專利名稱：含有鐵離子的殺菌劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及含有三價鐵離子(Fe3+)和選自山梨酸、苯甲酸和對羥基苯甲酸酯中的一種或多種的殺菌劑，還涉及含有鐵離子(Fe3+)、L-抗壞血酸和選自山梨酸、苯甲酸和對羥基苯甲酸酯中的一種或多種的殺菌劑。該殺菌劑具有廣泛的用途，從手和傷口的消毒到家具、工具和物品的消毒，以及新鮮食物在烹調之前的消毒。
在發達國家如美國，盡管現在擁有復雜的交通體系、通訊網絡以及巨額預算、為數眾多的CDC(疾病控制中心)人員和最新型的醫藥治療，但自從大腸桿菌0-157被發現以來已經16年了，每年還是有多于2萬名新的患者，死亡的超過200人。同樣，在日本1996年也有大量的感染情況發生，最近的情況也遠遠不是靜止的，其程度用研究者的話說這種0-157是一種能夠在環境的任何角落存活的“微生物”，以非常低的細胞計數引起傳染。此外，已知的事實是對于耐受復方藥物的tubercule芽孢桿菌或葡萄球菌的襲擊，人們沒有辦法進行阻止。
此外在發展中國家，經口傳染的疾病如痢疾和霍亂同以往一樣猖獗，呼吸傳染疾病如肺結核也流傳很廣。目前世界上有2千萬肺結核患者，大多數在非洲和其它發展中國家，每年有8百萬新的病例，死亡數字據說每年超過3百萬。除了對傳染疾病的無知和較差的公共衛生條件以外，造成這種情況的原因還可能在于人們沒有進行可瞬時消毒并且非常安全的殺菌處理。
目前日常使用的滅菌和消毒方法中，除了諸如加熱和輻射等物理方法之外，作為化學方法已經使用了乙醇、苯酚、鹵化物、季銨鹽、雙胍基化學藥品、乙醛等。但是尚沒有任何一種產品能夠滿足所有方面的需要，如優異的殺菌效果、安全性、低毒性、優異的穩定性和貨架期以及低廉的價格。例如，以商品名稱Hibitane銷售的雙胍基化學藥品是一種優異的、銷售最好的抗菌劑，但它對孢子無效。而且已經發現某些細菌具有耐藥性，已知這是在醫院被傳染的一個原因。無需提到抗生素，至于給微生物細胞造成不適的化學合成物質，耐受菌株使它們無效經常表現為酶的產生或替代酶產生的結果，而這些又表現在對人的治療上。
已知某些種類的金屬離子在某一特定濃度下有殺菌作用，這已應用于汞制劑等中。但是，汞是一種身體完全不需要的重金屬，此外其毒性很強。因此，作為殺菌劑，它已讓位于上述各種已經開發出來的殺菌劑。從那以后，事實上使用金屬離子的抗菌劑已經被忽視了。最近，人們認識到金屬元素是身體中必不可少的物質。而對它們的晦暗想象，首先是作毒藥或煉丹術，然后是近年來認為它們是環境污染源的想法已經被掃除了。現在它們已被認為是一種保護我們的健康的重要要素，含有它們的各種礦物質和藥片與食品一起擠滿了美國的超市。
對金屬離子進行試驗，測試它們對主要致病菌的殺菌效果，將金屬離子濃度的上限設在1000ppm，設為這樣的濃度是為了獲得最佳的效果。測試方法包括以2wt％的量向金屬離子溶液中添加試樣菌的懸浮液(1×109細胞/mL生理鹽水)，與細菌接觸60分鐘，取10μL處理液在每種菌的最適環境下培養，觀察細菌的活力。結果除了形成孢子的細菌之外，具有相同的抑制作用。為進行試驗，從葡萄球菌中選擇耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)作為一種典型的革蘭氏陽性菌，從大腸桿菌中選擇大腸桿菌0-157作為一種典型的革蘭氏陰性菌。這些測試結果列于表1。從表1可以看出，銅離子(Cu2+)和鐵離子(Fe3+)具有顯著的殺菌作用。細菌的活力如下表示當細菌正常增殖沒有任何妨礙時用++表示，當它們被殺死且增殖在某種程度上受抑制時用+表示，當它們被殺死且增殖被抑制時用±表示，當它們不再增殖并被消滅時用-表示。
表1各種金屬離子的殺菌作用
接著，如果我們測定濃度和細菌接觸時間與鐵離子(Fe3+)的殺菌作用的關系，我們看到從400ppm往上，效果逐漸出現，如表2所示，在1000ppm、細菌接觸時間5分鐘時呈現出殺菌效果。細菌活力的評價與表1的一樣。
表2鐵離子(Fe3+)的殺菌作用
同時，對山梨酸、山梨酸鈣、苯甲酸、苯甲酸鈉和其它這樣的已知作為食品防腐劑的化合物的殺菌作用進行測定。濃度為1000ppm，與細菌接觸的時間為5-120分鐘，然后取10μL處理液在每種細菌的最適環境下培養，觀察細菌的活力。如表3所示，耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)和大腸桿菌0-157的試驗結果表明，在短時間內沒有殺菌作用，當接觸時間延長到30-60分鐘時，才有抑菌作用或殺菌作用。細菌的活力如下表示當細菌正常增殖沒有任何妨礙時用++表示，當它們被殺死且增殖在某種程度上受抑制時用+表示，當它們被殺死且增殖被抑制時用±表示，當抑菌作用比殺菌作用弱時用(-)表示，當它們不再增殖并被消滅時用-表示。
表3食品防腐劑的殺菌作用
長期以來致病菌對人類構成威脅，因此食品工業和醫藥行業中的一個目標是開發一種將孢子包括在內的、具有高度實用性的殺菌劑，對致病菌有顯著的效果、對人類和地球安全、由與身體有親和力的金屬離子組成，就是說，基本上是構成身體的成分和食品添加劑中使用的化合物。
除了人體不需要的有害重金屬外，獲得盡可能多的金屬離子的水溶性化合物，經過對它們的殺菌效果進行調查，本發明人得到了一種含有金屬離子的殺菌劑。具體地說，這是一種含有鐵離子(Fe3+)和選自山梨酸、苯甲酸和對羥基苯甲酸酯中的一種或多種的殺菌劑。優選鐵離子(Fe3+)的濃度為500-1500ppm，還優選選自山梨酸、苯甲酸和對羥基苯甲酸酯中的一種或多種的濃度為200-2000ppm。
本發明的另一方面是含有鐵離子(Fe3+)、L-抗壞血酸和選自山梨酸、苯甲酸和對羥基苯甲酸酯中的一種或多種的殺菌劑。優選鐵離子(Fe3+)的濃度為500-1500ppm，優選L-抗壞血酸的濃度為500-2000ppm，還優選選自山梨酸、苯甲酸和對羥基苯甲酸酯中的一種或多種的濃度為200-2000ppm。
本發明的第三方面是一種含有鐵離子(Fe3+)、山梨酸、苯甲酸和L-抗壞血酸的殺菌劑。優選鐵離子(Fe3+)的濃度為500-1500ppm，山梨酸和苯甲酸的濃度為200-2000ppm，L-抗壞血酸的濃度為500-2000ppm。


圖1是殺菌強度變化的對比。
其中1本發明含有鐵離子的殺菌劑的殺菌強度的變化2普通抗菌劑的殺菌強度的變化本發明使用的術語“鐵離子(Fe3+)”指的是溶液中存在的Fe3+離子，能夠通過例如將氯化鐵、氯化鐵六水合物、硝酸鐵、硝酸鐵六水合物、硝酸鐵九水合物、硫酸鐵九水合物(n-hydrate)、磷酸鐵九水合物、檸檬酸鐵九水合物等溶解到水中得到。
本發明提到的山梨酸不僅僅是山梨酸本身，還包括山梨酸鹽，如山梨酸鉀和山梨酸鈉。
本發明提到的苯甲酸不僅僅是苯甲酸本身，還包括苯甲酸鹽，如苯甲酸鉀、苯甲酸鈉、苯甲酸鈣、苯甲酸銨和苯甲酸鋅。
本發明提到的對羥基苯甲酸酯是對羥基苯甲酸與醇形成的酯，如對羥基苯甲酸甲酯、對羥基苯甲酸乙酯、對羥基苯甲酸丁酯和對羥基苯甲酸丙酯。
本發明提到的致病菌指的是能夠引起疾病的微生物，如引起腸道感染、呼吸器官感染、輸尿管感染等等的細菌或病毒。引起各種傳染疾病的細菌的例子包括，沙門氏菌屬、志賀氏菌屬、副溶血弧菌、霍亂弧菌、大腸桿菌0-157、空腸彎曲桿菌、難辨梭狀芽孢桿菌、產氣莢膜梭狀芽孢桿菌、小腸結腸炎耶爾森氏菌、幽門螺桿菌(Heliobacter)、Entemoea histolytica、蠟狀芽孢桿菌、葡萄球菌屬、肉毒梭狀芽孢桿菌、流感嗜血桿菌、肺炎鏈球菌、肺炎衣原體(Chlamidia)、肺炎軍團菌、粘膜炎布蘭漢氏球菌、結核分枝桿菌、肺炎枝原體、化膿鏈球菌、白喉棒狀桿菌、百日咳博德特氏桿菌、鸚鵡熱衣原體、銅綠假單胞菌、耐受甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)、大腸桿菌、肺炎桿菌、腸桿菌屬、變形菌屬、不動桿菌屬、糞腸球菌、腐生葡萄球菌和無乳鏈球菌。
本發明中使用的抗菌指的是根除致病菌而不涉及非致病菌的存活。在這一方面，消毒指的是完全殺滅所有的微生物，而不僅僅是致病微生物。因此，抗菌劑指的是用化學物質進行滅菌時所用的化學物質。
本發明的含有鐵離子的殺菌劑的作用機理尚不完全清楚，但據信如下。鐵是一種所有器官的基本物質，食物中鐵的存在形式是無機鐵(一種鐵離子與氨基酸或肽結合的復合物)、與動物蛋白結合的血紅素鐵或與植物蛋白結合的非血質鐵。鐵與身體中多達200種的不同種類的酶結合并支持生理機能活動。它作為血紅蛋白的主要成分還負責O2的傳輸。因此，在體內鐵離子(Fe3+)是比亞鐵離子(Fe2+)有效得多的活性形式，而且有更為有效的氧化作用。在高級生物中，鐵在指令下有秩序地與預定的酶結合，但在單細胞生物中，滲透作用被上述強化劑等進一步提高，很快從外面侵入細胞，進入的Fe3+離子可以最后打亂系統，與酶和蛋白質大量結合，可以說這對細菌是致命的。其有效的氧化作用也被認為會在非常短的時間里破壞細胞壁等，好象它們被攻擊一樣。
添加下面物質可以增強本發明含有鐵離子的殺菌劑的殺菌強度微量銅離子(Cu2+)、鋅離子(Zn2+)、含有任意金屬離子并以云母為原料的提取液、源自各種植物的抗菌物質(特定地，稱為植物殺菌素的物質；主要相應于它們的植物精油，如茶樹油、百里酚、樟腦、丁香、春黃菊、桉屬植物、oregano和其他這類精油)，含有各種礦物質的植物提取液、表面活性劑等等。
本發明含有鐵離子的殺菌劑是如下制備的將由鐵離子(Fe3+)組成的化合物溶解在水中，然后制備苯甲酸或苯甲酸鹽的溶液。將山梨酸或山梨酸鹽溶解在水中制備成山梨酸水溶液。同時，將L-抗壞血酸溶解在水中制備L-抗壞血酸水溶液。按殺菌劑的預定組成將這些水溶液混合制得含鐵離子的殺菌劑。現在通過實施例對本發明進行更為詳細的說明，但本發明的要點并不限于這些實施例。實施例1以氯化鐵六水合物(FeCl3·6H2O)作為鐵離子(Fe3+)，從葡萄球菌中選擇耐受甲氧西林的金黃色葡萄球菌，從大腸桿菌中選擇大腸桿菌0-157，鐵離子(Fe3+)的濃度設在500-2000ppm，山梨酸或苯甲酸的濃度設為100-2500ppm，細菌接觸時間設為10秒到5分鐘，然后測定殺菌作用。試驗方法包括以2wt％的量向含有鐵離子的殺菌劑中加入細菌試樣的懸浮液(1×109細胞/mL生理鹽水)，使其與細菌接觸預定的時間，取10μL處理液試樣在每種細菌的最適環境下培養，觀察細菌的活力。這些結果列于表4和5，可以看出MRSA和大腸桿菌0-157都在與鐵離子(Fe3+)濃度為1000ppm、山梨酸濃度為1000ppm的混合液只有10秒鐘的接觸時間里被殺滅。用山梨酸鉀、苯甲酸和苯甲酸鈉得到了類似的殺菌效果。細菌活力如下表示，當細菌正常增殖沒有任何妨礙時用++表示，當它們被殺死且增殖在某種程度上受抑制時用+表示，當它們被殺死且增殖被抑制時用±表示，當它們不再增殖并被消滅時用-表示。
表4用鐵離子(Fe3+)和食品防腐劑的殺菌作用(1)
*與殺菌劑接觸時間表5用鐵離子(Fe3+)和食品防腐劑的殺菌作用(2)
*與殺菌劑接觸時間實施例2與實施例1相同用氯化鐵六水合物作為鐵離子(Fe3+)，選擇耐受甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)和大腸桿菌0-157，鐵離子(Fe3+)的濃度設為1000ppm，山梨酸或苯甲酸的濃度設為50-500ppm，細菌接觸時間設為10秒到5分鐘，然后測定殺菌作用。用相同于實施例1中的方法進行試驗，觀察細菌的活力。這些結果列于表6，其中顯示出鐵離子(Fe3+)濃度至少為500ppm時，優選500-1500ppm，單獨或混合含有的山梨酸和苯甲酸的量至少為200ppm，優選200-2000ppm時表現出優異的殺菌效果。
表6用鐵離子(Fe3+)和食品防腐劑的殺菌作用(3)
*與殺菌劑接觸時間對比例1用氯化亞鐵和硫酸亞鐵七水合物作為亞鐵離子(Fe2+)代替實施例1中使用的氯化鐵六水合物，選擇耐受甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌0-157，亞鐵離子(Fe2+)的濃度設為1000ppm，山梨酸或苯甲酸的濃度設在1000ppm，細菌接觸時間設為10到30分鐘，然后測定殺菌作用。用實施例1中相同的方法進行試驗，觀察細菌的活力。結果列于表7，其中顯示出即使加入山梨酸或苯甲酸，當亞鐵離子(Fe2+)濃度為1000ppm時，MRSA和大腸桿菌0-157在20分鐘的接觸時間內都沒有被消滅。
表7亞鐵離子(Fe2+)的殺菌作用
對比例2用相同于實施例1的方法測定苯酚、過氧化氫水溶液和含有5％洗必太葡萄糖酸鹽(C22H30ClN10·2C6H12O7)的Hibitane溶液的殺菌作用。結果列于表8，其中顯示出在30000ppm的高濃度下經10秒鐘的接觸時間沒有表現出殺菌作用。
表8抗菌劑的殺菌作用
實施例3制備Fe3+濃度為2000ppm的氯化鐵六水合物的水溶液，然后制備2000ppm山梨酸鉀水溶液，將各為1L的上述溶液混合得到2L含有鐵離子的殺菌劑。該溶液中Fe3+和山梨酸鉀的含量均為1000ppm。將粘有許多大腸桿菌0-157的Daikon(白蘿卜)芽浸在此2L溶液中，保持1小時，然后檢測蘿卜芽和用過的殺菌劑是否有大腸桿菌，但沒有測出細菌。實施例4將5g硫酸鐵[Fe2(SO4)3·nH2O]和1g苯甲酸鈉溶解在1L水中，Fe3+＝1000ppm；苯甲酸鈉＝1000ppm，制得含有鐵離子的殺菌劑。用這種殺菌劑充分洗滌作為試驗品的手10秒鐘，然后檢測手上的細菌，除了桿菌屬的孢子外，什么也沒有檢出。實施例5將L-抗壞血酸加到氯化鐵六水合物和山梨酸鉀的含鐵離子殺菌劑中，和加到氯化鐵六水合物和苯甲酸鈉的含鐵離子殺菌劑中，用50種芽孢桿菌屬的孢子和50種梭狀芽孢桿菌屬的孢子進行試驗，測定殺滅孢子所用的時間。同時還測定表面活性劑的作用。這里，溶液A含有1000ppm氯化鐵(Fe3+)和500ppm山梨酸鉀；溶液B含有1000ppm氯化鐵(Fe3+)和500ppm苯甲酸鈉；溶液C含有1000ppm氯化鐵(Fe3+)和500ppm山梨酸鉀和1000ppm抗壞血酸；溶液D含有1000ppm氯化鐵(Fe3+)和500ppm苯甲酸鈉和1000ppm抗壞血酸；溶液E含有1000ppm氯化鐵(Fe3+)和500ppm山梨酸鉀、1000ppm抗壞血酸和100ppm月桂基硫酸鈉；溶液F含有1000ppm氯化鐵(Fe3+)、500ppm山梨酸鉀、1000ppm抗壞血酸和50ppm茶樹油。結果列于表9，其中顯示出細菌與不加L-抗壞血酸的殺菌劑即使接觸120分鐘孢子的消滅情況也不超過50％。但是，用添加L-抗壞血酸的殺菌劑，細菌接觸5分鐘時就有孢子被殺滅，接觸120分鐘時92-98％的孢子被殺滅，當加入少量表面活性劑時，僅接觸1分鐘后就有細菌被殺滅，接觸120分鐘所有的孢子被殺滅。而用以前使用的Hibitane溶液，即使接觸120分鐘后也沒有孢子被殺滅，而用過氧化氫水溶液僅有20-24％的孢子被殺滅。
表9殺菌時間及被殺死細菌的比例<
>實施例6制備Fe3+濃度為2400ppm的氯化鐵(FeCl3)水溶液、濃度為3000ppm的L-抗壞血酸水溶液、濃度為600ppm的山梨酸水溶液，將等量的上述三種溶液混合制得含有鐵離子的殺菌劑。向1L此殺菌劑中添加0.1g月桂酸鈉。象通常那樣用此殺菌劑輕輕洗滌上面粘有剩食物并被放置過夜的餐盤，沒用中性洗滌劑食物立刻被洗了下來，而且盤子上沒有檢出細菌。實施例7制備Fe3+濃度為3000ppm的氯化鐵六水合物水溶液、濃度為2400ppm的L-抗壞血酸水溶液、濃度為1500ppm的山梨酸水溶液，將等量的上述三種溶液混合制得含有鐵離子的殺菌劑。將腐敗的豬肉塊浸在此殺菌劑中1分鐘，而后用一塊無菌紗布將液體徹底擦掉并放在瓊脂培養基上。于28-37℃下培養，在任何培養基上均沒有細菌增殖。這證明豬肉上已經增殖的無數腐敗菌全部在僅僅1分鐘的時間里被殺滅了。實施例8制備Fe3+濃度為3000ppm的硝酸鐵九水合物[Fe(NO3)3·9H2O]水溶液、濃度為3000ppm的L-抗壞血酸水溶液、濃度為900ppm的苯甲酸鈉水溶液，將等量的上述三種溶液混合制得含有鐵離子的殺菌劑。在20支試管中每支裝入此殺菌劑10mL。從20個地點取含有無數芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌的孢子的干土和砂子，每種取0.2g加到上述試驗管中的殺菌劑中。放置120分鐘，然后檢測用過的殺菌劑是否有細菌。在19支管中無論是芽孢桿菌屬還是梭狀芽孢桿菌屬的孢子均沒有檢出，更不用說任何普通細菌了。但是，在剩下的一個管中檢出每mL殺菌劑有12個孢子。
抗菌劑或殺菌劑的強度通常在其被生產出來時最高，隨著時間逐漸降低。然而，本發明含鐵離子的殺菌劑在添加了L-抗壞血酸之后在其生產出來之后數月仍處于最有效的狀態，如圖1所示，并且在相當長的時間里保持穩定的殺菌強度。此外，關于顏色，殺菌劑變成無色透明的溶液。
本發明的含鐵離子殺菌劑以構成身體的元素鐵離子和被許可用作食品添加劑的化合物作為成分，因此高度穩定并可用于廣泛的用途，從手和傷口的消毒到家具、工具和物品的消毒，到新鮮食物在烹調之前的消毒。而且，大多數致病菌，如MRSA或大腸桿菌0-157，可以在接觸殺菌劑約10秒鐘的時間里被殺滅，接觸120分鐘可以殺滅平均多于90％的孢子。另外，此殺菌劑具有許多普通抗菌劑所沒有的優點，如在較長的時間里保持穩定的殺菌作用以及使用更為方便。
權利要求
1.一種殺菌劑，含有鐵離子(Fe3+)和選自山梨酸、苯甲酸及對羥基苯甲酸酯中的一種或多種化合物。
2.一種殺菌劑，含有鐵離子(Fe3+)、L-抗壞血酸和選自山梨酸、苯甲酸及對羥基苯甲酸酯中的一種或多種化合物。
3.權利要求1或2所述的殺菌劑，其中鐵離子(Fe3+)的濃度為500-1500ppm。
4.權利要求2所述的殺菌劑，其中L-抗壞血酸的濃度為500-2000ppm。
5.權利要求1或2所述的殺菌劑，其中選自山梨酸、苯甲酸和對羥基苯甲酸酯中的一種或多種化合物的濃度為200-2000ppm。
6.一種殺菌劑，含有鐵離子(Fe3+)、山梨酸、苯甲酸和L-抗壞血酸。
7.權利要求6所述的殺菌劑，其中鐵離子(Fe3+)的濃度為500-1500ppm，山梨酸和苯甲酸的濃度為200-2000ppm，L-抗壞血酸的濃度為500-2000ppm。
全文摘要
本發明提供一種含有鐵離子(Fe
文檔編號A61K33/26GK1243667SQ9911130
公開日2000年2月9日 申請日期1999年8月3日 優先權日1998年8月3日
發明者秦忠世, 丸岡俊之 申請人:健康百二十歲有限公司