馬鈴薯抑芽微乳劑的研發及應用效果

王 亮，張立新，李 超，張曉宇，趙迎麗

（山西農業大學（山西省農業科學院）農產品貯藏保鮮研究所，山西 太原 030031）

2015 年中國提出馬鈴薯主糧化戰略以來，馬鈴薯產業得到了極大的關注與投入[1-4]。從產業鏈的角度看，相對于馬鈴薯育種、栽培以及加工領域，馬鈴薯貯藏發展與其相應的投入相對滯后[5]，中國馬鈴薯多采用常溫庫和地窖貯藏2 種貯藏方式，貯藏期間因失水、腐爛、發芽問題損失嚴重[6]。另外，馬鈴薯發芽之后產生的龍葵素等毒性物質具有巨大的食用安全隱患[7,8]。雖然低溫貯藏可顯著抑制馬鈴薯塊莖的發芽，但是低溫貯藏期間，塊莖中還原糖含量會隨之上升[9]，引起油炸制品顏色發黑，嚴重影響產品的外觀品質，增加食品中丙烯酰胺等潛在的致癌物質[10,11]，這已成為制約馬鈴薯加工產業發展的問題[12,13]。

美國埃爾夫-阿托公司發明的“戴科”（DEECO）馬鈴薯抑芽劑，作為成熟產品在世界上被許多國家廣泛應用，其主要成分是氯苯胺靈（Chlorpropham，CIPC）[14,15]，但CIPC對馬鈴薯抑芽作用是不可逆的，因此不能將其應用于種薯[16,17]。該產品性能優越、效果明顯、使用簡便，在常溫、低溫條件下都有良好的抑芽效果，可有效節省冷庫建造和管理成本，且減小馬鈴薯低溫糖化帶來的風險[18-20]，但該產品由于價格高，在中國馬鈴薯種植產業主要以農戶為單位的生產模式下，很難大面積推廣應用。所以，研發出低價高效的馬鈴薯抑芽產品是能否將其大范圍應用的關鍵。微乳劑作為農藥較新劑型，具有效成分分散度高，有利于發揮藥效和增強表面滲透性的優點[21]。由于微乳劑用水取代有機溶劑，劑型中也不包含固體填料，大大減輕了對環境的壓力，是一種行之有效的綠色環保劑型[22]。因此，本研究以降低馬鈴薯抑芽劑使用成本為出發點，從微乳劑劑型進行技術突破，通過對乳化劑種類及用量的篩選，研發出與國外同類產品效果相當的馬鈴薯抑芽微乳劑，從而為抑芽產品的廣泛推廣提供條件。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以馬鈴薯品種‘冀張薯12 號’為試驗材料，采自山西省呂梁市嵐縣，在13～18℃避光條件下愈傷15 d后，選擇大小適中，無傷無病的馬鈴薯塊莖進行試驗。

CIPC（98%）、羧甲基纖維素鈉（Carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、十二烷基苯磺酸鈣和木質素磺酸鈣（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇8000（Polyethylene glycol 8000，PEG8000）和聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）[生工生物工程（上海）股份有限公司]；滲透劑T（青島優索化學科技有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 馬鈴薯抑芽微乳劑母液制備

以常用溶劑乙醇為CIPC原藥溶劑，將10 g原藥和50 g無水乙醇進行混合，攪拌溶解后制得馬鈴薯抑芽微乳劑母液。

1.2.2 馬鈴薯抑芽微乳劑乳化劑篩選

（1）乳化劑種類篩選：以壬基酚聚氧乙烯醚、Triton X-100、十二烷基苯磺酸鈣和自制復合乳化劑（含有6%CMC-Na、4%PEG8000、8%木質素磺酸鈣和2%滲透劑T）為馬鈴薯抑芽微乳劑乳化劑，按照10%添加量加入到微乳劑母液中，以蒸餾水補足100%，并攪拌均勻后制備微乳劑。參照國標GB/T 28132-2011《吡蟲啉微乳劑》[23]對加入各乳化劑后的透明溫度、pH值和乳液穩定性進行測定，以期篩選出較優乳化劑。

（2）乳化劑用量篩選：篩選出較優乳化劑后，將較優乳化劑分別以1%、3%、5%、7%和9%的添加量再次與母液混合，以蒸餾水補足100%，攪拌均勻獲得微乳劑后，參照國標GB/T 28132-2011《吡蟲啉微乳劑》[23]方法對加入不同濃度乳化劑后微乳劑的透明溫度、pH值和乳液穩定性進行測定，以期明確出較優乳化劑的用量。

1.2.3 馬鈴薯抑芽微乳劑乳化劑最佳配方和最佳用量優化

（1）乳化劑正交試驗設計

在明確馬鈴薯抑芽微乳劑制備過程中的較優乳化劑和各自乳化劑的用量后，采用正交試驗對乳化劑的配方和最佳用量進行正交試驗優化。各正交試驗因素和水平見表1。

（2）各組合馬鈴薯抑芽微乳劑產品合格性檢測

獲得馬鈴薯抑芽微乳劑的最佳乳化劑配方和用量后，將乳化劑和母液混合、攪拌均勻獲得馬鈴薯抑芽微乳劑產品，隨后參照國標GB/T 28132-2011《吡蟲啉微乳劑》[23]相關方法對該產品的透明溫度、pH值、乳液穩定性、微乳液懸浮率、熱貯穩定性和低溫穩定性進行測定。

1.2.4 抑芽微乳劑使用效果比較

以‘冀張薯12 號’為試驗材料，進行抑芽微乳劑不同用量對馬鈴薯貯藏效果比較，施藥量按CIPC 純品計算，共設4 個處理。CK：0 mg/kg；T1：50 mg/kg；T2：75 mg/kg；T3：100 mg/kg。按照試驗設計用量，用20倍蒸餾水稀釋后，分別在馬鈴薯表面均勻噴灑，噴灑后裝入塑料薄膜袋中密封72 h，取出后置于室溫（8～12℃）進行觀察測定。每個處理150 kg薯塊，重復3次。

表1 馬鈴薯抑芽微乳劑乳化劑配方和用量正交試驗的因素和水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test on formula and dosage of emulsifier for potato bud inhibition microemulsion

每月統計各處理的總薯塊數、發芽薯塊數和腐爛薯塊數，并對每箱薯塊進行稱重，計算各處理的腐爛率、失重率、發芽率和發芽長度。失重率與腐爛率參考王潔等[24]的方法測定，發芽率為處理中馬鈴薯塊莖萌發數量與塊莖總個數的比例，計算公式如下：

失重率（%）=Σ（貯藏初期塊莖質量-貯藏結束時塊莖質量）/Σ貯藏初期塊莖質量×100

腐爛率（%）=腐爛馬鈴薯個數/檢查馬鈴薯總個數×100

發芽率（%）=發芽塊莖個數/檢查塊莖總個數×100

以芽眼可見0.5 mm以上萌芽作為發芽標志。

1.3 數據統計及分析

試驗采用完全隨機設計，試驗結果為測定3次數據的平均值±標準誤差（圖中的垂直線表示），數據采用DPS 9.50處理系統進行方差分析，多重比較采用Duncan's新復極差測驗，顯著水平取P ＜0.05（差異顯著）。用Excel 2007軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同乳化劑對馬鈴薯抑芽微乳劑理化性質的影響

不同乳化劑影響效果存在一定差異，其中以乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚、Triton X-100 和自制復合乳化劑效果較好，按照10%應用比例加入到氯苯胺靈微乳劑母液中后具有良好的乳液穩定性和在0～50℃緩慢升溫過程中未出現渾濁（表2）。而乳化劑十二烷基苯磺酸鈣則應用效果較差，在溶解過程中不僅攪拌時間較長，而且制備成的微乳劑再稀釋500倍，室溫放置期間表面出現輕微油層，且緩慢升溫過程中，當溫度超過40℃時，液體開始出現渾濁（表2）。這說明乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚、Triton X-100 和自制復合乳化劑可作為馬鈴薯抑芽微乳劑制乳化劑。

表2 不同乳化劑對馬鈴薯抑芽微乳劑理化性狀的影響Table 2 Effects of different emulsifiers on physicochemical properties of potato bud inhibition microemulsion

2.2 不同乳化劑用量對馬鈴薯抑芽微乳劑理化性質的影響

乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚添加量需≥5%方可起到良好乳化作用，且制備出來的乳化劑質量合格；而Triton X-100則需添加量≥7%時方可起到良好作用；使用自制復合乳化劑時用量應控制在3%～7%。雖然不同乳化劑對微乳劑的透明特性和乳液穩定性影響存在一定差異，但各乳化劑不同用量下的pH 指標均合格（表3）。這說明上述乳化劑對微乳劑pH 值影響不大，且在適宜用量下具有良好乳化效果。

表3 乳化劑不同用量對馬鈴薯抑芽微乳劑理化性狀的影響Table 3 Effects of different dosages of emulsifier on physicochemical properties of potato bud inhibition microemulsion

2.3 馬鈴薯抑芽微乳劑乳化劑配方及用量正交試驗優化

A2B2C3、A3B1C3 和 A3B3C2 組合效果較好，在該3種組合下制備成的馬鈴薯抑芽微乳劑不僅具有較好的透明穩定性和乳液穩定性，而且還具有良好的熱貯穩定性和低溫穩定性。另外，雖然組合A1B2C2、A2B1C2 和A3B2C1 具有良好的透明穩定性和乳液穩定性，且乳化劑用量相對較少，但對其熱貯和低溫穩定性較差，因此在微乳劑研發過程中應對每一步的熱貯穩定性和低溫穩定性進行測定，以防出現假陽性結果（表4）。

2.4 優化組合微乳劑產品的懸浮性測定

對以3個乳化劑較優組合制備成的馬鈴薯抑芽微乳劑產品的懸浮性進行測定后發現，3個組合懸浮率均符合國標要求＞70%，其中組合A3B1C3 和A2B2C3 的懸浮性相對較差，二者的懸浮率分別為74.47%和79.53%；而組合A3B3C2 的懸浮性則較好，懸浮率為86.80%（圖1）。3 個組合相比較后發現，當自制復合乳化劑（C）用量達到5%時，微乳劑的懸浮性會出現較大程度下降，且增大自制復合乳化劑用量的同時增大乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚和Triton X-100用量可有效提高微乳劑懸浮率。在成本方面以Triton X-100成本最高，因此綜合考慮成本和懸浮性能后選擇組合A2B2C3作為馬鈴薯抑芽微乳劑的最佳配方。

2.5 馬鈴薯抑芽微乳劑對馬鈴薯腐爛率和失重率的影響

貯藏期間，各處理中馬鈴薯腐爛率在4.23%～7.61%。CK（7.61%）對照組中馬鈴薯塊莖的腐爛率顯著高于其他處理，T3（4.23%）處理的腐爛率顯著低于T1（6.12%）和T2（5.36%）處理（P ＜ 0.05）。各處理腐爛率由高到低的順序為：CK ＞ T1 ＞ T2 ＞ T3（圖2a）。說明該抑芽微乳劑具有一定的防腐效果。

表4 馬鈴薯抑芽微乳劑乳化劑配方及用量正交試驗優化Table 4 Optimization of formula and dosage of emulsifier in potato bud inhibition microemulsion by orthogonal test

室溫（8～12℃）貯藏5個月，各處理中馬鈴薯塊莖的失重率在7.40%～12.48%。使用抑芽微乳劑的各處理的塊莖失重率均低于CK（12.48%）對照組，T1（9.28%）和T2（8.79%）處理的失重率比較接近，T3（7.40%）處理的失重率顯著低于T1 和T2 處理（P ＜0.05）。失重率由高到低的順序為：CK ＞T1 ＞T2 ＞T3（圖2b）。由此可見，施用馬鈴薯抑芽微乳劑對抑制塊莖失重具有一定作用。

2.6 馬鈴薯抑芽微乳劑對馬鈴薯發芽率和發芽長度的影響

室溫（8～12℃）貯藏5個月，除CK外，各處理的發芽率在11.87%～79.21%。塊莖發芽率隨抑芽劑處理用量的上升呈明顯下降趨勢，T2（23.48%）和T3（11.87%）處理的抑芽效果明顯，發芽率顯著低于T1（79.21%）處理（P＜0.05），其中T3 的發芽率最低。塊莖發芽率由高到低的順序為：CK ＞T1 ＞T2 ＞T3（圖3a）。

室溫（8～12℃）貯藏5個月，各處理發芽長度在0.08～1.69 cm，使用抑芽劑處理的馬鈴薯塊莖的發芽長度均低于對照組，且隨抑芽劑用量增加呈下降趨勢，各處理芽長由高到低的順序為：CK ＞ T1 ＞T2 ＞T3（圖3b）。可見，抑芽劑不僅可降低發芽率，還會抑制已發芽塊莖的薯芽生長。

3 討 論

大量試驗已證實，馬鈴薯貯藏期間施用抑芽劑是一項推遲萌動減少發芽，防止水分損失及大量營養物質消耗的有效措施，今后在貯藏中應大力推廣應用[25]。本試驗以降低使用成本，貼合國內馬鈴薯以農戶為單位的生產模式為出發點，圍繞CIPC為抑芽主要成分，對乳化劑種類以及用量進行篩選，得到了馬鈴薯抑芽微乳劑，并且該抑芽劑符合相關國標穩定性和合格性檢測要求。

本研究中，抑芽微乳劑100 mg/kg使用劑量效果最佳，抑芽效果達88.13%，并且在抑制塊莖腐爛率和失重率上升也有一定作用，該研究結果與陳彥云等[25]、李守強等[26]和田世龍等[27]結果類似。與“戴科”（DEECO）馬鈴薯抑芽劑常溫貯藏5 個月抑芽率為78.21%～84.78%相比，本抑芽微乳劑的使用劑量和抑芽效果基本相當。此外，該制劑是微乳劑型施用方便。本試驗僅從施用劑量進行應用效果的比較，若尋找出一套方便、高效、低成本的最佳施用技術，還需進一步系統研究。經成本核算，使用該抑芽微乳劑馬鈴薯增加成本在0.02 元/kg 以內。可見，該馬鈴薯抑芽產品具有明顯價格優勢，應用前景可觀。