КОНСЕРВАНТ НА ОСНОВЕ АНГИДРИДОВ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
PRESERVING AGENT BASED ON CARBOXYLIC ACID ANHYDRIDES

Изобретение касается применения ангидридов карбоновых кислот для консервации технических материалов, косметических средств, фармацевтических и пищевых продуктов.
Из литературы давно известно множество ангидридов карбоновых кислот, а также методов их производства. Применение ангидридов карбоновых кислот непосредственно для консервации технических материалов или пищевых продуктов на настоящий момент не описано. В международной заявке WO 2004/056214 описан метод производства упаковочных материалов, содержащих иммобилизированные антимикробные вещества, в т.ч. ангидриды кислот, которые, как утверждается, демонстрируют биологическую эффективность, проявляющуюся в том, что действующее вещество косвенным образом консервирует упакованное вещество, переходя на него из упаковочного материала.
Кроме того, описаны упаковочные пленки из полиэтилена, в которые введен ангидрид сорбиновой кислоты. Эти продукты, как сообщается, обладают определенной противогрибковой эффективностью. (Weng, Yih-Ming; Chen, Min-Jane; Food Science and Technology, 1997, 30(5), 485-487).
Кроме того, на нынешнем техническом уровне известен целый ряд способов консервации технических материалов, косметических или пищевых продуктов, при которых биоцидное действующее вещество непосредственно добавляют в подлежащий консервации продукт. В этом случае, однако, по-прежнему есть необходимость в дальнейших усовершенствованиях.
Остатки биоцидов, попавшие в подлежащий защите продукт, все в большей степени, особенно в последнее время, рассматривают как проблему, их следует по возможности избегать.
Поэтому уже в прошлом имел место ряд разработок биоцидов, которые в определенном смысле не оставляли следов на месте применения, в наиболее благоприятном случае распадаясь на давно известные и исследованные, а в особенности во много раз менее активные продукты. В качестве примеров следует назвать такие вещества как перекись водорода, пероксикислоты, хлор, диэтилдикарбонат или диметилдикарбонат. По-прежнему, однако, сохраняется потребность в новых бактерицидных веществах, которые в состоянии распадаться в среде на относительно безвредные вещества, но в то же время обладают еще лучшим спектром эффективности, чем вещества, применявшиеся до сих пор. В особенности в косметических, фармацевтических и пищевых продуктах можно применять лишь немногие из известных из уровня техники веществ.
Задача настоящего изобретения, следовательно, состояла в том, чтобы предложить эффективные биоцидные действующие вещества, которые можно непосредственно вводить в подлежащий консервации продукт и которые распадаются в этом продукте на менее активные действующие вещества, считающиеся безопасными при использовании в косметических, фармацевтических и пищевых продуктах.
Неожиданно было обнаружено, что ангидриды карбоновых кислот замечательно годятся для антимикробной обработки технических материалов, косметических, фармацевтических и пищевых продуктов, а в особенности напитков.
Предметом настоящего изобретения, следовательно, является применение по меньшей мере одного ангидрида карбоновой кислоты в качестве добавки к техническим материалам, косметическим, фармацевтическим и пищевым продуктам для защиты их от повреждения и/или разрушения микроорганизмами.
Ангидриды карбоновых кислот предпочтительно вводить непосредственно в подлежащий защите продукт.
Ангидриды карбоновых кислот предпочтительно представляют собой соединения общей формулы (I)
,
где
1
2
R и R независимо друг от друга означают прямоцепочечный или разветвленный алкил с 1-8 атомами углерода, циклоалкил с 3-8 атомами углерода, однократно или многократно ненасыщенный алкенил с 2-8 атомами углерода, циклоалкенил с 5-8 атомами углерода, алкинил с 1-8 атомами углерода, фенил, бензил, фенэтил, которые могут быть однократно или многократно, одинаковым или различным образом замещены, причем в качестве заместителей выступают метил, гидроксильная группа, карбоксильная группа, ацильная группа, алкоксигруппа, ацилоксигруппа или оксогруппа,
или
1
2
2
n
2
2
2
2
2
2
2
2
2
R и R вместе означают соединительное звено -(CH)-, где n=1-6, или соединительное звено -CH-O-CH-, -CH-CH-O-CH-, -CH-CH-O-CH-CH- или -CH=CH-, причем в каждом случае указанные соединительные звенья при необходимости могут быть однократно или многократно, одинаковым или различным образом замещены, причем в качестве заместителей выступают метил, гидроксильная группа, карбоксильная группа, ацильная группа, алкоксигруппа, ацилоксигруппа или оксогруппа.
Вместо соединений формулы (I) возможно также применение олигомерных или полимерных ангидридов дикарбоновых кислот, являющихся производными соединенных мостиками ангидридов карбоновых кислот формулы (I).
Особо предпочтительно применение ангидридов карбоновых кислот формулы (I), где
1
2
R и R независимо друг от друга означают прямоцепочечный или разветвленный алкил с 1-8 атомами углерода, однократно или многократно ненасыщенный алкенил с 2-8 атомами углерода, фенил или бензил, которые при необходимости могут быть однократно или многократно, одинаковым или различным образом замещены, причем в качестве заместителей выступают метил, гидроксильная группа, карбоксильная группа, ацильная группа, алкоксигруппа или ацилоксигруппа.
1
2
Крайне предпочтительно применение ангидридов карбоновых кислот формулы (I), где R и R независимо друг от друга означают метил, этил, пропил, изопропил, пент-1,3-диенил или фенил.
Особо предпочтительно применение ангидрида уксусной кислоты, ангидрида бензойной кислоты, ангидрида пропионовой кислоты и/или ангидрида сорбиновой кислоты.
Под техническими материалами в смысле настоящего текста следует понимать неживые материалы, подготовленные для применения в технике. Примерами технических материалов могут быть клеящие составы, клеи, бумага и картон, ткани, кожа, дерево, материалы на основе дерева, композитные материалы на основе дерева, лакокрасочные материалы, смазывающе-охлаждающие жидкости и другие материалы, поражаемые или разлагаемые микроорганизмами. Кроме того, под техническими материалами в рамках настоящего изобретения подразумевают части производственных установок, например, контуры охлаждающей воды, на которые может неблагоприятно повлиять размножение микроорганизмов. Технические материалы, предпочтительно подлежащие защите - это клеящие составы, клеи, бумага и картон, кожа, дерево, материалы на основе дерева, композитные материалы на основе дерева, лакокрасочные материалы, смазывающе-охлаждающие жидкости и жидкости-теплоносители.
Косметические средства представляют собой, например, кремы или лосьоны для ухода за кожей, как, например, кремы для лица или для рук, либо же продукты для макияжа, например, губную помаду или маски для лица.
Фармацевтические продукты - это, например, лекарственные композиции, как то: соки, капли, спреи, мази, таблетки и инфузионные растворы для внутривенного введения.
Для защиты технических материалов, косметических, фармацевтических продуктов и продуктов питания непосредственно в подлежащую консервированию среду надлежащим образом вводят ангидриды карбоновых кислот. Равномерное введение, как правило, целесообразно и необходимо. Это можно обеспечить, например, используя надлежащие насосы-дозаторы. Другой вариант введения возможен, например, с использованием мешалок или смесителей.
Ангидриды карбоновых кислот, подлежащие применению согласно изобретению, можно при этом добавлять в подлежащий защите продукт в виде чистых веществ или в форме композиций. Такие композиции, кроме ангидридов карбоновых кислот, содержат еще один или несколько растворителей и/или вспомогательных рецептурных средств. В зависимости от растворимости ангидридов карбоновых кислот в качестве растворителей можно использовать воду, этанол, а также надлежащие органические растворители.
В качестве вспомогательных рецептурных средств можно применять, например, поверхностно-активные вещества (ПАВ), пеногасители, антиоксиданты, стабилизаторы или инертные органические или неорганические вспомогательные вещества, как, например, волокна целлюлозы. Также можно наносить ангидриды карбоновых кислот на адсорбирующие среды и применять их в этой форме. Примеры адсорбирующих сред - это волокна целлюлозы или активированный уголь.
При этом ангидриды карбоновых кислот обычно содержатся в этих композициях в количествах от 1 до 90 вес.%.
Такие композиции можно хранить на протяжении нескольких месяцев.
Ангидриды карбоновых кислот, подлежащие применению согласно изобретению, в общем случае применяют в количестве от 1 до 100000 частей на млн, предпочтительно в количестве 10-10000 частей на млн, особо предпочтительно в количестве от 50 до 5000 частей на млн, а крайне предпочтительно в количестве от 100 до 2000 частей на млн от подлежащего консервации средства.
Благодаря применению ангидридов карбоновых кислот согласно изобретению удается обеспечить стабилизацию технических материалов, косметических, фармацевтических и пищевых продуктов в отношении реакций биологического разложения. Такие реакции разложения имеют место, например, при поражении микроорганизмами.
В качестве микроорганизмов, способных вызвать разрушение или изменение технических материалов, следует назвать, например, бактерии, грибки, дрожжи, водоросли и слизистые организмы (безпозвоночные). Ангидриды карбоновых кислот, применяемые согласно изобретению, предпочтительно воздействуют на дрожжи, бактерии и грибы.
В качестве примеров следует назвать микроорганизмы следующих родов:
Acetobacter pasteurianus,
Aspergillus, например, Aspergillus niger,
Candida krusei
Chaetomium, например, Chaetomium globosum,
Escherichia, например, Escherichia coli,
Penicillium, например, Penicillium glaucum,
Pseudomonas, например, Pseudomonas aeruginosa,
Rhodotorula, например, Rhodotorula rubra,
Saccharomyces, например, Saccharomyces cerevisiae
Staphylococcus, например, Staphylococcus aureus.
Технические материалы, косметические, фармацевтические и пищевые продукты, прошедшие стабилизацию согласно изобретению, отличаются более длительным сроком службы.
При этом особо целесообразно, что возможен гидролиз применяемых согласно изобретению ангидридов карбоновых кислот до соответствующих карбоновых кислот. Карбоновые кислоты, образующиеся с течением времени благодаря гидролизу ангидридов карбоновых кислот, отчасти давно известны как консерванты, хорошо исследованы с токсикологической точки зрения и вносят дополнительный вклад в продление консервирующего эффекта. К быстрому временному уничтожению бактерий, таким образом, добавляется длительно сохраняющийся консервирующий компонент.
Особо предпочтительно применение согласно изобретению по меньшей мере одного ангидрида карбоновой кислоты формулы (I) для защиты напитков от повреждения и/или разрушения микроорганизмами.
В частности, ангидриды карбоновых кислот эффективно консервируют и стабилизируют напитки, подверженные микробиологическому разложению. Так, консервированные таким образом напитки после соответствующей закупорки можно многие месяцы хранить при комнатной температуре, причем признаков микробиологического поражения не наблюдают.
Такой метод холодной стерилизации обладает рядом преимуществ по сравнению, например, с туннельной пастеризацией, к каковым относятся, например, экономия энергии или преимущества в использовании технического оборудования. Эффективность консервации согласно изобретению при этом выше, чем существующих способов холодной стерилизации.
Подлежащие применению согласно изобретению ангидриды карбоновых кислот можно весьма эффективно использовать, например, в качестве средства холодного устранения микробов в газированных или негазированных напитках, как то: безалкогольных напитках, витаминных напитках, напитках на основе фруктовых соков, напитков на основе чая, винных напитках, содержащих алкоголь и безалкогольных, газированных фруктовых напитках или в пиве. Для этого предпочтительно в непосредственной временной близости к разливу напитков в них добавляют ангидриды карбоновых кислот в количестве от 10 до 200 частей на млн. Подмес к напиткам при этом осуществляют с помощью специальных насосов-дозаторов.
При использовании в напитках ангидриды карбоновых кислот оказывают контролирующее воздействие на ряд микроорганизмов, как то: ферментирующие дрожжи, плесень или ферментирующие бактерии. В качестве примеров можно назвать Saccharomyces globosum, Saccharomyces diastaticus, Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces bailii, Candida crusei, Endomyces lactis, Penicillium glaucum, Acetobacter pasteurianus, Brettanomyces spp, Lactobacillus brevis, Lactobacillus buchneri и многие другие.
Ангидриды карбоновых кислот, подлежащие применению согласно изобретению, целесообразно сочетать с другими антимикробными действующими веществами.
Соответственно, еще один предмет настоящего изобретения - это смеси по меньшей мере одного ангидрида карбоновой кислоты формулы (I) с еще по меньшей мере одним антимикробным действующим веществом, предпочтительно, из списка, в состав которого входят диметилдикарбонат, диэтилдикарбонат, сорбиновая кислота и ее соли, бензойная кислота и ее соли, диоксид серы и соединения, способные отщеплять диоксид серы, а также ортофенилфенол и пропионовая кислота.
Особо предпочтительны смеси с диметилдикарбонатом, сорбиновой кислотой и ее солями или бензойной кислотой и ее солями.
Объектом настоящего изобретения, также является применение смесей согласно изобретению для защиты технических материалов, косметических, фармацевтических и пищевых продуктов от повреждения и/или разрушения их микроорганизмами.
Ангидриды карбоновых кислот формулы (I), а также смеси согласно изобретению также замечательно годятся для консервирования хлеба. Для этого хлеб после выпечки опрыскивают ангидридами карбоновых кислот формулы (I) или смесью согласно изобретению в форме надлежащей композиции, предпочтительно - водного или спиртового раствора.
Смеси согласно изобретению в общем случае содержат по меньшей мере один ангидрид карбоновой кислоты формулы (I) и по меньшей мере еще одно антимикробное действующее вещество в соотношении от 1: 100 до 100:1, предпочтительно от 1:10 до 10:1, а особо предпочтительно в соотношении 1:1.
Смеси согласно изобретению в общем случае применяют в количестве от 1 до 100000 частей на млн, предпочтительно в количестве 10-10000 частей на млн, особо предпочтительно в количестве от 50 до 5000 частей на млн, а крайне предпочтительно в количестве от 100 до 2000 частей на млн от подлежащего консервации средства.
Смеси согласно изобретению вводят в подлежащие консервации среды, например, непосредственно или добавляют насосами-дозаторами. Смеси согласно изобретению можно при этом добавлять в подлежащий защите продукт в виде чистых веществ или в форме композиций. Такие композиции, кроме компонентов смеси, содержат еще один или несколько растворителей и/или вспомогательных рецептурных средств. В качестве растворителей и вспомогательных рецептурных средств можно использовать вышеупомянутые соединения. Растворители и вспомогательные рецептурные средства применяют в обычных для этих веществ количествах.
Нижеследующие примеры поясняют предмет изобретения, причем изобретение, однако, не ограничено примерами.
Пример 1
В каждом случае освежающие напитки засевали указанными микроорганизмами. Концентрацию действующего вещества, необходимую для обеззараживания напитков, определяли с помощью экспериментов по уничтожению микробов.
Питательные среды: агар с апельсиновым соком для дрожжей (фирма Oxoid CM 657)
Вещества: Используемые вещества применяли либо в неразбавленном виде, либо в виде растворов в этаноле или бутаноле (например, 2,0 об./об.%). Диметилдикарбонат, бензоат натрия, сорбат калия, ангидрид сорбиновой кислоты и ангидрид бензойной кислоты синтезировали известными методами или приобретали в торговле. В каждом случае применяли свежие растворы (алкоголиз).
Оборудование: Флаконы для тканевых культур емкостью 50 мл производства фирмы Greiner, марлевые компрессы производства фирмы Holthans, счетные камеры Тома производства фирмы Brand.
Использовали только стерильные реактивы и оборудование. В иных случаях, нежели использование одноразовых стерильных изделий, необходимое оборудование и реактивы перед применением стерилизовали, проводя надлежащие мероприятия. Меры по стерилизации включали в себя тепловую обработку в сухожаровом шкафу (не менее 8 часов при температуре ок. 120°C) или в автоклаве (не менее 15 минут при температуре ок. 120°C).
Проведение экспериментов
Разлив напитков
Перед проведением эксперимента субстраты напитков разливали по флаконам для тканевых культур. Как правило, количество напитка составляло 40 мл. Разлив проводили в стерильных условиях. Также к этому моменту уже можно было ввести стойкие консерванты.
Изготовление микробной суспензии
2
Культуры в оптимальной степени роста (во флаконах для культивации тканей Greiner; 50 мл, 25 см или в пробирках с косым агаром) смачивали раствором NaCl в количестве до 30 мл (в зависимости от тестового микроорганизма, в ряде случаев - с добавлением примерно 3 капель Tween 80), промывали или подвергали интенсивной откатке с помощью стеклянных шариков (в зависимости от микроорганизма) и при необходимости фильтровали. В качестве альтернативы возможно также применение жидких культур. Ориентировочное определение числа микроорганизмов возможно с применением микроскопа и камеры Тома. Точный подсчет микроорганизмов в использованном растворе проводили по методу Коха (разлив по питательным пластинам).
Добавление микробной суспензии
В зависимости от заданного посева микробов (например, 50-500 бактерий/мл субстрата) в пробу добавляли соответствующие объемы микробного раствора (исходного или разбавленного) и перемешивали, интенсивно встряхивая пробу.
Добавление действующих веществ
Затем добавляли дозы действующего вещества, в виде чистого вещества или как соответствующий спиртовой раствор или суспензию (в случае диметилдикарбоната или ангидридов карбоновых кислот). Образцы сразу же перемешивали, интенсивно встряхивая их в течение 20 секунд.
Хранение
Образцы напитков хранили при температуре роста 26°C±2°C.
Оценка результатов
На заражение указывает помутнение исходно прозрачных напитков. В случае исходно мутных напитков, содержащих фруктовую мякоть, визуальная оценка была возможна лишь в ограниченной степени. Поэтому для оценки в этом случае проводили определение числа микроорганизмов на агаре.
Пример 2
Эксперименты проводили так, как это указано в Примере 1.
Таблица 2
Эффективность ангидрида сорбиновой кислоты против Saccharomyces cerevisiae в яблочном соке
ангидрид сорбиновой кислоты 50, 100, 250 мг/л
Вещества:
диметилдикарбонат 250 мг/л
бензоат натрия 177 мг/л
Тестовый микроорганизм:
Saccharomyces cerevisiae
Субстрат:
Яблочный сок
Влияние исследуемых веществ на эффективность по прошествии 24-часового периода контакта при 20°C
Посев микробов на мл субстрата: 56000 КОЕ/мл
Число микробов через 24 ч (двойное определение)
Визуальная оценка через 4 недели
Контроль (без действующего вещества)
1,8×10<sup>6</sup>
1,1×10<sup>6</sup>
+
диметилдикарбонат 250 мг/л
<10
<10
+
Вне соответствия изобретению
ангидрид сорбиновой кислоты 50 мг/л
<10
<10
-
ангидрид сорбиновой кислоты 100 мг/л
<10
<10
-
ангидрид сорбиновой кислоты 250 мг/л
<10
<10
-
Бензоат натрия 177 мг/л
1,3×10<sup>5</sup>
1,1×10<sup>5</sup>
+
Вне соответствия изобретению
Пример 3
Эксперименты проводили так, как это указано в Примере 1.
Таблица 3
Эффективность ангидрида сорбиновой кислоты против смеси дрожжей в яблочном соке
ангидрид сорбиновой кислоты 50, 100, 250 мг/л
Вещества:
диметилдикарбонат 250 мг/л
бензоат натрия 177 мг/л
Тестовый микроорганизм: Смесь различных дрожжей, обладающих неблагоприятным действием, с линии разлива напитков.
Субстрат:
Яблочный сок
Влияние исследуемых веществ на эффективность по прошествии 24-часового периода контакта при 20°C
Посев микробов на мл субстрата:
56000 КОЕ/мл
Число микробов через 24 ч (двойное определение)
Визуальная оценка через 4 недели
Контроль (без действующего вещества)
6,6×10<sup>6</sup>
8,1×10<sup>6</sup>
+
диметилдикарбонат 250 мг/л
6,8×10<sup>6</sup>
5,7×10<sup>6</sup>
+
Вне соответствия изобретению
ангидрид сорбиновой кислоты 50 мг/л
2,6×10<sup>5</sup>
1,8×10<sup>5</sup>
+
ангидрид сорбиновой кислоты 100 мг/л
9,2×10<sup>4</sup>
9,4×10<sup>4</sup>
+
ангидрид сорбиновой кислоты 250 мг/л
985
1080
-
Бензоат натрия 177 мг/л
1,3×10<sup>5</sup>
1,1×10<sup>5</sup>
+
Вне соответствия изобретению