Сильнодействующая антимикробная композиция для бактерицидной обработки биопленок - RU2760876C2
Код документа: RU2760876C2
Описание
Настоящее изобретение относится к применению композиции для антимикробной и/или антиоксидативной обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок. Кроме того, изобретение относится к сильнодействующей композиции нового типа для антимикробной и/или антиоксидативной обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок.
Кроме того, изобретение относится к способу антимикробной и/или антиоксидативной обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок, в частности, для подавления и для предотвращения роста образующих биопленки микроорганизмов в водосодержащих жидкостях посредством описываемой здесь композиции.
Всего лишь 5% находящихся в жидкостных средах микроорганизмов, таких как бактерии, грибы или простейшие, присутствуют в форме планктона. Преобладающая часть этих микроорганизмов обитает в оседлой форме на поверхностных структурах, и при определенных условиях окружающей среды образует биопленки в форме слизистых отложений, в которых они остаются активно участвующими в обмене веществ, и посредством которых они защищаются от вредных факторов физического и химического воздействия.
Биопленки состоят из образуемыми бактериями внеклеточными полимерными веществами (EPS), и наряду с самими микроорганизмами содержат также воду и органические и неорганические соединения. Биопленки обеспечивают защиту отдельным микроорганизмам и позволяют им приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды, таким как колебания величины рН или температуры, или затруднять контакт с токсичными для микроорганизмов веществами вследствие затрудненного проникновения антимикробных биологически активных веществ через биопленку к микроорганизмам. Известно, что против находящихся внутри биопленки микроорганизмов, по сравнению с планктонными формами, требуются в 2-3 log10 более высокие концентрации антимикробных биологически активных веществ, и, по обстоятельствам, во много раз более длительные продолжительности воздействия, для сравнительно столь же высокого антимикробного эффекта (например, смотри работу авторов Bridier, A. и др., Antimicrob. Agents Chemother., 2011; том 55: стр. 2648-2654.).
Часто возникающей в содержащих воду системах проблемой является рост микроорганизмов и обусловленное этим образование слизистых отложений биопленок на граничных поверхностях этих содержащих воду систем. Биопленочные отложения особенно часто возникают в промышленных, технических, медико-технических и, соответственно, промысловых содержащих воду системах, например, таких как системы холодного водоснабжения для градирен, или в водопроводных элементах в медико-технических установках, но также в содержащих воду системах для зон отдыха или в декоративных фонтанах, и приводят там к нежелательным микробным загрязнениям. Без эффективной и постоянной антимикробной обработки для устранения микроорганизмов и, соответственно, биопленок возникают такие проблемы, как ухудшение процесса охлаждения градирен и холодильных установок, санитарные проблемы в медико-технических или связанных с продовольствием технологических установках, или проблемы эстетического/санитарного характера в плавательных бассейнах и декоративных фонтанах. На основании этой проблематики были разработаны многочисленные антимикробные вещества и, соответственно, композиции, системы для обеззараживания воды и способы устранения и регулирования роста микробов.
Патентный документ DE 10 2005 027 347 А1 описывает способ получения проявляющего антимикробное действие покрытия на технической поверхности, в котором создается раствор из поливинилацетата, консерванта и растворителя, раствор наносится на техническую поверхность, и высушивается с образованием покрытия. Консервант выбирается из бензойной кислоты, сорбиновой кислоты, натамицина, бактериоцинов и растительных экстрактов. Однако этот способ непригоден для примешивания к водосодержащим жидкостям.
Патентный документ DE 10 2005 032 352 А1 раскрывает солюбилизат концентрата активнодействующего вещества, который может представлять собой экстракт зверобоя, экстракт резеды или экстракт эстрагона, с эмульгатором и водой. Солюбилизат должен улучшать биодоступность активнодействующего вещества или нерастворимого в воде активнодействующего вещества в продукты питания. Применение в водосодержащих жидкостях в нем не упоминается.
Патентный документ DE 10 2012 103 767 А1 раскрывает применение солюбилизата, основанного на мицеллированных растительных экстрактах, для обработки воздуха в помещении, продуктов питания, поверхностей, и для получения покровных материалов. Применение в водосодержащих жидкостях в нем не упоминается.
Патентный документ US 2011/0151034 А1 описывает антибактериальное средство против грамположительных бактерий на основе экстрактов губоцветных, причем также могут добавляться эмульгаторы.
Патентный документ DE 102 13 031 А1 раскрывает применение экстрактов оливкового дерева в моющих, промывочных и чистящих средствах.
Патентный документ WO 2008/017580 А1 относится к антимикробным мицеллам для применения в продуктах питания.
Патентные документы EP 0 842 606 A1, WO 2015/072988 и US 2011/027382 A1 описывают в каждом случае антимикробные солюбилизаты, основанные на мицеллированных растительных экстрактах, однако не описывают использование этих солюбилизатов для обработки биопленок, присутствующих в водосодержащих жидкостях.
Многие из доступных проявляющих антимикробное действие веществ, средств и консервантов получаются синтетическим путем по соображениям химической чистоты, являются дорогостоящими в получении, биологически неразлагаемыми или рассматриваемыми как экологически опасные, применение которых часто связано с опасениями в токсикологическом или экологическом плане, и обусловливает отказ от них. Поэтому существует все возрастающая потребность в природных, экологически и экономически благоприятных биологически активных веществах. Однако такие природные биологически активные вещества часто очень плохо растворяются в воде, по большей части имеют интенсивный посторонний запах или привкус, и могут лишь с большим трудом или вообще не могут проникать в биопленки при возможных для применения концентрациях (например, смотри работу Stewart, P.S., Microbiol. Spectr., 2015; том 3: стр. 1-30).
Задача изобретения состоит в создании сильнодействующей композиции, которая пригодна для применения в антимикробной и/или антиоксидативной обработке присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок, и проявляет значительно улучшенное действие в отношении устранения и регулирования роста микроорганизмов в биопленках, которые присутствуют в водосодержащих жидкостях и водопроводных системах. Одновременно сильнодействующая композиция должна быть экологически благоприятной и экономически выгодной.
Дополнительная задача изобретения состоит в создании усовершенствованного способа антимикробной и/или антиоксидативной обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок.
Эта задача решается применением композиции, как указанной вначале, причем композиция включает:
а) мицеллообразующий солюбилизат, включающий по меньшей мере один растительный экстракт, по меньшей мере один эмульгатор со значением гидрофильно-липофильного баланса (HLB) от 8 до 18, а также воду, и
b) по меньшей мере одно биологически разлагаемое антимикробное активнодействующее вещество, которое выбирается из группы, состоящей из пероксидов, включающих пероксикарбоновые кислоты и Н2О2, гипохлориты, хлорноватистую кислоту, и их комбинацию.
Пероксиды, в частности, Н2О2, гипохлориты и гипохлористые кислоты, на протяжении многих лет применяются традиционным путем для водообработки в технологических установках. Правда, эти соединения являются в высшей степени летучими, и посредством этих соединений самих по себе эффективное разложение биопленок невозможно.
Из прототипа также известны антимикробные мицеллообразующие солюбилизаты, которые включают по меньшей мере один растительный экстракт, по меньшей мере один эмульгатор с HLB-значением от 8 до 18, а также воду. Подобные мицеллообразующие солюбилизаты были подробно описаны, например, в вышеупомянутых публикациях DE 10 2012 103 767 A1, US 2011/0151034 A1, и DE 102 13 031 A1, EP 0 842 606 A1, WO 2015/072988 и US 2011/027382 A1. Ни одна из этих публикаций не описывает, как уже упоминалось, применение этих солюбилизатов для обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок.
Заявителю и автору настоящего изобретения удалось неожиданным образом выяснить, что применение комбинации таких мицеллообразующих солюбилизатов с антимикробным активнодействующим веществом из группы пероксидов, гипохлоритов и гипохлористых кислот проявляется в неожиданно высокоэффективном усиленном действии против микроорганизмов, которое значительно превосходит ожидаемое аддитивное антимикробное действие отдельных компонентов. Это непредсказуемое усиленное действие описываемых здесь композиций самым ясным образом наглядно показано в прилагаемых экспериментальных результатах и сравнительных примерах (смотри далее ниже Пример 1 и Пример 2).
Кроме того, эта задача решается посредством композиции нового типа, причем композиция включает: (а) мицеллообразующий солюбилизат, включающий по меньшей мере один растительный экстракт, по меньшей мере один эмульгатор со HLB-значением от 8 до 18, а также воду, (b) по меньшей мере одно биологически разлагаемое антимикробное активнодействующее вещество, которое выбирается из группы, состоящей из пероксидов, включающих пероксикарбоновые кислоты и Н2О2, гипохлориты, хлорноватистую кислоту, и их комбинацию, и (с) фруктовую кислоту. Конкретное сочетание отдельных компонентов этой композиции конкретно не раскрыто или каким бы то ни было образом не рекомендовано ни в одной из указанных здесь публикаций, и показало в экспериментальных исследованиях неожиданно высокое по сравнению с известными композициями усиленное антимикробное действие.
Благодаря изобретению, не только обеспечивается значительно улучшенное антимикробное действие, но и к тому же вследствие сниженных используемых концентраций и/или продолжительностей воздействия достигаются экологические и экономические преимущества. Соответствующая изобретению композиция является высокоэффективной в отношении своего антимикробного действия против образующих биопленки микроорганизмов, и, соответственно, против присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок, не вызывающей сомнений в экологическом отношении и экономически выгодной при применении, что является особенно благоприятным для крупномасштабных технологических и крупных промышленных водосодержащих систем.
Без намерения вдаваться в научную теорию, представляется, что комбинация мицеллообразующего солюбилизата и биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества, которое выбирается из группы, состоящей из пероксидов, включающих пероксикарбоновые кислоты и Н2О2, гипохлориты, хлорноватистую кислоту, и их комбинацию, приводит к мицеллированию биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества, в результате чего смесь хорошо распределяется в водной фазе и, кроме того, проникает через соответствующие слои биопленки, благодаря чему в конечном итоге может достигаться хороший контакт с микроорганизмами. Подвергаемые обработке микроорганизмы и, соответственно, биопленки тем самым могут быть с более высокой эффективностью, чем при известных мерах или способах, приведены в контакт с применяемыми согласно изобретению биологически разлагаемыми антимикробными активнодействующими веществами и сделаны безвредными. При соответствующем изобретению применении композиции для препятствующей развитию микробов или сокращающей его обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок, помимо всего прочего, использованием биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества в мицеллярной форме можно обеспечить также, что активнодействующее вещество после его выделения может оптимально проникать через клеточную стенку микроорганизмов во внутриклеточное пространство, что вследствие его химической и физической природы, например, липофильности, в немицеллярной форме было бы невозможно или труднодостижимо. Тем самым во многих вариантах применения могут быть использованы более низкие концентрации мицеллированного активнодействующего вещества или сокращенные продолжительности воздействия при сравнимом или улучшенном действии сравнительно с существующими вариантами применения.
Понятие «мицеллообразование», и, соответственно, «мицеллирование», как здесь применяемое, подразумевает способ, которым вещества, например, проявляющие антимикробную активность прекурсоры или активнодействующие вещества, посредством эмульгаторов и воды инкапсулируются в искусственные мицеллы/мицеллярные структуры. Мицеллы служат в качестве несущей среды для инкапсулированного активнодействующего вещества или заключенных в них активнодействующих веществ. Способ по существу следует природному образцу в создании мицеллярных структур. Мицеллы с диаметрами в двузначном нанометровом диапазоне находятся, например, в куриных яйцах и в молоке. Но организм человека также непрерывно производит мицеллы с использованием, например, желчи, чтобы обеспечивать возможность усваивать в теле и/или вовлекать в метаболизм жирорастворимые вещества, например, такие как витамины A, D, Е и К. Солюбилизаты наноразмерных мицелл обычно образуют в воде прозрачные растворы. Мицеллы, по сравнению с традиционными композициями и микроинкапсулированными составами веществ, являются относительно стабильными термически и механически, и не вызывающими сомнений в микробиологическом отношении и в плане токсичности. Они благоприятным образом обеспечивают возможность описываемых здесь вариантов применения активнодействующего веществ, которые в противном случае до сих пор могли переноситься на место действия с трудом или вообще не переносились.
HLB-значение (HLB=гидрофильно-липофильный баланс) представляет общеизвестный в кругу специалистов параметр, и описывает гидрофильную и липофильную долю молекулы применяемого эмульгатора. Согласно изобретению, HLB-значение представляет определяемую методом Гриффина (W. C. Griffin) величину по шкале от 1 до 20. HLB-значение 1 соответствует липофильному соединению, химическое соединение с HLB-значением 20 имеет высокую гидрофильную долю. Значение от около 3 до 8 приписывается W/O-эмульгаторам («вода-в-масле»), значение от около 8 до 18 соответствует O/W-эмульгаторам («масло-в-воде»).
При применении описываемых здесь композиций для препятствующей развитию микробов или сокращающей его обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок они при необходимости снабжаются дополнительным растворителем, например, таким как лимонная кислота, и, более целесообразно, в пригодной для этого применения форме в воде или на воде.
Под термином «водная жидкость» в связи с изобретением подразумевается жидкость любого типа, основную часть которой составляет вода, например, технологическая вода для технических нужд, такая как охлаждающая вода, оборотная вода, биотехнологические и имеющие отношение к продуктам питания технологические растворы, речная и морская вода, отработанная вода и очищенные сточные воды, и т.д.
Термин «биопленка», как здесь применяемый, представляет устоявшийся в кругу специалистов специальный термин; в этом месте следует сослаться на вышеуказанные разъяснения относительно биопленок в водной среде.
В отношении биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества речь предпочтительно идет об Н2О2 (пероксиде водорода). Н2О2 в течение многих лет применяется для обработки воды и для дезинфекции в технических установках, доступен в больших количествах, будучи экономическим благоприятным, проявляет выраженное окислительное и антимикробное действие и экологически благоприятен.
Кроме того, в предпочтительном усовершенствовании композиция может включать фруктовую кислоту, такую как молочная кислота, в частности, L-(+)-молочная кислота, яблочная кислота, лимонная кислота или щавелевая кислота. Однако предпочтительно композиция включает L-(+)-молочную кислоту, так как она (в отличие, например, от D-(-)-молочной кислоты) метаболизируется почти всеми находящимися в окружающей среде микроорганизмами, и поэтому полностью разлагается.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения композиция включает Н2О2 в качестве биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества, и, кроме того, L-(+)-молочную кислоту.
В предпочтительном варианте соответствующая изобретению композиция включает эмульгатор по меньшей мере из 80 вес.% полисорбатов, предпочтительно монолаурат полиоксиэтилен-(20)-сорбитана (Polysorbat 20) и/или моноолеат полиоксиэтилен-(20)-сорбитана (Polysorbat 80).
Мицеллообразующий солюбилизат соответствующей изобретению композиции в одном варианте предпочтительно содержит от 5 до 40 вес.% растительного экстракта, от 30 до 85 вес.% эмульгатора и от 10 до 40 вес.% воды. Весовое отношение растительного экстракта к воде предпочтительно составляет около 30:35, и весовое отношение растительного экстракта к эмульгатору составляет приблизительно 30:35.
Если в отношении биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества речь идет о пероксиде водорода, то он предпочтительно содержится в смеси в количестве от 13 до 19 вес.% относительно композиции.
В другом специальном варианте соответствующая изобретению композиция может содержать от 13 до 19 вес.% Н2О2 и от 1 до 2,5 вес.% L-(+)-молочной кислоты.
В одном дополнительном предпочтительном варианте соответствующая изобретению композиция включает мицеллообразующий солюбилизат с 5-40 вес.% растительного экстракта, 30-85 вес.% эмульгатора и 10-40 вес.% воды, а также, в качестве биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества, от 13 до 19 вес.% Н2О2, и к тому же еще от 1 до 2,5 вес.% L-(+)-молочной кислоты. Весовое отношение растительного экстракта к воде предпочтительно составляет около 30:35, и весовое отношение растительного экстракта к эмульгатору составляет приблизительно 30:35.
В отношении количества содержащегося в композиции биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества следует отметить, что при слишком низкой доле может быть слишком малым отношение антимикробного активнодействующего вещества к материалу носителя (эмульгатора и воды), так что достаточное антимикробное действие уже больше не обеспечивается. Слишком высокое содержание активнодействующего вещества и, соответственно, слишком низкая доля эмульгатора в композиции, могут приводить к тому, что мицеллы не образуются или оказываются нестабильными. Однако специалист в этой области технологии вполне в состоянии посредством обычных простых экспериментов выбрать соответствующие количества компонентов соответствующей изобретению композиции для специальных вариантов применения и требований, и соответственно оптимизировать их.
Как уже упоминалось выше, мицеллообразующие солюбилизаты, насколько они могут использоваться в настоящем изобретении, были подробно описаны в вышеупомянутых патентных публикациях DE 10 2012 103 767 A1, US 2011/0151034 A1 и DE 102 13 031 A1. В частности, здесь следует назвать патентный документ DE 10 2012 103 767 A1, согласно которому описанные в нем растительные экстракты также могут быть применены в настоящем изобретении.
Соответственно этому, и с учетом патентного документа DE 10 2012 103 767 A1, используемый здесь синонимичный термин «растительный экстракт» или, соответственно, «фитоэкстракт», в смысле настоящего изобретения относится к экстракту или к смеси экстрактов из пряных растений и/или цитрусовых растений, или частей таких растений, или частей других встречающихся в природе растений. Понятие «фитоэкстракт» и, соответственно, «растительный экстракт», включает также компоненты или фракции вышеуказанных экстрактов, например, полученные посредством определенного растворителя или дистилляцией из исходных экстрактов вытяжки или фракции. При этом также могут быть использованы растительные экстракты, которые сами проявляют известное антимикробное действие. Обзор применимых согласно изобретению растительных экстрактов с антимикробным действием представляют следующие статьи: a) Rios, J.L., Recio, M.C. Medical plants and antimicrobial activity («Лекарственные растения и антимикробная активность»); J. Ethnopharmacol., 2005; том 100: стр. 80-84; b) Burt, S. Essential Oils: their antibacterial properties and potential applications in foods - a review («Эфирные масла: их антибактериальные свойства и потенциальные варианты применения в пищевых продуктах - обзор»); Int. J. Food. Microbiol., 2000; том 94: стр.223-253; c) Keyal, U., Huang, X, Bhatta, A. K. Antifungal effect of plant extract and essential oil («Противогрибковое действие растительного экстракта и эфирного масла»). Chin. J. Integr. Med., 2016, DOI: 10.1007/s11655-016-2524-z; d) Bacha, K., Tariki, Y., Gebreyesus, F., Zerihun, S., Mohammed, A., Weiland-Bräuer, N., Schmitz, R. A., Mulat, M. Antimicrobial and anti-Quorum sensing activities of selected medical plants of Ethiopia: Implication for development of potent antimicrobial agents («Антимикробные активности и ингибиторы кворумного чувства избранных лекарственных растений Эфиопии: введение в разработку потенциальных антимикробных агентов»). BMC Microbiol., 2016; том 16: стр. 139; e) Cascaes, M. M., Guihon, G. M., Andrade, E. H., Zoghbi, M. D., Santos Lda, S. Constituents and pharmacological activities of Myrcia (Myrtaceae): A review of an aromatic and medicinal group of plants («Компоненты и фармакологические активности мирции (Myrtaceae): обзор ароматической и лекарственной группы растений»). Int. J. Mol. Sci., 2015; том 16: стр. 23881-23904; f) Kramer, A., Assadian, O. (под редакцией.) Wallhäußers Praxis der Sterilisation, Desinfektion und Antiseptik («Практика стерилизации, дезинфекции и антисептики стен в помещениях»). 6-ое издание, 2009, издательство Georg Thieme Verlag, Штуттгарт. Глава 70, стр. 887-891.
Названные в вышеуказанных литературных источниках растительные экстракты (фитоэкстракты, фитопроизводные) не представляют собой окончательное описание применимых согласно изобретению растительных экстрактов, но приведены только в качестве примера пригодных растительных экстрактов. Специалист в этой области технологии будет в состоянии выбрать из имеющихся в распоряжении растительных экстрактов и с использованием опубликованных для данных растительных экстрактов исследований и описаний свойств один или многие пригодные для запланированного в каждом случае применения растительные экстракты.
Части растений, из которых получаются растительные экстракты в смысле настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются этим, целые растения, корни, стебли, стволы, ветви, листья, цветки, соцветия, семена, плоды и части плодов. Сведения о дополнительных подходящих частях растений могут быть заимствованы, например, из вышеуказанных литературных источников.
Растительный экстракт предпочтительно выбирается из группы, состоящей из экстрактов пряных растений или их частей, экстрактов из цитрусовых растений или их частей, и из комбинаций этих экстрактов.
Пряные растения, из которых получаются растительные экстракты в смысле настоящего изобретения, включают, но без ограничения этим, лук репчатый, чеснок, маслины, розмарин, пряную зелень, лавровый лист, шафран, гвоздику, каперсы, корицу, имбирь, хрен, мускатный орех, перец, стручковый перец, ягоды можжевельника, ваниль, тмин, анис, какао, гвоздику, кайенский перец, померанец, фенхель, гуарану, орех колы и шалфей. Сведения о дополнительных подходящих растениях могут быть заимствованы, например, из вышеуказанных литературных источников.
Цитрусовые растения, из которых получаются растительные экстракты в смысле настоящего изобретения, включают, но без ограничения этим, цитрон, лимон, сладкий лимон, апельсин, мандарин, клементин, грейпфрут, бергамот, японский апельсин, лаймкват, минеолу, помело, сацуму, танжерин, орантик, померанец, гибрид грейпфрута и мандарина. Сведения о дополнительных подходящих растениях могут быть заимствованы, например, из вышеуказанных литературных источников.
Растительные экстракты из пряных или цитрусовых растений используемого в изобретении типа являются общеизвестными. В принципе речь идет о смесях веществ, которые по своему составу варьируют в зависимости от применяемых растений и частей растений, стадий их роста и используемых способов экстракции. Поэтому конкретное и исчерпывающее наименование содержащихся в растительном экстракте отдельных соединений в смысле настоящего изобретения не только невозможно, но и нецелесообразно, и было бы неправильным для изобретения. Растительный экстракт в смысле настоящего изобретения главным образом содержит липофильные соединения. Растительные экстракты из технических, пряных или цитрусовых растений применяемого в изобретении типа известны опытному человеку и имеются в продаже на рынке, например, от фирмы Cognis GmbH, Дюссельдорф, Германия, как пищевая добавка «Cegemett Fresh», и от фирмы Procena GmbH, Иллертиссен, Германия, как продукт ProExtract P150.
Однако в особенности предпочтительно растительный экстракт получается из маслин, чеснока, лука и/или цитрусовых фруктов. Примером имеющегося в продаже на рынке растительного экстракта, включающего растительные экстракты из маслин, чеснока, лука и/или цитрусовых фруктов, является продукт ProExtrakt P150 фирмы Procena GmbH, Германия.
Растительные экстракты в смысле настоящего изобретения могут быть получены известными способами. Примеры получения растительных экстрактов включают, но не ограничиваются этим, экстракцию органическими растворителями, такими как этанол, метанол, хлороформ или ацетон. Сведения о дополнительных подходящих способах экстракции могут быть заимствованы, например, из вышеуказанных литературных источников и приведенных в них литературных ссылок.
Мицеллы (мицеллярные структуры) благоприятным образом имеют средний диаметр от 1 до 100 нм, предпочтительно от 3 до 50 нм, особенно предпочтительно от 5 до 20 нм. Если мицеллы являются слишком крупными, вышеописанные достоинства в данных вариантах применения по обстоятельствам могут быть не достигнуты. Если, напротив, они являются слишком мелкими, они могут не воспринимать биологически разлагаемое антимикробное активнодействующее вещество, или воспринимать слишком малое количество его.
Дополнительный предмет изобретения, как упомянуто вначале, относится к способу антимикробной и/или антиоксидативной обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок, в частности, для подавления и для предотвращения роста образующих биопленки грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибов и/или простейших в присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленках, причем способ согласно изобретению включает введение эффективно действующего количества соответствующей изобретению композиции, какая описывается и определяется в этом изобретении, в водосодержащую жидкость, в которой присутствует подлежащая обработке биопленка. Под «введением в водосодержащую жидкость» подразумеваются все возможные типы приведения композиции в контакт с водосодержащей жидкостью, например, добавлением композиции в водосодержащую жидкость, или нанесением композиции на водосодержащую жидкость.
Выражение «эффективно действующее количество соответствующей изобретению композиции» применяется здесь для обозначения каждого произвольного количества композиции, которое обеспечивает антимикробное и/или антиоксидативное действие против микроорганизмов, и делает возможным подавление (в форме торможения/уничтожения) и, соответственно, предотвращение роста микроорганизмов, в частности, грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибов и/или простейших в биопленках, когда она приводится в контакт с обрабатываемой жидкостью и, соответственно, биопленкой. Количество композиции будет зависеть от характера данного применения, размеров и геометрической конфигурации обрабатываемой водопроводной системы (например, размещения, диаметра и длины водопроводных охлаждающих трубопроводов), типа обрабатываемой воды (например, технологической воды, отработанной воды), степени микробиологического заражения, и вида и состава присутствующих микроорганизмов. В некоторых вариантах применения может быть достаточным однократное добавление композиции через соответствующие промежутки времени, тогда как в других вариантах применения требуется частое повторение добавления на протяжении известного периода времени. Подходящее количество может быть без труда выяснено в каждом конкретном случае квалифицированным специалистом в этой области технологии, и посредством простых стандартных исследований экспериментально определено и оптимизировано.
В частности, способ может предусматривать, что композиция вводится в содержащий биопленку водопроводный трубопровод, в частности, трубопровод для охлаждающей воды (например, трубопровод для охлаждающей воды в градирне).
Описываемое здесь изобретение, согласно вышеуказанным вариантам осуществления, относится к применению антимикробной композиции, как она представляется и определяется в этом описании, для антимикробной и/или антиоксидативной обработки присутствующей в водосодержащей жидкости биопленки. Водосодержащая жидкость не является биологической жидкостью организма человека или животного.
Водосодержащая жидкость предпочтительно выбирается из группы, состоящей из технологической воды, отработанной воды, поверхностной воды и резервуарной воды.
Термин «поверхностная вода» относится, в частности, но не исключительно, к речной и морской воде, в которых должна сокращаться или поддерживаться на стабильном уровне численность присутствующих микроорганизмов, или в которых должно замедляться образование биопленки.
Термин «отработанная вода» не включает только сточные воды в их собственном смысле, но предусматривает также очищенные сточные воды и, соответственно, осветленные сточные воды (осветленную воду), в которых требуется обработка имеющейся биопленки.
Термин «технологическая вода» (часто также называемая хозяйственной, технической или производственной водой) в первую очередь относится к воде, которая используется в технических, медицинских, промышленных и, соответственно, промысловых установках. Сюда относится, например, охлаждающая вода в изделиях медицинского назначения, например, таких как вращающиеся сверла или пилы, или охлаждающая вода в нагревательных-холодильных блоках для охлаждения/согревания пациентов во время хирургических операций или для контроля температуры пациентов в условиях интенсивного ухода.
В одном варианте исполнения технологическая вода предназначается в качестве охлаждающей воды в системе водяного охлаждения, в частности, в системе водяного охлаждения для градирни, или подвергается обработке для использования в системе водяного охлаждения, в частности, в системе водяного охлаждения для градирни. В случае способа обмена система опорожняется, и после этого композиция согласно изобретению (предварительно смешанная с водой) вводится в основание данной установки с помощью насоса. При способе закачки композиция согласно изобретению постоянно примешивается через точку впрыска на протяжении длительности применения охлаждающей или технологической воды.
В дополнительном варианте исполнения технологическая вода находится в водопроводных элементах пивоваренных установок, проточных охладителей и/или в установках разливного пива или вина, или обрабатывается для использования в пивоваренных установках, проточных охладителях и/или в установках разливного пива или вина.
В еще одном дополнительном варианте исполнения технологическая вода находится в водопроводных элементах технических установках медицинского назначения, или обрабатывается для использования в технических установках медицинского назначения. При этом применение может относиться к антимикробной обработке воды, например, в стоматологическом оборудовании (охлаждающая вода при сверлении и промывная вода, но не питьевая вода для пациента в стоматологическом оборудовании), воды для охлаждения вращающихся медицинских инструментов, или в нагревательных-холодильных блоках для охлаждения/согревания пациентов во время хирургических операций или для контроля температуры пациентов в условиях интенсивного ухода.
В отношении термина «резервуарная вода» речь может идти, в частности, о воде за наполнения резервуаров для воды (например, декоративных фонтанов, устройств для отдыха и спорта, таких как ванны, плавательные бассейны и бассейны), для баков для воды (например, резервуаров для воды в самолетах, поездах, автомобилях с жилым кузовом, и т.д.), для домашней водопроводной сети и для контуров горячего водоснабжения.
Соответствующая изобретению композиция может быть получена, например, способом, который включает следующие стадии:
а) смешения по меньшей мере одного растительного экстракта с водой при температуре от около 45 до 50°С;
b) добавления нагретого, предпочтительно примерно до 50°С, по меньшей мере одного эмульгатора с HLB-значением от 8 до 18 к смеси растительного экстракта и воды;
с) нагревания смеси растительного экстракта, воды и эмульгатора, предпочтительно до температуры около 90°С, и гомогенизирования смеси до получения мицеллообразующего солюбилизата;
d) добавления по меньшей мере одного биологически разлагаемого антимикробного активнодействующего вещества, которое выбирается из группы, состоящей из пероксидов, включающих пероксикарбоновые кислоты и Н2О2, гипохлориты, хлорноватистую кислоту, и их комбинацию, и предпочтительно Н2О2; и
е) при необходимости добавления фруктовой кислоты, предпочтительно L-(+)-молочной кислоты.
Изобретение и его преимущества, в частности, его антимикробная (биоцидная) эффективность, более подробно разъясняются далее посредством Примеров.
ПРИМЕР 1: получение антимикробной композиции с использованием мицеллообразующего солюбилизата.
В качестве растительного экстракта был использован ProExtrakt P150 фирмы Procena GmbH, Германия, который содержит смесь растительных экстрактов из маслин, чеснока, лука и цитрусовых фруктов, а также глицерин (Е 422), и витамин С (аскорбиновая кислота, Е 300). Известно, что маслины, чеснок, лук и цитрусовые фрукты содержат вещества, которые наряду с антиоксидантными свойствами проявляют также антимикробное действие, которое направлено на бактерии, дрожжи и грибы. Известные активные вещества представляют собой, например, олеуропеин в маслинах и аллицин в чесноке.
Для получения применяемой согласно изобретению антимикробной сильнодействующей композиции были смешаны 30 вес.% ProExtrakt P150 с 35 вес.% воды при температуре от около 45 до 50°С, и эта смесь добавлена при перемешивании в 35 вес.% нагретого примерно до 50°С эмульгатора Polysorbat 80 (Novasol Art. Nr. EW0240/2, Aquanova AG, 64295 Дармштадт, Германия; E-номер: E 433). Полученный полуфабрикат затем был нагрет до температуры около 90°С и гомогенизирован, пока не был получен желательный масло- и водорастворимый мицеллообразующий солюбилизат. Затем в этом примере было добавлено биологически разлагаемое антимикробное активнодействующее вещество Н2О2 (пероксид водорода; IBEN Mikro Stop GmbH, 27572 Бремерхафен, Германия) в количестве 15-19 об.%, а также для дополнительного усиления действия к тому же L-(+)-молочная кислота (IBEN Mikro Stop GmbH, 27572 Бремерхафен, Германия) в количестве 2-2,5 об.%, и, по обстоятельствам, дополнительная вода, причем была получена сильнодействующая антимикробная композиция для применения в настоящем изобретении, которая может быть использована для обработки воды введением в воду или нанесением на воду, такую, но не исключительно, как питьевая вода, отработанная вода, технологическая вода или поверхностная вода. Мицеллы, которые содержатся в полученной этим способом композиции, имеют размер около 3-50 нм, предпочтительно 5-20 нм. В вышеописанных условиях мицеллы образуются автоматически в указанном диапазоне размеров, причем размеры мицелл могут быть без проблем отрегулированы и, соответственно, оптимизированы квалифицированным специалистом.
ПРИМЕР 2: антимикробное действие применяемой согласно изобретению антимикробной композиции в моделированной охлаждающей воде.
Испытуемые растворы с 0,1 вес.%, 0,25 вес.%, 0,5 вес.%, 1 вес.%, 2,5 вес.%, 5 вес.%, и 10 вес.% описанной в Примере 1 композиции были исследованы в аккредитованных микробиологических лабораториях в Германии согласно стандарту DIN EN 13623:2010, в сравнении с водой стандартизированной жесткости (WSH) в качестве контроля, с водным 7,5%-ным H2O2 (пероксид водорода; 50%-ный раствор 15%-ного по объему исходного раствора H2O2 в воде) в качестве контроля, с водным 1%-ным раствором Polysorbat 80 в качестве контроля, с водным 20%-ным раствором растительного экстракта в качестве контроля, и с водным 20%-ным раствором функционализированного растительного экстракта (мицеллообразующего солюбилизата) в качестве контроля, против образующей биопленку бактерии Legionella pneumophilia (ATCC 33152) в водной среде при pH 8,0 с добавлением 0,005% дрожжевого экстракта, для моделирования охлаждающей воды, при продолжительностях воздействия 15 минут, 30 минут, 60 минут и 120 минут.
Результаты измерений антимикробного действия WSH, самого водного 7,5%-ного раствора H2O2, самого растительного экстракта ProExtrakt P150, самого эмульгатора Polysorbat 80, самого функционализированного растительного экстракта (мицеллообразующего солюбилизата), а также соответствующей изобретению композиции в различных разбавлениях приведены далее в Таблице 1.
Таблица 1 - Эффективность соответствующей изобретению сильнодействующей антимикробной композиции (Н2О2 и L-(+)-молочная кислота в водной среде в комбинации с мицеллообразующим солюбилизатом):
Результаты представлены как Log10 коэффициента сокращения против L. pneumophilia (ATCC 33152); n.d.=не проводилось; WSH=вода стандартизированной жесткости; PSb 80=Polysorbat 80; PE=Phytoextrakt (P150); fPE= функционализированный фитоэкстракт (=мицеллообразующий солюбилизат); WVAG=сильнодействующая антимикробная смесь
Результаты четко показывают, что по сравнению с WSH, которая, как и следовало ожидать, не проявляет никакого антимикробного действия, антимикробное действие Н2О2 возросло в результате инкапсулирования в мицеллы из функционализированных фитоэкстрактов и молочной кислоты сравнительно с самим Н2О2 и, соответственно, с контролями. Этот эффект также является действенным против присутствующей в воде и образующей биопленку бактерии L. pneumophilia в охлаждающей воде, например, такой, которая применяется в технических градирнях.
Результаты исследования показывают, что применением сильнодействующего антимикробного активнодействующего вещества или смеси активнодействующих веществ посредством мицеллообразующего солюбилизата на основе растительного экстракта/эмульгатора могут быть снижены применяемые концентрации и/или продолжительности воздействия существующих известных антимикробных веществ в воде с целью антимикробной обработки воды введением в воду или нанесением на воду, например, такую, но не исключительно, как питьевая вода, отработанная вода, технологическая вода или поверхностная вода.
Кроме того, результаты показывают, что соответствующая изобретению композиция даже при всех степенях разбавления в преобладающей части всех испытуемых концентраций и продолжительностей воздействия проявляет улучшенное действие против L. pneumophilia в моделированной охлаждающей воде. Напротив, соответствующий немицеллированный антимикробный испытуемый образец не показал улучшенного действия сравнительно с мицеллированным испытуемым образцом в исследованных образцах.
ПРИМЕР 3: антимикробное действие применяемой согласно изобретению антимикробной композиции в биопленке. Чтобы выяснить антимикробное действие сильнодействующего антимикробного активнодействующего вещества или смеси активнодействующих веществ посредством мицеллообразующего солюбилизата на основе растительного экстракта/эмульгатора против бактерий в биопленке, было исследовано действие воды стандартизированной жесткости (WSH), самих водного 17%-ного раствора H2O2 и 1,7%-ного водного раствора (1:10), самого растительного экстракта ProExtrakt P150 в 0,3%-ном разбавлении, самой 2%-ной молочной кислоты, а также неразбавленного и разбавленного в отношении 1:10 раствора описанной выше в Примере 1 и в Примере 2 применяемой согласно изобретению антимикробной композиции. Результаты приведены в нижеследующей Таблице 2.
Таблица 2 - Эффективность применяемой согласно изобретению сильнодействующей антимикробной композиции (Н2О2 и L-(+)-молочная кислота в водной среде в комбинации с мицеллообразующим солюбилизатом; получение смотри в Примере 1) против P. aeruginosa в биопленке (исходное число: >8log10 КОЕ/см2):
Результаты представлены как Log10 коэффициента сокращения против P. aeruginosa (PAO1); WSH=вода стандартизированной жесткости; fPE=функционализированный фитоэкстракт (=мицеллообразующий солюбилизат); MS=L-(+)-молочная кислота; WVAG=сильнодействующая антимикробная смесь согласно изобретению.
Результаты показывают, что по сравнению с WSH, которая, как и следовало ожидать, не проявляет никакого антимикробного действия против P. Aeruginosa в биопленке с возрастом 24 часа, как 17%-ный раствор Н2О2, как и неразбавленный раствор 17% Н2О2 посредством инкапсулирования в мицеллы из функционализированных фитоэкстрактов (=100% WVAG) и молочной кислоты уже через 5 минут продолжительности воздействия показали высокое антимикробное действие против испытуемых организмов в биопленке с возрастом 24 часа.
Отдельные компоненты 0,3% fPE, а также 2% MS, как таковые не проявили антимикробное действие против испытуемых организмов в биопленках.
При разбавлении в отношении 1:10 17%-ной Н2О2 (=1,7% Н2О2) и, соответственно, разбавлении в отношении 1:10 17%-ной Н2О2 посредством инкапсулирования в мицеллы из функционализированных фитоэкстрактов и молочной кислоты (=10% WVAG), в пределах времени от 5 до 60 минут продолжительности воздействия проявляется различие в антимикробном действии с сокращением от более 5,47 до 7,01 log10 КОЕ при применении 1,7% Н2О2 вследствие инкапсулирования в мицеллы из функционализированных фитоэкстрактов и молочной кислоты (=10% WVAG), которое подтверждает усиление антимикробного действия.
В порядке краткого обобщения, результаты показывают, что антимикробное действие 17% Н2О2 и 100% WVAG (содержащей 17% Н2О2) против биопленок является высоким, и может рассматриваться как по существу равнозначное. Антимикробное действие Н2О2 в этой высокой концентрации само по себе не является неожиданным.
Результаты с явно менее концентрированным раствором пероксида водорода, а именно, 1,7% Н2О2, показали значительную потерю антимикробного действия в биопленках по сравнению с 17% Н2О2 и 100% WVAG. Однако для разбавленной 10%-ной WVAG (содержащей 1,7% Н2О2) неожиданно было выявлено высокое антимикробное действие в биопленках, которое сравнимо с действием высокой дозы 17% Н2О2 и, соответственно, 100% WVAG. Тем самым уже при незначительной концентрации соответствующей изобретению композиции (смотри результат для 10% WVAG) достигается высокое антимикробное действие против биопленок, которое одновременно обеспечивает экологическое и экономическое преимущество, и при практическом применении представляет очень малую потенциальную опасность для пользователя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Bacha, K., Tariki, Y., Gebreyesus, F., Zerihun, S., Mohammed, A., Weiland-Bräuer, N., Schmitz, R. A., Mulat, M. Antimicrobial and anti-Quorum sensing activities of selected medical plants of Ethiopia: Implication for development of potent antimicrobial agents («Антимикробные активности и ингибиторы кворумного чувства избранных лекарственных растений Эфиопии: введение в разработку потенциальных антимикробных агентов»). BMC Microbiol., 2016; том 16: стр. 139.
Bridier, A., Dubois-Brissonnet, F., Greub, G., Thomas, V., Briandet, R. Dynamics of the action of biocides in Pseudomonas aeruginosa Biofilms («Динамика действия биоцидов в биопленках Pseudomonas aeruginosa»). Antimicrob. Agents Chemother., 2011; том 55: стр. 2648-2654.
Burt, S. Essential Oils: their antibacterial properties and potential applications in foods - a review («Эфирные масла: их антибактериальные свойства и потенциальные варианты применения в пищевых продуктах - обзор»); Int. J. Food Microbiol., 2000; том 94: стр. 223-253.
Cascaes, M. M., Guihon, G. M., Andrade, E. H., Zoghbi, M. D., Santos Lda, S. Constituents and pharmacological activities of Myrcia (Myrtaceae): A review of an aromatic and medicinal group of plants («Компоненты и фармакологические активности мирции (Myrtaceae): обзор ароматической и лекарственной группы растений»). Int. J. Mol. Sci., 2015; том 16: стр. 23881-23904.
Keyal, U., Huang, X, Bhatta, A. K. Antifungal effect of plant extract and essential oil («Противогрибковое действие растительного экстракта и эфирного масла»). Chin. J. Integr. Med., 2016, DOI: 10.1007/s11655-016-2524-z.
Kramer, A., Assadian, O. (под редакцией.) Wallhäußers Praxis der Sterilisation, Desinfektion und Antiseptik. («Практика стерилизации, дезинфекции и антисептики стен в помещениях»). 6-ое издание, 2009, издательство Georg Thieme Verlag, Штуттгарт. Глава 70, стр. 887-891.
Rios, J.L., Recio, M.C. Medical plants and antimicrobial activity («Лекарственные растения и антимикробная активность»); J. Ethnopharmacol., 2005; том 100: стр. 80-84.
Stewart, P. S. Antimicrobial tolerance in biofilm («Толерантность биопленок к антимикробным средствам»). Microbiol. Spectr., 2015; том 3: стр. 1-30.
Реферат
Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложена композиция, применение композиции и способ антимикробной и/или антиоксидативной обработки присутствующих в водосодержащих жидкостях биопленок. Композиция содержит мицеллообразующий солюбилизат, биологически разлагаемое антимикробное активнодействующее вещество и фруктовую кислоту. Причем мицеллообразующий солюбилизат включает растительный экстракт, эмульгатор со HLB-значением от 8 до 18, а также воду. Антимикробное активнодействующее вещество выбрано из пероксидов, гипохлоритов, хлорноватистой кислоты и их комбинации. Способ включает введение эффективно действующего количества композиции. Изобретения обеспечивают достижение высокоэффективного усиленного действия против микроорганизмов. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
