CN104145955A - 杀生物剂组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在需要快速净化和长期保存二者的碱性水性介质中抑制微生物生长的组合物和方法。所述组合物是2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺和2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇的混合物。

Description

杀生物剂组合物和方法
本申请是国际申请日为2009年7月13日、国际申请号为PCT/US2009/050372、国家申请号为200980127264.0并且发明名称为“杀生物剂组合物和方法”的申请的分案申请。
发明领域
本发明涉及用于快速净化和长期保存碱性水性介质的杀生物剂组合物和方法。该组合物包括2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺和2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇的混合物。
发明背景
工业卫生在防止成品的细菌污染和生物变质中起重要作用。术语工业卫生包括良好的家务管理实践，材料和加工设备的微生物监测，和净化原材料、生产用水、回收材料、成品和加工设备的模式。
为了用于工业卫生应用，杀生物剂组合物应该至少展示快速净化功效，从而广泛适用。例如，在油漆制造过程中的高生产率期间内，洗涤水的恒定快速再循环要求杀生物剂在相对短的期限(数分钟至数小时)内消除微生物。此外，在大量储存罐中的剩余原材料尾料(heels)(例如，胶乳、稠化剂、矿物浆、和表面活性剂)普遍变质并可以随后在添加和接触新鲜原材料时发挥污染源的作用。因此，具有快速净化活性的杀生物剂的应用有益于在即将补充储存罐前卫生处理原材料尾料。除快速净化外，杀生物剂长期保持具有防御进一步接种微生物的功能也非常重要。而且，由于需要微生物净化的水性材料经常是碱性的，所以杀生物剂组合物应该能够在所述碱性条件下提供这种延长的保存。
目前，用于净化的产品分为两类：1)快速作用，并可迅速降解的杀生物剂诸如基于2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)的产品，其中净化最经常发生在小于1小时内；和2)较慢作用并持续较长的杀生物剂，诸如基于CMIT/MIT的产品(5-氯-2-甲基-3-异噻唑酮和2-甲基-3-异噻唑酮的混合物)，其中净化发生在约24小时后并且该抗菌剂在该系统中稳定超过一周。在该第二供给(offerings)家族中，是CMIT/MIT和2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇(BNPD)的混合物。这些混合物受益于BNPD的快速抗菌作用和CMIT/MIT的较长期保存。然而，CMIT/MIT是已知的致敏物。
DBNPA是理想的杀生物剂，因为它是快速作用、低成本材料，其表现出针对广谱微生物的功效。然而，已知DBNPA在碱性溶液中经历快速水解降解。例如，Exner等，J.Agr.Food.Chem.(农业和食品化学杂志)，1973，21(5)，838-842(″Exner″)教导DBNPA“在酸性条件下稳定，但消失速度在从基本中性的pH6变为略碱性的pH8.9时增加至约450倍。在pH11.3时，DBNPA消失的半衰期(t1/2)是25秒，基本是瞬间的。”(参见Exner，第839页，右栏)。在pH8时，DBNPA的半衰期报告为2小时(在25℃)。参见Exner，第839页，表1。
BNPD在使用水平中表现出针对广谱微生物的高度活性、功效和低哺乳动物毒性，并且因此也是高度理想的杀生物剂。然而，已知BNPD在碱性pH下经历一些分解。结果，BNPD的供应商通常建议使用非碱性或仅稍微碱性的pH范围。例如，Clariant关于BNPD的产品文献建议pH3.0-7.0的范围。陶氏化学公司(Dow Chemical Company)关于BiobanTM Bronopol(BNPD产品)的产品文献教导关于该材料的最长期化学稳定性在约4-8之间的pH水平下获得。
DBNPA和BNPD的混合物已经在美国专利4,732,913中被报告有效用于多种应用，诸如冷却水和纸浆和纸张制造。然而，这些应用仅需要迅速净化该系统的快速作用杀生物剂。长期保存，尤其是该系统在最初净化后再接种微生物，通常不是关心的问题。
市场上存在对使快速微生物净化(在1小时内微生物浓度最少有4log10减小)和针对未来微生物危害的至少一周的延长防御相结合的非致敏杀生物剂的需要。另外，该杀生物剂应该在碱性条件下提供这些特征。
发明概述
在一方面，本发明提供用于在碱性水性介质中抑制微生物生长的方法，所述介质需要快速净化和长期保存二者。该方法包括使所述水性介质包含有效量的杀生物剂混合物，所述杀生物剂混合物包含2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)和2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇(BNPD)。
在第二方面，本发明提供组合物，其中短期和长期抑制微生物生长。所述组合物包括：2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)；2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇(BNPD)；和碱性水性介质。
发明详述
如上所述，本发明提供用于在碱性水性介质中抑制微生物生长的方法和组合物，其中所述介质需要快速净化和长期保存二者。用于本文中时，快速净化意指1小时内最少4log10微生物浓度减小。用于本文中时，长期保存意指水性介质抵抗在该介质中引入杀生物剂混合物后最长1周的任何时刻发生的至少一种微生物危害。
为了在碱性水性介质中提供微生物(例如，细菌、酵母、真菌和藻类)生长的快速净化和长期保存，本发明提供引入所述介质中的杀生物剂混合物，其包含2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺(DBNPA)和2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇(BNPD)。本发明人已经发现该杀生物剂混合物意外地在碱性基质中提供快速净化和长期保存最长1-2周。因此，本发明人发现被微生物污染的碱性水性介质通过该杀生物剂混合物迅速净化，并且被处理的介质在例如，3或7天后进一步抵抗所实施的第二次微生物接种的污染。通过“碱性”意指水性介质的pH高于7。优选地，pH为7.5以上，更优选8以上。在其他实施方案中，pH为8.5以上，或9以上。
本发明人的发现是惊人的，因为根据现有技术的教导，DBNPA和BNPD二者在碱性pH下均迅速分解。因此，预期这些杀生物剂在该pH下不表现出长期功效。如上所述，DBNPA本身在pH8下具有仅约2小时的半衰期，且关于BNPD推荐使用的范围为pH3-8。本发明人已经发现，DBNPA/BNPD混合物令人惊讶地实际上在以前认为通过这些碱性-不稳定分子无法获得的时间点表现出强保存力。
在碱性pH下的快速净化和长期保存在许多领域中非常重要，包括工业卫生和多种其他应用，诸如净化和保存原材料，成品和生产用水/洗涤水，其用于成品制造中，以及设备和罐清洁中。合适的工业的实例包括油漆和涂料，胶乳，矿物浆，粘合剂，去污剂，清洁剂，清洁布，汽车养护产品和在这些产品的原材料中。其他合适的工业包括油气勘探，压裂液(fracturefluid)保存，皮革鞣制，和个人护理产品。冷却塔水，纸浆和纸张应用，以及湖和泻湖不包括在本发明中，因为这些是通常不需要长期保存的工业。
优选地，本发明使用的DBNPA∶BNPD重量比约为100∶1-1∶100，更优选16∶1-1∶16，和甚至更优选5∶1-1∶5。在进一步优选的实施方案中，该重量比(DBNPA∶BNPD)为约5∶1-2∶1，特别优选地，该比是约3∶1。
优选地，两种杀生物剂以以上优选的比率预混合，并作为单一产品施用到水性介质中。然而，杀生物剂也可以分别加入水性介质，尽管这不太优选。该混合物的使用浓度可以容易地由本领域中普通技术人员确定。优选地，使用浓度为约100ppm-4000ppm，更优选约125-2000ppm，其以基于水性介质总重量的重量计。在某些实例中，可能需要快速净化或长期保存(与需要二者相对)。在这些情形中，可以容易地相应调节所需的杀生物剂的量。
优选地，杀生物剂在水和二元醇(glycol)或其他合适溶剂中配制在一起作为混合物。关于该优选的实施方案，该混合物的总活性浓度为优选约5％-约90％，更优选约10％-约30％，其以重量计。
可以在水性介质中引入其他杀生物剂。然而，优选如果存在CMIT/MIT，则其基于水性介质总重的浓度小于15ppm，更优选小于5ppm。甚至更优选地，水性介质无CMIT/MIT。这是因为CMIT/MIT是已知的皮肤致敏物。
如上所述，DBNPA/BNPD混合物有效用于需要快速净化和长期保存二者的碱性水性介质中。该混合物优选用于净化原材料，成品，生产用水/洗涤水和设备，其用于多种工业，包括油漆和涂料、胶乳、矿物浆、粘合剂、去污剂、清洁剂、清洁布和汽车养护产品。
以下实施例举例说明本发明但不意欲限制其范围。
实施例
在市售水基胶乳(获自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)的UCAR Latex 626)和无品牌(generic)矿物浆样品中测试DBNPA，BNPD，和DBNPA-BNPD(3∶1w/w)组合的抗菌剂特征。市售胶乳的pH值不同，从微酸性到碱性。为了该研究的目的，选择具有碱性pH(8.7)的胶乳，因为已知BNPD和DBNPA二者均在碱性pH下具有有限的化学稳定性。矿物浆的pH不同，但是它们通常是碱性的。为了该研究的目的，选择具有pH8.35的二氧化钛浆。
胶乳和矿物浆二者在测试前均无污染。在时间0点，对测试基质接种微生物库(如下列出)，直到总浓度为5x106CFU/ml。将污染的样品的等分试样称重到一系列无菌容器中，随后添加获得理想浓度所需的合适量的杀生物剂。在各评估中包括对照样品，其缺少杀生物剂。在杀生物剂添加后，样品彻底混合，并取出等分试样并在不同的时间点划线接种于胰胨豆胨琼脂平板(tryptic soy agar plate)，从而计数存活的微生物。全部琼脂平板在评估可生存细菌前在30℃温育72小时。在所有产生的结果中，与对照样品相比，最少4log10微生物浓度减小认为是显著功效。
微生物：24小时胰胨豆胨肉汤培养物等份混合，从而以5x106CFU/ml的终浓度制剂接种。使用的生物体：铜绿假单孢菌(Pseudomonasaeruginosa)(ATCC#15442)，铜绿假单孢菌(ATCC#10145)，金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)(ATCC#6538)，洋葱伯克霍尔德氏菌(Burkholderia cepacia)(ATCC#25416)，荧光假单孢菌B(Pseudomonasfluorescens B)(环境隔离群)，食油假单孢菌(Pseudomonas oleovorans)(环境隔离群)，硫磺肠球菌(Enterococcus sulfureus)(环境隔离群)。
为了评估杀生物剂的快速净化功效，在最初接种后60分钟时取出等分试样，并划线接种到胰胨豆胨琼脂平板上，以计数存活的微生物。将样品分别保存在环境条件下3天或7天，在该时间点实施第二次接种，以测试杀生物剂的长期保存功效。在第二次接种后4h和/或24h或48h，取出等分试样，并划线接种到胰胨豆胨琼脂平板上，以计数存活的微生物。
协同作用：利用公式1测量和计算本文中报告的协同作用指数。在该方法中，1的协同作用指数(SI)表示相加性。如果该协同作用指数小于1，则已经发生协同作用，而大于1的协同作用指数描述对抗性。
协同作用指数＝CA/Ca+CB/Cb  (1)
其中：
Ca＝抗菌剂A，单独地产生预定终点的浓度
Cb＝抗菌剂B，单独地产生预定终点的浓度
CA和CB＝抗菌剂A和B，分别地，在混合物中共同地，产生预定终点的浓度
关于UCAR Latex 626的功效结果
如预期地，单独的DBNPA，在140ppm活性浓度下，在从最初接种开始1h后，有效净化胶乳。BNPD，甚至在最高测试活性浓度(600ppm)下，没有在1小时内获得4log10细菌浓度减小。120ppm活性DBNPA和35ppm活性BNPD的组合有效净化样品，并且在该时间点获得小于0.92的协同作用指数。该组合的真实值，和非常意外的结果是三天时间点时的第二次接种后的表现。该第二次接种后4小时，最大测试浓度的各种活性不实现净化，而177.5ppm DBNPA和59.2ppm BNPD的组合是有效的(SI＜0.54)。从该第二次接种开始24h后，发现BNPD(95.7ppm活性)有效。然而，该组合在非常低浓度的两种活性条件下有效(SI＝0.29)。甚至更令人惊讶地，当第二次接种在从最初接种时刻开始7天后进行时，组合中相对小浓度的两种活性在24小时内实现净化(80.9ppm DBNPA和27ppmBNPD)。单独的DBNPA即使在最大测试浓度下也未实现净化，而在单独使用时需要95.7ppm BNPD。基于该数据计算协同作用指数0.48。这的确非常意外，因为常规常识预测这两种活性成分在该稍后的时间点应该失活。
类似的结果在矿物浆中观察到。对于这些实验，在从最初接种开始30分钟后取出等分试样，并评估细菌含量。发现DBNPA(处于23.4ppm)以及DBNPA和BNPD(3∶1活性成分wt比)组合(17.6ppm DBNPA和5.9ppmBNPD)有效，而BNPD，在最高测试浓度600ppm活性下，在该非常早的时间点时无效。关于该组合的协同作用指数为0.76。而且，出乎意料地，该组合有效保护矿物浆以避免7天后实施的第二次接种。因此，在第二次接种后48小时分析的等分试样中，400ppm DBNPA或35.1ppm BNPD，在单独使用时，有效获得4log10微生物减少。通过比较，26.4ppm DBNPA和8.8ppm BNPD的组合获得所需的4log10微生物减少。显著的协同作用(协同作用指数0.32)在该稍后的时间点观察到，这支持DBNPA-BNPD组合的效能。
比较实施例。在这两种基质中，单独的CMIT/MIT或与BNPD组合的CMIT/MIT(以Acticide LA销售)不能实现如本文中定义的快速净化。这两种产品有效长期保存(且在一些实例中，对长期保存表现出协同作用，但是不能一起提供快速净化和长期保存。注意到这些是非常重要的，即15ppm CMIT浓度是欧洲通过R43施加的皮肤敏化极限(参见指令67/548/EEC的附件I)。
尽管本发明已经在上文中根据其优选的实施方案来描述，但是它可以在本发明内容的精神和范围内改进。本申请因此意欲包括利用本文中公开的一般原理实现的本发明的任何变化、应用、或适应。此外，本申请意欲包括在本发明所属领域中的已知或惯例实践范围内并属于以下权利要求限定范围内偏离本发明内容的那些。

Claims (6)

1.用于在需要快速净化和长期保存二者的碱性水性介质中抑制微生物生长的方法，所述方法包括使所述碱性水性介质包括有效量的杀生物剂混合物，所述杀生物剂混合物包含2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺和2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇，其中不包括纸浆和纸张应用，其中2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺与2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇的重量比为5∶1-2∶1，并且其中被处理的介质在3或7天后进一步抵抗所实施的第二次微生物接种的污染。
2.根据权利要求1的方法，其中2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺和2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇以基于所述水性介质总重的总初始浓度约100ppm-约4000ppm包括在所述水性介质中。
3.根据权利要求1-2的方法，其中所述碱性水性介质具有7.5以上的pH。
4.根据权利要求1-2的方法，其中所述碱性水性介质是原材料，成品和成品制造中使用的生产用水/洗涤水，以及在油漆和涂料、胶乳、矿物浆、粘合剂、去污剂、清洁剂、清洁布、汽车养护产品、和在这些产品的原材料、油气勘探、压裂液保存、皮革鞣制、和个人护理产品中的设备和罐清洁中使用的生产用水/洗涤水。
5.根据权利要求1-4的方法，其中所述需要长期保存和快速净化二者的碱性水性介质在一周期间内仅被所述杀生物剂混合物处理一次。
6.根据权利要求1-5的方法，其中所述水性介质含有小于15ppmCMIT/MIT。
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