Peressigsäureein faszinierendes Stoffsystem aus chemischer

und anwendungstechnischer Sicht

Dr.-Ing. Gerd SchreinerDiplom-Chemiker

„Peracetic acid is the best desinfective agent

in the world.“

Peressigsäure ist das beste Desinfektionsmittel der Welt.

Robert A. Simms,Solvay Interox Ltd., Warrington, U.K.

Bob Simms

Schwerpunkte

• Historische Meilensteine der PES-Desinfektion • Was ist PES wirklich?• PES ist nicht gleich PES: Wofasteril und sein Pendant im

Westen• Stabilität von PES als Konzentrat und Gebrauchslösung:

Peroxidzerfall und Hydrolyse• Anwendungslimitierende Eigenschaften der PES:

Korrosivität und Geruch• Ansatzpunkte der Eigenschaftsoptimierung: selektive

Neutralisation der Gleichgewichts-Essigsäure • Das Wofasteril-Kombiverfahren und seine Leistungen

MeilensteineJahr Ereignis Folgen1902 Freer und Novy publizieren in

den USA erstmals über die bis dahin einzigartige Mikrobizidie v. „hydrolyzed Diacetlyperoxide“

-

1912 d‘Ans und Frey (TH Darm-stadt) veröffentlichen „Direkte Darstellung von Persäuren“.

Name „Peressigsäure“statt des richtigeren „Acetylhydroperoxid“, Image der Explosivität

1951 Greenspan u. MacKellarentkeimen Tomaten von Hefen u.Schimmelpilzen: PES ist Nr. 1

Regt Arbeit von Lowings an

1956 Lowings setzt PES in der Graf-schaft Kent bei Erdbeeren zum Schutz vor Grauschimmel ein.

1960 Kline und Hull berichten über sensationelle viruzide Effekte der PES

Es etablieren sich zwei Arbeitsgruppen in Prag und Erfurt

Wirkungsvergleich PES und H2O2(aus: P.C. Freer u. F.G. Novy: Am Chem J. Vol. XXVII,March, 1902, No. 3, p161 – 192Laboratories of General Chemistry and of Hygiene, University of Michigan

1. 3. 5. 10. 15. 30. 60. 1. 3. 5. 10. 15. 30. 60.B. pyocyaneus - - - - - - - + + + + + + +B. coli - - - - - - - + + + + + + +B. thyphosus - - - - - - - + + + + + + +B. diphtheriae - - - - - - - + + + + + + +Vib. Cholerae - - - - - - - - - - - - - -S. pyog. aureus - - - - - - - + + + + + + +Strept. pyogenes - - - - - - - + + + + + + +Spores anthrax B. + - - - - - - + + + + + + +Spores hay B. + - - - - - - + + + - - - -Spores potato B. + - - - - - - + + + + + + +

MinutesHydrolyzed Acetyl Peroxide, 0,026 % AO Hydrogen Peroxide, 0,05 % AO

Minutes

Freer +

Novy

Acetylierungsstufen

Atomkalottenmodell des Acetylhydroperoxides („PES“)

H C

O

-O-OHHydroperoxid-gruppe

CH3CO-

O

OAcetyl-

Wirkschema

Die Resultate von Kline und Hull auf einen Blick:0,04 % PES führten beim Poliovirus Typ I zu einer Titerreduktion von 7,5 log-Stufen.

Für den äquivalenten Effekt waren erforderlich:

Wirkstoff Konzentration EinwirkzeitWasserstoff-peroxid

75fach 15fach

Formaldehyd 125fach 6fach

Phenol 500fach 250fach

Bei den meisten der geprüften Wirkstoffe und Handelsprodukte wurde eine solche Titerreduktion überhaupt nicht erreicht.

Meilensteine IIJahr Ereignis Folgen1961 Sprößig (Prof. f. Medizinische

Mikrobiologie) und Mücke(Chemiker) beginnen mit Forschungsarbeiten zur PES-Herstellung und -Anwendung an der Medizin. Akademie Erfurt.

1963 Sprößig und Mücke tragen im Oktober zum Hygienekongreß in Leipzig erstmals über die viruziden Effekte von PES/Alko-holmischungen vor

1966 Symposium „Peressigsäure“ in Prag unter Leitung von Prof. B.Tichacek (Militärmed. Institut für Hygiene)

Kollegiale Kooperation der Arbeitskreise in Erfurt und Prag

1968 Kooperation zwischen der MedAk Erfurt und der Pharmasparte der Farbenfabrik Wolfen (Möhring)

Entwicklung des Desinfektionsmittels WofasterilParallelprodukt in der CSSR: Persteril

Meilensteine IIIJahr Ereignis Folgen1969 Pilotproduktion von Wofasteril

in Wolfen am heutigen Stand-ort der KESLA PHARMA

Beginn umfassender Erprobungen in nahezu allen Hygienebereichen

1972 Wofasteril erhält die Zulassung als Arzneimittel zur Anwendung am Menschen durch das IfAr der DDR

Aufnahme in die amtliche Liste der Desinfektions-mittel (Hrsg.: Ministerium für Gesundheitswesen)

1975 Arzneimittelanwendungen werden durch veterinärmed. Indikationen erweitert (u.a. Zitzendesinfektion vor und nach dem Melken

1989 Erste Veröffentlichung über Laborunters. mit alkalisierter PES durch Mücke u. Wutzler

1993 MBO-Privatisierung der Pharmasparte Wolfen durch Kesla.

Ab 1995 Fortführung der Forschung in der Kesla.

Prof. Sprößig

Prof. WernerDr. Mücke

Dr. Möhring

Die „Wofasteril-Veteranen“ im Oktober 2003

Prof. Wendt

Röhrenmodell

PES-Gebrauchslösungen

Beim Verdünnen einer PES mit Wasser setzt Hydrolyse ein:

PES spaltet sich wieder in H2O2 und Essigsäure, bis der neue Gleichgewichtszustand erreicht ist.

Dieser Vorgang ist durch Entzug des Wassers wiederumkehrbar (z.B. beim Eintrocknen der ausgebrachten

Gebrauchslösungen).

PES-Gebrauchslösungen

Hydrolyse

PES-HydrolysePES-HydrolysePES-Hydrolyse beim Verdünnen von W ofasteril 1:1 mit W asser

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 1 2 3 4 5 6 7

Standzeit der Lösung in h

% A

ktiv

saue

rsto

ff (A

O

AO(PES)AO(W PO)GAO

PES-Zerfall

PES-Zerfallsmöglichkeiten

Vorgang irreversibel.

Mikrobizides Potenzial geht verloren.O2-Gas bildet Druck in bei Einschluss.

Radikalische Spaltung derPeroxidgruppe zwischen den beiden O-Atomen

Abgespaltener AO reagiert zu Sauerstoffgas (Luft-O2) GAO fällt ab.

PEROXID-ZERFALL

Vorgang ist reversibel bei WasserentzugMikrobizides Potenzial bleibt erhalten.

Abspaltung der komplettenPeroxidgruppe (Umkehr der PES-Bildungsreaktion)GAO bleibt konstant

HYDROLYSE

AUSWIRKUNGMERKMALEVORGANG

Tempearurabh. Hydrolyse

Hydrolyseverlauf 0,5 % Wofasteril E 400-Lösungen in Abhängigkeit der Temperatur

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

0 5 10 15 20 25 30

Standzeit der Lösungen in Tagen

% h

ydro

lysi

erte

r W

irks

toff

ante

4 °C20 °C25 °C

Halbwertszeit t50% = 19 Tage

t50% = 26 Tage

t50% = > 60 Tage

anwendungslimitierende Eigenschaftender Peressigsäure

PES-Lösungen wirken stark korrosiv aufEisen und BuntmetalleUrsache: Zusammenwirken von saurenpH-Werten und Aktivsauerstoff

Stechender Geruch bei großflächiger Ausbringung von Gebrauchslösungen mit Konzentrationen > 0,25 % PES

Die Idee des Wofasteril-Kombiverfahrens

„Untersuchungen zur geruchsfreien Flächendesinfektion mit Peressigsäure“Horst Mücke, Peter Wutzler und Sabine RecknagelZ. ärztl. Fortbild. 83 (1989) 1125 – 1127

Der Geruch der PES-Lösungen ist bei pH 9 weitgehend, bei pH 10 völlig beseitigt.

Die mikrobizide Aktivität der gepufferten Lösungen bleibt erhalten

1 % Wofasteril + 1,0 % Gr-omnis → pH 91 % Wofasteril + 1,5 % Gr-omnis → pH 10

Elektrochemisches Zustandsdiagramm

Hydrolyse 1 %iger Lösungen von Wofasteril in Abhängigkeit des pH-Wertes

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0 5 10 15 20 25 30

Standzeit der Lösungen in Stunden (Raumtemperatur)

% P

ES

ungepuffert pH 9 pH 10 pH 11

Stahlkorrosion durch ungepufferte und gepufferte PES

0,0000,2000,4000,6000,8001,0001,2001,4001,6001,8002,000

Materialabtrag in %

1 % WST,ungepuffert

1 % WST, mit alcauf pH 9,8

Wasser

0,022

0,167

0,033 0,044

0,235

0,035

0,128

0,321

0,042

0,145

0,352

0,049

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Mat

eria

lver

lust

[%

4 6 8 10Versuchsdauer [h]

Korrosion von Eisen durch verschiedene Desinfektionsmittel

Venno FF super1%

Venno VET super 2%

Wofasteril Kombiverfahren 0,8 %

Listungen des Wofasteril-Kombiverfahrens bei DGHM und DVG

• Liste 2000 der DGHM Flächendesinfektion:0,25 % Wofasteril + 0,75 % alcapur bei 5 min EWZ

• DVG-Liste Lebensmittelbereich (Juli 2002):0,125 – 0,2 % Wofasteril E400 + 0,375 – 0,6 % alcapur

• DVG-Liste Tierhaltung (Dezember 2002):0,2 – 0,25 % Wofasteril E400 + 0,6 – 0,75 % alcapur

In allen 3 Listen: effektivstes und wirtschaftlichstes aller gelisteten Verfahren!

Zweikomponenten-Dosierinjektor für das Wofasteril-Kombiverfahren

• Konzentrationseinstellung durch Düsenkaliber von 0,2 bis 1 % WST und 0,6 bis 3 % Pufferadditiv

• Stets konstanter Wasserdruck an den Injektoren

• Geeignet für Wasserdrücke von 2 – 6 bar

• Zertifizierung in Anlehnung anDIN 1988-4 durch DVGW

Aufbauprinzip der Solvent-Cage-PES

PES Käfig (engl. Cage)+Acetatgruppen = gebundene Essigsäure

Temperaturbereiche der Wofasteril-Kombiverfahren

Zusammenfassung• PES ist ein ungewöhnliches Mikrobizid mit ungewöhn-

licher Historie. Sein optimaler Einsatz erfordert Hinter-grundwissen.

• Wofasteril ist für die Belange der Seuchenbekämpfung, für Rettungswesen u. Katastrophenschutz fast ideal, weilν keine Wirkungslückenν schnellste Wirkung aller bekannten Mikrobizideν in Form von Wofasteril auch zur hygienischen Hände-desinfektion einsetzbarν Ein Mittel für alle Anwendungsbereiche