JP2021513458A - 膜からバイオフィルムおよび胞子を低減するための組成物および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜システム内の膜モジュールを洗浄および消毒する方法が提供される。【解決手段】洗浄液は、膜システム内を通して約２〜約３０分間循環される。洗浄液は、有機酸および界面活性剤を含む。消毒液が洗浄液に添加され、酸化剤を含む強化抗菌溶液を生成する。次いで、強化抗菌溶液は膜システムを通して約１分〜約２０分間循環される。記載した方法は、細菌胞子およびバイオフィルムを膜から低減および除去し、効果的な洗浄液および消毒液の膜適合性を改善するために効果的である。【選択図】図１

Description

本出願は、ＰＣＴ国際出願として２０１９年２月１３日に出願されており、２０１８年２月１４日に出願された米国仮出願第６２／６３０，３２９号に対する優先権の利益を主張するものであり、その全体が本明細書に組み込まれている。

本開示は、一般に、胞子およびバイオフィルムを低減ならびに除去し、低減するための殺生物組成物および方法に関する。より具体的には、本開示は、膜を処理するための殺生物組成物および方法に関する。

膜
膜は、液体中の構成成分を濾過または分画するための分離プロセスまたはシステムで使用される。様々な技術において、食品および飲料産業で使用されるこれらの膜を含む膜が利用されている。

本発明によって処理することができる膜は、定期的な洗浄用に設計されており、多くの場合、濾過による分離を必要とする様々な用途で利用されるこれらの膜を含む。本発明に従って処理され得る膜を利用する例示的な産業としては、食品産業、飲料産業、バイオテクノロジー産業、製薬産業、化学産業、および浄水産業が挙げられる。食品および飲料産業の場合には、水、牛乳、ホエー、フルーツジュース、ビール、およびワインを含む製品は、分離用の膜を通して処理されることが多い。多くの場合、浄水産業は、脱塩、汚染物質除去、および廃水処理用の膜に依拠する。

本発明に従って処理され得る膜は、らせん巻き膜、プレートおよびフレーム膜、管状膜、管状膜、毛管、中空繊維膜、セラミック膜などの形態で提供されるものを含む。一般に、これらの膜は、濾過される粒子のサイズに従って特徴付けることができる。膜タイプの４つの共通のタイプとしては、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、および逆浸透（ＲＯ）膜が挙げられる。精密濾過膜は、非常に微細な不均一粒子を遮断し、約０．０５μｍ〜約１０μｍの範囲内の孔径を有する傾向がある。精密濾過膜は、タンパク質の最大高分子を分離する、人工タンパク質の製造においてウイルス、細菌、および他のマイクロ有機体を分離する、ビールまたはワインを濾過する、様々な浮遊物質を分離する、ならびに様々な種類の濁りを除去することができる。限外濾過膜は、約０．０２μｍ〜０．１μｍの範囲内の孔径を有し、約１ｋＤａ〜約１，０００ｋＤａの範囲内の相対分子量を有する高分子物質の分離を提供する。ナノ濾過膜中の孔のおおよその理論上のサイズは、多価イオンの分離については約０．０２μｍ以下である。逆浸透では、孔径は、理論的には約０．００２μｍ以下であり、一価イオン物質の大部分を水から除去することができる。孔径のため、各膜プロセスは最適な圧力で動作する。一般に、精密濾過膜システムは、約３０ｐｓｉｇ未満の圧力で動作する。一般に、限外濾過膜システムは、約１５〜１５０ｐｓｉｇの圧力で動作する。一般に、ナノ濾過膜システムは、約７５〜５００ｐｓｉｇの圧力で動作する。一般に、逆浸透膜システムは、約２００〜２０００ｐｓｉｇの圧力で動作する。膜は、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、フッ化ビニリデン、アクリロニトリル、ステンレス鋼、セラミックなどを含む膜を形成するために通常使用される様々な材料から形成することができる。これらの様々な膜の化学型および他の構成材料には、特有のｐＨ、酸化剤、溶媒、化学的適合性の制限、および／または圧力の限度がある場合がある。

膜の使用における欠点は、動作中、膜が徐々に汚損することである。特に、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、および精密濾過膜を含む、膜上のバイオフィルム増殖、胞子、有機堆積物、および鉱物堆積物は、有害な結果を有し得る。このようなバイオフィルム増殖、胞子、有機堆積物、および鉱物堆積物は、透過流束の大幅な低下、圧力の増加、生成の低減を引き起こし、完成品の品質に悪影響を及ぼし、多くの場合、このような膜の早期交換につながり得る。

細菌胞子および生物付着
内生胞子は、フィルミクテス門内の特定の種の細菌によって生成される休眠中の丈夫な非生殖構造である。内生胞子、または胞子は、生育状態の細菌細胞がストレスまたは栄養素の欠如にさらされるときに生成される。内生胞子の代謝率は非常に低く、したがって、生育細菌細胞を迅速に検出するために通常採用されている方法では検出することができない。さらに、胞子は、紫外線、熱、殺菌剤、乾燥、飢餓などの過酷な条件で生き延びるように設計されているため、死滅させることは非常に困難である。好ましい条件および栄養素にさらされると、胞子は発芽して栄養細胞を生成する。

胞子を生成する細菌は、ヒトおよび動物の病気、食品および飲料の腐敗を引き起こし、バイオフィルムの永続化を促進するため、問題がある。特に懸念されるものである胞子生成細菌株は、バチルスおよびクロストリジウム属内の細菌株である。どちらもグラム陽性の桿菌であり、人体に有害な種を含んでいる。炭疽菌（Ｂ ａｎｔｈｒａｃｉｓ）は炭疽毒素を産生し、セレウス菌（Ｂ ｃｅｒｅｕｓ）は食中毒を引き起こす。ボツリヌス菌（Ｃ ｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）はボツリヌス中毒症（ボトックスとしても知られている）を引き起こし、ディフィシル菌（Ｃ ｄｉｆｆｉｃｉｌｅ）は下痢を引き起こし、ウェルシュ菌は食中毒を引き起こし、破傷風菌（Ｃ ｔｅｔａｎｉ）は破傷風を引き起こす。バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、パエニバシラス（Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ）、およびブレビバチルス（Ｂｒｅｖｉｂａｃｉｌｌｕｓ）細菌は、食品包装ボード製品内に問題を引き起こす場合がある。セレウス菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｅｒｅｕｓ）は、環境表面の汚染物質除去に使用される殺菌性化学物質への耐性が強まることが確認されているため、最も問題の多い細菌のうちの１つである。

セレウス菌は、消化器疾患の原因として頻繁に診断されており、いくつかの食品由来の病気の発生原因であることが示唆されている。その急速な胞子形成能力により、セレウス菌は、環境中で容易に生存する。このバクテリア（ｂａｃｔｅｒｉｕｍ）は、食品を直接的および間接的に汚染し得る。セレウス菌は、排泄物および土壌を介して生乳を直接汚染することができ、牛の腸管通過および低温殺菌プロセスを生き延びることができる。間接的な汚染は、液体および食品包装中のセレウス菌胞子の存在に起因し得る。食物と直接接触する材料中に存在する胞子は、食物中への胞子の移動を引き起こし、腐敗をまねき得る。

濾過膜は、処理中に汚損する傾向を有する。汚損は、動作時間の経過とともに透過流束の低下として発現する。透過流束の低下は、圧力、流量、温度、および供給濃度などの全ての動作パラメータが一定に保たれているときに生じる。生物付着および細菌バイオフィルムの形成は、マイクロ有機体が液体中に存在する産業システムにおいて問題となる。バイオフィルムの形成は、微生物学的に影響する腐食において役割を果たすことができる。通常、化学殺生物剤を採用して、フィルムを形成するマイクロ有機体を死滅させることによって生物付着を制御する。しかし、殺生物剤は、バイオフィルム中の細胞外ポリマー材料に浸透し、それらを表面から除去することが困難である。

従来の洗浄および消毒技術は、高熱、ｐＨ、すなわち、非常に高いアルカリ性の使用溶液、もしくは非常に低いｐＨの酸性使用溶液、酸化剤、および他の殺生物組成物の使用または組み合わせを含む。しかし、多くの表面は、このような条件に耐えることができない。例えば、食品および飲料の製造に使用される膜は、それらが構成されている材料によって、動作および洗浄することができる温度、ｐＨ、および酸化剤濃度に関して特有の限度を有することが多い。

膜を洗浄および消毒する様々な方法が知られており、洗浄されるべき膜および周囲の機器に損傷を与えた結果として、膜の寿命を縮める。例えば、酸処理は、プロセス機器の表面上およびそこで使用される濾過膜上に腐食作用を及ぼす場合がある。また、従来の洗浄方法で利用されるかなり高い温度は、エネルギーコストの増加を伴う。さらに、大量の酸不活性化組成物の使用により、後に液体廃棄物を中和および適切に処分する必要がある。これらおよび他の膜洗浄システムの既知の欠点が知られている。

酸化剤などの、微生物増殖を防止する様々な薬剤が膜洗浄に使用されてきたが、膜材料自体に重大な損傷を引き起こすことなく細菌胞子およびバイオフィルムを除去および低減するための改善された方法が依然として必要である。したがって、特許請求された発明の目的は、膜上での微生物増殖および膜の生物付着を防止および除去するための組成物および方法を提供することである。特に、本発明の目的は、膜を損傷させず、膜上での細菌胞子の増殖およびバイオフィルム形成を軽減する、膜を洗浄する方法を提供することである。

本開示は、この背景に照らしてなされるものである。

要するに、本開示は、バイオフィルムおよび胞子を膜から低減および除去するための方法ならびに組成物に関する。本開示では、以下の態様を含むがこれらに限定されない、様々な態様について記載する。

一態様では、膜システム内の膜部材を消毒する方法が提供される。膜システムは、乳製品工場における膜濾過システムであり得る。いくつかの態様では、この方法は定置洗浄法である。いくつかの実施形態では、膜は、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、および逆浸透（ＲＯ）膜から選択される。洗浄液は、膜システムを通して約７０°Ｆ〜約１２５°Ｆ（約２１℃〜約５２℃）の温度で約２〜約３０分間循環される。洗浄液は、有機酸および界面活性剤を含む。有機酸は、メチルスルホン酸、ギ酸、クエン酸、および乳酸から選択される少なくとも２種の有機酸の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、組み合わせは、クエン酸および乳酸を含む。いくつかの態様では、洗浄液は、約０．１重量％〜約１重量％の有機酸を含む。いくつかの実施形態では、界面活性剤は、陰イオン界面活性剤である。いくつかの実施形態では、陰イオン界面活性剤は、直鎖アルキルスルホネートである。いくつかの態様では、界面活性剤は、ドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＤＢＳＡ）である。いくつかの態様では、界面活性剤は、約０．０１〜約０．１重量％で含まれる。いくつかの実施形態では、洗浄液は、ヒドロトロープ結合剤を含む。消毒液が洗浄液に添加されて、酸化剤を含む追加の抗菌溶液を生成する。酸化剤は、過酢酸もしくは過オクタン酸（ｐｅｒｏｃｔａｎｏｉｃ ａｃｉｄ）などの過酸、または過酸化水素もしくはオゾンであり得る。いくつかの態様では、酸化剤は、約０．０２重量％〜約０．１５重量％で存在する。いくつかの実施形態では、消毒液は、安定剤をさらに含む。例示的な消毒液は、例示的な実施形態では、過酸化水素、酢酸、過酢酸、およびヒドロキシエチリデンジホスホン酸を含む。次いで、強化抗菌溶液は、膜システムを通して、約１〜約２０分間循環される。いくつかの態様では、この方法によって、膜上の細菌胞子の少なくとも１ｌｏｇ、２ｌｏｇ、３ｌｏｇ、または４ｌｏｇの低減が得られる。いくつかの態様では、この方法は、バイオフィルム、生物付着物、および／または粘液形成細菌の少なくとも１ｌｏｇ、２ｌｏｇ、３ｌｏｇ、または４ｌｏｇの低減をもたらす。いくつかの実施形態では、有機酸、陰イオン界面活性剤、および過酸の組み合わせは、過酸のみと比較して、膜との改善された化学的適合性をもたらし、改善された化学的適合性は、ＵＦ膜のタンパク質阻止および／またはＲＯ膜の塩阻止によって示される。

別の態様では、バイオフィルムおよび細菌胞子を膜から洗浄する方法について記載する。いくつかの態様では、膜は、らせん巻き膜である。洗浄液は、少なくとも２つの有機酸および陰イオン界面活性剤を含んで調製される。いくつかの態様では、有機酸は、酸洗浄溶液の０．０５重量％〜０．５重量％で存在し、陰イオン界面活性剤は、０．０１重量％〜０．１重量％で存在する。いくつかの実施形態では、洗浄液は、メチルスルホン酸、ギ酸、キシレンスルホン酸ナトリウム、およびドデシルベンゼンスルホン酸を含む。次いで、洗浄液は、膜に約２〜約３０分間適用される。いくつかの実施形態では、消毒液は、ペルオキシ酢酸、過酸化水素、酢酸、およびヒドロキシエチリデンジホスホン酸を含む。過酸を含有する消毒液が洗浄液に添加される。いくつかの態様では、過酸は、消毒液の０．０００１重量％〜０．０５重量％で存在する。消毒液と洗浄液との組み合わせは、膜に約１〜約２０分間適用される。いくつかの態様では、第１の適用ステップおよび第２の適用ステップは同時に生じる。いくつかの実施形態では、この方法は、細菌胞子およびバイオフィルムの少なくとも３ｌｏｇの低減をもたらす。この方法はまた、膜の鉱物スケーリングの低減をもたらし得る。

さらに別の態様では、膜上での細菌胞子およびバイオフィルム形成を低減する定置洗浄法が提供される。洗浄液は、約７０°Ｆ〜約１２５°Ｆ（約２１℃〜約５２℃）の温度で膜に適用される。抗菌溶液は、約０．０５〜約０．５重量％の有機酸、約０．０１〜約０．５重量％の陰イオン界面活性剤、約０．０４〜約０．１重量％の酸化剤、および約０．００１〜約０．００５重量％の安定剤を含む。

この概要は、以下の発明を実施するための形態でさらに記載する概念の選択を簡略化した形式で紹介するために提供されている。この概要は、特許請求された主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求された主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。

抗菌組成物の異なる組み合わせによる処理後の細菌野生分離株の生存を比較するグラフである。

細菌胞子を除去するために抗菌組成物の異なる組み合わせで処理された膜を示す図である。

細菌胞子に対する抗菌組成物の異なる組み合わせの抗菌性能を比較するグラフである。

ＣＤＣバイオフィルムリアクタの概略図である。

膜上のバイオフィルムを低減するための抗菌組成物の異なる組み合わせの性能を比較するグラフである。

抗菌組成物の異なる組み合わせで処理された後のＰＥＳ膜阻止を比較するグラフである。

抗菌組成物の異なる組み合わせで処理された後のＲＯ膜阻止を比較するグラフである。

細菌胞子を除去するために抗菌組成物の異なる組み合わせで処理されたＲＯおよびＵＦ膜である。 細菌胞子を除去するために抗菌組成物の異なる組み合わせで処理されたＲＯおよびＵＦ膜である。

膜上の細菌胞子を低減するための抗菌組成物の異なる組み合わせの性能を比較するグラフである。

抗菌組成物の異なる組み合わせで処理した後のＲＯ膜適合性を比較するグラフである。

細菌胞子を除去するために抗菌組成物の異なる組み合わせで処理されたＲＯおよびＵＦ膜を示す図である。

膜上の細菌胞子を低減するための抗菌組成物の異なる組み合わせの性能を比較するグラフである。

膜上のバイオフィルムを低減するための抗菌組成物の異なる組み合わせの性能を比較するグラフである。

膜上のバイオフィルムを低減するための異なる温度での抗菌組成物の異なる組み合わせの性能を比較するグラフである。

鉱物の溶解度に対する異なる抗菌組成物の効果を比較するグラフである。

様々な実施形態を、図面を参照して詳細に説明するが、いくつかの図を通して同様の参照番号は同様の部品およびアセンブリを表す。様々な実施形態への言及は、添付の特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。さらに、本明細書に記載されたいかなる例も、限定を意図するものではなく、添付の特許請求の範囲の多くの可能な実施形態のうちのいくつかを単に述べるものである。

本明細書に使用される全ての専門用語は、単に特定の実施形態を説明する目的のためであり、いかなる様式または範囲においても限定的であることを意図されないことがさらに理解されるべきである。例えば、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別段に明確に内容により示されない限り、複数の指示対象を含み得る。さらに、全ての単位、接頭辞、および記号は、そのＳＩ認証形態で表示され得る。

本明細書内に列挙された数値範囲は、定義された範囲内の数を含む。本開示を通して、本発明の様々な態様が範囲形式で提示されている。範囲形式での説明は単に便宜上および簡潔にするためのものであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない制限として解釈されるべきではないことを理解されたい。したがって、範囲の説明は、その範囲内の全ての可能性のある部分範囲ならびに個々の数値を具体的に開示していると見なされるべきである（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）。

本発明がより容易に理解されるように、特定の用語が最初に定義される。別に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明の実施形態が関係する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似、修正、または同等の多くの方法および材料を、過度の実験なしに本発明の実施形態の実施に使用することができ、好ましい材料および方法を本明細書に記載する。本発明の実施形態を説明および特許請求する上で、以下に記載される定義に従って以下の専門用語が使用される。

「約」という用語は、本明細書で使用されるとき、例えば、実際に濃縮物または使用溶液を作製するために使用される典型的な測定および液体取り扱い手順を通して、これらの手順における不慮の誤りを通して、組成物の作製または方法の実行のために使用される製造、供給源、成分の純度の差などを通して生じ得る、数量の変動を指す。「約」という用語はまた、特定の初期混合物から得られる組成物に関する異なる平衡条件によって異なる量も包含する。「約」という用語によって修飾されているか否かにかかわらず、特許請求の範囲は、その量の同等物を含む。

「活性物質」または「活性物質パーセント」または「活性物質重量パーセント」または「活性物質濃度」は、本明細書において互換的に使用され、水または塩などの不活性成分を引いたパーセンテージとして表される洗浄に関与する成分の濃度を指す。「重量パーセント」、「重量％（ｗｔ−％）」、「重量パーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）」、「重量％（％ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）」、およびそれらの変形は、本明細書で使用されるとき、その物質の重量を組成物の総重量で除し、１００を乗じたものとしての物質の濃度を指す。本明細書で使用される場合、「パーセント」、「％」等は、「重量パーセント」、「重量％」等と同義であるように意図されることを理解されたい。「ｐｐｍ」という用語は、百万分の一（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）を指す。

「マイクロ有機体（複数可）」とは、膜内、膜に隣接して、膜の上部に、または膜に付着してそれ自体に入り込むのに十分小さい任意の生物を意味する。定義としては、小さすぎて顕微鏡の補助なしでは見ることができないこれらの生物、肉眼で見ることができるこのような小さい生物の集合体またはコロニー（しかし、これば、小さすぎて肉眼では見ることができない多くの個々の生物を含む）、および肉眼で見ることができる１種以上の生物が挙げられるが、これらに限定されない。定義としては、存在が何らかの形で膜の動作を損なう任意の生物、非細胞または単細胞（コロニー性を含む）の生物、全ての原核生物（および特定の真核生物）、ならびにバクテリア（シアノバクテリアを含む）、胞子、地衣類、真菌、原生動物、ビリノ（ｖｉｒｉｎｏｓ）、ウィロイド（ｖｉｒｏｉｄｓ）、ウイルス、ファージ、およびいくつかの藻類も挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で使用される場合、「微生物」という用語は、マイクロ有機体と同義である。

本明細書で使用される場合、「洗浄する」という用語は、汚れの除去、漂白、微生物集団の低減、およびそれらの任意の組み合わせを促進または補助するために使用される方法を指す。

本明細書で使用される場合、「殺菌剤」という用語は、最も認知されている病原マイクロ有機体を含む全ての栄養細胞を死滅させる薬剤を指す。

「一般に安全であると認知された」または「ＧＲＡＳ」という用語は、本明細書で使用される場合、ヒトによる直接的な食品消費に対して安全であるような、または例えば、２１Ｃ．Ｆ．Ｒ．Ｃｈａｐｔｅｒ １、§１７０．３８および／もしくは５７０．３８で定義されるように、現行の適正製造基準の使用条件に基づく成分のような、食品医薬品局（Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｄｒｕｇ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）によって分類されている構成成分を指す。

本明細書で使用される場合、「消毒剤」という用語は、細菌性汚染物質の数を公衆健康要件によって判定される安全レベルにまで減少させる薬剤を指す。一実施形態では、本発明における使用のための消毒剤は、少なくとも３ｌｏｇの低減、およびより好ましくは５ｌｏｇオーダーの低減を提供するであろう。

本発明で使用される場合、「殺胞子剤」という用語は、６０℃で１０秒以内のセレウス菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｅｒｅｕｓ）または枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ）の胞子の集団において９０％超の低減（１ｌｏｇオーダーの低減）を引き起こす能力を有する物理的もしくは化学的な薬剤またはプロセスを指す。特定の実施形態では、本発明の殺胞子組成物は、６０℃で１０秒以内のこのような集団において、９９％超の低減（２ｌｏｇオーダーの低減）、９９．９９％超の低減（４ｌｏｇオーダーの低減）、または９９．９９９％の低減（５ｌｏｇオーダーの低減）を提供する。

抗微生物性の「殺〜」または「静〜」活性の区別、有効性の程度を説明する定義、およびこの有効性を測定するための公式な実験室プロトコルは、抗微生物性の薬剤および組成物の関連性を理解するための留意事項である。抗微生物組成物は、２種類の微生物細胞損傷に影響を及ぼし得る。第１の種類は、致死的で不可逆的な作用であり、微生物細胞の完全な破壊または無能力化をもたらす。２つ目の種類の細胞損傷は、可逆的であり、その結果、生物がその薬剤を有しなくなると再び繁殖し得る。前者は殺微生物性、後者は静微生物性と呼ばれる。消毒剤および殺菌剤は、定義によると、抗微生物性または殺微生物性活性を提供する薬剤である。対照的に、防腐剤は概して、阻害剤または静微生物性組成物として説明される。

本発明の方法、システム、装置、および組成物は、本発明の構成成分および成分、ならびに本明細書に記載の他の成分を含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなってもよい。本明細書で使用される場合、「〜から本質的になる」とは、方法、システム、装置、および組成物が、追加のステップ、構成成分、または成分を含み得るが、追加のステップ、構成成分、または成分が、特許請求された方法、システム、装置、および組成物の基本的なおよび新規の特性を実質的に変えない場合に限ることを意味する。

一般に、本開示は、膜表面上の細菌胞子およびバイオフィルム形成を除去および低減するための組成物および方法に関する。酸洗浄剤と酸化剤消毒剤との組み合わせ処理を膜に適用して、細菌胞子およびバイオフィルムを除去する。この処理は、定置洗浄（ＣＩＰ）プロセスまたは液浸プロセスの一部として適用することができる。いくつかの実施形態では、方法および組成物は、食品産業、飲料産業、バイオテクノロジー産業、製薬産業、化学産業、および浄水産業で使用される膜に適用される。食品および飲料産業の場合では、方法および組成物は、水、牛乳、乳清、フルーツジュース、ビール、およびワインの生成の一部として膜上に使用することができる。膜としては、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、および逆浸透（ＲＯ）膜が挙げられ得る。いくつかの実施形態では、膜は、ポリマー、セラミック、またはステンレス鋼であり得る。いくつかの実施形態では、膜は、らせん巻き膜、中空繊維膜、管状膜、またはプレートおよびフレームのフラットシート膜として構成されている。膜は、物質（複数可）の混合物を別個の混合物に変換するための様々な分離方法に利用され、これらのうちの少なくとも１つは、混合物の構成物質のうちの１つ以上に富んでいる。本発明によって処理することができる膜としては、定期的な洗浄用に設計されており、多くの場合、濾過による分離を必要とする様々な用途で利用される任意の膜が挙げられる。

本開示は、膜を洗浄および消毒するために利用される洗浄液の組み合わせについて記載する。本明細書で言及される場合、マイクロ有機体、バイオフィルム、および鉱物堆積物の除去とは、膜表面上のマイクロ有機体、バイオフィルム、および鉱物堆積物の低減、膜表面上のマイクロ有機体、バイオフィルムおよび鉱物堆積物のディスバースメント（ｄｉｓｂｕｒｓｅｍｅｎｔ）、および／または膜表面上のマイクロ有機体、バイオフィルム、鉱物堆積物の不活性化を指す。

膜濾過洗浄組成物
本開示は、膜の性能または完全性に重大な悪影響を与えることなく、細菌胞子およびバイオフィルムを膜から相乗的に除去および低減する二部式洗浄システムの使用について記載する。いくつかの態様では、洗浄システムはまた、膜のスケーリングに役立つ。２部式洗浄システムは、酸洗浄溶液および酸化剤消毒液を利用する。システムの２つの部分は、同時にまたは逐次的に膜に適用することができる。

酸洗浄溶液は、少なくとも有機酸および界面活性剤を含む。いくつかの実施形態は、酸洗浄溶液には、少なくとも２種の有機酸および陰イオン界面活性剤を含む。酸化剤消毒液は、少なくとも酸化剤を含む。いくつかの実施形態では、酸化剤消毒液は、少なくとも過酸を含む。

陰イオン界面活性剤
いくつかの態様では、陰イオン界面活性剤は、酸洗浄溶液中に含まれている。界面活性剤は、膜表面上の洗浄液の表面活性を改善する。いくつかの実施形態では、陰イオン界面活性剤はまた、膜システム上の酸洗浄システムの腐食を防止または低減するのを助けることができる。陰イオン界面活性剤は、疎水性物質に負電荷を有する表面活性物質であるか、または、ｐＨが中性以上に上昇しない限り電荷を運ばない疎水性区域を有する（例えばカルボン酸）。カルボキシレート、スルホネート、サルフェートおよびホスフェートは、陰イオン界面活性剤中に見出される極性（親水性）可溶性基である。酸洗浄溶液中で有用な陰イオン界面活性剤としては、アルキルサルフェート、アルキルスルホネート、アルカンスルホネート、直鎖および分岐鎖の第一級および第二級アルキルスルホネート、置換基有りまたは無しの芳香族スルホネート、直鎖アルキルベンゼンまたはナフタレンスルホネート、第二級アルカンスルホネート、アルキルエーテルサルフェートまたはスルホネート、アルキルホスフェートまたはホスホネート、およびそれらの混合物が挙げられる。具体例としては、アルカンスルホン酸ナトリウム、αオレフィンスルホン酸、リグノスルホン酸ナトリウム、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、キシレンスルホン酸ナトリウム、ＤＯＷＦＡＸ Ｃ６Ｌ、３Ｂ２、８３９０、および２Ａ１を含むＤＯＷＦＡＸの商標名にて販売されているスルホン化ジフェニルオキシド界面活性剤、カプリレス−９カルボン酸／ヘキサス−４カルボン酸（ＡＫＹＰＯ ＬＦ４など）、メチル２−スルホラウリン酸ナトリウム（ＡＬＰＨＡＳＴＥＰ ＰＣ４８など）、サルコシネート、およびそれらの混合物が挙げられる。

好ましい態様では、陰イオン界面活性剤としては、直鎖アルキルスルホネート、ドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＤＢＳＡ）、キシレンスルホン酸ナトリウム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。

有機酸
酸洗浄溶液は、少なくとも１種の有機酸を含む。例示的な実施形態では、酸洗浄溶液は、少なくとも２種の有機酸を含む。好適な有機酸としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ギ酸、酢酸、ピコリン酸、ジピコリン酸、クエン酸、乳酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、グルコン酸、イタコン酸、トリクロロ酢酸、安息香酸、およびそれらの混合物が挙げられる。好ましくは、有機酸は、クエン酸、乳酸、ギ酸、およびメチルスルホン酸から選択される。いくつかの実施形態では、有機酸は、クエン酸と乳酸との組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、有機酸は、ギ酸とメチルスルホン酸との組み合わせを含む。

濃縮液中の酸洗浄溶液のｐＨは、好ましくは約０〜約３である。使用溶液中の酸洗浄組成物のｐＨは、好ましくは約１〜約３である。１．８未満の使用溶液のｐＨは、膜の完全性および性能に有害であり得る。

酸化剤
酸化剤消毒液は、酸化剤を含む。いくつかの実施形態では、酸化剤は、過酸（ペルオキシカルボン酸）である。いくつかの実施形態では、酸化剤は、酸化剤と、カルボン酸と、ペルオキシカルボン酸を生成する安定剤との組み合わせである。

多くの酸化剤を使用して、ペルオキシカルボン酸を生成することができる。過酸化水素に加えて、好適な酸化剤としては、過ホウ酸塩、過炭酸塩、および過硫酸塩の塩、過炭酸、ならびにオゾンなどの無機および有機の過酸化物が挙げられる。好ましい実施形態では、酸化剤は、過酸化水素である。

好適な過酸またはペルオキシカルボン酸としては、ペルオキシ酢酸、ペルオキシオクタン酸、ペルオキシギ酸、ペルオキシプロピオン酸、ペルオキシ酪酸、ペルオキシ吉草酸、ペルオキシヘキサン酸、ペルオキシヘプタン酸、ペルオキシノナン酸、ペルオキシデカン酸、およびそれらの混合物が挙げられる。好ましい実施形態では、過酸は、ペルオキシ酢酸である。
安定剤

いくつかの実施形態では、酸化剤消毒液は、安定剤を含む。安定剤、特に、過酸素化合物またはペルオキシカルボン酸の安定化に好適なものとしては、溶液中の金属イオン、特にほとんどの遷移金属イオンを隔絶する有機キレート化合物が挙げられ、これらは、その中の任意の過酸素化合物の分解を促進する。典型的な錯化剤は、有機アミノまたはヒドロキシ−ポリホスホン酸錯化剤（酸または可溶性塩の形態のいずれか）、カルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、アミノカルボン酸、またはマグネシウムもしくはスズ化合物（例えば、シュウ酸スズ）を含む。

本組成物中の安定剤として一般に有用なキレート剤または金属イオン封鎖剤としては、（酸の形態で表された）ジピコリン酸、ピコリン酸、グルコン酸、キノリン酸の塩または酸、およびエチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルエチルエチレンジアミン三酢酸（ＨＥＤＴＡ）、およびエチレントリアミン五酢酸などのアルキルジアミンポリ酢酸タイプのキレート剤（ＥＤＴＡ）、アクリル酸およびポリアクリル酸タイプの安定剤、ホスホン酸、ならびに、とりわけホスホン酸タイプのキレート剤が挙げられる。好ましい金属イオン封鎖剤としては、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（ＣＨ_３Ｃ（ＰＯ_３Ｈ_２）_２ＯＨ）（ＨＥＤＰ）、エチレンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸（ＥＤＴＭＰ）、ジエチレントリアミンペンタキスメチレンホスホン酸（ＤＴＰＭＰ）、シクロヘキサン−１，２−テトラメチレンホスホン酸、アミノ［トリ（メチレンホスホン酸）］、（エチレンジアミン［テトラメチレン−ホスホン酸）］、２−ホスフェンブタン−１，２，４−トリカルボン酸、またはアルキル金属塩、アンモニウム塩、またはモノ、ジ、もしくはテトラ−エタノールアミン塩等のアルキロイルアミン塩含むホスホン酸およびホスホネート塩が挙げられる。好ましい実施形態では、安定剤は、ＨＥＤＰである。

いくつかの実施形態では、結合剤またはヒドロトロープは、酸化剤消毒液中に含まれる。一実施形態では、結合剤は、キシレンスルホン酸ナトリウムである。

いくつかの実施形態では、洗浄または抗菌組成物は、膜表面に有害であり得る材料を含まない。例えば、いくつかの実施形態では、洗浄または抗菌組成物は、陰イオン界面活性剤以外の界面活性剤を含まないか、または実質的に含まない。膜表面は負電荷を帯びていることが多く、カチオン性または非イオン性界面活性剤を含むと、膜表面と負の反応を起こし得る。いくつかの実施形態では、洗浄または抗菌組成物は、過酸、過酸化水素、もしくはオゾン以外の酸化剤を含まないか、または実質的に含まない。いくつかの実施形態では、洗浄または抗菌組成物は、塩素を含まないか、または実質的に含まない。塩素および他の酸化剤は、膜の完全性もしくは性能に悪影響を及ぼし得る。いくつかの実施形態では、洗浄または抗菌組成物は、無機酸を含まないか、または実質的に含まない。ここでも、無機酸は、膜の完全性または性能に悪影響を及ぼし得る。

以下の表１および２は、濃縮液および使用溶液の組成における様々な構成成分についての例示的な濃度範囲を示す。

膜の消毒／洗浄の方法
一態様では、酸洗浄溶液と酸化剤消毒液の組み合わせを使用して、バイオフィルム形成および細菌胞子による汚染を受けやすい膜を相乗的に洗浄および消毒する。いくつかの実施形態では、酸洗浄溶液は、最初に膜に適用されて、膜を洗浄する。次いで、酸化剤消毒液を酸洗浄溶液と組み合わせて、強化抗菌溶液を生成する。次いで、この強化溶液は、膜内で循環させて、膜を消毒する。膜システムの透過側に洗浄の問題がある場合、膜システムの圧力を修正して、この組み合わせの洗浄液の透過率を増減することができる。

別の態様では、膜に適用する前に、酸洗浄溶液および酸化剤消毒液は、組み合わされる。酸洗浄溶液と酸化剤消毒液とを組み合わせて、単一のステップで使用するためにパッケージ化された強化抗菌溶液を形成する。

いくつかの実施形態では、この方法は、膜濾過システムに適用された定置洗浄法である。このような実施形態では、酸洗浄溶液および酸化剤消毒液は、膜濾過システムを通して循環される。

例示的な実施形態では、有機酸および界面活性剤を含む洗浄液が調製される。洗浄液は、約２〜約６０分間、約２〜約３０分間、または約２〜約１５分間、膜システムを通して循環される。いくつかの実施形態では、膜は、最大約３０日間、または約０．５〜約１５日間、または約１〜７日間、または１〜３日間、洗浄液中に液浸させてもよい。殺菌溶液を洗浄液に添加して、強化抗菌溶液を生成し、殺菌溶液は酸化剤を含む。抗菌溶液は、膜システムを通して、約１〜約３０分間、約１〜約２０分間、約１〜約１０分間、または約５〜約１０分間循環される。いくつかの態様では、この方法は、膜上の細菌胞子の少なくとも１ｌｏｇ、少なくとも２ｌｏｇ、または少なくとも３ｌｏｇの低減をもたらす。いくつかの実施形態では、この方法は、バイオフィルム、生物付着物、および／または粘液形成細菌の少なくとも１ｌｏｇ、少なくとも２ｌｏｇ、または少なくとも３ｌｏｇの低減をもたらす。

いくつかの実施形態では、洗浄液および抗菌溶液は、約７０°Ｆ〜約１２５°Ｆ（約２１℃〜約５２℃）の温度で膜システム内で循環される。

上記の方法および組成物は、以前の膜処理よりも驚くべき相乗効果を提供する。有機酸、陰イオン界面活性剤、および過酸の組み合わせは、過酸のみと比較して、膜との改善された化学的適合性をもたらす。膜との良好な化学的適合性を示すＣＩＰ処理の使用により、洗浄組成物にさらされても、より長期間実行可能な膜が得られる。

膜の化学的適合性は、膜阻止率を決定することによって評価される。膜の阻止率は、特定の物質を濾過するために膜がいかに良好に機能しているかを示す。ＵＦ膜については、高い阻止率は、膜がタンパク質を効果的に濾過していることを示す。ＵＦ膜の阻止率が低いと、膜に欠陥があり、タンパク質を溶液から効果的に濾過できなくなっていることを示す。ＲＯ膜の場合には、高い阻止率は、膜が塩を適切に濾過していることを示し、低い除去率は、膜が塩を適切に濾過していないことを示す。

いくつかの実施形態では、これらの方法は、細菌胞子およびバイオフィルムを除去するためだけでなく、膜上の鉱物堆積物をスケーリングするためにも効果的である。酸洗浄溶液が陰イオン界面活性剤に加えてギ酸およびメチルスルホン酸を含む実施形態は、膜から鉱物堆積物を除去する際により効果的である。

次の濃縮液は、以下の実施例で使用される。

実施例１
最初に、バチルス種の野生分離株の生存を低減するための抗菌溶液の性能を比較するためにイン−ビトロ試験（ｉｎ−ｖｉｔｒｏ ｔｅｓｔ）を行った。

細菌サンプルを各洗浄液の希釈液と組み合わせた。表３〜５の配合は、１％溶液に希釈し、表６の配合は、０．２５％溶液に希釈した。次いで、サンプルを中和して、化学プロセスを停止した。サンプルを微生物培地上にプレーティングして、培養し、生存物を数えた。サンプルを５０℃で２、５、または１０分間培養した。

結果を図１に示す。バチルス種の生存ｌｏｇを、時間（分）に対するＣＦＵ／ｍＬでグラフ化する。結果は、酸洗浄剤Ａ（ＡＣ−Ａ）が細菌の生存を低減させるための市販の消毒剤Ａ（ＣＳ−Ａ）ほど効果的ではないことを示す。しかし、酸化剤Ａ（Ｏ−Ａ）はＣＳ−Ａよりも改善された有効性を示した。驚くべきことに、Ｏ−ＡとＡＣ−Ａとの組み合わせは、１０分後の生存率について、１ＣＦＵ／ｍＬだけさらに良好な抗菌の有効性をもたらした。

実施例２
次に、実験配合物を試験し、膜からの胞子除去の有効性について比較した。最初に、胞子分離株を滅菌蒸留水で希釈して、バチルス胞子野生分離株の混合物の最終濃度が１０^４ＣＦＵ／ｍＬである溶液を生成した。６枚の限外濾過（ＵＦ）ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）膜（Ｓｐｉｒａｐｒｏ，ＫＯＣＨ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）を１０^４ＣＦＵ／ｍＬの胞子溶液に２４時間液浸した。膜を浸漬法を使用してすすぎ、個々の滅菌遠心管の中に位置付けた。ＡＣ−ＡとＯ−Ａとの組み合わせ処理を、２５００ｐｐｍで管内の膜のうちの２つに５分間適用した。比較として、ＣＳ−Ａを２６００ｐｐｍで膜のうちの２つに５分間適用した。脱イオン水（ＤＩ）を２つの膜の対照として使用した。いくつかの膜を防腐剤溶液中で湿潤状態で保存し、他の膜を乾燥状態で試験した。

これらの結果を表７および図２に示す。視覚的な等級付けを１〜５の尺度で行い、５が最も多い胞子の出現を示した。

図２からわかるように、ＡＣ−Ａ＋Ｏ−Ａで処理したプレート上では、目に見える胞子は増殖していない。ＣＳ−Ａと比較して、ＡＣ−Ａ＋Ｏ−Ａの組み合わせは、胞子除去にはるかに効果的だった。これは、標準の過酸化水素、酢酸、および過酢酸溶液の抗菌性能がＤＤＢＳＡ、クエン酸、および乳酸の添加によって強化されたことを示す。これらの結果は、湿潤サンプルおよび乾燥サンプルの両方に当てはまった。

実施例３
例示的な配合物の抗菌性能を、バチルス種の胞子に対して試験した。サンプルを、１２２°Ｆ（５０℃）で２、５、または１０分間、例示的な配合物にさらした。実施例１では、上記の懸濁法を利用した。サンプルを観察して、生物のｌｏｇ低減を達成するのに必要な時間を決定した。

図３は、１％希釈のＡＣ−Ａと、２５００ｐｐｍのＯ−Ａと、０．５％希釈のＡＣ−Ａ＋２５００ｐｍのＯ−Ａと、１％希釈のＡＣ−Ａ＋２５００ｐｐｍのＯ−Ａとの比較結果を示す。ＡＣ−Ａ＋Ｏ−Ａの両方の組み合わせは、ＡＣ−ＡまたはＯ−Ａのいずれかのみのものよりも効果的であったが、０．５％ＡＣ−Ａ＋２５００ｐｐｍのＯ−Ａの組み合わせは、バチルス種の胞子を取り除く際に最も効果的であった。図３のチャートでわかるように、ＡＣ−Ａ０．５％＋Ｏ−Ａ２５００ｐｐｍに１２２°Ｆ（５０℃）で１０分間さらすと、存在する胞子の量が４Ｌｏｇを超えて低減した。溶液のこの組み合わせおよび濃度は、１％ＡＣ−Ａ＋Ｏ−Ａ２５００ｐｐｍよりも効果的であり、これにより、１０分後に胞子が３Ｌｏｇ低減した。Ｏ−Ａと組み合わせたＡＣ−Ａの両方の濃度は、ＡＣ−ＡまたはＯ−Ａのみよりもバチルス種の胞子に対する抗菌性能に依然として効果的であった。この比較は、ＡＣ−Ａ溶液とＯ−Ａ溶液との相乗作用を示している。

実施例４
また、実験式を、図４に示す疾病管理センター（Ｃｅｎｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｅａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ、ＣＤＣ）のバイオフィルムリアクタ（ＢｉｏＳｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｏｚｅｍａｎ，ＭＴ）を使用して、バイオフィルムをＰＥＳ ＵＦ膜表面から除去する際の有効性について試験した。この試験方法は、ＵＳ ＥＰＡ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｕｂｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔ Ｅｆｆｉｃａｃｙ Ａｇａｉｎｓｔ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｇｒｏｗｎ ｉｎ ｔｈｅ ＣＤＣ Ｂｉｏｆｉｌｍ Ｒｅａｃｔｏｒに基づいていた。

使用した細菌株は、緑膿菌およびバチルス種の野生分離株であった。細菌株を、トリプシン大豆ブロス（ｔｒｙｐｔｉｃ ｓｏｙ ｂｒｏｔｈ、ＴＳＢ）増殖培地内で増殖し、２％牛乳を低温殺菌した。細菌培養液を、トリプトングルコース抽出物（ＴＧＥ）寒天上で増殖させた。次いで、緑膿菌純粋培養の１ループを、１％ＴＳＢ１００ｍＬの中に植菌し、３５℃で２４時間培養した。これを、バチルス種の胞子について繰り返した。ＰＥＳ ＵＦ膜の断片を多孔質媒体ホルダに固定した。次いで、バイオフィルムの成長に使用する前に、膜を、通常の定置洗浄液で処理した。５００ｍＬの溶液を１．５インチの撹拌棒によって２００ｒｐｍでかき混ぜた。膜調整プロセスのステップを表２にまとめている。

次いで、培地膜ホルダをＣＤＣバイオフィルムリアクタの中に位置付けた。１ｍＬの試験生物を、増殖培地を含むバイオフィルムリアクタの中に植菌した。１％ＴＳＢを２５℃、１８０ｒｐｍで攪拌しながら使用し、２４時間無増殖培地クロスフロー後に膜上にバイオフィルムを生成し、その後１０．３ｍＬ／分でＣＤＣバイオフィルムリアクタを通って流れる低温殺菌された２％牛乳増殖培地を２４時間連続供給した。次いで、培地膜ホルダをバイオフィルムリアクタから除去し、すすいで浮遊細胞を除去した。各膜ホルダを、３０ｍＬの標準方法希釈水（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｗａｔｅｒ、ＳＭＤＷ）を含有する別個の５０ｍＬの円錐管にわたって垂直に保持した。ホルダをＳＭＤＷの中に連続動作で浸し、すぐに除去した。

膜をホルダから除去し、半分に切断した。膜片の半分を４ｍＬの滅菌脱イオン（ＤＩ）水サンプル中で１０分間すすいだ。次いで、得られた水溶液を３０秒間ボルテックスし、３０秒間超音波処理し、再び３０秒間ボルテックスした。得られた溶液を滅菌ＤＩ水中で順次希釈し、ＴＧＥプレーティング培地にプレーティングした。膜片の残りの半分を消毒剤溶液に１０分間さらした。次いで、中和溶液を各サンプルに加えて、化学反応を停止させた。得られた溶液を滅菌ＤＩ水中で順次希釈し、培養するためのＴＧＥプレーティング培地にプレーティングした。

図５は、膜上のバイオフィルム試験の結果を示す。バイオフィルム増殖のｌｏｇ低減が記録され、グラフ化された。グラフに示すように、１２０°Ｆ（約４９℃）の温度での膜処理は、Ｏ−Ａのみの７５°Ｆ（約２４℃）よりも効果的である。Ｏ−ＡとＡＣ−Ａとの組み合わせは、Ｏ−Ａのみよりもバイオフィルムを低減する際に効果的であった。さらに、メチルスルホン酸（ＭＳＡ）を添加したＯ−Ａ＋ＡＣ−Ａは、ＡＣ−Ａを伴うＯ−Ａよりも効果が弱いが、Ｏ−Ａのみよりも効果的であった。

実施例５
材料適合性試験を実施して、膜表面の劣化の指標である膜阻止率への影響を観察した。試験は、ＰＥＳ ＵＦ膜材料およびＲＯ膜の両方で実行された。サンプルを５．７日間液浸した。１日あたり１５分のＣＩＰ接触に基づいて、これは化学物質へ１．５年毎日さらしたことに相当する。

ＰＥＳ ＵＦ膜を、乳タンパク質の阻止について調査し、ここで、％阻止は、（（透過タンパク質−牛乳供給物中のタンパク質）／タンパク質牛乳供給物）×１００に等しい。図６のグラフは、長期の化学物質への暴露（１．５年の繰り返し）が、材料適合性の指標であるＵＦ ＰＥＳ膜についての阻止率の低下を招いていないことを示す。

２％ＮａＣｌを供給物溶液として用いた導電率を使用して、ＲＯ膜を、阻止について試験した。％阻止＝（（透過物の導電率−ＮａＣｌ供給物の導電率）／ＮａＣｌ供給物の導電率）×１００。結果を図７に示す。驚くべきことに、ＡＣ−Ａ＋Ｏ−Ａの試験化学組成物を使用した長期化学物質暴露（１．５年を繰り返す）は、酢酸、過酸化水素、およびペルオキシ酢酸溶液のみを使用したときに観察されたものよりもはるかに高い阻止率を有していた。この発見は、高温で使用することができるＲＯ適合性酸化溶液の証拠であり得る。

実施例６
化学組成物の抗菌性および適合性の利点に加えて、試験は、ＤＤＢＳＡ、クエン酸、および乳酸（ＡＣ−Ａ）からなる化学組成物が、バチルス種の胞子分離株がＰＥＳ ＵＦ膜表面上に付着または増殖し、ＲＯ膜表面の程度を低くする能力を妨害することを示した。この研究の目的は、膜および胞子をＤＩ水対ＡＣ−Ａ１％溶液中に液浸したとき、ＲＯおよびＵＦ（ＰＥＳ）膜表面とのバチルス種の中温性胞子野生分離株の付着特性を決定することであった。各膜ディスクについての液浸条件の記載を、表９に提供する。膜９〜１２は、対照として働く。

２つの希釈牛乳胞子分離株溶液を、野生分離株の中温性バチルス種の胞子で生成した。１つの溶液は、希釈剤として滅菌ＤＩを使用したが、もう１つの溶液は希釈剤として１％ＡＣ−Ａ溶液を使用した。直径１インチの膜ディスクをＡＣ−Ａ溶液中で保存し、次いで使用前にＤＩ水中ですすいだ。６枚のＰＥＳおよび６枚のＲＯ膜ディスクを、ＡＣ−Ａ（１％ｖ／ｖ）溶液に７２時間液浸した。６枚のＰＥＳおよびＲＯ膜６枚のディスクを、対照としてＤＩ水溶液中に７２時間液浸した。液浸後、膜を２５ｍＬのプラスチック（Ｎａｌｇｅｎｅ）容器の中に位置付けた。１０ｍＬの適した胞子溶液をそれぞれのＮａｌｇｅｎｅ容器の中に位置付け、膜ディスクを２４時間液浸させた。次いで、膜ディスクを胞子溶液から取り出し、ＤＩ水ですすいだ。

各膜ディスクをプレーティングした。１ｍＬのＴＴＣ色素を１００ｍＬのＴＧＥ寒天に添加し、ペトリ皿に薄層で適用し、乾燥させた。膜を乾燥したプレート上に位置付け、膜を被覆するまで寒天を添加した。次いで、膜を３５℃で４８時間培養した。膜を、４８時間後に１〜５の尺度で視覚的に等級付けし、１枚は視覚的な胞子がなく、５枚は対照の膜であった。

プレーティングの結果を、図８Ａ〜８Ｂに示す。ＡＣ−Ａ１％で希釈したバチルス種の胞子野生分離株は、ＵＦ膜または周囲のニュートリエント寒天（ｎｕｔｒｉｅｎｔ ａｇａｒ）上では増殖しなかった。これは、胞子の曝露前に、ＤＩ水またはＡＣ−Ａ１％に液浸した膜について当てはまった。バチルス種の胞子野生分離株は、ＵＦ ＰＥＳ膜表面について観察したものよりもＲＯ膜表面上で付着して増殖した。ＤＩ水中で液浸し、ＤＩ水で希釈したバチルス種の胞子分離株にさらしたＲＯおよびＵＦ膜の両方の表面は全て、最も多くの付着および増殖を示した。

実施例７
有効性試験を、バチルス種胞子の野外分離株に対して行った。試験方法としてＳＯＰ＃ＭＳ００９；Ｇｅｒｍｉｃｉｄａｌ ａｎｄ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ Ｓａｎｉｔｉｚｉｎｇ Ａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔｓを使用して、いくつかの異なる温度（７０°Ｆ（約２１℃）、１１０°Ｆ（約４３℃）、および１２２°Ｆ（５０℃））で５分間の接触時間で試験を行った。実施例１では、上記の懸濁法を利用した。酸洗浄剤Ｂ（ＡＣ−Ｂ）とＯ−Ａとの新しい組み合わせ処理を、ＡＣ−Ａ、ＡＣ−Ｂ、およびＯ−Ａの個々に、ならびにＡＣ−ＡとＯ−Ａとの組み合わせに対して比較した。

図９のグラフに示すように、両方の組み合わせ処理は、１２２°Ｆ（５０℃）および１１０°Ｆ（約４３℃）で個々の溶液よりも優れた性能であった。ＡＣ−Ｂ＋Ｏ−Ａは、他の何よりも良好な性能であった。これは、細菌胞子の低減のためにＯ−Ａと組み合わせるとき、ＡＣ−Ｂ配合がＡＣ−Ａ配合よりも優れていることを示す。

図１０は、新しい実験的配合を使用して１．５年の化学物質暴露をシミュレートするさらなるＲＯ適合性試験を実証するグラフを示す。実験条件は、実施例５で上述したとおりである。

実施例８
ＡＣ−Ｂを含む例示的な配合を、膜から細菌胞子を除去する際の性能について試験した。Ｏ−Ａの有効性を、Ｏ−ＡとＡＣ−ＡおよびＯ−ＡとＡＣ−Ｂの組み合わせで比較した。

粉乳胞子分離株（バチルス）の混合胞子ストックを、滅菌脱イオン水中で約１×１０^６胞子／ｍＬに希釈した。直径１インチの膜ディスクを、試験前に１％ＡＣ−Ａ溶液中で調製した。各ディスクを滅菌ＤＩ水ですすいで、ＡＣ−Ａ溶液を除去した。２４枚のＵＦ ＰＥＳ膜ディスクを、膜あたり１０／ｍＬのワーキング胞子ストック溶液中に室温で２４時間浸した。液浸後、個々の膜ディスクを滅菌ＤＩ水ですすぎ、滅菌５０ｍＬプラスチック容器内に保存した。膜を、処理溶液中で１１０°Ｆ（約４３℃）で５分間培養した。以下の処理：（１）対照、ＤＩ水、（２）０．２５％Ｏ−Ａ、（３）１％ＡＣ−Ａ、０．２５％Ｏ−Ａ、（４）１％ＡＣ−Ｂ、０．２５％Ｏ−Ａについて試験した。次いで、膜ディスクを寒天を含有するペトリ皿に位置付け、３５℃で４８時間培養した。

図１１は、処理後のペトリ皿を示す。図１２は、結果を表すグラフを示す。予想通り、水の制御処理では胞子の除去はほとんど生じなかった。Ｏ−Ａのみで胞子の約半分を除去した。ＡＣ−ＡとＯ−Ａとの組み合わせおよびＡＣ−ＢとＯ−Ａとの組み合わせの両方が、Ｏ−Ａのみよりも細菌胞子の除去により効果的であった。ＡＣ−ＡとＡＣ−Ｂの有効性は、ほぼ同じであった。図１１の膜でわかるように、胞子の全てをＰＥＳ膜ディスクから排除した。

これに続いて、乳製品膜上の緑膿菌によって生成されたバイオフィルムを低減するための例示的な溶液の有効性を調査した。ＣＤＣバイオフィルムリアクタを、４８時間の培養時間で使用した。細菌をリアクタの中に導入すると、膜上でバイオフィルムを増殖させるために、静止状態で２４時間および流動状態で２４時間かかる。各膜は、１２２°Ｆ（５０℃）で５分間、以下の：（１）ＡＣ−Ａ、（２）Ｏ−Ａ、（３）ＡＣ−Ｂ、（４）ＡＣ−ＡとＯ−Ａ、および（５）ＡＣ−ＢとＯ−Ａのうちの１つの処理を受けた。

結果を表１０に提供し、図１３のグラフに示す。これらの結果は、ＡＣ−Ｂのみがバイオフィルムを乳製品膜から低減するのに最も効果が弱かったが、依然として５．０４のｌｏｇ低減が得られたことを示した。ＡＣ−Ａは、個々の処理として最高の性能を示し、ｌｏｇ低減は７．５２であった。ＡＣ−ＡとＯ−ＡおよびＡＣ−ＢとＯ−Ａの組み合わせは、ＡＣ−Ａのみと同じバイオフィルムに対する有効性を有し、ｌｏｇ低減は７．５２であった。

図１４は、１１０°Ｆ（約４３℃）と１２２°Ｆ（５０℃）との例示的な溶液の比較結果を示す。これらの結果は、より高い温度での処理が消毒処理の有効性を高めることを示している。

実施例９
ＡＣ−ＡとＯ−ＡおよびＡＣ−ＢとＯ−Ａの例示的な溶液の組み合わせを、カルシウムを分解するこれらの能力について比較した。結果を図１５に示す。

本出願において提供された１つ以上の実施形態の記載および例示は、いかなる形でも、特許請求される本発明の範囲を限定または制限するように意図するものではない。本出願において提供される実施形態、例、および詳細は、所有権を譲渡し、特許請求された発明の最良の形態を他者が作成し、使用することを可能にするのに十分であると見なされる。特許請求される本発明は、本出願において提供されるいかなる実施形態、例、または詳細に対して限定されるものと解釈されるべきではない。組み合わせて、または別々に示され、記載されているかどうかにかかわらず、様々な特徴（構造的にも、方法論的にも）は、特定の特徴の組とともに実施形態を生み出すために選択的に含まれ、または省略されるように意図される。本出願の記載および例示が提供されているため、当業者は、特許請求される本発明のより広い範囲から逸脱しない、本出願において具体化される一般的な発明概念のより広い態様の精神に当てはまる変形形態、修正形態、および代替実施形態を想定することができる。

本発明の特定の実施形態について記載してきたが、他の実施形態も存在し得る。本明細書は、詳細な記載を含むが、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって示される。上記の特有の特徴および作用は、例示的な態様および実施形態として開示される。様々な他の態様、実施形態、修正形態、およびそれらの均等物は、本明細書の記載を読み終えると、本開示の精神または特許請求された主題の範囲から逸脱することなく、それら自体を当業者に提案することができる。

Claims (30)

1. 膜システム内の膜部材を洗浄および消毒する方法であって、前記方法は：
   洗浄液を、前記膜システムを通して、約７０°Ｆ〜約１２５°Ｆ（約２１℃〜約５２℃）の温度で約２分〜約３０分間循環させることであって、前記洗浄液が、約０．１重量％〜約１重量％の有機酸および約０．０１〜約０．１重量％の界面活性剤を含む、ことと、
   消毒液を前記洗浄液に添加して強化抗菌溶液を生成することであって、前記消毒液が、約０．０２重量％〜約０．１５重量％の酸化剤を含む、ことと、
   前記強化抗菌溶液を、前記膜システムを通して、約７０°Ｆ〜約１２５°Ｆ（約２１℃〜約５２℃）の温度でさらに約１〜約２０分間循環させることと、を含む方法。
2. 前記有機酸が、メチルスルホン酸、ギ酸、クエン酸、乳酸から選択される、少なくとも２種の有機酸の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記有機酸がメチルスルホン酸とギ酸との組み合わせを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記有機酸がクエン酸と乳酸との組み合わせを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記界面活性剤が、陰イオン界面活性剤を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記界面活性剤が直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記界面活性剤がドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＤＢＳＡ）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記洗浄液がヒドロトロープ結合剤をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記酸化剤が過カルボン酸を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記酸化剤が過酢酸を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記消毒液が安定剤をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記消毒液が約５０ｐｐｍ〜約１，０００ｐｐｍの過カルボン酸を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記消毒液が、過酸化水素、酢酸、過酢酸およびヒドロキシエチリデンジホスホン酸を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記方法が前記膜上の細菌胞子の少なくとも３ｌｏｇの低減をもたらす、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記方法が、バイオフィルム、生物付着物および／または粘液形成細菌の少なくとも１ｌｏｇの低減をもたらす、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記方法が、バイオフィルム、生物付着物および／または粘液形成細菌の少なくとも３ｌｏｇの低減をもたらす、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 有機酸、陰イオン界面活性剤および過カルボン酸の組み合わせが、過カルボン酸のみと比較して、前記膜との改善された化学的適合性をもたらし、改善された化学的適合性が、ＵＦ膜のタンパク質阻止および／またはＲＯ膜の塩阻止によって示される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記膜システムが、乳製品工場、醸造所、ワイナリー、水工場または食品工場における膜濾過システムである、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記方法が定置洗浄法である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記膜が、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、逆浸透（ＲＯ）膜から選択される、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記膜が、ポリマー、セラミックまたはステンレス鋼で作られている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記膜が、らせん巻き膜、中空繊維膜、管状膜またはプレートおよびフレームのフラットシート膜として構成されている、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 定置洗浄プロセスによって膜上の細菌胞子およびバイオフィルムの形成を低減する方法であって、前記プロセスが、
    抗菌溶液を、約７０°Ｆ〜約１２５°Ｆ（約２１℃〜約５２℃）の温度で前記膜に適用することを含み、前記抗菌溶液が、
    約０．０５〜約０．５重量％の有機酸と、
    約０．０１〜約０．１重量％の陰イオン界面活性剤と、
    約０．０４〜約０．１重量％の酸化剤と、
    約０．００１〜約０．００５重量％の安定剤とを含む、方法。
24. 前記抗菌溶液が、メチルスルホン酸、ギ酸、キシレンスルホン酸ナトリウムおよびドデシルベンゼンスルホン酸を含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記抗菌溶液が、ペルオキシ酢酸、過酸化水素、酢酸およびヒドロキシエチリデンジホスホン酸を含む、請求項２３に記載の方法。
26. 前記膜が、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、逆浸透（ＲＯ）膜から選択される、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記膜が、ポリマー、セラミックまたはステンレス鋼で作られている、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記膜が、らせん巻き膜、中空繊維膜、管状膜、またはプレートおよびフレームのフラットシート膜として構成されている、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記方法が細菌胞子およびバイオフィルムの少なくとも１ｌｏｇ低減をもたらす、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記方法が前記膜の低減された鉱物スケーリングをもたらす、請求項２３〜２９のいずれか一項に記載の方法。

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