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浅谈生物农药制剂化技术

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随着化学农药对环境污染的日益关注,生物农药的概念越来越热。生物农药以细菌、病毒、真菌、线虫等天然微生物物质为农药活性成分。它们具有成为全球可持续农业重要组成部分的巨大潜力。本质上,生物农药是可持续的,通常具有在不牺牲环境的情况下增加产量的特征。

生物杀虫剂的第一个典型例子是“苏云金芽孢杆菌(Bt)”的应用,这为害虫控制打开了新的篇章。与此同时,另一个重要的技术进步出现了,转基因生物,或转基因作物。开发这些作物是为了控制种植过程造成的环境污染。

由于生物农药涉及许多复杂的生物物种,本文仅以微生物农药为例进行进一步讨论。

最近,农用化学工业经历了许多收购。值得注意的案例包括拜耳作物科学公司收购阿格拉奎斯特、巴斯夫收购贝克-安德伍德以及先正达收购巴斯德生物科学公司。由于一些生物农药可能有多种独特的配方,已经变化的农用化学品市场环境变得更加复杂。生物农药和化学农药制剂的使用与目标物有一些相似之处。当生物杀虫剂单独使用时,它们有望提供与化学杀虫剂相同的功效。它们还可以发挥更有效的成本效益,并具有额外的安全优势。此外,其物理和生物稳定性也能达到化学产品的标准。然而,除了这些相似之处,它们的差异甚至更加突出,也是一个更大的挑战。

两者的主要区别在于生物杀虫剂来自活的生物体。生物农药在通过制剂转化后的储存过程中必须保持休眠状态,但施用时必须能够立即发挥作用。有时候,生物农药的配方对配方专家来说是一个不可逾越的挑战!虽然两者之间的大多数制剂技术是相同的,但生物农药制剂的成功开发需要独特的设计和其他额外的考虑。对于微生物杀虫剂,它们的活性成分可能来自细菌、孢子或原生动物,但有一点必须清楚:实际的生物杀虫剂只是发酵混合物的一部分,可以是液体或喷雾干粉。然而,许多其他发酵混合物也在发酵配方和过程中混合。生物杀虫剂配方人员需要处理这些非活性成分的杂质,因为这些杂质可能与系统中的其他添加剂发生物理相互作用。

在制备时,人们首先考虑使用表面活性剂、分散剂和常用助悬剂来维持生物农药的颗粒形态。制剂中使用的表面活性剂可以是非离子、阴离子或两者的混合物,用于固体表面润湿,以防止颗粒团聚。通常阴离子表面活性剂被吸附在带电粒子的表面。当在一定距离工作时,两个粒子相互靠近,产生静电稳定性。另一方面,颗粒表面的非离子表面活性剂在非常近的范围内工作,以促进立体稳定性。

分散剂可以是水溶性聚合物或必要稳定剂的增稠剂。它们具有非常高分子量,其主要功能是作为分散液体介质的颗粒之间的物理屏障。它们的作用是至关重要和必要的,尤其是在生物杀虫剂静止(储存)时保持液体悬浮液的粘度。通常,它们与表面活性剂一起工作,进一步增强所得制剂的稳定性。

充分保证配方性能的第三个元素是悬浮剂,包括粘土(凹凸棒石、膨润土)和二氧化硅。大多数是添加到系统中的无机矿物质,通常是1-50微米大小的颗粒。助悬剂可以是亲水的或疏水的。它们可以分离静态的生物杀虫剂颗粒,以防止它们相互凝聚。悬浮添加剂也可以改变系统的流变性能。

在优化微生物农药制剂时,为了使表面活性剂、分散剂和悬浮剂在制剂中协同工作,研究一些因果关系是非常必要的。在优化工作开始时,可以使用单个组件(变量),或者统计实验设计可以使用多个变量。标准包括,例如,生物功效的配方类型(第一反应)和分散剂浓度对物理沉降的影响(第二反应)。从实验设计研究的可变响应数据组中可以获得有价值的相关关系。然而,对于复杂的生物农药制剂系统,可能需要在制剂前和制剂过程中咨询发酵微生物学家,以获得更全面的方法。

简而言之,生物农药的制备形式与传统的化学制剂有很大不同。由于生物质和制剂组成的复杂性,有效和稳定的生物农药制剂需要特别关注制剂技术,并采用跨学科的方法来应对当前不断变化的挑战。

(雪瑶)(编辑:董闫学)

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