kort worden toegelicht. De belangrijkste factor is de concentratie. Naarmate de concentratie hoger wordt, neemt de activiteit toe. De tweede factor is de pH. Van de veel gebruikte conserveermiddelen benzoëzuur en sorbinezuur is alleen het ongedissocieerde molecuul actief. Het anion heeft geen wezenlijke activiteit. De pKawaarde (negatieve logaritme van de dissociatieconstante) van sorbinezuur is 4,8; dit betekent dat bij pH = 5,8 het molecuul 90% gedissocieerd is en slechts 10% in de actieve, ongedissocieerde vorm aanwezig kan zijn. Voor een produkt met een pH van 5,8 of hoger is sorbinezuur dus ongeschikt. Als vuistregel kan worden aangehouden dat een zuur ongeschikt is als conserveermiddel wanneer de pH van het te beschermen produkt ruim boven de pKa van het betreffende zuur ligt. De derde factor, die vooral van belang is voor het conserveren van emulsies (mayonaise, bodylotion) is de aanwezigheid van een vetfase. In een systeem dat bestaat uit een vet- en een waterfase zal het conserveermiddel zich over beide fasen verdelen. Omdat groei van micro-organismen alleen plaatsvindt in de waterfase, zal het gedeelte van het conserveermiddel dat zich in de vetfase bevindt geen bijdrage leveren aan de conservering van het produkt. Onderzoek naar de geschiktheid van een conserveermiddel Het onderzoek naar de bruikbaarheid van een stof als conserveermiddel omvat tenminste twee onderdelen. Ten eerste wordt onderzocht of de stof voldoende activiteit heeft in het te conserveren produkt. Ten tweede wordt nagegaan of toevoeging van de stof geen nadelige uitwerking heeft op de gezondheid van de gebruiker. Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
030–6
Conserveermiddelen
Het onderzoek naar de activiteit van een conserveermiddel wordt volgens een nauwkeurig omschreven voorschrift uitgevoerd. Hoewel de voorschriften voor resp. levensmiddelen, geneesmiddelen en cosmetica in détail verschillen, berusten zij op hetzelfde principe: het produkt waarin het conserveermiddel is verwerkt wordt opzettelijk beënt met een bekend aantal cellen van goed gekozen testorganismen. Als testorganismen worden bederf veroorzakende of ziekteverwekkende kiemen genomen. Het verloop van het aantal levende cellen wordt gedurende langere tijd (minstens een maand) gevolgd. Bij levensmiddelen wordt ook naar het optreden van bederf gekeken. De beoordeling of een conserveermiddel in een bepaald produkt voldoet, hangt in hoge mate af van het type produkt. Voor een aantal levensmiddelen kan het voldoende zijn wanneer bepaalde micro-organismen in hun groei vertraagd zijn. Voor contactlensvloeistoffen gelden veel strengere normen: de eis is hier dat de testorganismen binnen enkele uren gedood zijn. De opzet en uitvoering van het onderzoek naar eventuele schadelijke neveneffecten voor de gezondheid van de gebruiker zijn afhankelijk van het gebruik van het te conserveren produkt. Voor levensmiddelen zijn vooral acute en chronische toxiciteit bij orale inname van belang. Middels het onderzoek wordt gepoogd vast te stellen dat de verbinding geen carcinogene (kankerverwekkend), mutagene (de erfelijke eigenschappen beïnvloedend), of teratogene (schadelijk voor ongeboren kind) eigenschappen heeft. Van veel belang is tevens het vaststellen van de „acceptable daily intake”. De toxiciteit bij orale inname is voor een conserveermiddel in bijvoorbeeld een contactlensvloeistof van weinig of geen betekenis. Voor deze toepassing moet worden nagegaan of de verbinding geen oogirritatie veroorzaakt, of het hoornvlies kan beschadigen. De zogenaamde Draize-test, waarbij het effect op konijneogen wordt gemeten, is een daartoe internationaal veel gebruikte testmethode. Alleen dierproeven zijn niet voldoende, voordat een nieuw middel wordt toegelaten moeten ook klinische studies met vrijwilligers gunstige resultaten hebben opgeleverd.
Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Conserveermiddelen
030–7
De belangrijkste conserveermiddelen De tot dusver genoemde conserveermiddelen zullen, in alfabetische volgorde, kort worden besproken. Benzalkoniumchloride Benzalkoniumchloride (CAS*-nummer 8001-54-5) is een mengsel van alkyl-(C8-C18)-dimethylbenzylammoniumchloride. Benzalkoniumchloride wordt toegepast als conserveermiddel in oogdruppels, neusdruppels en contactlensvloeistoffen voor zogenaamde harde lenzen. Wegens hoge adsorptie aan het materiaal is benzalkoniumchloride niet geschikt voor zachte lenzen. Benzalkoniumchloride wordt bovendien gebruikt voor desinfectie (kiem-arm maken) van huid, slijmvliezen en wonden, van vloeren en wanden in bedrijven en van medische instrumenten. Bij langdurig gebruik kan het overgevoeligheidsreacties teweegbrengen; in relatief hoge concentraties (> 0,1%) kan de verbinding het hoornvlies beschadigen. Benzoëzuur Benzoëzuur (CAS-nummer 65-85-0) en het goed wateroplosbare natriumbenzoaat zijn in de meeste landen als conserveermiddel voor levensmiddelen toegelaten. De stof is vooral actief tegen gisten en schimmels en minder tegen bacteriën. De pKa-waarde van deze verbinding is ca. 4,2; benzoëzuur kan dus alleen worden toegepast in relatief zure produkten. Benzoëzuur wordt veel gebruikt in mayonaise, jam en vruchtensappen. Een nadeel van de stof is dat het in gebruiksconcentraties (max. 0,2%) smaakafwijkingen kan veroorzaken. Bronopol Bronopol is de merknaam voor 2-broom-2-nitropropaan-1,3-diol, (CAS-nummer 52-51-7). Zoals uit tabel 3 blijkt wordt de verbinding relatief veel gebruikt in cosmetica. De voordelen van de stof zijn dat hij goed in water oplost en met name tegen enkele „probleemkiemen” van cosmetica een goede activiteit heeft. Het nadeel van Bronopol is dat het in neutraal of alkalisch milieu relatief snel ontleedt, *
CAS: Chemical Abstracts System
Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
030–8
Conserveermiddelen
waarbij toxische verbindingen ontstaan. Deze instabiliteit heeft tot dusver toepassing in geneesmiddelen in de weg gestaan. Chloorhexidine Van chloorhexidine (bis-(p-chlorofenyldiguanido)hexaan, CASnummer 14007-07-9) wordt vooral het goed oplosbare digluconaat veel als conservans gebruikt. De verbinding staat ook bekend onder merknaam Hibitane. Chloorhexidine wordt gebruikt als conserveermiddel in oogdruppels, contactlensvloeistoffen en crèmes. Vaak wordt een combinatie met het eerder genoemde benzalkoniumchloride toegepast. Chloorhexidine wordt verder veel gebruikt als desinfectans; enkele produkten waarin het is verwerkt zijn Hibiscrub (voor chirurgische handdesinfectie), Sterilon (voor wonddesinfectie) en Rotersept (keelpijntabletten). Chloorhexidine vertoont nauwelijks nadelige bijwerkingen. Hoewel chloorhexidine al sinds 1954 in de handel is, is het een van de nieuwste conserveermiddelen. Dit illustreert treffend de geringe ontwikkelingen op dit gebied. Formaldehyde en formaldehyde-donoren Formaldehyde zelf wordt als conserveermiddel weinig meer gebruikt wegens de onaangename geur en de sterk irriterende werking op huid en slijmvliezen. Alleen shampoos worden tegenwoordig nog met formaldehyde geconserveerd. Wegens die genoemde bezwaren is formaldehyde vervangen door zogenoemde formaldehyde-donoren; dit zijn relatief instabiele verbindingen die langzaam ontleden en daarbij formaldehyde afgeven. Van deze groep van verbindingen is Germall 115, (CAS-nummer 39236-46-9) ook bekend onder de merknaam Biopure 100 de meest bekende, Germall 115, een imidazolydinylureum-verbinding is een condensatieprodukt van allantoïne en formaldehyde. Het gebruik wordt met name gepropageerd omdat het de werking van de hierna te bespreken esters van p-hydroxybenzoëzuur zou versterken. Esters van p-hydroxybenzoëzuur De esters van p-hydroxybenzoëzuur, ook bekend onder de naam parabenen, zijn de meest gebruikte conserveermiddelen in cosmetica Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Conserveermiddelen
030–9
en geneesmiddelen. Met name de methylester (CAS-nummer 9976-3) wordt veel gebruikt. De methylester is vooral actief tegen bacteriën. De propylester is beter werkzaam tegen gisten en schimmels. Om deze reden wordt dikwijls een combinatie van beide esters gebruikt. De parabenen worden bovendien vaak met andere conserveermiddelen, onder andere de formaldehyde-donoren, gecombineerd. Vanwege de smaak worden de parabenen weinig toegepast in levensmiddelen. Hoewel de parabenen het FDA-predikaat GRAS (Generally Recognized As Safe) hebben, worden vrij frequent overgevoeligheidsreacties geconstateerd. FDA staat voor Food and Drug Administration, dit is een afdeling van het Ministerie van Gezondheid van de VS. Nitriet Salpeter wordt reeds eeuwenlang gebruikt voor het houdbaar maken van vleeswaren. Sinds het eind van de vorige eeuw weten wij dat de werking berust op het aanwezige nitriet. Tegenwoordig wordt uitsluitend natriumnitriet gebruikt. Om gevaarlijke overdosering te voorkomen is in veel landen het gebruik van een mengsel van keukenzout en natriumnitriet verplicht. Natriumnitriet wordt veel gebruikt voor het conserveren van vleeswaren en visprodukten. Nitriet is uitsluitend actief tegen bacteriën. De activiteit wordt versterkt wanneer vleeswaren in aanwezigheid van nitriet worden verwarmd. Het mechanisme hiervoor is nog niet volledig opgehelderd. In vlees en ook in het menselijk lichaam kunnen soms carcinogene nitrosamines worden gevormd. De omstandigheden die de vorming van nitrosamines bevorderen zijn echter nog onvoldoende onderzocht (zie Chemische Feitelijkheden 1984 - 013). Hoewel tegen het gebruik van nitriet dus zeker bezwaren zijn aan te voeren, is toepassing van nitriet gerechtvaardigd omdat het vrijwel de enige bruikbare verbinding is die in vlees en vleesprodukten voldoende actief is tegen gevaarlijke micro-organismen als Clostridium botulinum (veroorzaker van botulisme) en Staphylococcus aureus (veroorzaker van braken en diarree). Sorbinezuur Sorbinezuur (trans,trans-2,4-hexadieenzuur, CAS-nummer 110-441) wordt sedert het midden van de jaren vijftig in toenemende mate Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
030–10
Conserveermiddelen
als conserveermiddel gebruikt. Vanwege de betere wateroplosbaarheid wordt dikwijls het kaliumsorbaat gebruikt. Sorbinezuur is in alle landen als conserveermiddel in levensmiddelen toegelaten; het heeft het FDA-predikaat GRAS. Sorbinezuur wordt in een groot aantal verschillende typen van produkten toegepast; mayonaise, salades, vruchtensappen, wijn en bakkerswaren. Naast de toepassing in levensmiddelen wordt sorbinezuur ook in cosmetica en farmaceutische produkten (voornamelijk crèmes) toegepast. Evenals voor benzoëzuur geldt dat alleen het ongedissocieerde molecuul actief is. Thiomersal Op grond van hun toxiciteit raken kwikverbindingen langzamerhand in onbruik. Een uitzondering hierop is thiomersal (natriumethylmercurithiosalicylaat, CAS-nummer 56-64-8), ook bekend onder de namen thimerosal of merthiolaat. Het wordt als conserveermiddel veel toegepast in contactlensvloeistoffen en oogdruppels. De verbinding wordt door het in het algemeen zeer gevoelige oog uitstekend verdragen; nadelige bijwerking is nauwelijks bekend. Een nadeel is dat thiomersal te weinig actief is tegen een gevaarlijk organisme, Staphylococcus aureus. Om die reden wordt thiomersal vaak gecombineerd met benzalkoniumchloride of chloorhexidine. Zwaveldioxide (sulfiet) Zwaveldioxide werd waarschijnlijk reeds door de oude Grieken en Romeinen als conserveermiddel gebruikt. Ook nu nog is zwaveldioxide onmisbaar als conserveermiddel voor levensmiddelen. Veruit de belangrijkste toepassing van zwaveldioxide is het conserveren van wijn; ook vruchtensappen en andere fruitprodukten worden met zwaveldioxide geconserveerd. Zwaveldioxide heeft niet alleen antibacteriële eigenschappen, het remt ook allerlei oxydatiereacties. Een voorbeeld daarvan is het verkleuren van vlees, dat door toevoegen van zwaveldioxide of sulfiet kan worden tegengegaan. Deze toepassing is echter in vele landen, waaronder Nederland, verboden. Er zijn grote individuele verschillen in bijwerkingen van zwaveldioxide. Sommige mensen verdragen zonder kennelijke nadelige gevolgen een dagelijkse dosis van vier gram; anderen daarentegen klaChemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
Inhoud
Startpagina
Conserveermiddelen
030–11
gen al over hoofdpijn, misselijkheid en diarree na consumptie van zeer kleine hoeveelheden. Literatuur Informatie over in Nederland toegelaten conserveermiddelen is te vinden in: – Additievenboekje, Staatsuitgeverij, ’s-Gravenhage 1982, ISBN 90 12 03485. – Stoffenbesluit Cosmetica, bijlage V, Staatscourant, 29 december 1983. Veel informatie over conserveren van levensmiddelen is te vinden in: – E. Lück Chemische Lebensmittelkonservierung, Springer Verlag Berlin, 1977. Voor conservering van farmaceutische produkten en cosmetica wordt verwezen naar: – K. H. Wallhäuser, Sterilisation Desinfektion Konservierung, 3 Auflage Thieme Verlag Stuttgart, 1984. juni 1985 Dr. ir. H. van Doorne
Chemische feitelijkheden 1-80
Herdruk 1996
