DE4007227A1 - Verfahren zur bekaempfung von schleimbildenden mikroorganismen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bekämpfung von schleimbildenden Mikroorganismen und ein schleimbekämpfendes antimikrobielles Mittel zur Verwendung in einem derartigen Ver­ fahren.

Unter Bioschleimen sollen im Rahmen dieser Anmeldung die klebri­ gen Absonderungen von Mikroorganismen, insbesondere von Bakte­ rien, und die diese Absonderungen erzeugenden Mikroorganismen selbst, soweit sie Teil der klebrigen Masse sind, verstanden werden.

Die Adhäsion von Mikroorganismen an feste Oberflächen und die Entwicklung von Bioschleimen ist ein Prozeß, der sowohl in der Natur als auch in vom Menschen geschaffenen Anlagen, zum Beispiel in Pipelines, Wasserbehandlungsanlagen und Rohrleitungen für Kühlflüssigkeiten, eine beträchtliche Rolle spielt. Zu den Mi­ kroorganismen, die in Abhängigkeit von ihren Umweltbedingungen die Zellen umhüllende Schleimschichten produzieren, die für ihre Haftung an Oberflächen der verschiedensten Art verantwortlich sind, gehören sowohl pathogene als auch apathogene Arten. Bei derartigen Mikroorganismen kommt es zur Bildung von Mikrokolonien und zur Ausbildung von Biofilmen, die sich oft als festanhaftende Strukturen erweisen. Ein wesentlicher Faktor für die relativ günstigen Wachstumsbedingungen von Mikroorganismen im industri­ ellen Bereich ist der hohe Anteil von wiederverwendeter oder in einem geschlossenen System zirkulierender Flüssigkeit.

Da sowohl aerobe als auch anaerobe Mikroorganismen zur Schleim­ bildung befähigt sind, kann das Problem der Bioschleime auch an Stellen auftreten, die nicht ständig unterhalb des Flüssigkeits­ spiegels liegen. Neben der Veränderung der Fließeigenschaften des Systems durch Viskositätsänderungen des fließenden Mediums durch gelöste oder suspendierte Schleime und der Verringerung der Rohrdurchmesser oder dem Verstopfen von Membranen durch festsit­ zende Schleime kann es durch die Wirkung extrazellulärer Enzyme oder aggressiver Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen auch zu Schädigungen der besiedelten Oberflächen selbst kommen. Man sucht deshalb schon lange nach Mitteln, die schleimbildende Mikroorga­ nismen wirksam bekämpfen.

Stoffe, die antimikrobielle Wirkung gegen frei bewegliche Bakte­ rien aufweisen und die Fließeigenschaften des fließenden Mediums in flüssigkeitsführenden Systemen nicht beeinflussen, sind prin­ zipiell auch zur Bekämpfung von schleimbildenden Bakterien ein­ setzbar. So ist die Zugabe von Chlor, Quartären Ammoniumverbin­ dungen, Zinnverbindungen, Sulfonen, Thiocarbamaten, Guanidin­ derivaten und Thiocyanaten zu den Flüssigkeiten in industriellen Kühlsystemen vorgeschlagen worden (L. E. Palmer, Chem.-Anl. Verf. 1980, 78). In Biofilmen, das heißt in von Schleim überzogenen, mehr oder weniger fest an Oberflächen haftenden Kulturen, wach­ sende Bakterien sind allerdings wegen der umhüllenden Schleim- Schutzschicht in der Regel weitaus resistenter gegenüber Bioziden als sich frei bewegende Bakterien, so daß zur Bekämpfung schleimbildender Bakterien relativ hohe Desinfektionsmittelkon­ zentrationen eingesetzt werden müssen, die unter Umständen uner­ wünschte Nebenwirkungen, zum Beispiel Schädigung des Materials, das die Mikroorganismen besiedeln, haben können. Die vollständige Abtötung von Mikroorganismen in flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen ist meist überhaupt nicht erforderlich, da einzelne frei bewegliche Bakterien, die keine Schleime bilden, normalerweise keinen wesentlichen negativen Einfluß auf die Fließeigenschaften haben.

Zur Unterdrückung der Ausbildung von Bioschleimen in flüssig­ keitsführenden Systemen technischer Anlagen ist in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 39 38 130.7 die Verwendung von Cysteinderivaten vorgeschlagen worden. Diese Verbindungen sind jedoch erst bei relativ hohen Konzentrationen wirksam.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, das unter Verwendung möglichst geringer Einsatzkonzentrationen eines antimikrobiellen Mittels die Bildung von Bioschleimen in flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen, insbesondere in wasserführenden Rohrleitungen und Kreislaufsystemen oder auch in zentralen Desinfektionsmittel-Dosieranlagen in zum Beispiel Krankenhäusern, verhindert und an Oberflächen haftende Bioschleime entfernt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das im wesentlichen darin besteht, einen aldehydischen Wirkstoff und Cystein oder ein Cysteinderivat, insbesondere L-Cystein, N- Acetyl-L-cystein, S-Acetyl-L-cystein oder deren Gemische, in zur Schleimbekämpfung wirksamen Dosierungen zum flüssigen Medium des flüssigkeitsführenden Systems zuzugeben. Vorzugsweise werden die Wirkstoffe in den Mengen zur Füssigkeit des flüssigkeitsführenden Systems zudosiert, daß in der Flüssigkeit Konzentrationen an al­ dehydischem Wirkstoff von 50 ppm bis 3000 ppm, insbesondere von 300 ppm bis 1000 ppm, und an Cysteinderivat von 50 ppm bis 2000 ppm, insbesondere von 200 ppm bis 1000 ppm, gewährleistet sind. Dies kann durch Zugabe der Einzelkomponenten, sowohl in Substanz wie auch in insbesondere wäßriger Lösung, besonders vorteilhaft jedoch durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel, die eine Kombination aus einem aldehydischen Wirkstoff mit Cystein oder Cysteinderivaten, insbesondere L-Cystein, N- Acetyl-L-cystein S-Acetyl-L-cystein und deren Gemischen, ent­ halten, erreicht werden.

Die unerwartet vorteilhafte mikrobizide Wirkung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens drückt sich dadurch aus, daß durch die Ver­ wendung einer Kombination aus einem aldehydischen Wirkstoff mit einem Cysteinderivat die Ausbildung von Bioschleimen wesentlich effektiver, das heißt bei geringeren Wirkstoffkonzentrationen, gehindert wird, als dies bei Kenntnis der Wirkung der Einzelkom­ ponenten zu erwarten war. Darüber hinaus erlaubt es das erfin­ dungsgemäße Verfahren, auch schon bestehende, schleimumhüllte, festanhaftende Bakterienkolonien und -filme von den besiedelten Oberflächen effektiv zu entfernen (Detachment).

Die erfindungsgemäßen Mittel sind vorzugsweise konzentrierte wäßrige Lösungen, die durch Zugabe von Wasser oder der das flüs­ sigkeitsführende System durchströmenden Flüssigkeit auf die ge­ wünschte Anwendungskonzentration verdünnt werden können. Bei Ein­ arbeitung fester aldehydischer Wirkstoffe oder aldehydabspalten­ der Verbindungen können die erfindungsgemäßen Mittel auch in fester Form, beispielweise als Pulver, vorliegen.

Bei dem aldehydischen Wirkstoff handelt es sich vorzugsweise um eine Verbindung aus der Gruppe umfassend die Klasse der gesät­ tigten aliphatischen Aldehyde mit 1 bis 6 C-Atomen, die Klasse der gesättigten aliphatischen Dialdehyde mit 2 bis 6 C-Atomen, die Klasse der aromatischen Dialdehyde und deren Gemische. Ge­ eignet sind insbesondere Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionalde­ hyd, Glyoxal, Malondialdehyd, Succindialdehyd, Glutardialdehyd und Phthaldialdehyd, allein oder in Gemischen. Dabei kann der aldehydische Wirkstoff als solcher oder in Form eines diesen un­ ter den Anwendungsbedingungen abspaltenden Addukts, zum Beispiel mit Aminen oder Amiden, vorliegen. Der aldehydische Wirkstoff ist in den erfindungsgemäßen Mitteln vorzugsweise in Mengen von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das vollständige Mittel, enthal­ ten.

L-Cystein ist eine natürlich vorkommende Aminosäure und wird in der Regel aus Proteinhydrolysaten gewonnen. N-Acetyl-L-cystein kann nach dem in der Patentschrift US 30 91 569 angegebenen Ver­ fahren aus L-Cystein oder seinen Salzen hergestellt werden. S- Acetyl-L-cystein kann beispielsweise nach dem Verfahren, das von G. Toennies und J. J. Kolb in J. Biol. Chem. 144 (1942), 219 be­ schrieben wurde, hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Mittel enthält vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 Gew.-% bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das vollständige Mittel, des Cysteins oder des Cysteinderivats.

Das erfindungsgemäße antimikrobielle Mittel kann darüber hinaus in mikrobiziden Mitteln übliche Bestandteile, wie Farbstoffe, Kor­ rosionsinhibitoren, Antioxidantien, Tenside und/oder Komplex­ bildner, enthalten. Diese Bestandteile sind vorzugsweise in Men­ gen nicht über 15 Gew.-%, insbesondere nicht über 5 Gew.-%, be­ zogen auf das gesamte Mittel, vorhanden.

Gegebenenfalls kann der pH-Wert der erfindungsgemäßen Schleimbe­ kämpfungsmittel durch die Zugabe geringer Mengen, insbesondere nicht über 1 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Mittel, bekannter Säuren oder Laugen auf einen für den jeweils gewünschten Anwen­ dungszweck benötigten Wert eingestellt werden. Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Mittel jedoch frei von Säuren oder Laugen.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mittel weist keine Beson­ derheiten auf. Sie erfolgt vorteilhaft durch einfaches Vermischen der Bestandteile, wobei die aldehydischen Wirkstoffe in Substanz, in Form diese freigebender Verbindungen oder, vorzugsweise bei der Herstellung flüssiger Mittel, in Form wäßriger Lösungen, wie sie teilweise handelsüblich sind, eingesetzt werden können.

Beispiele 1. Herstellung

Durch einfaches Vermischen von N-Acetyl-L-cystein mit wäßrigen Lösungen der aldehydischen Wirkstoffe wurden die in Tabelle 1 durch ihre Zusammensetzung charakterisierten Mittel M1 bis M4 hergestellt (Mengenanteile in Gew.-%).

Tabelle 1

2. Tests zur Beurteilung der mikrobiziden Wirkung 2.1. Prüfung der keimtötenden Wirkung

Durch entsprechendes Verdünnen mit Wasser wurden aus den Mitteln M1 bis M4 Lösungen erzeugt, die die in Tabelle 2 angegebenen Konzentrationen an den jeweiligen Wirkstoffen enthielten. Deren antimikrobielle Wirksamkeit wurde in einem quantitativen Sus­ pensionsversuch in Anlehnung an die Richtlinien für die Prüfung und Bewertung chemischer Desinfektionsverfahren der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM), Stand 1981, gegen schleimbildende Bakterien aus der Gattung Pseudomonas ge­ prüft. Dazu wurden jeweils 10 ml der zu prüfendenden Schleimbe­ kämpfungsmittel-Verdünnung mit 0,1 ml einer Keimsuspension (ca. 10⁹ Keime pro ml) bei 20°C vermischt. Nach einer Einwirkungszeit von 6 Stunden wurden jeweils 1 ml dieser Mischungen in jeweils 10 ml einer wäßrigen Enthemmungslösung, enthaltend 3,0 Gew.-% Tween® 80, 0,3 Gew.-% Lecithin und 0,1 Gew.-% Histidin, gege­ ben. Von diesen Proben und weiteren 1 : 10-Verdünnungsstufen wurden jeweils 0,1 ml auf Casein-Soja-Agarplatten aufgebracht. Nach Be­ brüten dieser Subkulturen (24 Stunden bei 30°C) wurde die Anzahl der vermehrungsfähigen Keime ermittelt. Zum Vergleich wurden wäßrige Lösungen der Einzelkomponenten und wirkstofffreies Wasser unter den gleichen Bedingungen getestet.

Tabelle 2

Keimzahlen pro ml

Tabelle 2 zeigt deutlich, daß die die erfindungsgemäße Kombina­ tion aus aldehydischem Wirkstoff und Cysteinderivat enthaltenden Mittel eine bedeutend stärkere antimikrobielle Wirksamkeit auf­ weisen als die nur jeweils eine Komponente der erfindungsgemäßen Kombination enthaltenden Mittel. Dies erlaubt die Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel zur Schleimbekämpfung in flüssigkeits­ führenden Systemem technischer Anlagen in deutlich geringeren Konzentrationen, als sie bei alleinigem Einsatz der aldehydischen Wirkstoffe notwendig wären.

2.2 Detachment-Test

In ein ringförmiges, mit einer Pumpe versehenes Schlauchsystem wurde ein Rohrstück, wie es in Can. J. Microbiol. 27 (1981) 910 beschrieben ist (Robbins device), in das Kunststoffstöpsel aus Polyethylen eingesetzt worden waren, integriert. Nach der Steri­ lisation dieser Anordnung im Autoklaven wurde das Schlauchsystem mit einem Nährmedium, bestehend aus 5,3 g Glukose, 5,3 g Hefeex­ trakt, 13,3 g Malzextrakt und 0,13 g Calciumcarbonat pro Liter wäßrige Lösung, gefüllt und mit einem schleimbildenden Bakte­ rienstamm, der aus der zentralen Desinfektionsmittel-Versor­ gungsleitung eines Krankenhauses isoliert worden war, beimpft. Nachdem die Nährlösung 72 Stunden im Umwälzverfahren durch das Rohrstück gepumpt worden war, war die Oberfläche der Polyethylenteile in dem Rohr zu 60 bis 70% mit einer Schleim­ schicht bedeckt. Die Nährlösung wurde entfernt und eine wäßrige Lösung, die durch Verdünnen des Mittels M4 erhalten worden war und 440 ppm Glyoxal, 225 ppm Glutaraldehyd und 500 ppm N- Acetyl-L-cystein enthielt, in das Schlauchsystem eingefüllt. Nach 24 Stunden Zirkulation war die Oberfläche der Kunststoffteile in dem Rohr nur noch zu etwa 10% von Bioschleim bedeckt. In einem Kontrollexperiment, in dem schleimbekämpfungsmittelfreies Wasser eingesetzt wurde, war die Oberfläche der Kunststoffteile noch zu etwa 50% von Bioschleim bedeckt. Bei Ausführung des gleichen Testverfahrens unter Verwendung von Kunststoffteilen aus Polyvi­ nylchlorid war die Oberfläche der Kunstoffteile zu 50%, nach Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Mittel zu 5-10% und in dem Kontrollexperiment mit Wasser zu 40% mit Bioschleim bedeckt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bekämpfung schleimbildender Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, in flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen aldehydischen Wirkstoff und Cystein und/oder ein Cystein­ derivat derart zu dem flüssigen Medium zudosiert, daß die Komponenten in zur Schleimbekämpfung wirksamen Konzentratio­ nen in der Flüssigkeit des flüssigkeitsführenden Systems vorhanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen aldehydischen Wirkstoff und Cystein und/oder ein Cysteinderivat derart zu dem flüssigen Medium zudosiert, daß der aldehydische Wirkstoff in Konzentrationen von 50 ppm bis 3000 ppm, insbesondere von 300 ppm bis 1000 ppm, und das Cysteinderivat in Konzentrationen von 50 ppm bis 2000 ppm, insbesondere von 200 ppm bis 1000 ppm, in der Flüssigkeit des flüssigkeitsführenden Systems vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Cysteinderivat aus der Gruppe umfassend L-Cystein, N- Acetyl-L-cystein, S-Acetyl-L-cystein und deren Gemische aus­ gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der aldehydische Wirkstoff aus der Gruppe um­ fassend die Klasse der gesättigten aliphatischen Aldehyde mit 1 bis 6 C-Atomen, die Klasse der gesättigten aliphatischen Dialdehyde mit 2 bis 6 C-Atomen, die Klasse der aromatischen Dialdehyde und deren Gemische ausgewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Mittel, das eine Kombination aus einem aldehydischen Wirkstoff mit Cystein und/oder Cysteinderivaten enthält, zu der Flüssigkeit zudosiert wird.

6. Mittel zur Bekämpfung von Bioschleim in flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kombination aus einem aldehydischen Wirkstoff mit Cystein und/oder Cysteinderivaten enthält.

7. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Cysteinderivat aus der Gruppe umfassend L-Cystein, N-Acetyl- L-cystein, S-Acetyl-L-cystein und deren Gemische ausgewählt wird.

8. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Cysteinderivat N-Acetyl-L-cystein ist.

9. Mittel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Cysteinderivat in Mengen von 0,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, insbesondere von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-%, enthalten ist.

10. Mittel nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der aldehydische Wirkstoff aus der Gruppe um­ fassend die Klasse der gesättigten aliphatischen Aldehyde mit 1 bis 6 C-Atomen, die Klasse der gesättigten aliphatischen Dialdehyde mit 2 bis 6 C-Atomen, die Klasse der aromatischen Dialdehyde und deren Gemische ausgewählt wird.

11. Mittel nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der aldehydische Wirkstoff in Mengen von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%, insbesondere von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, enthalten ist.