Research Institutes of Sweden Biovetenskap och material

Transkript

1 SMUTSTESTER FÖR MÅNGA BRANSCHER Kajsa Malmberg Research Institutes of Sweden Biovetenskap och material

2 Projekt: Smutstester för många branscher Mål: Ny metodik kan erbjudas för utvärdering av klimatpåverkan, toxicitet och rengöringseffektivitet på relevanta smutser inriktat mot flera branscher. 4 arbetspaket Biofilm Ekotoxicitetsbedömning Kemisk smuts Test av utvärdering Finansiär: VINNOVA 2

3 3

4 Arbetspaket: Biofilm Målet med detta arbetspaket var att ta fram en robust metodik för optimering av rengöringsmedel, baserat på identifiering och karakterisering av biofilmskomponenterfrån verkliga prover tagna från industrin. 4

5 Bakgrund: Biofilm Andra egenskaper än hos frilevande organismer Ökad resistens mot rengöring-och desinfektionsmedel Ökad värmetålighet Ökad antibiotikaresistens mm. 5

6 Infästning Frilevande bakterieceller fäster till konditionerad yta Förändring av genuttryck Anpassning till ytpåväxt Bildning av mikrokolonier Bakterie/Yta Bild från: P. Dirckx, 2003

7 Tillväxt Bakterierna bildar EPS (Extacellular Polymeric Substances) Skapar fler och bättre fästpunkter för nya bakterier Skapar transportkanaler för vatten och näring Bygger upp växande biofilm EPS-skiktets sammansättning Polysackarider (90%) Proteiner Lipider Bild från: P. Dirckx, 2003

8 Frisläppning Biofilmen delas eller lossnar av inre eller yttre påverkan och sprids till omgivningen Lossade celler kan starta om cykeln Bild från: P. Dirckx, 2003

9 Vilka faktorer påverkar bildningen? Ytmateriel hydrofob/hydrofil Ytstruktur skrovlig/slät Näringstillgång Vattentillgång Tid mellan rengöringstillfällen ph i omgivningen Omgivande temperaturer Bakterieart(er) 9

10 Vilka mikroorganismer bildar biofilm? Några exempel: Listeria monocytogenes Escherichia coli Staphylococcus aureus Pseudomonas spp Bacillus spp Candida spp 10

11 Genomförande: överskådligt 11

12 Genomförande Insamling av bakterieisolat Mikrobryggeri Fisk och skaldjursindustrin Utodling och biokemisk karaktärisering Lämpliga substrat och odlingsmiljö beroende på var i produktionen isolaten isolerats DNA-extraktion, PCR och sekvensering 19 isolat valdes utifrån utodlingen 3 från fisk-och skaldjursindustrin 16 från mikrobryggeri PCR med amplifieringav 16S RNA gen 12

13 Genomförande: BIOFILM Undersökning av biofilmsbildande förmåga hos bakterieisolat Uppodling i TSB medium i 37 C i 24 h Kristallviolett Absorbansmätningar vid 595 nm Referensstam: Pseudomonas auerginosa För varje stam upprepades sex replikat Effekt av tensidbaserade rengöringsmedel på biofilm Tre olika tensidlösningar testades I kombination med två olika komplexbildare Citrat Karbonat Även MilliQ-vatten 13

14 Resultat Mikrobryggeri Fisk och skaldjurindustri Provtagningskälla Genus Möjliga arter Kapsylstämpel Kocuria K. salsicia, K. varians, K. rhizophilia Tappmaskin Sphingomonas S. zeae, S. parapaucimobilis Öppning jäsningstank Pseudomonas P. asturiensis, P. psychrophila, P. lundensis Undersida jäsningstank Pseudomonas P. migulae, P. baetica, P. umsongensis Undersida jäsningstank Pseudomonas P. syringae, P. congelans Golvränna Lactococcus L. laudensis, L.chungangensis, L. raffinolactis Golv tankpark mitten Epilithonimonas E. tenax, E. xixisoli Golv tankpark mitten Pseudomonas P. gessardii, P. mucidolens, P. synxantha, P. libanesis Golv tankpark mitten Pseudomonas P. breeneri, P. proteolytica Golv tankpark utkant Kocuria K. salsicia, K. varians, K. rhizophilia Golv tankpark utkant Microbacterium M. lacticum. M. saccharophilum, M. oryzae, M. ginsengiterrae, M. paraoxydans Golv tankpark utkant Lactococcus L. lactis, L. lactis subsp. cremoris, L. lactis subsp. hordniae Golvsprickor Moraxella eller Enhydrobacter M. osloensis, E. sp. Provtagningskälla Genus Möjliga arter Upptömningskärl för sill, Shewanella S. baltica, S. hafniensis. S. putrefaciens undersida av plåt Transportband för sill Acinetobacter A. johnsonii, A. gandensis Slang för hetspolning Brevundimonas B. vesicularis, B. nasdae 14

15 Resultat Referensstam (Pseudomonas aerguniosa) Visuell skillnad Negativ kontroll: Bakterie inkuberad med 0,9 % NaCl Positiv kontroll: Bakterie inkuberad med en mix av 1 % SDS, 1 % EDTA, 1 % NaOH och 0.1 % NaClO 15

16 Resultat 16

17 Resultat Reduktionen är baserat på hur mycket biofilmen hade reducerats relativt mot den negativa kontrollen. Mörkgrönt= Biofilmsreduktion > 80 %. Ljusgrönt= Biofilmsreduktion > 50 %. Gult = Biofilmsreduktion var mellan 25 % - 50 %. Rött = Biofilmsreduktion var < 25 %. 17

18 Slutsatser Olika tensidlösningar fungerar olika effektivt beroende på bakterie(-r) som sätter samman biofilmen Metodik för optimering av rengöringsmedel, baserat på identifiering och karakterisering av biofilmskomponenter, har tagits fram. Projektet har utgått ifrån prover som isolerats ute i industrin. I framtiden kan eventuellt olika rengöringsmedel och deras effektivitet testas just för en viss typ av bakterier som förekommer som biofilm i en viss industri. Detta kan eventuellt underlätta för industrier att hitta rengöringsmedel som är anpassade efter enskilt och särskiltbehov. 18

19 TACK! Kajsa Malmberg Research Institutes of Sweden Jordbruk och livsmedel

20 SMUTSTESTER FÖR MÅNGA BRANSCHER Jennifer Davis Research Institutes of Sweden Biovetenskap och material

21 Projekt: Smutstester för många branscher Mål: Ny metodik kan erbjudas för utvärdering av klimatpåverkan, toxicitet och rengöringseffektivitet på relevanta smutser inriktat mot flera branscher. 4 arbetspaket Biofilm Ekotoxicitetsbedömning Kemisk smuts Test av utvärdering Bakgrund och mål Kort om miljösystemanalys Olika metoder för ekotoxicitetsbedömning Slutsatser Finansiär: VINNOVA 21

22 Bakgrund och mål Inom ramen för testbädden cleaning innovation kan vi utvärdera ett rengöringssystems miljöpåverkan, tex för att: Utvärdera om en ny teknik har miljömässiga fördelar gentemot en traditionell teknik Utvärdera en rengöringsrutin för att identifiera miljöförbättringar Jämföra olika sätt att rengöra vad är miljösmartast? Vi harkunskapom hurman kanutvärderaeffektermed avseendepåanvändingavprimärenergi, vatten, bidrag till klimatpåverkan, övergödning, försurning m.m. Men metodik för att utvärdera rengöringsrutinens inverkan på ekotoxisk effekt i naturen saknades Målet med arbetspaketet var att föreslå en metod för bedömning av en rengörings- /desinfektionsstekniks ekotoxiska påverkan 22

23 Miljösystemanalys Systematisk metod att räkna ut miljöpåverkan från de materialflöden som sker i alla delar av ett system för att tillhandahålla specifik en produkt eller tjänst. Metoden är standardiserad enligt ISO och vedertagen. Hela metoden bygger på transparens och en helhetssyn. 23

24 Miljöpåverkan VÄXTHUSEFFEKT FÖRSURNING TOXICITET ÖVERGÖDNING VATTENANVÄNDNING ETC..

25 Systemperspektiv vid utvärdering av miljöeffekten 25

26 Primärproduktionen står för stor del av påverkan viktigt att minimera svinnet i efterkommande led 26

27 Systemperspektiv vid utvärdering av miljöeffekten 27

28 Översättning av utsläpp till miljöeffekt ex klimatpåverkan Utsläppsom bidrar till miljöeffekt Utsläppens styrka till miljöeffekten Totalt bidrag till miljöeffekt Koldioxid 1x Metan x25 Klimatpåverkan CO 2 -ekv. Lustgas x298

29 Fyra metoder för ekotoxisk bedömning användes Utvärderades med avseende på: Vilka data kräver metoden? Dvs hur lätt är den att använda i praktiken Kan den appliceras även på produktion av rengöringsmedlet, inte bara utsläpp efter användning? 29

30 Olika metoder för ekotoxicitet - CDV VadärCDV? Critical dilution volume (CDV) Utvecklades i syftet att fungera som utvärderingskriterie för rengöringsingredienser i samband med det europeiska Eco-label programmet(eu Eco-label 1995) CDV-metoden använder måttet liter per funktionell enhet (l/g AC, Active Content), som utrycker mängden vatten som hypotetiskt behövs för att späda ut en kemisk substans till en ofarlignivå. CVD bygger på DID-listan som är utvecklad just för rengöringsmedel och innehåller omkring 250 ingredienser vanligt förekommande i rengöringsmedel(van Hoof et al., 2011; Gleerup Ovesenet al ). 30

31 Olika metoder för ekotoxicitet - USEtox Vad är USEtox? USEtox-modellen(Rosenbaum et al., 2008) är en modell för karaktärisering av humantoxisk och ekotoxisk effekt inom livscykelanalys och för jämförande analyser av kemikalier Modellen utvecklades av en grupp forskare genom UNEP-SETAC Life Cycle Initiative, och därmedgenomkonsensusmellanfleraparterfrånolikadelaravvärlden. Modellen omfattar(1) en publik lista med 3,000 karaktäriseringsindex för industriella kemikalier, och(2) ett verktyg som användare kan utnyttja för att beräkna eller modifiera karaktäriseringsindexavintresse. Kan användas för att bedöma ekotoxisk effectbåde från produktion av kemikalieoch utsläpp av kemikalie efter användning. 31

32 Olika metoder för ekotoxicitet - ProScale ProScale ProScale är en ny metod under utveckling för toxikologisk bedömning inom livscykelanalys (LCA) I synnerhetavseddattanvändasinommiljövarudeklarationersomepd (Environmental Product Declarations) ochpef (Product Environmental Footprint) För närvarandet med fokus på byggnadsmaterial, men avses att även kunna användas för andra produktgrupper) Under utveckling så dokumentation saknas 32

33 Olika metoder för ekotoxicitet - ESC Environmental Safety Check (ESC) en ny metod som är framtagen av rengöringsindustrin. Om du hamnarunder värdet1 förutspåsrengöringsmedletintegenågonekotoxiskeffekti naturen Finns ettexcelverktygdärman kanräknaframvärden, iberäkningeningårblados vid rengöring, vattenanvändning och hur stor del som avlägsnas i avloppsreningsverket efter användning Utvecklad för rengöringsmedel i hushållet 33

34 Slutsatser vilken metod passar bäst? Metoden ProScale är inget alternativ idag. Föratttäckaupprengöringsmedletspåverkanfrånallafaser (produktionavkemikalien, användingen och sluthantering) är USEtox mer lämpligt än CDV och ESC, då metoden kan användasförattbedömaekotoxiskeffektialladelarilivscykeln. Detfinnsdata tillgängligaförattmodelleraekotoxicitetmed hjälpavusetoxförendel avde vanligasterengöringskomponenterna, men intealla. Om syftet med miljöutvärderingen är att avgöra om en viss rengöringsprodukt kan antas säker ellerinteattanvända, detvillsägaom produktenhamnaröverellerunder en godkänd nivå, kan CDV och ESC användas. Nu kan vi genomföra en mer komplett miljöutvärdering av rengöring! 34

35 TACK! Jennifer Davis Research Institutes of Sweden Jordbruk och livsmedel

36 UTVÄRDERING AV RENGÖRANDE EFFEKT AV INGREDIENSER Mikael Kjellin Cleaning Innovation temadag Research Institutes of Sweden Biovetenskap och material Yta, process och formulering

37 Rengörande effekt hos olika ingredienser Metod - Droppmetod 1. En droppe med bestämd volym läggs med pipett på smutsytan. Ca 30-60µl 2. Droppen får ligga och jämviktai 1-30 min. 3. Jämviktstiden bestäms av hur hårt smutsen sitter och hur effektivt lösningen är. 4. Droppen tas bort med en trasa och bestämd vikt. Ytor 1. Ytor från Center for Testmaterials(CFT) DM 40 All-purpose cleaner soil, on melamine tile DM 80 All purpose cleaning soil on Melamine DS 50 Corn Oil on Stainless extra smooth steel DS 80 All purpose cleaning soil on Stainless Steel 2. Tjärad yta utvecklad på RISE ger möjlighet till oberoende prövning av rengöringseffektiviteten 37

38 Measuring cleaning effect of different ingredients Metod Elcometer

39 Ytpreparering-Tjärad yta Ytan rengörs noga med etanol och vatten. Trätjära droppadsmed pipett över ytan och rollas på till ett jämt lager. Ytan värms i hög temperatur under bestämd tid. Ytan kan användas direkt. Ytan kan härda/torka i rumstemperatur. Tjäran blir svårare att ta bort med tiden. Torkningstiden kan anpassas till formuleringarna som skall utvärderas. 39

40 Formuleringar justerade till ph= min jämviktstid. Surfactants #1 2% Nonjonisk C10-AGP1 #2 2% Nonjonisk alkohol etoxilate #3 2% Nonjonisk C10-APG2 #4 2% Anjonisk etylenoxid sulfonat #5 2% Nonjonisk C14-APG #6 2% Natrium Dodekyl Sulfat Builder/complexing agent B: 1 wt% Natriumcitrat C: 1 wt% Kaliumkarbonat D: 1 wt% Natriumsilikat E: 1 wt% Stark komplexbildare 40 D är effektivaste komplexbildaren #3 >#1 >#2 #6 i kombination med D är också effektiv. ph ph=8 ph=11 ph=13

41 Jämförelse mellan tensid 1, 2, och 3 Surfactants #1 2% Nonjonisk C10-AGP1 #2 2% Nonjonisk alkohol etoxilate #3 2% Nonjonisk C10-APG2 #1C #2C #4 2% Anjonisk etylenoxid sulfonat #5 2% Nonjonisk C14-APG #6 2% Natrium Dodekyl Sulfat Builder/complexing agent B: 1 wt% Natriumcitrat C: 1 wt% Kaliumkarbonat #3C D: 1 wt% Natriumsilikat E: 1 wt% Stark komplexbildare #3C >#1C >#2C 41

42 Effekt of ph Surfactants 3B ph 13 3B ph 11 3C ph 13 3C ph 11 #1 2% Nonjonisk C10-AGP1 #2 2% Nonjonisk alkohol etoxilate #3 2% Nonjonisk C10-APG2 #4 2% Anjonisk etylenoxid sulfonat #5 2% Nonjonisk C14-APG #6 2% Natrium Dodekyl Sulfat Builder/complexing agent B: 1 wt% Natriumcitrat 3E ph 13 3E ph 11 C: 1 wt% Kaliumkarbonat D: 1 wt% Natriumsilikat E: 1 wt% Stark komplexbildare 42

43 Ytor från Center for Testmaterials DM40, ph=13, t=30 min Surfactants #1 2% Nonjonisk C10-AGP1 #2 2% Nonjonisk alkohol etoxilate #3 2% Nonjonisk C10-APG2 #4 2% Anjonisk etylenoxid sulfonat #5 2% Nonjonisk C14-APG #6 2% Natrium Dodekyl Sulfat Builder/complexing agent B: 1 wt% Natriumcitrat C: 1 wt% Kaliumkarbonat D: 1 wt% Natriumsilikat E: 1 wt% Stark komplexbildare 43

44 Slutsatser Ytorfrån CFT kananvändasielcometer1720. Utvärdera tre olika typer av tensider i borttagning av biofilmsexperimenten #32% Nonjonisk C10-APG2 #22% Nonjonisk alkohol etoxilate #62% Natrium DodekylSulfat Komplexbildare Natriumcitrat Natriumsilikat Metod med tjärade ytor utvecklad på RISE kan användas för att utvärdera rengörande effekt 44

45 Utvärdering av 8 formuleringar 15 cykler. Ref=Såpa 45

46 Formulering A och B 1-10 cykler med Elcometer 1720 B A B A B A B A B A B A B A

47 Utvärdering av formuleringar 2-10 cykler Ref H2O Ref F E 2 C A B A 4 D 2 F E 4 47 B A C D 4 Slutsats A>B>E>C>D>Ref (såpa)>h2o F?

48 KONTAKTUPPGIFTER Mikael Kjellin Research Institutes of Sweden Biovetenskap och material Yta, process och formulering