Antibakteriell ausgerüstetes Material und Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein antibakteriell ausgerüstetes Material fiir die Verpackung von Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten, das aus hochmolekularen thermoplasti'schen und gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstoff-Polymeren b. esteht.
In der Lebensmittel-und pharmazeutischen Industrie mu¯ das Verpackungsmaterial vor dem Abpacken des Gutes sterilisiert werden. Die gewünschte Keim- freiheit wird gewöhnlich dadurch erzielt, dass das Ver packungsmaterial unmittelbar vor dem Abpacken bzw.
Abfüllen einer Sterilisation. unterworfen wird, die bei thermoplastischen Polymenen gewöhnlich in einer Behandlung mit Äthylenoxyd besteht. Diese B. ehandlung ist sehr zeitraubend, erfordert die Verwendung kost spieliger GerÏte und führt dabei zu relativ unsicheren Ergebnissen. Dieser Behandlung sind überdies nur einige bestimmte thermoplastische Polymere zugänglich. An dere gebräuchliche Sterilisationsverfahren, wie z. B. die Behandlung im Autoklav und dergleichen, sind f r die meisten thermoplastischen Polymeren ungeeignet, da die f r diese Behandlungen erfoderlichen Temperaturen so hoch sind, dass die Gefahr der Verformung oder des Schmelzens des Materials besteht.
Es ist schon vorgeschlagen worden, die Oberflächen von thermoplastischen Stoffen durch Eintauchen in eine sterilisierende Flüssigkeit keimfrei zu machen.
Wenn dabei gleichzeitig eine poröse Oberflächenschicht gebildet wird, lässt sich auf diese Weise tatsächlich eine gewisse antibakterielie Wirkung erzielen. Es hat sich jedoch herausgestellt, da¯ die so erzielte antibakterielle Wirkung nur von relativ kurzer Dauer ist.
Es ist schon vorgeschlagen worden, Mischungen mit einem gewissen Desinfektionseffekt durch Einarbei- ten verschiedener ZusÏtze zu erreichen. Diese ZusÏtze waren jedoch stets ungeeignet, da sie schon b, ei niedrigen Konzentrationen, die an sich wirksam waren, zu toxischen SekundÏreffekten und/oder Hautreizungen f hrten. Konzentrationen ohne derartige Nebenwirkungen ergaben jedoch zu geringe antibakterielle Wirkungen.
In der Nahrungsmittel-und pharmazeutischen In dustrie besteht daher ein Bedarf nach antibakteriellem Verpackungsmaterial, welches das verpackte Gut nicht beeinflusst, von der Herstellung an keimfrei ist und während der Lagerung keimfrei bleibt, so da¯ eine weitere Sterilisation vor dem Formen und Verpacken überflüssig wird. Die Komponente, welche die antibakterielle Wirkung bedingt, darf bei den verwendeten Konzentrationennichtextrahiertwerdenund darf nicht in solchem Ma¯e in das verpackte Gut einwandern, dal3 toxische oder gewebereikende Sekundäreffekte ausgelöst werden.
Weiterhin darf die antibakterielle Komponente natürlich weder Geschmack noch Geruch an das verpackbe Gut ! abgeben.
Die vorliegende Erfindung soll nun diese Probleme lösen und ein antibakteriell ausgerüstetes Verpackungs- material erm¯glichen, das diesen Forderungen im Umfange gerecht wird.
Das aus hochmolekularen thermoplastischen Koh l, enwasserstoff-Polymeren bestehende antibakteriell aus gerüstete MaterM gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, das es ein antibakteriell wirkendes MitL tel, vorzugsweise mindestens einen der folgenden Stoffe Thymol, 4-n-Hexylresorcin oder 4-n-Octylresorcin, in einer Konzentration von höchstens 2 Gewichtsprozent gleichmässig verteilt enthält.
Diese Stoffe können einzeln oder in Mischung in einer Konzentration von vorzugsweise unter 1 Gewichtsprozent vorliegen
Eine gleichmässige Verbeilung der genannten Verbindungen kann dadurch erzielt werden, dass man das körnige Polymere und den aktiven Stoff mechanisch vermischt, die Mischung durch Erwärmen und Schmel- zen homogenisiert und darauf die Mischung wieder in körnige Form bringt. Das so erhaltene Granulat kann dann zur Herstellung von Folien oder verschiedenartigen Verpackungen durch Spritzgu¯, Blasverformung, Strangpressen oder Gie¯en verwendet werden. Das Ma terial kann selbstverständlich auch direkt, d. h. ohne intermediÏres Granulieren zu fertigen Verpackungen, wie Ampullen, BehÏlter, Flaschen, Verpackungsh llen, Tropfflaschen und dergleichen verarbeitet werden.
Auch Mehrschichtenfolien bzw. Laminate mit mindestens einer Schicht aus dem antibakteriell ausgerüsteten Ma terial, können in entsprechender Weise hergestellt werden. Zweckmässigerweise soll in diesam Fall diejenige Oberfläche der Folie, welche mit dem verpackten Gut in Berührung kommt, aus dem antibakteriell ausger steten Material bestehen. Zur Herstellung des Verpackungsmaterials und des Verpackungsbehälters geeignete Verfahren sind bekannt.
Beispiel 1
10 kg granuliertes Weich-Polyäthylen (Typ LD) wird in einer Trommel oder von Hand mit 10 g 4-n-Hexylresorcin gemischt. Die homogene Mischung wird dann in eine Strangpresse gebracht, in deren Zylinder das Polyäthylen zu einer geschmolzen. en Masse verarbeitet wird und wobai sich das Hexylresorcin gleichmässig in dieser Masse verteilt. Dte homogene Mischung wird stranggepresst sund unmitbelbar darauf gekörnt. Dieses antibakterielle Granulat wird dann in eine Strangpresse gebracht, in deren Zylinder es erneut geschmolzen und weiter homogenisiert wird.
Die e Schmelze wird dann zu 100 ml-Phiolen g. eformt. In gleicher Weise werden Phiolen aus Polyäthylen mit Zusatz von 0, 5 Gew. % 4-n-Hexylresorcin (50 g pro 10 kg) hergestellt. Unter gleichen Bedingungen, jedoch ohne Zusatz des sterilisierenden Hexylresorcins, werden Vergleichsphiolen hergestellt.
Man erhält auf diese Weise 3 Arten von Phiolen, nämlich
A. Vergleichsproben, d h. Phiolen aus Polyäthylen ohne Zusatz von Hexylresorcin,
B. Phiolen aus PolyÏthylen mit 0,1 Gew.% 4-n-Hexylresorcin und
C. Phiolen aus Polyäthylen mit 0, 5 Gew. % 4-n-He xylresorcin.
Einige Phiolen jeder dieser drei Typen wurden sofort mit einer der folgenden Testkulturen geimpft :
Staph. albus, E. Coli, Candida albicaus, Pen. notatum und darauf den Inkubationsbedingungen unterworfen. Es ist zu bemerken, da¯ diese Impfung aus praktischen Gründen sehr stark ist, während in der Praxis, d. h. bei der normalen Verwendung des Ver packungsmaterials nur ein Bruchteil der hier verwende- ben Impfwirkung zu erwarben ist.
Einige andere Phiolen werden nach kürzerer oder längerer Lagerzeit mit dengleichenTestkulturen geimpft. Dabei wurden. auch solche Phiolen geimpft, die vorher nach den f r die pharmazeutische Industrie gültigen Waschvorschriften gereinigt worden waren.
Die zuerst geimpfte Gruppe von Phiolen, d. h. die unmittelbar nach der Herstellung geimpften Proben, wurden'drei Tage nach der Impfung bakteriologisch untlersucht. Während dieser drei Tage waren die Proben den für das Wachstum der Mikroorganismen ge eigneten Bedingungen (Inkubationsbedingungen) ausge- setzt. Das Ergebnis der Untersuchung ist in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Die Zahlen geben dabei das Wachstum der Mikroben in Prozent wieder.
Tabelle 1
Konzentration Probe des Sterilisationsmittels Staph. albus E. coli Candida albicaus P. notatum
A 0 100 100 100 100
B 0, 1 0 0 0 0 C 0, 5 0 0 0 0
Aus den in dieser Tabelle zusammengestellten Zahlen ist zu ersehen, dass bei den.
Kontrollstücken ein 100 %iges Wachstum der Mikroorganismen erzielt wird, während sich m'den Untersuchungsgefässen, welche die Kunststoffphiolen mit Sterilisationsmittel enthiel- ten, kein Wachstum der Mikroorganismen zeigte.
Die in der folgenden Tabelle II zusammengestellten Versuchsergebnisse wurden bei Untersuchung der Probe stlücke, erhalten, die nach einer Lagerung von 4 Monaten geimpft wurden ; einige der als Probestücke dienenden Phiolen waren vor dem Impfen gewaschen worden. Die Phiolen wurden nach Inkubationszeiten von einem Tag (Tabelle II) und 2 Tagen (Tabelle III) untersucht. Die Zahlenangaben in den Tabellen II und III beziehen sich wieder auf das Wachstum der Kulturen in Prozent.
Tabelle 11
Konzentration Probe des Sterilisationsmittels Staph. albus E. coli Candida albicaus P. notatum
A 0 gewaschen 100 100 100 100 nicht gewaschen 100 100 100 100
B 0, 1 gewaschen 30 30 0 0 nicht gewaschen 0 0 0 0 C 0, 5 gewaschen 0 0 0 0 nicht gewaschen 0 0 0 0
Tabelle III
Konzentration Probe des Sterilisationsmittels Staph. albus E. coli Candida albicaus P.
notatum
A 0 gewaschen 100 100 100 100 nicht gewaschen 100 100 100 100
B 0, 1 gewaschen 0 0 0 0 nicht gewaschen 0 0 0 0 C 0, 5 gewaschen 0 0 0 0 nicht gewaschen 0 0 0 0
Aus den obigen Tabellen II und III ist zu ersehen, dans dix Phiolen (C) alle Testbakterien schon nach einem Tag zerst¯ren; bei einigen der Phiolen (B) konnten überlebende Mikroorganismen noch nach einem Tag, nicht aber nach 2 Tagen gefunden werden. Die Vergleichsstücke, d. h. die Phiolen (A), behinderten das Wachstum aller verwendeten Bakterien nicht.
Beispiel 2
10 kg Polyäthylen werden in einer Trommel mit 50 g 4-n-Hexylresorcin und 50 g 4-n-Octylresorcin zu einer gleichmässigen Mischung verarbeitet. Das Granulat wird dann in eine Strangpresse gebracht, in deren Zylindern die. geschmolzene Masse bei der Mischtempe- ratur des Polyäthylens weiter homogenisiert wird. Unmittelbar nach dem Strangpressen wird das Produkt zu einem Granulat vermahlen, aus dem dann durch Spritzgiessen selbststeriihsierende Verpackungen hergestellt werden.
Beispiel 3
10 kg Polyvinylidenchlorid-Granulat werden mit 15 g Thymol, 15 g 4-n-Hexylresorcin und 15 g 4-n-Oc tylresorcin gemischt und zu einem. antibakteriell ausgerüsteten Ausgangsmaterial entsprechend der in Beispiel 1 und 2 beschriebenen Arbeitsweise verarbeitet.
Das Ausgangsgranulat wird dann in eine Strangpresse gebracht und zu einer Folie verarbeitet, aus welcher verschiedene Verpackungen wie selbststerilisiersnde Säcke, Beutel, Klappbehälter oder Laminabe her. gestellt werden. Es ist zu betonen, da¯ die selbststerilisierende Schicht des laminierten Materials mit dem verpackten Gut in Kontakt gebracht werden soll.
Beispiel 4
In einem Kalander werden 10 kg Kautschuk-Hydro- chlorid mit 150 g 4-n-Octylresorcin verarbeitet. Nach Homogenisieren wird die Mischung in einem geeig- neten Lösungsmittel gelöst und die Lösung. in bekannter Weise durch Verdampfen des Lösungsmittels zu Gussfolien verarbeitet. Die so hergestellten Folien besitzen antibakterielle Eigenschaften und werden zur Herstel lung verschiedener Verpackungen wie beispielsweise Säcken oder Beuteln verwendet. Die Folie kann auch mindestens eine Schicht eines Laminates darstellen.
Derartige Folien und Schichtstoffe müssen nicht nach den üblichen Methoden und der damit verbundenen Verformungsgefahr sterilisiert werden.
Beispiel 5
10 kg nichtweichgemachtes pulverförmiges Polyvi nylchlori, werden mit 20 g Thymol und 20 g 4-Oc tylresorcin bzw. 4-n-Octylresorcin, vermischt. Die Mischung wird auf die Verarbeitungstemperatur des Polyvinylchlorids gebracht und darauf zu einem Granulat verarbeitet.
Beispiel 6
10 kg pulverförmiges Polyäthylen werden mit 200 g gepulvertem Thymol gemischt und auf Verarbeitungs- temperatur, d. h. ungefähr 180 C, erhitzt und darauf zu Granulat verarbeitet. Aus diesem Granulat werden durch Strangpressen Röhren (Thymolröhren T) hergestellt. Vergleichsproben (A) werden aus Polyäthylen ohne Thymolzusatz hergestellt. Alle Röhren einschliess lich der Vergleichsröhren werden 2 Wochen gelagert und dann einer bakteriologischen Untersuchung unterworfen.
F r diese Untersuchung werden dts Röhren in Streifen vontungefähr 15 X 50 mm geschnitten, dann in sterile Petrischalen gebracht und 2 Tage darin belassen, so dal3 das Thymol zur Wirkung kommen konnte.
Nach diesen zwei Tagen werden die Streifen in mit Bouillon gefüllte Reagenzgläser gebracht. Einige der Reagenzgläser werden sofort zur Inkubation gebracht, während andere zuerst mit verschiedenen Probekulturen geimpft werden, zur Prüfung, ob das von, den Streifen abgegebene Thymol wachstumhindernd wirkt oder die zum Impfen der Bouillon verwendeten Mikroorganismen zerstört.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle IV zusammengestellt, wobei die Zahlen dieselbe Bedeutung haben wie oben.
Tabelle IV Testkultur Rohrstreifen nicht geimpft geimpft keine Thymolröhren 0 keine Kontrollstücke 88 Staph. aureus Thymolröhren 0 Staph. aureus Kontrollstücke 100 E. coli Thymolröhren 0 E. coli Kontrollstücke 100
Aus den Zahlenangaben dieser Tabelle geht klar hervor, dass die aus dem Thymolhaltigen Kunststoff- granulat hergestellten Röhren steril waren. Eine baktericide Wirkung auf Staphylococcus und Coli konnte durch erneutes Impfen sichergestellt werden. Eine weitere Untersuchung wird in folgender Weise durchgeführt.
Die nach der Arbeitsweise von Beispiel 6 hergestellten Röhren und die entsprechenden Vergleichsproben wer- den in Streifen geschnitten. Diese Streifen wer, den in Petrischalen mit Agar-Agar eingebettet, das vorher mit den in Tabelle V angegebenen Probekulturen geimpft worden war. Die so behandelten PrÏparate werden der Inkubation unterworfen und von Zeit zu Zeit auf Wachstum der verschiedenen Probeorganismen, Wachstums berschu¯, Zonen verminderten Wachstums oder völlige Wachstumshemmung untersucht.
In gleicher Weise werden Kunststoffstreifen untersucht, welche auf die Oberfläche der in den Petrischalen enthalbenen Agar. Agar-Präparate, deren Oberflächen mit einer der in Frage stehenden Testkultur geimpft war, gelegt worden waren. Die Ergebnisse dieser Unter suchungen sind in der folgenden Tabelle V zusammen- gestellt.
Tabelle V Streifen in vollstÏndig geimpftem Streifen auf der OberflÏche von oberflÏchlich Probekultur Rohr
Agar-Agar eingebettet geimpftem Agar-Agar Staph. aureus T sehr geringes Wachstum in Randzone sehr geringes Wachstum in Randzone
A ungehemmtes Wachstum im gesamten ungehemmtes Wachstum im gesamten
Präparat Präparat E. coli T isolierte Kolonien in einer 20 mm gro¯en schwaches Wachstum in einer schmalen Beobachtungszoneungleichmässigen Mittelzone
A ungehemmtes Wachstum im gesamten ungehemmtes Wachstum im gesamten
Präparat Präparat B. subtilis T geringes Wachstum in Randzone sehr schwaches Wachstum in Randzone
A ungehemmtes Wachstum im gesamten ungehemmtes Wachstum im gesamten
Präparat Präparat Asperg.
niger T kein Wachstum kein Wachstum
A ungehemmtes Wachstum im gesamten ungehemmtes Wachstum im gesamten
Präparat Präparat Pen. notatum T kein Wachstum kein Wachstum
A ungehemmtes Wachstum im gesamten ungehemmtes Wachstum im gesamten
Präparat Präparat
In Tabelle V bedeutet T Thymolr¯hren, A Ver gleichsproben.
Aus Tabelle V geht klar hervor, dass Thymol aus den Streifen in das Agar-Agar wandert, wo es das Wachstum der dem Nährboden ein-oder aufgeimpfte Probeorganismen hemmt. Es zeigte sich, dass E. coli die resistenteste der verwendeten Testkulturen darstellt.
Ein weiterer Vorteil des selbststerilisierenden Materials ist der ausgeprägte Fernwirkungseffekt durch ein gasförmiges Medium gegenüber Aspergillus niger, Penicillium notatum und Candida albicans. Dies kann durch eine Untersuchung gezeigt werden, bei der die Rohrstreifen an den Deckeln der Petrischalen befestigt werden, wobei der Abstand zwischen S, tireifen und Agar Agar-Nährboden 10 mm betrmg. Das Agar-Agar in den Schalen war angeimpft. Es wurde eine fast voll- ständige Wachstumshemmung erzielt.
Bei den ersten beiden Probekulturen kann unter Umständen ein anfäng- liches Wachstum gefunden werden, das jedoch vollständig gehemmt wird, wobei es niemals zu einer richtiggehenden Bildung von Kolonien kommt. Das mit Candida geimpfte AgarAgar war völlig frei von irgend- welchen Wachstumserscheinungen, während sich bei den Vengleichsproben ungehemmtes Wachstum auf der ganzen Oberfläche zeigte.
Die Zusammensetzung des antibakteriell ausgerüste- ten Materials ist selbstverständlich nicht auf die obigen Angaben beschränkt und kann in verschiedener Weise verändert werden. So können als Polymere auch Mischungen von Polymeren bzw. Polymerisaten und/oder Mischpolymeren, Block-Mischpolymeren und Pfropf Mischpolymeren verwendet werden. Duroplastische Harze und vulkanisierte Materialien kommen jedoch nicht in Betracht.