Johdanto
Maatalouden kasvinsuojelun alalla kasvinsuojeluöljyvalmisteet -eli torjunta-aineemulgoituvat tiivisteet tai vesiemulsiot-toimivat kriittisenä kantajana aktiivisten ainesosien toimittamisessa kohdekasveille. Emulgaattorit ydinadjuvanteina määrittävät, voiko ruiskutusneste muodostaa stabiilin emulsion, levitä tasaisesti lehtien pinnoille ja sallia aktiivisten aineiden tunkeutumisen tehokkaasti.
Lukuisista saatavilla olevista emulgointiainevaihtoehdoista PGE (rasvahappojen polyglyseroliesterit) ja DATEM (diasetyyliviinihappoesterit, mono- ja diglyseridit) ovat kaksi tyyppiä, jotka ovat herättäneet huomattavaa huomiota. PGE on jo noussut merkittäväksi toimijaksi torjunta-aineadjuvanttien alalla hyödyntäen ainutlaatuista molekyylirakennettaan ja ylivoimaisia rajapintaominaisuuksiaan tullakseen tärkeäksi ehdokkaaksi uusille vihreille apuaineille. DATEM, joka on laajalti tunnustettu tehokkaaksi emulgaattoriksi elintarviketeollisuudessa, ansaitsee tutkimisen myös sen mahdollisille sovelluksille kasvinsuojelussa.
Tässä artikkelissa verrataan systemaattisesti PGE:n ja DATEM:n suorituskykyä kasvinsuojeluöljyformulaatiojärjestelmissä neljästä ulottuvuudesta: molekyylirakenne, rajapintojen käyttäytyminen, käyttövaikutukset ja ympäristöturvallisuus.
PGE:n ja DATEM:n perusominaisuuksien vertailu
1.1 PGE: Rasvahappojen polyglyseroliesterit
PGE on ioniton emulgointiaine, joka on valmistettu esteröimällä polyglyserolia rasvahapoilla. Sen rakenteellinen ydinominaisuus on hydrofiilinen polyglyserolipääryhmä, joka koostuu useista glyseroliyksiköistä, jotka on yhdistetty eetterisidoksilla ja muodostavat "moni-haarautuneen" kolmiulotteisen rakenteen.
Rakenteelliset ominaisuudet:
Hydrofiilinen pää: polyglyseroli, jonka keskimääräinen polymeroitumisaste on 1–3, joka tarjoaa useita hydroksyylikohtia
Hydrofobinen häntä: Rasvahappoketjut, joissa on 8–16 hiiltä (esim. kapryylihappo, kapriinihappo, lauriinihappo)
Molekyylikonfiguraatio: "Dendriittinen" tai "tähden muotoinen"-jakauma, jossa on merkittävä steerinen este
Keskeiset edut:
Erinomainen rajapintojen adsorptiokyky, joka vähentää tehokkaasti öljyn{0}}veden rajapintojen jännitystä
Ei-ionisena emulgaattorina, herkkä elektrolyyteille ja pH-muutoksille
Saatu uusiutuvista kasviraaka-aineista, joilla on hyvä biohajoavuus
Voi toimia "sisäänrakennettuna{0}}" kulkeutumista estävänä aineena, joka hallitsee tehokkaasti pisaroiden kulkeutumista ruiskutuksen aikana
1.2 DATEM: mono-- ja diglyseridien diasetyyliviinihappoesterit
DATEM tunnetaan elintarviketeollisuudessa "taikinan vahvistamisen kuninkaana". Sen molekyylirakenne sisältää ainutlaatuisen diasetyyliviinihapporyhmän, joka antaa erityisiä hydrofiilisiä-lipofiilisiä tasapainoominaisuuksia.
Rakenteelliset ominaisuudet:
Hydrofiilinen pää: Viinihapporyhmä, jossa on kaksi asetyyliryhmää, mikä tarjoaa kohtalaisen hydrofiilisyyden
Hydrofobinen häntä: mono{0}}- ja diglyseridirasvahappoesteriketjut
Molekyylikonfiguraatio: "kiilan muotoinen"{0}}merkittävä steerinen este
Keskeiset edut:
Erinomainen öljyliukoisuus, täysin sekoittuva öljyjen ja useimpien{0}}öljyliukoisten liuottimien kanssa
Hyvä stabilointivaikutus öljyn{0}}vesirajapinnoille
Todistetusti erinomainen gluteeni{0}}vahvistuskyky leivontasovelluksissa
3 Pikatoimintojen vertailu
| Ominaisuus | PGE | DATEM |
|---|---|---|
| Kemiallinen tyyppi | Ei-ioninen | Ei-ioninen |
| Hydrofiilinen pää | Polyglyseroliketju (2-3 glyseroliyksikköä) | Diasetyyliviinihapporyhmä |
| Hydrofobinen häntä | C8-C16-rasvahapot | Mono/diglyseridirasvahappoesterit |
| HLB valikoima | Leveä, säädettävissä polymerointiasteen mukaan | Noin 9-10 |
| Vesiliukoisuus | Vaihtelee polymerointiasteen mukaan | Matala, veteen dispergoituva |
| Öljyliukoisuus | Hyvä | Erinomainen (täysin sekoittuva) |
| Biohajoavuus | Hyvä (uusiutuvat raaka-aineet) | Hajoava, mutta eri sovellusalueilla |
| Ensisijainen sovellus | Torjunta-ainelisäaineet, ruoka, kosmetiikka | Leivonnaiset ensisijaisesti |
Kasvinsuojeluöljyvalmisteiden keskeiset suorituskykymittarit
Kasvinsuojelusovelluksissa emulgointiainejärjestelmien arviointi sisältää tyypillisesti seuraavat avainmitat:
- Emulsion stabiilisuus: Pysyykö emulsio tasaisesti dispergoituneena ilman erotusta tai saostumista
- Rajapintojen jännityksen vähentäminen: Alentaa jännitystä ruiskutusnesteen ja lehtien pinnan välillä parantaaksesi leviämistä ja kostuvuutta
- Drift-ohjaus: Vähentää pisaroiden kulkeutumista ruiskutuksen aikana tehostaaksesi tavoitepinnoitustehoa
- Lehtien tunkeutumisen tehostaminen: Helpottaa aktiivisen aineen tunkeutumista lehtien kynsinauhojen läpi
- Ympäristön turvallisuus: Biohajoavuus, sadon turvallisuusprofiili
PGE:n suorituskyky kasvinsuojeluöljyvalmisteissa
1 Todistetut edut
Emulgointi ja rajapintaaktiivisuus
Ionittomana pinta-aktiivisena aineena PGE stabiloi tehokkaasti öljyn -vesirajapintoja. Tutkimukset osoittavat, että glyserolirasvahappoesterit (PGE:n emorakenne) voivat samanaikaisesti vähentää sekä pisaroiden pintajännitystä että pisaroiden ja lehtien pintojen välistä rajapintajännitystä, mikä parantaa merkittävästi torjunta-aineen kostuvuutta ja levitettävyyttä.
Drift Control
Clariantin Synergen™ PGE -tuote, jonka ydinainesosana on polyglyseroliesteri, toimii "sisäänrakennettuna{0}} kulkeutumista hidastavana aineena" vesipitoisissa formulaatioissa, mikä vähentää merkittävästi pisaroiden kulkeutumista ruiskutuksen aikana ja parantaa samalla ruiskun pidättymistä ja sadon turvallisuutta.
Vihreä kestävyys
PGE on peräisin kasviöljyistä (esim. kookosöljystä), sillä on hyvä biologinen hajoavuus, se ei vaadi vaarallisia merkintöjä ja on hellävarainen viljelykasveille. Tämä vastaa täydellisesti alan nykyistä suuntausta kohti "pienennettyä annostusta parannetulla teholla ja vihreällä ympäristönsuojelulla".
Formulaatioiden yhteensopivuus
PGE voidaan yhdistää metyloidun siemenöljyn (MSO) ja muiden komponenttien kanssa synergististen järjestelmien muodostamiseksi. Esimerkiksi kun PGE sekoitetaan MSO:n kanssa, PGE stabiloi emulsion, kun taas MSO turvottaa lehtien pintarakennetta ja helpottaa aktiivisten aineosien nopeaa tunkeutumista.
2 Rajoitukset
PGE:n tutkimus kasvinsuojelussa on edelleen kehittyvä ala. Tunnettuja rajoituksia ovat mm.
PGE-tuotteilla, joilla on erilainen polymerointi- ja esteröitymisaste, on merkittävästi erilaiset suorituskykyprofiilit, mikä edellyttää tarkkaa valintaa formulaatiosuunnittelun aikana
Joissakin korkean -polymeroitumisen PGE-tyypeissä voi esiintyä kiteytymisongelmia alhaisissa lämpötiloissa
DATEM-sovelluksen mahdollinen analyysi kasvinsuojeluöljyvalmisteissa
1 DATEM:n siirrettävät edut
Vaikka DATEMiä käytetään tällä hetkellä pääasiassa elintarviketeollisuudessa, sen fysikaalis-kemialliset ominaisuudet viittaavat siihen, että sitä voidaan käyttää ristiin{0}}kasvinsuojelussa:
- Erinomainen öljyliukoisuus
- DATEM sekoittuu täysin öljyihin ja useimpiin öljyliukoisiin liuottimiin, mikä mahdollistaa sulavan integroinnin öljypohjaisiin formulaatiojärjestelmiin.
- Rajapinnan stabilointikyky
- Elintarvikejärjestelmissä DATEM on osoittautunut tehokkaaksi stabiloimaan öljy{0}}vesiemulsioita-, mikä voi olla arvokasta myös kasvinsuojeluaineissa EW (emulsio vedessä) ja SE (suspensioemulsio).
- Inspiraatiota gluteeniverkoston rakentamisesta
- DATEM vahvistaa taikinan proteiiniverkoston rakenteita hydrofobisten vuorovaikutusten kautta. Analogisesti tämä "rajapintojen kokoonpano" voi edistää vakaampien ja pidempään -kestoisten aktiivisten ainesosien kalvojen muodostumista lehtien pinnoille.
2 Sovellusaukot DATEM:lle Crop Protectionissa
Tällä hetkellä järjestelmällinen tutkimus DATEM:stä kasvinsuojeluöljyvalmisteissa on edelleen riittämätön. Olemassa olevassa kirjallisuudessa DATEM esiintyy useammin elintarvikelisäaineluetteloissa kuin torjunta-aineiden adjuvanttiluetteloissa. Tämä johtuu useista tekijöistä:
- Eri sovellushistoriat: DATEM:n kehitys ja sovellus ovat pitkään keskittyneet elintarviketeollisuuteen; verkkotunnusten välinen laajennus edellyttää lisätarkistusta
- Erilaiset molekyylisuunnittelun tavoitteetDATEM:n molekyylirakenne on suuntautunut proteiinien vuorovaikutukseen pikemminkin kuin kasvin lehtien pinnan rajapinnan käyttäytymiseen
- Sääntelyn esteet: Torjunta-aineadjuvantit vaativat erityisiä toksikologisia ja ekotoksikologisia tietoja; DATEM:n kasvinsuojelualan sääntelytiedot ovat suhteellisen puutteellisia
Kahden emulgointijärjestelmän kattava vertailu
| Vertailumitta | PGE-järjestelmä | DATEM-järjestelmä |
|---|---|---|
| Rajapintojen toiminta | ★★★★★ Hyvin{0}}vahvistettu | ★★★ Kypsä elintarvikejärjestelmissä; tarvitsee validoinnin kasvinsuojelussa |
| Drift Control | ★★★★★ Kaupallisesti käytetty | ☆ Tutkimusraportteja ei ole saatavilla |
| Vihreät ominaisuudet | ★★★★★ Biohajoava, ei vaaramerkintöjä | ★★★ Syötävä, mutta riittämättömät kasvinsuojelun turvallisuustiedot |
| Formulaation maturiteetti | ★★★★ Useita kaupallisia tuotteita saatavilla | ★★ Pääasiassa laboratorio- tai konseptivaiheessa |
| Kustannus-tehokkuus | ★★★★ Suhteellisen kypsä | ★★ Vaatii lisävahvistuksen |
Keskeinen johtopäätös:
Kasvinsuojeluöljyvalmisteissa,PGE-järjestelmällä on tällä hetkellä selvä etu. Sen suorituskyky on validoitu todellisissa kaupallisissa tuotteissa, erityisesti ajautuman hallinnassa, emulsion stabiloinnissa ja vihreässä kestävyydessä. Vaikka DATEMillä on teoreettinen risti{2}}sovelluspotentiaali, siitä puuttuu systemaattinen empiirinen validointi kasvinsuojeluskenaarioissa, eikä se voi suoraan korvata PGE:n asemaa maatalouden apuaineissa lyhyellä aikavälillä.
Frontier Trends: Emulgointiaineinnovaatio vihreissä torjunta-ainevalmisteissa
PGE:n menestys torjunta-aineadjuvanttien alalla heijastaa laajempaa suuntausta-torjunta-ainevalmisteet ovat siirtymässä "korkea-myrkyllisyys, korkea-tehokkuus" kohti "matala-myrkyllisyys, korkea-tehokkuus, vihreä ja kestävä".
Viime vuosina kasvien eteerisiä öljyjä (EO), joilla on antimikrobinen vaikutus, on rekisteröity ja käytetty vihreinä kasvitieteellisinä torjunta-aineina. Perinteiset surfaktantti{1}}stabiloidut eteeriset öljyemulsiot kärsivät kuitenkin nopeasta haihtumisesta, alhaisista käyttöasteista ja pinta-aktiivisten aineiden mahdollisesta biotoksisuudesta. Tämä on innostanut uusien vihreiden emulgointiaineiden kehittämistä:
- Janus nanosheet -tekniikka: Shihezin yliopiston tiimi kehitti tanniinihappo-titaani/polystyreeni Janus-nanolevyjä, jotka voivat korvata perinteiset pinta-aktiiviset aineet tehokkaan emulgoinnin vuoksi ja samalla vähentää sytotoksisuutta 29,17 %.
- Monitoimiset PGE{0}}johdannaiset järjestelmät: Funktionaalisten ryhmien lisääminen PGE-rungoille integroidun "emulgoinnin + tehokkuuden lisäämisen + kontrolloidun vapautumisen" saavuttamiseksi.
Tämä suuntaus osoittaa, että kasvinsuojeluöljyvalmisteiden emulgointiaineiden välinen kilpailu ei tule olemaan vain PGE:n ja DATEM:n välillä, vaan se kehittyy kohtimonikäyttöinen, vihreä ja tarkkuus{0}}suuntautunutratkaisuja.
Johtopäätös
Yhden-lauseen yhteenveto:
PGE on onnistuneesti siirtynyt elintarvikkeiden ainesosasta torjunta-aineadjuvanttien "voimalaitokseksi" ja vakiinnuttanut johtavan aseman kasvinsuojeluöljyvalmisteissa ylivertaisten rajapintaominaisuuksien, ajautumisen hallintaominaisuuksien ja vihreiden ominaisuuksien ansiosta. DATEM, huolimatta sen rakenteellisista kohokohdista ja ristiin{1}}sovellusmahdollisuuksista, vaatii enemmän empiiristä validointia,-kasvinsuojelun emulgointiaineen valinta riippuu viime kädessä todellisesta-pellon suorituskyvystä.
