УПАКОВКА С БИОЦИДНЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
PACKAGE WITH BIOCIDE PROPERTIES FOR COSMETICS AND FOOD PRODUCTS

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к упаковке косметических средств и продуктов питания, обладающей биоцидными свойствами. Предлагаемое изобретение относится также к способу предотвращения загрязнения косметических средств и продуктов питания в их упаковке.
Уровень техники
Как правило, косметические средства и продукты питания легко подвергаются загрязнению бактериями, грибами и т.д. Для предотвращения загрязнения в состав большинства косметических средств и продуктов питания вводят консерванты, необходимые для предотвращения микробного загрязнения, обычного для любого использования косметических средств и продуктов питания. К сожалению, большинство консервантов, вводимых в косметические средства, токсичны и могут вызывать раздражение и инфекции кожи. Аналогично этому, в пищевой промышленности давно существует необходимость избавиться от консервантов в продуктах питания или, по меньшей мере, снизить их содержание. Ради ясности следует подчеркнуть, что сначала будут описаны предпосылки создания изобретения, имеющие отношение к изготовлению косметических средств, а затем - к отрасли упаковки пищевых продуктов.
Косметические средства
В косметической промышленности используется большое количество материалов, обладающих консервирующими свойствами. Одними из консервантов, использующихся издавна и наиболее часто, являются эфиры парагидроксибензойной кислоты, известные под общим названием «парабены».
В связи с высокой токсичностью парабенов косметическая промышленность находится в непрерывном поиске как (i) систем консервантов, альтернативных традиционным смесям парабенов, так и (ii) различных малотоксичных комбинаций, разработанных для повышения эффективности как консервантов.
Таким образом, до сих пор не удовлетворена потребность в нетоксичных и не вызывающих раздражения биоцидах, которые были бы способны эффективно уничтожать микроорганизмы, такие как бактерии, дрожжевые и плесневые грибы, либо подавлять их рост.
Перечень материалов, обладающих консервирующими свойствами, составленный в 2005 году, возглавляют метил- и пропилпарабен. В перечень входит ограниченное число материалов, обладающих консервирующими свойствами. Неполный перечень других материалов, обладающих консервирующими свойствами, обычно использующихся в промышленности, таков: имидазолидинилмочевина, феноксиэтанол, формальдегид, кватерниум-15, метилхлоризотиазолинон, синергическая смесь метилизотиазолинона и полиаминопропил бигуанида (МТВ), смесь метилизотиазолинона и хлорфенезина (МТС), синергическая комбинация метилизотиазолинона и йодопропинил бутилкарбамата (MTI), йодопропинил бутилкарбамат (IPBC), роконсал ND, который является смесью растворов бензойной кислоты и дегидроуксусной кислоты в феноксиэтаноле, роконсал BSB, который является смесью растворов бензойной кислоты и сорбиновой кислоты в бензиловом спирте, масло австралийского чайного дерева, усниновая кислота, суспензия JM ActiCare™ - суспензия частиц композиции из хлорида серебра и диоксида титана в геле на водно-сульфосукцинатной основе, полиаминопропил бигуанид и т.д.
Консерванты в целом и определенные их группы в частности получали в последние годы плохие отзывы в прессе, и некоторые компании-производители уже приняли решение внести изменения в состав выпускающейся ими продукции. Промышленники видят отрицательную реакцию на консерванты значительного числа потребителей. Кроме того, возможен конфликт между потребностью в незараженных микроорганизмами продуктах и их токсикологической безопасностью. В настоящее время в косметических продуктах разрешено использовать лишь ограниченное число консервантов, выбранных из списка веществ, разрешенных к применению, например, из Приложения VI к Европейской Директиве по косметической продукции, в котором также определено их максимально допустимое содержание и сферы применения Директивы ЕС 94/62/ЕС.
Учитывая предубеждение потребителей против консервантов в целом и некоторых из них в частности, лица, проводящие оценку безопасности, подвергают сомнению целесообразность введения консервантов в составы даже в том случае, когда они введены в соответствии с допустимыми уровнями и разрешенной практикой применения согласно Директиве по косметической продукции, все равно существует постоянная потребность в новых, более безопасных и более приемлемых альтернативных способах предотвращения микробного загрязнения косметических средств.
а. Продукты питания
Упаковка стала важным элементом в современном развитом обществе. В частности, рынок упаковки пищевых продуктов находится в стадии чрезвычайно быстрого роста, поскольку большинство имеющихся в продаже продуктов питания, включая свежие фрукты и овощи, поступают в продажу в упакованном виде. Одной из важных функций упаковки, с позиции технологии обеспечения сохранности пищевых продуктов, является замедление процесса порчи пищевого продукта, увеличение срока годности и сохранение и повышение качества и безопасности упакованных продуктов питания. Таким образом, главная цель упаковывания продуктов питания состоит в их защите от микробного и химического загрязнения, от кислорода, паров воды и действия света. Следовательно, вид используемой упаковки играет важную роль при определении срока годности пищевых продуктов. За счет правильного выбора материалов упаковки и технологий упаковывания можно обеспечить высокое качество и свежесть продукта в течение периода времени, необходимого для его промышленного выпуска и потребления.
Традиционно упаковка продуктов питания определялась как пассивный барьер, замедляющий неблагоприятное воздействие окружающей среды на хранящейся в ней продукт. Однако современные тенденции включают разработку упаковочных материалов, взаимодействующих с окружающей средой и с продуктами питания и играющих активную роль в обеспечении сохранности продуктов. Эти новые системы упаковки пищевых продуктов были разработаны в ответ на тенденцию развития у потребителей предпочтения пищевых продуктов, прошедших мягкую обработку, свежих, вкусных и удобных для потребления, с длительным сроком годности. Кроме того, изменения практики розничной торговли, такие как глобализация рынков, приводящая к увеличению расстояний до потребителя, составляют главную проблему отрасли упаковки пищевых продуктов, которая является движущей силой развития новых улучшенных концепций упаковки, продлевающих срок годности, сохраняя при этом безопасность и качество упакованных продуктов питания.
Активным упаковыванием следует считать такие технологии, которые направлены на взаимодействие с газовой средой внутри упаковки и/или непосредственно с самим продуктом, с получением положительного результата. В первых технических решениях активной упаковки использовался небольшой пакет (пакет-саше), содержащий активный ингредиент, помещенный внутрь проницаемой упаковки. Эта технология обеспечивает получение некоторых положительных характеристик, в частности высокий уровень активности и отсутствие необходимости использования сложного оборудования или модификации технологий упаковывания в связи с тем, что пакет-саше вводят на дополнительной стадии технологического процесса. Однако у технологии с использованием пакетов-саше имеется много недостатков, основным из которых является присутствие внутри упаковки веществ, которые часто являются токсичными и могут быть случайно съедены или могут вызвать у потребителя желудочно-кишечные расстройства.
Альтернативным решением, которое широко изучается в настоящее время, является введение активных веществ в состав материала стенок упаковки. Пластики являются очень удобными материалами для этого вида технологий, не только как среды для активного вещества, но также как активные элементы при реализации принципа активного упаковывания. Таким образом, одной из основных целей предлагаемого изобретения является создание функционального полимерного материала, содержащего в своей структуре активное вещество, и создание условий, чтобы это активное вещество могло действовать или высвобождаться контролируемым образом. Дополнительными преимуществами включения этого активного вещества в структуру полимера (в стенку упаковки) перед использованием пакетов-саше являются, например, уменьшение размера упаковки, иногда более высокая эффективность активного вещества (которое полностью окружает продукт) и более высокая производительность процесса упаковывания (поскольку введение пакета-саше является дополнительной стадией, как правило, выполняемой вручную). При использовании активных полимеров следует принимать во внимание необходимость соблюдения некоторых мер предосторожности и учитывать реальные условия. Активное вещество может изменять свойства полимера, кинетика адсорбции непостоянна и зависит от проницаемости пластика, активность может наблюдаться в течение более короткого периода времени, если реакция начнет протекать слишком рано в связи с отсутствием эффективного механизма ее активации, и возможно нежелательное поступление активных веществ или низкомолекулярных продуктов реакции в пищевой продукт.
Большинство активных веществ считаются ингредиентами материала, имеющего контакт с пищевым продуктом (а не пищевыми добавками), и, в связи с этим, эти системы должны подчиняться строгим действующим правилам относительно поступления в продукт. Типичными примерами могут служить поглотители кислорода, поглотители и источники углекислого газа, поглотители этилена, поглотители и регуляторы содержания воды, абсорбенты и источники органических соединений, пленки с ферментативной активностью и антимикробные системы. Материалы, имеющие контакт с пищевым продуктом, традиционно включают эластичные пленки, которые обычно обладают следующими свойствами: их цена обычно низкая; они обладают хорошими барьерными свойствами по отношению к парам воды и газам; они поддаются термосвариванию для предотвращения утечки содержимого; они обладают прочностью во влажном и в сухом состоянии; они удобны в обращении, в производстве, в розничной торговле и для потребителя; они не придают большого дополнительного веса продукту; они плотно прилегают к пищевому продукту, тем самым приводя к небольшим потерям полезного пространства при хранении и при распространении в виде товара и т.д.
Краткая сводка данных о различных видах эластичных пленок приведена ниже.
Целлюлоза.
Обычная целлюлоза представляет собой блестящую прозрачную пленку, не имеющую запаха и вкуса и поддающуюся биологическому разложению (в течение примерно 100 дней). Она жесткая и прочная на прокол, хотя и легко подвергается разрыву. Однако она не поддается термосвариванию, и размеры и проницаемость пленки изменяются при изменении влажности. Она используется для упаковки продуктов питания, которые не требуют полной изоляции от паров воды и газов.
Полипропилен.
Полипропилен представляет собой прозрачную блестящую пленку, обладающую высокой механической прочностью и прочностью на прокол. Он обладает умеренной проницаемостью по отношению к парам воды, газам и запахам, которая не зависит от изменения относительной влажности. Он способен растягиваться, хотя и в меньшей степени, чем полиэтилен.
Полиэтилен.
Полиэтилен низкой плотности является термосвариваемым инертным, не имеющим запаха материалом, способным сокращаться под воздействием температуры. Он создает достаточно эффективный барьер для паров воды, но имеет относительно высокую проницаемость для газов, нестоек к маслам и обладает слабыми барьерными свойствами по отношению к запахам. Он менее дорог, чем большинство пленок и в связи с этим широко используется. Полиэтилен высокой плотности более прочен, толще, менее эластичен и обладает большей хрупкостью и меньшей проницаемостью для газов и паров воды, чем полиэтилен низкой плотности. Он имеет более высокую температуру размягчения (121°С), в связи с чем может подвергаться термической стерилизации. Мешки, изготовленные из полиэтилена высокой плотности толщиной 0,03-0,15 мм, имеют более высокие прочность на разрыв, сопротивление проникновению и прочность сварного шва. Они являются водонепроницаемыми и химически стойкими и используются вместо бумажных мешков.
Другие пленки.
Полистирол представляет собой хрупкую прозрачную блестящую пленку, обладающую высокой газопроницаемостью. Поливинилиденхлорид очень прочен и в связи с этим используется для изготовления тонких пленок. Он обладает очень низкой проницаемостью для паров воды и поддается термоусадке и термосвариванию. Однако он имеет коричневый оттенок, что в некоторых случаях ограничивает его использование. Нейлон обладает хорошими механическими свойствами и широким диапазоном рабочих температур (от 60 до 200°С). Однако изготовленные из него пленки дороги в изготовлении, требуют использования высоких температур для образования термического шва и его проницаемость изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха, в атмосфере которого он хранится.
Пленки с покрытием.
Пленки покрыты другими полимерами или алюминием с целью повышения барьерных свойств или придания способности к термосвариванию. Например, нитроцеллюлозу наносят на одну сторону целлюлозной пленки для создания барьера для паров воды, при этом сохранив проницаемость для кислорода. Нитроцеллюлозное покрытие с обеих сторон пленки повышает барьерные свойства по отношению к кислороду, парам воды и запахам и обеспечивает возможность термосваривания при использовании широких швов. Покрытие из сополимера винилхлорида с винилацетатом дает более жесткие пленки, обладающие промежуточной проницаемостью. Рукава из этого материала прочны, легко растягиваются и проницаемы для воздуха, дыма и паров воды. Они используются, например, для упаковки мясных продуктов перед копчением и термической обработкой. Тонкое покрытие из алюминия создает очень прочный барьер для масел, газов, паров воды, запахов и света. Свойства пленок приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Свойства некоторых упаковочных материалов
Вид пленки
Покрытие
Барьеры для влаги
Воздух/запахи
Прочность
Прозрачность
Обычная толщина (мкм)
Целлюлоза
-
*
***
*
***
21-40
Целлюлоза
ПВДХ
***
***
*
***
19-42
Целлюлоза
Алюминий
***
***
*
-
21-42
Целлюлоза
Нитроцеллюлоза
***
***
*
-
21-24
Полиэтилен (низкой плотности)
**
*
**
*
25-200
Полиэтилен (высокой плотности)
***
**
***
*
350-1000
Полипропи-лен
-
***
*
***
***
20-40
Полипропи-лен
ПВДХ
***
***
***
***
18-34
Полипропи-лен
Алюминий
***
***
***
-
20-30
Полиэстер
**
**
***
**
12-23
Полиэстер
***
***
***
**
-
Полиэстер
***
***
***
-
20-30
* = низкая ** = средняя *** = высокая. Более толстые пленки любого вида имеют более высокие барьерные свойства, чем более тонкие. ПВДХ = поливинилиденхлорид.
Многослойные пленки.
Изготовление слоистого материала из двух или более пленок улучшает внешний вид, повышает барьерные свойства и механическую прочность упаковки.
Соэкструдированные пленки.
Их получают одновременной экструзией двух и более слоев различных полимеров. Соэкструдированные пленки имеют три главных преимущества перед другими видами пленок: они обладают очень высокими барьерными свойствами, аналогичными многослойным материалам, но произведены с меньшими затратами; они тоньше многослойных материалов, и в связи с этим они более удобны в использовании на оборудовании для заполнения; слои не расслаиваются и т.д.
Ниже приведены примеры использования многослойных и соэкструдированных пленок.
Таблица 2.
Некоторые многослойные пленки, использующиеся для упаковки продуктов питания
Вид многослойного материала
Продукты питания, для которых обычно используется этот вид упаковки
Полипропилен, покрытый поливинилиденхлоридом (2 слоя)
Чипсы, сухие завтраки, кондитерские изделия, мороженое, бисквиты, шоколад
Сополимер этилена с пропиленом, покрытый поливинилиденхлоридом
Хлебобулочные изделия, сыр, кондитерские изделия, сухофрукты, замороженные овощи
Целлюлоза-полиэтилен-целлюлоза
Торты, хрустящий хлеб, бекон, кофе, колбасные изделия, сыр
Ацетатцеллюлоза-бумага-фольга-полиэтилен
Сухие супы
Металлизированный полиэфир-полиэтилен
Кофе, сухое молоко
Полиэтилен-алюминий-бумага
Сухие супы, сушеные овощи, шоколад
Таблица 3.
Некоторые примеры использования соэкструдированных пленок
Вид соэкструдированного материала
Применение
Ударопрочный полистирол-полиэтилентерефталат
Маргарин, масло в коробках
Полистирол-полистирол-поливилиденхлорид-полистирол
Бутылки для соков и молока из полистирола-полистирола-поливилиденхлорида
Полистирол-полистирол-поливилиденхлорид-полиэтилен
Коробки и бутылки для масла, сыра, маргарина, кофе, майонеза, соусов
Учитывая возрастающую роль полимеров как материалов, использующихся при изготовлении медицинских аппаратов, для упаковки и переработки пищевых продуктов, использование антимикробных полимеров становится все более желательным.
Антимикробная упаковка продуктов питания.
В последние 10 лет значительно продвинулись исследования (Cooksey, 2001) в области материалов для антимикробной упаковки продуктов как альтернативного метода контроля микроорганизмов, присутствие которых в продуктах питания нежелательно. Для этого используется введение антимикробных агентов в упаковочные материалы или нанесение их на поверхность упаковочных материалов (Han, 2000). Поскольку микробное загрязнение большинства продуктов питания происходит, главным образом, на их поверхности в связи с операциями, осуществляемыми после их переработки, предпринимались попытки повысить безопасность и замедлить порчу за счет использования распыления антибактериальных составов или погружения в них. Однако простое нанесение антибактериальных агентов на поверхность имеет ограниченное применение, поскольку активные вещества быстро нейтрализуются или диффундируют с поверхности внутрь пищевого продукта. Таким образом, применение упаковочных пленок с антибактериальными агентами может оказаться более эффективным, если поддерживаются их высокие концентрации на тех участках, где это необходимо, за счет медленного поступления или действия агентов на поверхности продукта (Quintavalla и Vicini, 2002).
Основными возможными объектами применения антимикробных пленок являются мясопродукты, рыба, птица, хлеб, сыр, фрукты, овощи и напитки (Labuza и Breene, 1989).
2
В настоящее время антимикробная упаковка продуктов питания основана на использовании следующих концепций: Упаковка должна влиять на условия внешней среды, замедляя рост микробов. Описанные ранее поглотители кислорода и вещества, выделяющие CO, изменяют атмосферные условия и снижают скорость роста аэробных микроорганизмов. Активная упаковка, снижающая содержание воды, влияет на развитие микробов. Некоторые поглощающие пакеты (салфетки), использующиеся для впитывания выделившегося «сока» в лотках для мяса, содержат органические кислоты и поверхностноактивные вещества для предотвращения роста микроорганизмов, поскольку соки из пищевых продуктов богаты питательными веществами (Hansen и др., 1988).
В упаковку введены антимикробные агенты, и она имеет строение, обеспечивающее их выделение в свободное пространство над продуктом в таре или непосредственно в пищевой продукт.
Упаковочный материал может содержать иммобилизованное вещество с антимикробными свойствами. В эту категорию активной упаковки входят (i) полимеры, которым изначально присущи антимикробные свойства, и (ii) структуры, содержащие иммобилизованные антимикробные агенты. Иммобилизация может достигаться при помощи ограничения диффузии или ковалентным связыванием вещества с основной цепью полимера. Хотя в настоящее время известно лишь несколько связанных с пищевыми продуктами случаев промышленного использования этих технологий, они представляют большой интерес, и многие исследователи занимаются их разработкой и внедрением.
Для антимикробных агентов, выделяющихся из пленок, массоперенос является критическим параметром, подлежащим учету при разработке активных систем. Результаты исследования миграции молекул летучих и нелетучих органических веществ из полимеров можно применить для описания выделения антимикробных агентов из материалов упаковки (Garde и др., 2001; Katan, 1996). В случае летучих веществ их выделение контролируется их диффузией через полимер и значением парциального давления паров при насыщении. Перейдя в свободное пространство над продуктом, антимикробные агенты достигают поверхности продукта питания, которой они поглощаются, а затем распространяются или диффундируют в объем пищевого продукта.
Выделение антимикробных агентов из полимеров должно поддерживаться с надлежащей скоростью с тем, чтобы их поверхностная концентрация превышала критическую ингибирующую концентрацию. Чтобы достичь надлежащего контролируемого выделения на поверхность продукта, было впоследствии предложено использовать многослойные пленки (контролирующий слой/матричный слой/барьерный слой). Внутренний слой контролирует скорость диффузии активного вещества, в то время как матричный слой содержит активное вещество, а барьерный слой препятствует миграции вещества наружу из упаковки (Cooksey, 2001).
2
Известно, что антимикробными свойствами обладают многие летучие соединения, включая газы, такие как SO; и С1О, и пары различной степени летучести, включая пары спиртов, альдегидов, кетонов и эфиров. Для диоксида хлора было получено разрешение Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США на применение в качестве антимикробной добавки к упаковочным материалам. Он представляет собой антимикробный газ, выделяющийся из основного хлорсодержащего соединения при воздействии на него паров воды. Его основным достоинством является то, что он действует дистанционно, и, таким образом, представляет собой один из немногих упаковочных антимикробных средств, которые не требуют непосредственного контакта с пищевым продуктом.
2
2
Хотя результаты его испытаний свидетельствуют об эффективности замедления роста плесневых грибков на ягодах, полученные для свежего красного мяса положительные результаты нивелируются в результате нежелательного заметного изменения цвета (Brody, 2001). Австралийская организация CSIRO (Организация научно-технических исследований стран Содружества) разрабатывает системы, постепенно высвобождающие SO для контроля роста плесневых грибков в некоторых видах фруктов. Эти системы не разрешены в Европейском Союзе, и важно заметить, что накопление и поглощение больших количеств SO продуктами питания может вызывать токсикологические проблемы (Vermeiren и др., 2002).
Большое внимание в настоящее время уделяется исследованиям в области выделения из пищевых продуктов и растений природных соединений, имеющих фунгицидную и бактерицидную активность. Цель этих исследований состояла в получении активных систем упаковки, которые сочетали бы в себе способность изменять атмосферу в упаковке с контролируемым высвобождением активного соединения. Стадия внедрения этих легколетучих соединений в стенку упаковки осложнена тем, что процесс производства пленок (литье или экструзия из растворов) сопровождается улетучиванием соединений и созданием не пригодной для дыхания атмосферы на производственном предприятии. Возможным решением этой проблемы является использование соединений, улавливающих активные молекулы и уменьшающих их летучесть. Для этой цели были использованы комплексы включения с циклодекстринами, сохраняющие вкусоароматический комплекс при процессах экструзии (Bhandari и др., 2001; Reineccius и др., 2002). Некоторые антимикробные агенты, такие как вкусовые эфирные масла, эфирные масла хрена и этанол, были успешно включены в комплексы с циклодекстринами (Ikushima и др., 2002).
Другие, менее летучие природные соединения растительного происхождения, включая несколько жирных кислот и эфирных масел, были исследованы в отношении их активности против различных микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. В случае нелетучих соединений необходим непосредственный контакт упаковки с поверхностью продукта питания. Хотя на выделение этих соединений влияет их диффузия внутри материала стенок упаковки, вид и состояние пищевого продукта и вид контакта также очень важны. Нелетучие антимикробные соединения включают несколько пищевых консервантов, таких как сорбаты, бензоаты, пропионаты и парабены. Все из них разрешены для использования правилами, установленными Управлением по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (Floros и др., 1997). Полимерные пленки, выделяющие сорбат, используются при упаковке сыра. Была также разработана иономерная пленка с бензоилхлоридом, которая проявила антимикробные свойства в связи с выделением бензойной кислоты в буферный раствор и в картофельный агар с декстрозой. Было также обнаружено, что пленки с пропионатом натрия способны продлевать срок годности хлеба за счет замедления роста микроорганизмов (Soares и др., 2002).
Интересной разработкой новой продукции для продажи на свободном рынке является недавно начатый промышленный выпуск кухонных продуктов торговой марки Microban (компании Microban Products Co., США), для которых разрешен контакт с пищевыми продуктами, таких как разделочные доски и салфетки, содержащие триклозан, антимикробное ароматическое хлорорганическое соединение, использующееся также в мыле и шампунях (Berenzon и Saguy, 1998). Еще более недавно было разрешено использование триклозана для изделий, для имеющих контакт с пищевыми продуктами, в странах ЕС, с предельным удельным поступлением с пищевым рационом 5 мг/кг пищи (Quintavalla и Vicini, 2002). Vermeiren и др. (2002) показали, что введение триклозана в полиэтилен низкой плотности приводит к проявлению им активности в верхнем слое тарелок, но когда полимер использовали при вакуумной упаковке и хранении мяса в холодильнике, количество бактерий на его поверхности снижалось недостаточно. Возможно, что причиной этого отсутствия активности является взаимодействие триклозана с ингредиентами животного жира мясопродуктов. Chung и др. (2001а, 2001b) исследовали выделение триклозана из стирол-акрилатного сополимера в воду и в среды, имитирующие жирную пищу по составу. В другом исследовании (Chung и др., 2003) было показано, что покрытие из стирол-акрилатного сополимера, содержащего триклозаны, ингибирует рост Enterococcus faecalis в испытаниях диффузии как в агаре, так и в жидких культуральных средах. Полученные результаты указывают на то, что стирол-акрилатный сополимер, содержащий триклозан, может служить эффективным антимикробным слоем в соответствующих условиях, хотя необходимо провести дополнительные исследования для оценки его эффективности против других микроорганизмов. Разнообразные ферменты и пептиды также были исследованы на бактерицидную активность. В связи с низкой переносимостью ими экстремальных температур способы нанесения этих соединений ограничены их сорбцией на поверхности полимеров, или нанесением в виде покрытий, или литьем из растворов. Лизоцим был испытан сам по себе и в комбинации с растительными экстрактами, низином и ЭДТА в различных полимерных пленках, включая пленки из поливинилового спирта, полиамида, триацетатцеллюлозы, альгината и каррагинана (Appendini и Hotchkiss, 1997; Buonocore и др., 2003; Cha и др., 2002). В качестве других примеров можно привести низин-метилцеллюлозные покрытия на полиэтиленовых пленках (Cooksey, 2000), антимикотические средства, включенные в съедобные покрытия из восков и эфиров целлюлозы (Hotchkiss, 1995) и низин-зеиновые покрытия для продуктов из птицы (http://www.uark.edu/depts/fsc/news.sum00.pdf (доступно с октября 2003 г.)) Низин, являющийся бактериоцином, продуцируемым штаммом Lactococciis lactis, считается природной добавкой. Он имеет статус GRAS (или «в целом признан безопасным») для использования в плавленом сыре, и он особенно эффективен при предотвращении роста палочек Clostridium botulinum (Cooksey, 2001). Недавно на антимикробную токсичность были изучены два разных покрытия, в которые введен низин (одно с раствором акрилового полимера в качестве связующего, а второе - с винилацетат-этиленовым сополимером). Когда они были приведены в контакт с пастеризованным молоком и апельсиновым соком при температуре 10°С, наблюдалось значительное подавление роста общего числа аэробных бактерий и дрожжей (Kim и др., 2002).
+
+
Помимо антимикробных средств, действие которых основано на положительном воздействии на пищевой продукт в результате их высвобождения из упаковки, некоторые вещества полностью иммобилизованы в стенке упаковки и, таким образом, они защищают пищевой продукт от микробиологической порчи лишь за счет непосредственного контакта с его поверхностью. Что касается этого вида антимикробных полимеров, модифицированный серебром (Ag) цеолит является наиболее часто использующимся антимикробным средством, вводимым в состав полимеров, промышленно производимых в Японии (Vermeiren и др., 1999). Ионы Ag, ингибирующие целый ряд метаболических ферментов, имеют высокую антибактериальную активность. Takayama и др. (1994) и Wirtanen и др. (2001) исследовали их эффективность на различных микроорганизмах, включая Pseudomonas, Bacillus, Staphylococcus, Micrococcus, энтеробактерии и дрожжевые грибки. Они обнаружили широкий спектр антимикробной активности модифицированных ионами Ag цеолитов и их эффективность при низких концентрациях (Kirn и Lee, 2002). Однако в связи с тем, что модифицированный серебром цеолит дорог, его ламинируют тонким слоем (3-6 мкм) с обычным уровнем введения от 1% до 3% (http://pffc-online.com/ar/paper_active_packaging/ (доступно с января 2004 г.). Тем не менее, оценку реальной эффективности этой системы не проводили в связи с тем, что необходимая миграция из полимера минимальна, и антимикробное действие ионов серебра ослаблено серосодержащими аминокислотами, входящими в состав многих пищевых продуктов (Brody, 2001). Наиболее подходящим использованием этой системы, по-видимому, являются низкокалорийные напитки, такие как чай и минеральная вода. Выпускающиеся модифицированные серебром цеолиты представлены такими продуктами, как Zeomic (компании Shinanen New Ceramics Co. Ltd., Япония), AgIon™ (компании Agion Technologies Inc., США) и Apasider (компании Sangi Group America, США). В последнее время компании Renaissance Chemicals Ltd. и Addmaster (Великобритания) получили разрешение Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США и Института BGVV (Федерального института по оценке рисков, Германия) на применение покрытия на основе ионов серебра (JAMCTM) в изделиях, имеющих контакт с пищевыми продуктами (Paper Preservation/Paper Biocide, 2003 г.).
Другим способом иммобилизации антимикробных веществ является ионное или ковалентное связывание с полимерами. Этот вид иммобилизации требует наличия функциональных групп в молекулах как антимикробного агента, так и полимера. Примерами антимикробных агентов с функциональными группами являются пептиды, ферменты, полиамины и органические кислоты. Кроме того, может также потребоваться использование молекул т. наз. «спейсера», которые связывают молекулы на поверхности полимера с агентом BioActivity™. Спейсеры, которые можно использовать при антимикробном упаковывании пищевых продуктов, включают декстраны, полиэтиленгликоль, этилендиамин и полиэтиленимин в связи с их низкой токсичностью и традиционным использованием в пищевой промышленности (Appendini и Hotchkiss, 2002). Низин и лактицин удалось успешно присоединить к молекулам ПЭНП при помощи полиамидного связующего (An и др., 2000; Kirn и др., 2002).
Некоторым полимерам антимикробная активность свойственна от природы. Катионные полимеры, такие как хитозан и поли-L-лизин, способствуют адгезии клеток, поскольку заряженные амины взаимодействуют с отрицательными зарядами клеточной мембраны, вызывая утечку содержимого клетки. Хитозан является аминополисахаридом, полученным деацетилированием хитина, который является одним из природных полимеров, наиболее широко встречающихся в живых организмах, таких как ракообразные, насекомые и грибы. Было доказано, что он является нетоксичным, поддающимся биологическому разложению и биосовместимым (Kim и др., 2003). Хитозан используется в покрытиях и, как оказалось, защищает свежие овощи и фрукты от разложения грибками (Cuq и др., 1995). Эти пленки эффективны против Listeria в сыре, хотя их антимикробная активность падает со временем (Coma и др., 2002). Outtara и др. (2000а; 2000b) исследовали синергическое действие хитозана и различных органических кислот и коричного альдегида. Они обнаружили, что все составы оказались эффективными против различных эндогенных микроорганизмов в мясе, за исключением молочнокислых бактерий, причем пленки с альдегидом проявили наивысшую эффективность. Основным ограничением при использовании хитозана в качестве материала пленок является его относительно низкие механические свойства. Поперечным сшиванием хитозановых пленок диальдегидным крахмалом можно заметно улучшить их механические свойства, причем пленки при этом сохраняют антимикробные свойства по отношению к S.aureus и Е.coli (Tang и др., 2003).
Другой возможностью получить полимеры с антимикробными свойствами является модифицирование их поверхности введением активных функциональных групп. Новый способ был разработан на основе эксимерных УФ-лазеров. Пленки из нейлона 6,6, облученные УФ-излучением эксимерного лазера с длиной волны 193 нм в воздухе, проявляют антимикробную активность, вызванную превращением амидных групп на поверхности нейлона в аминные (обладающие бактерицидными свойствами), которые все же остаются связанными с полимерной цепью (Hagelstein и др., 1995). Позднее было разработано несколько антимикробных полимеров на основе производных порфиринов. Эти очень большие молекулы иммобилизованы на полимерной пленке. Облучение таких пленок световыми лучами приводит к образованию очень реакционноспособных частиц кислорода. Синглетный кислород реагирует с широким кругом биологических молекул, становясь летальным для многих микроорганизмов. Эти реакционноспособные молекулы выделяются из пленки и могут быть причиной бактерицидной активности в пищевых продуктах. В настоящее время эти материалы используются в текстильных волокнах медицинского назначения (Bozja и др., 2003; Sherrill и др., 2003), но их использование для упаковки пищевых продуктов пока еще находится на стадии исследования. Основной проблемой для этих пленок является их возможная окислительная активность в продуктах питания, которая может привести к быстрой потере качества.
Антимикробная упаковка может играть важную роль в уменьшении риска контаминации патогенами, а также в увеличении срока годности пищевых продуктов. Вероятно, в будущем основной акцент будет сделан на использовании биологически активных производных антимикробных соединений, связанных с полимерами. Потребность в новых антимикробных средствах с широким спектром активности и низкой токсичностью будет расти. Вероятно, что исследования и разработки антимикробных упаковок выйдут за рамки использующихся в настоящее время концепций активной упаковки, приведя к появлению «умных» или «интеллектуальных» систем упаковки. Эти материалы могут быть созданы «умеющими» воспринимать присутствие микроорганизмов в пищевых продуктах и запускающими в их присутствии антимикробные механизмы (Appendini и Hotchkiss, 2002).
5
Следующие публикации включены данной ссылкой в текст настоящего изобретения: An, D.S., Kirn, Y.M., Lee, S.В., Paik, H.D., Lee, D.S. (2000). Антимикробная пленка из полиэтилена низкой плотности, покрытая бактериоцинами, входящими в состав связующего. Food Sci. Biotechnol. 9(1):14-20. Appendini, P., Hotchkiss, J.H. (2002). Обзор средств антимикробной упаковки продуктов питания. Innovative Food Sci. Emerging Technol. 3:113-126. Buonocore, G.G., Nobile, M.A., Panizza, A., Bove, S., Battaglia, G., Nicolais, L. (2003). Моделирование кинетики выделения лизоцима из антимикробных пленок для упаковки пищевых продуктов. J. Food Sci. 68(4):1365-1370. Bhandari, В., D'Arcy, В., Young, G. (2001). Сохранение вкусоароматического комплекса в процессе высокотемпературной кратковременной экструзионной переработки пищевого сырья: Обзор. INTAL J. Food Sci. and Technol. 36(5):453-461. Berenzon, S., Saguy, I.S. (1998). Использование поглотителей кислорода для увеличения срока годности крекеров. Food Sci. Technol. 31:1-5. Bozja, J., Sherrill, J., Michielsen, S., Stojiljkovic, L (2003). Активирующиеся под действием света антимикробные материалы на основе порфиринов. J. Polymer Sci. part A: Polymer Chem. 41:2297-2303. Brody, A.L. (2001). Что активного в активной упаковке? Food Technol. 55:104-106. Cha, D.S., Choi, J.H., Chinnan, M.S., Park, H.J. (2002). Антимикробные пленки на основе альгината натрия и каппа-каррагинана. Lebensmittel-Wissenschaftund-. Technologie 35(8):715-719. Chung, D., Chikindas, M.L., Yam, K.L. (2001a). Ингибирование Saccharomyces cerevisiae при медленном высвобождении пропилпарабена из полимерного покрытия. J. Food Protection 64(9):1420-1424. Chung, D., Papadakis, S.E., Yam, K.L. (2001b). Выделение пропилпарабена из полимерного покрытия антимикробной упаковки в воду и растворители-имитаторы продуктов питания. J. Food Process. Preserv. 25(1):71-87. Chung, D., Papadakis, S.E., Yam, K.L. (2003). Оценка содержащих триклозан полимерных покрытий в качестве антимикробных слоев для упаковочных материалов. Int. J. Food Sci. Technol. 38:165-169. Coma, V., Martial-Gros, A., Garreau, S., Copinet, A., Salin, F., Deschamps, A. (2002). Съедобные антимикробные пленки на основе хитозановой матрицы. J. Food Sci. 67(3):1162-1169. Cooksey, K. (2000). Использование антимикробных упаковочных пленок для ингибирования роста некоторых микроорганизмов. В: Food Packaging: Testing Methods and Applications. Washington, DC: ACS. Cooksey, K. (2001). Материалы для антимикробной упаковки продуктов питания. Добавки к полимерам, стр.6-10. Cuq, В., Gontard, N., Guilbert, S. (1995). Съедобные пленки и покрытия в качестве активных слоев. В: Rooney, M.L., ed. Active Food Packaging. London: Blackie Academic and Professional. Floros, J.D., Dock, L.L., Han, J.H. (1997). Технологии и области применения активного упаковывания. Food Cosmetics and Drug Packaging 20:10-17. Garde, J.A., Catala, R., Gavara, R., Hernandez, R.J. (2001). Параметры миграции антиоксидантов в среды, имитирующие жирную пищу по составу. Food Additives and Contaminants 18:750-762. Hagelstein, A., Hoover, D., Paik, J., Keiley, M. (1995). Возможности применения антимикробного нейлона для упаковывания пищевых продуктов. Conference Proceedings, IFT Annual Meeting. Han, J.H. (2000). Антимикробная упаковка продуктов питания. Food Technol. 54:56-65. Hansen, R., Rippl, С, Miidkiff, D., Neuwirth, J. (January 11, 1988). Антимикробные поглощающие пакеты для пищевых продуктов. Патент США №4865855. Hotchkiss, J.H. (1995). Аспекты безопасности при активном упаковывании. В: Rooney, M.L., ed. Active Food Packaging. London: Blackie Academic and Professional. Ikushima, K., Yashiki, L, Kuwabara, N., Hara, K., Hashimoto, H., Okura, I. (1994). Разработка аддуктов вкусовых эфирных масел, эфирных масел хрена, ментола и этанола с циклодекстрином для применения в качестве вкусовых добавок. J. Appl. Glycosci. 41(2):197-200. Katan, L.L. (1996). Полимеры. В: Migration from Food Contact Materials. London: Blackie Academic & Professional. Kim, H.J., Lee, S.C. (2002). Антимикробная активность ионов серебра против Salmonella Typhimurium, Staphylococcus Aureus и Vibrio Parahaemolyticus. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 31(6):1163-1166. Kim, Y.M., An, D.S., Park, H.J., Park, J.M., Lee, D.S. (2002). Свойства полимерных покрытий с включенным в них низином как антимикробных упаковочных материалов. Packaging Technol. Sci. 15:247-254. Kim, K.W., Thomas, R.L., Lee, € Park, H.J. (2003). Антимикробная активность природного хитозана, гидролизованного хитозана и о-карбоксиметилированного хитозана. J. Food Protection 66:1495-1498. Labuza, T.P., Breene, W.M. (1989). Применение активной упаковки для увеличения срока годности и повышения питательных качеств свежих пищевых продуктов и продуктов с увеличенным сроком годности. J. Food Processing and Preservation. 13:1-69. Ouattara, В., Shnard, R.E., Piette, G., Begin, A., Holley, R.A. (2000a). Диффузия уксусной и пропионовой кислот из антимикробных упаковочных пленок на основе хитозана. J. Food Sci. 65(5):768-773. Ouattara, В., Simard, R.E., Piette, G., Begin, A., Holley, R.A. (20000). Ингибирование роста бактерий, вызывающих поверхностную порчу мясопродуктов, при помощи нанесения антимикробных пленок, приготовленных с использованием хитозана. Int. J. Food Microbiol. 62:139-148. Quintavalla, S., Vicini, L. (2002). Антимикробная упаковка пищевых продуктов в мясной промышленности. Meat Sci. 62:373-380. Reineccius, Т.A., Reineccius, G.A., Peppard, Т.L. (2002). Инкапсулирование вкусоароматических веществ при помощи циклодестринов. Сравнение эффективности сохранения вкусоароматического комплекса альфа-, бета- и гамма-циклодекстринами. J. Food Sci. 67(9):3271-3279. Sherrill, J., Michielsen, S., Stojiljkovic, I. (2003). Прививка активированных светом антимикробных материалов к нейлоновым пленкам. J. Polymer Sci. Part A: Polymer Chem. 41:41-47. Soares, N. F. F., Rutishauser, D.M., Melo, N., Cruz, R.S., Andrade, N.J. (2002). Ингибирование роста микробов в хлебе при помощи активной упаковки. Packaging Technol. Sci. 15:129-132. Takayama, M., Sugimoto, H., Uchida, R., Yamauchi, R., Tanno, K. (1994). Антимикробная активность ионов серебра и меди. J. Antibacterial Antifungal Agents Japan 22(9):531-536. Tang, R., Du, Y., Fan, L. (2003). Хитозановые пленки, поперечно-сшитые диальдегидным крахмалом, и их антимикробное действие. J. Polymer Sci. 41:993-997. Vermeiren, L., Devlieghere, F., Beest, M.V., Kruijf, N.D., Debevere, J. (1999). Разработки в области активной упаковки пищевых продуктов. Trends Food Sci. Technol. 10:77-86. Vermeiren, L., Devlieghere, F., Debevere, J. (2002). Эффективность некоторых современных концепций антимикробного упаковывания. Food Additives and Contaminants. 19:163-171. Wirtanen, G., Aalto, M., Harkonen, P., Gilbert, P., Mattila-Sandholm, T. (2001). Исследование эффективности коммерчески доступных дезинфицирующих средств в составе биопленок против патогенов стоп и вызывающих порчу микробов. Eur. Food Res. Technol. 213(4/5): 409-414.
Хотя в данной области техники антимикробные полимеры уже используются, все же ощущается необходимость в улучшенном антимикробном полимерном покрытии, которое можно было бы легко и дешево наносить на субстрат с целью получения изделия, которое обладало бы превосходными антимикробными свойствами и которое сохраняло бы свои антимикробные свойства долговременно и не подвергалось выщелачиванию при контакте с клеточным материалом в течение длительного времени.
В патентной заявке США №20050271780 предлагается бактерицидная полимерная матрица, связанная с ионообменным материалом, таким как четвертичная аммонийная соль, предназначенная для предохранения пищевых продуктов от микробного загрязнения. Эта полимерная матрица уничтожает бактерии за счет включения в нее бактерицидного агента (например, четвертичной аммонийной соли). Положительный электрический заряд агента только способствует электростатическому притяжению между ним и отрицательно заряженными клеточными стенками. Кроме того, в описанной выше заявке не предлагается использовать твердые буферные системы, обладающие буферной емкостью по всей их массе.
В патентной заявке США №20050249695 предлагается иммобилизация обладающих антимикробными свойствами молекул, таких как четвертичные аммонийные соли или соли фосфония (катионные, положительно заряженные частицы), за счет ковалентного связывания с твердой поверхностью для придания поверхности бактерицидных свойств. Полимеры, описанные в упомянутой заявке, прикреплены к твердой поверхности при помощи аминогрупп, присоединенных к ним, и только в связи с этим такой полимер способен образовывать монослой на твердой поверхности.
В патентной заявке США №20050003163 предлагаются субстраты, имеющие антимикробные и/или антистатические свойства. Такие свойства возникают за счет нанесения покрытия или пленки, образованной катионно-заряженной полимерной композицией.
Активность полимеров согласно патентным заявкам США №№20050271780, 20050249695 и 20050003163 основана на непосредственном контакте бактерицидных материалов с клеточными мембранами. Степень токсичности сильно зависит от поверхностной концентрации бактерицидных частиц. Это требование накладывает серьезные ограничения, поскольку оказывающий воздействие катионный материал в ходе реакций ионного обмена может быть насыщен очень быстро.
Кроме того, ни в одной из вышеописанных патентных заявок США не предлагается способ уничтожения клеток млекопитающих. В них также не предлагается использовать полимеры in vivo в качестве веществ, обладающих цитотоксической активностью по отношению к клеткам либо эукариотического, либо прокариотического типа. Более того, ни в одной из вышеописанных патентных заявок США не предлагается концепция полимера, способного избирательно уничтожать клетки определенного типа.
Таким образом, до настоящего времени ощущается необходимость в средствах, способных оказать цитотоксическое действие как на эукариотические, так и на прокариотические клетки.
Осуществление изобретения
Одной из целей предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами, в частности упаковки для косметических средств и продуктов питания, содержащей, по меньшей мере, один нерастворимый протонный резервуар или источник (ПРИ). Указанная упаковка пригодна для уничтожения живых клеток-мишеней (ЖКМ) или иного нарушения жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействий ЖКМ при контакте. Указанный ПРИ содержит (i) протонный резервуар или источник, обеспечивающий буферную емкость, и (ii) средство, обеспечивающее протонную проводимость и/или электрический потенциал, в котором упомянутый ПРИ эффективно нарушает гомеостаз pH и/или электрический баланс внутри замкнутого объема указанных ЖКМ и/или нарушает жизненно важные межклеточные взаимодействия указанных ЖКМ, в то же время эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH среды, окружающей указанные ЖКМ.
В объем предлагаемого изобретения входит ПРИ, который является нерастворимым гидрофобным либо анионным, либо катионным, либо цвиттерионным заряженным полимером, пригодным для уничтожения живых клеток-мишеней (ЖКМ) или иного нарушения жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействий ЖКМ при контакте. Дополнительно или альтернативно к этому в объем предлагаемого изобретения входит ПРИ, который является нерастворимым гидрофильным либо анионным, либо катионным, либо цвиттерионным заряженным полимером, в комбинации с несмешивающимися с водой полимерами пригодным для уничтожения живых клеток-мишеней (ЖКМ) или иного нарушения жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействий ЖКМ при контакте. Кроме того, в объем предлагаемого изобретения входит ПРИ, который является нерастворимым гидрофильным либо анионным, либо катионным, либо цвиттерионным заряженным полимером, в комбинации с несмешивающимися с водой либо анионным, либо катионным, либо цвиттерионным заряженным полимером, пригодным для уничтожения живых клеток-мишеней (ЖКМ) или иного нарушения жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействий ЖКМ при контакте.
Также в объем предлагаемого изобретения входит ПРИ, который неограничивающим образом приспособлен для того, чтобы входить в контакт с живой клеткой-мишенью либо в объеме, либо на поверхности, например на наиболее удаленных границах организма, либо на неживых объектах, которые обладают способностью входить в контакт с ПРИ согласно предлагаемому изобретению, на внутренних мембранах и поверхностях микроорганизмов, животных и растений, которые обладают способностью входить в контакт с ПРИ любым из нескольких путей чрескожной доставки и т.д.; в объеме, независимо от того, обеспечено ли перемешивание в упомянутом объеме или не обеспечено, и т.д.
Кроме того, в объем предлагаемого изобретения входит либо (i) ПРИ, либо (ii) продукт производства, содержащий ПРИ, который также содержит эффективное количество, по меньшей мере, одной добавки.
В объем предлагаемого изобретения входит упаковка, специально приспособленная для упаковывания косметических средств и продуктов питания, хотя в объем предлагаемого изобретения неограничивающим образом входит также упаковка, которая, как описывается ниже в данном документе, может использоваться для упаковывания других материалов, например любых других композиций и продуктов в твердом, жидком или газообразном состояниях.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, в которой протонная проводимость обеспечивается за счет водопроницаемости и/или за счет смачивания, особенно в которой смачивание обеспечивается за счет гидрофильных добавок.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, в которой протонная проводимость или смачиваемость обеспечивается за счет материалов с собственной протонной проводимостью (МСПП) и/или гидрофильных по своей природе полимеров (ГСПП), особенно за счет МСПП и/или ГСПП, выбранных из группы, состоящей из сульфонированных тетрафторэтиленовых сополимеров; сульфонированных материалов, выбранных из группы, состоящей из диоксида кремния, политиоэфирсульфона (С-ПТЭС), стирол-этилен-бутилен-стирольного блоксополимера (С-СЭБС), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), полиариленэфирсульфона (ПАЭС), привитого сополимера стирола с поливинилиденфторидом (ПВДФ), полибензимидазола (ПБИ) и полифосфазена; протонообменной мембраны, приготовленной литьем раствора полистиролсульфоната (ПСС) с суспендированными частицами микронного размера поперечно сшитой ионообменной смолы ПСС; коммерчески доступного нафиона (Nafion™) и его производных.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, в которой ПРИ имеет вид конъюгата, содержащего два или более либо двумерных (2D), либо трехмерных (3D) ПРИ, причем каждый из этих ПРИ состоит из материалов, содержащих легкодиссоциирующие катионные и/или анионные группы (ЛДКАГ), пространственно организованные таким образом, который эффективно сводит к минимуму изменения значения pH среды, окружающей ЖКМ. Каждая из ЛДКАГ предпочтительно эффективно пространственно организована в виде определенных 2D-либо 3D-структур, которые сводят к минимуму изменения значения pH среды, окружающей ЖКМ; более предпочтительно, по меньшей мере, часть пространственно организованных ЛДКАГ имеют 2D- или 3D-структуру, формируемую методом, выбранным из группы, состоящей из (i) чередования; (ii) перекрывания; (iii) сопряжения; (iv) либо гомогенного, либо гетерогенного смешивания; и (v) сочетания указанных методов.
В этом отношении следует подчеркнуть, что термин ЛДКАГ неограничивающим образом относится, согласно одному конкретному варианту воплощения предлагаемого изобретения, к ионообменным материалам, например к несмешивающимся с водой ионным гидрофобным материалам.
50
50
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, в которой упомянутый ПРИ эффективно нарушает гомеостаз pH в замкнутом объеме, в то же время сохраняя целостность среды, окружающей ЖКМ, и дополнительно в котором целостность упомянутой среды характеризуется параметрами, выбранными из группы, состоящей из функциональных свойств среды, химического состава, концентрации растворимых веществ, в том числе концентрации отличных от протона и гидроксила компонентов, параметров биологической природы, параметров экологической природы, физическими параметрами, особенно распределением частиц по размеру, реологическими свойствами и консистенцией, параметрами безопасности, в особенности токсичностью или иными параметрами, влияющими на LD или ICT, обонятельными или органолептическими параметрами (например, цветом, вкусом, запахом, текстурой, агрегатным состоянием и т.д.) или их любой комбинации.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, в которой упомянутый ПРИ обеспечивает нарушение жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействий ЖКМ, в то же время как (i) эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH среды, окружающей ЖКМ, так и (ii) минимально воздействуя на целостность среды, окружающей ЖКМ, так, чтобы выщелачивание из ПРИ либо ионизированных, либо нейтральных атомов, молекул или частиц в среду, окружающую ЖКМ, сводилось к минимуму.
Находясь полностью в рамках объема изобретения, вышеупомянутое выщелачивание сводится к минимуму таким образом, чтобы концентрация выщелоченных ионизированных или нейтральных атомов составляла менее 1 ppm. В качестве альтернативы, вышеупомянутое выщелачивание сводится к минимуму таким образом, чтобы концентрация выщелоченных ионизированных или нейтральных атомов составляла менее 50 ppb. В качестве альтернативы, вышеупомянутое выщелачивание сводится к минимуму таким образом, чтобы концентрация выщелоченных ионизированных или нейтральных атомов составляла менее 50 ppb и более 10 ppb. В качестве альтернативы, вышеупомянутое выщелачивание сводится к минимуму таким образом, чтобы концентрация выщелоченных ионизированных или нейтральных атомов составляла менее 10 ppb и более 0,5 ppb. В качестве альтернативы, вышеупомянутое выщелачивание сводится к минимуму таким образом, чтобы концентрация выщелоченных ионизированных или нейтральных атомов составляла менее 0,5 ppb.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, обеспечивающей нарушение жизненно важных внутриклеточных процессов и/или межклеточных взаимодействий указанных ЖКМ, в то же время в меньшей степени нарушая гомеостаз pH и/или электрический баланс внутри, по меньшей мере, еще одного замкнутого объема (например, клеток, не являющихся мишенями или вирусами, КНМ).
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, в которой дифференциация между ЖКМ и КНМ производится при помощи одного или более из следующих средств: (i) обеспечением различной ионообменной емкости, (ii) обеспечением различных значений pH, (iii) оптимизацией ПРИ по отношению к размерам клеток-мишеней, (iv) обеспечением различных пространственных конфигураций ПРИ в виде либо 2D- либо 3D-структур, (v) обеспечением критического количества частиц, являющихся ПРИ (или критической площади активной поверхности) с определенным значением емкости, приходящейся на данный объем, и (vi) обеспечением средств исключения по размеру.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами для косметических средств и продуктов питания, содержащей, по меньшей мере, один нерастворимый невыщелачивающийся ПРИ согласно любому из приведенных выше описаний; указанный ПРИ, расположенный на внутренней и/или внешней поверхности продукта производства, при контакте обеспечивает нарушение гомеостаза pH и/или электрического баланса внутри, по меньшей мере, части ЖКМ, в то же время эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH и функциональные свойства указанной поверхности.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, содержащей, по меньшей мере, одну наружную протонпроницаемую поверхность с определенными функциональными свойствами (такими как электропроводность, сродство, избирательность и т.д.), по меньшей мере, частично состоящую из ПРИ, либо содержащую ПРИ в виде наружного слоя и/или в виде подслоя, так что обеспечивается нарушение жизненно важных внутриклеточных процессов и/или межклеточных взаимодействий указанных ЖКМ, и в то же время эффективно сохраняются на прежнем уровне значение pH среды, окружающей ЖКМ, и ее функциональные свойства.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, содержащей поверхность с определенными функциональными свойствами и один или более наружных протонпроницаемых слоев, причем каждый из этих слоев расположен, по меньшей мере, на части поверхности, в которой указанный слой, по меньшей мере, частично состоит из ПРИ или содержит слой ПРИ, благодаря чему обеспечивается нарушение жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействих ЖКМ, в то же время эффективно сохраняются на прежнем уровне значение pH и функциональные свойства среды, окружающей ЖКМ.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, содержащей (i), по меньшей мере, один ПРИ; и (ii) один или более предохранительных барьеров, обеспечивающих указанному ПРИ стабильную длительную активность; предпочтительно, в котором, по меньшей мере, один барьер является полимерным предохранительным барьером, пригодным для предотвращения диффузии тяжелых ионов; более предпочтительно, в котором указанный полимер является иономерным барьером, и особенно коммерчески доступным нафионом (Nafion™).
В этом отношении следует подчеркнуть, что наличие или включение барьеров, которые избирательно пропускают протоны и ионы гидроксила, но не пропускают другие конкурирующие ионы внутрь поверхности ТИОМ и/или из нее, предотвращает или существенно снижает степень насыщения ионообменного материала противоионами, придавая материалам и композициям согласно предлагаемому изобретению устойчивую и длительную способность к уничтожению клеток.
В объем предлагаемого изобретения входит обеспечение обмена протонами и/или гидроксильными ионами между клеткой и сильнокислотными и/или сильнощелочными материалами и композициями, которое может приводить к нарушению гомеостаза pH и, в результате, к гибели клеток. Наличие протонной проводимости, объемной буферной емкости и объемной активности являются главными и ключевыми условиями данного изобретения.
Кроме того, в объем предлагаемого изобретения входит модуляция pH-индуцированной биоцидной активности, которую можно изменять пропиткой или покрытием ионообменных материалов, содержащих кислотные или основные группы, полимерными и/или иономерными материалами с барьерными свойствами.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, пригодной для того, чтобы предотвратить развитие резистентности ЖКМ и отбора мутаций, определяющих резистентность.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, которая содержит непрерывный барьер, выбранный из группы, состоящей из 2D- либо 3D-мембран, фильтров, ячеистых структур, сеток, пластинчатых элементов или комбинации указанных средств.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из вышеупомянутых описаний, которая снабжена вкладышем, содержащим, по меньшей мере, один ПРИ, причем упомянутый вкладыш имеет размеры, обеспечивающие либо (i) обратимое размещение, либо (ii) постоянное нахождение вкладыша внутри определенного продукта производства.
В объем предлагаемого изобретения входит вкладыш, отличающийся тем, что он имеет пластинчатую конструкцию либо имеет вид отдельных частиц, таких как пористый порошок. В качестве вкладыша может использоваться также конструктивно независимый продукт или предмет, для которого данное назначение является вторичным, например винтовая пробка бутылки или съемное закрывающее устройство контейнера для пищевого продукта. Вкладыш выбирают исходя из площади его поверхности или из эффективного объема.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание упаковки с биоцидными свойствами согласно любому из приведенных выше описаний, которая характеризуется наличием, по меньшей мере, одного из следующих элементов: (i) регенерируемого протонного источника или резервуара, (ii) регенерируемой буферной емкости и (iii) регенерируемой протонной проводимости.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа уничтожения живых клеток-мишеней (ЖКМ) или иного нарушения жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточного взаимодействия ЖКМ при контакте; предлагаемый способ включает стадии создания, по меньшей мере, одного ПРИ, содержащего (i) протонный источник или резервуар, обеспечивающий буферную емкость и (ii) средство, обеспечивающее протонную проводимость и/или генерирование электрического потенциала, и обеспечивающего контакт ЖКМ с ПРИ, причем упомянутый ПРИ обеспечивает эффективное нарушение гомеостаза pH и/или электрического баланса внутри ЖКМ, в то же время эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH среды, окружающей ЖКМ.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно приведенному выше описанию, который дополнительно включает этап придания ПРИ водопроницаемости и/или смачиваемости, в особенности, в котором протонная проводимость и смачиваемость, по меньшей мере, частично обеспечивается за счет введения в ПРИ гидрофильных добавок.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадию, обеспечивающую ПРИ материалами с собственной протонной проводимостью (МСПП) и/или гидрофильными по своей природе полимерами (ГСПП), особенно за счет выбора МСПП и/или ГСПП из группы, состоящей из сульфонированных тетрафторэтиленовых сополимеров, коммерчески доступного нафиона (Nafion™) и его производных.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадии создания двух или более двумерных (2D) или трехмерных (3D) ПРИ, причем каждый из указанных ПРИ состоит из материалов, содержащих легкодиссоциирующие катионные и/или анионные группы (ЛДКАГ), и формирования пространственной структуры ЛДКАГ таким образом, который эффективно сводит к минимуму изменения значения pH среды, окружающей ЖКМ, особенно косметические изделия и продукты питания.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадию пространственной организации каждой ЛДКАГ в виде определенной 2D- или 3D-структуры, чтобы свести к минимуму изменения значения pH среды, окружающей ЖКМ.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, в котором стадия формирования пространственной структуры осуществляется методом, выбранным из группы, состоящей из (i) чередования ЛДКАГ; (ii) перекрывания ЛДКАГ; (iii) сопряжения ЛДКАГ; (iv) либо гомогенного, либо гетерогенного смешивания ЛДКАГ; и (v) сочетания указанных методов.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадию нарушения гомеостаза pH и/или электрического потенциала внутри, по меньшей мере, части ЖКМ под воздействием ПРИ, в то же время (i) как эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH среды, окружающей ЖКМ, так и (ii) минимально воздействуя на целостность среды, окружающей ЖКМ, в особенности, способа, обеспечивающего сведение к минимуму выщелачивания из ПРИ либо ионизированных, либо нейтральных атомов, молекул или частиц в среду, окружающую ЖКМ.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадию избирательного нарушения гомеостаза pH и/или электрического баланса внутри, по меньшей мере, одного первого замкнутого объема (например, в живых клетках-мишенях или вирусах, ЖКМ), в то же время меньше нарушая гомеостаз pH внутри, по меньшей мере, одного второго замкнутого объема (например, клеток, не являющихся мишенью или вирусом, КНМ).
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, в котором дифференциация между ЖКМ и КНМ производится при помощи одной или более из следующих стадий: (i) обеспечением различной ионообменной емкости, (ii) обеспечением различных значений pH, (iii) оптимизацией соотношения размеров ПРИ и ЖКМ, (iv) обеспечением различных пространственных конфигураций границ ПРИ поверх объема ПРИ, (v) обеспечением критического количества частиц, являющихся ПРИ (или критической площади активной поверхности) с определенным значением емкости, приходящейся на данный объем, и (vi) обеспечением средств исключения по размеру, например сеток, решеток и т.д.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа изготовления упаковки с биоцидными свойствами для косметических средств и продуктов питания, включающего стадии получения упаковки согласно приведенному выше описанию, размещения ПРИ на поверхности или под поверхностью продукта производства и путем контакта ПРИ с ЖКМ, нарушения гомеостаза pH и/или электрического баланса внутри, по меньшей мере, части ЖКМ, в то же время эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH и функциональные свойства указанной поверхности.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадии получения упаковки с, по меньшей мере, одной наружной протонпроводящей поверхностью с определенными функциональными свойствами, создания, по меньшей мере, на части упомянутой поверхности, по меньшей мере, одного ПРИ и/или нанесении слоя, по меньшей мере, одного ПРИ на или под указанную поверхность, тем самым уничтожения ЖКМ или иного нарушения жизненно важных внутриклеточных процессов и/или межклеточных взаимодействий в указанных ЖКМ, в то же время эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH и функциональные свойства среды, окружающей указанные ЖКМ.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадии получения упаковки с, по меньшей мере, одной наружной протонпроводящей поверхностью с определенными функциональными свойствами, размещения одного или более наружных протонпроводящих слоев на, по меньшей мере, части упомянутой поверхности и/или под ней, причем один или более слоев, по меньшей мере, частично состоят из одного ПРИ или содержат слой, по меньшей мере, одного ПРИ и уничтожения ЖКМ или иного нарушения жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействий ЖКМ, в то же время эффективно сохраняя на прежнем уровне значение pH и функциональные свойства среды, окружающей ЖКМ.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, который дополнительно включает стадии получения упаковки с, по меньшей мере, одним ПРИ, и обеспечения указанного ПРИ, по меньшей мере, одним предохранительным барьером для того, чтобы получить стабильную длительную активность.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа согласно любому из приведенных выше описаний, в котором стадия создания барьера реализуется с использованием полимерного предохранительного барьера, способного предотвратить диффузию тяжелых ионов; предпочтительно с использованием указанного полимера в качестве иономерного барьера, и особенно с использованием коммерчески доступного продукта нафион (Nafion ТМ).
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа индуцирования апоптоза, по меньшей мере, у части популяции ЖКМ в упаковке, особенно в упаковке для косметических средств и продуктов питания; указанный способ включает стадии создания, по меньшей мере, одной упаковки согласно любому из приведенных выше описаний, приведение ПРИ в контакт с ЖКМ и эффективное нарушение гомеостаза pH и/или электрического баланса внутри ЖКМ для того, чтобы достичь апоптоза ЖКМ, в то же время эффективно сохранив на прежнем уровне значение pH среды, окружающей ЖКМ.
Таким образом, в объем предлагаемого изобретения входят один или более следующих материалов: инкапсулированные буферные системы на основе сильных кислот и оснований в твердых или полутвердых оболочках, твердых ионообменные материалы (ТИОМ), иономеры, ТИОМ с покрытием, мелкопористые ТИОМ с высокой степенью поперечной сшивки, ТИОМ с заполненными порами, встроенные в матрицу ТИОМ, встроенные в матрицу частицы иономеров, смесь анионных (кислотных) и катионных (основных) ТИОМ и т.д.
20
30
2
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание ПРИ согласно любому из приведенных выше описаний, в котором в качестве ПРИ выступают композиции встречающихся в природе органических кислот, содержащих различные карбоксильные и/или сульфокислотные группы, из семейства абиетиновой кислоты (СНО), такие как канифоль, древесная смола и подобные вещества, кислые и основные терпены.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа предотвращения развития резистентности ЖКМ и отбора мутаций, определяющих резистентность, причем указанный способ включает стадии создания, по меньшей мере, одной упаковки согласно приведенному выше описанию, приведения ПРИ в контакт с ЖКМ и эффективного нарушения гомеостаза pH и/или электрического баланса внутри ЖКМ для того, чтобы предотвратить развитие резистентности ЖКМ и отбор мутаций, определяющих резистентность, в то же время эффективно сохранив на прежнем уровне значение pH среды, окружающей указанные ЖКМ, особенно косметического изделия или продукта питания.
Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание способа регенерации биоцидных свойств упаковки согласно приведенному выше описанию, включающего, по меньшей мере, одну стадию, выбранную из группы, включающей (i) регенерацию ПРИ, (ii) регенерацию его буферной емкости и (iii) регенерацию его протонной проводимости.
Краткое описание чертежей
Чтобы понять сущность изобретения и ознакомиться с тем, как оно может быть реализовано на практике, ниже приводится целый ряд предпочтительных вариантов осуществления изобретения, только в виде неограничивающих примеров, со ссылкой на приложенные чертежи, которые иллюстрируют следующее.
На фиг.1 показаны результаты сравнения количества бактерий Е.coli в пробирках, покрытых нафионом, и в пробирках без покрытия.
На фиг.2 показаны в сравнении осадок бактерий в пробирке без покрытия (слева) и в пробирке с покрытием (справа).
На фиг.3 показаны результаты ингибирования роста бактерий (S.aureus) в растворе дормина.
На фиг.4 показаны результаты ингибирования роста бактерий (Е.coli) в растворе дормина.
На фиг.5 показан рост бактерий (Е.coli) в косметическом креме на чашках Петри, покрытых нафионом.
На фиг.6 показан рост бактерий (S.aureus) в косметическом креме на чашках, покрытых нафионом.
На фиг.7 показаны результаты подсчета бактерий на биопленке на контрольном и покрытом предметных стеклах. Антипленочную активность композиции G5 оценивали при помощи обычного бактериологического исследования. Образцы для бактериологического исследования получали на стекле посевом тампоном, после чего производили подсчет.
На фиг.8 показана бактериальная нагрузка на среду. Бактериальную нагрузку на среду измеряли после 3, 11 и 14 дней инкубации. Образцы среды отбирали, производили на них посев и подсчет бактерий.
На фиг.9 приведены фотографии образцов для определения мутности среды -характерная картина роста бактерий в питательной среде после 3 дней инкубации.
На фиг.10 показан эффект покрытия пленкой BioActivity™ стеклянных сосудов, в которых проводили посев в ультравысокотемпературное (УВТ) молоко бактерий S.caseolyticus, и
На фиг.11 показана динамика изменения значения pH фруктового сока, хранившегося в контейнерах, ламинированных пленкой BioActivity™, и в контрольном образце контейнера в течение 14 дней при комнатной температуре.
Осуществление изобретения
В следующих описаниях, проиллюстрированных соответствующими чертежами, излагаются предпочтительные варианты воплощения предлагаемого изобретения. Варианты воплощения изобретения, описанные в данном документе, являются лучшими вариантами воплощения изобретения, предполагаемыми изобретателями для реализации их изобретения с коммерческой выгодой, хотя следует понимать, что в рамках предлагаемого изобретения возможны разного рода изменения и модификации.
Термин «контакт», использующийся ниже в данном документе, относится к непосредственному и косвенному контакту ПРИ с замкнутым объемом (живой клеткой-мишенью или вирусом - ЖКМ), при котором указанные ПРИ и ЖКМ расположены рядом, например при котором ПРИ приближается либо к внутренним, либо к внешним участкам ЖКМ и при котором дополнительно указанные ПРИ и ЖКМ находятся в такой степени близости, которая обеспечивает (i) эффективное нарушение гомеостаза pH и/или электрического баланса или (ii) иное нарушение жизненно важных внутриклеточных процессов в ЖКМ и/или межклеточных взаимодействий указанных ЖКМ.
Термины «эффективно» и «эффективное», использующиеся ниже в данном документе, относятся к увеличению эффективности более чем на 10%, дополнительно или альтернативно этому, упомянутые термины относятся к увеличению эффективности более чем на 50%, дополнительно или альтернативно этому, упомянутые термины относятся к увеличению эффективности более чем на 80%. В рамках предлагаемого изобретения, что касается целей уничтожения ЖКМ, упомянутый термин относится к уничтожению более чем 50% популяции ЖКМ за заданный промежуток времени, например, за 10 мин.
Термин «добавки» используется ниже в данном документе по отношению к одному или более членам группы, включающей биоциды, например органические биоциды, такие как масло чайного дерева, канифоль, абиетиновая кислота, терпены, розмариновое масло и т.д., и неорганические биоциды, такие как оксиды цинка, медь и ртуть, соли серебра и т.д.; маркеры, биомаркеры, красители, пигменты, меченные радиоактивными изотопами материалы, клеи, адгезивы, смазочные материалы, медикаменты, лекарственные средства замедленного высвобождения, питательные вещества, пептиды, аминокислоты, полисахариды, ферменты, гормоны, комплексоны, поливалентные ионы, эмульгаторы и деэмульгаторы, связующие вещества, наполнители, загустители, факторы, кофакторы, ингибиторы ферментов, отдушки, средства доставки, такие как липосомы, многослойные везикулы и прочие везикулы, магнитные и парамагнитные материалы, ферромагнитные и неферромагнитные материалы, материалы, повышающие биологическую совместимость и/или биодеградируемые материалы, такие как полимолочные кислоты и полиглутаминовые кислоты, антикоррозионные пигменты, пигменты для необрастающих покрытий, поглотители УФ-излучения и добавки, усиливающие воздействие УФ-излучения, добавки, ускоряющие коагуляцию крови, антикоагулянты, например гепарин и т.п., или любая комбинация этих веществ.
Термин «материал в виде твердых частиц» используется ниже в данном документе по отношению к одному или более членам группы, состоящей из порошков из наночастиц, порошков с частицами микронного размера, тонкоизмельченных порошков, сыпучих порошков, пылей, агрегатов частиц, частиц, имеющих средний диаметр в диапазоне примерно от 1 нм до 1000 нм или примерно от 1 мм до 25 мм.
Термин «примерно» используется ниже в данном документе по отношению к значениям, отличающимся не более чем на ±20% от указанного значения.
Термин «косметические средства», использующийся ниже в данном документе, неограничивающим образом относится к теням для век, румянам, тонерам, основам и прочим продуктам, представленным как косметические продукты в виде пудры, крем-пудры или крема, которые наносят на участки тела человека с целью улучшения внешнего вида, к губным помадам и к прочим продуктам, изготавливаемым методом горячего разлива в жидком состоянии. Косметические средства могут представлять собой жидкость или порошок. Данный термин относится также к макияжу, основе и продуктам для ухода за кожей. Термин «макияж» относится к продуктам, которые придают цвет лицу, включая основу, черные и коричневый краски, т.е. тушь, маскирующие корректоры, подводки для глаз, краску для бровей, тени для век, румяна, губные помады, пудры, компактные пудры и т.д. «Продукты для ухода за кожей» представляют собой лечебные средства и средства для ухода, увлажнения, улучшения вида и очистки кожи. Продукты, которые имеются в виду под названием «продукты для ухода за кожей», включают, но не ограничиваются этим, клеи, повязки, зубные пасты, безводные окклюзионные увлажнители, антиперспиранты, дезодоранты, очищающие средства, стиральные порошки, салфетки для смягчения кожи, лечебные окклюзионные повязки, лаки для ногтей, пудры, салфетки, влажные салфетки, кондиционеры для волос на неводной основе, кремы для бритья и т.п. Термин «основа» относится к жидкостям, кремам, муссам, маслам, компактам, маскирующим корректорам и подобным продуктам, разработанным или повторно введенным в производство косметическими компаниями для выравнивания общей окраски кожи.
Термин «продукты питания», использующийся ниже в данном документе, неограничивающим образом относится к продуктам питания, которые обычно подверглись лишь одному процессу переработки, часто его реальным производителем, перед поставкой потребителю, например, к мясу, такому как телятина, ростбиф, стейки-филе, антрекоты, свинина, рубленое мясо, баранина, дичь, курятина, и дополнительно включающим различные приготовленные мясные блюда в тушеном и запеченном виде, печень и кровяные кулинарные продукты, соусы, морепродукты и рыба, яйца. Этот термин относится также к «продуктам второй стадии переработки», т.е. пищевым продуктам, которые были дополнительно переработаны производителем в пути доведения товара от производителя к потребителю, таким как вегетарианские бифштексы, запеченные овощи, приготовленная в микроволновой печи лазанья, рыба и ветчина с картофелем, блюда из макаронных изделий с мясом, супы, гамбургеры, пицца, колбасные изделия, выпечка, хлеб, молочные продукты, включая сливки, мороженое и сыры, хуммус (толченый турецкий горох), техина (паста из семени кунжута) и т.д. Термин также охватывает любые продукты из ряда: сырые, готовые или полуфабрикаты, предназначенные для употребления человеком, в частности, для еды и питья, и которые могут содержать питательные вещества или вкусовые добавки в форме неорганических веществ, углеводов (включая сахара), белки и/или жиры. Данный термин также относится к «функциональным продуктам питания или пищевым композициям». Термин используется также к пищевым продуктам в необработанном виде. Термин также относится ко всем спиртным и безалкогольным напиткам, растворам на водной основе, несмешивающимся с водой растворам, экстрактам, а также к чистой питьевой воде. Термин следует понимать как обозначающий любой жидкий или твердый продукт питания.
Предлагаемое изобретение относится к материалам, композициям и способам предотвращения развития бактериальной популяции в косметических средствах путем изготовления упаковочных материалов и закрывающих устройств таким образом, чтобы они приобрели способность ингибировать пролиферацию бактерий и образование биопленок. Антибактериальная активность основана на избирательном обмене протонами и/или ионами гидроксила между клеткой и сильнокислотными и/или сильнощелочными материалами и композициями. Материалы и композиции согласно предлагаемому изобретению оказывают уничтожающее действие на клетки посредством процесса, подобного титрованию, в котором упомянутая клетка (например, бактериальная, дрожжевая, грибная, и т.д.) приходит в контакт с сильнокислотными и/или сильнощелочными буферными системами и им подобными: инкапсулированными буферными системами на основе сильных кислот и оснований в твердых или полутвердых оболочках, твердыми ионообменными материалами (ТИОМ), иономерами, ТИОМ с покрытием, мелкопористыми ТИОМ с высокой степенью поперечной сшивки, ТИОМ с заполненными порами, встроенными в матрицу ТИОМ, встроенными в матрицу частицами иономеров, смесями анионных (кислотных) и катионных (основных) ТИОМ и т.д. Этот процесс приводит к нарушению гомеостаза pH клеток и в результате к гибели клеток. Наличие протонной проводимости, объемной буферной емкости и объемной активности являются главными и ключевыми условиями данного изобретения. Наличие или включение барьеров, которые избирательно пропускают протоны и ионы гидроксила, но не пропускают другие конкурирующие ионы внутрь поверхности ТИОМ и/или из нее, предотвращает или существенно снижает степень насыщения ионообменного материала противоионами, придавая материалам и композициям согласно предлагаемому изобретению устойчивую и длительную способность к уничтожению клеток.
Материалы и композиции согласно предлагаемому изобретению включают, но не ограничиваются этим, все материалы и композиции, раскрытые в заявке PCT/IL2006/001263.
Вышеупомянутые материалы и композиции согласно заявке PCT/IL2006/001263 модифицируют таким образом, чтобы упомянутые композиции стали ионоселективными, например, в результате: 1) покрытия их селективным покрытием или ионоселективной мембраной, покрытия или встраивания в полимеры с высокой степенью поперечной сшивки и работающие как молекулярные сита и т.д.; 2) использования буферных систем на основе сильных кислот и оснований, инкапсулированных в твердые или полутвердые оболочки; 3) использования частиц твердых ионообменных материалов (ТИОМ), покрытых или без покрытия, индивидуальных или в виде смесей, встроенных в матрицы с целью получения pH-модифицированных полимеров; 4) использования частиц ТИОМ, покрытых или без покрытия, встроенных в пористые керамические и стеклянные водопроницаемые матрицы; 5) получения полимеров, состоящих из чередующихся участков с высокими и низкими значениями pH с целью создания полимера с мозаичной структурой с широким спектром цитоцидного действия.
Дополнительно к иономерам, описанным в упомянутой выше заявке PCT/IL2006/001263, в предлагаемом изобретении могут использоваться другие иономеры в качестве материалов и композиций с цитоцидными свойствами. Они могут включать, но определенно не ограничиваются этим, например: сульфонированный диоксид кремния, сульфонированный политиоэфирсульфон (С-ПТЭС), сульфонированный стирол-этилен-бутилен-стирольный блоксополимер (С-СЭБС), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиариленэфирсульфон (ПАЭС), привитой сополимер стирола с поливинилиденфторидом (ПВДФ), полибензимидазол (ПБИ) и полифосфазен, протонообменную мембрану, приготовленную литьем из раствора полистиролсульфоната (ПСС) с суспендированными частицами микронного размера ионообменной смолы ПСС.
Все вышеупомянутые материалы и композиции согласно предлагаемому изобретению могут быть изготовлены литьем, формованием или экструзией и использоваться в виде частиц в суспензиях, аэрозолях, в виде мембран, пленок с покрытием, волокон или полых волокон, бумаги, частиц, осажденных на волокнах или полых волокнах, встроенных в фильтры или тюбики и трубки т.д.
В объем предлагаемого изобретения входит упаковка с биоцидными свойствами для косметических средств и продуктов питания, содержащая нерастворимый ПРИ в виде полимера, керамики, геля, смолы или оксида металла. ПРИ является носителем сильнокислых или сильноосновных функциональных групп (или обоих видов групп), значения pH которых доведено примерно до <4,5 или примерно до >8,0. В объем предлагаемого изобретения входит композиция, в которой нерастворимым ПРИ является твердая буферная система.
+
-
В объем предлагаемого изобретения входит также такая композиция материалов, у которой упомянутые группы доступны для воды независимо от того, расположены ли они на поверхности или внутри ПРИ. Контакт живой клетки (например, клетки бактерий, грибов, животных и растений) с ПРИ уничтожает клетку за период времени и с эффективностью, зависящими от значения pH ПРИ, массы ПРИ, вошедшего в контакт с клеткой, конкретных функциональных групп, носителем которых является ПРИ, и от вида клетки. Клетка уничтожается в результате протекания процесса, подобного титрованию, при котором ПРИ вызывает изменение значения pH внутри клетки. Клетка часто эффективно уничтожается до наступления разрушения клеточной мембраны и лизиса клеток. ПРИ уничтожает клетки без непосредственного контакта с клетками, если контакт осуществляется сквозь покрытие или мембрану, проницаемую для воды, ионов Н и ОН, но не для других ионов и молекул. Такое покрытие служит также для предотвращения изменения значения pH ПРИ или раствора, окружающего клетку-мишень, за счет диффузии противоионов по направлению к функциональным группам ПРИ. В этом отношении следует подчеркнуть, что в предшествующем уровне техники раскрыт факт уничтожения клеток сильнокатионными (основными) молекулами и полимерами, когда уничтожение, вероятно, происходит путем разрушения клеточных мембран и требует наличия контакта с сильнокатионным материалом или внедрения, по меньшей мере, части материала во внешнюю клеточную мембрану.
+
В объем предлагаемого изобретения входит также композиция, в которой нерастворимый полимер, керамика, гель, смола или оксид металла являются носителями сильнокислых (например, серной или фосфорной кислоты) или сильноосновных (например, четвертичных аммониевых соединений или третичных аминов) функциональных групп (или обоих видов групп), значения pH которых составляет примерно <4,5 или примерно >8,0. Функциональные группы по всему ПРИ доступны для молекул воды, с объемной буферной емкостью примерно от 20 и примерно до 100 ммоль Н/л·ед.pH, которая обеспечивает получение нейтральных значений pH при погружении незабуференную воду (например, примерно 5 < pH > примерно 7,5), но при этом уничтожает живые клетки при контакте с ними.
+
-
В объем предлагаемого изобретения входит также композиция, в которой нерастворимый полимер, керамика, гель, смола или оксид металла, согласно приведенным выше описаниям, покрыты барьерным слоем, проницаемым для воды и для ионов Н и ОН, но не для более крупных ионов и молекул, который уничтожает живые клетки при их контакте с барьерным слоем.
В объем предлагаемого изобретения входит также композиция, содержащая нерастворимый полимер, керамику, гель, смолу или оксид металла, согласно приведенным выше описаниям, пригодные для уничтожения живых клеток путем изменения значения pH внутри клеток при контакте с ними.
В объем предлагаемого изобретения входят также нерастворимый полимер, керамика, гель, смола или оксид металла согласно приведенным выше описаниям, пригодные для уничтожения живых клеток без необходимости внедрения в их структуру или связывания с клеточными мембранами.
В объем предлагаемого изобретения входит также композиция, которая содержит нерастворимый полимер, керамику, гель, смолу или оксид металла, согласно приведенным выше описаниям, пригодные для уничтожения живых клеток без необходимости предварительного разрушения клеточной мембраны и лизиса клеток.
В объем предлагаемого изобретения входит также композиция, которая содержит нерастворимый полимер, керамику, гель, смолу или оксид металла, согласно приведенным выше описаниям, способная вызывать изменения значения pH примерно на <0,2 единиц pH в физиологическом растворе или биологической жидкости, окружающей живую клетку, тем самым уничтожая живую клетку при контакте с ней.
В объем предлагаемого изобретения входит также композиция, которая содержит нерастворимый полимер, керамику, гель, смолу или оксид металла, согласно приведенным выше описаниям, выполненная в виде формованных элементов, покрытия, пленки, пластинок, микрогранул, частиц, микрочастиц или наночастиц, волокон, нитей, порошков и суспензий указанных частиц.
Предполагается также, что вышеописанные материалы и композиции будут включены в состав или будут частью закрывающего устройства, крышки, колпачка, заглушки, пробки или затвора упаковки, либо вложены в упаковку в виде вкладышей любого вида, таких как укупорочные мембраны, обертки, разделительные листы и фольга, стержни, звездочки, сетки, шарики, гранулы, поплавки, кольца и т.д.
Перечисленные выше материалы показали свою высокую антибактериальную активность при проведении исследований упаковок для таких пищевых продуктов, как молоко, фруктовые соки, мясопродукты и т.д.
Предлагаемое изобретение основано на модификации внутренних поверхностей косметических коробок, тюбиков, банок, бутылок и т.д. тонким слоем материалов согласно предлагаемому изобретению с целью предотвращения развития бактериальной популяции на внутренней поверхности сосуда.
Эти покрытия могут быть получены методами, известными в промышленности, такими как методы центрифугирования, внутреннего распыления, распыления термопластов, осаждения из газовой фазы, покрытия лаком или тонким слоем смолы и т.д. и могут быть нанесены на поверхности полимеров, стекла, бумаги или любого другого материала.
Во всех этих покрытиях активные антибактериальные материалы включаются в полимерную матрицу, пригодную для прикрепления к базовому материалу упаковки.
Пример 1
Сравнение роста бактерий (Е.coli) в ТСБ (триптон-соевом бульоне) в пробирках, покрытых нафионом (Nafion™), и в пробирках без покрытия.
Материалы и методы
Пробирки вместимостью 15 мл были покрыты покупным раствором нафиона (Nafion™ - коммерчески доступный продукт компании DuPont) и оставлены сохнуть. Это приводило к получению тонкого слоя (50 микронов) полимеризованного нафиона на внутренней поверхности пробирки.
6
Пробирки с покрытием и без покрытия заполняли 10 мл ТСБ и производили посев Е.coli (3×10 КОЕ/мл). Пробирки затем инкубировали в стационарном инкубаторе при 30°С. Подсчет бактерий (в КОЕ/мл) проводили в начальный момент времени, через 3 часа и через 3 дня после посева путем отбора проб, распределения по чашке с ТСА и подсчета колоний после 24 часов инкубации при 30°С.
Результаты
На фиг.1 показаны результаты сравнения количества бактерий Е.coli в пробирках, покрытых нафионом (Nafion™), и в пробирках без покрытия, а на фиг.2 показаны в сравнении осадок бактерий в пробирке без покрытия (слева) и в пробирке с покрытием (справа).
9
3
В контрольных пробирках без покрытия количество бактерий возрастало, начиная с 3 часов инкубации, и достигало значения 10 КОЕ/мл через 3 дня (см. фиг.1). С другой стороны, пробирки с покрытием из нафиона (Nafion™) показали сильное ингибирование роста бактерий и проявили антибактериальную активность, что выражалось в падении количества бактерий до величины ~5×10 КОЕ/мл через 3 дня.
Фиг.2 свидетельствует об отсутствии бактериального осадка в пробирках с покрытием из нафиона (Nafion™) в сравнении с отчетливо видным осадком бактерий в пробирке без покрытия.
Пример 2
Сравнение роста бактерий в пробирках, покрытых раствором дормина (Dormin™), и в пробирках без покрытия.
Дормины являются натуральными экстрактами, полученными из растений и органов растений в стадии покоя, которые способны замедлить пролиферацию клеток, помогают дольше сохранить кожу молодой и здоровой и служат средством защиты кожи. Дормины используются многими косметическими компаниями в качестве активных ингредиентов в косметических кремах и лосьонах. Дормины подвержены бактериальному и грибковому загрязнению.
Материалы и методы
7
В эксперименте 100 микролитров культуры Staphylococcus aureus при концентрации 5,8×10 КОЕ/мл вводили в 2 мл раствора дормина (Dormin™) без консервантов (производства компании IBR, Реховот, Израиль). Инокулированный бактериями S.aureus раствор дормина (Dormin) наносили на чашку для культивирования, покрытую слоем нафиона толщиной 50 мкм. Пролиферацию бактерий отслеживали после 4 и 22 часов инкубации при 30°С путем посева проб на чашки с ТСА и инкубации в течение 24 часов при 30°С.
Результаты
На фиг.3 показаны результаты ингибирования роста бактерий (S.aureus) в растворе дормина (Dormin™), а на фиг.4 показаны результаты ингибирования роста бактерий (Е.coli) в растворе дормина (Dormin™).
Результаты свидетельствуют о сильном ингибировании развития бактерий раствором дормина (Dormin™) при инкубации в присутствии слоя нафиона (Nafion™) толщиной 50 мкм в отличие от необработанных контрольных образцов (фиг.3).
Аналогичный опыт, проведенный с клетками Е.coli, также показал сильное ингибирующее влияние активного покрытия, как видно из фиг.4.
Пример 3
Ингибирование роста бактерий в коммерчески доступном косметическом креме без консервантов
Материалы и методы
Образцы имеющегося в продаже косметического крема без консервантов были получены от компании IBR Ltd., Реховот, Израиль. Стартовые культуры Е.coli и S.aureus выращивали на ТСБ в течение 4 часов при 30°С и смешивали с косметическим кремом в соотношении 1:1 (8 мл каждой культуры смешивали с 8 граммами косметического крема) и высевали на чашки, покрытые нафионом (Nafion™). Рост бактерий отслеживали, как описано выше во временных точках 0, 24, 48, 72, 96, 144 и 168 ч инкубации при 30°С.
Результаты
На фиг.5 показан рост бактерий Е.coli в косметическом креме на чашках, покрытых нафионом (Nafion™), а на фиг.6 показан рост бактерий S.aureus в аналогичных условиях.
Фиг.5 и 6 являются свидетельством сильного ингибирования бактериального роста в косметическом креме, помещенном в покрытые нафионом (Nafion™) чашки, в сравнении с кремом в чашках без покрытия. Практически не получено ни одной колонии клеток Е.coli и S.aureus в пробах крема, помещенных в покрытые нафионом (Nafion™) чашки, после выдержки в течение 48 ч и 72 ч соответственно.
Пример 4
Предотвращение образования биопленок в жидкостях при помощи антибактериальных вкладышей
Материалы и методы
6
Антипленочные свойства композиции G5 оценивали при помощи закрытой аэробной системы, полистироловых (ПС) предметных стекол, на которые было нанесено покрытие из композиции G5 [сульфонированный диоксид кремния - 10%, сульфат калия - 5%, лаурат калия - 10%, минеральное масло - 65%, парафиновое (бесцветное)] и которые инкубировали в вертикальном положении в перфорированных пробирках вместимостью 50 мл (30°С, 50 об./мин) с Е.coli (10 КОЕ/мл ТСБ). Для поддержания надлежащего уровня питательных свойств среды каждые 3 дня 10 мл среды заменяли свежей средой. В течение 14 дней инкубации антипленочную активность композиции G5 оценивали при помощи обычного бактериологического исследования. Образцы для бактериологического исследования отбирали со стекол. Стекла извлекали из пробирки, промывали в дистиллированной воде и высушивали (1 ч при комнатной температуре) перед отбором пробы. При помощи тампона получали образец длиной 1 см, ватный тампон погружали в 500 мкл ФБР (фосфатного буферного раствора), энергично встряхивали и готовили его десятикратные разведения (из объемов бактериального образца 100 мкл), проводили посев на чашки Петри с триптон-соевым агаром (ТСА, производства компании Hy-Labs, Израиль), инкубировали (30°С, 48 ч) и производили подсчет клеток. Для исследования влияния стекол с покрытием на бактериальную нагрузку на окружающую среду отбирали образцы среды в виде достаточно разбавленных раствором ФБР проб (первичные бактериальные образцы имели объем всего 100 мкл), приготовленных методом серийных десятикратных разведении, проводили посев на чашки Петри (чашки Петри с ТСА), инкубировали (30°С, 24 ч) и производили подсчет.
Результаты
На фиг.7 показаны результаты подсчета бактерий на биопленке, образовавшейся на контрольной и на покрытой стеклянных пластинках. Антипленочную активность композиции G5 оценивали при помощи обычного бактериологического исследования. Образцы для бактериологического исследования получали со стекол с помощью посева тампоном, после чего производили подсчет клеток. На фиг.8 отражена бактериальная нагрузка на среду. Бактериальную нагрузку на среду измеряли после 3, 11 и 13 дней инкубации. Образцы среды отбирали, производили на них посев, их инкубировали и проводили подсчет бактерий. На фотографии фиг.9 приведены результаты определения мутности среды, представляющие картину роста бактерий в среде после 3 дней инкубации.
Антипленочную активность покрытия композицией G5 оценивали при помощи закрытой аэробной системы с Е.coli. Критерием для оценки результатов измерений служила бактериальная нагрузка на ПС (предметное стекло) и бактериальная нагрузка на среду. Результаты подсчета бактерий на биопленке представлены в сравнении с результатами для контрольного предметного стекла без покрытия (фиг.7). Было обнаружено, что композиция G5 эффективно предотвращает образование биопленок и снижает бактериальную нагрузку в сравнении с контрольными образцами. Аналогичные результаты были получены при измерении бактериальной нагрузки на среду (фиг.8). Характерное изображение мутности среды приведено на фиг.9. При помощи измерений значений pH заявитель показал, что антибактериальное действие не является следствием определенной кислотности среды (как в обработанной, так и в необработанной пробирке при значениях pH 8-9).
Следует подчеркнуть, что ко всему тексту раздела, описывающего экспериментальные результаты, приложимы изложенная ниже терминология и примечания. Если не оговорено иное, каждый эксперимент проводили на шести видах полимерных пленок, таких как нафион (Nafion™); полиакриламид толщиной 500 микронов, с иммобилинами, на полиэфирной основе, рН 10; то же,при рН 9; полиакриламид толщиной 500 микронов, на полиэфире, рН 5; и контрольный образец - полиэфирная пленка.
Пример 5
Испытания срока годности молока
Пленки согласно предлагаемому изобретению испытывали на их влияние на срок годности молока.
Материалы и методы
Исследования устойчивости молока при хранении при использовании пленок согласно предлагаемому изобретению проводились на пастеризованном гомогенизированном молоке. В обеих сериях экспериментов использовалось молоко после обработки ультрафиолетовым излучением.
Тест 1: Семь пустых чашек Петри диаметром 35 мм заполняли доверху свежим молоком. Шесть чашек покрывали пленками согласно предлагаемому изобретению так, чтобы их активная сторона входила в контакт с молоком без воздушной прослойки между ними. Седьмую чашку использовали как контрольный образец. Чашки выдерживали на столе при комнатной температуре в течение шести дней. Каждый день проверяли значение pH в чашках. Для компенсации потерь вследствие испарения каждый день добавляли стерильный бидистиллят. Суммарный объем добавленного бидистиллята составил менее 5% от общего объема молока. Таким образом, предполагалось, что он не оказывает влияние на динамику изменения значения pH. Этот эксперимент повторяли дважды.
Тест 2. 14-дневное исследование с нафионом (Nafion™): Это исследование проводили с серийно выпускаемым нафионом (Nafion™) в качестве активного материала (слоя). Для исследования устойчивости молока при хранении использовалось пастеризованное гомогенизированное молоко (без антибиотиков). Три пустые чашки Петри диаметром 35 мм заполняли доверху свежим молоком. Две из них покрывали пленкой из нафиона (Nafion™) так, чтобы активная сторона входила в контакт с молоком без воздушной прослойки между ними. Третью чашку использовали как контрольный образец. Чашки выдерживали на столе при комнатной температуре в течение четырнадцати дней. Каждый день проверяли значение pH в чашках. Для компенсации потерь вследствие испарения каждый день добавляли стерильный бидистиллят. Суммарный объем добавленного бидистиллята составил менее 5% от общего объема молока. Таким образом, предполагалось, что он не оказывает влияния на динамику изменения значения pH.
Исследование общего содержания микробов и грибов: Это исследование проводили в среде агара Сабуро методом седиментации. Непокрытым чашкам Петри с агаром Сабуро давали возможность постоять 8 часов в обычных условиях. Кусочек нафиона (10 мм×10 мм) помещали в чашку Петри активной стороной вниз. После оставления на ночь для инкубации при 37°С проводили подсчет выросших колоний. Сравнивали результаты для исследуемой и контрольной группы.
Результаты
Данные динамики изменения значений pH молока в ходе теста 1 приведены ниже в таблице 4.
Таблица 4.
Значения pH в образцах молока
1 день
2 день
3 день
4 день
5 день
6 день
Пленка 1
7,4
7,2
6,9
6,8
6,7
6,3
Пленка 2
7,4
7,3
6,8
6,6
6,2
6,1
Пленка 3
7,4
7,3
6,9
5,9
5,4
4,9
Пленка 4
7,4
7,0
6,6
6,1
5,5
4,7
Пленка 5
7,4
6,8
6,2
5,6
4,4
3,7
Пленка 6
7,4
7,0
6,6
5,6
4,8
4,1
Контроль
7,4
6,9
6,1
5,4
4,1
4,0
Значения pH молока (тест 1, повторный эксперимент) приведены ниже в таблице 5.
Таблица 5.
Значения pH в образцах молока
День
pH
День 0
8,5
День 1
8,7
День 2
8,8
День 3
8,7
День 4
8,5
День 5
8,6
День 6
8,9
День 7
8,5
День 8
8,3
День 9
8,5
День 10
8,7
День 11
8,8
День 12
8,5
День 13
8,5
День 14
8,4
День 15
8,5
Значения pH молока в 14-дневном испытании (тест 2) приведены ниже в таблице 6.
Таблица 6.
Значения pH для двух ПРИ и контрольного образца
1 день
2 день
3 день
4 день
5 день
6 день
7 день
Nafion™ 1
7,5
7,4
7,3
7,1
7,1
7,0
6,8
Nafion™ 2
6,8
6,6
6,6
6,7
6,6
6,5
6,5
Контроль
7,4
6,7
6,2
5,1
4,2
4,1
4,1
8 день
9 день
10 день
11 день
12 день
13 день
14 день
Nafion™ 1
6,8
6,6
6,6
6,7
6,6
6,5
6,5
Nafion™ 2
4,7
4,6
4,4
4,5
4,4
4,4
4,3
Контроль
4,2
4,2
4,1
4,1
4,2
4.1
4,1
Данные исследования общего содержания микробов и грибов приведены ниже в таблице 7.
Таблица 7.
Исследование общего содержания микробов и грибов
№
Общее содержание микробов и грибов (колонии)
Первый
Второй
Контроль
1
2
1
14
2
2
2
31
3
3
3
24
4
0
6
25
5
4
5
16
6
0
2
20
7
2
5
19
8
3
2
13
9
2
2
37
10
1
3
25
Тест 3: Исследование молока
7
Проводили посев Staphylococcus caseolyticus (в конечной концентрации 1×10 КОЕ/мл) в 500 мл УВТ-молока в двух стеклянных сосудах, один из которых имеет покрытие BioActivity™ (стеклянный сосуд, покрытый нафионом), а второй - без покрытия, при комнатной температуре. В начальный момент времени (момент посева) и через 3, 7, 14 и 17 дней инкубации при комнатной температуре отбирали пробы УВТ-молока из обоих сосудов, 10-кратно разводили их и проводили посев на чашки с ТСА и рассчитывали количество колониеобразующих единиц S.caseolyticus на 1 мл молока.
Результаты
На фиг.10 показан эффект покрытия BioActivity™ стеклянных сосудов, в которых проводили посев в УВТ-молоко бактерий S.caseolyticus.
14
7
Через 3 дня молоко, которое хранили в сосуде с покрытием BioActivity™, было в том же состоянии, что и в начальный момент времени. Молоко в контрольном сосуде без покрытия было испорченным (наблюдались отдельные твердые частицы и ощущался сильный запах). Количество КОЕ/мл для S.caseolyticus достигло уровня 10 в контрольном сосуде, тогда как в сосуде с покрытием BioActivity™ оно осталось стабильным, на исходном уровне (1×10 КОЕ/мл) (фиг.10).
15
7
После 7 дней молоко в контрольном сосуде было полностью разложившимся, испорченным и разделившимся на фазы, тогда как в сосуде с покрытием BioActivity™ молоко было в том же состоянии, что и в первый день. Число колоний S.caseolyticus в контрольном сосуде достигло уровня 10 КОЕ/мл, а в сосуде с покрытием BioActivity™ оно осталось на исходном уровне, равном 1×10 КОЕ/мл.
Такая картина сохранилась до конца эксперимента, после 14 и 17 дней (фиг.11)
Пример 6
Стабильность фруктового сока
Материалы и методы
Пастеризованный фруктовый сок (под названием «тропик») использовался для исследования влияния слоистых материалов BioActivity™ (т.е. слоистых материалов, полученных с использованием материалов и способов согласно предлагаемому изобретению) на стабильность фруктового сока. Шесть пустых чашек Петри диаметром 35 мм заполняли доверху свежим фруктовым соком. Пять из них были покрыты слоистыми материалами BioActivity™ так, чтобы активная сторона входила в контакт с образцами фруктового сока без воздушной прослойки между ними. Шестую чашку использовали как контрольный образец. Чашки Петри выдерживали на лабораторном столе при комнатной температуре в течение 14 дней. Для компенсации потерь вследствие испарения каждый день добавляли стерильный бидистиллят до первоначального объема, что составляло менее 5% от общего объема образцов фруктового сока (чтобы не оказывать влияния на динамику изменения значения pH). Значение pH сока измеряли каждый день.
Результаты
На фиг.11 показана динамика изменения значения pH фруктового сока, хранившегося в покрытых слоем BioActivity™ чашках и в контрольной чашке в течение 14 дней при комнатной температуре. Значения pH всех образцов фруктового сока, обработанного слоистыми материалами BioActivity, остались стабильными в течение всего эксперимента, тогда как в контрольном образце значение pH постепенно снижалось и достигло значения 5,2 к 14-ому дню (таблица 7 и фиг.11).
Таблица 7.
Эксперимент с фруктовым соком
1 день
2 день
3 день
4 день
5 день
6 день
7 день
Первый слой
7,86
7,78
7,78
7,74
7,63
7,6
7,53
Второй слой
7,72
7,69
7,64
7,55
7,55
7,46
7,36
Третий слой
7,97
7,84
7,86
7,85
7,68
7,71
7,61
Четвертый слой
8,14
8,14
8,10
8,06
8,00
7,91
7,82
Пятый слой
7,96
7,96
7,85
7,85
7,75
7,67
7,70
Контроль
8,11
7,35
6,92
6,83
5,81
5,77
5,71
8 день
9 день
10 день
11 день
12 день
13 день
14 день
Первый слой
7,14
7,10
6,93
6,98
6,89
6,85
6,87
Второй слой
7,01
6,96
6,87
6,92
6,9
6,83
6,67
Третий слой
7,26
7,29
7,28
7,18
7,10
7,15
6,97
Четвертый слой
7,43
7,41
7,35
7,42
7,37
7,19
7,26
Пятый слой
7,21
7,21
7,10
7,10
7,00
6,92
6,95
Контроль
5,29
5,31
5,26
5,22
5,23
5,16
5,20
Пример 7
Контроль загрязнений свежих яиц сальмонеллами
Материалы и методы
6
Шесть свежих яиц поместили в раствор с Salmonella typhimurhim (~10 КОЕ/мл) на 15 минут. Затем яйца плотно завернули в пленку, каждое яйцо отдельно. Яйца после этого хранили в холодильнике при 4°С в течение одной недели. Через две недели яйца промывали в 20 мл стерильного бидистиллята. Полученный смыв центрифугировали (при 3000 об/мин в течение 10 мин), и полученные осадки распределяли по чашкам Петри с селективной средой МакКонки. Вызывающие подозрение колонии исследовали при помощи реакции агглютинации с поликлональной антисывороткой против Salmonella.
Результаты
Никакой специфической реакции (которая связана с контаминацией Salmonella) не наблюдалось в случае всех пяти обработанных яиц. С другой стороны, образцы, полученные с контрольных яиц, вызвали специфическую агглютинацию, которая указывают на контаминацию Salmonella (таблица 8).
Таблица 8.
Образцы яиц
Образец 1
Отрицательно
Образец 2
Отрицательно
Образец 3
Отрицательно
Образец 4
Отрицательно
Образец 5
Отрицательно
Контроль
Положительно
Пример 8
Испытание сохраняемости говядины
Тест 1
Материалы и методы
Свежую мякоть говядины разрезали на небольшие (~1 см) куски. Каждый кусок помещали в чашку Петри диаметром 35 мм и инкубировали в течение одной недели при 23±2°С. В конце периода инкубации каждый кусок гомогенизировали и анализировали на загрязнение колиподобными бактериями на среде Эндо.
Результаты
3
6
Количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 грамм для всех образцов, обработанных материалами BioActivity™, оказалось менее 10 (что можно считать свежим мясом). Контрольный образец содержал более 10 КОЕ на 1 грамм (таблица 9).
Таблица 9.
Образцы говядины
7-й день
Первый слой
6,7×10<sup>2</sup>
Второй слой
8,2×10<sup>2</sup>
Третий слой
5,2×10<sup>2</sup>
Четвертый слой
7,0×10<sup>2</sup>
Пятый слой
6,3×10<sup>2</sup>
Контроль
>10<sup>6</sup>
Тест 2
Материалы и методы
Свежую мякоть говядины разрезали на небольшие ~1 см куски. По одному образцу помещали в шесть чашек Петри диаметром 35 мм на одну неделю. Через семь дней все куски гомогенизировали и подвергали микробиологическому анализу на колиподобную микрофлору на среде Эндо. Конечным результатом служит количество колониеобразующих единиц (для свежего мяса менее 1000 КОЕ/г).
Результаты
3
6
Количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 грамм для всех образцов, обработанных материалами BioActivity™, оказалось в диапазоне значений, допускаемых стандартом (что считается свежим мясом), за исключением одного «выброса», который слегка превышал стандартное значение (1,3×10 КОЕ/г). С другой стороны, контрольный образец содержал более 10 КОЕ/г (таблица 10).
Таблица 10.
Образцы свежего мяса
7-й день
Первый слой
8,8×10<sup>2</sup>
Второй слой
8,2×10<sup>2</sup>
Третий слой
1,0×10<sup>2</sup>
Четвертый слой
9,1×10<sup>2</sup>
Пятый слой
1,3×10<sup>2</sup>
Контроль
>10<sup>6</sup>
Тест 3
Рубленое мясо
Материалы и методы
3
Свежую мякоть говядины разрезали на небольшие (по ~0,1 см) куски. Каждый образец (по 5 г) помещали в чашку Петри диаметром 35 мм и инкубировали при 23±2°С в течение одной недели. В конце периода инкубации каждый образец рубленого мяса гомогенизировали и анализировали на загрязнение колиподобными бактериями на среде Эндо. Конечным результатом служит количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г рубленого мяса (стандартное значение для свежего мяса составляет менее 10 КОЕ/г).
Результаты
3
6
Количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 грамм для всех образцов, обработанных материалами BioActivity™, оказалось менее 10 (что можно считать свежим мясом). Контрольный образец содержал более 10 КОЕ на 1 грамм (таблица 11).
Таблица 11.
Образцы рубленого мяса
7-й день
Первый слой
7,2×10<sup>2</sup>
Второй слой
8,8×10<sup>2</sup>
Третий слой
6,3×10<sup>2</sup>
Четвертый слой
7,7×10<sup>2</sup>
Пятый слой
9,0×10<sup>2</sup>
Контроль
>10<sup>6</sup>
Пример 9
Овощи
Тест 1
Исследование помидоров «черри»
Материалы и методы
3
Помидоры «черри» разрезали пополам, помещали в чашку Петри диаметром 35 мм и инкубировали при 23±2°С в течение одной недели. В конце периода инкубации каждый кусок гомогенизировали и анализировали на общее содержание микроорганизмов на среде Сабуро. Конечным результатом служит количество колониеобразующих единиц на 1 грамм материала плода. (Значение согласно стандарту составляет менее 10 КОЕ/г).
Результаты
2
Во всех образцах, обработанных многослойными материалами BioActivity™, общее количество бактерий было меньше предельного значения по стандарту (в диапазоне от 3,7 до 8,9×10 КОЕ/г), тогда как в контрольном образце оно было выше предусмотренного стандартом (таблица 12).
Таблица 12.
Образцы помидоров «черри»
7-й день
Первый слой
4,8×10<sup>2</sup>
Второй слой
6,7×10<sup>2</sup>
Третий слой
5,7×10<sup>2</sup>
Четвертый слой
3,7×10<sup>2</sup>
Пятый слой
8,9×10<sup>2</sup>
Контроль
1,7×10<sup>3</sup>
Тест 2
Исследование огурцов
3
Свежие огурцы разрезали на небольшие (~1 см) куски. Каждый кусок помещали в чашку Петри диаметром 35 мм и инкубировали при 23±2°С в течение одной недели. В конце периода инкубации каждый кусок гомогенизировали и анализировали на загрязнение колиподобными бактериями на среде Эндо. Конечным результатом служит количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г материала (стандартное значение для свежих овощей составляет менее 10 КОЕ/г).
Результаты
Во всех образцах, обработанных материалами BioActivity™, общее количество бактерий было меньше предельного значения согласно стандарту (в диапазоне от 3,7 до 5,2 КОЕ/г), тогда как в контрольном образце оно было выше предусмотренного стандартом (таблица 13).
Таблица 13.
Исследование огурцов
7-й день
Первый слой
3,7×10<sup>2</sup>
Второй слой
4,1×10<sup>2</sup>
Третий слой
3,8×10<sup>2</sup>
Четвертый слой
4,9×10<sup>2</sup>
Пятый слой
5,2×10<sup>2</sup>
Контроль
>10<sup>6</sup>
Пример 10
Исследование фруктов
Материалы и методы
3
Тест 1 Свежие плоды вишен помещали в чашки Петри диаметром 35 мм и инкубировали при 23±2°С в течение одной недели. В конце периода инкубации каждую ягоду вишни гомогенизировали и анализировали на общее содержание микроорганизмов на среде Сабуро. Конечным результатом служит количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г материала (стандартное значение составляет менее 10KOE/г).
Результаты
2
Во всех образцах, обработанных слоистым материалом BioActivity, общее количество бактерий было меньше предельного значения согласно стандарту (в диапазоне от 1,2 до 5,4×10 КОЕ/г), тогда как в контрольном образце оно было выше предусмотренного стандартом (таблица 14).
Таблица 14.
Образцы фруктов
7-й день
Первый слой
1,2×10<sup>2</sup>
Второй слой
3,5×10<sup>2</sup>
Третий слой
4,5×10<sup>2</sup>
Четвертый слой
2,7×10<sup>2</sup>
Пятый слой
5,4×10<sup>2</sup>
Контроль
1,2×10<sup>3</sup>
Тест 2
3
Свежие плоды локвы, или мушмулы японской (Eriobotrya japonica) помещали в чашки Петри диаметром 35 мм и инкубировали при 23±2°С в течение одной недели. В конце периода инкубации каждый кусок гомогенизировали и анализировали на общее содержание микроорганизмов на среде Сабуро. Конечным результатом служит количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г материала (стандартное значение составляет менее 10 КОЕ/г).
Результаты
2
Во всех образцах, обработанных слоистыми материалами BioActivity™, общее количество бактерий было меньше предельного значения согласно стандарту (в диапазоне от 3,2 до 4,5×10 КОЕ/г), тогда как в контрольном образце оно было гораздо выше и очень близко к предельному значению, предусмотренному стандартом (таблица 15).
Таблица 15.
Образцы Eriobotrya japonica
7-й день
Первый слой
3,9×102
Второй слой
3,2×102
Третий слой
4,5×102
Четвертый слой
4,1×102
Пятый слой
3,5×102
Контроль
9,1×102
Тест 3
3
Куски свежих плодов персиков помещали в чашки Петри диаметром 35 мм и инкубировали при 23±2°С в течение одной недели. Через семь дней все куски гомогенизировали и подвергали микробиологическому анализу на общее содержание микроорганизмов на среде Сабуро. Конечным результатом служит количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 г материала (стандартное значение составляет менее 10 KOE/г).
Результаты
2
Во всех образцах, обработанных слоистыми материалами BioActivity™, общее количество бактерий было меньше предельного значения согласно стандарту (в диапазоне от 2,8 до 6,5×10 КОЕ/г), тогда как в контрольном образце оно было выше предусмотренного стандартом (таблица 16).
Таблица 16.
Образцы свежих персиков
7-й день
Первый слой
4,8×10<sup>2</sup>
Второй слой
4,6×10<sup>2</sup>
Третий слой
3,6×10<sup>2</sup>
Четвертый слой
2,8×10<sup>2</sup>
Пятый слой
6,5×10<sup>2</sup>
Контроль
1,4×10<sup>3</sup>
Пример 11
Сосуды с покрытием и с раствором шампуня
2
Целью данного эксперимента является оценка антибактериальных свойств покрытия и получение доказательств незначительности миграции активного ингредиента из покрытия. Биологически активная кремнийорганическая смола была приготовлена сополимеризацией следующих ингредиентов: 15% 2-фенилбензимидазол-5-сульфоновой кислоты (производства компании Sigma, каталожный номер 437166, 25 мл); 80% силопрена LSR 2060 (производства компании General Electric); 5% пластификатора RE-AS-2001 (производства компании Sigma, каталожный номер 659401, 25 мл). 1 г смеси распределяли по стенкам стеклянных сосудов (слоем толщиной 1 г/10 см) и полимеризовали при 200°С в течение 3 часов.
Эти сосуды с покрытием и контрольные сосуды без покрытия были использованы при исследовании антибактериальной активности раствора косметического шампуня без консервантов. Введение суспензии бактерий S.aureus концентрацией 40000 КОЕ/мл использовалось для посева в раствор шампуня. В сосуд добавляли 5 мл ТСБ с бактериями S.aureus.
Через 24-часовые интервалы отбирали пробы всех образцов, приготовлены их десятикратные разведения и их распределяли по чашкам с ТСА. После инкубации в течение 24 часов при 30°С подсчитывались выросшие колонии. Результаты сведены в следующие таблицы.
Результаты
Таблица 17.
Антибактериальная активность в сосудах с покрытием, без шампуня
Сосуды
КОЕ/мл
EL-18 febr. №1
0
Контроль (без покрытия)
>10<sup>11</sup>
Таблица 18.
Антибактериальная активность в сосудах с покрытием в присутствии10% шампуня (после 24 ч инкубации)
Сосуды
КОЕ/мл
EL. 18 febr. №2
3×10<sup>4</sup>
EL-18 febr. №3
3,3×10<sup>4</sup>
Контроль (без покрытия)
6×10<sup>6</sup>
Исследование на сосудах с покрытием и с Candida albicans
Таблица 19
Исследуемые микроорганизмы
4
Исследуемые микроорганизмы: Candida albicans (ATCC 30231) 1,3×10 КОЕ/мл
Результаты
Образец
КОЕ/образец
Log
pH
Эксперимент 2 В сосудах
Время «0»
1,1×103
3,04
7,60
Сосуд с покрытием через 24 ч
4,0×105
5,6
6,94
Образцы 3А через 24 ч
<1
0
7,77
Таблица 20.
Антибактериальная активность в сосудах с покрытием в присутствии 10% шампуня (после 72 ч инкубации)
Сосуды
КОЕ/мл
EL-18 febr. №2
0
EL-18 febr. №3
0
Контроль (без покрытия)
1,2×10<sup>9</sup>
Таблица 21
Антибактериальная активность в сосудах с покрытием в присутствии 10% шампуня (после 168 ч инкубации)
Сосуды
КОЕ/мл
EL-18 febr. №2
0
ЕЬ-18 febr. №3
0
Контроль (без покрытия)
4,3×10<sup>11</sup>
Значения pH были равны 7 в сосудах EL-18 febr. №№ 1-4.
Для экспериментов по выщелачиванию добавляли 5 мл стерильной воды в сосуд EL-18 febr. №4 и в контрольный сосуд. Инкубацию проводили в течение 48 часов при 30°С. Содержание K, Na, S и Si было определено методом ИСП.
Таблица 22
ИСП анализ
Образцы
Элементы
мг/л
Контроль (№1)(рН7)
Na
1,49
K
0,056
S
0,66
Si
0,13
Силиконовое покрытие(pH 7)
Na
0,81
K
0,01
S
0,07
Si
0,009
Результаты показывают незначительное высвобождение материалов из покрытий.