СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПЕРЕКИСНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2015 года по МПК A23L3/34 A61L2/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к многостадийному способу обработки перекисных растворов для повторного использования или утилизации.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ

Перекисные соединения используют в качестве обеззараживающих агентов, отбеливающих агентов или окисляющих агентов в различных областях, включая применение при получении пищевых продуктов и напитков для обеззараживания поверхностей пищевых продуктов, применение для обеззараживания упаковки для пищевых продуктов, применение для обработки очистка на месте, применение для обеззараживания воды, используемой при производстве пищевых продуктов, применение для обеззараживания поверхностей, находящихся в контакте с пищевым продуктом и аналогичное им. Использованные перекисные растворы должны быть либо использованы повторно, либо утилизированы. В случае, когда перекисный раствор утилизируют, остаточную концентрацию перекиси необходимо уменьшить для того, чтобы перекисный раствор был совместим с биологическими способами очистки сточных вод. В случае, когда остаточная концентрация перекиси слишком высокая, перекисные соединения могут ингибировать или убивать полезные микроорганизмы, используемые в биологических способах очистки сточных вод. Следовательно, настоящее изобретение решает эту проблему.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Неожиданно было обнаружено, что введение выбранных агентов как часть многостадийного способа снижает уровни перекисных соединений в перекисных растворах без существенного повышения уровней общих растворенных сухих веществ, позволяя повторно использовать обработанные растворы или безопасно утилизировать при использовании биологических способов очистки сточных вод.

В первом аспекте настоящее изобретение относится к способу обработки перекисного раствора, содержащего перкислоту и перекись водорода. В способе собирают перекисный раствор, добавляют фермент и затем добавляют восстановитель. Фермент и восстановитель разрушают перекисные соединения в растворе при соотношении, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «перекисные соединения» относится к перекиси водорода и перкислотам.

Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу обработки перекисного раствора, содержащего перкислоту, перекись водорода и карбоновую кислоту. В способе собирают перекисный раствор, добавляют фермент и затем добавляют восстановитель. Фермент и восстановитель разрушают перекисные соединения в растворе в соотношении, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем.

В третьем аспекте настоящее изобретение относится к способу обработки перекисного раствора, содержащего перекись водорода. В способе собирают перекисный раствор, добавляют фермент и затем добавляют восстановитель. Фермент и восстановитель разрушают перекисные соединения в растворе в соотношении, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем.

В четвертом аспекте настоящее изобретение относится к способу обработки перекисного раствора. В способе фермент добавляют в перекисный раствор перед или во время процесса обеззараживания, отбеливания или окисления. После того как заканчивается процесс обеззараживания, отбеливания или окисления, в перекисный раствор добавляют восстановитель. Фермент и восстановитель разрушают перекисные соединения в растворе в соотношении, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут более ясны из приведенного ниже описания и примеров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Фигура 1 - график, показывающий разрушение перекиси ферментом через десять минут при температуре 25ºC.

Фигура 2 - график, показывающий разрушение перекисного соединения восстановителем через тридцать минут при температуре 25ºC.

Фигура 3 - график, показывающий разрушение перекиси водорода ферментом как функцию времени при температуре 25ºC.

Фигура 4 - график, показывающий разрушение перекиси водорода ферментом как функцию температуры.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение относится к способам обработки перекисных растворов для повторного использования или утилизации.

Перекисные растворы наносят на различные поверхности для обеззараживания поверхности, отбеливания поверхности или для функционирования в качестве окислительного агента на поверхности. Обеззараживание может относиться к способу, снижающему физическое, химическое или биологическое загрязнение. Примеры поверхностей включают поверхности окружающей среды, такие как стены, полы и сточные трубы, технологическое оборудование, упаковка для пищевых продуктов, поверхности, контактирующие с пищевыми продуктами, поверхности полуфабрикатов или готовых к потреблению пищевых продуктов, таких как цельное мясо и мясная нарезка, мясные туши, фруктов и овощей, текстиль, такой как белье, ковры, обивка, занавески и хирургические простыни, поверхности, контактирующие с пищевыми продуктами, такие как таковые в бакалее, отделах кулинарии и ресторанах, и медицинские поверхности, такие как медицинские инструменты, устройства и эндоскопы, и поверхности, контактирующие с пациентами.

В некоторых способах по настоящему изобретению перекисный раствор собирают с процессов обеззараживания, отбеливания или окисления, таких как указанные выше. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин перекисный раствор может быть указан как «начальный перекисный раствор», поскольку это перекисный раствор, входящий в описанный способ. Однако следует понимать, что этот «начальный перекисный раствор» мог уже использоваться для обработки поверхности или вещества, и может рассматриваться как по меньшей мере частично «использованный» с точки зрения эффективности обеззараживания, или может быть новым или свежим раствором, используемым для обработки поверхности или вещества. Перекисный раствор может быть собран как часть периодического процесса. Перекисный раствор также можно непрерывно собирать и обрабатывать как часть потока процесса. В способе выбранные агенты добавляют в начальный перекисный раствор в многостадийном способе в количестве, достаточном для разрушения перекисных соединений до приемлемого уровня, при котором раствор может быть или повторно использован, или утилизирован. На первой стадии для разрушения перекисных соединений используют фермент, а на второй стадии для дальнейшего разрушения перекисных соединений используют восстановитель. В случаях, когда перекисные соединения включают оба: и перекись водорода и перкислоты, перекись водорода разрушают на первой стадии ферментом, а перкислоту разрушают на второй стадии восстановителем. В некоторых способах по настоящему изобретению фермент может быть добавлен в перекисный раствор в середине процесса обеззараживания, отбеливания или окисления. Например, фермент может быть добавлен в перекисный раствор, в то время как перекисный раствор используют как часть операции очистки на месте или операции обеззараживания упаковки пищевого продукта для асептической упаковки пищевого продукта или увеличения срока годности пищевого продукта. Сразу по окончании процесса обеззараживания, отбеливания или окисления в перекисный раствор может быть добавлен восстановитель.

В некоторых способах по настоящему изобретению фермент может быть добавлен в перекисный раствор перед началом процесса обеззараживания, отбеливания или окисления или может быть частью перекисного раствора перед началом процесса обеззараживания, отбеливания или окисления.

Перекисный раствор может включать перекись водорода. Перекисный раствор может включать перекись водорода и перкислоту. И перекисный раствор может включать перекись водорода, карбоновую кислоту и соответствующую перкислоту. В случае, когда перекисный раствор включает перкислоту, перкислота может быть единственной перкислотой или смешанным раствором перкислот. Перекисный раствор, выходящий с процесса обеззараживания, отбеливания или окисления, может включать отходы или остатки с процесса или с других процессов, включая воду, сахара, крахмалы, жиры, масла, соли, белки, почву, соли, кровь, минеральные вещества и детергенты. Перекисный раствор также может быть скомбинирован с другими потоками отходов и затем обработан.

В случае, когда перекисный раствор утилизируют при использовании биологических способов очистки сточных вод и концентрация перекиси водорода или перкислоты слишком высокая, перекисный раствор может ингибировать или потенциально убить полезные микроорганизмы, используемые при биологических способах очистки сточных вод. Следовательно, в способе по настоящему изобретению уровень остаточных перекисных соединений снижается до такого, который не оказывает негативного воздействия на биологические способы очистки сточных вод. Соответственно, перекисный раствор может быть собран после использования в процессе в качестве обеззараживающего агента, отбеливающего агента или окисляющего агента (начальный перекисный раствор), или перекисный раствор все еще может быть использован в качестве части процесса обеззараживания, отбеливания или окисления. Фермент добавляют в перекисный раствор в количестве, достаточном для разрушения 0,1 или более частей (по массе) от общих перекисных соединений на каждую 1 часть (по массе) разрушенных при использовании восстановителя. После добавления фермента добавляют восстановитель. Как только в перекисный раствор добавлен фермент и восстановитель, полученный в результате продукт может быть указан как «обработанный перекисный раствор» для различения обработанного раствора от начального перекисного раствора, собранного с процесса обеззараживания, отбеливания или окисления.

Одним из факторов для достижения заданного снижения концентрации перекисных соединений является время контакта между ферментом или восстановителем и перекисным раствором. Увеличение времени контакта между перекисным раствором и ферментом, восстановителем или обоими может повышать снижение концентрации перекиси. Использование серии реакторов идеального вытеснения или реакторов идеального смешивания является двумя способами увеличения времени контакта.

В одном конкретном варианте воплощения настоящего изобретения перекисный раствор, содержащий карбоновую кислоту и соответствующую перкислоту, может быть использован в качестве части операции обеззараживания упаковки пищевого продукта для асептической упаковки или для увеличения срока годности пищевого продукта. Фермент может быть добавлен перед или во время процесса обеззараживания в случаях, когда обеззараживают упаковку для пищевого продукта. Сразу после обеззараживания упаковки перекисный раствор может быть собран и затем в него может быть добавлен восстановитель. Сразу после обработки перекисного раствора ферментом и восстановителем он может быть утилизирован или повергнут дополнительной обработке.

В процессе очистки сточных вод перекисный раствор может пройти через несколько других процессов. Например, перекисный раствор может быть подвергнут процессам физического и/или химического разделения, таким как процеживание, гравитационное осаждение, седиментация, нейтрализация, флокуляция, механическое разделение, флотация растворенным воздухом (DAF), модифицирование pH, фильтрация, осветление, обеззараживание и способы биологической обработки для удаления органических соединений, и окисление неорганических соединений (например, сульфиды и аммоний) и общего азота (через нитрификацию и денитрификацию). При биологической обработке могут быть использованы аэробные, факультативные или анаэробные микроорганизмы. Прошедшая биологическую обработку вода может быть дополнительно осветлена при использовании процесса сепарации перед обеззараживанием и спуском оставшейся жидкости в водоприемник очищенных сточных вод, такой как озеро или река. Один из примеров биологического способа очистки включает анаэробный дигестор для обработки сточных вод, такой как описанный в патенте US № 5733454. Перекисный раствор также может быть скомбинирован с другими потоками сточных вод. И перекисный раствор (начальный или обработанный) также может быть направлен на общественные очистные сооружения (POTW), в городскую систему очистки канализационных стоков, станцию обработки промышленных отходов или муниципальную или промышленную станцию утилизации отходов в качестве топлива.

Фермент

Фермент, используемый в способе по настоящему изобретению, снижает концентрацию перекиси водорода. Приведенные в качестве примера ферменты, восстанавливающие перекись водорода, включают каталазу, пероксидазу или комбинацию каталазы и пероксидазы.

Каталазный фермент

Каталазные ферменты катализируют разложение перекиси водорода до воды и кислорода. Источники каталазных ферментов включают животные источники, такие как бычья каталаза, выделенная из бычьей печени, грибковая каталаза, выделенная из грибков, включая Penicillium chrysogenum, Penicillium notatum и Aspergillus niger, растительных источников, бактериальных источников, таких как Staphylcoccus aureus и их генетические варианты и модификации. Особенно подходят грибковые каталазы ввиду их способности разлагать перекись водорода до более низких концентраций каталазным ферментом по сравнению с не грибковыми каталазными ферментами. Дополнительно, грибковые каталазы более стабильны при pH и температуре перекисных растворов.

Молекулы каталазы подвергаются денатурации нагреванием, окислением и экстремальным уровнем pH. Как правило, предпочтительные начальные перекисные растворы содержат в пределах от 1 до 50000 частей на миллион (по массе) от общих перекисных соединений при pH в пределах от 1 до 10 и температуре в пределах от 1 до 70ºC (в пределах от 34 до 158ºF); или в пределах от 1 до 10000 частей на миллион от общих перекисных соединений при pH в пределах от 2 до 9 и температуре в пределах от 10 до 60ºC (в пределах от 50 до 140ºF); или в пределах от 1 до 5000 частей на миллион от общих перекисных соединений при pH в пределах от 3 до 8 и температуре в пределах от 20 до 50ºC (в пределах от 68 до 122ºF).

Каталаза может быть введена в перекисный раствор как свободно флотирующая. В качестве альтернативы, каталаза может быть иммобилизована на поверхности, которая сообщается через текучую среду с перекисным раствором, таким образом, что позволяет каталазе взаимодействовать с перекисью водорода и разрушать перекись водорода. Иммобилизованная каталаза может быть более стабильной по сравнению с не иммобилизованным растворимым ферментом. Также преимуществом иммобилизованной каталазы является легкость ее удаления из раствора. Иммобилизованная каталаза может включать растворимую каталазу, которая закреплена на субстрате.

Примеры субстратов могут включать полиуритановые пены, полиакриламидные гели, полиэтиленовые гели, привитые малеиновым ангидридном (polyethylenemaleic anhydride gels), полистироловые гели, привитые малеиновым ангидридном (polystyrenemaleic anhydride gels), целлюлозу, нитроцеллюлозу, силиконовые резины, пористое стекло, макропористые стеклянные мембраны, стеклянные гранулы, активированную глину, цеолиты, окись алюминия, оксид кремния, силикаты и другие неорганические и органические субстраты. Фермент может быть закреплен на субстрате различными путями, включая носитель с ковалентной связью, перекрестное сшивание, физическую адсорбцию, ионное связывание и захватывание.

Коммерчески доступные каталазы доступны в жидкой форме и в форме, прошедшей распылительную сушку. Коммерчески доступная каталаза включает как активный фермент, так и дополнительные ингредиенты для повышения стабильности или функционирования фермента. Некоторые примеры коммерчески доступных каталазных ферментов включают Genencor CA-100 и CA-400 наряду с Mitsubishi Gas и Chemical (MGC) ASC Super G и ASC Super 200. Предпочтительно способ включает по меньшей мере одну грибковую каталазу.

Пероксидазный фермент

Пероксидазные ферменты также катализируют разрушение перекиси водорода до воды и кислорода. Источники пероксидаз включают животные, растительные и микроорганизмы.

Молекулы пероксидазы подвергаются денатурации нагреванием, окислением и экстремальным уровнем pH. Как правило, предпочтительные начальные перекисные растворы содержат в пределах от 1 до 50000 частей на миллион (по массе) от общих перекисных соединений при pH в пределах от 1 до 10 и температуре в пределах от 1 до 70ºC (в пределах от 34 до 158ºF); или в пределах от 1 до 10000 частей на миллион от общих перекисных соединений при pH в пределах от 2 до 9 и температуре в пределах от 10 до 60ºC (в пределах от 50 до 140ºF); или в пределах от 1 до 5000 частей на миллион от общих перекисных соединений при pH в пределах от 3 до 8 и температуре в пределах от 20 до 50ºC (в пределах от 68 до 122ºF).

Пероксидаза может быть введена в перекисный раствор как свободно флотирующая. В качестве альтернативы, пероксидаза может быть иммобилизована на поверхности, которая сообщается по текучей среде с перекисным раствором, таким образом, что позволяет пероксидазе взаимодействовать с перекисью водорода и разрушать перекись водорода. Иммобилизованная пероксидаза имеет преимущество, заключающееся в более легком удалении из раствора. Иммобилизованная пероксидаза может включать растворимую пероксидазу, которая закреплена на субстрате.

Примеры субстратов могут включать полиуритановые пены, полиакриламидные гели, полиэтиленовые гели, привитые малеиновым ангидридном (polyethylenemaleic anhydride gels), полистироловые гели, привитые малеиновым ангидридном (polystyrenemaleic anhydride gels), целлюлозу, нитроцеллюлозу, силиконовые резины, пористое стекло, макропористые стеклянные мембраны, стеклянные гранулы, активированную глину, цеолиты, окись алюминия, оксид кремния, силикаты и другие неорганические и органические субстраты. Фермент может быть закреплен на субстрате различными путями, включая носитель с ковалентной связью, перекрестное сшивание, физическую адсорбцию, ионное связывание и захватывание.

Коммерчески доступные пероксидазы доступны в жидкой форме и порошкообразной форме. Коммерчески доступная пероксидаза включает как активный фермент, так и дополнительные ингредиенты для повышения стабильности. Некоторые примеры коммерчески доступных пероксидазных ферментов включают пероксидазу хрена, доступную от Sigma- Aldrich, Genencor International и Novozymes.

Восстановитель

Восстановитель разрушает некоторые перекиси водорода, не разрушенные ферментом, и также разрушает перкислоту, если она присутствует. Примеры восстановителей включают следующие: бисульфитные соли, (например, бисульфитные соли натрия, калия и аммония, метабисульфит натрия), тиосульфатные соли (например, тиосульфат натрия, калия и аммония), сульфитные соли (например, сульфит натрия, калия и аммония), диоксид серы, пористые углеродистые материалы (например, древесный уголь, активированный уголь), аскорбиновую кислоту, изоаскорбиновую кислоту, металлические катализаторы (например, марганец, серебро) и их смеси. В роли восстановителя также может выступать физический процесс, такой как ультрафиолетовое (УФ) излучение.

Фермент и восстановитель должны быть добавлены в количествах, которые делают заметным снижение концентрации перекисных соединений при каждом добавлении. Фермент всегда будет разрушать перекись водорода. Восстановитель будет разрушать как перекись водорода, так и перкислоту. Относительное количество перекиси, разрушаемой ферментом, по сравнению с восстановителем зависит от концентрации перекиси водорода по сравнению с перкислотой. Например, если перекисная композиция содержит высокие уровни перкислоты по сравнению с перекисью водорода, фермент разрушает меньшее количество перекиси водорода по сравнению с восстановителем, разрушающим перкислоту. Напротив, если присутствует больше перекиси водорода по сравнению с перкислотой, фермент разрушает большее количество перекиси водорода по сравнению с восстановителем, разрушающим перкислоту. Поскольку химический восстановитель вносит свой вклад в уровень TDS в обработанном перекисном растворе до более высокой степени по сравнению с ферментом, способ по настоящему изобретению по существу подходит для перекисных растворов со значительным уровнем перекиси водорода относительно уровня перкислоты. Соответственно, фермент и восстановитель предпочтительно добавляют в перекисный раствор в количествах, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем. Другие соотношения включают по меньшей мере 0,5, по меньшей мере 1 и по меньшей мере 5 частей перекиси, разрушенной ферментом, приходящихся на 1 часть перекиси, разрушенной восстановителем.

Количество добавленного фермента будет варьировать в зависимости от выбранного фермента и концентрации перекиси водорода в начальном перекисном растворе. Специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, способен рассчитать количество фермента, необходимое для достижения указанных выше заданных соотношений, но приведенные в качестве примера, и не ограничивающие концентрации ферментов включают в пределах от около 0,01 до около 100 мг/л, в пределах от около 0,01 до около 10 мг/л, и в пределах от около 0,05 до около 5 мг/л (активный фермент). Аналогично, количество добавленного восстановителя может варьировать в зависимости от выбранного восстановителя и концентрации различных перекисных соединений в начальном перекисном растворе. Специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, способен рассчитать количество восстановителя, необходимое для достижения указанных выше заданных соотношений, но приведенные в качестве примера, и не ограничивающие концентрации восстановителя в пересчете на метабисульфит натрия включают в пределах от около 5 до около 450000 мг/л, в пределах от около 10 до около 90000 мг/л и в пределах от около 10 до около 9000 мг/л.

После добавления фермента и восстановителя общие растворенные сухие вещества перекисного раствора предпочтительно не превышают более чем 100 мг/л, 1000 мг/л или 10000 мг/л. В случае, когда используют высокие количества, химические восстановители, такие как бисульфит натрия и метабисульфит натрия, повышают стоимость и повышают уровень общих растворенных сухих веществ (TDS). Концентрация общих растворенных сухих веществ в сточных водах может быть отрегулирована или снижена. Уровень TDS в сточных водах выше из-за присутствия ионов неорганических солей (например, бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия, натрия). В норме станции обработки сточных вод не оснащены оборудованием для удаления ионов этих солей. Концентрация TDS при стоке со станций очистки промышленных стоков или с POTW может быть снижена ввиду негативного воздействия на поверхностные воды и водные горизонты.

Два преимущества способов по настоящему изобретению состоят в более низком уровне восстановителей и более низком уровне TDS в обработанном перекисном растворе. Рассмотрим следующий гипотетический пример:

  Одностадийный способ обработки (только восстановитель) Одностадийный способ обработки (только фермент) Концентрация перекиси водорода в начальном перекисном растворе 3000 мг/л 3000 мг/л Стадия 1 - фермент Нет 3 мг/л Стадия 2 - восстановитель 9000 мг/л бисульфита натрия Нет Повышение общих растворенных сухих веществ в обработанном перекисном растворе 9000 мг/л 3 мг/л

Например, на каждую 1 часть (по массе) перекиси водорода в перекисном растворе для его разрушения должно приходиться около 3 частей бисульфита натрия. Следовательно, 1 литр раствора, содержащий 3000 мг перекиси водорода, потребует около 9000 мг бисульфита натрия для нейтрализации, в результате уровень TDS повышается до около 9000 мг/л. Напротив, в соответствии с настоящим изобретением добавляют только 3 мг каталазы в 3000 мг/л раствора перекиси водорода для нейтрализации перекиси водорода - это практически не влияет на уровень TDS.

В указанных способах по настоящему изобретению уровни перекисных соединений в обработанном перекисном растворе составляют в пределах от около 0,1 до около 1000 частей на миллион, в пределах от около 0,1 частей на миллион до около 100 частей на миллион, в пределах от около 0,1 частей на миллион до около 10 частей на миллион, и в пределах от около 0,1 частей на миллион до около 1 части на миллион. В качестве альтернативы, обработанный перекисный раствор по существу свободен от перекисных соединений. Наконец, обработанный перекисный раствор может быть свободен от перекисных соединений.

Перекисные растворы

Указанные способы по настоящему изобретению используют для перекисных растворов, которые были или продолжают использоваться как часть процесса обеззараживания, отбеливания или окисления. Способ, главным образом, сфокусирован на компонентах перекисного раствора или сточных вод. Перекисный раствор может включать перекиси водорода. Перекисный раствор может включать перекись водорода и перкислоту. Наконец, перекисный раствор может включать перекись водорода, перкислоту и соответствующую карбоновую кислоту для перкислоты. В случае, когда перекисный раствор включает перекись водорода и перкислоту, в способе используют фермент для разрушения перекиси водорода на первой стадии, и затем используют восстановитель для разрушения перкислоты и перекиси водорода, если присутствует, на второй стадии.

Способ предпочтительно используют для композиций со значительными уровнями перекиси водорода относительно уровня перкислоты. Например, предпочтительные соотношения перекиси водорода к перкислоте включают 0,1 или более частей (по массе) перекиси водорода на 1 часть (по массе) перкислоты. Дополнительные соотношения перекись водорода:перкислота включают 0,5:1; 1:1; 2:1; 3:1; 4:1 и 5:1.

Карбоновая кислота

Карбоновая кислота включает любое соединение с формулой R-(COOH)n, в которой R может представлять водород, алкил, алкенил, алициклическую группу, арил, гетероарил или гетероциклическую группу, а n представляет 1, 2 или 3. Предпочтительно R включает водород, алкил или алкенил. Алкил и алкенил включают в пределах 1-12 атомов углерода и может быть замещенным или не замещенным.

Примеры подходящих карбоновых кислот включают различные монокарбоновые кислоты, дикарбоновые кислоты и трикарбоновые кислоты. Монокарбоновые кислоты включают, например, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, бутановую кислоту, пентановую кислоту, гексановую кислоту, гептановую кислоту, октановую кислоту, нонановую кислоту, декановую кислоту, ундекановую кислоту, додекановую кислоту, гликолевую кислоту, молочную кислоту, салициловую кислоту, ацетилсалициловую кислоту, миндальную кислоту и тому подобное. Дикарбоновые кислоты включают, например, адипиновую кислоту, фумаровую кислоту, глютаровую кислоту, малеиновую кислоту, янтарную кислоту, яблочную кислоту, винную кислоту и тому подобное. Трикарбоновые кислоты включают, например, лимонную кислоту, тримеллитовую кислоту, изолимонную кислоту, агарициновую кислоту и тому подобное. Карбоновая кислота, подходящая для применения в композиции по настоящему изобретению, может быть выбрана по ее растворимости, стоимости, наличию разрешения на ее использование в качестве пищевой добавки, запаху, чистоте и тому подобное. По существу подходящие для использования карбоновые кислоты в композиции по настоящему изобретению включают карбоновые кислоты, которые являются водорастворимыми, такие как муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, бутановая кислота, молочная кислота, гликолевая кислота, лимонная кислота, миндальная кислота, глютаровая кислота, малеиновая кислота, яблочная кислота, адипиновая кислота, янтарная кислота, винная кислота и тому подобное. Эти карбоновые кислоты также могут быть использованы, поскольку водорастворимые карбоновые кислоты могут быть пищевыми добавками, такими как муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота, лимонная кислота, винная кислота и тому подобное.

Предпочтительные карбоновые кислоты включают уксусную кислоту, октановую кислоту или пропионовую кислоту, молочную кислоту, гептановую кислоту, нонановую кислоту или их комбинацию.

Перкислота

Перкислота также известна из предшествующего уровня техники как перкарбоновая кислота, пероксикислота и пероксикарбоновая кислота. Перкислота включает любое соединение с формулой R- (COOOH)n, в которой R может представлять водород, алкил, алкенил, алициклическую группу, арил, гетероарил или гетероциклическую группу, а n представляет 1, 2 или 3. Предпочтительно R включает водород, алкил или алкенил.

Предпочтительные перкислоты включают любую перкарбоновую кислоту, которая может быть получена кислотно-каталитической равновесной реакцией между карбоновой кислотой и перекисью водорода. Предпочтительная композиция по настоящему изобретению включает пероксиуксусную кислоту, пероксиоктановую кислоту или пероксипропионовую кислоту, пероксимолочную кислоту, пероксигептановую кислоту, пероксинонановую кислоту или их комбинацию.

Дополнительные необязательные материалы

Перекисные растворы могут включать множество дополнительных необязательных материалов, включая стабилизирующие агенты, гидротропы, поверхностно-активные вещества, ингибитор пенообразования, ингибиторы коррозии, модификаторы реологических свойств, красители и ароматизирующие вещества. Эти материалы, как правило, являются частью перекисных концентратов и, следовательно, могут присутствовать в начальном или обработанном перекисном растворе.

Стабилизирующие агенты

Растворы могут необязательно включать стабилизирующие агенты для стабилизации и предотвращения преждевременного окисления концентрированных перекисных материалов, используемых для получения перекисного раствора или самого перекисного раствора.

Хелатирующие агенты или секвестранты, используемые, как правило, в качестве стабилизирующих агентов, включают фосфоновую кислоту и фосфонаты, фосфаты, аминокарбоксилаты и их производные, пирофосфаты, производные этилендиамина и этилентриамина, гидроксикислоты и моно-, ди- и трикарбоксилаты и их соответствующие кислоты. Другие хелатирующие агенты включают нитрола ацетаты и другие производные и их смеси.

Примеры аминокарбоксилатов включают аминоацетаты и их соли. Подходящие аминокислоты включают: N-гидроксиэтиламинодиуксусную кислоту; гидроксиэтилендиаминтетрауксусную кислоту; нитрилтриуксусную кислоту (NTA); этилендиаминтетрауксусную кислоту (EDTA); N-гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусную кислоту (HEDTA); тетранатрий этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA); диэтилентриаминопентауксусную кислоту (DTPA); и аланин-N,N-диуксусную кислоту; n-гидроксиэтилиминодиуксусную кислоту; и тому подобное; их соли щелочных металлов; и их смеси. Подходящие аминофосфаты включают нитрилотриметиленфосфаты и другие аминофосфаты с алкильной или алкалиновой группой с менее чем 8 атомами углерода.

Примеры поликарбоксилатов включают иминодиянтарные кислоты (IDS), полиакрилаты натрия, лимонную кислоту, глюконовую кислоту, щавелевую кислоту, их соли, их смеси и тому подобное. Дополнительные поликарбоксилаты включают лимонный или цитратного типа хелатирующие агенты, полимерный поликарбоксилат и хелатирующие агенты акрилового или полиакрилового типа. Дополнительные хелатирующие агенты включают полиаспартовую кислоту или со-конденсаты аспартовой кислоты с другими аминокислотами, C₄-C₂₅ моно- или дикарбоновые кислоты и C₄-C₂₅ моно- или диамины.

Примеры полимерных поликарбоксилатов включают полиакриловую кислоту, малеиновый/олефиновый сополимер, полиметакриловую кислоту, сополимеры акриловой и метакриловой кислоты, гидролизованный полиакриламид, гидролизованный полиметакриламид, гидролизованные сополимеры полиамида и метакриламида, гидролизованный полиакрилонитрил, гидролизованный полиметакрилонитрил, гидролизованные сополимеры акрилонитрила и метакрилонитрила и тому подобное.

Гидротропы

Раствор может необязательно включать гидротропное связующее вещество или растворитель. Такие материалы могут быть использованы, чтобы гарантировать, что концентрированные перекисные материалы, используемые для получения перекисного раствора, или перекисный раствор как таковой сохраняют фазовую стабильность и находятся в единственной высокоактивной водной форме. Такие гидротропные растворители или связующие вещества могут быть использованы в концентрациях, поддерживающих фазовую стабильность, но не приводящих к нежелательным взаимодействиям в композиции.

Приведенные в качестве примера классы гидротропных растворителей или связующих агентов включают анионное поверхностно-активное вещество, такое как сульфат алкила, сульфонат алкила или алкана, бензен линейного алкила или сульфонат нафталина, сульфонат вторичного алкана, простой алкильный эфир сульфата или сульфоната, фосфат или фосфонат алкила, диалкильный сложный эфир сульфоянтарной кислоты, сахарные эфиры (например, сорбитановые эфиры) и C_8-10 алкильный гликозид.

Связующие агенты включают сульфонат n-октана, ароматические сульфонаты, такие как алкил-арил сульфонаты (например, натрий ксилол сульфонат или сульфонат нафталина) и алкилированные дифенилоксиды дисульфоновых кислот, такие как доступные под торговой маркой DOWFAX^TM, предпочтительны кислотные формы этих гидротропов.

Поверхностно-активные вещества

Композиция может необязательно включать поверхностно-активное вещество или смесь поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активное вещество может включать анионные, неионные, катионные, амфотерные и цвиттер-ионные поверхностно-активные вещества, которые являются коммерчески доступными, и их смеси. В одном варианте воплощения настоящего изобретения поверхностно-активное вещество включает неионное или анионное поверхностно-активное вещество. Более подробно о поверхностно-активных веществах смотрите Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Third Edition, том 8, страницы 900-912.

Неионные поверхностно-активные вещества могут включать таковые, имеющие полиалкиленоксидный полимер в качестве части молекулы поверхностно-активного вещества. Эти поверхностно-активные вещества могут быть с открытой концевой группой или с закрытой концевой группой. Такие неионные поверхностно-активные вещества включают, например, хлор-, бензил-, метил-, этил-, пропил-, бутил- и другие аналогичные полиэтиленгликолевые сложные эфиры жирных спиртов с закрытой концевой алкильной группой; неионные свободные от полиалкиленоксидов, такие как алкилполигликозиды; сорбитановые и сахарные сложные эфиры и их этоксилаты; алкоксилированный этилендиамин; алкоксилаты спиртов, такие как этоксилат пропоксилат спиртов, пропоксилат спиртов, пропоксилат этоксилат пропоксилат спиртов, этоксилат бутоксилат спиртов, этоксилаты жирного спирта (например, алкоксилат тридецилового спирта, аддукт этиленоксида) и тому подобное; этоксилат нонилфенола, сложные эфиры полиоксиэтиленгликоля и тому подобное; эфиры карбоновых кислот, такие как глицериновые эфиры, полиоксиэтиленовые эфиры, этоксилированные и гликолевые эфиры жирных кислот и тому подобное; карбоновые амиды, такие как конденсаты диэтаноламина, конденсаты моноалканоламина, полиоксиэтиленовые амиды жирных кислот, и тому подобное; и полиалкиленоксидные блок-сополимеры, включая этиленоксидные/пропиленоксидные блок-сополимеры, такие как коммерчески доступные под торговой маркой PLURONIC (BASF- Wyandotte) и тому подобное; этоксилированные амины и простые эфиры аминов, коммерчески доступные от Tomah Corporation, и другие аналогичные им неионные соединения. Также могут быть использованы силиконсодержащие поверхностно-активные вещества, такие как ABIL B8852 (Goldschmidt).

Неионное поверхностно-активное вещество может включать этоксилаты линейных и вторичных спиртов (этоксилаты жирного спирта, например алкоксилат тридецилового спирта, аддукт этиленоксида), этоксилаты алкилфенола, этокси/пропокси блок поверхностно-активные вещества и тому подобное. Примеры предпочтительных этоксилатов линейных и вторичных спиртов (этоксилаты жирного спирта, например, алкоксилат тридецилового спирта, аддукт этиленоксида) включают пятимольный этоксилат линейного первичного из 12-14 атомов углерода спирта (C_12-14H_25-29)-O-(CH₂CH₂0)₅H, доступный под торговой маркой LAE 24-5), семимольный этоксилат линейного первичного из 12-14 атомов углерода спирта (C_12-14H_25-29)-O-(CH₂CH₂₀)₇H (один из которых доступен под торговой маркой LAE 24-7), двенадцатимольный этоксилат линейного первичного из 12-14 атомов углерода спирта (C_12-14H_25-29)-O-(CH₂CH₂₀)₁₂H (один из которых доступен под торговой маркой LAE 24-12), и тому подобное.

Анионные поверхностно-активные вещества могут включать, например, карбоксилаты, такие как алкилкарбоксилаты (соли карбоновой кислоты) и полиалкоксикарбоксилаты, этоксилат карбоксилаты спирта, этоксилат карбоксилаты нонилфенола, и тому подобное; сульфонаты, такие как алкилсульфонаты, алкилбензенсульфонаты (например, линейная додецилбензенсульфоновая кислота или ее соли), алкил-арилсульфонаты, сложные эфиры сульфонированной жирной кислоты, и тому подобное; сульфонаты, такие как сульфатированные спирты, этоксилаты сульфатированного спирта, сульфатированные алкилфенолы, алкилсульфаты, сульфосукцинаты, алкильный простой эфир сульфатов, и тому подобное; и сложные эфиры фосфатов, такие как сложные эфиры алкилфосфатов, сложные эфиры фосфатов этоксилированного спирта, и тому подобное.

Поверхностно-активные вещества классифицируются как катионные, если заряд гидрофильной части молекулы положительный. Поверхностно-активные вещества, в которых гидрофильная часть не несет заряда, если pH снижается близко к нейтральному или ниже, но которая при этом катионная (алкиламины), также включены в эту группу.

Катионные поверхностно-активные вещества могут находиться в некоторых перекисных растворах. Катионные поверхностно-активные вещества могут включать соединения, содержащие по меньшей мере одну гидрофильную группу с длинной углеродной цепью и по меньшей мере один положительно заряженный азот. Группа с длинной углеродной цепью может быть прикреплена непосредственно к атому азота простым замещением, или опосредованно связыванием функциональной группы или групп в так называемые прерванные. Такие функциональные группы могут делать молекулу более гидрофильной и/или более диспергируемой в воде, более легко растворимой в воде при использовании смесей вспомогательных поверхностно-активных веществ и/или растворимой в воде. Для повышения водорастворимости могут быть введены дополнительные первичные, вторичные или третичные аминогруппы, или аминный азот может быть кватернизован алкильными группами с низкой молекулярной массой. Дополнительно, азот может быть частью этой функциональной группы с разветвленной или прямой цепью различной степени ненасыщенности или насыщенного или ненасыщенного гетероциклического кольца. Дополнительно, катионные поверхностно-активные вещества могут содержать комплексные связи, имеющие более чем один катионный атом азота.

Катионные поверхностно-активные вещества могут включать поверхностно-активное вещество на основе четвертичного аммония, такое как поверхностно-активное вещество из топленого жира на основе четвертичного аммония, такое как соединение этоксилата амина топленого жира и четвертичного аммония. Например, соединение может включать четвертичный азот, связанный с метильной группой функциональной группы топленого жира и двумя функциональными группами этоксилата. Фукнциональные этоксилатные группы могут включать с 6-10 этоксилатных групп.

Поверхностно-активные соединения, квалифицируемые как аминоксиды, амфотерные вещества и цвиттер-ионы, как правило, сами по себе являются катионными при pH растворов ближе к нейтральному до кислого и могут пересекаться в классификации поверхностно-активных веществ. Полиоксиэтилированные катионные поверхностно-активные вещества, как правило, ведут себя в щелочном растворе аналогично неионным поверхностно-активным веществам, а в кислом растворе аналогично катионным поверхностно-активным веществам.

Большая часть коммерческих катионных поверхностно-активных веществ может быть разделена на четыре больших класса и дополнительные подгруппы, например, как описано в «Surfactant Encyclopedia», Cosmetics & Toiletries, Vol. 104 (2) 86-96 (1989). Первый класс включает алкиламины и их соли. Второй класс включает алкилимидазолины. Третий класс включает этоксилированные амины. Четвертый класс включает четвертичные соединения, такие как соли алкилбензилдиметиламмония, соли алкилбензена, гетероциклические соли аммония, соли диалкиламмония и тому подобное.

Ингибиторы пенообразования

Раствор необязательно может включать ингибиторы пенообразования. Как правило, ингибиторы пенообразования могут включать кремний и кремнйорганические соединения; алифатические кислоты или сложные эфиры; спирты; сульфаты или сульфонаты; амины или амиды; галогенированные соединения, такие как фторхлорзамещенные углеводороды; растительные масла, воски, минеральные масла, наряду с их сульфатированными производными; и фосфаты и сложные эфиры фосфатов, такие как алкильные или щелочные дифосфаты, и среди прочего трибутилфосфаты и их смеси. Предпочтительны пищевые ингибиторы пенообразования. Кремнийорганические соединения, такие как кремнийорганический диметил, гликолевый кремнийорганический полимер, метилфенольный кремнийорганический полимер, триалкильные или тетраалкильные кремнийорганические соединения, гидрофобные кремниевые ингибиторы пенообразования и их смеси - все могут быть использованы для ингибирования пенообразования. Общедоступные коммерческие ингибиторы пенообразования включают кремнийорганические соединения, такие как Ardefoam^TM от Armour Industrial Chemical Company, которые представляют кремнийорганические соединения, связанные в органической эмульсии; Foam Kill^TM или Kresseo^TM, доступный от Kirusable Chemical Company, которые представляют ингибиторы пенообразования типа кремнийорганических соединений и не кремнийорганических соединений наряду со сложными эфирами кремнийорганических соединений; и Anti-Foam A^TM и DC-200 от Dow Corning Corporation, которые оба представляют среди прочего пищевые кремнийорганические соединения.

Ингибиторы коррозии

Раствор может необязательно включать ингибитор коррозии. Используемые ингибиторы коррозии включают поликарбоновые кислоты, такие как короткоцепочечные карбоновые дикислоты, трикислоты, наряду со сложными эфирами фосфатов и их комбинациями. Используемые сложные эфиры фосфатов включают сложные алкильные эфиры фосфатов, сложные моноалкиларильные эфиры фосфатов, сложные диалкиларильные эфиры фосфатов, сложные триалкиларильные эфиры фосфатов и их смеси, такие как Emphos PS 236, коммерчески доступная от Witco Chemical Company. Другие используемые ингибиторы коррозии включают триазолы, такие как бензотриазолы, толилтриазол и меркаптобензотиазол, и их комбинации с фосфатами, такие как 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновая кислота, и поверхностно-активные вещества, такие как диэтаноламид олеиновой кислоты и натрия кокоамфогидроксипропил сульфонат и тому подобное. Используемые ингибиторы коррозии включают поликарбоновые кислоты, такие как дикарбоновые кислоты. Предпочтительно кислоты включают адипиновую, глютаровую, янтарную и их смеси. Наиболее предпочтительной является смесь адипиновой, глютаровой и янтарной кислоты, которая представляет сырьевой материал, доступный от BASF под торговой маркой SOKALAN^TM DCS.

Модификаторы реологических свойств

Раствор может необязательно включать один или более модификатор реологических свойств.

Используемые водорастворимые или диспергируемые в воде модификаторы реологических свойств могут быть классифицированы как неорганические или органические. Органические загустители дополнительно делятся на натуральные и синтетические полимеры, которые далее подразделяются на синтетические на натуральной основе и на синтетические на основе нефти.

Неорганические загустители, как правило, представляют такие соединения, как коллоидный алюмосиликат магния (VEEGUM^TM), коллоидные глины (Bentonites) или кремнийорганические соединения (CAB-O-SILS^TM), которые были диспергированы или осаждены для создания частиц с большим соотношением поверхности к размеру. Подходящие гидрогелевые загустители представляют, главным образом, экссудаты растений. Например, трагакантовая камедь, камедь карайа и камедь акации; и экстрактивные вещества, такие как каррагенан, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь и пектин; или продукты ферментации чистой культуры дрожжей, такие как ксантановая камедь. Химически все эти материалы представляют соли анионного комплекса полисахаридов. Используемые синтетические загустители на натуральной основе представляют производные целлюлозы, где свободные гидроксильные группы линейных ангидроглюкозных полимеров этерифицированы с образованием простых эфиров или сложных эфиров с получением семейства веществ, которые растворяются в воде и придают вязкость растворам. Эта группа материалов включает алкил и гидроксиалкил целлюлозы, в частности метилцеллюлозу, гидроксиэтилметилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, гидроксибутилметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, этилгидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу и карбоксиметилцеллюлозу. Синтетические водорастворимые полимеры на основе нефти получают прямой полимеризацией подходящих мономеров, примерами которых являются поливинилпирролидон, простой поливинилметиловый эфир, полиакриловая кислота и полиметакриловая кислота, полиакриламид, полиэтиленоксид и полиэтиленимин.

Красители и ароматизирующие вещества

Раствор может необязательно включать различные красители, одоранты, включая отдушки, и другие агенты, усиливающие эстетическое восприятие. Предпочтительные красители включают красители FD&C, красители D&C и тому подобное.

Для более полного понимания описания приведены следующие примеры для иллюстрации некоторых вариантов воплощения настоящего изобретения. Эти примеры и эксперименты приведены только для иллюстрации и не ограничивают объем притязаний настоящего изобретения. Все части приведены по массе, если ясно не указанно иное.

ПРИМЕРЫ

ПРИМЕР 1

Целью Примера 1 является охарактеризовать воздействие каталазного фермента на уровни перекиси водорода и пероксиуксусной кислоты в перекисном растворе. В перекисный раствор добавляют различные уровни каталазного фермента Optimase® CA 400L (Genencor International, Rochester, NY) при температуре 25ºC и выдерживают в течение 10 минут при перемешивании. Следует отметить, что измеряемая концентрация фермента представляет концентрацию активного фермента. Перекисный раствор, полученный из Oxonia Active® (Ecolab Inc., St. Paul, MN), в начале эксперимента содержит 2952 частей на миллион перекиси водорода и 650 частей на миллион пероксиуксусной кислоты. После 10 минут выдержки измеряют уровни перекиси водорода и пероксиуксусной кислоты.

Результаты приведены на Фигуре 1 и демонстрируют, что добавление каталазы в перекисный раствор приводит к значительному разрушению перекиси водорода, но обеспечивает незначительное разрушение пероксиуксусной кислоты.

ПРИМЕР 2

Целью Примера 1 является охарактеризовать воздействие восстановителя - бисульфита натрия на уровни перекиси водорода и пероксиуксусной кислоты в перекисном растворе. В перекисный раствор добавляют различные уровни бисульфита натрия (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) при температуре 25ºC и выдерживают в течение 30 минут. Перекисный раствор, полученный из Oxonia Active® (Ecolab Inc., St. Paul, MN) в начале эксперимента содержит 225 частей на миллион перекиси водорода и 50 частей на миллион пероксиуксусной кислоты. После 30 минут выдержки измеряют уровни перекиси водорода и пероксиуксусной кислоты.

Результаты приведены на Фигуре 2 и демонстрируют, что добавление бисульфита натрия в перекисный раствор приводит к значительному разрушению перекиси водорода и пероксиуксусной кислоты. Скорость разрушения перекиси водорода пропорциональна скорости разрушения пероксиуксусной кислоты.

ПРИМЕР 3

Целью Примера 3 является охарактеризовать воздействие времени выдержки на разрушение перекиси водорода в перекисном растворе при использовании каталазы. В перекисный раствор добавляют различные уровни каталазного фермента Optimase® CA 400L (Genencor International, Rochester, NY) при температуре 25ºC до конечной концентрацией 0,116 мг/л. Перекисный раствор, полученный из Oxonia Active® (Ecolab Inc., St. Paul, MN), в начале эксперимента содержит 2893 частей на миллион перекиси водорода и 634 частей на миллион пероксиуксусной кислоты. Уровни перекиси водорода измеряют с 2-минутным интервалом.

Результаты приведены на Фигуре 3 и демонстрируют, что добавление каталазы в перекисный раствор приводит к 50, 90 и 99% разрушению перекиси водорода от начального уровня перекиси водорода на 1, 5 и 10 минуте, соответственно.

ПРИМЕР 4

Целью Примера 4 является охарактеризовать воздействие температуры на разрушение перекиси водорода в перекисном растворе при использовании каталазы. В перекисный раствор добавляют различные уровни каталазного фермента Optimase® CA 400L (Genencor International, Rochester, NY) при различных температурах. Перекисный раствор, полученный из Oxonia Active® (Ecolab Inc., St. Paul, MN), в начале эксперимента содержит 2950 частей на миллион перекиси водорода и 650 частей на миллион пероксиуксусной кислоты. Уровни перекиси водорода измеряют через 10 минут выдержки. Данные нормированы с учетом небольших различий в начальных концентрациях и log преобразования для адаптации к линейной модели.

Результаты приведены на Фигуре 4 и демонстрируют, что эффективность каталазы при разрушении перекиси водорода в перекисном растворе выше при температуре в пределах от около 25ºC до 50ºC. Эффективность каталазы для разрушения перекиси водорода в перекисном растворе снижена при температуре выше 50ºC и при температуре 4ºC.

ПРИМЕР 5

Целью Примера 5 является сравнить уровни TDS в перекисных растворах, нейтрализованных при использовании двух различных способов: (1) способ с использованием только восстановителя-бисульфит натрия и (2) способ с использованием каталазного фермента после использования бисульфита натрия. В первом эксперименте в перекисный раствор добавляют минимальный уровень бисульфита натрия (Sigma- Aldrich, St. Louis, MO) для разрушения как перекиси водорода, так и пероксиуксусной кислоты. Во втором эксперименте на первой стадии в перекисный раствор добавляют минимальный уровень каталазного фермента Optimase® CA 400L (Genencor International, Rochester, NY) для разрушения только перекиси водорода в течение 10 минут при температуре 25ºC. На второй стадии в перекисный раствор добавляют минимальный уровень бисульфита натрия для разрушения оставшихся перекисных соединений. Перекисные растворы в обоих экспериментах получены из Oxonia Active® (Ecolab Inc., St. Paul, MN) и содержат в начале эксперимента 2952 частей на миллион перекиси водорода и 650 частей на миллион пероксиуксусной кислоты.

Результаты приведены в Таблице 1 и демонстрируют, что уровень TDS перекисном растворе, обработанном при использовании только восстановителя-бисульфита натрия (Способ 1), в 13,6 раз выше, чем в способе, проведенном при использовании каталазного фермента после использования бисульфита натрия (Способ 2).

Таблица 1 Стадия обработки Способ 1 Способ 2 1-Фермент (г на 100г образца) 0 0,006

2-Восстановитель (г на 100г образца) 0,919 0,081 Уровень перекисных соединений после обработки (мг/л) <1 <1 Уровень TDS после обработки (мг/л) 10900 800

ПРИМЕР 6

Целью Примера 6 является сравнить уровни общих перекисных соединений в перекисных растворах, обработанных при использовании варианта Способа 2 по Примеру 5, в частности способа, в котором порядок добавления обратный (то есть, сначала добавлен бисульфит натрия и затем добавлена каталаза). Этот новый способ обозначен как Способ 3. В этом эксперименте в перекисный раствор добавляют тот же уровень бисульфита натрия (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO), что и в перекисный раствор в Способе 2 по Примеру 5. На второй стадии в перекисный раствор добавляют тот же уровень каталазного фермента Optimase® CA 400L (Genencor International, Rochester, NY), что и в перекисный раствор в Способе 2 по Примеру 5. Используемый в эксперименте перекисный раствор получен из Oxonia Active® (Ecolab Inc., St. Paul, MN) и содержИт в начале эксперимента 2886 частей на миллион перекиси водорода и 636 частей на миллион пероксиуксусной кислоты.

Результаты приведены в Таблице 2 и демонстрируют, что обратный порядок добавления (то есть сначала добавлен бисульфит натрия и затем добавлена каталаза) не эффективен для разрушения перекисных соединений.

Таблица 2 Стадия обработки Способ 3 1-Восстановитель (г на 100г образца) 0,081 2-Фермент (г на 100г образца) 0,006 Уровень перекисных соединений после обработки (мг/л) 312

ПРИМЕР 7

Целью Примера 7 является охарактеризовать, как эффективность разрушения перекиси водорода влияет на изменение соотношения фермента к перекисным соединениям. В два разных перекисных раствора добавляют каталазный фермент Optimase CA 400L (Genencor International, Rochester, NY) с получением конечной концентрации фермента 0,039 мг/л. Перекисный раствор получен из Oxonia Active ® (Ecolab Inc., St. Paul, MN) и содержит в начале эксперимента 2943 частей на миллион перекиси водорода и 650 частей на миллион пероксиуксусной кислоты (Перекисный раствор 1), или 577 частей на миллион перекиси водорода и 129 частей на миллион пероксиуксусной кислоты (Перекисный раствор 2). После 10 минут выдержки при температуре 55ºC измеряют уровень перекиси водорода.

Результаты приведены в Таблице 3 и демонстрируют, что разрушение перекиси водорода в перекисном растворе более эффективно при повышенном соотношении фермента к перекиси водорода. Следовательно, может быть предпочтительно добавлять указанное количество фермента в перекисный раствор перед его разведением.

Таблица 3 Перекисный раствор Процент снижения уровня перекиси водорода 1-более высокое соотношение фермента к перекисным соединениям 92% 2-более низкое соотношение фермента к перекисным соединениям 40%

ПРИМЕР 8

Целью Примера 8 является определить эффективность описанного способа для продления срока работы линий по расфасовке пищевых продуктов на коммерческой линии по розливу напитков. Оценивают влияние дозы реагента, времени контакта и температуры.

На контейнеры на линии расфасовки наносят различные концентрации Oxonia Active. Затем контейнеры обрабатывают и собирают использованные перекисные растворы. Для прохождения реакции в растворы добавляют различные концентрации каталазного фермента (Optimase CA-400L). Затем для прохождения реакции в растворы добавляют различные концентрации BC1002 (30% раствор метабисульфита натрия, коммерчески доступный от Ecolab Inc., St. Paul, MN). Образцы собирают и анализируют после добавления фермента и метабисульфита натрия. Результаты приведены ниже.

Из Таблицы 4 видно, что доза от 1 части каталазы на 5000 частей перекиси водорода при времени контакта 20 минут, как правило, снижает концентрацию перекиси водорода до уровня ниже пределов определения в способе, используемом при тестировании. Более высокие концентрации приводят к снижению менее чем за 10 минут.

Таблица 4 Каталаза:H₂O₂ 10 минут 20 минут 30 минут 1:1250 5 частей на миллион H₂O₂ 5 частей на миллион H₂O₂ 4 части на миллион H₂O₂ 1:2500 5 частей на миллион H₂O₂ 5 частей на миллион H₂O₂ 4 частИ на миллион H₂O₂ 1:5000 65 частей на миллион H₂O₂ 5 частей на миллион H₂O₂ 4 части на миллион H₂O₂

Из Таблицы 5 видно, что разрушение перекиси водорода каталазой повышается при повышении температуры, что может быть желательно для композиций с низкими концентрациями перекиси водорода.

Таблица 5 1:5000 (каталаза:H₂O₂) Температура 10 минут 20 минут 30 минут 23,4ºC 125 частей на миллион H₂O₂ 21 частей на миллион H₂O₂ 4 части на миллион H₂O₂ 37,5ºC 12,5 частей на миллион H₂O₂ 4 части на миллион H₂O₂ 4 части на миллион H₂O₂

Из Таблиц 6 и 7 видно, что доза от 1,75 до 2,6 частей метабисульфита натрия из BC1002 (30% метабисульфит натрия) на часть перуксусной кислоты при времени контакта 10 минут адекватно снижает концентрацию перуксусной кислоты.

Таблица 6 Метабисульфит натрия:PAA 5 минут 10 минут 20 минут 2,61:1 0 частей на миллион PAA 0 частей на миллион PAA 0 частей на миллион PAA

1,96:1 0 частей на миллион PAA 0 частей на миллион PAA 0 частей на миллион PAA 1,31:1 20 частей на миллион PAA 20 частей на миллион PAA 20 частей на миллион PAA

Таблица 7 Метабисульфит натрия:PAA 5 минут 10 минут 15 минут 1,25:1 67 частей на миллион PAA 53 части на миллион PAA 52 части на миллион PAA 1,50:1 37 частей на миллион PAA 30 частей на миллион PAA 30 частей на миллион PAA 1,75:1 Не определено Не определено Не определено 2,00:1 Не определено Не определено Не определено

В Таблице 8 показано влияние температуры на способность метабисульфита натрия в BC1002 (30% метабисульфит натрия) снижать концентрации перуксусной кислоты при соотношении 1,75 частей метабисульфита натрия на 1 часть перуксусной кислоты. Из Таблицы 8 видно, что температура оказывает очень слабое влияние на снижение перуксусной кислоты.

Таблица 8   30 секунд 1 минута 2 минуты 39ºC 2 Не определено Не определено 25ºC 2 Не определено Не определено 12ºC 3 Не определено Не определено

В Таблице 9 показано влияние начальной концентрации перуксусной кислоты и времени контакта на реакцию между метабисульфитом натрия и перуксусной кислотой. Из Таблицы 9 видно, что реакция метабисульфита натрия BC1002 с перуксусной кислотой при соотношении 1,75:1, как правило, проходит менее чем за 10 минут, а также дает выход более низкого остаточного количества при более высоких начальных концентрациях перуксусной кислоты, считается, что скорость реакции зависит от концентрации.

Таблица 9 (Метабисульфит натрия:PAA=1,75:1)       Начальная концентрация PAA 10 минут 20 минут 30 минут 60 частей на миллион 30 частей на миллион 25 частей на миллион 20 частей на миллион 180 частей на миллион 9 частей на миллион 9 частей на миллион 8 частей на миллион 540 частей на миллион Не определено Не определено Не определено 1,620 частей на миллион Не определено Не определено Не определено

Приведенное краткое описание, детальное описание и примеры обеспечивают прочную основу для понимания описания и некоторых конкретных вариантов воплощения настоящего изобретения. Поскольку настоящее изобретение может включать различные варианты его воплощения, то указанная выше информация не ограничивает объем притязаний настоящего изобретения. Объем притязаний настоящего изобретения изложен в приложенной формуле изобретения.

Группа изобретений относится к многостадийному способу обработки перекисных растворов для повторного использования или утилизации. Для обработки перекисного раствора осуществляют сбор первичного перекисного раствора, включающего перекись водорода или перкислоту и перекись водорода. Добавляют восстанавливающий перекись водорода фермент в первичный перекисный раствор. Затем добавляют восстановитель перекисных соединений в первичный перекисный раствор, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем. В итоге получают обработанный перекисный раствор как результат добавления фермента и восстановителя. Использование группы изобретений позволяет эффективно снизить уровни перекисных соединений в перекисных растворах без существенного повышения уровня общих растворенных сухих веществ. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил., 9 табл., 8 пр.

1. Способ обработки перекисного раствора, включающий:
a) сбор первичного перекисного раствора, включающего перкислоту и перекись водорода;
b) добавление восстанавливающего перекись водорода фермента в первичный перекисный раствор и затем
c) добавление восстановителя перекисных соединений в первичный перекисный раствор, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем;
d) получение обработанного перекисного раствора как результата добавления фермента и восстановителя.

2. Способ по п. 1, где перкислоту выбирают из группы, состоящей из перуксусной кислоты, пероктановой кислоты и их смесей.

3. Способ по п. 1, где фермент выбирают из группы, состоящей из каталазы, пероксидазы и их смесей.

4. Способ по п. 1, где восстановитель выбирают из группы, состоящей из солей бисульфита, солей метабисульфита, солей тиосульфита, солей сульфита, диоксида серы, древесного угля, активированного угля, аскорбиновой кислоты, изоаскорбиновой кислоты, металлических катализаторов и их смесей.

5. Способ по п. 1, где восстановитель представляет собой УФ-излучение.

6. Способ по п. 1, где pH первичного перекисного раствора составляет в пределах от около 1 до около 10.

7. Способ по п. 1, где температура первичного перекисного раствора составляет в пределах от около 1°C до около 70°C.

8. Способ по п. 1, где концентрация перекисных соединений в первичном перекисном растворе составляет в пределах от около 1 части на миллион до около 50000 частей на миллион.

9. Способ по п. 1, где первичный перекисный раствор собирают с процесса обеззараживания, отбеливания или окисления в установке по производству пищевых продуктов или напитков, с медицинских поверхностей, поверхностей, контактирующих с пищевыми продуктами, в ресторанах, текстилем в прачечной, или в установках по обработке сточных вод.

10. Способ по п. 1, где обработанный перекисный раствор дополнительно обрабатывают при использовании способа, выбранного из группы, состоящей из флотации, седиментации, флокуляции, модифицирования pH, фильтрации, аэробных биологических способов, анаэробных биологических способов, осветления, обеззараживания и их комбинаций.

11. Способ по п. 1, где обработанный перекисный раствор повторно используют на предприятии.

12. Способ по п. 1, где обработанный перекисный раствор сбрасывают в окружающую среду.

13. Способ по п. 1, где концентрация перекисных соединений в обработанном перекисном растворе составляет в пределах от около 0,1 части на миллион до около 1000 частей на миллион.

14. Способ по п. 1, где общие растворенные сухие вещества в обработанном перекисном растворе не повышаются более чем на 10000 частей на миллион.

15. Способ по п. 1, где первичный или обработанный перекисный раствор дополнительно включает материал, выбранный из группы, состоящей из карбоновой кислоты, стабилизирующего агента, гидротропа, поверхностно-активного вещества, ингибиторов пенообразования, ингибиторов коррозии, модификаторов реологических свойств, красителей, ароматизирующих веществ, воды, сахара, соли, жира, масла, белка, крахмала, детергента, минерального вещества, почвы, крови и их смесей.

16. Способ по п. 1, где фермент и восстановитель добавляют в перекисный раствор после его использования в процессе обеззараживания, отбеливания или окисления, но перед его комбинированием с другими потоками сточных вод.

17. Способ по п. 1, где фермент и восстановитель добавляют в перекисный раствор после его использования в процессе обеззараживания, отбеливания или окисления и комбинирования с другими потоками сточных вод.

18. Способ по п. 1, где фермент и восстановитель добавляют в то место, где происходит процесс обеззараживания, отбеливания или окисления.

19. Способ по п. 1, где фермент и восстановитель добавляют в процессе на общественных очистных сооружениях, станциях обработки промышленных отходов или муниципальных или промышленных станциях утилизации отходов в качестве топлива.

20. Способ обработки перекисного раствора, включающий:
a) сбор первичного перекисного раствора, включающего перекись водорода;
b) добавление восстанавливающего перекись водорода фермента в перекисный раствор;
c) добавление восстановителя перекисных соединений в перекисный раствор, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем;
d) получение обработанного перекисного раствора как результата добавления фермента и восстановителя.

21. Способ обработки перекисного раствора, включающий:
a) добавление восстанавливающего перекись водорода фермента в перекисный раствор перед или во время процесса обеззараживания, отбеливания или окисления и затем
b) добавление восстановителя перекисных соединений в перекисный раствор после процесса обеззараживания, отбеливания или окисления, где по меньшей мере на 0,1 часть перекисных соединений, разрушенных ферментом, приходится 1 часть перекисных соединений, разрушенных восстановителем;
c) получение обработанного перекисного раствора как результата добавления фермента и восстановителя.