專利名稱：預(yù)涂層過濾介質(zhì)及制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從液體、尤其是飲料中分離固體的預(yù)涂層過濾體系中有用的過濾助劑。
過濾的機械方法典型地通過物理排阻操作。污染的流入液流經(jīng)多孔介質(zhì)，所述多孔介質(zhì)保留尺寸比多孔介質(zhì)孔徑大的顆粒并允許含有尺寸小于多孔介質(zhì)孔徑的顆粒的流出液流過。在截留被污染的流入液中的最小可能顆粒與流入液流經(jīng)多孔介質(zhì)的流速之間存在平衡，其中必須實現(xiàn)該平衡，以提供高的產(chǎn)量。
已知現(xiàn)有技術(shù)使用多孔床或粉末過濾體系過濾飲料、尤其是發(fā)酵飲料。例如，啤酒或白酒在發(fā)酵后被過濾以除去酵母和其它引起混濁的材料，以實現(xiàn)膠體和微生物的穩(wěn)定性。在粉末過濾過程中，在隔膜上形成過濾助劑的預(yù)涂層，一種通常具有特定孔徑的多孔材料如硅藻土或纖維素纖維。當(dāng)過濾助劑的分散液流過隔膜時，太大的過濾助劑纖維或顆粒不能流過隔膜的孔，結(jié)果在隔膜上累積，從而形成濾餅。比隔膜孔小的過濾助劑纖維或顆粒將最終在較大過濾助劑纖維或顆粒后面存留，從而在濾餅內(nèi)提供用于最佳過濾的孔徑分布。
為了提供流體的深度精制，單次過濾流過是不足的，因此，需要多次過濾步驟。為了除去微生物污染物，如在制備發(fā)酵飲料中使用的酵母，過濾器的孔徑必須小于10微米。此外，冷凍滅菌技術(shù)要求小于約2微米的孔徑。使用預(yù)涂層的現(xiàn)有技術(shù)的過濾體系，在沒有使用多步過濾步驟提供流體的深度精制或提供單步冷凍滅菌流體方面，尚未獲得成功。
發(fā)明概述第一方面，本發(fā)明涉及包括過濾助劑的組合物，其中在該過濾助劑的至少一部分上涂布具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料，其中用與陽離子材料直接相鄰的抗衡離子沉淀生物活性金屬。
另一方面，本發(fā)明涉及包括下述的組合物吸附劑、與吸附劑混合的過濾助劑，該過濾助劑在其至少一部分上涂布具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料和用與該陽離子材料直接相鄰的抗衡離子沉淀的生物活性金屬。
再一方面，本發(fā)明涉及過濾流入液的方法提供支撐介質(zhì)；用過濾助劑涂布該支撐介質(zhì)，以形成預(yù)涂層，其中該過濾助劑在其至少一部分上涂布具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料和用與陽離子材料直接相鄰的抗衡離子沉淀的生物活性金屬；使流入液流過預(yù)涂層；在預(yù)涂層上保留來自流入液的污染物；和獲得澄清的流出液。
優(yōu)選實施方案的詳述定義在整個說明書中，單數(shù)或復(fù)數(shù)形式的下述術(shù)語具有下述含義。
″吸附劑″是指能夠主要通過將雜質(zhì)吸引到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)而吸附雜質(zhì)的任何材料。
″吸附劑″是指能夠主要通過物理吸附到其表面上而吸附雜質(zhì)的任何材料。
“主體(bulk)過濾助劑”是指沒有電荷改性的常規(guī)用作預(yù)涂層的材料和/或主體原料成分的那些材料。這些材料包括但不限于活性炭、珍珠巖、硅藻土、纖維素、二氧化硅和類似物。
″污染物下降″是指以化學(xué)、機械或生物方式減少被攔截、除去、和/或惰性化的流體中的雜質(zhì)，以使得該流體更安全地，例如用于人類使用，或在工業(yè)場合更有用。
“纖維”是指特征在于高長徑比例如幾百比一的固體。有關(guān)纖維的任何討論包括晶須。
“過濾助劑”或“過濾助劑材料”是指用于從流體中除去污染物的預(yù)涂層過濾體系中可使用的材料。
“過濾介質(zhì)”是指進行流體過濾的材料。
“流體”是指液體、氣體或其結(jié)合。
″攔截(intercept)″或″攔截(interception)″認為是指干預(yù)或阻止流過，以實現(xiàn)改變、除去、滅活或影響。
″對數(shù)下降值″或″LRV″是指在流入液中的生物體數(shù)目除以在過濾器的流出液中的生物體數(shù)目的常用對數(shù)值。
″微生物攔截增強過濾助劑″是指包括帶正電的過濾助劑的過濾助劑或它的一部分，其中在該過濾助劑的至少一部分上涂布與生物活性金屬組合的陽離子材料?？商砑宇~外的添加劑，以制備在其目的應(yīng)用中更有用的微生物攔截增強過濾助劑。
″微生物攔截增強劑″是指具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料與生物活性金屬的組合。
“微生物”是指可懸浮在流體中的任何活的生物體，包括但不限于細菌，病毒，真菌，原生動物，及其繁殖形式，包括孢囊和孢子。
″顆?！迨侵赋叽绶秶鷱哪z體至肉眼可見，且對形狀沒有特別限制但一般具有有限長/寬比的固體。
″晶須″是指具有有限的長徑比且介于顆粒和纖維的長徑比之間的一種長絲。有關(guān)纖維的任何討論包括晶須。
通用的預(yù)涂層組合物的特征本發(fā)明的預(yù)涂層組合物包括微生物攔截增強過濾助劑，其中使用合適的孔結(jié)構(gòu)和化學(xué)處理的組合，該過濾助劑提供增強的過濾，包括微生物攔截能力。微生物攔截增強過濾助劑當(dāng)用作預(yù)涂層組合物的唯一成分時，提供小于約2微米的孔徑，和可以小于約1微米。當(dāng)與主體過濾助劑結(jié)合使用時，微生物攔截增強過濾助劑增強過濾器性能，延長過濾器壽命，并提供更堅實的濾餅。當(dāng)微生物攔截增強過濾助劑與主體過濾助劑混合時，在至少一部分該材料上的孔徑和電荷使得可攔截較小的污染物。通過以變化的用量組合微生物攔截增強過濾助劑與主體過濾助劑，可滿足特定的過濾需求。微生物攔截增強過濾助劑也可用作主體原料成分。
微生物攔截增強過濾助劑包括能具有小于約2.0微米的平均流動通道的任何材料。優(yōu)選地，微生物攔截增強過濾助劑包括用微生物攔截增強劑處理的單獨的或結(jié)合的納米纖維和/或晶須，或活性顆粒。由本發(fā)明的預(yù)涂層組合物提供的所得濾餅的致密孔結(jié)構(gòu)提供從流體到濾餅表面的短擴散距離。處理微生物攔截增強過濾助劑所使用的化學(xué)處理方法利用陽離子材料與生物活性金屬之間的協(xié)同相互作用，即當(dāng)它們結(jié)合時，提供接觸時的微生物污染物的廣譜下降。陽離子材料提供給微生物攔截增強過濾助劑的電荷將提供微生物污染物的增強的電動攔截，而致密的孔結(jié)構(gòu)提供短的擴散路徑，并進而提供在流向預(yù)涂層組合物表面的流動流體內(nèi)污染物的快速擴散動力學(xué)。微生物攔截增強過濾助劑還提供微生物污染物的補充直接機械攔截。
微生物攔截增強過濾助劑可由能在其表面的至少一部分上保留電荷的任何材料組成，其中電荷保留通過流動或ξ電勢來確定。當(dāng)預(yù)涂層組合物用于過濾飲料時，在水中不溶的食品安全的親水材料是優(yōu)選的。微生物攔截增強過濾助劑可以是有機或無機纖維、晶須、粉末和/或顆粒。優(yōu)選微生物攔截增強過濾助劑可由活性炭、珍珠巖、硅藻土、纖維素、二氧化硅和類似物組成。處理微生物攔截增強過濾助劑所使用的化學(xué)處理方法利用陽離子材料與生物活性金屬之間的協(xié)同相互作用，即當(dāng)它們組合時，提供細菌污染物至少約3的對數(shù)下降。由陽離子材料提供給微生物攔截增強過濾助劑的電荷支持細菌污染物和在流出液中非所需的其它帶負電的顆粒的電動攔截。
過濾助劑材料本發(fā)明的預(yù)涂層組合物包括微生物攔截增強過濾助劑，該過濾助劑在其至少一部分上涂布具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料和用與該陽離子材料直接相鄰的抗衡離子沉淀的生物活性金屬。優(yōu)選微生物攔截增強過濾助劑由多根納米纖維和/或有機與無機材料的顆粒成分組成，其中所述材料包括但不限于聚合物、離子交換樹脂、工程樹脂、陶瓷、纖維素、云母、玻璃、金屬、活化礬土、碳或活性炭、二氧化硅、沸石、硅藻土、珍珠巖、活性鋁土礦、漂白土、鈣羥基磷灰石、其它吸附材料或其結(jié)合?？梢钥紤]有機和無機纖維和/或晶須或顆粒的結(jié)合且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如可與能配制到預(yù)涂層組合物內(nèi)的非常小的粒狀吸附劑或顆粒一起使用玻璃、陶瓷、金屬纖維和聚合物纖維。
預(yù)涂層組合物可以完全由微生物攔截增強過濾助劑組成或可僅僅含有一部分所述助劑。預(yù)涂層組合物的一個優(yōu)選實施方案包括根據(jù)本發(fā)明處理的基本上為納米纖維的過濾助劑材料。優(yōu)選納米纖維是加拿大標(biāo)準游離度小于或等于約100和最優(yōu)選小于或等于約45的纖維素或聚合物纖維。優(yōu)選大部分纖維的直徑應(yīng)當(dāng)小于或等于約1000納米，更優(yōu)選小于或等于約400納米，和最優(yōu)選直徑小于或等于約250納米的纖維。優(yōu)選切斷纖維到約1mm至約8mm的長度，優(yōu)選約2mm至約6mm，和更優(yōu)選約3mm至約4mm。最優(yōu)選原纖化纖維，這是因為它們特別小的尺寸和潛在的低成本。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明加工的原纖化合成纖維素纖維可產(chǎn)生在本發(fā)明的預(yù)涂層組合物中使用的超細親水微生物攔截過濾助劑。可通過在有機溶劑如氧化胺中直接溶解和紡絲木漿來制備這種原纖化纖維素纖維，和它被稱為Lyocell纖維。Lyocell纖維的優(yōu)點是以一致、均勻的方式生產(chǎn)，從而得到可重復(fù)的結(jié)果，這與例如天然纖維素纖維的情況不同。此外，Lyocell的原纖常常卷曲。卷曲提供大量的纖維纏結(jié)，從而導(dǎo)致顯著殘留的濕強度。另外，可使用中等投資成本的設(shè)備大量地生產(chǎn)原纖化Lyocell纖維。應(yīng)當(dāng)理解，除纖維素以外的纖維可被原纖化，以生產(chǎn)極細原纖，如合成纖維，尤其是丙烯酸或尼龍纖維，或其它天然纖維素材料?？稍谖⑸飻r截增強過濾助劑中使用原纖化和非原纖化纖維的組合。
微生物攔截增強劑用能在過濾助劑材料的表面上產(chǎn)生正電荷的微生物攔截增強劑來化學(xué)處理過濾助劑材料。化學(xué)處理在處理表面上產(chǎn)生強的正電荷，這使用流動或ξ電勢分析來確定，和這一正電荷在低于10的pH值下得到保留。陽離子材料可以是小的帶電分子或在沿著聚合物鏈的長度方向上具有帶正電荷的原子的直鏈或支鏈聚合物，其中所述聚合物鏈具有與其締合的抗衡離子。陽離子材料吸附在過濾助劑材料的至少一部分上，和用與陽離子材料直接相鄰的以及在至少一部分過濾助劑材料上的抗衡離子沉淀生物活性金屬。
若陽離子材料是聚合物，則電荷密度優(yōu)選大于約1個帶電原子/約每30埃的分子長度，優(yōu)選大于約1個帶電原子/約每20埃分子長度，和更優(yōu)選大于約1個帶電原子/約每10埃分子長度。在陽離子材料上的電荷密度越高，與其締合的抗衡離子的濃度越高?？墒褂酶邼舛鹊暮线m抗衡離子以驅(qū)使生物活性金屬的沉淀。陽離子材料的高電荷密度提供吸附和顯著反轉(zhuǎn)在制備微生物攔截增強過濾助劑中有用的原料的正常負電荷，陽離子材料不管在高或者在低pH環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)始終給微生物攔截增強過濾助劑提供高度帶正電的表面，這通過流動或ξ電勢分析儀來確定。
使用足夠高分子量的陽離子聚合物使得在沒有嚴重地附帶影響過濾助劑材料如活性炭的中孔(mezo-pore)和微孔的任何吸附能力的情況下，可處理微生物攔截增強過濾助劑的表面。陽離子材料的分子量可大于或等于約5000道爾頓，優(yōu)選大于或等于100000道爾頓，更優(yōu)選大于或等于約400000道爾頓，和可大于或等于約5000000道爾頓。
陽離子材料包括但不限于季銨化胺，季銨化酰胺，季銨鹽，季銨化酰亞胺，芐烷銨化合物，雙胍，陽離子氨基硅化合物，陽離子纖維素衍生物，陽離子淀粉，季銨化聚二醇胺縮合物，季銨化膠原多肽，陽離子甲殼質(zhì)衍生物，陽離子瓜耳膠，膠體如陽離子蜜胺-甲醛酸膠體，無機處理過的硅石膠體，聚酰胺-表氯醇樹脂，陽離子丙烯酰胺，聚合物和其共聚物，其組合和類似物。可用于該應(yīng)用的帶電分子可以是具有單個帶電單元和能夠連接到過濾助劑材料的至少一部分上的小分子。陽離子材料優(yōu)選具有一個或多個與其締合的抗衡離子，在暴露于生物活性金屬鹽溶液時，使得靠近陽離子表面的金屬優(yōu)先沉淀以形成膠態(tài)金屬沉淀絡(luò)合物。
例舉的胺可以是吡咯，表氯醇衍生的胺，其聚合物和類似物。例舉的酰胺可以是公開于國際專利申請No.WO 01/07090的那些聚酰胺和類似物。例舉的季銨鹽可以是二烯丙基二甲基鹵化銨的均聚物，表氯醇衍生的聚季胺聚合物，衍生自二胺和二鹵化物的季銨鹽，例如公開于美國專利2,261,002，2,271,378，2,388,614，和2,454,547(在此將其作為參考引入本發(fā)明)和公開于國際專利申請No.WO 97/23594(也在此將其作為參考引入本發(fā)明)的那些，聚六亞甲基二甲基溴化銨和類似物。陽離子材料可化學(xué)鍵接、吸附、或交聯(lián)至自身和/或至過濾助劑材料上。
此外，適用作陽離子材料的其它材料包括得自BioShieldTechnologies，Inc.，Norcross，Georgia的BIOSHIELD。BIOSHIELD是一種有機硅烷產(chǎn)品，包括約5％重量的十八烷基氨基二甲基三甲氧基甲硅烷基丙基氯化銨和低于3％的氯丙基三甲氧基硅烷?？梢允褂玫牧硪徊牧鲜荢URFACINE，其得自Surfacine Development CompanyLLC，Tyngsboro，Massachusetts。SURFACINE包含通過使聚(六亞甲基雙胍)(PHMB)與4，4′-亞甲基-二-N，N-二縮水甘油苯胺(MBGDA)(交聯(lián)劑)反應(yīng)以將PHMB共價鍵接到聚合物表面上而得到的三維聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。碘化銀形式的銀被引入該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，和作為亞微米尺寸的顆粒被截留。該組合是一種可用于本發(fā)明的有效殺生物劑。取決于過濾助劑材料，MBGDA可以或不將PHMB交聯(lián)至微生物攔截增強過濾助劑上。
將陽離子材料暴露于生物活性金屬鹽溶液下，以便金屬膠體絡(luò)合物沉淀到至少一些過濾助劑材料的至少一部分表面上。為此，生物活性金屬是優(yōu)選的。這些生物活性金屬包括但不限于銀，銅，鋅，鎘，汞，銻，金，鋁，鉑，鈀和其組合。最優(yōu)選的生物活性金屬是銀和銅。優(yōu)選選擇生物活性金屬鹽溶液，使得陽離子材料中的金屬和抗衡離子基本上不溶于含水環(huán)境以驅(qū)使金屬絡(luò)合物沉淀。優(yōu)選地，金屬的存在量是微生物攔截增強過濾助劑重量的約0.01％至約2.0％。
尤其有用的微生物攔截增強劑是銀-胺-鹵化物絡(luò)合物。陽離子胺優(yōu)選分子量為約400,000道爾頓的二烯丙基二甲基鹵化銨的均聚物或具有類似電荷密度和分子量的其它季銨鹽?？捎糜诒景l(fā)明的二烯丙基二甲基氯化銨的均聚物可以商品名MERQUAT100購自Nalco ChemicalCompany(Naperville，Illnois)。氯抗衡離子可被替代為溴或碘抗衡離子。如果與硝酸銀溶液接觸，則銀-胺-鹵化物絡(luò)合物沉淀在至少一部分微生物攔截增強過濾助劑上。
活性炭常用作過濾助劑材料用于制備無色的麥芽飲料。當(dāng)微生物攔截增強過濾助劑包括活性炭時，陽離子材料優(yōu)選具有高的電荷密度和足夠高的分子量，以便產(chǎn)生對活性炭的帶負電的表面基團的強烈吸引和高的配位能。同樣，通過活性炭的疏水吸附機理，使用活性炭的帶電表面補強了在生物活性金屬膠體存在下的增強攔截。具有富氧化學(xué)的碳表面的未處理部分，傾向于具有負電荷，該負電荷可繼續(xù)吸附帶正電的顆粒。正、負、和疏水表面的組合對于污染物的流過來說呈現(xiàn)出幾乎不可逾越的阻擋。
在用微生物攔截增強劑處理過濾助劑材料之后，可使用X-射線熒光檢測在活性顆粒上生物活性金屬和其抗衡離子的存在。
制備微生物攔截增強過濾助劑的方法可用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的工藝，包括噴涂、浸涂和類似方法，用微生物攔截增強劑處理可用于制備本發(fā)明微生物攔截增強過濾助劑的過濾助劑材料。以下概述了制備微生物攔截增強過濾助劑的例舉方法，所述過濾助劑包括用微生物攔截增強劑處理的納米纖維。粒狀過濾助劑材料的類似處理工藝是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的。
在制備包括納米纖維的微生物攔截增強過濾助劑中，將纖維絲束切斷成特定的長度，通常在約1mm至約8mm范圍內(nèi)，和尤其在約3mm至約4mm范圍內(nèi)。在具有類似于摻合器特征的設(shè)備內(nèi)，或在較大規(guī)模上在常稱為“hi-low”、“打漿機”或“勻漿機”的機器內(nèi)，原纖化短切纖維。使纖維經(jīng)歷反復(fù)的應(yīng)力，同時進一步切斷，并使纖維長度的下降最小。當(dāng)纖維經(jīng)歷這些應(yīng)力時，由于無定形和結(jié)晶區(qū)域之間的作用力弱導(dǎo)致纖維劈裂，和加拿大標(biāo)準游離度(CSF)開始下降，其中所述加拿大標(biāo)準游離度通過本領(lǐng)域公知的方法來測定?？砷g隔地取出所得紙漿樣品，和CSF可用作原纖化程度的間接量度。盡管CSF值略微敏感于纖維長度，但它更強烈敏感于纖維的原纖化程度。因此，CSF是從紙漿中除水的容易程度的量度，它是監(jiān)控纖維原纖化程度的合適方式。若表面積非常高，則在給定量的時間下非常少的水從紙漿中排出，和隨著纖維更深入地原纖化，CSF值將逐漸變低。一般地，對于本發(fā)明的應(yīng)用來說，使用CSF低于100的紙漿，和優(yōu)選CSF應(yīng)當(dāng)小于或等于約45。
用陽離子材料處理紙漿，其方式使得陽離子材料涂布至少一些纖維的至少一部分表面，從而在纖維上賦予電荷。施加陽離子材料到纖維上的方法是本領(lǐng)域已知的，和包括但不限于噴涂、浸涂，或浸沒涂布，以引起陽離子材料吸附、化學(xué)反應(yīng)或交聯(lián)到纖維表面上。然后在反滲透/去離子水(RO/DI)水中漂洗已處理紙漿，通常在真空下部分脫水，產(chǎn)生預(yù)涂層，然后可將其暴露于生物活性金屬鹽溶液中。使用幾乎無離子的漂洗水引起與陽離子材料締合的抗衡離子朝已處理的纖維表面緊密地吸引并排除了不想要的離子，所述不想要的離子可能引起生物活性金屬不可控地沉淀到遠離陽離子表面的位置上。
使金屬鹽溶液滲透到纖維內(nèi)，以使陽離子金屬膠體絡(luò)合物在至少一部分纖維表面上沉淀。該沉淀精確地沉積與陽離子涂層相鄰的金屬膠體，這是因為與該涂層締合的抗衡離子同施加的金屬鹽反應(yīng)形成膠體顆粒所致。在充分暴露于生物活性金屬鹽溶液之后，可漂洗纖維并除去過量的水。當(dāng)將硝酸銀用作金屬鹽溶液時，可使用獲自KratosAnalytical(日本的Shimadzu Group Company)的Kratos EDX-700/800X-射線熒光分光計，證明沉淀銀的存在。
也可將顆粒、纖維、晶須或粉末形式的一種或多種添加劑與微生物攔截增強過濾助劑混合，以吸附其它污染物或參與微生物或其它污染物的攔截。有用的添加劑可包括但不限于金屬顆粒，活化礬土，活性炭，二氧化硅，聚合物粉末和纖維，玻璃珠?；蚶w維，纖維素纖維，離子交換樹脂，工程樹脂，陶瓷，沸石，硅藻土，活化鋁土礦，漂白土，硫酸鈣，其它吸附劑材料如超吸收性聚合物(SAP)，或其組合。也可根據(jù)特定應(yīng)用化學(xué)處理添加劑，以賦予微生物攔截能力。這些添加劑優(yōu)選以使得在用于過濾用途時所得預(yù)涂層組合物和/或濾餅中的流體流動基本上不受阻礙的充分量存在。添加劑的量取決于過濾體系的特定用途。
微生物攔截增強過濾助劑可以基于組合物重量為約0.5％至約50％的少量與主體過濾助劑混合，以增強本體過濾助劑的性能。
在本發(fā)明的預(yù)涂層組合物中使用微生物攔截增強過濾助劑的方法使包括微生物攔截增強過濾助劑的流體形式的分散液經(jīng)過支撐介質(zhì)，如隔膜或濾網(wǎng)，和在支撐介質(zhì)上形成厚度通常為約0.5至約3mm的預(yù)涂層。支撐介質(zhì)具有的尺寸和平方英尺數(shù)使得待過濾的流體的流速沒有慢到使大規(guī)模的制備工藝受到限制。待過濾的流體經(jīng)過濾餅和粒狀微生物污染物截留在濾餅上。在流體過濾經(jīng)過濾餅之前，可包括微生物攔截增強過濾助劑的主體原料組合物可與流體混合。添加主體原料組合物促進了(open up)濾餅的滲透性和防止在濾餅上形成截留污染物的不可滲透網(wǎng)。當(dāng)終止過濾時，反沖刷濾餅和濾餅脫離支撐介質(zhì)。已用過的濾餅作為餅或漿料被棄置。
包括微生物攔截增強過濾助劑的預(yù)涂層組合物可提供微生物污染物(包括病毒)至少約3的對數(shù)下降，從而提供單步冷凍滅菌技術(shù)。若不需要這種全面攔截，則可將微生物攔截增強過濾助劑以基于預(yù)涂層組合物重量為約0.5％至約50％的量與不帶電的主體過濾助劑混合，以提供所需程度的攔截。
實施例提供以下實施例說明本發(fā)明，而不應(yīng)理解為限定本發(fā)明的范圍。
使用American Type Culture Collection(ATCC)No.11775的大腸桿菌(Escherichia coli)的懸浮液，進行過濾助劑的細菌挑戰(zhàn)，以評估對細菌挑戰(zhàn)的響應(yīng)。使用ATCC的標(biāo)準操作步驟繁殖細菌，并使用本領(lǐng)域熟知的標(biāo)準微生物步驟制備和量化受到細菌懸浮液挑戰(zhàn)的過濾助劑的流入液和流出液中的細菌。
在下述實施例中使用的預(yù)涂布表面的直徑為47mm和在獲自Fischer Scientific，Pittsburgh，Pennsylvania的Osmonics/MSIGRAVI-SEALTM分析漏斗上形成該預(yù)涂布表面。用以商品名REEMAYTM2004商購于BBA Nonwovens Reemay，Inc.(Old Hickory，Tennessee)的紡粘聚酯做分析漏斗的襯里。
實施例1(比較)未處理纖維素對E.coli的攔截在分析漏斗內(nèi)，將獲自International Fiber Corporation、干重為約0.63g的Alpha-Cel BH-40纖維素紙漿形成為預(yù)涂層。使用蠕動泵，使RO/DI水流過預(yù)涂層，以實現(xiàn)31ml/min的流量。用含有1.06×105E.coli的細菌懸浮液挑戰(zhàn)預(yù)涂層。含未處理纖維素紙漿的預(yù)涂層的對數(shù)下降值小于約1。
實施例2(比較)在與5％未處理Lyocell納米纖維混合的未處理纖維素上E.coli的攔截在350ml RO/DI水中，使用與干重為0.03g的未處理原纖化Lyocell纖維混合的干重為0.60g的BH-40纖維素紙漿，制備預(yù)涂層。使用蠕動泵，使RO/DI水以約80ml/min的流量流過預(yù)涂層。用含有1.06×105E.coli的細菌懸浮液挑戰(zhàn)預(yù)涂層。預(yù)涂層的對數(shù)下降值小于約1。
實施例3(比較)與5％過濾助劑混合的未處理纖維素的E.col攔截，其中所述過濾助劑用經(jīng)陽離子材料處理的Lyocell纖維制備將用量為干重約11.4g(120.0g濕重)、加拿大標(biāo)準游離度為45的原纖化Lyocell納米纖維分散在含有3.0ml MERQUAT100(30％的水溶液)和0.27g溴化鈉的1.0L RO/DI水中過夜。將所得帶電纖維傾倒入配有100目成形絲網(wǎng)的標(biāo)準8英寸Brit過濾器中，并在真空下除去過量水，從而形成紙片。用500ml RO/DI水漂洗紙片。
使用與干重為0.03g帶電原纖化Lyocell纖維混合的干重為0.60gBH-40纖維素紙漿制備預(yù)涂層。使用蠕動泵，使RO/DI水以約28ml/min的流量流過預(yù)涂層。用含有1.06×105E.coli的細菌懸浮液挑戰(zhàn)預(yù)涂層。預(yù)涂層的對數(shù)下降值為約2.10。
實施例4用與微生物攔截增強過濾助劑混合的未處理纖維素對E.coli的攔截將用量為干重約11.4g(120.0g濕重)、加拿大標(biāo)準游離度為45的原纖化Lyocell納米纖維分散在含有3.0ml MERQUAT100(30％的水溶液)和0.27g溴化鈉的1.0L RO/DI水中過夜。將所得帶電纖維傾倒入配有100目成形絲網(wǎng)的標(biāo)準8英寸Brit廣口瓶中，并在真空下除去過量水，從而形成紙片。用500ml RO/DI水漂洗紙片。通過添加60ml RO/DI水稀釋稀硝酸銀溶液，一種3.0ml的儲液(在60ml RO/DI水內(nèi)的1.8g AgNO3)，并均勻傾倒在紙片上，以提供充分的暴露和飽和度。使硝酸銀溶液在紙片上靜置至少約15分鐘和在真空壓力下除去過量水，得到本發(fā)明的微生物攔截增強過濾助劑。
使用與干重為0.03g的微生物攔截增強過濾助劑混合的干重為0.60g的未處理BH-40纖維素紙漿，制備預(yù)涂層。使用蠕動泵，使RO/DI水以約31ml/min的流量流過預(yù)涂層。用含有1.06×105E.coli的細菌懸浮液挑戰(zhàn)預(yù)涂層。該預(yù)涂層的對數(shù)下降值為約5.02，這表明E.coli完全除去。
實施例5微生物攔截增強過濾助劑對E.coli的攔截使用蠕動泵，使RO/DI水以約28ml/min的流量流過實施例4所述的干重為0.63g的微生物攔截增強過濾助劑的預(yù)涂層。用含有1.0×104E.coli的細菌懸浮液挑戰(zhàn)預(yù)涂層。微生物攔截增強過濾助劑的對數(shù)下降值為4.00，這表明E.oli完全除去。
下表I示出了實施例1-5的結(jié)果。
表I實施例1-5中E.coli的對數(shù)下降值
MIEFA＝本發(fā)明的微生物攔截增強過濾助劑CFU＝每塊板上的菌落形成單位。
如實施例4所示，添加甚至少量的本發(fā)明微生物攔截增強過濾助劑看上去提供預(yù)涂層組合物顯著的微生物攔截能力用于降低E.coli。僅僅包括所述微生物攔截增強過濾助劑的實施例5的預(yù)涂層組合物提供優(yōu)良的細菌攔截。
盡管已結(jié)合特定優(yōu)選的實施方案具體描述了本發(fā)明，但顯然根據(jù)上文描述，許多替換、修改和變化對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此認為，所附權(quán)利要求書包括落入本發(fā)明真實范圍和主旨內(nèi)的任何這些替換、修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種組合物，它包括過濾助劑，其中在該過濾助劑的至少一部分上涂布具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料，其中用與所述陽離子材料直接相鄰的抗衡離子沉淀生物活性金屬。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中在過濾之前，使用所述過濾助劑以在隔膜上形成濾餅。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述過濾助劑作為主體原料成分與流入液結(jié)合。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述過濾助劑包括加拿大標(biāo)準游離度小于或等于約45的纖維。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中所述過濾助劑包括納米纖維、纖維素、硅藻土、活性炭、活化礬土、硅酸鹽、聚合物樹脂或纖維、或其組合。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中使所述過濾助劑與未處理的過濾助劑材料混合。
7.一種組合物，它包括吸附劑；與所述吸附劑混合的過濾助劑，所述過濾助劑在其至少一部分上涂布具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料和用與該陽離子材料直接相鄰的抗衡離子沉淀的生物活性金屬。
8.權(quán)利要求1或7的組合物，其中陽離子材料具有高的電荷密度，分子量大于約500道爾頓，和包括季銨化胺、季銨化酰胺、季銨鹽、季銨化酰亞胺、芐烷銨化合物、陽離子氨基硅化合物、其聚合物，或其組合。
8.權(quán)利要求1或7的組合物，其中陽離子材料是二烯丙基二甲基鹵化銨的均聚物。
9.權(quán)利要求1或7的組合物，其中生物活性金屬是銀、銅、鋅、鎘、汞、銻、金、鋁、鉑、鈀或其組合。
10.權(quán)利要求7的組合物，其中所述吸附劑包括纖維素纖維，和其中所述過濾助劑包括加拿大標(biāo)準游離度小于或等于約100的原纖化Lyocell纖維。
11.一種過濾流入液的方法提供支撐介質(zhì)；用過濾助劑涂布該支撐介質(zhì)，以形成預(yù)涂層，其中該過濾助劑在其至少一部分上涂布具有與其締合的抗衡離子的陽離子材料和用與陽離子材料直接相鄰的抗衡離子沉淀的生物活性金屬；使流入液經(jīng)過所述預(yù)涂層；在預(yù)涂層上保留來自流入液的污染物；和獲得澄清的流出液。
12.權(quán)利要求11的方法，進一步包括在使流入液經(jīng)過預(yù)涂層之前，添加過濾助劑到流入液中的步驟。
13.權(quán)利要求11的方法，其中在用過濾助劑涂布支撐介質(zhì)的步驟中，所述過濾助劑包括納米纖維、纖維素、硅藻土、活性炭、活化礬土、硅酸鹽、聚合物樹脂或纖維、或其組合。
14.權(quán)利要求11的方法，其中在用過濾助劑涂布支撐介質(zhì)的步驟中，使所述過濾助劑與未處理的過濾助劑材料混合。
15.權(quán)利要求11的方法，其中在用過濾助劑涂布支撐介質(zhì)的步驟中，用陽離子材料涂布所述過濾助劑，其中所述陽離子材料選自季銨化胺、季銨化酰胺、季銨鹽、季銨化酰亞胺、芐烷銨化合物、陽離子氨基硅化合物、其聚合物和其組合。
16.權(quán)利要求11的方法，其中在用過濾助劑涂布支撐介質(zhì)的步驟中，用二烯丙基二甲基鹵化銨的均聚物涂布所述過濾助劑。
17.權(quán)利要求11的方法，其中在用過濾助劑涂布支撐介質(zhì)的步驟中，所述生物活性金屬是銀、銅、鋅、鎘、汞、銻、金、鋁、鉑、鈀或其組合。
18.權(quán)利要求11的方法，進一步包括提供流入液中微生物污染物至少約4的對數(shù)下降的步驟。
19.基本上如本文任何實施例中所述的權(quán)利要求1或7的組合物。
20.基本上如本文任何實施例中所述的權(quán)利要求11的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括微生物攔截增強過濾助劑的預(yù)涂層或主體原料組合物。優(yōu)選微生物攔截增強過濾助劑包括在其至少一部分表面上涂布微生物攔截增強劑的原纖化Lyocell納米纖維。微生物攔截增強劑包括與生物活性金屬結(jié)合的陽離子材料。單獨或與主體未處理的過濾助劑結(jié)合采用微生物攔截增強過濾助劑實現(xiàn)細菌攔截至少約4的對數(shù)下降。包括微生物攔截增強過濾助劑的預(yù)涂層可用于飲料的一步冷凍滅菌。
文檔編號C02F1/44GK1625428SQ03803019
公開日2005年6月8日 申請日期2003年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者E·E·科斯洛 申請人:科斯洛技術(shù)公司