ES2208742T3 - Procedimiento para el tratamiento de sistemas acuosos para inhibir la proliferacion microbiana en superficies en contacto con los mismos. - Google Patents
Procedimiento para el tratamiento de sistemas acuosos para inhibir la proliferacion microbiana en superficies en contacto con los mismos.Info
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Abstract
SE DESCUBRE UN TRATAMIENTO PARA INHIBIR LA ADHESION MICROBIANA SOBRE SUPERFICIES EN CONTACTO CON UN SISTEMA ACUOSO, QUE COMPRENDE AÑADIR AL SISTEMA UN SURFACTANTE DE ALQUILSULFOSUCCINATO. EN UNA REALIZACION PREFERIDA, LA COMBINACION DE UN SURFACTANTE DE ALQUILSULFOSUCCINATO Y UN BLOQUE DE COPOLIMERO SE AÑADE AL SISTEMA CON EL OBJETIVO DE LOGRAR LA EFICACIA.
Description
Procedimiento para el tratamiento de sistemas
acuosos para inhibir la proliferación microbiana en superficies en
contacto con los mismos.
La presente invención se refiere a un tratamiento
químico de un sistema acuoso que inhibe la colonización microbiana
de superficies en contacto con el sistema. El tratamiento impide
esencialmente la adhesión de microbios a las superficies
manteniendo al mismo tiempo la viabilidad de los microbios en el
sistema, lo que permite la descarga de los microbios de dicho
sistema.
La adhesión bacteriana a superficies
prácticamente en cualquier entorno acuático no estéril es un
fenómeno muy conocido. Los esfuerzos industriales para evitar la
colonización o para limpiar superficies sucias producen costosos
gastos en una serie de sectores industriales. Frecuentemente, estos
gastos se destinan a programas de limpieza que incluyen el uso de
agentes tensioactivos. Los agentes tensioactivos se emplean
normalmente en programas de tratamiento de aguas como agentes que
se considera desempeñan un papel en la eliminación de masas
orgánicas de superficie, en el aumento de la eficacia biocida o en
la mejora de la miscibilidad en agua de diversos agentes biocidas.
Los agentes tensioactivos también se emplean normalmente en la
industria agroquímica, en particular para intensificar el efecto de
herbicidas. Esto se logra utilizando los agentes tensioactivos para
alterar el comportamiento superficial de las gotas aplicadas,
aumentando al máximo su interacción con la superficie de la
hoja.
Existen numerosos ejemplos de agentes
tensioactivos que pueden inhibir la colonización de superficies
inhibiendo el desarrollo general de los organismos en el entorno
objetivo. La mayor parte de los agentes tensioactivos,
independientemente de su clase, muestran una inhibición determinada
de la colonización superficial cuando se utilizan en
concentraciones suficientemente altas para impedir el desarrollo
bacteriano. En la industria del tratamiento de aguas, los agentes
tensioactivos más conocidos que imparten una cierta resistencia a
la colonización a superficies sumergidas son los agentes
tensioactivos de amina cuaternaria, que también actúan como
biocidas. Sin embargo, incluso los agentes tensioactivos no iónicos
relativamente suaves pueden mostrar efectos tóxicos en microbios,
por ejemplo bacterias u hongos, pero la concentración de agentes
tensioactivos no iónicos necesaria para mediar en la toxicidad es en
general considerablemente mayor que la de los agentes tensioactivos
catiónicos.
Los ejemplos de control atóxico de la
colonización superficial requieren típicamente el uso de altas
concentraciones de agentes tensioactivos no factibles en las
industrias de tratamiento de aguas en las que se tratan miles o
millones de galones de agua.
La presente invención se refiere al uso de
agentes tensioactivos que actúan inhibiendo la adhesión microbiana
a superficies en contacto con un sistema acuoso. Los materiales de
la presente invención se han utilizado previamente en sectores
tales como la humectación de fibras en la industria textil. Estos
materiales inhiben la adhesión en concentraciones por debajo de las
que se ha observado toxicidad para los organismos ensayados.
La Figura 1 ilustra la inhibición de la
colonización de P.aeruginosa en acero inoxidable mediante
sulfosuccinato de dinonilo.
La Figura 2 ilustra la reducción de la tensión
superficial dinámica mediante la adición de sulfosuccinato de
dinonilo.
La Figura 3 ilustra la colonización superficial
en una fábrica de papel fino alcalino. La biomasa está indicada en
nanogramos (ng)/cm^{2}.
De acuerdo con la presente invención se
proporciona un método para inhibir la colonización microbiana de
superficies en contacto con un sistema acuoso impidiendo
esencialmente la adhesión de microbios a las superficies y
manteniendo al mismo tiempo la viabilidad de los microbios en el
sistema, lo que permite la descarga de los microbios de dicho
sistema, método que consiste en añadir al sistema un agente
tensioactivo de sulfosuccinato de alquilo y un agente tensioactivo
de copolímero de bloques de
polioxietileno-polioxipropileno, añadiéndose el
sulfosuccinato de alquilo y el copolímero de bloques de
polioxietileno-polioxipropileno colectivamente al
sistema acuoso en una cantidad entre 1 y 150 partes con respecto a 1
millón de partes del sistema acuoso. La presente invención impide
la adhesión de microbios a las superficies manteniendo la
viabilidad de los microbios en la corriente de proceso del sistema,
lo que permite su descarga de dicho sistema.
La presente invención inhibe esencialmente el
alcance de la colonización bacteriana de superficies sin mostrar
toxicidad para la población objetivo, permitiendo así la descarga
de los microbios del sistema.
Se supone que el tratamiento de la presente
invención también proporcionará una corriente de productos
residuales con una toxicidad notablemente reducida para los
mamíferos, siendo así menos contaminante para el medio ambiente que
los protocolos actuales, que se basan en biocidas tóxicos.
Los agentes tensioactivos de sulfosuccinato
aniónico con longitudes de cadena de dialquilo de aproximadamente
7-10 carbonos (es decir, conteniendo cada cadena
7-10 carbonos) serán los más eficaces para los
objetivos de la presente invención. En teoría, la mayor eficacia se
logrará cuando la cadena de alquilo esté mínimamente ramificada,
teniendo lugar cualquier ramificación eventual en el extremo distal
de la cadena de alquilo.
El método de la presente invención demuestra la
capacidad de un agente tensioactivo para inhibir la colonización de
superficies en concentraciones infeeriores a las que provocan un
disminución de la cantidad de microbios viables, por ejemplo
bacterias u hongos. Esta metodología de control "compatible con
el medio ambiente" impide la adhesión bacteriana sin reducir la
cantidad de microbios viables. Además, las sustancias químicas
utilizadas en este tratamiento esencialmente atóxico de la presente
invención son biodegradables (sulfosuccinatos de alquilo).
Para demostrar la eficacia de la presente
invención se desarrolló un método que permitía examinar la
capacidad de los agentes tensioactivos para inhibir los pasos de
colonización iniciales. Este método implicaba la colonización de
discos de acero inoxidable comercialmente disponibles por bacterias
en presencia/ausencia de agentes tensioactivos. La cantidad de
bacterias en un grupo de discos se determinó mediante métodos
estándar.
Como organismo para estos estudios se eligió la
especie bacteriana Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa)
porque frecuentemente se ha demostrado que esta especie se
encuentra entre los principales colonizadores de superficies
sumergidas. Además, estos organismos se encuentran prácticamente por
todas parte en entornos acuáticos naturales y, por consiguiente, es
de suponer que se encuentren en corrientes de agua de proceso de
diversas industrias; la cepa utilizada era una cepa aislada de
fábrica de papel.
Los productos que demostraron ser eficaces para
reducir al mínimo la colonización inicial se examinaron
adicionalmente en cuanto a una relación
dosis-respuesta con respecto a la inhibición de la
colonización. La Figura 1 muestra los resultados del ensayo
dosis-respuesta utilizando el producto preferente
de la presente invención, un sulfosuccinato de dinonilo, a lo largo
de un período de colonización de tres horas.
Dado que, por definición y en la práctica, los
agentes tensioactivos son compuestos que reducen la tensión
superficial del medio al que son añadidos, se examinó la
correlación entre la reducción de la tensión superficial y la
inhibición de la colonización. Tal como se menciona más arriba, los
experimentos de superficie de acero inoxidable se utilizaron para
generar curvas de dosis-respuesta que reflejan el
alcance de la colonización utilizando diversos agentes
tensioactivos. También se generaron datos relativos a la disminución
de la tensión superficial de los medios provocada por la presencia
de los agentes tensioactivos en las concentraciones utilizadas en
las curvas dosis-respuesta. Estos datos se
presentan en la Figura 2. Esta figura muestra una reducción
esencial de la tensión superficial provocada por tan sólo 0,5 ppm
del producto activo.
El material preferente de la presente invención,
aunque mostraba una caída inmediata y pronunciada de la tensión
superficial con 0,5 ppm de ingrediente activo, no mostraba una
inhibición de la colonización correspondientemente pronunciada
(Figura 1). Además, la concentración crítica de micelas se producía
con aproximadamente 2,8 ppm del material preferente, mientras que la
caída más pronunciada de la colonización superficial se observaba
con concentraciones entre aproximadamente 10 y 12 ppm. No obstante
se producía un incremento continuado, aunque más moderado, del
impedimento de colonización bacteriana, correspondiente a las
concentraciones crecientes del agente tensioactivo en el medio.
También se llevaron a cabo experimentos para
examinar si las bacterias presentes en el sistema de ensayo de
disco de acero inoxidable modificaban la tensión superficial en
virtud de la producción potencial de bioagentes tensioactivos. No
se observó ninguna evidencia de reducción de la tensión superficial
del medio como resultado directo de la adición de bacterias al
sistema de ensayo ni como resultado del desarrollo de las bacterias
en el curso del experimento de tres horas. Esto confirmaba que los
resultados de los experimentos de tensión superficial arriba
mencionados dependían de la adición del agente tensioactivo
químico.
También se llevaron a cabo experimentos de ángulo
de contacto con el agente tensioactivo añadido al medio y aplicado
sobre la superficie de los discos de acero inoxidable para
determinar el efecto de la adición de los agentes tensioactivos en
la tensión interfacial entre el medio y las superficies de acero.
Estos experimentos se llevaron a cabo con el compuesto preferente de
la presente invención en diferentes concentraciones. Los resultados
indicaban que con aproximadamente 2,5 ppm del agente tensioactivo
se obtenía un ángulo de contacto mínimo (y una
"humectabilidad" superficial máxima). Por consiguiente, estos
resultado apoyan la opinión de que la reducción observada en la
colonización superficial, en presencia del material preferente de la
invención, no está estrictamente relacionada con una interacción
física del agente tensioactivo con el medio o con las superficies
de acero.
Después de demostrar la capacidad de los agentes
tensioactivos seleccionados para impedir la colonización de acero
inoxidable en un sistema de ensayo relativamente estático, los
agentes tensioactivos se examinaron para comprobar si presentaban
una eficacia similar a lo largo de períodos más prolongados. Esto
se llevó a cabo mediante el uso de ensayos de colonización "a
largo plazo" para determinar la eficacia de estos productos a lo
largo de un período de aproximadamente 24 horas o más. Para este
estudio se emplearon bucles de recirculación de colonización con
probetas desmontables. A través de los dispositivos de colonización
se recircularon cultivos de bacterias complementados con el agente
tensioactivo preferente de la presente invención, y el alcance de
la colonización de las superficies de acero se comparó, a lo largo
del tiempo, con un dispositivo de control concurrente. Los sistemas
generales funcionaban bajo condiciones de cultivo continuo.
El tiempo de acción del agente tensioactivo
preferente de la presente invención era muy diferente al observado
en los ensayos estáticos. En estos experimentos, durante la fase de
colonización inicial (primeras seis horas) no había prácticamente
ninguna diferencia entre las colonizaciones de los dos
dispositivos. Antes de aproximadamente ocho horas de colonización se
observó una pequeña diferencia en el alcance de la colonización.
Esta diferencia aumentó antes de 30 horas, momento en el que se
observó una población notablemente menor en 0,77 log_{10} en las
superficies tomadas del dispositivo tratado con el agente
tensioactivo preferente. También es importante señalar que la
reducción de la colonización no está provocada por un efecto tóxico
significativo en las bacterias (véase la Tabla 1).
Obsérvese que la presente invención también puede
ser eficaz sobre superficies diferentes del acero inoxidable, por
ejemplo superficies acrílicas, cerámicas o metálicas. Así, se
podrán beneficiar de la presente invención otros sistemas acuosos,
tal como el laboreo de metales, y sistemas de aceite y gas.
Una realización preferente de la presente
invención (es decir, la sal sódica de sulfosuccinato de dinonilo)
se ensayó en un dispositivo de corriente lateral en una fábrica de
papel fino alcalino. El ensayo se llevó a cabo utilizando un
dispositivo de corriente lateral que permitía la toma concurrente de
muestras tanto de superficies de control como de superficies
tratadas y agua de fase en bloque asociada. El tratamiento se
introdujo de forma continua en el sistema para mantener una
concentración constante de 48 ppm (activo) en las aguas blancas. La
colonización superficial se controló determinando químicamente la
cantidad de biomasa en una superficie dada. Tal como muestra la
Figura 3, había una diferencia significativa en la cantidad de
biomasa y la formación de depósito general entre los dispositivos
de control y ensayo. Las superficies expuestas al agua tratada
estaban esencialmente libres de depósitos detectables, mientras que
las superficies expuestas al agua de control presentaban una
acumulación muy evidente. El mismo protocolo se repitió utilizando
12 ppm del producto preferente y se obtuvieron resultados similares.
El examen epifluorescente de las superficies (tratadas y de
control) demostró que las superficies de control presentaban un
grado de colonización bacteriana considerablemente mayor que el de
las superficies tratadas. No obstante, los 12 ppm del producto
preferente permitieron evidentemente una mayor colonización
bacteriana que en el caso del régimen de tratamiento con 48 ppm. Una
inspección visual y táctil del sistema de ensayo demostró que 12
ppm del producto preferente seguían siendo eficaces para mantener
las superficies visualmente libres de depósitos. Se supone que
cantidades del tratamiento de la presente invención de tan sólo
aproximadamente 1-5 ppm pueden ser eficaces,
dependiendo de las características del sistema tratado, por ejemplo
la carga bacteriana. La siguiente Tabla II muestra resultados
adicionales de experimentos de inhibición de la colonización
realizados con diversas moléculas abarcadas por la presente
invención.
Tal como se indica más arriba, diversos agentes
tensioactivos de sulfosuccinato de alquilo muestran eficacia en el
control de la colonización microbiana. La concentración de material
necesario para lograr la eficacia deseada puede variar dependiendo
del agente tensioactivo de sulfosuccinato de alquilo particular
elegido para el tratamiento.
Diversos agentes tensioactivos de copolímeros de
bloques, por ejemplo las clases de agentes tensioactivos Pluronic®
y Tetronic®, puestos a disposición por BASF, se ensayaron en
combinación con el sulfosuccinato aniónico preferente de la
presente invención, un sulfosuccinato de dinonilo. Se observó que
muchos de los copolímeros de bloques aumentaban la eficacia del
sulfosuccinato de dinonilo, aunque presentaban poca o ninguna
inhibición de la colonización en concentraciones inferiores a 100
mg/L cuando se utilizaban solos. La mayoría de estas combinaciones
produjeron un control de la colonización superficial.
Los materiales que demuestran el mayor aumento de
la eficacia son los agentes tensioactivos Pluronic que tienen entre
un 10 y un 50% de polioxietileno, con pesos moleculares entre
aproximadamente 1.800 y 4.000. La siguiente tabla demuestra la
eficacia de la presente invención. Los valores reflejan la cantidad
de ácido nucleico recuperado de las bacterias adherentes de discos
expuestos al tratamiento indicado en relación con las bacterias
adherentes recuperadas de discos no tratados. El copolímero de
bloques de EO/PO preferente de la presente invención, ensayado en
las siguientes tablas, es un agente tensioactivo Pluronic
L-101 con un peso molecular de aproximadamente 3.800
y con un 10% de polioxietileno (Polímero A).
(Tabla pasa página
siguiente)
Los resultados arriba mostrados indican que el
copolímero de bloques puede aumentar esencialmente la eficacia de
bajas concentraciones de sulfosuccinato de dinonilo. El copolímero
de bloques por sí solo no mostró ninguna inhibición de la
colonización en concentraciones hasta 200 mg/L. Se supone que serían
eficaces niveles de tratamiento de la combinación de gentes
tensioactivos desde 1 ppm hasta 150 ppm, dependiendo de las
características del sistema tratado.
Un resultado adicional de la mezcla de los dos
agentes tensioactivos consiste en que cada uno de ellos es
mínimamente soluble en agua. La mezcla de los dos agentes
tensioactivos permiten mezclar una mayor proporción de ingredientes
activos en un volumen dado de agua. Una gama de mezclas preferente
de los agentes tensioactivos consiste en una relación 4:1 a 1:10 de
sulfosuccinato de dialquilo / copolímero de bloques, siendo
particularmente preferente una relación 1:2. Estas mezclas son
generalmente solubles (o dispersables) en agua en cualquier
proporción deseada.
El tratamiento de la presente invención, es
decir, de aumento de la eficacia de la inhibición de la
colonización mezclando copolímeros de bloques con otros agentes
tensioactivos, no está limitado al sulfosuccinato de dinonilo. Otros
miembros de la familia de los sulfosuccinatos de alquilo también
presentan una eficacia de la inhibición de la colonización mucho
mayor cuando se mezclan con un polímero de EO-PO.
Los sulfosuccinatos con longitudes de cadena de alquilo entre
aproximadamente 5 y 13 carbonos muestran una mayor eficacia cuando
se mezclan con copolímeros de bloques. La Tabla IV demuestra el
aumento de la eficacia observado cuando el copolímero de bloques
preferente de la presente invención (Polímero A) se mezcla con dos
tipos adicionales de sulfosuccinatos de alquilo: un sulfosuccinato
de dietil-hexilo y un sulfosuccinato de diamilo. El
sistema experimental es similar al descrito más arriba en relación
con la Tabla III.
(Tabla pasa página
siguiente)
La Tabla V demuestra el tipo de aumento de la
eficacia observado con agentes tensioactivos anfóteros,
específicamente agentes tensioactivos anfóteros derivados de ácido
dipropiónico. Uno de los agentes tensioactivos ensayados consistía
en un imino-dipropionato de
sodio-C_{12-15}-alcoxi-propilo.
Este material se mezcló con los agentes tensioactivos de copolímero
de bloques preferentes (Polímero A) de la presente invención.
Claims (5)
1. Procedimiento para inhibir la colonización
microbiana de superficies en contacto con un sistema acuoso
impidiendo esencialmente la adhesión de microbios a las superficies
y manteniendo al mismo tiempo la viabilidad de los microbios en el
sistema, lo que permite la descarga de los microbios de dicho
sistema, método que consiste en añadir al sistema un agente
tensioactivo de sulfosuccinato de alquilo y un agente tensioactivo
de copolímero de bloques de
polioxietileno-polioxipropileno, añadiéndose el
sulfosuccinato de alquilo y el copolímero de bloques de
polioxietileno-polioxipropileno colectivamente al
sistema acuoso en una cantidad entre 1 y 150 partes con respecto a 1
millón de partes del sistema acuoso.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la relación en peso de sulfosuccinato de alquilo / copolímero de
bloques de polioxietileno polioxipropileno es de 4:1 a 1:10,
respectivamente.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el agente tensioactivo de
sulfosuccinato de alquilo es un sulfosuccinato de dialquilo.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el
que el sulfosuccinato de dialquilo es un sulfosuccinato de
dinonilo.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el sistema acuoso consiste
en un sistema de agua de refrigeración, un sistema de reducción a
pasta o fabricación de papel, un sistema de laboreo de metales o un
sistema de aceite y gas,
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