DE69703811T2 - Konservierungsmittel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zusammensetzungen und Verfahren zum Konservieren von wässrigen Systemen, insbesondere gegen die schädliche Wirkung von Bakterien, Pilzen und Algen.
• Die vorliegende Erfindung liefert ein neues Mittel für die sichere Handhabung von β-Brom-β-nitrostyrol (BNS) durch Erfüllung wünschenswerter physikalischer, chemischer, umgebungsbezogener und tierischer toxikologischer Kriterien. Die vorliegende Erfindung liefert ein Produkt, das ein antimikrobielles Mittel in Benzylestern von C&sub2;&submin;&sub4;-Carbonsäuren als inerte und bioabbaubare Träger enthält. Die erhaltenen Zusammensetzungen sind stabil, aktiv, nicht-toxisch, nicht-korrosivt bioabbaubar und mit Ökosystemen verträglich, wobei sie einen Entzündungspunkt oberhalb 200ºF (93ºC) und einen angenehmen Geruch haben.
• Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenfalls Verfahren zur Herstellung der Produkte, welche z. B. von etwa 5% bis etwa 40% BNS enthalten.
• Es ist wohlbekannt, daß verschiedene wässrige Systeme, welche metabolisierbare Komponenten enthalten, entweder in Spurenmengen oder in größeren Mengen, normalerweise für den Angriff und Abbau durch Mikroorganismen empfänglich sind. Beispiele solcher Zusammensetzungen sind Schneidöle, Kosmetika, wie Lotionen und Cremes, Brennstofföle, Textilemulsionen, Latexemulsionen und Anstrichmittel, Klebstoffe auf Stärkebasis, industrielles Kühlwasser, Emulsionswachse, bei der Pulpen- und Papierherstellung verwendete Wässer (sogenanntes "Prozeß"-wasser, z. B. "Weißwasser") und bei Verfahren zur sekundären Ölgewinnung verwendetes Flutungswasser.
• Eine Anzahl von Problemen und Beschränkungen ergaben sich in neuerer Zeit für Fachleute auf dem Gebiet, welche wirksame antimikrobielle Konservierungsstoffe für solche wässrigen Systeme bereitstellen wollten. Diese Probleme betreffen Belange der Exposition von Arbeitern und Belastung der Umgebung. Zahlreiche derzeitige Konservierungsmittel sind wirksam, weil sie gegenüber Mikroorganismen bei niedrigen Konzentrationen toxisch sind, z. B. etwa 100 Teile pro Million (ppm). Die Exposition von Menschen gegenüber solchen Konservierungsstoffen im Bereich von Teilen pro Million stellen normalerweise kein Gesundheitsrisiko dar. Das reine Produkt kann jedoch eine nicht annehmbare Gefährdung für Arbeiter darstellen, welche dem reinen konzentrierten Material exponiert werden, auf täglicher Basis, wodurch es erforderlich ist, sie selbst vor der zufälligen Inhalation oder der zufälligen Hautexposition zu schützen. Eine stabile, nicht-gefährdende Formulierung ist daher unbedingt erforderlich.
• Ein Verfahren, um die Konzentration solcher antimikrobiellen Mittel auf einem annehmbaren Wert für die Handhabung zu halten, beinhaltet die Verwendung von Verdünnungsmitteln. Verdünnungsmittel sind ebenfalls wünschenswert, um die Anlieferung der antimikrobiellen Mittel zu dem zu konservierenden Medium zu unterstützen. Die Verdünnungsmittel müssen selbstverständlich bestimmte Kriterien erfüllen. Beispielsweise müssen sie mit einem speziellen antimikrobiellen Mittel und mit dem Medium, in welchem das antimikrobielle Mittel verwendet werden soll, verträglich sein. Sie sollten weder leicht entflammbar noch toxisch sein, was nur sehr wenige Verdünnungsmittel, welche diese Kriterien zu einem annehmbaren Preis erfüllen, zur Folge hat.
• In neuerer Zeit ergab der Druck hinsichtlich der Toxizität des Verdünnungsmittels und seiner Verträglichkeit mit der Umgebung die Restriktion der Anzahl von annehmbaren Verdünnungsmitteln, welche zur Auswahl zur Verfügung stehen. Es ist zu erwarten, daß noch weniger Verdünnungsmittel oder Träger in der Zukunft annehmbar sein werden. Es besteht eine Notwendigkeit in der Industrie, ein Verdünnungsmittel oder einen Träger zu finden, welcher die folgenden Kriterien erfüllt:
• - Das Verdünnungsmittel muß mit dem antimikrobiellen Mittel verträglich sein und sollte seine antimikrobielle Aktivität nicht herabsetzen oder zerstören.
• - Das Endprodukt muß einen Flammpunkt größer als 150ºF (66ºC) besitzen, um die Gefahren der Entflammbarkeit zu vermeiden.
• - Das System muß in dem beabsichtigten Medium arbeiten.
• - Es sollte nicht auf der Liste 1 oder Liste 2 der United States Environmental Protection Agency's (EPA) "Inert Ingredients in Pesticide Products; Policy Statement" sein. Die Listen 1 und 2 betreffen inerte Bestandteile von extremer toxikologischer Bedeutung bzw. potentieller toxikologischer Bedeutung.
• - Das System muß ökonomisch wettbewerbsfähig sein, d. h. es darf nicht so teuer sein, daß das.System auf dem Markt nicht konkurrenzfähig ist.
• - Das Verdünnungsmittel- oder Trägersystem sollte entweder geruchlos sein oder einen angenehmen Geruch besitzen.
• - Das antimikrobielle Mittel sollte in dem Verdünnungsmittel völlig löslich sein.
• Häufig ist das BNS-Produkt eilne Mischung von Amsco Solv®F (Stoddard solvent) mit und ohne N,N-Dimethylformamid (DMF), und es wird angenommen, daß es das einzige nicht- oxidierende Biocid auf dem Markt mit einem Warnzeichen für Entflammbarkeit ist. Amsco Solv®F sind 70% schwere aromatische Kohlenwasserstoffe und 30% aliphatische Kohlenwasserstoffe. Die Mischung von Amsco Solv®F und DMF hat mehrere nicht wünschenswerte Eigenschaften. Beide Lösungsmittel haben niedrige Siedepunkte und Flammpunkte: Amsco Solv®F (F 178- 214ºC; FP 61ºC) und DMF (F 153ºC, FP 58ºC). Die Mischung von Amsco Solv®F und DMF hat weiterhin einen sehr unangenehmen Geruch, was zur Folge hatte, daß Verbraucher das Produkt nicht weiter verwendeten.
• Zusätzlich hat DMF zahlreiche nicht erwünschte Eigenschaften einschließlich des Hervorrufens von Hautreizung, Magenschmerzen, Erbrechen, Diarrhöe, Übelkeit, Schwindel und Kopfschmerzen bei Menschen. Akute Effekte der Exposition gegenüber DMF können durch Inhalation, Schlucken oder Hautabsorption hervorgerufen werden. Dampf oder Nebel von DMF reizt die Schleimhautmembrane und den oberen Atmungstrakt. Dimethylformamid kann ebenfalls Hodenkrebs hervorrufen. Seine Verwendung in der Pulpen- und Papierherstellung wurde in den Vereinigten Staaten beendet, da es auf der EPA-Liste 1, d. h. inerte Inhaltsstoffe von extrem toxikologischer Bedeutung, ist. Weiterhin beträgt die orale LDso (Ratten) 2,8 g/kg und die Haut-LÜ5o (Kaninchen) beträgt 4720 mg/kg. Die 6-Stunden- Inhalation ALC (Ratten) beträgt 5000 ppm.
• Obwohl für bestimmte Anwendungen ein festes Trägersystem für BNS annehmbar war, ist für viele Fälle ein Lösungsmittelsystem mit wünschenswerten physikalischen, chemischen, umweltbezogenen und toxikologischen Eigenschaften erforderlich. Das US-Patent No. 5 122 301 beschreibt antimikrobielle Zusammensetzungen, welche BNS und Propylen- und/oder Ethylencarbonat als ein nicht-toxisches, nicht-korrosives und nicht- entflammbares Trägerlösungsmittel umfassen.
• Die vorliegende Erfindung überwindet die zuvor genannten Nachteile durch Bereitstellung von Zusammensetzungen, welche die oben angegebenen wünschenswerten Eigenschaften zeigen.
• Benzylacetat tritt in der Natur in etwa einem Dutzend ätherischen Ölen auf, einschließlich Jasmin, Hyazinth und Gardenia. Es ist in allgemeinem Gebrauch seit 1900. Beruzylacetat hat eine lange geschichtliche Verwendung in der Geruchs- und Parfümerieindustrie. Benzylacetat wurde der GRAS- Status von FEMA 1965 erteilt, und es wird von der FDA als direkter Nahrungsmittelzusatz (21 CFR 172.515) anerkannt.
Biologische Daten von Benzylacetat
• Akute Toxizität. Die akute orale LD&sub5;&sub0; in Ratten wurde mit 2,49 g/kg von Jenner, Hagan, Taylor, Cook & Fitzhugh (1964) und mit 3,69 g/kg von Boyd & Kuizenga (1945) angegeben. Die LDso bei dermaler Anwendung wurde mit < 5 g/kg bei Kaninchen (Moreno, 1972) angegeben.
• Test am Menschen. Ein Maximierungstest (Kligman, 1966) wurde an 25 Freiwilligen durchgeführt. Das Material wurde mit einer Konzentration von 8% in Petrolatum getestet und ergab keine Reaktionen (Greif, 1967).
• Metabolismus. Die Ester von Benzylalkohol, z. B. Acetat, Benzoat, Cinnamat und Hydrocinnamat, werden rasch in vivo zu Benzylalkohol hydrolysiert, welcher dann zu Benzoeisäure oxidiert und als Hippursäure (Williams, 1959) ausgeschieden wird.
• Die oben angegebenen Eigenschaften erlauben die Herstellung einer antimikrobiellen Zusammensetzung von BNS in Benzylacetat, welche eine bioabbaubare, inerte, toxikologisch sichere Zusammensetzung ist, die einen Flammpunkt oberhalb 93ºC (200ºF) und einen angenehmen Geruch aufweist.
• Es wurden Tests auf chemische Stabilität zur Bestimmung durchgeführt, ob BNS in Benzylacetat stabil war. Die Zusammensetzungen wurden in geschlossenen Glasflaschen bei 50ºC für 28 Tage gelagert. Die Stabilität von BNS in Benzylacetat wird durch die in Tabelle 3 wiedergegebenen Werte gezeigt.
• BNS wurde deaktiviert durch Reaktion mit Methanol, Ethanol, Isopropylalkohol und t-Butylalkohol. Überraschenderweise wurde gefunden, daß N,N-Dimethylformamid und N-Methylpyrrolidinon als Lösungsmittel mit BNS nicht verträglich waren.
• Weiterhin wurde gezeigt, daß die Zusammensetzungen im allgemeinen gegenüber einem breiten Spektrum von Mikroofga nismen wirksam waren, welche die hier beschriebenen wässrigen Systeme angreifen. Proben von 30% und 40% BNS in Benzylacetat wurden in Agar untersucht, um einen minimalen Hemmkonzentrationsbereich für jede Probe gegenüber einer Reihe von Bakterien, Hefen und Schimmeln zu bestimmen. Reines BNS diente als Kontrolle. Dieser Test war mit kleinen Verdünnungsinkrementen angelegt, um relativ kleinere Unterschiede in antimikrobieller Aktivität festzustellen. Die Ergebnisse zeigen, daß die Aktivität der BNS-Proben in Benzylacetat einen günstigen Vergleich mit der Kontrolle ergaben. Keine signifikanten Unterschiede in der antimikrobiellen Aktivität wurden festgestellt wie in den Tabellen 1 und 2 angegeben. Benzylacetat wurde alleine getestet, und es wurde gefunden, daß es nicht-hemmend gegenüber allen Mikroorganismen bei 100 mcg/ml war, der höchsten Konzentration von untersuchtem Träger,
• Die antimikrobielle Aktivität von BNS, das mit Benzylacetat verdünnt ist, ist zu der einer Äquivalentmenge des reinen Materials identisch, und es würde daher als Konservierungsmittel von wässrigen Systemen brauchbar sein, wie in dem US-Patent No. 3 629 465 beschrieben.
• Im Hinblick auf die oben gemachten Ausführungen ist ersichtlich, daß die Ziele der Erfindung erreicht werden und daß es einen Vorteil gegenüber den zuvor beschriebenen Systemen liefert.
• Zusammenfassend ergibt sich, daß die neuen Zusammensetzungen antimikrobielle Zusammensetzungen zum Konservieren von wässrigen Systemen sind, welche umfassen
• eine antimikrobiell wirksame Menge von &beta;-Brom-&beta;nitrostyrol und
• einen Benzylester einer C&sub2;&submin;&sub4;-Carbonsäure als einen ihereten und bioabbaubaren Träger, z. B. Benzylacetat, Benzylpropionat, Benzylisobutyrat und Benzylbutyrat.
Beispiele
• Proben von 30% und 40% BNS in Benzylacetat wurden auf antimikrobielle Wirksamkeit untersucht. Die Lösungen mit 30% und 40% BNS wurden für 28 Tage bei 50ºC gealtert. Die minimale Hemmkonzentration (MIC) ist die Konzentration, welche das Wachstum des untersuchten Inokulums vollständig hemmte. Die Testergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
1. Produktherstellung
• Natriumacetat wurde zu einer Lösung von 1,2-Dibrom-2- nitroethylbenzol (US-Patent No. 3 629 465, Givaudan Corp., 21/12/1971) in Toluol zugesetzt. Das erhaltene Gemisch wurde für 4 Stunden unter Rückfluß gekocht. Die Lösung wurde dann auf Zimmertemperatur abgekühlt und zweimal mit einer gesättigten Salzlösung gewaschen. Die erhaltene Lösung wurde auf Rückfluß unter azeotroper Entfernung von Wasser erhitzt. Nachdem das Toluol trocken war, wurde Benzylacetat zugesetzt, und das Toluol wurde unter vermindertem Druck (30 mm Hg) bei 50ºC entfernt, um eine Lösung von BNS in Benzylacetat zu erhalten.
• Die Analyse der Lösung durch GC mit internem Standard bestimmte die Konzentration von BNS in Benzylacetat. Zusätzliches Benzylacetat wurde zugesetzt, um die gewünschte Konzentration von BNS in Benzylacetat herzustellen, z. B. 30%, 35% oder 40%.
• In einer vergleichbaren Weise wurden Lösungen unter Verwendung von Benzylpropionat, Benzylisobutyrat und Benzylbutyrat anstelle von Benzylacetat hergestellt. Sämtliche stellten sich als stabil heraus.
2. Antimikrobielle Aktivität
• Proben von 30% und 40% BNS in Benzylacetat wurden in Agar untersucht, um einen Bereich der minimalen Hemmkonzentration für jede Probe gegenüber einer Reihe von Bakterien, hefen und Schimmelpilzen zu erhalten. Reines BNS diente als Kontrolle. Der Test wurde mit kleinen Verdünungsinkrementen angelegt, so daß relativ kleine Unterschiede in antimikrobieller Aktivität festgestellt wurden konnten.
• Die in den folgenden Tabellen aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß die Aktivität der zwei Proben im Vergleich zu der Kontrolle günstig waren. Keine signifikanten Unterschiede in der antimikrobiellen Aktivität wurden festgestellt. Tabelle 1 Bakterien Tabelle 2 Hefen und Schimmelpilze
• In jedem in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Bereich trat kein Wachstum bei der höheren Konzentration auf, während die niedrigere Konzentration nicht-hemmend war. Benzylacetat wurde alleine getestet, und es wurde gefunden, daß es gegenüber allen Mikroorganismen bei 100 mcg/ml, der höchsten untersuchten Konzentration des Trägers, nicht-hemmend war.
3. Stabilität und Verträglichkeit
• Proben von 30%, 35% und 40% BNS in Benzylacetat wurden in verschlossenen Flaschen aus braunem Glas bei einer Temperatur von 50ºC angeordnet und auf den BNS-Gehalt mittels GC mit einem inneren Standard während einer Periode von 28 Tagen untersucht. Tabelle 3 Stabilität von BNS in Benzylacetat

Claims (6)

1. Antimikrobielle Zusammensetzung zum Konservieren wässriger Systeme, welche umfaßt

eine antimikrobiell wirksame Menge von &beta;-Brom-&beta;-nitrostyrol und

einen Benzylester einer C&sub2;&submin;&sub4;-Carbonsäure als einen inerten und biöabbaubaren Träger, z. B. Benzylacetat, Benzylpropionat, Benzylisobutyrat und Benzylbutyrat.

2. Antimikrobielle Zusammensetzung nach Anspruch 1, welche von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% &beta;-Brom-&beta;-nitrostyrol hat.

3. Antimikrobielle Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher der inerte und bioabbaubare Träger Benzylacetat ist.

4. Antimikrobielle Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, in welcher das &beta;-Brom-&beta;-nitrostyrol in dem inerten und biöabbaubaren Träger aufgelöst ist.

5. Verwendung von antimikrobiellen Zusammensetzungen, umfassend eine antimikrobiell wirksame Menge von &beta;-Brom-&beta;-, nitrostyrol und einen Benzylester einer C&sub2;&submin;&sub4;-Carbonsäure als einen inerten und biöabbaubaren Träger, z. B. Benzylacetat, Benzylpropionat, Benzylisobutyrat und Benzylbutyrat, zum Konservieren wässriger Systeme.

6. Verfahren zur Herstellung von &beta;-Brom-&beta;-nitrostyrol in Benzylesterlösung, umfassend

(a) Entfernung von Bromwasserstoff aus 1,2-Dibrom-2-nitroethylbenzol in Toluollösung, z. b. durch Behandlung mit Natriumacetat, und

(b) nachfolgend Entfernung des Toluols in Anwesenheit eines Benzylesters einer C&sub2;&submin;&sub4;-Carbonsäure, z. B. Benzylacetat.