Diese Patentanmeldung beansprucht den Vorteil von a) der US-Patentanmeldung Nr. 10/460,769, eingereicht am 12. Juni 2003 mit dem Titel Antimikrobielle Salzlösungen für Nahrungsmittelsicherheitsanwendungen und b) vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/636,337, eingereicht am 15. Dezember 2004 mit dem Titel Antimikrobielles Salz und Lösungen und c) vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/637,674, eingereicht am 16. Dezember 2004 mit dem Titel Antimikrobielles Salz und Lösungen. Jede dieser Patentanmeldungen wird hiermit vollinhaltlich in den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf salzhaltige Formulierungen, die eine antimikrobielle Aktivität aufweisen, und daraus hergestellte antimikrobielle Lösungen. Aspekte der Erfindung sind von besonderem Nutzen in Verbindung mit der Wasserenthärtung und anderen Anwendungen, bei denen Ionen in einer Lösung entfernt oder ausgetauscht werden sollen.

So genanntes „hartes" Wasser enthält einen Überschuss an Mineralsalzen, z.B. Calcium- und Magnesiumsalzen. Eine Vielzahl verschiedener Techniken ist zum Entfernen oder Austauschen von Ionen dieser Mineralsalze angewendet worden, um das Wasser zu „enthärten". Diese Techniken umfassen Destillation, Zugabe von Wasser enthärtenden Verbindungen zum Wasser, Membranfiltrierung und Ionenaustausch, z.B. Kationenaustausch. Eine auf Ionenaustausch basierende Wasserenthärtung wird bei einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt und ist besonders verbreitet unter Wasserenthärtungssystemen im kleinen Maßstab, die zur Behandlung von Wasser, das in Einzelheime kommt, eingesetzt werden. Der Ionenaustausch wird auch eingesetzt, um Ionen aus Wasser und anderen Lösungen bei anderen Anwendungen zu entfernen.

Im Allgemeinen lassen nach dem Austausch arbeitende Wasserbehandlungssysteme Wasser durch ein Ionenaustauschmedium strömen, das die Ionen im Wasser gegen Substitut-Ionen austauscht, z.B. durch den Austausch von Mineralkationen gegen Kationen von Natrium oder Kalium. Dem Fachmann ist eine breit gefächerte Vielfalt solcher Medien bekannt, einschließlich Harzen, die stark oder schwach saure oder stark oder schwach basische Harze sein können, und mikroporöse Mineralien wie Zeolithe. So schlägt zum Beispiel die US-Patenanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002/0072545 (veröffentlicht am 13. Juni 2002, und hiermit vollinhaltlich in den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen) ein synthetisches Ionenaustauschharz vor, das ein Styrol-Divinylbenzol-Copolymer oder ein Acryl-Divinylbenzol-Copolymer umfassen kann. Von Zeit zu Zeit muss ein solches Ionenaustauschmedium regeneriert werden, indem die durch Behandlung harten Wassers im Medium kumulierten Kationen gegen bevorzugte Kationen ausgetauscht werden. Dies wird gewöhnlich durch eine Zufuhr von Sole zum Ionenaustauschharz während eines typischerweise 30 Minuten dauernden Regenerationszyklus vollzogen. Nach Durchströmen des Ionenaustauschmediums wird die Sole in der Regel in die Umwelt abgeleitet.

Bakterien können auf der Oberfläche des Ionenaustauschmediums zum Anhaften gekommen sein und sich vermehren. Im Laufe der Zeit können die Bakterien einen Biofilm auf dem Medium bilden, der den Wirkungsgrad des Mediums herabsetzt. Unter bestimmten Umständen kann das Ionenaustauschmedium eine Bakterienpopulation aufweisen, die höher ist als der Bakteriengehalt des Wassers, das in das Ionenaustauschharz eintritt. Einige opportunistische und Krankheiten verursachende Bakterien, bei denen ein Gedeihen auf Ionenaustauschmedien festgestellt worden ist, können für ältere Menschen und für Menschen mit geschwächtem Immunsystem eine Gesundheitsgefährdung darstellen, wenn sie in einer signifikant ausreichenden Konzentration vorhanden sind. Als Folge hiervon haben einige europäische Länder Wasserenthärter ohne einen Mechanismus zur Desinfektion des Wassers, das vom Wasserenthärtungssystem austritt, verboten.

Ein Reduzieren der bakteriellen Kontaminierung von Ionenaustauschmedien durch eine Zufuhr antimikrobakterieller Mittel zum Harz führt eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich. Calciumhypochlorit ist kostengünstig und wird allgemein als hochwirksames antimikrobakterielles Mittel von Nutzen bei einer Vielzahl von Anwendungen betrachtet. Leider ist aber Calciumhypochlorit dafür bekannt, dass es die Nutzungsdauer vieler gewöhnlicher Ionenaustauschharze verringert, und die Hersteller solcher Harze warnen vor deren Verwendung. Eine Vielfalt von anderen üblichen antimikrobakteriellen Mitteln ist wegen Gesundheitsbelangen und/oder sensorischer Verschlechterung, z.B. nachteilige Auswirkung auf Geschmack oder Geruch des behandelten Wassers, schlecht geeignet für Anwendungen, bei denen sie eingenommen werden, wie bei der Enthärtung von Trinkwasser. Ein entsprechendes Spülen des Harzes vor der Wiederverwendung kann diese Auswirkungen mildern, aber die Verbraucher können sich weiterhin weigern, Ansätze anzunehmen, bei denen Chemikalien eingesetzt werden, die sie für unerwünscht halten. Noch andere bekannte antimikrobakterielle Mittel sind aus Kostengründen unvertretbar oder stellen bei der Abfallentsorgung eine Umweltherausforderung dar.

1 ist eine schematische Übersicht eines Wasserenthärtungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Salz ist in Wasserenthärtungssystemen zur Regenerierung von Ionenaustauschmedien verwendet worden. Säuren und Netzmittel sind als antibakterielle Mittel bei anderen Anwendungen verwendet worden. Nun ist jedoch festgestellt worden, dass anorganische Salze synergistisch mit Säuren- und Netzmittelbestandteilen wirken, um eine signifikante und unerwartete Erhöhung ihrer antibakteriellen Wirkung bereitzustellen. Genauer ausgedrückt, haben einleitende Versuche eine unerwartete, synergistische Wirkung zwischen einem Natriumchlorid und einem Säure/SLS (Natriumlaurylsulfat) enthaltenden antimikrobiellen Zusatzstoff aufgedeckt. Versuche wurden wiederholt, um festzustellen, ob diese Wirkung signifikant war. Es wurden auch Lösungen zubereitet, die eine identische Konzentration von Säure und SLS aber kein Natriumchlorid enthielten. Ergebnisse von diesen Versuchen, die mit mehrfacher Wiederholung durchgeführt worden sind, zeigen, dass Salzformulierungen, die SLS und entweder Zitronensäure oder Apfelsäure umfassen, nach 30 Minuten viel weniger lebende Mikroorganismen erbrachten als entweder pures NaCl oder salzfreie Zusammensetzungen von gleichen Mengen an SLS und Zitronen- oder Apfelsäure. Weitere Versuche deuten darauf hin, dass die Kombination von mindestens ausgewählten anorganischen Salzen mit Netzmitteln im Vergleich zu entweder nur Salz oder Netzmittel allein auch überraschende Steigerungen der Abtötungsmengen von Bakterien mit sich führen kann.

Aspekte der Erfindung, die hierin beschrieben sind, stellen verschiedenartige antimikrobielle Zusatzstoffe für eine Solelösung, salzhaltige Formulierungen und Lösungen und Wasserenthärtungssysteme bereit. Eine Ausführungsform der Erfindung stellt eine Mischung von einem Salz, wie Natriumchlorid, und einer Säure und einem Netzmittel, wie Natriumlaurylsulfat bereit. Geeignete Säuren umfassen Zitronen-, Apfel-, Essig-, Propion-, Milch-, Benzoe-, Ascorbin-, Isoascorbin-, Sorbin-, Phosphor-, Salz-, Apfel-, Wein-, Adipin-, Bernstein-, Glutar-, Salicyl- und Schwefelsäure ebenso wie Natriumbisulfat. Das Salz kann ausgewählt werden aus anorganischen Salzen, umfassend die Chlorid-, Sulfat-, Nitrat-, Phosphat-, Carbonat- und Hydroxidsalze von Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Eisen und Ammonium. Geeignete Netzmittel umfassen Natriumlaurylsulfat, lineare Alkylbenzolsulfonate, Alkoholsulfate, &agr;-Olefinsulfonate, Alkoholethoxylate, Nonylphenylethoxylate, Alkylpolyglucoside, Fettsäurealkanamide, Fettsäureaminoxide, Natriumdioctylsulfosuccinat, Dodecylbenzolsulfonsäure und deren Salze, das Natriumsalz von sulfonierter Oleinsäure, Natriumdodecylbenzolsulfonat und Dodecyldiphenyloxiddisulfonsäure und deren Salze.

Wie hierin verwendet, bezeichnet eine „lebensmittelechte" Substanz, z.B. „lebensmittelechtes" Netzmittel, eine Substanz, die ungefährlich für den menschlichen Verbrauch in der Menge ist, die anzunehmenderweise in Wasser (zum Beispiel) vorkommt, das in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung behandelt worden ist. Obwohl eine „lebensmittelechte" Substanz von der US Food and Drug Administration als „generally recognized as safe" (im Allgemeinen als sicher betrachtet) (GRAS) klassifiziert sein kann, sind viele lebensmittelechte Substanzen nicht GRAS-konform, und deren Anwendung in einigen Anwendungen mit Bezug zu Nahrungsmitteln kann in einigen Ländern weiterer behördlicher Genehmigung bedürfen.

In 1 ist ein Wasserenthärtungssystem entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Das Wasserenthärtungssystem 10 weist im Allgemeinen einen Ionenaustauschtank 20, einen Behälter 30 für Regenerierungslösung und einen Behälter 40 für ein antimikrobielles Mittel auf. Ein Regler 50 kann operativ einem oder mehreren Ventilen 52 (in 1 mit 52a, 52b und 52cbezeichnet) zugeschaltet sein, um den Betrieb des Wasserenthärtungssystems 10 zu steuern und regeln.

Der Ionenaustauschtank 20 umfasst ein Ionenaustauschmedium 22 auf, durch das Wasser zur Behandlung strömt. Jedes dem Fachmann bekannte geeignete Ionenaustauschmedium, einschließlich Ionenaustauschharzen und geeigneten mineralbasierten Medien, wie Zeolithen, kann verwendet werden. Bei normalem Betriebsablauf wird das zugeführte Wasser, z.B. Wasser von einem öffentlichen Wasserleitungsnetz, vom Ventil 52b in den Ionenaustauschtank 20 geleitet. Behandeltes oder „enthärtetes" Wasser, das den Ionenaustauschtank 20 verlässt, kann durch das Ventil 52a geleitet werden, um enthärtetes Wasser zur Verwendung, z.B. als Trinkwasser oder für Haushaltzwecke, bereitzustellen.

Von Zeit zu Zeit kann es notwendig sein, das Ionenaustauschmedium 22 zu regenerieren, indem angesammelte Ionen, die aus dem zugeführten Wasser entfernt worden sind, gegen Ersatzionen, wie Natrium- oder Kaliumionen, ausgetauscht werden. Der Regler 50 kann so programmiert sein, dass er einen Regenerierzyklus in festen Zeitabständen oder nach jeder anderen geeigneten Vorgabe einleitet; im Handel ist eine Vielfalt von programmierbaren Reglern 50 für den Einsatz in Wasserenthärtungssystemen 10 erhältlich. Zu Beginn eines Regenerierzyklus kann das Ventil 52b auf Wasserzufuhr in eine Bypassleitung 54 für Zuleitung zum ersten Ventil 52a umgestellt werden. Während des Regenerierungszyklus kann das Ventil 52a dieses Bypasswasser in die Leitung leiten, die konventionell für die Ausgabe von enthärtetem Wasser benutzt wird. In dieser Konfiguration kann das zweite Ventil 52b auch die Flüssigkeit vom Regenerierungslösungsbehälter 30 in den Ionenaustauschtank 20 leiten. (Jedes der Ventile 52 kann aus einem Einzelventil oder einer Ventilgruppe bestehen.) Die durch den Ionenaustauschtank 20 strömende Lösung kann danach vom ersten Ventil 52 in den Abfluss, z.B. zur Entsorgung in die Umgebung, abgezweigt werden.

Der Regenerierungslösungsbehälter 30 kann eine fertige Zufuhr einer Regenerierungslösung 34 umfassen, die eine aufgelöste Fraktion einer salzbasierten Formulierung entsprechend anderen Ausführungsformen der Erfindung oder ein konventionelles Wasserenthärtungssalz umfassen kann. Die Salzformulierung kann in Form von Pellets 32 oder einer anderen Teilchenform, wie von einer großen, dicken Schicht abgebrochene Stücke, bereitgestellt werden. Die Lösung 34 macht gewöhnlich 10 Gewichtsprozent des Salzes aus.

Das Wasserenthärtungssystem 10 gemäß 1 umfasst auch einen Behälter 40 für ein antibakterielles Mittel, der eine antimikrobielle Lösung 44 enthält. Die antimikrobielle Lösung 44 kann Wasser umfassen, in dem ein Teil der Pellets 42 oder ein Block einer wasserlöslichen antimikrobiellen Formulierung in Übereinstimmung mit ausgewählten Ausführungsformen gelöst ist. Eine Menge der antimikrobiellen Lösung 44 kann während der Regenerierung an den Ionenaustauschtank 20 ausgegeben werden. In der schematischen Darstellung gemäß 1 würde der Regler 50 das Ventil 52c für eine Ausgabe von antimikrobieller Lösung 44 an den Regenerierungslösungsbehälter 30 öffnen. Diese antimikrobielle Lösung 44 kann sich mit der Regenerierungslösung 34 für Ausgabe an den Ionenaustauschtank 20 vermischen. Alternativ kann die antimikrobielle Lösung 44 am Regenerierungslösungsbehälter 30 vorbei geleitet werden, z.B. indem sie dem zweiten Regelventil 52b zugeleitet wird. Alternativ können die Regenerierungslösung 34 und die antimikrobielle Lösung 44 sequentiell anstatt zusammen an den Ionenaustauschtank 20 ausgegeben werden und diesen durchströmen. Zum Beispiel kann die antimikrobielle Lösung 44 an den Tank 20 geliefert werden, und dieser folgt dann unmittelbar oder zu einem späteren Zeitpunkt die Regenerierungslösung 34.

Nachdem die Regenerierungslösung 34 und/oder antimikrobielle Lösung 44 durch das Ionenaustauschmedium 22 geströmt ist, können die Ventile 52a–c in ihre erste Konfiguration zurück gestellt werden, und der Betrieb kann zum Normalablauf zurückkehren, d.h. mit zugeführtem Wasser, das durch den Ionenaustauschtank 20 strömt, der enthärtetes Wasser zur Verwendung ausgibt.

Wesentliche Konzentrationen von Salz machen antimikrobielle Salzformulierungen und -lösungen in Ausführungsformen der Erfindung vorzüglich geeignet für eine Vielfalt von Anwendungen, umfassend die Anwendung in regenerierenden Ionenaustauschmedien, wie solche, die in Wasserenthärtungssystemen eingesetzt werden. Zum einfacheren Verständnis nimmt die folgende Diskussion Bezug auf das in 1 dargestellte Wasserenthärtungssystem 10. Antimikrobielle Formulierungen und Lösungen in Übereinstimmung mit Aspekten der Erfindung können im Wasserenthärtungssystem 10 angewendet werden, eignen sich aber auch vorzüglich für eine Anwendung in konventionellen Wasserenthärtungssystemen und in anderen auf einer Ionenaustauschbehandlung basierten Systemen. Ferner sind sie, obwohl die folgende Diskussion auf die Anwendung antimikrobieller Salzformulierungen und -lösungen für eine solche Regenerierung konzentriert ist, auch nützlich für andere Zwecke, wie in der Behandlung gekühlter Sole bei Fleisch- und anderen lebensmittelechten Anwendungen.

Eine anwendbare Formulierung enthält etwa 25–25.000 ppm Netzmittel, etwa 0,1–25 Gewichtsprozent (Gew.-%) Säure und etwa 72,5–99,9 Gew.-% Salz. Diese Formulierung kann in Wasser im Regenerierungslösungsbehälter 30 gelöst werden, um eine Regenerierungslösung zu bilden, deren Konzentration im Bereich von etwa 1 Gew.-% Gesamtfeststoffgehalt (d.h. etwa 1 Gew.-% der salzhaltigen Formulierung) bis zum Sättigungspunkt beträgt. Die in Ionenaustauschmedien verwendeten Solelösungen weisen gewöhnlich eine Salzkonzentration von etwa 10 Gew.-% auf; bei Regenerierungslösungen mit etwa 8–11 Gew.-% einer antimikrobiellen Salzformulierung gemäß der Erfindung ist eine einwandfreie Funktion für den gleichen Zweck zu erwarten.

Geeignete Netzmittel umfassen Natriumlaurylsulfat (SLS), lineare Alkylbenzolsulfonate, Alkoholsulfate, &agr;-Olefinsulfonate, Alkoholethoxylate, Nonylphenylethoxylate, Alkylpolyglucoside, Fettsäurealkanamide, Fettsäureaminoxide, Natriumdioctylsulfosuccinat, Dodecylbenzolsulfonsäure und deren Salze. Das Natriumsalz von sulfonierter Oleinsäure, Natriumdodecylbenzolsulfonat und Dodecyldiphenyloxiddisulfonsäure und deren Salze können ebenfalls als Netzmittel verwendet werden. In einer Ausführungsform ist das Netzmittel löslich in einer konzentrierten wässrigen Salzlösung, z.B. einer wässrigen Lösung enthaltend 10 Gew.-% oder mehr des in der Formulierung verwendeten Salzes. Salzbasierte Formulierungen in Übereinstimmung mit Aspekten der Erfindung können etwa 50–25.000 ppm von mindestens einem, möglicherweise zwei oder mehr dieser Netzmittel enthalten. SLS in einer Menge von etwa 100–1000 ppm, z.B. etwa 100–500 ppm, wird als besonders geeignet für die Regenerierung von Ionenaustauschmedien betrachtet.

Antimikrobielle Salzformulierungen in Aspekten der Erfindung umfassen auch etwa 0,3–25 Gew.-% von mindestens einer Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zitronen-, Apfel-, Essig-, Propion-, Milch-, Benzoe-, Ascorbin-, Isoascorbin-, Sorbin-, Phosphor-, Salz-, Salpeter-, Apfel-, Wein-, Adipin-, Bernstein-, Glutar-, Salicyl- und Schwefelsäure ebenso wie Natriumbisulfat. Von diesen werden Zitronen- und Apfelsäure allgemein bevorzugt, mit einem Gehalt von etwa 0,4–6 Gew.-%, z.B. etwa 0,5–2 Gew.-%, die eine einwandfreie Funktion bei einer Vielfalt von Anwendungen erwarten lassen.

Die Restmenge, z.B. etwa 75–99,7 Gew.-%, der antimikrobiellen Salzformulierungen kann mindestens ein anorganisches Salz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natrium-, Kalium-, Magnesium-, Calcium-, Eisen- und Ammoniumsalzen von Chlorid, Sulfat, Nitrat, Phosphat, Carbonat und Hydroxid umfassen. Salze einwertiger Kationen können mehr erwünscht sein als mehrwertige Kationensalze, wobei Calcium- und Kaliumsalze, z.B.

NaCl und KCl, im Allgemeinen bevorzugt werden. Für Anwendungen mit einem Anionenaustausch sind Salze einwertiger Anionen, z.B. ein Chlorid- oder Nitratsalz, erwünscht.

In einigen Ausführungsformen kann jedoch die Restmenge der antimikrobiellen Salzformulierung mindestens einen anderen Bestandteil als das Salz umfassen. So kann die Formulierung zum Beispiel einen Duftstoff zur Verbesserung des Geruchs der Regenerierungslösung 34 im Regenerierungslösungsbehälter 30 umfassen.

Wie nachstehend im Zusammenhang mit den Werten in den Tabellen 1 bis 11 erläutert, deuten die Versuche darauf hin, dass mindestens bestimmte Netzmittel-Salz-Kombinationen als ein wesentlich effizienteres antimikrobielles Mittel funktionieren können als entweder das Salz oder das Netzmittel allein.

Formulierungen gemäß der Erfindung können in einer Vielfalt von Formen bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform sind die Formulierungen gemischt, um eine relativ homogene Mischung zu ergeben, und diese Mischung wird zu Pellets von einer geeigneten Größe verpresst. Vorgänge und Geräte zur Pelletierung von Wasserenthärtungssalz sind dem Fachmann bekannt und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung. Die Formulierungen können stattdessen zwecks einfacherer Lagerung und Handhabung zu größeren Blöcken verpresst werden. Wie dem Fachmann ebenfalls bekannt, kann die Formulierung als große, dicke Schicht geformt und in Stücke von geeigneter Größe gebrochen werden. Falls erwünscht, können die Bestandteile der Formulierung trocken vermischt und zu einer Schicht gepresst werden, oder die Schicht kann durch Vermischen der Bestandteile mit einem Lösungsmittel und Trocknen geformt werden.

Wie vorstehend angegeben, stellt eine Ausführungsform der Erfindung ein Wasserenthärtungssystem 10 bereit, das einen Regenerierungslösungsbehälter 30 und einen Behälter für das antimikrobielle Mittel 40 umfasst. In einer Ausführungsform können die Pellets 32 im Regenerierungslösungsbehälter 30 eine Formulierung entsprechend Ausführungsformen der Erfindung aufweisen, und die antimikrobielle Lösung 44 kann im entweder nur intermittierend oder nach Bedarf arbeitenden Regenerierungszyklus verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform können die Pellets 32 ein konventionelles Wasserenthärtungssalz umfassen. In beiden dieser Ausführungsformen können die Pellets 42 des antimikrobiellen Mittels mindestens eine der Säuren und/oder mindestens eines der Netzmittel aus obigen Aufzählungen umfassen, allerdings in höherer Konzentration als bei den vorher genannten Ausführungsformen. Die Konzentration von Säure und Netzmittel in den Pellets 42 kann so gewählt werden, dass die Kombination von Regenerierungslösung 34 und antimikrobieller Lösung 44 in gewünschten Proportionen eine Konzentration von Salz, Säure und Netzmittel ergibt, die analog zu den Lösungen, die mit den vorstehend umrissenen Formulierungen hergestellt werden.

In einer besonderen Ausführungsform umfasst die antimikrobielle Formulierung 42 im Behälter 40 für antimikrobielle Lösung etwa 20–35 Gew.-% Säure in Lebensmittelqualität, z.B. Zitronen- oder Apfelsäure, und etwa 0,1–1 Gew.-% eines Netzmittels in Lebensmittelqualität; eine beispielhafte Formulierung umfasst etwa 25–30 Gew.-%, z.B. etwa 28 Gew.-%, Zitronensäure und etwa 0,4 Gew.-% SLS. Die Restmenge der antimikrobiellen Formulierung 42 kann ein anorganisches Salz umfassen. Falls für notwendig gehalten, kann die antimikrobielle Formulierung 42 auch ein Verkapselungsmittel oder einen anderen Zusatzstoff enthalten, der das Lösen der Formulierung auf eine gewünschte Geschwindigkeit verlangsamen kann. Bei einer alternativen Herangehensweise, die von Vorteil für konventionelle Wasserenthärtungssysteme ist, die keinen separaten Behälter 40 für das antimikrobielle Mittel umfassen, können ein Block oder Pellets 42 einer solchen stärker konzentrierten antimikrobiellen Formulierung 42 direkt in den Regenerierungslösungsbehälter 30 mit konventionellen Salzpellets, z.B. handelsüblichem Wasserenthärtungssalz, gegeben werden. In einer veranschaulichenden Ausführungsform kann ein 1-Ib-Block der antimikrobiellen Formulierung dem Regenerierungslösungsbehälter 30 bei jedem Auffüllen von Salzpellets 32 zugefügt werden.

In einer anderen Ausführungsform kann die antimikrobielle Lösung 44 eine Säure und ein Netzmittel umfassen, jedoch nur wenig oder kein zugefügtes Salz. Eine Säure-Netzmittel-Formulierung in dieser Ausführungsform kann zu Pellets 42 oder einem Block geformt werden und im Behälter für antimikrobielles Mittel gehalten werden, um mit zugefügtem Wasser eine wässrige Lösung zu bilden. Alternativ kann die Formulierung flüssige Form anstelle von Feststoff-Pellets 42 oder dergleichen haben. Diese Flüssigkeit kann ein Konzentrat enthalten, das mit zugefügtem Wasser im Behälter 40 vermischt wird, oder sie kann in gewünschter Konzentration für Zugabe im Regenerierungslösungsbehälter 30 bereitgestellt werden, oder sie kann, wie vorstehend beschrieben, direkt in den Ionenaustauschtank 20 gegeben werden. Eine beispielhafte Zusammensetzung enthält etwa 5 Gew.-% einer Säure, z.B. Zitronen- oder Apfelsäure, und etwa 700 ppm eines Netzmittels, z.B. SLS, und etwa eine Achtel Gallone kann dem Ionenaustauschmedium 22 (entweder direkt oder mit der Regenerierungslösung 34) in einen Regenerierungszyklus für das Medium 22 zugefügt werden.

Frühe Durchmusterungsversuche haben angedeutet, dass eine unerwartete synergistische Wirkung zwischen Natriumchlorid und einem antibakteriellen Säure/SLS enthaltenden Zusatzstoff besteht. Versuche wurden wiederholt, um festzustellen, ob diese Wirkung statistisch signifikant ist. Zehn Gewichtsprozent Lösungen wurden aus einer Formulierung von 0,6 Gew.-% Zitronen- oder Apfelsäure, 100 ppm SLS und 99,4 Gew.-% Natriumchlorid zubereitet. Es wurden auch Lösungen zubereitet, die eine identische Konzentration von Säure und SLS aufwiesen, aber kein Natriumchlorid enthielten. Eine Bakterienkultursuspension (Escherichia coli ATCC 11229), die während 24 hin Herz-Hirn-Bouillon (BHI) inkubiert worden war und eine Inoculum-Eingangszahl von etwa 10⁹ CFU/ml aufwies, wurde seriell in kaltem phosphatgepufferten Wasser nach Butterfield (BPBW) auf 10⁵ CFU/ml verdünnt. Ein 1,0-ml-Aliquot dieser Suspension wurde zu 100 ml Prüflösung bei Raumtemperatur gegeben und gut durchgemischt, was ein Eingangsinoculum von 10³ CFU/ml ergab. Nach 30 Minuten wurden die E. coli-Populationen durch Ausplattieren auf Trypton-Soja-Agar (TSA) ausgezählt, wobei serielle Verdünnungen nach Bedarf in BPBW vorgenommen wurden. Die Platten wurden während 24 h bei 35 ± 0,2°C inkubiert. Danach wurden die Kolonien gezählt und mit den Inoculum-Eingangszahlen verglichen. Die Ergebnisse dieser Versuche, die mit 16 Wiederholungen jeder Versuchslösung durchgeführt wurden, gehen aus Tabelle 1 hervor. Tabelle 1: Wirksamkeit von Säure-SLS-Lösungen mit und ohne Salz bei E. coli Versuchslösung Durchschnittliche E. coli-Konz. (CFU/ml) Zitronensäure, SLS, mit Salz 540 Zitronensäure, SLS, ohne Salz 1054 Apfelsäure, SLS, mit Salz 141 Apfelsäure, SLS, ohne Salz 2419

Bei sowohl Zitronensäure-SLS- als auch Apfelsäure-SLS-Zusatzstoffen ist die Anzahl lebender Bakterien nach 30 Minuten erheblich geringer, wenn Salz vorhanden ist, als wenn kein Salz vorhanden ist. Eine Analyse der Werte deutet auf eine statistisch signifikante Zunahme der Abtötung bei der Anwesenheit von Salz (p < 0,05) hin. Im Gegensatz ergibt eine 10-prozentige Lösung von reinem Natriumchlorid keine signifikante Abtötung der Versuchsmikroorganismen.

Während der vorhergehende Versuch in entionisiertem Wasser durchgeführt worden war, wurden die Versuche, auf die sich die Tabellen 2 und 3 beziehen, in hartem Wasser durchgeführt, um die tatsächlichen Betriebsbedingungen einer Wasserenthärtungsanwendung besser nachzuahmen. Im Allgemeinen ist die antibakterielle Wirksamkeit der Formulierungen in hartem Wasser markant geringer, da höhere Säure- und/oder Netzmittelgehalte zum Erreichen des gleichen Wirkungsgrades erforderlich sind. Formulierungen, die Natriumlaurylsulfat und entweder Zitronen- oder Apfelsäure enthalten, waren dennoch wirksam bei der Abtötung, sowohl gramnegativer als auch grampositiver Bakterien.

Versuchswiederholungen wurden mit Formulierungen durchgeführt, die Natriumlaurylsulfat und entweder Zitronen- oder Apfelsäure enthielten, um den Gehalt an Säure und/oder Netzmittel herauszufinden, der zur gleich bleibenden Bereitstellung einer Abtötungsrate von mindestens etwa 65 % und bevorzugt mindestens etwa 90 % bei den stärker resistenten gramnegativen Bakterien, E. coli, erforderlich ist. Salzformulierungen, die mindestens etwa 100 ppm SLS enthielten, wurden als wirksamer betrachtet als Formulierungen mit niedrigeren SLS-Mengen. SLS verursacht eine geringe Menge von Schaumbildung in gesättigter Sole. Andere handelsübliche Netzmittel (wie Triton QS44, erhältlich bei The Dow Chemical Company of Midland, Michigan, USA), können das Natriumlaurylsulfat substituieren, um eine Schaumbildung zu vermeiden, aber viele dieser Netzmittel sind (im Unterschied zu SLS) möglicherweise nicht lebensmittelecht und können Umweltsorgen hervorrufen. Eine Zusammenfassung der Leistungen der Formulierungen, die 100 ppm Natriumlaurylsulfat und variierende Mengen Zitronen- oder Apfelsäure enthalten, bietet Tabelle 2, wobei die Versuche C1-C10 mit der jeweils angegebenen Zitronensäurenkonzentration und die Versuche M1-M5 mit Apfelsäure anstelle von Zitronensäure durchgeführt wurden. (Es sei betont: die SLS- und Säurenkonzentrationen beziehen sich auf die salzhaltige Formulierung und nicht auf die aus der Formulierung resultierenden Lösung.)

• * Die Anzahl der Wiederholungen bei einem vorgegebenen Versuch ist in Klammern angegeben.

S. aureus wurde auf eine Weise gezüchtet, die direkt analog zur vorstehend beschriebenen Züchtung von E. coli ist, mit der Ausnahme, dass die Platten mit S. aureus für etwa 48 h anstelle von 24 h inkubiert wurden. Die Ergebnisse der Versuche mit S. aureus sind in Tabelle 3 dargestellt, in welcher die Versuchsreihen C1-C3 den angegebenen Zitronensäuregehalt in der salzbasierten Formulierung wiedergeben und die Versuchsreihen M1 und M2 Apfelsäure anstelle von Zitronensäure verwenden. (Die getesteten Formulierungen waren im Allgemeinen gegenüber S. aureus effizienter als gegenüber E. coli, weshalb mit S. aureus weniger Versuchswiederholungen durchgeführt wurden.)

• *Die Anzahl der Wiederholungen bei einem vorgegebenen Versuch ist in Klammern angegeben.

Gestützt auf die Ergebnisse gemäß den Tabellen 2 und 3 ergibt eine Salzformulierung, enthaltend etwa 100 ppm Natriumlaurylsulfat, etwa 0,6 Gew.-% Zitronensäure oder Apfelsäure und etwa 99,4 Gew.-% Salz, eine signifikante Herabsetzung (z.B. eine mindestens 65 %ige Reduzierung) sowohl der gramnegativen als auch der grampositiven Bakterienpopulationen. Eine geringfügige Erhöhung des Säuregehalts auf etwa 0,7 Gew.-% bewirkte eine gleichbleibende Abtötung von mindestens etwa 90 % sowohl der gramnegativen als auch der grampositiven Bakterien. In der Tat bewirkten die 0,7-Gew.-%-Säure-Formulierungen eine gleichbleibende Abtötung von etwa 95 % oder mehr der getesteten gramnegativen Bakterien und regelmäßig eine Abtötung von mindestens etwa 99 % dieser Bakterien.

Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen zusätzlich die synergistischen und unerwarteten Ergebnisse, die mit einer Kombination von Säure/Netzmittel und Salz erzielt wurden. Es wurde ein Versuch durchgeführt, um zu bestimmen, ob Natriumchlorid, Natriumlaurylsulfat und verschiedene andere Säuren enthaltende Lösungen eine Abtötung von L. monocytogenes bei niedrigen Temperaturen bewirken würden. Es wurde das nachfolgende Testverfahren verwendet: Eine Bakterienkultursuspension (L. monocytogenes H2446 [CDC Global Standard]; Scott A-Serotyp 4b; 12243-Serotyp 1/2a; und ein frisch zubereitetes Isolat aus einer Fleisch- und Hühnerverarbeitung, WP4), die mindestens 5 Tage lang in BHI-Bouillon inkubiert worden war und eine Inoculum-Eingangszahl von etwa 10⁹ CFU/ml aufwies, wurde seriell in kaltem BPBW auf 10⁵ CFU/ml verdünnt. Ein 1,0 ml-Aliquot dieser Suspension wurde zu 100 ml kalter (–7°C + 2°C) Versuchslösung gegeben und gut durchgemischt, so dass ein Eingangsinoculum von 10³ CFU/ml bereitgestellt wurde. Die Testlösungen wurden bei –7°C + 2°C während der Dauer des Experiments inkubiert. In Intervallen von 0, 4 und 24 h wurden die L. monocytogenes-Populationen in den Testlösungen auf Modifiziertem Oxford-Agar (MOX) bestimmt. Die MOX-Platten wurden bei 35°C +/– 2°C während etwa 48 Stunden inkubiert. Danach wurden die Kolonien gezählt und mit den Inoculum-Eingangszahlen verglichen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt. Bei jeder Testlösung handelte es sich um eine 17 Gew.-%-Lösung der aufgelisteten Formulierung, welche in enthärtetem Wasser zubereitet wurde.

Bei einem anderen Versuch wurden zwei Gruppen von Lösungen getestet. Die erste Gruppe (Proben 1–12 in nachstehender Tabelle 5) wurde aus hartem Leitungswasser zubereitet und enthielt etwa 17,0 Massenprozent der identifizierten Formulierung. Diese Proben wurden mit 103 CFU/ml L. monocytogenes nach der gleichen Methode wie vorstehend beschrieben beimpft. Eine zweite Gruppe von Proben wurde aus Sole zubereitet, die einem Verarbeitungsvorgang für essfertiges Fleisch entnommen wurde. Die wieder in Umlauf gebrachte Sole war für eine Woche zur Kühlung von verpacktem Fleisch verwendet worden. Nach einwöchiger Anwendung enthält die Sole gewöhnlich verschiedene Arten von aeroben psychrotrophen und mesophilen Bakterien. Dieser Versuch diente der Feststellung, ob die Zusatzstoffe die Mikroorganismen abtöten, welche natürlich in der tatsächlichen Prozesssole einer Anlage vorkommen. Da die verbrauchten Kühlsoleproben bereits NaCl enthielten, wurde Zitronensäure und/oder SLS zugefügt, um eine wirksame Konzentration an Zusatzstoffen bereitzustellen. Eine Gruppe dieser Proben (Proben 13–17) wurde mit 103 L. monocytogenes beimpft und die andere Gruppe (Proben 18–22) enthielt nur die in der verbrauchten Kühlsole natürlich vorkommenden Organismen. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle 5 dargestellt. Die Daten deuten darauf hin, dass bei niedrigeren Säuremengen das SLS die Wirksamkeit der Mischung erhöht, während bei höheren Säuremengen SLS nicht erforderlich ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die Formulierungen in hartem Wasser wirksam sind. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Formulierungen L. monocytogenes ebenso wie die natürlich vorkommenden Mikroorganismen in verbrauchter Kühlsole einer tatsächlichen Fleischverarbeitungsanlage wirksam abtöten.

Es wurde ein Versuch durchgeführt, um zu bestimmen, ob andere Salze außer Natriumchlorid eine synergistische antimikrobielle Wirkung mit einer Säure und Natriumlaurylsulfat zeigen. Lösungen, enthaltend 0,6409 g Apfelsäure und 0,0107 g Natriumlaurylsulfat pro Liter, wurden mit und ohne 107,0 g verschiedener Salze (Zugabe auf wasserfreier Basis) zubereitet.

Die Lösungen wurden mit oben beschriebenem E. coli beimpft, und es wurde die Menge der abgetöteten Bakterien gemessen, um zu bestimmen, ob das zugegebene Salz eine Erhöhung der Wirksamkeit der aktiven Säure-/Netzmittelbestandteile verursachte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt,. Tabelle 6 Wirkung verschiedener Salze auf die antimikrobielle Aktivität von Apfelsäure/SLS Lösung (zugegebenes Salz) Abtötung von E. Coli in % Keine Salzzugabe 4,4 % Natriumsulfat 87 % Magnesiumchlorid 56 % Kaliumchlorid 18 % Natriumchlorid 78 % Kaliumsulfat 34 % Calciumchlorid 55 % Magnesiumsulfat 93 %

Durchgeführte Versuche mit Lösungen, die nur das Salz und keine anderen Bestandteile enthielten, lassen darauf schließen, dass Natriumsulfat, Kaliumchlorid und Kaliumsulfat allein keine Bakterienabtötung bewirken. Magnesiumchlorid bewirkte nur eine 61 %ige Abtötung, Calciumchlorid bewirkte eine 26 %ige Abtötung, und Magnesiumsulfat bewirkte eine 10 %ige Abtötung. Demzufolge und gestützt auf die bisher vorliegenden Werte scheinen Natriumsulfat, Natriumchlorid und Magnesiumsulfat die Wirksamkeit des antimikrobiellen Mittels Säure/Netzmittels signifikant zu steigern, obwohl die Salze selbst ein geringe Abtötung bewirkten.

Die Wirksamkeit antimikrobieller Salzformulierungen wurde gegenüber L. monocytogenes in einem Biofilm untersucht. Abschnitte aus rostfreiem Stahl (2 × 5 cm, rostfreier Stahl des Typs 302, 2B-Finish) wurden in Aceton und anschließend in einem alkalischen Reinigungsmittel und destilliertem Wasser gereinigt und dann in einem Autoklaven bei 121°C für 15 Minuten getrocknet. Eine L. monocytogenes-Kultur (Scott A-Serotyp 4b) wurde durch Beimpfung von 10 ml TSA und Inkubation über Nacht bei 35°C zubereitet. 50 ml steriles TSA + 0,6 % Hefeextrakt (YE) wurden aseptisch in sterile, konisch geformte Einwegrohre aus Kunststoff verteilt, und in jedes Rohr wurde ein Tropfen einer über Nacht angezüchteten L. mono-Kultur gegeben. Die beimpften Rohre wurden etwa 48 h lang bei 25°C inkubiert. Nachdem sich der Biofilm auf den Abschnitten gebildet hatte, wurde ein Abschnitt aseptisch aus dem Rohr entfernt und schonend mit destilliertem Wasser abgespült, um nicht-anhaftende Zellen zu entfernen. Die Abschnitte wurden danach in kalte antimikrobielle Testlösung (–6,7°C) eingetaucht und für unterschiedliche Zeitabstände (1 h, 24 h und 5 Tage) inkubiert. Nach der Inkubationsperiode wurde der Abschnitt in einem Rohr, das 40 ml steriles PBW und 10 sterile Glaskügelchen (4 mm) enthielt, 2 Minuten lang geschüttelt, um die am Biofilm des Abschnitts anhaftenden Zellen zu entfernen. Die Zellen wurden in PBW auf TSA + 0,6 % YE unter Verwendung entsprechender Verdünnungen ausplattiert und während 48 h bei 35°C inkubiert.

Die Ergebnisse mit Dreifachproben von antimikrobiellen Testlösungen sind in nachstehender Tabelle 7 angegeben. Jede Lösung enthielt 17 Gew.-% einer Formulierung mit den Anteilen Zitronensäure und SLS gemäß der Auflistung in Tabelle 7, wobei der Rest der Formulierung in jedem Fall NaCl war. Die Daten deuten darauf hin, dass antimikrobielle Salzlösungen nicht nur in der Lösung suspendierte Bakterien abtöten, sondern auch wirksam für die Abtötung von Bakterien in einem Biofilm sind.

Eine weitere Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, um die Wirksamkeit verschiedener Säuren und verschiedener Arten von Netzmitteln in den antimikrobiellen Salzformulierungen festzustellen. Bei einem Versuch wurden Testlösungen, welche 17 Gew.-% an Formulierungen enthielten, die unterschiedliche Mengen an Natriumchlorid, 100 ppm Natriumlaurylsulfat und unterschiedliche Mengen an verschiedenen Säuren enthielten, auf ihre Wirksamkeit zur Abtötung von L. monocytogenes bei niedrigen Temperaturen getestet. Es wurde das gleiche Testverfahren wie vorstehend beschrieben verwendet; Testlösungen wurden auf MOX TAL (Modifiziertes Oxford-Medium mit einer dünnen Agar-Schicht) mit TSA ausplattiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 dargestellt.

Bei einem anderen Versuch wurden Testlösungen, welche 17 Gew.-% an Formulierungen enthielt, die 99,7 % Natriumchlorid, 0,3 % Zitronensäure und 500 ppm von verschiedenen Arten von Netzmitteln enthielten, auf ihre Wirksamkeit zur Abtötung von L. monocytogenes bei niedrigen Temperaturen getestet. Es wurde das gleiche Testverfahren wie vorstehend beschrieben angewendet; Testlösungen wurden auf MOX TAL (Modifiziertes Oxford-Medium mit einer dünnen Agar-Schicht) mit TSA ausplattiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 dargestellt.

Die Daten deuten darauf hin, dass Lösungen von Salz, Säure und Netzmittel eine effiziente Abtötung von Bakterien auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt von Wasser bereitstellen. Salze wie Natriumsulfat, Natriumchlorid und Magnesiumsulfat wirken synergistisch mit der Säure und dem Netzmittel, um die antimikrobielle Wirksamkeit zu verstärken. Die Formulierungen haben sich als wirksam bei der Abtötung pathogener Bakterien wie L. monocytogenes erwiesen. Es wurde auch gezeigt, dass die Formulierungen sowohl bei frisch zubereiteten Solen als auch bei verbrauchter Prozesskühlsole aus einer Anlage zur Herstellung von essfertigem Fleisch wirksam sind. Die Mengen an Säure und Netzmittel können, um an bestimmte Anwendungen angepasst zu werden, variiert werden; eine Reduzierung der Konzentration der Säure kann kompensiert werden, indem die Konzentration des Netzmittels erhöht wird, und umgekehrt. Zusätzlich zum wirksamen Abtöten von Bakterien, die in Lösungen suspendiert sind, sind die Formulierungen nachweislich auch wirksam bei der Abtötung von Bakterien in einem Biofilm.

Es wurden weitere Versuche durchgeführt, um die antimikrobielle Wirksamkeit einer Salzformulierung zu bestimmen, welche ein Netzmittel, jedoch keine zugesetzte Säure enthält. Die Wirkung einer wässrigen Lösung, umfassend etwa 20 Gew.-% an verschiedenen Salz- und Salz/Netzmittel-Formulierungen, auf L. monocytogenes wurde auf direkt analoge Art und Weise untersucht, wie sie im Zusammenhang mit den Daten in Tabelle 4 dargelegt ist. In Tabelle 10 sind die Zusammensetzungen und die L. monocytogenes-Population (angegeben als Log der Konzentration der Bakterien) angegeben, die nach 4-stündiger Inkubation gefunden wurden. [Hinweis: Die Zusammensetzungen in den nachstehenden Tabellen 10 und 11 geben die Konzentration in Lösung, nicht im Salzkonzentrat an. Da die Lösungen 20 Gew.-% der Salzformulierung darstellen, würde die Konzentration von Netzmittel in der Salzformulierung etwa das Fünffache der in Lösung festgestellten Konzentration darstellen.]

• *Der Wert 3,90 stellt einen Mittelwert aus zwei Versuchen dar, die Werte von 3,84 bzw. 3,95 ergeben hatten.
• **Der Wert 0,85 stellt einen Mittelwert aus zwei Versuchen dar, die Werte von 0,70 bzw. 1,00 ergeben hatten.

Weitere Versuche wurden mit einer Auswahl verschiedener Netzmittel durchgeführt und zeigten, dass eine Vielzahl verschiedener Arten von Netzmitteln in Kombination mit Natriumchlorid eine starke synergistische Wirkung zeigte.

Somit können Formulierungen in anderen Ausführungsformen der Erfindung ein anorganisches Salz und mindestens etwa 200 ppm eines Netzmittels, z B. etwa 250–5000 ppm, z.B. 500–1500 ppm des Netzmittels, umfassen. Solche Formulierungen werden als besonders vorteilhaft in lebensmittelechten Anwendungen betrachtet.

Die vorstehende Beschreibung beschreibt die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen, und viele Einzelheiten sind zum Zweck der Erläuterung angegeben. Der Fachmann versteht jedoch, dass die Erfindung für zusätzliche Ausführungsformen geeignet ist, und dass einige der vorstehend genannten Details erheblich verändert werden können, ohne von den grundsätzlichen Prinzipien der Erfindung abzuweichen.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Regenerierung eines Ionenaustauschmediums, aufweisend eine Bakterienpopulation; umfassend Lösen einer Salzformulierung in Wasser zur Erzeugung einer Sole und Leiten der Sole durch das Ionenaustauschmedium während eines Regenerierungszyklus, wobei die Salzformulierung eine lebensmittelechte Säure, mindestens 100 ppm eines lebensmittelechten Netzmittels und mindestens 90 Gew.-% eines anorganischen, wasserlöslichen Salzes von Natrium, Kalium oder Natrium und Kalium umfasst, und wobei die Säure und das Netzmittel in der Sole in einer Menge vorhanden sind, die wirksam für ein Abtöten von mindestens etwa 65 % von gramnegativen Bakterien in der Bakterienpopulation als Resultat des Regenerierungszyklus ist.