BR112020003317A2 - método para controlar o crescimento de micro-organismos e/ou biofilmes em um processo industrial - Google Patents
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Abstract
A invenção refere-se a um método para controlar um biofilme, para remover um biofilme formado e/ou para controlar o crescimento de micro-organismos, de preferência bactérias, em um ambiente aquoso de um processo de fabricação industrial que compreende um material fibroso celulósico. No método, uma composição que compreende um composto selecionado a partir de um grupo que consiste em 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-propenonitrila e 4-amino-N-2-tiazolil-benze-nossulfonamida é administrada ao ambiente aquoso do processo.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTO- DO PARA CONTROLAR O CRESCIMENTO DE MICRO-ORGA- NISMOS E/OU BIOFILMES EM UM PROCESSO INDUSTRIAL".
[001] A presente invenção refere-se a um método para controlar o crescimento de micro-organismos e/ou biofilmes em um processo industrial de acordo com o preâmbulo da reivindicação independente anexa.
[002] Os micro-organismos estão presentes na maioria dos pro- cessos industriais. Sua presença é especialmente complicada em pro- cessos que demandam muita água, tais como a fabricação de celulo- se, papel, papelão ou similar. Os micro-organismos prosperam quando a água de processo contém substâncias dissolvidas biodegradáveis e a temperatura e o pH da água de processo são favoráveis à vida mi- crobiana. Os micro-organismos podem entrar no processo através da contaminação do ar, água bruta recebida e/ou matérias-primas não estéreis. Se nenhuma contramedida for tomada, os micro-organismos podem causar problemas extensos em um processo, tal como a fabri- cação de papel. Os problemas relacionados a micro-organismos inclu- em, por exemplo, decomposição de aditivos químicos, alteração preju- dicial no pH do processo, formação de compostos fétidos ou tóxicos e/ou formação de biofilme sobre superfícies.
[003] Na fabricação de papel e papelão, os problemas podem levar a defeitos, tais como manchas e orifícios, na trama formada, ou mesmo a rupturas da trama e paradas da máquina, por exemplo, quando as quedas de lodo estão diminuindo. Em uma fábrica de celu- lose, papel ou papelão, o crescimento microbiano descontrolado pode causar problemas e é necessário um tratamento eficaz de controle mi- crobiano. No entanto, apenas um número limitado de agentes antimi- crobianos demonstra bom desempenho biocida sob as condições do processo predominantes na fabricação de papel ou papelão, por exemplo, elevado teor de material fibroso celulósico, alta temperatura, altas taxas de fluxo e alta demanda de oxidantes. Além disso, nestes processos, os micro-organismos, principalmente bactérias, estão con- tinuamente presentes e podem ser introduzidos no meio de um pro- cesso contínuo. Em virtude das condições do processo, os biocidas convencionais usados na indústria de papel, celulose e papelão são diferentes dos agentes antimicrobianos comuns usados em outras in- dústrias, por exemplo, indústria de alimentos ou em agricultura. Por exemplo, na indústria de alimentos, o ambiente é esterilizado no início, depois que a produção continua sob condições estéreis e matérias- primas estéreis. Estas condições são muito diferentes das condições não estéreis predominantes em um processo aberto de produção de papel ou papelão. Especialmente importante em processos que inclu- em material fibroso celulósico, tal como fabricação de polpa, papel e papelão, é o controle eficaz do biofilme sobre as superfícies de pro- cesso. A formação de biofilme ainda é um problema frequente na fa- bricação de papel e papelão, apesar do uso regular de biocidas co- muns nos fluxos de água em recirculação. Há uma necessidade de melhorar a eficácia de controle de biofilmes sob condições de proces- sos de produção de polpa, papel e papelão.
[004] Um objetivo da presente invenção é minimizar ou possivel- mente eliminar as desvantagens existentes no estado da técnica.
[005] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um método que permita controlar efetivamente biofilmes com uma baixa dosagem em um processo de fabricação industrial que compreende material fi- broso celulósico, por exemplo, na fabricação de polpa, papel ou pape- lão.
[006] Um objetivo da presente invenção é fornecer um método que permita prevenir, inibir e/ou reduzir efetivamente o crescimento de biofilme com uma dosagem baixa em um processo de fabricação in-
dustrial que compreende material fibroso celulósico, por exemplo, na fabricação de polpa, papel ou papelão.
[007] Um objetivo da presente invenção é fornecer um método que permita controlar efetivamente o crescimento de micro-organismos em um processo industrial de fabricação que compreende material fi- broso celulósico, por exemplo, na fabricação de polpa, papel ou pape- lão.
[008] Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer méto- do simples e eficaz para o controle de biofilme industrial em altas tem- peraturas, especialmente sob condições de processo aquoso com um elevado teor de fibras celulósicas e/ou pelo menos forças de cisalha- mento localmente altas e/ou elevadas vazões.
[009] Estes objetivos são atingidos com a invenção tendo as ca- racterísticas apresentadas abaixo nas partes características das rei- vindicações independentes.
[0010] Algumas modalidades preferidas da invenção são apresen- tadas nas reivindicações dependentes.
[0011] As modalidades mencionadas neste texto se referem, quando aplicável, a todos os aspectos da invenção, mesmo que isto nem sempre seja mencionado separadamente.
[0012] Um método típico de acordo com a presente invenção para controle de biofilme e/ou remoção de um biofilme formado e/ou contro- le do crescimento de micro-organismos, de preferência bactérias, em um ambiente aquoso de um processo de fabricação industrial que compreende um material fibroso celulósico é administrar, ao ambiente aquoso do processo, uma composição que compreende um composto selecionado a partir de grupo que consiste em 3-[(4-metilfenil)sulfonil]- 2-propenonitrila e 4-amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida.
[0013] Agora, descobriu-se que os compostos selecionados a par- tir de 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-propenonitrila ou 4-amino-N-2-tiazolil-
benzenossulfonamida são altamente eficazes no controle da formação de biofilme e/ou crescimento de micro-organismos, em um ambiente aquoso de um processo de fabricação industrial que compreende um material fibroso celulósico, especialmente na fabricação de papel, pa- pelão e polpa. O efeito obtido é bom mesmo em baixa dosagem do composto e em ambientes aquosos com elevada vazão e/ou elevada temperatura. Foi inesperado que os compostos mostrariam um de- sempenho antimicrobiano que é tão bom ou mesmo melhor do que os agentes antimicrobianos convencionais usados na indústria de polpa e papel contra biofilmes. As composições da invenção são úteis para fornecer um efeito antibacteriano e controlar o crescimento de biofilme e/ou bactérias.
[0014] No presente contexto, o termo "controle do crescimento de biofilme" abrange ações de controle selecionadas pelo menos a partir de prevenir, inibir e/ou reduzir o biofilme. Estas ações de controle po- dem ocorrer antes, durante ou após a formação do biofilme e as ações de controle podem ocorrer separada ou simultaneamente, por exem- plo, composições que compreendem os ditos compostos podem impe- dir a formação de novo biofilme e reduzir simultaneamente o biofilme existente. Os compostos podem ser úteis na prevenção de biofilme. Isto significa que os compostos previnem a formação de biofilmes em superfícies de processo sem biofilme. Os compostos também podem ser úteis na inibição do biofilme. Isto significa que os compostos ini- bem o crescimento adicional do biofilme existente e/ou inibem a for- mação de biofilme sobre uma superfície de processo sem biofilme. Os compostos podem ainda ser úteis na redução do biofilme. Isto significa que os compostos reduzem a quantidade de biofilme existente sobre as superfícies de processo. Em geral, o controle do crescimento de biofilme pode ser alcançado ao controlar a quantidade de micro- organismos no processo e/ou controlar seu crescimento no biofilme. A composição que compreende os ditos compostos pode ser útil no con- trole do crescimento de micro-organismos, seja com e/ou sem biofilme no ambiente aquoso de um processo de fabricação industrial que compreende um material fibroso celulósico, de preferência em biofil- me.
[0015] No presente contexto, o termo "biofilme" é entendido como uma comunidade de micro-organismos, tipicamente bactérias, que adere à superfície do processo e geralmente cresce cercada por uma matriz complexa de substâncias extrapoliméricas. O biofilme protege os micro-organismos, o que torna o controle do crescimento do biofil- me mais desafiador do que o controle do crescimento de micro- organismos livres. O controle ineficaz do biofilme pode causar proble- mas significativos nos processos industriais, por exemplo, na forma de maior necessidade de limpeza, paradas na produção e/ou deterioração da qualidade e/ou quantidade da produção.
[0016] No presente contexto, o termo "controlar o crescimento de micro-organismos" se refere à eliminação e/ou redução da quantidade e/ou atividade de micro-organismos e o termo é sinônimo de qualquer efeito biostático ou biocida. Os micro-organismos podem estar presen- tes na forma livre no ambiente aquoso ou na forma de um biofilme, também conhecido como modo de crescimento de biofilme.
[0017] No presente contexto, o termo "ambiente aquoso" refere-se a um sistema de água industrial que contém solução aquosa. A pre- sente invenção se refere especialmente a processos industriais que têm um ambiente aquoso que compreende um material fibroso celuló- sico de origem natural. De acordo com uma modalidade da invenção, a temperatura do ambiente aquoso é de pelo menos 40 °C, de prefe- rência pelo menos 50 °C.
[0018] Especialmente, a composição da presente invenção é ade- quada para administração ou uso em processos de fabricação indus-
trial que compreendem um material fibroso celulósico, tal como fabri- cação de papel, papelão, polpa, tecido, polpa moldada, não tecido, viscose ou similar. O ambiente aquoso compreende, de preferência, pelo menos água, material fibroso celulósico, finos e/ou fragmentos de fibras de origem natural. O ambiente aquoso também pode compreen- der amido. O material fibroso celulósico é, de preferência, proveniente de madeira macia, madeira dura ou fontes diferentes da madeira, tais como bambu ou kenaf, ou quaisquer misturas dos mesmos. De prefe- rência, o material fibroso celulósico é proveniente de um material de fibras lignocelulósicas. Mais preferivelmente, o material fibroso celuló- sico são fibras lignocelulósicas. O material fibroso celulósico pode ser proveniente de qualquer processo de polpação mecânico, quimio- mecânico ou químico adequado ou qualquer uma de suas combina- ções ou qualquer outro processo de polpação adequado conhecido como tal. O material fibroso celulósico também pode compreender um material de fibras proveniente de papelão, papel ou polpa reciclada. Por exemplo, o material fibroso celulósico pode compreender fibras celulósicas que são provenientes de madeira dura e têm um compri- mento de 0,5 - 1,5 mm e/ou de madeira macia e têm um comprimento de 2,5 - 7,5 mm. O ambiente aquoso também pode compreender par- tículas minerais inorgânicas, tais como materiais de enchimento e/ou minerais de revestimento; hemiceluloses; lignina; e/ou substâncias dissolvidas e coloidais. O ambiente aquoso também pode compreen- der aditivos para a fabricação de papel, tais como amido, agentes de colagem, agentes de coagulação ou floculação inorgânicos ou orgâni- cos, polímeros naturais ou sintéticos de diferentes comprimentos e/ou materiais de enchimento, corantes, branqueadores ópticos ou qualquer combinação dos mesmos.
[0019] A composição pode compreender o composto 3-[(4-me- tilfenil )sulfonil]-2-propenonitrila na forma de um isômero E ou Z, ou a composição pode compreender uma mistura de ambos os isômeros. Por exemplo, a proporção de isômeros E para Z na composição pode ser a partir de 70:30 a 100: 0 ou a partir de 80:20 a 99: 1. Alternativa- mente, a proporção de isômeros E para Z na composição pode ser a partir de 30:70 a 0: 100 ou a partir de 20:80 a 1:99
[0020] De acordo com uma modalidade da invenção é possível administrar, aos processos de fabricação industrial que compreendem um material fibroso celulósico, uma composição que compreende um ou ambos os compostos selecionados a partir de 3-[(4-metilfenil) sul- fonil]-2-propenonitrila e 4-amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida. No caso em que ambos os compostos são administrados ao ambiente aquoso, eles podem ser administrados como uma composição, isto é, uma mistura, ou podem ser administrados como duas composições diferentes sucessivamente um após o outro. No caso em que ambos os compostos são administrados, as dosagens individuais para ambos os compostos podem ser iguais ou diferentes uma da outra. Desta maneira, é possível controlar efetivamente o biofilme e/ou micro- organismos no ambiente aquoso.
[0021] A presente invenção é adequada para controlar o cresci- mento de micro-organismos, tais como bactérias, pertencentes aos gêneros Meiothermus, Deinococcus e/ou Pseudoxanthomonas no am- biente aquoso. De acordo com uma modalidade da invenção, o ambi- ente aquoso do processo de fabricação industrial que compreende um material fibroso celulósico compreende, assim, bactérias pertencentes aos gêneros Meiothermus, Deinococcus e/ou Pseudoxanthomonas, isoladamente ou em qualquer combinação, ou o ambiente aquoso está em contato com um biofilme pelo menos parcialmente formado por qualquer uma das ditas bactérias. Os micro-organismos nos ditos pro- cessos industriais não são, tipicamente, micro-organismos fotossintéti- cos, isto é, de preferência, o ambiente aquoso é quase ou completa-
mente isento de micro-organismos fotossintéticos, por exemplo, algas. A adição do composto selecionado a partir de 3-[(4-metilfenil )sulfonil]- 2-propenonitrila ou 4-amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida reduz a quantidade dos ditos micro-organismos, seja na forma livre ou como um biofilme, ou mesmo elimina completamente sua presença no ambi- ente aquoso. A eliminação pode ser total ou parcial. Prevenção se re- fere, aqui, a qualquer ação preventiva de eliminação que reduz ou ini- be o crescimento dos micro-organismos no modo de biofilme e, deste modo, impede total ou parcialmente a formação do biofilme.
[0022] Em geral, a composição que compreende o composto sele- cionado a partir de 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-propenonitrila ou 4-amino- N-2-tiazolil-benzenossulfonamida pode ser adicionada ao ambiente aquoso em quantidades biocidas ou biostáticas. Quantidade biostática se refere a uma quantidade suficiente para pelo menos impedir e/ou inibir a atividade e/ou crescimento dos micro-organismos ou do biofil- me. Quantidade biocida refere-se a uma quantidade mais eficaz, tal como uma quantidade capaz de reduzir a atividade e/ou crescimento dos micro-organismos ou do biofilme e/ou matar a maioria ou todos os micro-organismos presentes no ambiente aquoso. De acordo com uma modalidade da invenção, o composto pode ser adicionado ao ambien- te aquoso em uma quantidade de dosagem de 0,01 - 100 ppm, de pre- ferência 0,01 - 10 ppm, mais preferivelmente 0,01 - 2 ppm ou 0,01 - 1 ppm, ainda mais preferivelmente 0,01 - 0,5 ppm ou 0,01-0,3 ppm, cal- culada como ingrediente ativo, isto é, 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-pro- penonitrila e/ou 4-amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida. A eficácia do composto permite o uso de baixas dosagens e baixas concentra- ções, ao mesmo tempo em que mantém um bom controle do cresci- mento de micro-organismos e formação e/ou crescimento de biofilme.
[0023] Composições que compreendem compostos selecionados a partir de 3-[(4-metilfenil )sulfonil]-2-propenonitrila ou 4-amino-N-2-
tiazolil-benzenossulfonamida podem ser adicionadas ao ambiente aquoso como um sólido, tal como um pó seco ou, mais preferivelmen- te, na forma líquida. Os compostos podem ser dosados contínua ou periodicamente. De acordo com uma modalidade da invenção, os compostos podem ser administrados periodicamente no ambiente aquoso por 3 a 45 minutos durante 6 a 24 vezes ao dia, de preferência por 10 a 30 minutos durante 12 a 24 vezes ao dia.
[0024] De acordo com uma modalidade da invenção, o processo de fabricação industrial que tem um ambiente aquoso que compreende um material fibroso celulósico de origem natural é o processo de fabri- cação de polpa e/ou papel e/ou papelão, em que o ambiente aquoso mostra uma elevada temperatura e/ou elevada vazão. O composto se- lecionado a partir de 3-[(4-metilfenil )sulfonil]-2-propenonitrila ou 4- amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida é, assim, adicionado ou do- sado a um sistema de fabricação de polpa e/ou papel e/ou papelão. Os ambientes aquosos nestes processos geralmente apresentam ele- vada vazão e altas taxas de cisalhamento, o que pode induzir à forma- ção de biofilme sobre as superfícies de processo em virtude do estres- se de micro-organismos. Por exemplo, em ambientes de fabricação de papel e papelão, a vazão pode, tipicamente, ser maior do que 1 m/s, mesmo maior do que 10 m/s, tipicamente a partir de 1 a 20 m/s ou a partir de 1 a 1 0 m/s. Observou-se que as composições que compre- endem os ditos compostos são eficazes especialmente sob estas con- dições exigentes e podem, em geral, ser usadas durante todo o pro- cesso a fim de reduzir e/ou impedir o crescimento de micro-orga- nismos e a formação de biofilme sobre as superfícies de processo. Em princípio, as composições que compreendem os ditos compostos po- dem ser adicionadas em quase qualquer ponto do processo, especi- almente no processo com água de processo recirculada para manter o controle de micro-organismos e/ou a formação de biofilme ao longo do processo. As composições que compreendem os ditos compostos também podem ser, ou podem ser alternativamente, adicionadas ao material fibroso celulósico, por exemplo, material de fibras lignoceluló- sicas, que é usado como matéria-prima no processo.
[0025] O processo de fabricação industrial com um ambiente aquoso que compreende o material fibroso celulósico de origem natu- ral pode ser um processo de fabricação de polpa e/ou papel e/ou pa- pelão onde o pH do ambiente aquoso está na faixa de 5-9, de prefe- rência 7-8,5.
[0026] De acordo com uma modalidade preferível da presente in- venção, o composto selecionado a partir de 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2- propenonitrila ou 4-amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida pode ser adicionado ao processo de fabricação industrial que tem um ambiente aquoso que compreende um material fibroso celulósico, o qual é pro- cesso de fabricação de papel e/ou papelão, especialmente em um cir- cuito curto do processo de fabricação de papel ou papelão. Em um processo típico de fabricação de papel e papelão, a matéria-prima ce- lulósica é passada para uma caixa de entrada, a qual distribui a maté- ria-prima celulósica sobre um fio móvel em uma seção de formação na qual uma trama contínua de papel é formada. A seção de circuito curto ou de circulação curta de uma máquina de papel/papelão é entendida aqui, conforme habitual na técnica, como a parte do sistema de fabri- cação que recircula e recicla pelo menos uma parte do excesso de água da matéria-prima celulósica coletada em poço de arame na se- ção de formação de volta para a caixa de entrada para reutilização.
[0027] Alternativamente, ou além disso, o composto selecionado a partir de 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-propenonitrila ou 4-amino-N-2-tia- zolil-benzenossulfonamida pode ser adicionado no processo de fabri- cação industrial que tem um ambiente aquoso que compreende um material celulósico de fibra, por exemplo, o processo de fabricação de polpa e/ou papel e/ou papelão, a torres de armazenamento de água de processo, tais como torres de água de circulação e torres de água fil- trada; a tanques de armazenamento de filtrados clarificados ou turvos; despolpadores; correntes aquosas a montante/a jusante dos despol- padores; sistemas de refugo e correntes de processo aquoso a mon- tante/a jusante de vasos no mesmo; correntes de processo no poço e fio a montante/a jusante do poço; correntes de processo do tanque de mistura da máquina de papel a montante/a jusante do tanque; tanque de água doce; tanque de água quente e/ou tanque de água do chuvei- ro.
[0028] Alternativamente, ou além disso, o composto selecionado a partir de 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-propenonitrila ou 4-amino-N-2-tia- zolil-benzenossulfonamida pode ser adicionado no processo de fabri- cação industrial que tem um ambiente aquoso que compreende um material fibroso celulósico, o qual é um processo de fabricação de pa- pel e/ou papelão, a qualquer localização em um circuito longo do pro- cesso de fabricação de papel ou papelão. A seção de circuito longo ou circulação longa de uma máquina de papel/papelão é entendida aqui, conforme habitual na técnica, como a parte do sistema de fabricação que lida com o excesso de água e refugo. A maior parte da água recu- perada sai do circuito curto e é bombeada para o circuito longo, o qual inclui: guardar tudo para captura de fibras úteis a partir da água recu- perada para reutilização, tanques de armazenamento para água filtra- da usada, por exemplo, em chuveiros de máquinas e tanques de ar- mazenamento para água recirculada usada, por exemplo, como água de diluição para importação de polpa da fábrica de celulose para a máquina de papel/papelão. Uma parte do circuito longo é o sistema de refugo para o manuseio de rejeitos de papel seco e úmido da máquina. Este material é novamente transformado em polpa e reutilizado como parte da matéria-prima celulósica.
[0029] De acordo com uma modalidade, o composto selecionado a partir de 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-propenonitrila ou 4-amino-N-2-tia- zolil-benzenossulfonamida é adicionado ao ambiente aquoso, o qual compreende um resíduo de peróxido a partir de cerca de 0,01 a cerca de 100 ppm ou a partir de cerca de 0,01 a cerca de 50 ppm.
[0030] De acordo com uma modalidade da invenção, o composto selecionado a partir de 3-[(4-metilfenil )sulfonil]-2-propenonitrila ou 4- amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida pode ser usado em combina- ção com outros biocidas ou agentes antimicrobianos. Outros agentes biocidas ou antimicrobianos adequados podem ser agentes biocidas ou antimicrobianos não oxidantes ou agentes biocidas ou antimicrobi- anos oxidantes. Agentes biocidas ou antimicrobianos não oxidantes adequados são, por exemplo, glutaraldeído, 2,2-dibromo-3-nitrilapro- pionamida (DBNPA), 2-bromo-2-nitro-propano-1,3-diol (Bronopol), compostos de amônio quaternário, carbamatos, 5-cloro-2-metil-4- isotiazolin-3-ona (CMIT) e 2-metil-4-isotiazolin-3-ona (MIT). Agentes biocidas ou antimicrobianos oxidantes adequados são, por exemplo, cloro, sais de hipoclorito, ácido hipocloroso, isocianuratos clorados, bromo, sais de hipobromito, ácido hipobromoso, cloreto de bromo, dió- xido de cloro, ozônio, peróxido de hidrogênio e compostos de peróxi- do, tais como ácidos peracéticos ou ácido perfórmico. Outros agentes biocidas oxidantes adequados são, por exemplo, compostos de halo- gênio estabilizados nos quais o halogênio ativo, tal como cloro ou bromo, reage com um composto nitrogenado, tal como dimetil-hidan- toína, um sal de amônio, ureia, carbamato ou outra molécula que con- tém nitrogênio capaz de reagir com halogênio ativo. Por exemplo, em uma modalidade, o composto selecionado a partir de 3-[(4-metil- fenil)sulfonil]-2-propenonitrila ou 4-amino-N-2-tiazolil-benzenossulfona- mida é adicionado ao ambiente aquoso que compreende um residual de halogênio ativo na faixa a partir de cerca de 0,01 a cerca de 20 ppm, fornecido como cloro ativo.
[0031] Algumas modalidades da invenção são descritas mais deta- lhadamente nos exemplos não limitativos a seguir. Materiais e Métodos Usados nos Exemplos
[0032] Culturas puras de Meiothermus silvanus, uma espécie de micróbio comumente encontrada em biofilmes de máquinas de papel (Ekman J., Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology 34: 203- 211) e Pseudoxanthomonas taiwanensis, outra espécie comumente encontrada em ambientes de máquinas de papel (Desjardins, E. & Be- aulieu, C., Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology 30: 141- 145) foram usadas para estudar a eficácia de vários produtos químicos na prevenção da formação de biofilme.
[0033] Os testes com biofilme foram realizados em caldo R2 sinté- tico comercial (Lab M Ltda., Reino Unido) ou água de máquina de pa- pel sintética que contém fibras, SPW (preparada de acordo com Pelto- la, et al., J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2011, 38: 1719-1727) usando cavidades de placas com 96 microcavidades com tampas com o sis- tema peg-lid (Thermo Fischer Scientific Inc., EUA). As placas foram incubadas a 45 °C com agitação rotativa (150 rpm), fornecendo um fluxo elevado em cada cavidade.
[0034] 3-[(4-metilfenil)sulfonil]-2-propenonitrila, daqui em diante denominada Composto A, foi obtida a partir da EMD Biosciences Inc., EUA; pureza ≥ 98 %. E-isômero.
[0035] 4-amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida, daqui em diante denominada Composto B, foi obtida a partir da Sigma Aldrich Finland Oy.
[0036] 2,2 -dibromo-3-nitrilapropionamida, daqui em diante deno- minada DBNPA, foi obtida a partir da Kemira Oyj (Fennosan R20, in- grediente ativo a 20 %).
Método de Teste para Prevenção da Formação de Biofilme
[0037] Para experimentos de prevenção da formação de biofilme, as cavidades de placas com 96 microcavidades com tampas com o sistema peg-lid foram enchidas com caldo R2 ou SPW, inoculadas com culturas bacterianas puras e tratadas com diferentes quantidades de compostos químicos a serem testados. A tampa foi colocada. Após 24 horas, as cavidades foram esvaziadas e uma solução fresca de cul- tura pura que contém caldo SPW ou R2 com diferentes quantidades de produtos químicos de teste foi adicionada às cavidades e a tampa com o sistema peg-lid original foi recolocada no lugar. Após mais 24 horas, ou seja, 48 horas após o início do teste, as cavidades foram es- vaziadas, lavadas e a tampa e as cavidades foram deixadas secar. Método de Teste para Remoção de Biofilme Existente
[0038] Para experimentos de remoção de biofilme já existente (pré- formado), as cavidades de placas com 96 microcavidades com tampas com o sistema peg-lid foram enchidas com SPW, inoculadas com culturas bacterianas puras. O biofilme foi cultivado durante 24 ho- ras sem adição de qualquer composto químico a ser testado. Em al- guns experimentos, após 24 horas, o procedimento foi repetido ao es- vaziar as cavidades e adicionar uma solução fresca de SPW inoculada com cultura bacteriana pura , novamente sem qualquer composto químico de teste. A tampa com o sistema peg-lid original foi recoloca- da no local e o biofilme foi deixado crescer durante mais 24 horas, ou seja, 48 horas no total.
[0039] Após 24 ou 48 horas após o início do teste, as cavidades foram esvaziadas e uma nova solução de SPW, inoculada com cultu- ras bacterianas puras e com diferentes quantidades de compostos químicos a serem testados, foi adicionada e a tampa com o sistema peg-lid original foi recolocada no lugar. Após mais 2 ou 24 horas, as cavidades foram esvaziadas, lavadas e a tampa e as cavidades foram deixadas secar. Quantificação de Biofilme Formado
[0040] A quantidade de biofilme formado nas superfícies das mi- crocavidades e tampas com o sistema peg-lid foi quantificada com uma solução de coloração através da adição de 200 l de violeta cris- tal a 1 % (Merck Millipore KGaA, Alemanha) em metanol a cada cavi- dade e colocar a tampa com o sistema peg-lid voltada para baixo. Após 3 minutos, as cavidades foram esvaziadas e as cavidades e tampas com o sistema peg-lid foram lavadas 3 vezes com água da torneira. O violeta cristal retido foi dissolvido em etanol e a absorbân- cia a 595 nm foi medida. Os valores mostrados nas tabelas a seguir são para a absorbância média de 8 cavidades e tampas com o sistema peg-lid em réplicas.
[0041] Todos os valores de absorbância nos Exemplos 1-6 são os valores reais medidos fornecidos. No cálculo da percentagem de redu- ção de biofilmes foi levado em conta que a SPW apenas durante 2 di- as, sem qualquer inóculo bacteriano, forneceu um valor de base de 0,14. Exemplo 1
[0042] As Tabelas 1 e 2 demonstram a capacidade do Composto A de impedir a formação de biofilme de Meiothermus silvanus e Pseu- doxanthomonas taiwanensis. As condições de teste simularam as condições do processo de fabricação de papel ou papelão (água da máquina de papel sintética, alta temperatura, fibras presentes, elevada vazão) e foi observado que o Composto A controla os biofilmes em uma concentração muito baixa. Já uma dosagem de 0,13 mg/l de Composto A ativo forneceu um efeito de redução de biofilme de mais de 90%. Para comparação, o agente antimicrobiano convencional DBNPA exigiu uma dosagem de 1 mg/l de composto ativo para atingir a mesma eficácia de redução de biofilme. Os resultados para DBNPA são apresentados nas Tabelas 3 e 4.
[0043] A Tabela 1 mostra o efeito da dosagem do composto A so- bre os biofilmes de Meiothermus silvanus em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo. Tabela 1 Quantidade de biofilme após um tempo de contato de 48h Dosagem de Composto A [mg/l] Absorbância a 595 nm Redução de biofilme [%] 0 0,98 - 0,01 0,80 21,4 0,03 0,75 27,4 0,08 0,58 47,6 0,13 0,22 90,5 0,20 0,15 98,8
[0044] A Tabela 2 mostra o efeito da dosagem do composto A so- bre biofilmes de Pseudoxanthomonas taiwanensis em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo. Tabela 2 Dosagem do Composto A Quantidade de biofilme após um tempo de contato de 48 h [mg/l] Absorbância a 595 nm Redução de biofilme [%] 0 1,48 - 0,01 1,42 4,5 0,03 1,26 16,4 0,08 0,88 44,8 0,13 0,55 69,4 0,20 0,39 81,3
[0045] A Tabela 3 mostra o efeito da dosagem de DPNPA sobre os biofilmes de Meiothermus silvanus em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi corado e quantificado através de medição de absorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo.
Tabela 3 Dosagem de DBNPA Quantidade de biofilme após um tempo de contato de 48 h [mg/l] Absorbância a 595 nm Redução de biofilme [%] 0 0,66 0,2 0,57 16,9 0,6 0,35 60,7 1 0,15 98,8
[0046] A Tabela 4 mostra o efeito da dosagem de DPNPA sobre os biofilmes de Pseudoxanthomonas taiwanensis em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi corado e quantificado através de medição de absorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo. Tabela 4 Dosagem de DBNPA Quantidade de biofilme após um tempo de contato de 48 h [mg/l] Absorbância a 595 nm Redução de biofilme, [%] 0 1,65 0,2 1,46 12,6 0,6 1,23 27,8 1 0,14 99,9
[0047] Os resultados das Tabelas 1 - 4 demonstram que o Com- posto A é capaz de impedir a formação de biofilme de formadores de biofilme industriais dominantes sob as condições em uma máquina de papel em uma dosagem muito baixa quando comparado com o biocida convencional usado na indústria de papel. Exemplo 2 (referência)
[0048] As Tabelas 5 e 6 mostram o efeito de um antibiótico conhe- cido, Gramicidina, contra a formação de biofilme de Meiothermus sil- vanus e Pseudoxanthomonas taiwanensis. Em um meio de crescimen- to sintético, o caldo R2 com Gramicidina foi capaz de impedir a forma- ção de biofilme em uma concentração claramente mais baixa do que sob condições que simulam o processo de fabricação de papel ou pa- pelão (água da máquina de papel sintética, alta temperatura, fibras presentes, elevada vazão).
[0049] Os resultados das Tabelas 5 e 6 demonstram o comporta- mento esperado de um composto antimicrobiano clínico com desem-
penho deteriorado quando exposto a condições não clínicas. Em con- traste, o Composto A foi capaz de controlar biofilmes na água da má- quina de papel em uma concentração muito baixa, conforme mostrado no Exemplo 1.
[0050] A Tabela 5 mostra o efeito da dosagem de Gramicidina so- bre os biofilmes de Meiothermus silvanus em caldo R2 e SPW. O bio- filme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo. Tabela 5 Dosagem de Quantidade de biofilme após um tem- Quantidade de biofilme após um Gramicidina po de contato de 48 h em caldo R2 tempo de contato de 48 h em SPW [mg/l] Absorbância a Redução de biofilme, Absorbância a Redução de 595 nm [%] 595 nm biofilme, [%] 0 1,60 - 1,36 - 0,2 1,40 13,7 1,33 2,5 1 0,66 64,4 1,41 -4,1 3 0,17 97,9 0,45 74,6 10 0,14 100,0 0,19 95,9
[0051] A Tabela 6 mostra o efeito da dosagem de Gramicidina so- bre os biofilmes de Pseudoxanthomonas taiwanensis em caldo R2 e SPW. O biofilme foi corado e quantificado através de medição da ab- sorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo. Tabela 6 Quantidade de biofilme após um tempo de Quantidade de biofilme após um tempo Dosagem de contato de 48 h no caldo R2 de contato de 48 h em SPW Gramicidina Absorbância a 595 nm Redução de biofilme, Abs a 595 nm Redução de biofilme, [%] [mg/l] [%] 0 2,78 - 2,37 - 3 2,80 -0,8 2,25 5,4 10 2,55 8,7 2,41 -1,8 25 0,19 98,1 2,42 -2,2 Exemplo 3
[0052] As Tabelas 7 e 8 demonstram a capacidade do Composto B de impedir a formação de biofilme de Meiothermus silvanus e Pseu- soxanthomonas taiwanensis. As condições de teste são idênticas às condições de teste do Exemplo 1.
[0053] A Tabela 7 mostra o efeito da dosagem do composto B so- bre os biofilmes de Meiothermus silvanus em SPW a 45 °C e 150 rpm
(alta mistura). O biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo. Tabela 7 Dosagem de Composto B [mg/l] Quantidade de biofilme após um tempo de contato de 48 h Absorbância a 595 nm Redução de biofilme [%] 0 0,88 0,1 0,62 34,4 0,25 0,18 94,0 1 0,15 99,1 3 0,16 97,9 10 0,18 94,0
[0054] A Tabela 8 mostra o efeito da dosagem do composto B so- bre biofilmes de Pseudoxanthomonas taiwanensis em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. Dosagem fornecida como ingrediente ativo. Tabela 8 Dosagem de Composto B Quantidade de biofilme após um tempo de contato de 48 h [mg/l] Absorbância a 595 nm Redução de biofilme [%] 0 2,41 0,25 2,35 2,6 1 2.04 16,3 3 0,84 69,3 10 0,54 82,4
[0055] Os resultados das Tabelas 7 e 8 demonstram que o Com- posto B pode impedir a formação de biofilme de formadores de biofil- me industriais dominantes sob as condições em uma máquina de pa- pel. Exemplo 4
[0056] As Tabelas 9 e 10 demonstram a capacidade do Composto A de remover o biofilme já formado de Meiothermus silvanus e Pseu- doxanthomonas taiwanensis. Condições de teste simulavam as condi- ções do processo de fabricação de papel (água da máquina de papel sintética, alta temperatura, fibras presentes, elevada vazão). Foi ob- servado que o Composto A remove biofilmes já formados. Uma única dose de 0,5 mg/l de composto ativo removeu todo o biofilme formado durante o tempo de pré-crescimento de 48 horas em 24 horas após a adição do Composto A.
[0057] A Tabela 9 mostra o efeito da dosagem do composto A so- bre biofilmes de Pseudoxanthomonas taiwanensis em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi pré-cultivado durante 48 h, após o que Composto A foi adicionado em uma determinada quantidade. Após 24 horas, o biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. A dosagem de Composto A é fornecida como com- posto ativo. Tabela 9 Dosagem de Composto A Quantidade de biofilme após 48h de pré-crescimento e um tempo de contato [mg/l] de 24 h Absorbância a 595 nm Redução de biofilme [%] 0 2,48 0,2 1,73 32,2 0,5 0,13 100,2
[0058] A Tabela 10 mostra o efeito da dosagem do composto A sobre os biofilmes de Meiothermus silvanus em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi pré-cultivado durante 48 h, após o que Composto A foi adicionado em uma determinada quantidade. Após 2 horas, o biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. A dosagem de Composto A é fornecida como com- posto ativo. Tabela 10 Dosagem de Composto A Quantidade de biofilme após 48h de pré-crescimento e um [mg/l] tempo de contato de 2 h Absorbância a 595 nm Redução de biofilme [%] 0 1,30 0,5 1,20 8,0 1 1.11 16,3 2 0,99 26,6 Exemplo 5
[0059] O composto A foi obtido e seus isômeros E e Z foram sepa- rados um do outro. As Tabelas 11 e 12 demonstram a capacidade dos isômeros E e Z do Composto A de impedir a formação de biofilme de Meiothermus silvanus e Pseudoxanthomonas taiwanensis. As condi-
ções de teste são idênticas às condições de teste do Exemplo 1. É ob- servado que ambos os isômeros do Composto A impedem a formação de biofilme.
[0060] A Tabela 11 mostra o efeito dos isômeros E e Z do Com- posto A sobre biofilmes de Meiothermus silvanus em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. A dosagem de Composto A é fornecida co- mo composto ativo. Tabela 11 Quantidade de biofilme após um tempo Quantidade de biofilme após um tempo de Dosagem de de contato de 48 h, isômero E contato 48 h, isômero Z Composto A Absorbância a Redução de biofilme Absorbância a Redução de biofilme [mg/l] 595 nm [%] 595 nm [%] 0 1,52 - 1,52 - 0,1 0,40 88,9 0,16 99,1 0,2 0,16 99,3 0,15 99,4
[0061] A Tabela 12 mostra o efeito dos isômeros E e Z de Com- posto A sobre os biofilmes de Pseudoxanthomonas taiwanensis em SPW a 45 °C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi corado e quantifi- cado através de medição da absorbância. A dosagem de Composto A é fornecida como composto ativo. Tabela 12 Dosagem de Composto A Quantidade de biofilme após um Quantidade de biofilme após um [mg/l] tempo de contato de 48h, isômero E tempo de contato 48 h, isômero Z Absorbância a Redução de Absorbância a Redução de 595 nm biofilme [%] 595 nm biofilme [%] 0 1,46 - 1,46 - 0,1 0,36 90,6 0,16 99,3 0,2 0,16 99,1 0,16 99,3 Exemplo 6
[0062] O composto A foi obtido e seus isômeros E e Z foram sepa- rados um do outro. A Tabela 13 demonstra a capacidade dos isômeros E e Z do Composto A para remover biofilmes s já formados de Meiothermus silvanus e Pseudoxanthomonas taiwanensis. Condições de teste simuladas condições do processo de fabricação de papel (água da máquina de papel sintético, alta temperatura, fibras presen- tes, alto fluxo). É visto que ambos os isômeros do Composto A são eficazes na remoção de biofilmes já formados.
[0063] A Tabela 13 mostra o efeito dos isômeros E e Z dos biofil- mes do Composto A para Meiothermus silvanus em SPW a 45°C e 150 rpm (alta mistura). O biofilme foi pré-cultivado por 24 h após a adi- ção do isômero E ou Z do composto A na quantidade indicada. Após 24 horas, o biofilme foi corado e quantificado através de medição da absorbância. A dosagem de Composto A é fornecida como composto ativo. Tabela 13 Dosagem de Composto Quantidade de biofilme após 24h de pré- Quantidade de biofilme após 24h de pré- A [mg/l] crescimento e um tempo de contato de crescimento e um tempo de contato de 24h, isômero E 24h, isômero Z Absorbância Redução de Absorbância Redução de a 595 nm biofilme [%] a 595 nm biofilme [%] 0 1,36 - - - 0,2 0,90 67,6 0,81 71,3 1 0,26 95,0 0,27 94,6
[0064] Mesmo que a invenção tenha sido descrita com referência ao que atualmente parece ser a modalidade mais prática e preferida, será reconhecido que a invenção não se limita às modalidades descri- tas acima; antes, a invenção se destina a abranger também diferentes modificações e soluções técnicas equivalentes no âmbito das reivindi- cações anexas.
Claims (11)
1. Método para controlar um biofilme, para remover um bio- filme formado e/ou para controlar o crescimento de micro-organismos, de preferência bactérias, em um ambiente aquoso de um processo de fabricação industrial que compreende um material fibroso celulósico caracterizado por administrar, ao ambiente aquoso do processo, uma composição que compreende um composto selecionado a partir de um grupo que consiste em 3-[(4-metilfenil )sulfonil]-2-propenonitrila e 4- amino-N-2-tiazolil-benzenossulfonamida.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por administrar a composição ao ambiente aquoso em quantidade de 0,01-100 ppm, de preferência de 0,01-10 ppm, mais preferivelmente 0,01-2 ppm, calculada como composto ativo.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado por administrar a composição ao ambiente aquoso em quantida- de de 0,01-1 ppm, de preferência 0,01-0,5 ppm, mais preferivelmente 0,01-0,3 ppm, calculada como composto ativo.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, carac- terizado pelo fato de que o ambiente aquoso compreende bactérias pertencentes aos gêneros Meiothermus, Deinococcus e/ou Pseudo- xanthomonas, quer isoladamente ou em qualquer combinação, ou o ambiente aquoso está em contato com um biofilme pelo menos parci- almente formado por qualquer uma das ditas bactérias.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por administrar a composição a um processo de fabricação industrial que compreende um material fibroso celulósico, o qual é selecionado a partir da fabricação de papel, papelão, celulose, tecido, polpa moldada, não tecidos ou viscose, de preferência fabrica- ção de celulose, papel ou papelão.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por administrar a composição ao ambiente aquoso, o qual compreende um resíduo de peróxido de cerca de 0,01 a cerca de 100 ppm.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o ambiente aquoso compreende água; fibras celulósicas, de preferência fibras lignocelulósicas; e ainda opcionalmente amido; partículas minerais inorgânicas, tais como mate- riais de enchimento e/ou minerais de revestimento; hemiceluloses; lig- nina e/ou substâncias dissolvidas e coloidais.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a temperatura do ambiente aquo- so é de pelo menos 40°C, de preferência pelo menos 50°C.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por administrar a composição periodicamente no ambiente aquoso por 3-45 minutos durante 6-24 vezes ao dia, de pre- ferência 10-30 minutos durante 12-24 vezes ao dia.
10. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado por usar a composição juntamente com outros bioci- das ou agentes antimicrobianos.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracteriza- do por administrar a composição ao ambiente aquoso, o qual compre- ende um resíduo de halogênio ativo na faixa a partir de cerca de 0,01 a cerca de 20 ppm, fornecida como cloro ativo.
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