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Correlazione fra la concentrazione di “adesivo veli” e la “resistenza alla trazione”

2.3 Risultati

2.3.2 Correlazione fra la concentrazione di “adesivo veli” e la “resistenza alla trazione”

La tabella 2.11 illustra tutti i valori registrati nel corso della prova sperimentale.

Tabella 2.11: Valori sperimentali dei parametri di resistenza calcolati in funzione della concentrazione dell’adesivo nella soluzione impiegata

Concentrazione dell’adesivo nella soluzione

impiegata

resistenza a secco resistenza a umido

longitudinale trasversale longitudinale trasversale

forza forza/ 0,05 m forza forza/ 0,05 m forza forza/ 0,05/2 forza forza/ 0,05/2 % (N) (N/m) (N) (N) (N/m) (N) (N) (N/m) 10 19,47 389,40 6,39 127,80 5,08 50,84 2,85 28,50 19,02 380,40 6,41 128,20 5,40 54,04 2,79 27,90 19,22 384,40 6,40 128,00 5,51 55,09 2,81 28,05 20 20,08 401,60 6,88 137,60 5,94 59,44 2,88 28,80 19,68 393,60 7,49 149,80 5,81 58,11 2,89 28,90 19,89 397,80 7,23 144,60 5,76 57,55 2,91 29,10 30 20,24 404,80 7,67 153,40 7,66 76,61 2,91 29,10 20,15 403,00 7,56 151,20 6,81 68,10 2,93 29,30 20,16 403,20 7,58 151,60 7,21 72,10 2,94 29,40 40 22,19 443,80 7,70 154,00 8,01 80,10 3,02 30,20 21,53 430,60 7,65 153,00 7,78 77,80 3,06 30,60 22,10 442,00 7,71 154,20 7,89 78,90 3,09 30,90 50 22,25 445,00 7,81 156,20 8,77 87,70 3,09 30,90 22,22 444,40 7,87 157,40 8,68 86,80 3,12 31,20 22,20 444,00 7,99 159,80 8,54 85,40 3,11 31,10

2.3.2.1 Analisi della retta di regressione

Le Tabelle 2.12, 2.13, 2.14, 2.15 descrivono le rette di regressione stimate con il corrispondente coefficiente di determinazione e livello di significatività

4 Lo standard legale si riferisce a quanto prescritto dal Decreto Ministeriale del 21/03/1973. Lo standard legale

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Tabella 2.12: Analisi della regressione della variabile dipendente (x) “resistenza

longitudinale a secco” in funzione della variabile indipendente (y) “concentrazione dell’adesivo nella soluzione impiegata”.

Retta di regressione Coefficiente di

determinazione Significatività

Resistenza longitudinale a secco = 365,68667 + 1,606*% adesivo 0,910596 p<0,0001

Tabella 2.13: Analisi della regressione della variabile dipendente (x) “resistenza

trasversale a secco” in funzione della variabile indipendente (y) “concentrazione dell’adesivo nella soluzione impiegata”.

Retta di regressione Coefficiente di

determinazione Significatività

Resistenza trasversale a secco = 126,32 + 0,6933333*% adesivo 0,820296 p<0,0001

Tabella 2.14: Analisi della regressione della variabile dipendente (x) “resistenza

longitudinale a umido” in funzione della variabile indipendente (y) “concentrazione dell’adesivo nella soluzione impiegata”.

Retta di regressione Coefficiente di

determinazione Significatività

Resistenza longitudinale a umido = 43,749333 + 0,8718667*% adesivo 0,958838 p<0,0001

Tabella 2.15: Analisi della regressione della variabile dipendente (x) “resistenza

trasversale a umido” in funzione della variabile indipendente (y) “concentrazione dell’adesivo nella soluzione impiegata”.

Retta di regressione Coefficiente di

determinazione Significatività

Resistenza trasversale a umido = 27,356667 + 0,0746667*% adesivo 0,938975 p<0,0001

2.3.2.2 Analisi del confronto fra i gruppi di dati sperimentali relativi alla variabile “resistenza” in funzione di “% di adesivo”.

La Figura 2.4 e la Tabella 2.16 mostrano rispettivamente la rappresentazione grafica e l’analisi della varianza relativa al confronto fra i dati sperimentali relativi al parametro “resistenza longitudinale a secco” in funzione della “% adesivo”

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Figura 2.4: Rappresentazione grafica del confronto tra i gruppi di dati della variabile “resistenza longitudinale a secco” in funzione di “% di adesivo”.

Tabella 2.16: Analisi della varianza ad una via tra i gruppi di dati della variabile “resistenza longitudinale a secco” in funzione di “% di adesivo”.

Fonte Gradi di

libertà

Somma dei

quadrati Quadrato medio F Ratio Prob > F

adesivo 4 8319,7867 2079,95 117,0965 <0,0001

Errore 10 177,6267 17,76

Totali 14 8497,4133

La Figura 2.5 e la Tabella 2.17 mostrano rispettivamente la rappresentazione grafica e l’analisi della varianza relativa al confronto fra i dati sperimentali relativi al parametro “resistenza trasversale a secco” in funzione della “% adesivo”

380 390 400 410 420 430 440 450 Re s is te n z a lo n g itu d in a le a s e c c o 10 20 30 40 50 % adesivo All Pairs Tukey-Kramer 0,05

65

Figura 2.5: Rappresentazione grafica del confronto tra tra i gruppi di dati della variabile “resistenza trasversale a secco” in funzione di “% di adesivo”.

Tabella 2.17: Analisi della varianza ad una via tra i gruppi di dati della variabile “resistenza trasversale a secco” in funzione di “% di adesivo”.

Fonte Gradi di

libertà

Somma dei

quadrati Quadrato medio F Ratio Prob > F

% adesivo 4 1672,7307 418,183 49,0058 <0,0001

Errore 10 85,3333 8,533

Totali 14 1758,0640

La Figura 2.6 e la Tabella 2.18 mostrano rispettivamente la rappresentazione grafica e l’analisi della varianza relativa al confronto fra i dati sperimentali relativi al parametro “resistenza longitudinale a umido” in funzione della “% adesivo”

Figura 2.6: Rappresentazione grafica del confronto tra i gruppi di dati della variabile “resistenza longitudinale ad umido” in funzione di “% di adesivo”.

50 55 60 65 70 75 80 85 90 Re s is te n z a lo n g itu d in a le a d u m id o 10 20 30 40 50 % adesivo All Pairs Tukey-Kramer 0,05 125 130 135 140 145 150 155 160 R es is tenz a t ras v er s al e a s ec c o 10 20 30 40 50 % adesivo All Pairs Tukey-Kramer 0,05

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Tabella 2.18: Analisi della varianza ad una via tra i gruppi di dati della variabile “resistenza longitudinale a umido” in funzione di “% di adesivo”.

Fonte Gradi di

libertà

Somma dei

quadrati Quadrato medio F Ratio Prob > F

% adesivo 4 2325,0779 581,269 109,1109 <0,0001

Errore 10 53,2733 5,327

Totali 14 2378,3512

La Figura 2.7 e la Tabella 2.19 mostrano rispettivamente la rappresentazione grafica e l’analisi della varianza relativa al confronto fra i dati sperimentali relativi al parametro “resistenza traversale a umido” in funzione della “% adesivo”

Figura 2.7: Rappresentazione grafica del confronto tra i gruppi di dati della variabile “resistenza trasversale ad umido” in funzione di “% di adesivo”.

Tabella 2.19: Analisi della varianza ad una via tra i gruppi di dati della variabile “resistenza trasversale a umido” in funzione di “% di adesivo”.

Fonte Gradi di

libertà

Somma dei

quadrati Quadrato medio F Ratio Prob > F

% adesivo 4 17,230667 4,30767 74,0573 <0,0001

Errore 10 0,581667 0,05817

Totali 14 17,812333

La Tabella 2.20 riporta i risultati del calcolo della significatività delle differenze fra i gruppi di dati mediante il Test Tukey-Kramer HSD.

27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5 31 31,5 Re s is te n z a t ra s v e rs a le a d u m id o 10 20 30 40 50 % adesivo All Pairs Tukey-Kramer 0,05

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Tabella 2.20: Confronto fra le medie con calcolo della significatività delle differenze mediante test Tukey-Kramer HSD

Concentrazione dell’adesivo nella soluzione impiegata Resistenza a secco longitudinale Resistenza a secco trasversale Resistenza a umido longitudinale Resistenza a umido trasversale (%) (N/m) (N/m) (N/m) (N/m)

media ± ds Err.st. media ± ds Err.st. media ± ds Err.st. media ± ds Err.st.

10 384,73±4,51 a 2,60 128,00±0,20 a 0,12 53,32±2,21 a 1,28 28,15±0,31 a 0,18 20 397,67±4,00 b 2,31 144,00±6,12 b 3,53 58,37±0,97 a 0,56 28,93±0,15 b 0,09 30 403,67±0,99 b 0,57 152,07±1,17 c 0,68 72,27±4,26 b 2,46 29,27±0,15 b 0,09 40 438,80±7,16 c 4,13 153,73±0,64 c 0,37 78,93±1,15 c 0,66 30,57±0,35 c 0,20 50 444,47±0,50 c 0,29 157,80±1,83 c 1,06 86,63±1,16 d 0,67 31,07±0,15 c 0,09

Legenda: lettere diverse nella stessa colonna indicano differenze significative, per p<0,05

2.3.3 Sistema di monitoraggio per la gestione di conformità della fase di

converting

Per i motivi di complessità espressi in Materiali e Metodi, il lavoro di ricerca nel contesto della fase di converting si è limitato ad approfondire alcune ipotesi di identificazione della sostanza chimica target, le cui conferme o confutazioni richiedono ulteriori approfondimenti e verifiche, che saranno svolte in ricerche successive.

In particolare, il gruppo di ricerca ha deciso di identificare e validare un sistema di monitoraggio applicato all’impiego dell’“adesivo veli”. A differenza di quanto svolto in fase di cartiera, attraverso l’identificazione della sostanza chimica target “miglioratore della resistenza a umido”, a cui corrisponde un requisito specifico, per l’“adesivo veli”, costituito da una miscela complessa di sostanze chimiche, abbiamo dovuto ipotizzare più variabili dipendenti, in relazione ai possibili requisiti di riferimento.

Riepilogando le varie tipologie di requisiti applicabili nella Unione Europea al prodotto finito di carta tissue “rotolo asciugatutto”, possiamo elencarli nei seguenti:

1 Inclusione dell'agente nelle liste positive; 2 Limiti massimi d’impiego;

3 Limiti minimi d’impiego;

4 Quantità massima di sostanza ammessa nel materiale od oggetto finito (QM); 5 Quantità massima di sostanza ammessa nel materiale ed oggetto finito espressa in

mg/dm2 di superficie a contatto con i prodotti alimentari (QMA); 6 Limite di migrazione specifica LMS;

68 7 Limite globale di migrazione.

La Tabella 2.21 descrive i parametri e le rispettive unità di misura con cui sono epressi i criteri di conformità applicati nella Unione Europea ai prodotti di carta tissue, quali i “rotoli asciugatutto” oggetto della tesi.

Tabella 2.21: Parametri e unità di misura dei criteri di conformità applicabili nella UE al prodotto di carta tissue “rotolo asciugatutto”

Criterio Parametro Unità di misura

Inclusione dell'agente nelle liste positive

Liste contenute nelle seguenti norme:

DM 21/03/1973; BfR Rec. XXXVI.

-

Limiti massimi d’impiego Quantità composizione percentuale nella % Limiti minimi d’impiego Quantità percentuale nella

composizione %

Quantità massima di sostanza ammessa nel materiale od oggetto finito (QM)

Peso % sostanza chimica nel prodotto finito espresso da fibra secca

% Quantità massima di sostanza ammessa

nel materiale ed oggetto finito espressa in mg/dm2 di superficie a contatto con i

prodotti alimentari (QMA)

Peso sostanza/superficie mg/dm2.

Limite di migrazione specifica LMS LMS

mg/kg (ppm); µg/kg (ppb);

mg/dm2;

µg/dm2.

Limite globale di migrazione Limite globale di migrazione mg/kg (ppm); mg/dm2.

L’analisi delle varie tipologie di criteri di conformità ci ha consentito di selezionare per l’ipotesi di modello di monitoraggio applicato alla fase di converting sia la quantità di sostanza per unità di peso del prodotto finito, sia la quantità di sostanza chimica per unità di superficie del prodotto finito.

Coerentemente a questa premessa, sono state ipotizzate le seguenti variabili indipendenti: 1 n. steccate prodotte;

2 peso steccata; 3 lunghezza steccata; 4 larghezza steccata;

5 volume soluzione impiegata;

6 diluizione sostanza chimica nella soluzione; 7 densità sostanza chimica;

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Nelle Tabelle 2.22, 2.23 e 2.24 sono descritte le variabili indipendenti e le modalità di calcolo per il monitoraggio delle quantità di “colla veli” presente per unità di peso e per unità di superficie nel rotolo asciugatutto.

Tabella 2.22 Variabili indipendenti, modalità di calcolo e valori sperimentali relativi alla determinazione del peso e della superficie del prodotto finito

N° steccate

prodotte Peso steccata

Lunghezza steccata

Larghezza

steccata Superficie steccata

[var. ind.] [var. ind.] [var. ind.] [var. ind.] [larghezza steccata*Lunghezza steccata]

n kg m m dm2

3.205 1,955 13,1 2,57 3.366,7

Tabella 2.23 Variabili indipendenti, modalità di calcolo e valori sperimentali relativi alla determinazione del volume di “colla veli” impiegata nella produzione di una steccataper unità di peso e per unità di superficie dei “rotoli asciugatutto”

Volume soluzione adesivo impiegata nell’unità di tempo di lavorazione Volume soluzione adesivo /steccata Concentrazione “adesivo veli” nella

soluzione

Volume “adesivo veli” /steccata

[var. ind.] [volume soluzione adesivo/rotoli

prodotti] [var. ind.]

[volume soluzione adesivo/steccata* concentrazione

“adesivo veli” nella soluzione]

l l % l

93,574 0,0292 50 0,0146

Tabella 2.24 Variabili indipendenti, modalità di calcolo e valori sperimentali relativi alla determinazione del peso di “colla veli” per unità di peso e per unità di superficie dei “rotoli asciugatutto”

Densità “adesivo veli”

Quantità “adesivo veli”/steccata

Peso "adesivo veli"/ unità di superficie rotoli

asciugatutto

Peso "adesivo veli" per unità di peso rotoli

asciugatutto

[var. ind.]

[(Volume “adesivo veli”/steccata)* Densità “adesivo

veli”]

[peso “adesivo veli” steccata/superficie steccata]

[peso “adesivo veli” steccata/peso steccata]

kg/dm3 mg mg/dm2 mg/kg

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Considerazioni e conclusioni

La finalità della presente tesi ci ha condotto ad affrontare le principali difficoltà che attualmente caratterizzano la gestione dei requisiti di sicurezza alimentare food contact nei prodotti di carta tissue. Innanzi tutto, abbiamo potuto toccare con mano quanto sia tutt’altro che facile identificare i requisiti. La UE non ha ancora armonizzato il quadro normativo di riferimento per l’identificazione dei requisiti di sicurezza alimentare “food contact” in carta e cartoni, categoria a cui appartiene anche la carta tissue. Stante questa situazione normativa, vale quanto disposto dall’articolo 6, del Regolamento 1935/2004, il quale recita che “In mancanza di misure specifiche di cui all'articolo 5, il presente regolamento non impedisce agli Stati membri di mantenere o adottare disposizioni nazionali, a condizione che siano conformi alle norme del trattato”. Con tale disposizione si legittima per il territorio italiano la

validità del Decreto Ministeriale del 21/03/1973, che dedica una sezione ai requisiti specifici di carta e cartoni. Inoltre, da un punto di vista tecnico, nella misura in cui non confliggano con i principi del Regolamento, sono legittimati su tutto il territorio dell’Unione Europea, anche altre norme nazionali che indichino requisiti specifici di carta e cartoni, quali le raccomandazioni emanate dal Federal Institute for Risk Assessment.

Tuttavia, anche prescindendo da un contesto normativo relativamente labile, la gestione dei requisiti food contact nella produzione di carta tissue ha evidenziato almeno due ulteriori difficoltà: a) l’identificazione delle sostanze chimiche impiegate; b) la gestione dei processi produttivi attraverso sistemi di monitoraggio basati su logiche a priori.

Relativamente al primo punto, ci siamo confrontati con una nomenclatura delle sostanze chimiche che, anche quando è espressa da identificativi riconosciuti come univoci a livello internazionale, quali ad esempio il n. CAS, non trova sempre facile corrispondenza con le denominazioni di sostanze e categorie di sostanze riportate nelle liste positive di riferimento, con la conseguenza che tale basilare operazione richiede competenze professionali specifiche affinché possa essere portata a termine efficacemente. Da questo punto di vista, abbiamo potuto costatare che risultano essenziali le schede tecniche e le dichiarazioni di conformità messe a disposizioni dai fornitori delle sostanze chimiche impiegate.

Riguardo al secondo punto, il gruppo di ricerca ha voluto focalizzare proprio sull’individuazione di componenti applicabili in modelli di gestione, applicati ad un controllo di conformità basato su parametri di processo produttivo, alternativo alle verifiche sui prodotti finiti.

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Considerazioni relative al sistema di monitoraggio proposto per la gestione

della fase di cartiera

Nei riguardi della fase di “cartiera”, la ricerca ha potuto verificare sperimentalmente un modello di stima della variabile dipendente, rappresentata dalla quantità percentuale sul peso del prodotto finito (espresso in fibra secca) dell’additivo “miglioratore di resistenza ad umido”, costituito da resina poliammidoamminica epicloridrinica, in funzione delle variabili indipendenti rappresentate da:

• volume soluzione impiegata per ora di lavorazione; • diluizione dell’additivo nella soluzione impiegata; • densità dell’additivo;

• peso prodotto finito espresso in fibra secca per ora di lavorazione.

La verifica del modello di monitoraggio del processo di produzione ha fornito evidenze positive sulla sua coerenza con il requisito legale, semplicità, praticità e costo.

Il rapporto di conformità, rappresentato dal rapporto numerico fra standard legale e standard di processo è risultato di 12,62, dimostrando che la gestione della fase di cartiera nelle modalità indagate consente di raggiungere una concentrazione di additivo sul prodotto finito ben 12,6 volte inferiore al limite di conformità più restrittivo, rappresentato dallo standard del Decreto Ministeriale del 21/03/1973 (1,5%), rispetto a quello prescritto da BfR Recommendation, (4%).

Possiamo quindi costatare che nelle condizioni incontrate l’utilizzo dell’additivo “miglioratore di resistenza ad umido”, da noi identificato come sostanza chimica target, è risultato al di sotto del limite specifico previsto dalle norme italiane e dell’Unione europea, ed è quindi conforme ai requisiti food contact.

Considerazioni sulla correlazione fra resistenza alla trazione e

concentrazione dell’“adesivo veli”

Nell’affrontare l’identificazione del sistema di monitoraggio di conformità della fase di converting, ci siamo imbattuti nella difficoltà di stimare la quantità massima impiegata dell’“adesivo veli”. Le quantità impiegate di questo preparato sono infatti conseguenti al livello di resistenza alla trazione atteso sul prodotto finito, ma non disponevamo di correlazioni precise. A questo proposito, va sottolineato come le specifiche caratteristiche dei prodotti di carta tissue integrino due specifiche qualitative, quali la resistenza alla trazione e la

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capacità ad assorbire liquidi, non facili da combinare, la cui ottimizzazione può essere ottenuta sulla base di specifiche richieste dei clienti.

La sperimentazione svolta ci ha fornito risultati molto chiari, anche da un punto di vista pratico e applicativo.

Innanzi tutto, la concentrazione di “adesivo veli” nella soluzione impiegata, testata nel range 10%-50%, è risultata direttamente proporzionale sia alla resistenza longitudinale e trasversale a secco che alla resistenza longitudinale e trasversale ad umido. Tale correlazione è dimostrata dalle rette di regressione, caratterizzate da valori dei coefficienti di determinazione compresi fra 0,82 e 0,95, altamente significativi (p<0,0001). Attraverso le rette di regressione calcolate è possibile quindi stimare le quantità impiegate di “colla veli” sulla base delle specifiche di resistenza alla trazione richieste dai clienti.

L’elaborazione statistica ci indica anche che le concentrazioni testate, ricondotte ad una scala con intervalli del 10%, per un range compreso fra 10% e 50%, hanno dimostrato di determinare quasi sempre delle differenze significative in termini di resistenza alla trazione. Tale risultato conferma l’ipotesi di funzionalità dell’adesivo. Infatti, entro il range testato, l’“adesivo veli” mantiene una buona capacità a condizionare il parametro qualitativo “resistenza alla trazione”.

Considerazioni relative al sistema di monitoraggio proposto per la gestione

della fase di converting

Nei riguardi della fase di “converting”, l’identificazione della sostanza chimica target non ha potuto completarsi, a causa della complessità dei preparati e delle sostanze impiegate. Tuttavia, abbiamo potuto verificare sperimentalmente un modello di stima della variabile dipendente, rappresentata dalla quantità di “adesivo veli” per unità di peso e per unità di superficie del prodotto finito, sulla base delle seguenti variabili indipendenti, tratte direttamente dal processo produttivo:

• n. steccate prodotte; • peso steccata; • lunghezza steccata; • larghezza steccata;

• volume soluzione impiegata;

• diluizione sostanza chimica nella soluzione; • densità sostanza chimica;

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Anche in questa fase, la verifica del modello di monitoraggio del processo di produzione ha fornito evidenze positive sulla sua semplicità, praticità e basso costo.

I risultati ottenuti costituiscono l’ipotesi sperimentale con cui sviluppare una nuova ricerca che sappia identificare la sostanza chimica target e completare la definizione del sistema di monitoraggio dei parametri del processo produttivo funzionali al controllo in linea della conformità ai requisiti legali.

Sulla base delle considerazioni fatte, possiamo concludere che la ricerca svolta ci induce ad affermare che le ipotesi sperimentali della presente tesi sono sostanzialmente confermate. La gestione della conformità ai requisiti food contact dei rotoli asciugatutto può essere condotta efficacemente mediante un sistema di monitoraggio basato su parametri di processo rilevati con modalità in linea.

Possiamo dedurre quindi che la tesi dimostra come, anche nella produzione della carta tissue dei rotoli asciugatutto si possano costruire modelli di gestione dei requisiti di food contact, in analogia a quanto già si fa nella gestione a priori dei requisiti di sicurezza alimentare nei processi di produzione degli alimenti.

Gli indicatori da noi proposti consentono di monitorare in linea la conformità ai requisiti, con modalità semplici da applicare, non costose e non comportanti analisi distruttive sul prodotto. Un tale strumento può migliorare il sistema di gestione della sicurezza alimentare andando ad integrare o sostituire le verifiche analitiche sui prodotti finiti, sulla cui affidabilità attualmente poggiano prevalentemente le dichiarazioni di conformità dei produttori.

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75

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18 Licheri Cristina, “Il ciclo produttivo”. Tesi Master “Produzione della carta/cartone e la gestione del sistema produttivo”, 2014. www.mastercartalucca.it.

19 Milana M.R., Denaro M., Feliciani R., Maggio A., Maini A. Progetto CAST (Contatto Alimentare Sicurezza e Tecnologia). Linee guida per l’applicazione del Regolamento 2023/2006/CE alla filiera di produzione dei materiali e oggetti destinati a venire in contatto con gli alimenti. Roma: Istituto Superiore di Sanità; 2009. (Rapporti ISTISAN 09/33). http://old.iss.it/binary/publ/cont/09_33_web.pdf

20 Milana Maria Rosaria, Denaro Massimo, Feliciani Roberta, Gesumundo Cinzia, Maggio Antonino, Mannoni Veruscka, Padula Giorgio, Panico Oronzo. Progetto CAST 2 (Contatto Alimentare Sicurezza e Tecnologia). Linea guida sulla Documentazione di Supporto per la Dichiarazione di Conformità alla legislazione sui materiali e oggetti a contatto con alimenti, Dicembre 2015. http://www.riverpackaging.it/wp- content/uploads/2016/02/CAST-2-Lineaguida-su-DdS.pdf.