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话说生物农药制剂化技术

发布日期:2014-11-03 09:32:53 浏览次数:103

 


  伴着对化学农药对环境的污染,关注日益增强,生物农药的概念越来越火热。生物农药以细菌、病毒、真菌、线虫和其它天然存在的微生物物质为农药活性成分。他们具有成为全球可持续农业重要组成部分的巨大潜力。从本质上讲,生物农药是可持续的,通常具有提高产量又不牺牲环境的特性。

  生物农药的第一个典型的例子就是“苏云金芽孢杆菌(Bt)”的应用,它为虫害防治开辟了新的篇章。与此同时,另一个重要的技术进步应运而生,转基因生物(GMO),或称转基因作物。这些作物被开发用于管理种植过程对环境的污染。

  由于生物农药涉及多种复杂的生物物种,本文只以微生物农药为例进行进一步讨论。

  近期农化行业经历了多次收购,显着的案例有拜耳作物科学公司收购AgraQuest, 巴斯夫收购Baker-Underwood, 以及先正达公司收购Pasteuria Bioscience。由于一些生物农药可能有多个独特的制剂配方,使得本就变化多端的农化市场环境变得更加复杂。生物农药和化学农药制剂的用途和目标对象之间有一些相似之处。当生物农药单独使用时,有望提供与化学农药相同的功效,他们还能更有效地发挥成本效益,并具有附加的安全性优势。另外,其物理和生物稳定性也能达到化学制品的标准。然而,除了这些相似之处,其不同之处就显得更加突出,同时也是一个更大的挑战。

  两者之间的主要区别是生物农药来自活体生物界。生物农药通过制剂转化后,在存储过程中必须保持蛰伏状态,但在应用时又必须能立即发挥作用。有时,生物农药的制剂化是制剂专家面临的一个难以克服的挑战!虽然二者之间的大多数制剂化技术都相同,但成功开发生物农药的制剂需要独特的设计和其他额外的考虑。对于微生物农药,其活性成分可能取自细菌、孢子、或原生动物形式,但有一点必须搞清楚,实际的生物农药仅仅是发酵混合物的一部分,可以是液体或喷雾干粉。然而,在发酵的配方和工艺中,也会夹杂着许多其它发酵混合物。生物农药制剂人员需要与这些非活性成分的杂质进行抗衡,因为这些杂质可能会与体系中的其它助剂产生物理交互作用。

  配制时,人们首先考虑使用表面活性剂、分散剂和通常的悬浮助剂,以维持生物农药的颗粒形态。在制剂中使用的表面活性剂可以是非离子型、阴离子型、或两者的混合物用于固体表面润湿,防止颗粒聚结。通常阴离子表面活性剂吸附在携带电荷的粒子表面,在一定距离工作时,两个粒子相互接近以产生静电稳定性。另一方面,粒子表面的非离子表面活性剂在极近距离内工作以促进立体稳定性。

  分散剂可以是水溶性聚合物或必需的稳定制剂的增稠剂,他们具有很高的分子量,主要作用是在分散液体介质的颗粒之间充当物理屏障。它们的作用是关键和必要的,尤其是保持生物农药在静止状态(存储)时液体悬浮液的粘度。通常它们与表面活性剂协同工作,以进一步加强所得制剂的稳定性。

  充分保障配方性能的第三个要素是助悬剂,包括粘土(硅镁土,膨润土)和二氧化硅。它们大多是添加到体系中的无机矿物,通常为1 ~ 50 微米大小的微粒。悬浮助剂可以是亲水性的或疏水性的,他们能在静止状态下分离生物农药颗粒,避免其相互凝聚。悬浮助剂还可以改变体系的流变性。

  在对微生物农药制剂进行优化时,某些因果关系的研究非常必要,目的是使表面活性剂、分散剂和悬浮助剂在配方中协同工作。优化工作一开始,可以使用单一成分(变量),或者利用统计性实验设计使用多个变量。该准则包括,例如,生物药效(第一反应)的制剂类型和分散剂浓度对物理沉降的效应(第二反应)。从实验设计研究的变量响应数据群中可获得有价值的相关性关系。然而,对于一个复杂的生物农药制剂体系,在制定之前和制剂化期间可能需要向发酵微生物学家进行咨询,以获得更为全面的方法。

  总之,生物农药的制剂形式与传统的化学制剂显着不同。由于生物量和制剂成分相当复杂,有效和稳定的生物农药制剂需要特别关注制剂技术和采用跨学科的方法,以满足当前不断变化的各方面挑战。

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