Investigation of Atmospheric Corrosion Inhibitors’ Activity Against Mold Fungi

全文:

ВВЕДЕНИЕ

Судовое металлическое оборудование под действием агрессивной среды выходит из строя раньше времени. Для защиты металла применяются различные средства борьбы с коррозией. В том числе ингибиторы, которые позволяют предотвратить развитие химической, электрохимической и биохимической коррозии. Биохимическая коррозия возникает в результате продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. В процессе роста патогенные грибы образуют, разрушающие металл, метаболиты и ферменты. В условиях повышенной влажности морской атмосферы и теплого климата на металлической поверхности создается благоприятная среда для развития плесневых грибов. Ингибиторы атмосферной коррозии должны эффективно подавлять их рост и развитие. Принцип работы заключается в образовании защитной пленки, которая препятствует проникновению влаги и кислорода, необходимых для жизнедеятельности грибов. Также фунгистатическим эффектом обладают активные компоненты ингибитора, которые подавляют метаболические процессы в клетках грибов, препятствуя их размножению и росту [1].

Цель исследования — изучение эффективности ингибиторов коррозии в подавлении роста и развития патогенных грибов на поверхности металлических конструкций судового оборудования.

МЕТОДЫ

1. Фунгистатическая активность ингибиторов атмосферной коррозии

Плесневые грибы — это сложные организмы, отличающиеся высокой адаптивностью и устойчивостью к разнообразным химическим веществам. Благодаря уникальным ферментативным системам они способны эффективно перерабатывать как органические, так и неорганические соединения, что обеспечивает их резистентность к множеству химических воздействий. Это усложняет задачу разработки эффективных методов защиты металлических конструкций от биокоррозии. В работе исследуются свойства ингибиторов на фунгистатическую активность, способных предотвращать развитие как химической, так и микробиологической коррозии [2].

Для проведения исследований использовались следующие ингибиторы.

ФМТ — ингибитор атмосферной коррозии. Жидкая смесь активных компонентов на основе модифицированных жирных кислот талового масла с добавлением производных хлорофилла. Относится к 4 классу опасности веществ для здоровья человека и окружающей среды. Используется для временной защиты или консервации стальных изделий и конструкций во время их хранения и транспортировки в условиях умеренного климата. Угнетает развитие микроорганизмов ограничивая доступ кислорода и влаги, создавая пленку на поверхности металла.

Н-М-1 — контактный ингибитор коррозии. Представляет собой прозрачную жидкость, которая при нанесении на металл образует защитную пленку на поверхности. Образующийся слой также ограничивает доступ кислорода и влаги, взаимодействуя с клеточными структурами грибов. Относится к веществам 3 класса опасности для здоровья человека и окружающей среды [3].

ВНХ-Л-20 — летучий ингибитор атмосферной коррозии. Производится в виде белого кристаллического порошка, который легко растворяется в воде и других растворителях. Обладает широким спектром действия. Принцип работы заключается в экранировании металла от окружающей среды. Относится к веществам 1 класса опасности для здоровья человека и окружающей среды — чрезвычайноопасные. Требуется обязательное соблюдение техники безопасности при его использовании и хранении.

ВНХ-Л-49 — комбинированный ингибитор, сочетающий летучие и контактные свойства. Представляет собой светло-желтую жидкость. Имеет обширную область применения. Механизм действия основан на создании защитного барьера, который изолирует металл от воздействия окружающей среды. Также, как и ВНХ-Л-20 является веществом первого класса опасности, что представляет серьёзный риск для здоровья людей и экосистемы [2].

ЦГА (Циклический галактозаминовый агент) — контактный ингибитор с высокой фунгистатической активностью. Бесцветная жидкость, взаимодействует с клеточными стенками грибов, нарушая их жизнедеятельность и препятствуя размножению. ЦГА относится ко второму классу опасности [4].

При выборе ингибитора стоит учитывать класс опасности и применять наименее опасный состав.

2. Применение и исследование

Для оценки эффективности выбранных ингибиторов требуется подобрать рабочий интервал концентрации, в пределах которой обеспечивается фунгистатический эффект, определить время защитного действия ингибитора и провести визуальную оценку скорости роста грибов на обработанных и необработанных поверхностях.

Для определения фунгистатической эффективности исследуемых материалов были выбраны широко распространённые и активные патогенные грибы, вызывающие биоповреждения: Penicillum chrysogenum, Penicillum expansum, Aspergillus niger, Trichoderma viride, Clostridium resinae и Aspergillus oryzae. Выделенные грибы имеют возможность получать энергию как из органических, так и из неорганических материалов. Эти микроорганизмы представляют серьёзную угрозу для различных материалов и были выбраны для тестирования ввиду их способности активно разрушать поверхности [5].

3. Методика проведения исследований

1. Стерилизация

Стеклянная посуда стерилизовалась. Для исследования были использованы чашки Петри, которые предварительно заполняли питательной средой. Питательная среда Чапека (состав: сахароза — 30 г/дм³, NaNO₃ — 3 г/дм³, KH₂PO₄ — 1 г/дм³, MgSO₄·7H₂O — 0,5 г/дм³, KCl — 0,5 г/дм³, FeSO₄·7H₂O — 0,01 г/дм³, агар — 15 г/дм³) автоклавировалась насыщенным водяным паром при повышенном давлении. В эту среду были добавлены специальные составы, включающие диски из фильтровальной бумаги. Эти диски пропитывали исследуемыми растворами, что позволяло впоследствии оценить их влияние на рост микроорганизмов

При визуальной оценке наблюдалось наличие или отсутствие зоны задержки роста микроорганизмов вокруг дисков.

При необходимости измерялись диаметры зон отсутствия роста для оценки эффективности исследуемых растворов.

Таким образом, данная методика позволяла оценить влияние различных растворов на рост микроорганизмов и определить их фунгистатическую или фунгицидную активность.

Сосуды закрывались ватными пробками для предотвращения загрязнения.

2. Посев микроорганизмов

На поверхность среды с дисками наносили суспензию тест-объектов 0,5 мл с концентрацией 10⁶ КОЕ/мл — микроорганизмов, которые использовались для исследования. Шпателем Дригальского равномерно распределяли микроорганизмы по поверхности агара. Это делалось для того, чтобы оценить влияние исследуемых растворов на их рост и развитие.

3. Испытание ингибиторов

Чашки Петри помещали в термостат, где поддерживалась постоянная температура 24°C в течение 5 суток. Это оптимальная температура для роста большинства микроорганизмов. Такой период позволял микроорганизмам полностью проявить свои свойства и реакцию на воздействие исследуемых растворов.

4. Анализ результатов после инкубации

По завершении периода инкубации проводили измерение линейного роста колоний грибов. Оценивался диаметр каждой колонии. Полученные данные сравнивались между контрольными образцами, в которых не использовались фунгициды (среда без препаратов), и образцами, в которые были добавлены исследуемые препараты. Проведение сравнительного анализа позволяло определить эффективность исследуемых препаратов в подавлении роста грибов. Оценивалось, насколько успешно препараты препятствовали развитию колоний по сравнению с контрольной средой, где фунгициды отсутствовали. Это давало возможность сделать выводы о фунгистатической активности тестируемых веществ. Оценку активности ингибиторов против патогенных грибов осуществляли по критерию присутствия или отсутствия зоны с задержкой роста.

Эффективность подавления роста грибов (тормозной эффект) определяли с использованием формулы Эббота:

$Э=\left(\frac{{Д}_{к}-{Д}_{о}}{{Д}_{к}}\right)\cdot 100\%$,

где Э — процент торможения роста в сравнении с контрольной группой; Д_к — диаметр колоний в контрольной группе (без добавления препаратов); Д_о  — диаметр колоний в опытной группе (с добавлением исследуемых препаратов).

Формула позволяет вычислить относительное снижение диаметра колоний грибов в присутствии исследуемых веществ по сравнению с контрольными образцами. Полученное значение в процентах отражает эффективность ингибирования роста грибов. Чем ближе значение Э к 100%, тем сильнее подавляющее действие исследуемого препарата на развитие грибковых колоний.

5. Интерпретация результатов

Значение Э близкое к 0% указывает на отсутствие эффекта препарата; значения в диапазоне 0–100% показывают степень подавления роста грибов; 100% означает полное ингибирование роста колоний в присутствии препарата.

В ходе проведённых экспериментов были получены данные о том, насколько эффективно различные ингибиторы справляются с подавлением роста этих грибов. Основные результаты исследований систематизированы в таблице [6].

 

Таблица 1. Оценка активности ингибиторов против патогенных грибов

Table 1. Evaluation of inhibitor activity against pathogenic fungi

Ингибиторы коррозии	Патогенные грибы
	Penicillum chrysogenum	Penicillum expansum	Aspergillus niger	Trichoderma viride	Clostridium resinae	Aspergillus oryzae
ФМТ	–	+	–	–	–	–
Н-М-1	–	–	+	+	–	–
ВНХ-Л-20	–	–	–	–	–	–
ВНХ-Л-49	–	–	–	–	–	–
ЦГА	–	–	+	–	–	–

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

При сравнении двух типов ингибиторов с разным принципом защиты, наиболее высокую степень фунгистатической активности проявили летучие ингибиторы. Циклический галактозаминовый агент демонстрирует мощное ингибирующее действие на рост грибов по всей площади чашки Петри. Расчет по формуле Эббота позволил оценить активность контактных ингибиторов и его способность сдерживать рост около — 4–6% грибов. Ингибитор ФМТ относится к малоопасным веществам, однако продемонстрировал высокую результативность в борьбе с грибковой деградацией материалов. Примечательно, что ФМТ демонстрирует высокую эффективность даже при минимальной концентрации в один процент в дизельном топливе. Особенность его действия обусловлена наличием в составе медных соединений хлорофилла и смоляных кислот. Минеральные масла и топливо, которые нередко выступают в качестве питательной среды для сапрофитных грибов, не оказывают влияния на эффективность действия ингибитора. Это подтверждает его практическую ценность в реальных условиях эксплуатации.

Проведенный эксперимент позволит выявить эффективные материалы для защиты поверхностей от патогенных грибов и определить их оптимальные условия применения в различных эксплуатационных сценариях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для защиты судового оборудования от коррозии применяются как водные, так и масляные консерванты. Предпочтительно использовать водные растворы ингибиторов, т.к. при удалении консервации стоки не обладают токсическим действием на экосистему. Однако у водных растворов есть существенный недостаток — в них часто происходит размножение микроорганизмов, что может привести к развитию биохимической коррозии. Значит, при выборе антикоррозионной защиты необходимо учитывать баланс между эффективностью защиты от коррозии и необходимостью предотвращения роста микроорганизмов в водной фазе консерванта.

Для снижения токсической нагрузки на экосистему лучше использовать ингибиторы коррозии, обладающие низкой токсичностью, такие как ФМТ. Биоцидное действие обусловлено спецификой его химического состава. Который состоит из малоопасных соединений меди в форме медных производных хлорофилла и смоляных кислот.

Наибольшую сопротивляемость ингибиторам проявил пеницилл распростёртый. Однако в морской среде этот гриб не встречается. Он распространен только в почве.

Ингибитор Н-М-1 в концентрации один процент на водной основе подавляет рост всех патогенных микроорганизмов, кроме рода Аспергилл.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Е.И. Карзина — поиск публикаций по теме статьи, написание текста рукописи; М.А. Гайдым — редактирование текста рукописи; Е.И. Карзина, М.А. Гайдым ― экспертная оценка, утверждение финальной версии. Все авторы одобрили рукопись (версию для публикации), а также согласились нести ответственность за все аспекты работы, гарантируя надлежащее рассмотрение и решение вопросов, связанных с точностью и добросовестностью любой её части.

Источники финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, данные).

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали один рецензент, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contributions: Ekaterina I. Karzina: investigation, writing — original draft; M.A. Gaidym: writing — review & editing; Ekaterina I. Karzina, M.A. Gaidym: expert review, writing — review & editing. All the authors approved the version of the manuscript to be published and agree to be accountable for all aspects of the work, ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Funding sources: No funding.

Disclosure of interests: The authors have no relationships, activities, or interests for the last three years related to for-profit or not-for-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality: No previously obtained or published material (text or data) was used in this study or article.

Generative AI: No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.

Provenance and peer review: This paper was submitted unsolicited and reviewed following the standard procedure. The peer review process involved one reviewer, a member of the editorial board, and the in-house scientific editor.

作者简介

Ekaterina Karzina

Saint Petersburg State Maritime Technical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: ekaterina.plaskeeva@list.ru
SPIN 代码: 7638-3213

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor at the Department of Chemistry

俄罗斯联邦, 3, Lotsmanskaya St., Saint Petersburg, 190121

Marina Gaidym

Saint Petersburg State Marine Technical University

Email: marina.zhdanova.1998@mail.ru
SPIN 代码: 5395-5509

Assistant at the Department of Chemistry; Postgraduate Student

俄罗斯联邦, 3, Lotsmanskaya St., Saint Petersburg, 190121

参考

补充文件