FI93299B

FI93299B - Antimikrobiaalinen ainekoostumus, menetelmä ja käyttö

Info

Publication number: FI93299B
Application number: FI894323A
Authority: FI
Inventors: Kenneth L Purzycki; Joseph A Virgilio
Original assignee: Givaudan Roure Int
Priority date: 1988-09-14
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1994-12-15
Also published as: EP0361163A1; FI894323A0; JP2749142B2; HK695A; JPH02131408A; FI894323A; SG157594G; EP0361163B1; FI93299C; US4963179A

Description

93299

Antimikrobiaalinen ainekoostumus, menetelmä ja käyttö

Esillä oleva keksintö koskee menetelmiä ja ainekoostumuksia vesipitoisten järjestelmien suojaamiseksi 5 bakteerien, sienien ja levien vahingollista vaikutusta vastaan.

On tunnettua, että monet vesipitoiset järjestelmät, jotka sisältävät aineenvaihduntaan soveltuvia komponentteja, joko hivenmääriä tai suurempia määriä, ovat alttiit 10 mikro-organismien vaikutukselle ja hajoamiselle. Esimerkkejä tällaisista koostumuksista ovat leikkuuöljyt, kosmeettiset aineet, kuten pesunesteet ja kermat, polttoöljy, tekstiiliemulsiot, lateksiemulsiot ja maalit, tärkkelykseen pohjautuvat liimat, teollisuuden jäähdytysvedet, 15 emulsiovahat, massa- ja paperiteollisuudessa käytetty vesi (niin kutsuttu "prosessi"-vesi, esim. "0-vesi"), sekä sekundäärisen öljyn talteenottomenetelmissä käytetty huuhteluvesi .

Lukuisat probleemat ja rajoitukset ovat äskettäin 20 kohdanneet niitä tämän alan tutkijoita, jotka yrittävät aikaansaada tehokkaita antimikrobiaalisia suoja-aineita tällaisia vesipitoisia järjestelmiä varten. Tällaisia probleemoja ovat työntekijöiden altistuminen ja ympäristövaikutus. Monet suoja-aineet ovat tehokkaita sen vuoksi, . . 25 että ne ovat myrkyllisiä mikro-organismeille alhaisissa konsentraatioissa, s.o. konsentraatioissa, jotka ovat suuruusluokkaa noin 100 miljoonasosaa. Ihmisten altistuminen tällaisille suoja-aineille näiden konsentraation ollessa miljoonasosien suuruusluokkaa ei normaalisti muodosta ris-30 kiä, joka aiheuttaa huolestumista. Puhdas tuote voi kuitenkin muodostaa ei-hyväksyttävän riskin työntekijöille, jotka saattavat olla alttiina puhtaalle konsentroidulle aineelle päivittäin, ja joiden täytyy suojautua niin, etteivät satunnaisesti hengitä sisään ainetta tai ettei tätä 35 ainetta satunnaisesti joudu iholle. Siinä tapauksessa, 2 91299 että aine on neste, niin sen höyrynpaine on merkitykseltään tärkeä, jos ilmassa olevat konsentraatiot saavuttaisivat tasoja, jotka voisivat olla haitallisia työntekijöille. Jos aine on kiinteä aine tai jauhe, niin pölyn 5 hengittäminen sisään on huolestuttavaa.

Eräs keino saada tällaisten antimikrobiaalisten aineiden konsentraatio hyväksyttävälle käsittelytasolle on käyttää laimennusainetta tai inerttejä kantaja-aineita. Tällaiset laimennus- ja kantaja-aineet ovat myös toivot-10 tavia antimikrobiaalisten aineiden lisäämisen helpotta miseksi suojattavaan aineeseen. Näiden laimennusaineiden tulee luonnollisestikin täyttää määrätyt kriteerit. Näiden tulee olla sekoituskelpoisia kysymyksessä olevan antimik-robiaalisen aineen kanssa ja sen väliaineen kanssa, jossa 15 antimikrobiaalista ainetta on tarkoitus käyttää. Ne eivät saa olla erittäin helposti syttyviä eivätkä ne saa olla myrkyllisiä. Hyvin harvat laimennusaineet voivat täyttää nämä kriteerit kustannusten ollessa samalla hyväksyttävät.

Viime aikoina ovat paineet, jotka kohdistuvat lai-20 mennusaineen myrkyllisyyteen ja sen yhteensopivuuteen ympäristön kanssa, olleet omiaan supistamaan hyväksyttävien laimennusaineiden lukua. On odotettavissa, että vielä harvemmat laimennus- tai kantaja-aineet ovat hyväksyttäviä tulevaisuudessa.

25 Teollisuudessa esiintyy tarvetta löytää laimennus- tai kantaja-ainejärjestelmä, joka täyttää seuraavat kriteerit: 1) Laimennus- tai kantaja-aineen tulee sopia yhteen antimikrobiaalisen aineen kanssa eikä se saa vähentää 30 tai hävittää antimikrobiaalista aktiviteettia.

2) Lopullisen tuotteen leimahduspisteen tulee olla korkeampi kuin 120° Fahrenheitia (49 °C) helpon syttyvyy-den aiheuttamien vaarojen välttämiseksi; x°F=5/9 (x-32) °C tai y °C=(9/5 y+32)°F.

n • « 3 91299 3) Järjestelmän täytyy toimia siinä väliaineessa, jota varten se on tarkoitettu.

4) Sen tulee olla siinä luettelossa 1 tai luettelossa 2, jotka ilmenevät ympäristösuojelulaitoksen suoje- 5 lutiedonannossa "Inertit ainekset tuholaisten torjunta-aineissa". (Liittovaltion rekisteri, osa 52, nro 77, päivätty 22. huhtikuuta 1987. Luettelot 1 ja 2 käsittävät vastaavasti myrkyllisten aineiden ja mahdollisten myrkyllisten aineiden inertit ainekset).

10 5) Järjestelmän tulee olla taloudellisesti kilpai lukykyinen, s.o. se ei saa olla niin kallis, että järjestelmä ei kykene kilpailemaan markkinoilla.

6) Laimennus- tai kantaja-aineen tulee olla hajutonta tai ainakin sen hajun tulee olla miellyttävä.

15 Keksintö tarjoaa uuden keinon B-bromi-B-nitrosty- reenin (BNS; katso US-patenttijulkaisuja 3 629 465 ja 3 871 860) käsittelemiseksi turvallisesti, joka täyttää edellä esitetyt kriteerit ja joka minimoi ihmisten altistumisen ja ympäristöhaitat. Esillä oleva keksintö aikaan-20 saa rakeisessa, kiinteässä muodossa olevan tuotteen, joka käsittää B-bromi-B-nitrostyreeniä absorboituna tai kapseloituna luonnossa hajoavaan ja suhteellisen inerttiin, osittain hydrolysoituun tärkkelykseen, kuten kiinteään maltodektriiniin tai maissisiirappiin. Hydrolysoidut tärk-25 kelykset ovat suhteellisen inerttejä useimpiin antimikro- • t c biaalisiin aineisiin nähden ja yleensä on tuloksena tuote, jolla on korkea leimahduspiste, useimmissa tapauksissa korkeampi kuin 200° Fahrenheitia (93 °C). Hydrolysoitu tärkkelys ei anna mitään hajua lopulliselle tuotteelle. Se 30 on vesiliukoista ja sen vuoksi se vapauttaa aktiiviset aineosat vesijärjestelmissä. Se on luonnossa hajoavaa ja luonnollista ravintoainetta, joka ei ole ainoastaan sopiva yhteen ekojärjestelmien kanssa, vaan se myös osaltaan edistää niitä positiivisella tavalla. Se seikka, että lop-35 putuote on kiinteä aine, minimoi työntekijän ja käyttäjän • 4 93299 altistumisen sekä vuotojen aiheuttaman ympäristön saastumisen.

Keksinnön mukainen koostumus valmistetaan sekoittamalla sopivaa maltodekstriiniä tai maissisiirappia kiin-5 teässä muodossa B-bromi-B-nitrostyreenin liuoksen kanssa toivotuissa suhteissa [mitä tulee maissisiirapin ominaisuuksiin, katso teosta Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Voi. 22, John Wiley and Sons, Inc. N.Y., 1983, sivut 510 - 513]. Liuotin voidaan sen jälkeen pois-10 taa esimerkiksi tyhjötislauksen avulla.

Osittain hydrolysoituja tärkkelyksiä, jotka sisältävät dekstroosia, maltoosia ja suurimolekyylipainoisia sakkarideja, voidaan saada maissitärkkelyksestä. Hydrolysoidut tärkkelystuotteet määritellään yleensä niiden si-15 sältämän pelkistävän sokerin pitoisuuden perusteella, mikä ilmoitetaan dekstroosiekvivalenssina (DE). Keksinnön mukaisesti käytetään kiinteitä, osittain hydrolysoituja tärkkelyksiä, joiden dekstroosiekvivalentti (DE) on välillä 1 - 20. Osittain hydrolysoidut tärkkelykset, joiden DE-20 arvo on pienempi kuin 20, luokitellaan yleensä maltodekstriineiksi ja ne ovat normaalisti kiinteitä koostumuksia, joilla on vaihteleva osaskoko ja tiheydet. Sopivia kiinteitä hydrolysoituja tärkkelyksiä on saatavissa kaupallisissa nimillä Amaizo Fro-DexR (American Maize-Products 25 Co.), MaltrinR (Grain Processing Corporation) ja Micropor

BudsR (A.E. Staley Manufacturing Company; yksityiskohtien osalta katso myös mainosesitettä, jonka päiväys on 2/88). Maltodekstriinin lähde ei ole kriittinen esillä olevan keksinnön käytäntöön soveltamiseksi. Micropor BudsR 1005, 30 1015 ja 2010, joiden DE-arvot ovat vastaavasti 10, 10 ja 20, on käytetty esillä olevan keksinnön valaisemistarkoi-tuksessa, mutta voidaan käyttää jokaista kiinteätä hydrolysoitua tärkkelystä, jonka DE-arvo on välillä 1-20. Maltodekstriinit, joiden DE-arvo on välillä 5 - 15, ovat 35 edullisia, koska niitä on helpommin saatavissa ja ne ovat käytössä taloudellisempia.

•« 93299 5

Keksinnön mukaisten uusien järjestelmien valmistamiseksi on edullista liuottaa ensin B-bromi-B-nitrostyree-ni ei-vesipitoiseen liuottimeen. Liuottimen luonne ei ole muutoin kriittinen paitsi että sen tulee olla sopiva yh-5 teen antimikrobiaalisen aineen kanssa, sen tulee olla sellainen, että se liuottaa antimikrobiaalisen aineen eikä se saa reagoida osittain hydrolysoidun tärkkelyksen kanssa. Sopivia liuottimia useimpia sovellutuksia varten olisivat esimerkiksi hiilivetyliuottimet, kuten tolueeni ja tämän 10 kaltaiset.

Antimikrobiaalista ainetta sisältävää liuosta ja sopivaa osittain hydrolysoitua tärkkelystä sekoitetaan keskenään sopivissa suhteissa lopputuotteen saamiseksi, jossa on tarkoitettu antimikrobiaalisen aineen pitoisuus.

15 Jos esimerkiksi lopputuotteen toivotaan sisältävän 50 % osittain hydrolysoitua tärkkelystä ja 50 % B-bromi-B-nit-rostyreeniä, voidaan sopivasti lisätä 100 osaa osittain hydrolysoitua tärkkelystä 400 osaan B-bromi-B-nitrostyree-nin 25-%:ista liuosta ja sopivaa liuotinta, seosta tulee 20 sekoittaa tunnin ajan ja sen jälkeen poistetaan liuotin alipaineessa. Lopputuote on rakeista, vapaasti valuvaa kiinteätä ainetta. Useimmissa tapauksissa voidaan antimikrobiaalisen aineen suhdetta osittain hydrolysoituun tärkkelykseen vaihdella niinkin pienestä määrästä kuin 25 0,5 %:ista antimikrobiaalista aietta ja 99,5 %:sta osit- • i >.

tain hydrolysoitua tärkkelystä niinkin suureen määrään kuin 90 % antimikrobiaalista ainetta 10 % kohti osittain hydrolysoitua tärkkelystä. On kuitenkin edullista käyttää suhdetta, joka käsittää 40 - 60 % B-bromi-B-nitrostyreeniä 30 60 - 40 % kohti osittain hydrolysoitua tärkkelystä, koska tämä tuottaa parhaiten vapaasti valuvaa kiinteätä ainetta. Edullisimmat suhteet riippuvat useista tekijöistä, joista eräs on antimikrobiaalisen aineen tarkoitettu käyttö.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistettujen 35 koostumusten todettiin olevan kestäviä pitkän ajan. Sei- 1 6 93299 laisten koostumusten analyysi, jotka sisälsivät 25 % ja 50 % B-bromi-B-nitrostyreeniä maltoosidekstriinissä (DE=10), käyttäen ultraviolettispektroskooppisia standardimenetelmiä, ei osoittanut mitään muutosta seosten koostumuksessa 5 30 päivän varastoinnin jälkeen.

Koostumusten on osoitettu olevan tehokkaita yleensä lukuisia mikro-organismeja vastaan, jotka pilaavat tässä esitettyjä vesipitoisia järjestelmiä. Näytteitä, jotka sisälsivät 25 % ja 50 % B-bromi-B-nitrostyreeniä malto-10 dekstriinissä, arvosteltiin agarissa jokaisen näytteen minimiehkäisykonsentraatioalueen saamiseksi joukkoa bakteereita, hiivoja ja homeita vastaan. Puhdasta B-bromi-B-nitrostyreeniä käytettiin vertailukohteena. Kokeessa käytettiin pieniä laimennuslisäyksiä, joten voitiin havaita 15 verraten vähäiset eroavaisuudet antimikrobiaalisessa akti viteetissa. Tulokset osoittavat, että kahden B-bromi-B-nitrostyreeni/maltodekstriini-näytteen aktiviteetti kesti suotuisasti vertailun vertailukohteen kanssa. Mitään huomattavia eroavaisuuksia ei havaittu antimikrobiaalisessa 20 aktiviteetissa. Jäljempänä esimerkeissä esitetyillä alueilla ei tapahtunut mitään kasvua korkeammalla kon-sentraatiolla, kun taas alempi konsentraatio oli ei-ehkäi-sevä. (Maltodekstriiniä tutkittiin yksinään ja sen todettiin olevan ei-ehkäisevä kaikkia mikro-organismeja vastaan . 25 väkevyydessä 100 pg (mikrogramma)/ml, joka oli korkein ' · · tutkittu kantaja-aineen konsentraatio).

Maltodekstriinillä laimennetun B-bromi-B-nitros-tyreenin mikrobiaalinen aktiviteetti oli identtinen puhtaan aineen ekvivalentin määrän kanssa, ja se olisi sen 30 vuoksi käyttökelpoinen US-patentissa 3 629 465 esitettyjen .· vesipitoisten järjestelmien suoja-aineena.

' · 1 93299 7

Esimerkki 1

Tuotteen valmistus 400 g:aan liuosta, joka sisältää 100 g β-bromi-β-nitrostyreeniä ja 300 g tolueenia, lisätään 100 g hydro-5 lysoitua tärkkelystä, jonka DE-arvo on 10 ja jota on saatavissa kaupallisella nimellä Micropor BudsR (laatu 1015). Saatu seos kuumennetaan 50 °C:n lämpötilaan. Tolueeni poistetaan sen jälkeen alipaineessa (30 mm Hg) 50 °C:ssa, jolloin saadaan rakeista kiinteää ainetta. Rakeisen aineen 10 analyysi ultraviolettispektroskooppisen analyysin (UV) avulla osoittaa 48 - 52 % B-bromi-B-nitrostyreeniä. (Vaih-telualue johtuu vaihteluista analyysimenetelmässä).

Micropor BudsR:n korvaaminen Micropor BudsR 1005:11a tai 2010:11a edellä olevassa menetelmässä antaa vastaavan 15 tuotteen, joka sisältää 48 - 52 % B-bromi-B-nitrostyree-niä.

Tuotteita, jotka sisältävät 25 % B-bromi-B-nitro-styreeniä, valmistetaan käyttämällä edellä olevassa menetelmässä 350 g liuosta, joka sisältää 50 g B-bromi-B-nit-20 rostyreeniä 300 g:ssa tolueenia. Alan ammattimiehen on hyvin helppoa määrittää sopivat suhteet, jotka ovat tarpeen tuotteen valmistamiseksi, jossa on toivottu B-bromi-B-nitrostyreenipitoisuus.

Esimerkki 2 . . 25 Mikrobiaalinen aktiviteetti • c > Näytteitä, jotka sisälsivät 25 % ja 50 % B-bromi-B-nitrostyreeniä Micropor BudsR:ssa (laatu 1015) tutkittiin agarissa, kunkin näytteen minimiehkäisykonsentraation saamiseksi, BNS:n konsentraatioon perustuen, joukkoa bak-30 teereita, hiivoja ja homeita vastaan. Puhdasta B-bromi-B-nitrostyreeniä käytettiin vertailukohteena. Kokeessa käytettiin hyvin pieniä laimennuslisäyksiä, joten voitiin todeta suhteellisen vähäiset eroavaisuudet antimikrobiaa-lisessa aktiviteetissa.

8 93299

Seuraavissa taulukoissa luetellut tulokset osoittavat, että kahden näytteen aktiviteetit kestivät hyvin vertailun vertailukohteen kanssa. Mitään huomattavia eroavaisuuksia antimikrobiaalisessa aktiviteetissa ei voitu 5 todeta.

Näytteen identifiointi: 25BNS 25 % B-bromi-B-nitrostyreeniä/75 %

Micropor Buds nro 1015 50BNS 50 % B-bromi-B-nitrostyreeniä/50 %

R

10 Micropor Buds nro 1015 vertailukohde puhdas B-bromi-B-nitrostyreeni (s.p. 62 - 63 °C)

Taulukko l Bakteerit 15 Minimiehkäisykonsentraatioalue ilmaistuna suurena pg/ml Näyte Staphylococcus Escherichia Pseudomonas Proteus Bacillus aureus coll aeruginosa vulgaris subtiili 25BNS >25 17,5-20,0 12,5-15,0 17,5-20,0 22,5-25,0 20 50BNS >25 15,0-17,5 10,0-12,5 15,0-17,5 20,0-22,5

Puhdas BNS >25 15,0-17,5 10,0-12,.5 15,0-17,5 20,0-22,5

Taulukko II Hiivat, homeet ; 25 Minimiehkäisykonsentraatioalue ilmaistuna suurena pg/ml Näyte Candida Aspergillus Aspergillus PenleiIlium Aureobasldium albicans nlger oryiae piscafium pullulans 25BNS 15,0-17,5 7,5-10,0 17,5-20,0 7,5-10,0 2,5-5,0 30 50BNS 12,5-15,0 7.,5-10,0 15,0-17,5 7,5-10,0 2.,5-5,0 :-T das~BNS l2t5l51° 10,0-12,5 17,5-20,0 7,5-10,0 2,5-5,0

Esitetyillä alueilla ei tapahtunut lainkaan kasvua korkeammalla BNS-konsentraatiolla, kun taas alempi BNS-35 konsentraatio oli ei-ehkäisevä, Micropor BudsR oli yksinään li 93299 9 ei-ehkäisevä kaikkia mikro-organismeja vastaan konsentraa-tiossa 100 mg/ml, joka oli tutkitun kantaja-aineen korkein konsentraatio.

Esimerkki 3 5 Stabiliteetti ja yhteensopivuus Näytteet, jotka sisälsivät 25 % ja 50 % B-bromi-B-nitrostyreeniä Micropor Buds1:ssa (laatu 1015), pantiin ruskeisiin suljettuihin pulloihin ja niitä tutkittiin B-bromi-B-nitrostyreenin osalta ultravioletti-spektros-10 kooppisilla standardimenetelmillä 30 päivän ajan.

Taulukko lii B-bromi-B-nitrostyreeni (BNS)/Micropor BudsR-yhdistelmän stabiliteetti 15 _______ , Prosenttia yfitbromi-Ä-iiitrostyreeniä Näyte · 1 30 päivän _aluksi_14 päivän kuluttua kuluttua 25% BN8 24,7 24,1 24,5 50% BN8 51,2 51,2 50,4 20 ---——-:- < ·

< I

i ·

Claims

93299

1. Antimikrobiaalinen koostumus, tunnettu siitä, että se sisältää B-bromi-B-nitrostyreeniä absorboi- 5 tuna tai kapseloituna osittain hydrolysoituun tärkkelykseen, jonka DE-arvo on 20 tai pienempi, jolloin koostumus on rakeisessa, kiinteässä muodossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että se koostuu oleellisesti 90 - 10 10 %:sta B-bromi-B-nitrostyreeniä ja 10 - 90 %:sta osit tain hydrolysoitua tärkkelystä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että se koostuu oleellisesti 50 - 25 %:sta B-bromi-B-nitrostyreeniä ja 50 - 75 %:sta 15 osittain hydrolysoitua tärkkelystä.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että sen DE-arvo on välillä 5 - 15.

5. Menetelmä mikro-organismien aiheuttaman pilaan- 20 tumisen estämiseksi vesipitoisissa koostumuksissa, jotka normaalisti ovat alttiina tällaiselle pilaantumiselle, tunnettu siitä, että vesipitoiseen koostumukseen lisätään tehokas ehkäisevä määrä rakeisessa, kiinteässä muodossa olevaa koostumusta, joka käsittää B-bromi-B-nit- ... 25 rostyreeniä absorboituna tai kapseloituna osittain hydro-< lysoituun tärkkelykseen, jonka DE-arvo on 20 tai pienempi.

6. Menetelmä limaa muodostavien levä-, bakteeri- ja sienimikro-organismien aiheuttaman pilaantumisen estämiseksi teollisuuden jäähdytysvedessä ja massan- ja paperin- 30 valmistuksessa käytetyssä vedessä, tunnettu sii- ..; tä, että veteen lisätään tehokas ehkäisevä määrä rakeises- • « sa, kiinteässä muodossa olevaa koostumusta, joka käsittää B-bromi-B-nitrostyreeniä absorboituna tai kapseloituna osittain hydrolysoituun tärkkelykseen, jonka DE-arvo on 20 35 tai pienempi. 1 • I 93299

7. B-bromi-B-nitrostyreenin käyttö absorboituna tai kapseloituna osittain hydrolysoituun tärkkelykseen, jonka DE-arvo on 20 tai pienempi, vesipitoisten järjestelmien suojaamiseksi, jotka normaalisti ovat alttiina bakteerien, 5 sienien ja levien aiheuttamalle pilaantumiselle. _ · 93299