Т. Д. Великова, Е. С. Трепова
Исследование действия биоцидов на бумагу
Существует большое количество препаратов, способных подавлять рост микроорганизмов, и их количество постоянно растет. Однако далеко не все они по тем или иным причинам применимы для защиты бумаги. Идеального вещества, отвечающего всем предъявляемым требованиям, нет. Непрерывно ведется поиск новых препаратов для защиты документов, пострадавших во время аварий или хранившихся длительное время в неблагоприятных условиях.
Решая вопрос о применении какого-либо препарата в консервации, необходимо проводить лабораторные исследования по определению его биоцидных свойств, поскольку рабочие концентрации, указанные в характеристике биоцида, часто являются ингибирующими только на некоторые виды микроорганизмов в жидкой среде. При введении в бумагу биоцидные концентрации могут оказаться значительно выше рекомендуемых, а также препарат может негативно влиять на физико-химические и механические свойства бумаги.
Исследованы пять биоцидов различных фирм Санкт-Петербурга (табл. 1), химический состав которых указан в соответствии с данными фирм-производителей.
Тест-культурой служил микромицет Aspergillus niger van Tieghem. Этот вид часто встречается в хранилищах библиотек и архивов, относится к быстро и активно растущим видам [1].
Для определения минимальной биоцидной и биостатической концентрации (МБЦК и МБСК) жидкую среду Чапека-Докса [2] с концентрацией биоцида от 80 % до 0,001 % заражали суспензией спор A. niger (титр 1–2 млн./см3) и выдерживали при 28±2оС. Рост микромицета оценивали визуально в течение 14 суток. Концентрацию биоцида считали биостатической, если в пробирке не было роста микроорганизмов.
При биостатической концентрации препаратов микроорганизмы не развиваются вообще или их рост значительно подавлен, но споры могут оставаться жизнеспособными, и при возникновении благоприятных условий они способны прорастать, поэтому необходимо определять МБЦК, при которой происходит гибель спор и вегетативного мицелия.
Для определения МБЦК 1 мл жидкой среды, в которой в течение 14 суток не было обнаружено видимого роста микроорганизмов, наливали в чашки Петри на агаризованную среду и равномерно распределяли по ее поверхности. Зараженные чашки Петри инкубировали в термостате при 28±2оС в течение 5–7 суток. В качестве МБЦК, при которой происходит полная гибель микроорганизмов, принимали ту наименьшую концентрацию в жидкой среде, при рассеве из которой рост на агаре отсутствовал.
Таблица 1. Характеристика исследованных препаратов
Обработанные биоцидами и высушенные на воздухе образцы бумаги из 100 %-ной хлопковой целлюлозы опытной выработки (ХЦ) и образцы газетной бумаги (ГБ) диаметром 2,5 см помещали на поверхность зараженной агаризованной среды. Чашки Петри инкубировали в термостате при 28±2оС. Через определенные промежутки времени (4, 7, 11, 15 суток) оценивали эффективность защиты образцов бумаги от поражения грибами по наличию зоны ингибирования как диаметр зоны отсутствия роста микромицетов, начиная от центра чашки (образца).
Этот опыт имитирует условия аварийной ситуации в крайне неблагоприятных условиях – если книги намокли в очень грязной воде (сточной, канализационной, пропитанной органическими веществами и др.) или если после аварии не просушены участки документа, на которых имеются вещества животного или растительного происхождения (мездровый, рыбий, желатиновый, крахмальный, пшеничный клеи).
Одним из условий применения любого препарата для консервации документов является отсутствие его отрицательного действия на свойства бумаги, в том числе на ее физико-механические характеристики. В качестве критерия изменения механических свойств бумаги был взят показатель сопротивления излому по числу двойных перегибов (ЧДП). Определение прочности на излом при многократных перегибах проводили по ГОСТ 1352.2-80 [3]. Испытывали ГБ и ХЦ, обработанные растворами биоцидов в концентрации большей или равной МБЦК. Величину сопротивления излому определяли на приборе И2-I при нагрузке 1 кг для ХЦ и при нагрузке 0,5 кг – для ГБ. Полученные значения сравнивали с ЧДП контрольных образцов – бумаги без обработки и бумаги, смоченной в дистиллированной воде. Изменение механической прочности бумаги при обработке ее биоцидами определяли по формуле:
(ЧДП образца / ЧДП контроля) × 100 %.
Белизну бумаги до и после обработки биоцидами в концентрации большей или равной МБЦК определяли на приборе «Specol» и на Спектрокалориметре СК 1-А при длине волны 457 нм. Для контроля использовались образцы, смоченные дистиллированной водой.
Результаты и обсуждение
В жидкой среде все препараты ингибировали рост микромицета: МБСК составляла 0,0004–0,04 %, МБЦК – 0,02–0,2 %. По сравнению с ранее изученными биоцидами существенного отличия в МБЦК и МБСК данных препаратов нет, кроме Лизоформина. Из пяти исследованных препаратов только в состав Лизоформина входят производные гуанидина, которые хорошо зарекомендовали себя на бумаге.
Для защиты бумаги (МБЦК), как и следовало ожидать, для ее обработки требуются концентрации исследуемых препаратов значительно большие (в 100–400 раз), чем в жидкой среде, кроме Лизоформина (в 50 раз) и Полидеза, который защищает только ХЦ и только при 100 %-ной концентрации (табл. 2).
Лучшим антигрибным действием на хлопковой бумаге обладал препарат Санатекс (МБЦК<5 %), на газетной бумаге – Анти-В (МБЦК = 0,5 %). Полидез в концентрации 100 % предотвращал рост гриба только на ХЦ, а ГБ, обработанная 100 %-ным препаратом Полидез, полностью была покрыта спороносящим мицелием A. niger (рис. 1).
Размер зон ингибирования вокруг образцов бумаги, обработанной препаратами Антиплесень и Санатекс, почти одинаковы, а МБЦК и МБСК у Санатекса несколько ниже (рис. 2). На чашках Петри с образцами бумаги, обработанной различными концентрациями Санатекса, четко видно: чем больше концентрация препарата, тем больше зона ингибирования, причем это увеличение строго пропорционально, что косвенно свидетельствует о способности биоцида равномерно распределяться в бумаге.
Таблица 2. Биостатические и биоцидные концентрации исследованных препаратов
Рис. 1. Минимальные ингибирующие концентрации на бумаге
С увеличением концентрации препаратов Анти-В, Антиплесень и Лизоформин выше МБЦК не происходит пропорционального роста зон ингибирования.
Таким образом, в условиях аварийных ситуаций, сопровождающихся большими количествами органических веществ, которые способствуют развитию грибов, все пять исследованных биоцидов защищают ХЦ. Окончательный выбор биоцида определяется другими характеристиками: действием на физико-механические свойства бумаги, их токсичностью и стоимостью.
После обработки бумаги биоцидами Полидез снижает прочность ГБ на 100 %, ХБ – на 95 %, Лизоформин – на 26 % и 82 % соответственно. Остальные препараты – Анти-В, Антиплесень и Санатекс – увеличивают механическую прочность ГБ, но снижают этот показатель у ХБ на 40–60 %. После обработки препаратом Полидез белизна ГБ снизилась на 23 %. Белизна бумаги после обработки остальными препаратами изменялась в пределах 1–3 % (табл. 3, рис. 3).
Рис. 2. Зона ингибирования роста A. niger при различной концентрации биоцидов на бумаге
Таблица 3. Изменение свойств бумаги после ее обработки биоцидами
Биоцидная концентрация Полидеза в жидкой среде соизмерима с биоцидными концентрациями других препаратов, однако при обработке бумаги он не проявляет защитных свойств. Отрицательное действие Полидеза на механические свойства бумаги (снижение ЧДП) значительно выше, чем у препарата Лизоформин, в состав которого входят четвертичные аммониевые соединения.
Анти-В, Антиплесень и Санатекс оказывают одинаковый биоцидный эффект на тест-культуру, после обработки этими препаратами прочность газетной бумаги увеличивается, белизна не снижается.
Рис. 3. Изменение физико-механических характеристик ХЦ и ГБ после обработки биоцидами
Основываясь на химическом составе пяти исследованных биоцидов, можно было предположить, что лучшие результаты будут получены при испытании препаратов Полидез, рекомендованного для бумажной промышленности, и Лизоформин, в состав которого входят производные гуанидина. Однако три препарата, представленные гетероциклическими сероазотсодержащими соединениями, обладали сходными свойствами. Не подтвержденные предположения могут быть связаны с тем, что кроме указанных активных компонентов в составе рекомендуемых препаратов присутствуют различные наполнители и добавки. Мы еще раз убедились в необходимости при использовании новых биоцидов в консервации документов основываться не на их химическом составе, а на результатах испытаний свойств бумаги или других материалов, обработанных этими биоцидами.
1. Flieder F., Capderou C. Sauvegarde des collections du Patrimoine [Текст] / F. Flieder, C. Capderou. – Paris: CNRS Editions, 1999. – P. 256.
2. ГОСТ 9.048-89. ЕСЗКС. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов. М.: Изд-во стандартов, 1989. – 20 с.
3. ГОСТ 13525.2-80. Бумага и картон. Метод определения прочности на излом при многократных перегибах.