NO178213B - Anvendelse av en antimikrobiologisk sammensetning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt anvendelse av en antimikrobiologisk sammensetning. Et trekk ved oppfinnelsen vedrører anvendelse av en antimikrobiologisk sammensetning som inneholder en meget aktiv mikrobiocid som er nyttig i en lang rekke anvendelser inkludert vannbehandling, tremasse og papirfremstilling og oljefelt-vannstrømming.

Mikrobiocider blir vanligvis anvendt for å kontrollere vekst av mikroorganismer i forskjellige industrielle produkter og prosesser, inkludert kjølevann, papirfremstilling, oljefelt-strømmende vann, forbrukerprodukter og lignende. Selv om et antall mikrobiocider for tiden er tilgjengelige, er ingen fullstendig effektive i alle situasjoner, og kan også ha uønskede kjennetegn når det gjelder behandling, toksikologi, aktivitetsspektrum, kostnader og lignende.

Kjemiske forbindelser som inneholder en geminal halogennitro-del er kjent å være bakteriocidisk og fungicidisk som rapportert av W.R. Bowman og R.J. Stretton, "Åntimicrobial Activity of a Series of Halo-Nitro Compounds, " Åntimicrobial Agents and Chemotherapy. 2: 504-505 (1972) og N.G. Clark, B. Croshaw, B.E. Leggetter og D.F. Spooner, "Synthesis and Åntimicrobial Activity of Aliphatic Nitro Compounds," J. Med. Chem.. 17: 977-981 (1974).

En lang rekke av disse geminale halogennitro-forbindelsene har blitt syntetisert og undersøkt for antimikrobiologisk aktivitet. Selv om ingen viser aktivitet som er fremragende sammenlignet med resten av gruppen, er den mest effektive forbindelsen generelt funnet å være 2-brom-2-nitro-l,3-propandiol. Denne forbindelsen er i kommersiell handel under navnet "Bronopol", og er vidt anvendt innenfor forskjellige områder der et antimikrobiologisk middel er nødvendig.

Som angitt over er olje- og gassindustrien et felt der antimikrobiologiske midler er særlig nyttige. For eksempel i GB 2.183.477 A publisert 10. juni 1987, er nye faststoff antibakteriologiske sammensetninger beskrevet og disse angis å være hensiktsmessige for anvendelse i olje- eller gassbrøn-ner mot sulfat-reduserende bakterier. Disse sammensetningene er angitt å være faste nitroalkanoler med 2-brom-2-nitropro-pan-l,3-diol som den foretrukne.

Det er kjent at korrosjon kan forekomme i rørledninger fra oljebrønner på grunn av dannelse av syrer i tilknytning til vekst av bakteriekolonier, særlig kolonier med sulfat-reduserende bakterier. Disse koloniene kan utvikles i vann i nærvær av olje og kan infisere hele brønnsystemet.

Det er også angitt i denne søknaden at et tilsvarende problem kan eksistere i oppsamlingen av naturgass. Vanndråper kan dannes på det indre av gassledningen der kolonier med bakterier kan vokse og gi opphav til korrosjonsforhold.

I utvinning av naturgasser og i oljebrønner som utnytter strømningsoperasjoner, er det således vanlig å benytte en antibakteriologisk forbindelse for å hindre eller i det minste å begrense korrosjonen. Referansen angir videre at kjente forbindelser og fremgangsmåter som anvender antibakteriologiske forbindelser for å hemme bakteriologisk vekst ikke er fullstendig tilfredsstillende. Enhver forbindelse som blir anvendt må ha en høy grad a antibakteriologisk aktivitet mot sulfat-reduserende bakterier, slik som Desulfovibrio desulfuricans.

Selv om GB 2.183.477 A erkjenner fravær i litteraturen av kjente forbindelser som er tilfredsstillende som antibakteriologiske midler for denne spesielle anvendelsen, og foreslår nitroalkanolene til å overvinne denne mangel, er ingen av de andre angitte forbindelsene som er beskrevet å inneha uventede egenskaper, selv om bronopol er vurdert å være den foretrukne forbindelsen. Således er det tydelig at oppfinnerne har likestilt alle medlemmene av den beskrevne klassen til å være vesentlig ekvivalent for den angitte hensikt.

Også i US-PS 3.024.192 utgitt 6. mars 1962 av E.O. Bennett et al. blir det beskrevet en forbedret fremgangsmåte i et strømningsprogram for utvinning av olje fra oljebærende underjordiske formasjoner, som utnytter et halonitroalkanol slik som 2-brom-2-nitro-l,3-propandiol, 2-klor-2-nitro-l-butanol og lignende.

Foreliggende oppfinnelse angår således anvendelse av en bakteriocid effektiv mengde av 2,2-dibrom-2-nitroetanol for å drepe eller hemme vekst av bakterier i en væske som blir benyttet i en oljebrønnflømmingsoperasjon eller i olje- og gassoppsamlede systemer.

Oppfinnelsen vedrører i sitt brede aspekt en antimikrobiologisk sammensetning som inneholder en aktiv bestanddel, 2,2-dibrom-2-nitroetanol, heretter referert til som "DBNE". Oppfinnelsen vedrører anvendelse av sammensetningen i forskjellige anvendelsesområder, særlig i oljefeltstrømopera-sjoner og industriell kjølevannsbehandling der en høy grad av mikrobiocidisk aktivitet er nødvendig i en relativt kort tidsperiode.

Som angitt over er det tidligere kjent innenfor teknikken at nitroalkanoler er nyttige som antimikrobiologiske midler. I den klassen med forbindelser var det derimot ingen bekref-telse i litteraturen at noen spesielle medlemmer av nitroalkanolene andre enn bronopol utviste uventede eller overraskende egenskaper.

Således er det nå uventet og overraskende funnet at 2,2-dibrom-2-nitroetanol (DBNE) er et høyt aktivt antimikrobiologisk middel, og når det er tilstede i den antimikrobiologiske sammensetningen til og med som eneste aktive bestanddel, er den langt bedre enn andre halonitroalkanoler av den typen beskrevet i litteraturen inkludert bronopol.

I en studie av aktiviteten til bronopol, ble det oppdaget at en råkvalitet av bronopol hadde mikrobiocidisk aktivitet som var vesentlig høyere enn den til renere kvaliteter av bronopol. Kromatografisk analyse av produktet la for dagen tilstedeværelse av en urenhet som var tilstede på lave nivåer. Etter isolering ble dette materialet karakterisert ved kjemiske- og spektroskopiske metoder og identifisert som DBNE. Videre undersøkelser åpenbarte at denne forbindelsen viste mikrobiocidisk aktivitet som er langt overlegen i forhold til bronopol, særlig når den ble målt etter kort kontakt mellom mikrobiocidet og mikroorganismene. I noen tilfeller, som vist heretter, drepte forbindelsen fullstendig visse mikroorganismer mens bronopol i det vesentlige ikke var effektiv.

Det var derfor overraskende å finne at når DBNE ble benyttet i en antimikrobiologisk sammensetning som hoved-antimikrobiologisk middel, har slike sammensetninger overlegen aktivitet i forhold til halonitroalkanoler fra tidligere teknikk.

I praksis kan DBNE bli benyttet i antimikrobiologiske sammensetninger som eneste biocid eller i kombinasjon med andre biocider, inkludert andre halonitroalkanoler.

Når sammensetningen i det vesentlige består av DBNE, kan den være tilstede i en konsentrasjon på fra ca. 0,5 til ca. 99 vekt-56 basert på totalvekten av den antimikrobiologiske sammensetningen. Når det blir benyttet andre biocider som ikke er halonitroalkanoler kan DBNE være tilstede i en mengde fra ca. 1 til ca. 99 vekt-#, og mer å foretrekke fra ca. 1 til ca. 10 vekt-# av samlet sammensetning. I de tilfeller som angitt over der DBNE blir benyttet med andre halonitroalkanoler slik som bronopol, blir den benyttet i en mengde på minst ca. 10 vekt-#, og mer å foretrekke på minst 50 vekt—% av de samlede biocidiske aktive halonitroalkanol-bestanddelene.

Blant andre biocidisk aktive bestanddeler som kan bli anvendt i kombinasjon med DBNE inkluderer forbindelser slik som glutaraldehyd, isotiazoliner, metylen-bis(tiocyanat), 2,2-dibrom-3-nitrilpropionamid, kvarternære ammoniumforbindelser og lignende.

Som angitt omfatter den antimikrobiologiske sammensetningen i foreliggende oppfinnelse DBNE. Siden DBNE er oppløselig i vann opp til ca. 6 til 8 prosent, kan den antimikrobiologiske sammensetningen være i form av en vandig oppløsning. For andre konsentrasjoner av DBNE kan det benyttes organiske forbindelser slik som hydrokarboner, halokarboner, inkludert diklormetan, alkoholer, glykoler, aldehyder, ketoner, høymolekylvekt-glykoler og lignende, og uorganiske forbindelser slik som diatomejord, pimpstein og lignende. Blanding av bæreren og de biocidisk aktive bestanddelene kan være effektivt ved anvendelse av konvensjonelt material-behandlingsutstyr ved teknikker kjent innenfor fagområdet.

Den aktive bestanddel anvendt i foreliggende oppfinnelse, 2,2-dibrom-2-nitroetanol, blir hensiktsmessig fremstilt i en av flere fremgangsmåter beskrevet i litteraturen. For eksempel i US-PS 3.711.561 utgitt 16. januar 1973 av R. Wessendorf i Tyskland, blir det beskrevet en fremgangsmåte for fremstilling av bromnitro-alkoholer med formelen:

der R-l er hydrogen, metyl eller halogenert metyl og R2 er

hydrogen, metyl og etyl som kan være substituert med minst en hydroksygruppe slik som

Alkoholene med den angitte formelen blir fremstilt ved å reagere et aldehyd med formelen: der R-^ er som angitt over, med en nitroalkanol med formelen:

der R3 er hydrogen, metyl og etyl og et alkal imetall-hydroksid. Den vandige oppløsningen av alkalimetall-saltet til nitroalkohol blir deretter reagert med brom.

Avhengig av forholdet mellom aldehyd og nitroalkohol som blir benyttet kan man oppnå monohydroksy-forbindelser eller dioler. Således for eksempel ved å reagere nitrometan med en ekvivalent formaldehyd, etterfulgt av brominering, kan man oppnå 2,2-dibrom-2-nitroetanol.

En fremgangsmåte for fremstilling av dibromnitro-forbindelser er også beskrevet i US-PS 4.723.044 utgitt 2. februar 1988 av M. Watanabe et al. og er tilegnet Permachem Asia Ltd., Tokyo, Japan. Reaksjonen som der er beskrevet omfatter kondensering av nitrometan med formaldehyd eller acetaldehyd i nærvær av alkali. Mengden av alkali er minst 1,5 mol pr. mol nitrometan. Deretter uten isolering av produktet, blir reaksjons-blandingen behandlet med brom og dibromnitro-forbindelsen blir utvunnet.

Som angitt over er foreliggende oppfinnelse effektiv mot en lang rekke mikroorganismer. I praksis vil sammensetningen som inneholder DBNE bli benyttet i en "antimikrobiologisk effektiv mengde". Dette begrepet som blir benyttet i beskrivelse og krav forstås som mengden som er effektiv for å drepe minst 90 prosent av mikroorganismene som den kommer i kontakt med, eller å hemme deres vekst sammenlignet med tilsvarende ubehandlede systemer. Generelt vil mengden av sammensetningen variere avhengig av om den blir utnyttet i faststoff, væske eller dispergert form.

I praksis vil de antimikrobiologiske sammensetningene som blir benyttet i konsentrasjoner være tilstrekkelige til å tilveiebringe fra ca. 0,5 til ca. 1.000 ppm, og mer å foretrekke fra ca. 2 til ca. 100 ppm, av aktive biocidiske bestanddeler i fluidene som blir behandlet. Mengder over og under disse områdene kan bli benyttet og vil selvsagt avhenge av individuelle omstendigheter.

De antimikrobiologiske sammensetningene i foreliggende oppfinnelse er effektive mot et bredt spekter av mikroorganismer som inkluderer gram-positive og gram-negative bakterier, gjær, sopp, mugg og alger. Sammensetningene er raskt reagerende og er ti til hundre ganger mer effektive enn bronopol, et foretrukket halonitroalkanol som er beskrevet i tidligere teknikk.

Illustrative mikroorganismer som kan bli effektivt behandlet med antimikrobiologiske sammensetninger fra foreliggende oppfinnelse omfatter, men er ikke begrenset til følgende:

Bakterier (gram-positive eller gram-negative):

Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas fluorescens

Staphylococcus aureus

Escherichia coli

Desulfovibrio desulfuricans

Legionella pneumophila

Gjær: Candida albicans

Saccharom<y>ces cerevisiae

Mugg: Aspergillus niger

Cephalosporium acremonium

Penicillium notatum

Aureobasidium pullulans

Alger: Chlorella vul<g>aris

Englena gracilis

Selenastrum capricornutum

Sammensetningene er også effektive i meget korte tidsperioder etter kontakt med mikroorganismen. Rask dreping av mikroorganismer er særlig viktig i industrielle prosesser der kontakt mellom biocid og mikroorganisme er relativt kort-varig. Eksempler på slike prosesser omfatter 1) behandling av kjølevann og papirfabrikk-oppslemminger (inkludert hvitt skum), der deler av vannet blir periodisk fjernet og erstattet med friskt vann, slik at biocidet blir tapt i løpet av flere timer etter dens tilsetting; 2) sukkerforedl ing og oljefelt-vannstrømming, der biocidet blir anvendt i et "engang-gjennom" system, med en kontakttid på typisk 15 minutter til 4 timer; og 3) hard overflate desinfeksjon der desinfeksjonsmiddelet er i kontakt med overflaten i mindre enn ca. 10 minutter.

I tillegg til drapshastigheten, er graden av dreping i lang-tids kontaktsituasjoner også viktig i mange prosesser. Eksempler omfatter 1) preservering av drivstoff, maling, oppslemminger og forbrukerprodukter; og 2) kontroll av mikroorganismer i resirkulerende industrielle fluider, slik som metallarbeids-fluider og lukkede kretskjølevannsystemer.

I eksemplene som følger blir effektiviteten til DBNE demon-strert ved å sammenligne med bronopol og glutaraldehyd mot en lang rekke mikroorganismer.

I disse eksemplene ble spesifikke stammer utvalgt å være representative på forskjellige typer mikroorganismer og inkludert følgende:

Eksemplene 1- 10

DBNE vs bakterier, g. iær og sopp ( vegetative- og sporeformer)

I disse eksemplene ble rene kjente stammer av mikroorganismer anvendt for testing av generell effektivitet av mikrobiocider .

En liten del av en ren stamkultur ble strøket ut på en næringsagar av passende type (tabell I) og fikk anledning til å gro. En enkelt resulterende koloni ble strøket ut på en frisk agarplate med serologisk løkke. Denne fremgangsmåten ble gjentatt en gang til før anvendelse av mikroorganismene i mikrobiocid-forsøkene.

Sluttplaten eller råblandingskulturen fikk anledning til å gro i passende tidsperiode (tabell I) og ble deretter høstet for bruk.

Plater ble høstet ved tilsetting av 10 ml steril saltoppløs-ning, forsiktig rysting og fjerning av den resulterende cellesuspensjonen med en steril sprøyte. Denne suspensjonen ble fortynnet med steril saltoppløsning for å fremstille en inokulum som inneholder tilnærmet 10<8> cfu/ml med denne suspensjonen (0,1 ml) ble anvendt for å inokulere hvert rør i forsøkene beskrevet under.

Sporeplater ble høstet med en tilsvarende fremgangsmåte, med unntakelse av at tilnærmet 10 pl ikke-ionisk overflateaktivt stoff ble tilsatt saltoppløsningen som ble anvendt til å strømme over platen.

Sopphyfer (d.v.s. vegetative celler) ble høstet ved homo-genisering av hele råkulturen. Den resulterende blandingen ble deretter anvendt som inokulum uten ytterligere bearbei-ding. Denne suspensjon (500 pl) ble anvendt for å inokulere hvert rør i forsøkene beskrevet under.

Biocidene ble fortløpende fortynnet i rør som inneholder 10 ml 0,1M fosfatbuffer ved pH 7. I tillegg tjente et rør som ikke inneholdt biocid som en kontroll.

En inokulum av hensiktsmessig størrelse (beskrevet over) ble tilsatt til hvert rør, som fikk anledning til å stå ved romtemperatur. Prøver ble fjernet etter 1, 3, 7 og 24 timer og talt ved støpeplater med seriefortynninger.

Minimum cidiske konsentrasjoner (MCCer) er definert som minimums konsentrasjon av et biocid (i ppm aktiv ingrediens) som var tilstrekkelig til ikke å gi noen påvisbar vekst av en gitt mikroorganisme ved en gitt kontakttid. Resultatene oppnådd etter henholdsvis 1 og 24 timers kontakttid, er fremsatt i tabellene II og III under.

Eksemplene 11- 16

DBNE vs sulfatreduserende bakterier

Desulfovibrio desulfuricans midtdel A-stamme ble inokulert inn i SEB-ampuller og fikk anledning til å vokse i 1 uke for å tilveiebringe en inokulum. To dager før biocid-utford-ringen, ble en 0,1 ml prøve av denne inokulum tilsatt" friske testampuller, og disse ampullene fikk anledning til å vokse ved 37"C i to dager for å tilveiebringe blandinger som inneholder IO<7>"<8> celler pr. ml. Umiddelbart før biocid-utfordringen, ble testampullene renset for overskudd hydrogensulfid ved å boble med argon i tilnærmet 90 sekunder. Biocidene ble deretter tilsatt for å tilveiebringe konsentrasjoner på 1, 5, 10, 25, 50, 100, 250 og 500 ppm aktiv ingrediens. I tillegg tjente en ampulle som ikke inneholdt biocid som en kontroll. Alle testene ble kjørt i doble paralleller. Prøver (0,1 ml) ble fjernet fra hver ampulle etter 1 time og underdyrket i friske SRB-ampuller, som ble plassert i en inkubator og veksten observert (målt som fargelegging av ampullen) etter 48 timer. Minimal cidisk konsentrasjon som er rapportert er minimumskonsentrasjonen av et gitt biocid som ikke gav opphav til noe vekst i tilsvarende subkultur-ampulle.

Resultatene er fremsatt i tabell IV under.

Konsentrasjoner som ble testet: 1, 5, 10, 25, 50, 100, 250 500 ppm.

Testorganisme: Desulfovibrio desulfuricans, midtdel A-stamme. <*> Tiokarbamat = blanding av natrium-dimetylditiokarbamat (15$) + dinatrium-etylen bis(ditiokarbamat) (15$). *<*> Kvarternær ammonium-forbindelse = alkyl (68$ C-12, 25$ C—14, 7$ C-16) dimetylbenzylammonium-klorid.

Eksemplene 17- 19

DBNE vs alger

En kultur av Chlorella sp. ble inokulert inn i 50 ml steril Bold's Basic Media (BBM) i en steril rysteflaske. Blandingen ble lukket og fikk anledning til å vokse under kunstig sollys ved 20°C i en gyro-roterende ryster i 6 dager. Den resulterende kulturen ble anvendt som inokulum i testflaskene under.

En hensiktsmessig mengde biocid ble tilsatt til 45 ml BBM i sterile testflasker for å tilveiebringe konsentrasjoner av hver biocid som følger:

Bronopol: 5, 10, 20, 40 og 80 ppm.

DBNE: 1, 2, 3, 4 og 5 ppm.

Glutaraldehyd: 10, 20, 40, 80 og 160 ppm.

Inokulum (1,0 ml) beskrevet ovenfor ble deretter tilsatt til hver flaske, og flaskene returnerte til den belyste rysteren i 5 dager. Etter den tiden ble flaskene observert for vekst (turbiditet). Minimum hemmende konsentrasjoner rapportert i tabell V under er de laveste konsentrasjonene av biocid som forhindret vekst i flaskene.

Data presentert i foregående tabeller, viser at etter 1 time med kontakt mellom biocidet og mikroorganismen, dreper DBNE fullstendig alle utenom Sta<p>hvlococcus aureus. (populasjonen ble redusert med mer enn 99$), mens bronopol i det vesentlige ikke hadde noen effekt på noen av de testede organismene. Etter en 24 timers kontakttid er DBNE fra 4 ganger til høyere enn 100 ganger mer effektiv enn bronopol og tilveiebringer fullstendig drap til og med mot Staphvlococcus. Mot alger er DBNE 20 ganger mer effektiv enn bronopol.

Claims (1)

1. Anvendelse av en bakteriocid effektiv mengde av

   2,2-dibrom-2-nitroetanol for å drepe eller hemme vekst av bakterier i en væske som blir benyttet i en oljebrønnfløm-mingsoperasjon eller i olje- og gassoppsamlede systemer.