Wybrane substancje biobójcze stosowane w przemyśle polimerowym

Enzymy są skutecznym środkiem bakteriobójczym. Do wytwarzania opakowań aktywnych używa się głównie lizozymu, lub laktoperoksydazy. Na aktywność enzymu wpływają takie czynniki jak: składniki żywności, pH, siła jonowa i temperatura. Siła działania lizozymu na komórki mikroorganizmów zależy również od jego postaci: denaturowanej lub natywnej. Oddziaływanie (reakcja) pomiędzy dodatnio naładowanymi resztami jego aminokwasów i ujemnie naładowanymi składnikami błon powoduje uszkodzenie błon biologicznych i śmierć komórki. Pod wpływem laktoperoksydazy dochodzi do zmian strukturalnych błony cytoplazmatycznej i wycieku jonów K+, adenozynotrójfosforanu (ATP) oraz zahamowany zostaje transport składników odżywczych, w tym glukozy i aminokwasów. Niestety, zastosowanie tego enzymu w materiałach opakowaniowych jest ograniczone, ponieważ do jego aktywacji konieczny jest nadtlenek wodoru i tiocyjaniany, występujące tylko w mleku.

Kwasy organiczne stosuje się do konserwowania żywności od wielu lat. Niektóre z nich (kwas mlekowy, propionowy lub cytrynowy) mogą tworzyć się w produkcie w wyniku fermentacji pod wpływem mikroorganizmów; inne - tj. kwas octowy, sorbowy - są wprowadzane celowo. Według opinii Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) wyżej wymienione substancje są bezpieczne i można je stosować w materiałach polimerowych jako czynniki biobójcze. Substancjami bakteriobójczymi stosowanymi w foliach jadalnych są kwasy tłuszczowe, zwłaszcza nienasycone długołańcuchowe takie jak kwas linoleinowy, linolowy, oleinowy, oleopalmitynowy, laurynowy. Stwierdzono, że na skuteczność bakteriobójczą wpływa długość łańcucha węglowego danego kwasu oraz liczba podwójnych wiązań chemicznych.

pexels-kindelmedia-83515931

Mechanizm działania bakteriobójczego kwasów organicznych polega na ich zdolności wnikania przez błony komórkowe bakterii. Cząsteczki kwasu dysocjują wewnątrz komórki, powoduje to obniżenie pH cytoplazmy do poziomu poniżej granicy tolerancji. W wyniku usuwania protonów z wnętrza komórki bakterii dochodzi do zaburzenia metabolizmu i śmierci komórki. Im mniejszy jest stopień dysocjacji kwasów, tym wyższa jest ich aktywność bakteriobójcza.

W literaturze przełomu XX i XXI w. można znaleźć wiele informacji dotyczących związków określanych mianem AMMs (Antimicrobial Macromolecules). Te polimeryczne związki zbliżają się swoją strukturą i działaniem do istniejących naturalnych białek zwalczających infekcję, tzw. (HDPs). Jednymi ze związków typu AMMs, należącymi do polimerów kationowych, są pochodne polimeryczne guanidyny lub biguanidyny, do której zalicza się poliheksametylenoguanidyna (PHMG), o szerokim spektrum działania bakteriobójczego. Pochodne PHMG znalazły zastosowanie jako środki odkażające, antyseptyczne i jako biocydy nadające właściwości biobójcze rozmaitym materiałom polimerowym. Nie są one wypłukiwane z polimeru przez wodę i zapewniają trwałe zabezpieczenie przed powstawaniem biofilmów np. na rurach, elementach konstrukcyjnych statków, beczkach na wodę. Ponadto są odporne na kontakt z rozpuszczalnikami alifatycznymi i aromatycznymi. Są wykorzystywane jako składniki powłok farbiarskich, powłok żywicznych oraz jako dodatek do materiałów takich jak poliamid i poliwęglan. PHMG nie jest substancją toksyczną dla ludzi, nie powoduje podrażnień błon śluzowych i skóry. Indeks toksyczności w kontakcie skórnym wynosi LD50>2000 mg/kg. Jest około 3000 razy mniejszy dla ludzi i zwierząt niż dla mikroorganizmów. PHMG jest kompatybilna z większością pozostałych składników środków dezynfekcyjnych, może być zatem stosowana w produktach o różnych formach: np. płynu, kremu, żelu, pasty, emulsji, aerozolu, roztworu. Można ją stosować w ilości mniejszej niż w przypadku innych środków dezynfekcyjnych oraz z innymi germicydami, do których m.in. należą siarczan miedzi, siarczan cynku, kwas nadoctowy, sulfometazyna. Poza zaletami, PHMG ma pewne ograniczenie aplikacyjne. Nie należy łączyć jej z aninowymi surfaktantami, np. mydłem, ponieważ mogą doprowadzić do wytrącania się jej z roztworu.