DE4028245A1 - 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 Verfahren.

Unter Bioschleimen sollen im Rahmen dieser Anmeldung die klebrigen Absonderungen von Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien, 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 Mikroorganismen, 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 industriellen Bereich ist der hohe Anteil von wiederverwendeter oder in einem geschlossenen System zirkulierender Flüssigkeit.

Da sowohl aerobe als auch anaerobe Mikroorganismen zur Schleimbildung befähigt sind, kann das Problem der Bioschleime auch an Stellen auftreten, die nicht ständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 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 festsitzende 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 Mikroorganismen wirksam bekämpfen.

Stoffe, die antimikrobielle Wirkung gegen frei bewegliche Bakterien aufweisen und die Fließeigenschaften des fließenden Mediums in flüssigkeitsführenden Systemen nicht beeinflussen, sind prinzipiell auch zur Bekämpfung von schleimbildenden Bakterien einsetzbar. So ist die Zugabe von Chlor, Zinnverbindungen, Sulfonen, Thiocarbamaten, Guanidinderivaten und Thiocyanaten zu den Flüssigkeiten in industriellen Kühlsystemen vorgeschlagen worden (L. E. Plamer, Chem.-Anl. Verf. 1980, 78). In Biofilmen, das heißt in von Schleim überzogenen, mehr oder weniger fest an Oberflächen haftenden Kulturen, wachsende 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 Desinfektionsmittelkonzentrationen eingesetzt werden müssen, die unter Umständen unerwünschte 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 flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 39 38 130.7 die Verwendung von Cysteinderivaten vorgeschlagen worden.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 40 07 227.4 wird ein Verfahren zur Bekämpfung von Bioschleimen durch den Einsatz von Cysteinderivaten in Kombination mit aldehydischen Mikrobiziden vorgeschlagen.

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 möglichst auch an Oberflächen haftende Bioschleime entfernt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das im wesentlichen darin besteht, Cystein und/oder ein Cysteinderivat, insbesondere L-Cystein, N-Acetyl-L-cystein, S-Acetyl-L-cystein oder deren Gemische, und eine antimikrobiell wirksame quartäre Ammoniumverbindung in zur Schleimbekämpfung wirksamen Dosierungen zum flüssigen Medium des flüssigkeitsführenden Systems zuzugeben. Die quartäre Ammoniumverbindung wird dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend die mit C₁₀- bis C₂₂-Alkylgruppen N-alkylierten, gegebenenfalls halogen- und/oder mit C₁- bis C₄-Alkylgruppen substituierten Pyridine, die mit C₁- bis C₁₈-Alkyl- oder Benzylgruppen N,N′-dialkylierten, gegebenenfalls mit C₁- bis C₁₈-Alkylgruppen substituierten Imidazoline, und die Verbindungen der Formel I,

in der R¹ und R² unabhängig voneinander Alkylreste mit jeweils 1 bis 3 C-Atomen oder Benzyl-, halogenierte oder alkylierte Benzylreste, R³ und R⁴ unabhängig voneinander Alkyl-, Benzyl- oder halogenierte oder alkylierte Benzylreste mit jeweils 7 bis 22 C-Atomen und X^- ein Anion aus der Gruppe umfassend Sulfat, Hydrogensulfat, die Halogenide und Carboxylate bedeuten, sowie deren Gemische.

Vorzugsweise werden die Wirkstoffe in den Mengen zur Flüssigkeit des flüssigkeitsführenden Systems zudosiert, daß in der Flüssigkeit Konzentrationen an quartärer Ammoniumverbindung von 10 ppm bis 500 ppm, insbesondere von 50 ppm bis 250 ppm, und an Cysteinderivat von 50 ppm bis 1000 ppm, insbesondere von 100 ppm bis 500 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 Cystein und/oder Cysteinderivaten, insbesondere L-Cystein, N-Acetyl-L-cystein, S-Acetyl-L-cystein und deren Gemischen, mit einer quartären Ammoniumverbindung, ausgewählt aus der Gruppe umfassend die mit C₁₀- bis C₂₂-Alkylgruppen N-alkylierten, gegebenenfalls halogen- und/oder mit C₁- bis C₄-Alkylgruppen substituierten Pyridine, die mit C₁- bis C₁₈-Alkyl- oder Benzylgruppen N,N′-dialkylierten, gegebenenfalls mit C₁- bis C₁₈-Alkylgruppen substituierten Imidazoline, und die Verbindungen der Formel I,

in der R¹ und R² unabhängig voneinander Alkylreste mit jeweils 1 bis 3 C-Atomen oder Benzyl- oder halogenierte oder alkylierte Benzylreste, R³ und R⁴ unabhängig voneinander Alkyl-, Benzyl- oder halogenierte oder alkylierte Benzylreste mit jeweils 7 bis 22 C-Atomen und X^- ein Anion aus der Gruppe umfassend Sulfat, Hydrogensulfat, die Halogenide und Carboxylate bedeuten, sowie deren Gemische, enthalten, erreicht werden. Die Gegenanionen der genannten Pyridinium- oder Imidazolinium-Kationen werden dabei ebenfalls aus der X^- in Formel I entsprechenden Gruppe ausgewählt.

Cystein und die Cysteinderivate können als solche oder in Form ihrer Salze, insbesondere ihrer Alkalisalze, eingesetzt werden. Auch die Verwendung ihrer Säureaddukte, beispielsweise der Hydrochloride, ist möglich.

Die unerwartet vorteilhafte mikrobizide Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens drückt sich dadurch aus, daß durch die Verwendung einer Kombination aus quartärer Ammoniumverbindung mit Cystein und/oder einem Cysteinderivat die Ausbildung von Bioschleimen wesentlich effektiver, das heißt bei geringeren Wirkstoffkonzentrationen, gehindert wird, als dies bei Kenntnis der Wirkung der Einzelkomponenten zu erwarten war. Darüber hinaus erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, auch schon bestehende, schleimumhüllte, fest anhaftende Bakterienkolonien und -filme von den besiedelten Oberflächen effektiv zu entfernen.

Bei der im erfindungsgemäßen Verfahren und in den erfindungsgemäßen Mitteln eingesetzten quartären Ammoniumverbindung handelt es sich vorzugsweise um mit C₁₀- bis C₁₈-Alkylgruppen N-alkylierte Pyridiniumverbindungen, N,N′-dialkylierte, in 2-Position C₁- bis C₁₈-Alkyl- substituierte 2-Imidazoliniumverbindungen und/oder Verbindungen gemäß Formel I, in denen R¹ und R² Methylreste, R³ einen Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen oder einen Benzyl- oder chlorierten Benzylrest, und R⁴ einen Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen bedeuten. Beispiele hierfür sind N-Decylpyridiniumchlorid, N-Dodecylpyridiniumchlorid, N-Tetradecylpyridiniumchlorid, N-Hexadecylpyridiniumchlorid, 1,3-Dimethyl-2-heptyl-imidazoliniumchlorid, 1,3-Dimethyl-2- nonyl-imidazoliniumchlorid, 1-Methyl-2-heptadecyl-3-benzyl-imidazoliniumchlorid, 1-Decyl-2,3-dimethyl-imidazoliniumchlorid, 1-Dodecyl-2-methyl-3- benzyl-imidazoliniumchlorid, 1-Benzyl-2-methyl-3-octadecyl-imidazoliniumchlorid, 1-Benzyl-2-methyl-3-dodecyl-imidazoliniumchlorid, Dimethyl-dioctyl- ammoniumchlorid, Didecyl-dimethyl-ammoniumchlorid, Didodecyl-dimethylammoniumchlorid, Dimethyl-ditetradecyl-ammoniumchlorid, Dihexadecyl- dimethylammoniumchlorid, Dimethyl-dioctadecyl-ammoniumchlorid, Decyl-dimethyl- octyl-ammoniumchlorid, Dimethyldodecyloctylammoniumchlorid, Benzyl- decyl-dimethyl-ammoniumchlorid, Benzyl-dimethyl-dodecyl-ammoniumchlorid, Benzyl-dimethyl-tetradecyl-ammoniumchlorid, Chlorbenzyl-decyl-dimethyl- ammoniumchlorid, Decyl-(dichlorbenzyl)-dimethyl-ammoniumchlorid
und die entsprechenden Verbindungen, die als Anionen statt Chlorid Bromid, Jodid, Sulfat, Acetat oder Propionat enthalten. Die quartäre Ammoniumverbindung ist in den erfindungsgemäßen Mitteln vorzugsweise in Mengen von 0,5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere von 2 Gew.-% bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das vollständige Mittel, enthalten.

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 Verfahren aus L-Cystein oder seinen Salzen hergestellt werden. S-Acetyl-L-cystein kann beispielsweise nach dem Verfahren, das von Y. Trudelle und A. Caille in Int. J. Peptide Protein Res. 10 (1977), 291 beschrieben wurde, hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Mittel enthält vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf das vollständige Mittel, des Cysteins oder des Cysteinderivats.

Das erfindungsgemäße Schleimbekämpfungsmittel kann darüber hinaus in mikrobiziden Mitteln übliche Bestandteile, wie Farbstoffe, Korrosionsinhibitoren, Antioxidantien, Tenside und/oder Komplexbildner, sowie gegebenenfalls weitere antimikrobiell wirksame Verbindungen enthalten. Diese Bestandteile sind vorzugsweise in Mengen nicht über 15 Gew.-%, insbesondere nicht über 5 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Mittel, vorhanden.

Gegebenenfalls kann der pH-Wert des erfindungsgemäßen Schleimbekämpfungsmittels 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 Anwendungszweck benötigten Wert eingestellt werden. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Mittel jedoch frei von Säuren- oder Laugenzusätzen.

Die erfindungsgemäßen Mittel können als konzentrierte wäßrige Lösungen, die durch Zugabe von Wasser oder der das flüssigkeitsführende System durchströmende Flüssigkeit auf die gewünschte Anwendungskonzentration verdünnt werden, vorliegen. Bei Einarbeitung fester quartärer Ammoniumverbindungen liegen die erfindungsgemäßen Mittel jedoch vorzugsweise in fester Form, beispielsweise als Pulver, vor.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mittel weist keine Besonderheiten auf. Sie erfolgt in der Regel durch einfaches Vermischen der Bestandteile, wobei die quartäre Ammoniumverbindung in Substanz oder, vorzugsweise bei der Herstellung flüssiger Mittel, in Form wäßriger Lösungen, wie sie teilweise handelsüblich sind, eingesetzt werden kann.

Beispiele Beispiel 1

Durch einfaches Vermischen von N-Acetyl-L-Cystein mit wäßrigen Lösungen der quartären Ammoniumverbindungen wurden die in Tabelle 1 durch ihre Zusammensetzung charakterisierten Mittel M1 und M2 hergestellt (Mengenanteile in Gew.-% Aktivsubstanz).

Tabelle 1

Beispiel 2 Prüfung der keimtötenden Wirkung

Durch entsprechendes Verdünnen mit Wasser wurden aus den Mitteln M1 und M2 Lösungen erzeugt, die die in Tabelle 2 angegebenen Konzentrationen an den jeweiligen Wirkstoffen enthielten. Deren antimikrobielle Wirksamkeit wurde in einem quantitativen Suspensionsversuch 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 (Enterobacter cloacae) geprüft. Dazu wurden jeweils 10 ml der zu prüfenden Schleimbekämpfungsmittel-Verdünnung mit 0,1 ml einer Keimsuspension (ca. 4×10⁹ Keime pro ml) bei 20°C vermischt. Nach einer Einwirkungszeit von 6 Stunden beziehungsweise 24 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, gegeben. Von diesen Proben und weiteren 1 : 10 Verdünnungsstufen wurden jeweils 0,1 ml auf Casein-Soja-Agarplatten aufgebracht. Nach Bebrüten 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 erfindungsgemäßen Kombinationen aus quartärer Ammoniumverbindung und Cysteinderivat stärkere beziehungsweise schnellere antimikrobielle Wirksamkeiten aufweisen als die nur jeweils eine Komponente der erfindungsgemäßen Kombination enthaltenden Mittel. Dies erlaubt die Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel zur Schleimbekämpfung in flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen in deutlich geringeren Konzentrationen, als sie bei alleinigem Einsatz der quartären Ammoniumverbindung notwendig wären.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bekämpfung schleimbildender Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, in flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß man Cystein und/oder ein Cysteinderivat, insbesondere L-Cystein, N-Acetyl-L-cystein, S-Acetyl-L-cystein und deren Gemische, und eine antimikrobiell wirksame quartäre Ammoniumverbindung derart zu dem flüssigen Medium zudosiert, daß die Komponenten in zur Schleimbekämpfung wirksamen Konzentrationen in der Flüssigkeit des flüssigkeitsführenden Systems vorhanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine quartäre Ammoniumverbindung und Cystein und/oder ein Cysteinderivat derart zu dem flüssigen Medium zudosiert, daß die quartäre Ammoniumverbindung in Konzentrationen von 10 ppm bis 500 ppm, insbesondere von 50 ppm bis 250 ppm, und Cystein oder das Cysteinderivat in Konzentrationen von 50 ppm bis 1000 ppm, insbesondere von 100 ppm bis 500 ppm, in der Flüssigkeit des flüssigkeitsführenden Systems vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die quartäre Ammoniumverbindung aus der Gruppe umfassend die Verbindungen der Formel I, in der R¹ und R² unabhängig voneinander Alkylreste mit jeweils 1 bis 3 C-Atomen oder Benzyl-, halogenierte oder alkylierte Benzylreste, R³ und R⁴ unabhängig voneinander Alkyl-, Benzyl- oder halogenierte oder alkylierte Benzylreste mit jeweils 7 bis 22 C-Atomen und X^- ein Anion aus der Gruppe umfassend Sulfat, Hydrogensulfat, die Halogenide und Carboxylate bedeuten, sowie deren Gemische ausgewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die quartäre Ammoniumverbindung aus den Verbindungen der Formel I, in denen R¹ und R² Methylreste, R³ einen Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen oder einen Benzyl- oder chlorierten Benzylrest und R⁴ einen Alkylrest mit 8 bis 18 C-Atomen bedeuten und deren Gemischen ausgewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die quartäre Ammoniumverbindung aus der Gruppe umfassend die mit C₁₀- bis C₂₂-Alkylgruppen N-alkylierten, gegebenenfalls halogen- und/oder mit C₁- bis C₄-Alkylgruppen substituierten Pyridine und die mit C₁- bis C₁₈-Alkyl- oder Benzylgruppen N,N′-dialkylierten, gegebenenfalls mit C₁- bis C₁₈-Alkylgruppen substituierten Imidazoline sowie deren Gemische ausgewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die quartäre Ammoniumverbindung aus der Gruppe umfassend die mit C₁₀- bis C₁₈-Alkylgruppen N-alkylierten Pyridine und die in 2-Position C₁- bis C₁₈-Alkyl-substituierten N,N′-dialkylierten 2-Imidazoline sowie deren Gemische ausgewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel, das eine Kombination aus einer quartären Ammoniumverbindung mit Cystein und/oder einem Cysteinderivat enthält, zu der Flüssigkeit zudosiert wird.

8. Mittel zur Bekämpfung von Bioschleim in flüssigkeitsführenden Systemen technischer Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kombination aus Cystein und/oder einem Cysteinderivat, insbesondere L-Cystein, N-Acetyl-L-cystein, S-Acetyl-L-cystein und deren Gemische, mit einer antimikrobiell wirksamen quartären Ammoniumverbindung enthält.

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

10. Mittel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Cystein und/oder das Cysteinderivat in Mengen von 0,5 Gew.-% bis 75 Gew.-%, insbesondere von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, und die quartäre Ammoniumverbindung in Mengen von 0,5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere von 2 Gew.-% bis 20 Gew.-%, enthalten ist.