微生物農(nóng)藥菌劑的制備工程

黃思超

摘 要：微生物農(nóng)藥菌劑是由原藥、載體、表面活性劑（潤濕劑、分散劑等）、助劑（穩(wěn)定劑、顏色警告劑等）組成的粉狀制劑，并粉碎至一定程度的細度。當用水稀釋至田間所需濃度時，真菌可形成穩(wěn)定的可噴霧懸浮液，施用后可在控制對象上實現(xiàn)較大的均勻覆蓋。本文通過閱讀大量的參考文獻歸納了近年來微生物農(nóng)藥菌劑制備的研究現(xiàn)狀，為后續(xù)微生物農(nóng)藥菌劑制備提供了參考。

關(guān)鍵詞：微生物農(nóng)藥;組成;質(zhì)量;配方;生產(chǎn)工藝

中圖分類號：S482.2 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515011

微生物農(nóng)藥（microbial pesticide）是指使用細菌、真菌、病毒、原生動物或轉(zhuǎn)基因微生物作為有效成分，來預(yù)防和控制有害生物（如病害、蟲害、草害、鼠害等）的生物起源農(nóng)藥[1]。包括用細菌控制細菌，用細菌控制病菌和用細菌除草等。這些農(nóng)藥具有很高的選擇性，對人、動物、農(nóng)作物和自然環(huán)境安全，不會傷害天敵，也不會產(chǎn)生抗藥性。這些微生物農(nóng)藥包括細菌、真菌、病毒等，如蘇云金芽孢桿菌、球孢白僵菌、核多角體病毒、肉毒梭菌C型外毒素等。隨著人們對環(huán)境保護的要求不斷提高，微生物農(nóng)藥無疑是未來發(fā)展的一種農(nóng)藥使用方向。

1 菌劑的組成

微生物農(nóng)藥菌劑由原始藥物、表面活性劑（潤濕劑，分散劑等）、載體和輔助劑（穩(wěn)定劑、警告劑等）組成[2]。如果農(nóng)藥制劑的配方合理，則只能對其進行加工和生產(chǎn)。選擇配方時，所選的載體、助劑等應(yīng)便宜且易于獲得，并且資源豐富。最終產(chǎn)品應(yīng)該是低成本和高質(zhì)量的，才能在市場上具有競爭力。

1.1 載體

1.1.1 載體的性能

載體是添加的固體原材料，可調(diào)節(jié)成品的含量并改善物理性能。載體的主要特征是具有多網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)或片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，比表面積大，對農(nóng)藥的吸附能力強[3]。載體的功能是作為農(nóng)藥活性成分的微小容器或稀釋劑，是從載體中釋放活性成分。不同類型的載體具有不同的物理和化學性質(zhì)。即使同一類型的載體由于不同的來歷和不同的雜質(zhì)所致，其性能也會有很大差異。載體性能包括礦物分析、平均化學分析、產(chǎn)地、包裝、價格、顏色、硬度、密度、堆積密度、粒度（平均粒度，范圍和分布）、顆粒形狀、篩分分析、最大吸油量、pH、折射速率、陽離子交換容量、比表面積、流動性、潤濕性、分散性、相容性、表面特性等[4]。

1.1.2 常用載體

常用的載體是硅藻土、粘土、綠坡縷石、高嶺土、活性粘土、泥炭、輕質(zhì)碳酸鈣、白碳、硅酸等。菌劑制劑的載體類型很多，有時需要同時使用幾種載體。

1.1.3 載體的篩選

微生物菌劑為液體制劑，應(yīng)選擇吸油率高的載體;原藥為固體，則應(yīng)選擇一般吸油率的載體。由所選載體制成的樣品是松散流動的干粉[5]。另外，選擇載體的原則是盡量能夠在當?shù)孬@得的材料，既經(jīng)濟又能夠滿足場合的性能要求。

1.2 助劑

1.2.1 潤濕劑

1.2.1.1 潤濕劑的性能

潤濕劑是一類降低液固界面張力，增加液體與固體表面的接觸或增加固體表面的潤濕和擴散的物質(zhì)。濕潤劑的作用主要是改善濕潤劑在水中的濕潤和分散性，改善藥物溶液的滲透性和被處理物的粘度[6]。潤濕效果取決于動態(tài)條件下液體表面張力的有效降低。就化學結(jié)構(gòu)而言，用于農(nóng)藥加工的潤濕劑必須具有一個比疏水基團小的親水基團，并且大多數(shù)是非離子的而不是離子的親水基團。親脂性親水平衡（HLB）通常為7-18。親水基團要求在使用條件下能在水相中使增濕劑稍微增溶，或能夠與水充分發(fā)揮功能以防止?jié)櫇駝┤芙饧纯?。因為太親水的潤濕劑將與水相互作用，并減少潤濕劑分子向界面的移動。短鏈離子表面活性劑主要是由疏水性陰離子和親水性陽離子形成的鹽。其非常溶于水，通常用于含鹽溶液中。高電解質(zhì)含量可以壓縮親水基團周圍的雙分子層，使其可以移動到界面，還可以增加疏水基團以降低潤濕劑在水中的溶解度并提高潤濕能力。潤濕劑主要是非離子和陰離子化合物，少數(shù)是陽離子化合物。非離子潤濕劑是所有具有大分子量的化合物。但是，小分子的潤濕劑比大分子的潤濕劑更好，因為較小的分子可以在溶液中快速擴散。此外，帶有支鏈潤濕劑的親脂基團（疏水基團）要比沒有支鏈的親脂基團更好[7]。

1.2.1.2 常用潤濕劑

常用的潤濕劑有苯孜然粉、皂苷粉、SOPA（230、235、270）、洗衣粉、十二烷基苯磺酸鈉、開粉、農(nóng)用牛奶2000系列、潤濕滲透劑、Span 20、Tween 60等。

1.2.1.3 潤濕劑篩選

采用試驗方法，將要選擇的潤濕劑，選定的載體和原始藥物加工成真菌劑，并測量潤濕時間以選擇最佳的潤濕劑[8]。

1.2.2 分散劑

分散劑是一類可以減少分散系統(tǒng)中固體或液體顆粒聚集的物質(zhì)[9]。農(nóng)藥有效成分顆粒在液體中的分散與懸浮能力直接相關(guān)。分散性越好，懸浮性越好;否則，懸浮性差。為了提高顆粒的分散性，必須克服附聚現(xiàn)象，其主要手段是添加分散劑。農(nóng)藥乳化劑也是一種分散劑。分散劑是農(nóng)藥真菌加工中最大和最重要的農(nóng)藥助劑類型。

分散劑決定了農(nóng)藥制劑在水和其它介質(zhì)中的快速分散性、自動分散性（或自崩解性）、流動性和懸浮性。添加分散劑可以提高菌劑制劑的流動性并減少結(jié)塊;提高儲存穩(wěn)定性、稀釋度和懸浮度。使用一種試驗方法將所選的潤濕劑、載體和原始藥物與要選擇的分散劑作為細菌劑一起處理，然后確定懸浮速率以選擇分散劑。

常用的分散劑有NNO、MF、NO、木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣、非離子表面活性劑（如聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、烷基酚聚氧乙烯磷酸酯）、水溶性聚合物（如CMC、PVA、PEG、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉）等。

1.2.3 其它助劑

除分散劑和濕潤劑外，細菌劑有時還需要其它一些輔助劑，如滲透劑、鋪展劑、穩(wěn)定劑、消泡劑、防結(jié)塊劑、顏色警告劑和增效劑。

穩(wěn)定劑是添加劑，可防止和減少農(nóng)藥有效成分在儲存過程中的分解或保持良好的物理性能[10]。穩(wěn)定劑因原始農(nóng)藥而異，對于易分解的農(nóng)藥，如加工成細菌的某些有機磷農(nóng)藥，必須添加特殊的穩(wěn)定劑。

鋪展劑是可以增加固體表面上液體覆蓋程度的物質(zhì)。其是一種綜合助劑[11]，具有滲透、粘附、擴散和固定的功能，因此藥液可以在物體上進行處理。且其擴散均勻，擴散力強，減少了損失和浪費。常用的鋪展劑是竹菊、肥皂、油酸鈉、聚乙烯醇、亞硫酸紙漿廢料。

滲透劑是一種可以促進藥物滲透到治療對象中的物質(zhì)[12]。

消泡劑包括有機硅，C8C10脂肪醇等。主要通過選擇合適的載體來控制抗結(jié)塊劑。

2 菌劑的主要質(zhì)量指標

潤濕、懸浮率、水分、pH、儲熱穩(wěn)定性及細度檢測方法均符合國家標準GB5451-2001，CB/T14825-2006，GB/T1600-2001，GB/T1601-93，GB/T19136-2003和GB/T16150-95。懸浮速率表示的分散性和儲熱穩(wěn)定性是表征WP穩(wěn)定性的2個重要指標。參見GB/T14825-2006，使用標準硬水將待測樣品制備成適當濃度的懸浮液，在規(guī)定的條件下，靜置30min，測量底部1/10懸浮液中有效成分的含量，計算懸浮率;參照GB/T19136-2003，用研磨塞密封在深色玻璃瓶中制備的粉末樣品，在54±2℃的恒溫箱中保存14d，測定保存前后的有效成分含量，并計算出分解率。

2.1 潤濕性

潤濕性是指將粉末倒入水中后的自然潤濕性，而不是指懸浮液在水中的稀釋能力以及藥物在植物、昆蟲和其它防治物表面上的稀釋懸浮液的潤濕能力[13]。由于植物，昆蟲等表面上有一層蠟，如果潤濕性不好，藥物就不能均勻地覆蓋在農(nóng)作物和要控制的物體上，從而造成藥液的流失。

潤濕性根據(jù)其潤濕時間來判斷。潤濕時間越短，潤濕性越好。潤濕時間根據(jù)GB/T5451測量。

2.2 分散性

分散性是指藥用顆粒懸浮在水性介質(zhì)中并保持為細小單個顆粒的能力。分散性與懸浮性直接相關(guān)，如果分散性好，則懸浮率高;否則，懸浮率很低[14]。菌劑制劑需要細小且相對均勻的粉末顆粒。顆粒越細，表面自由能越大，越容易發(fā)生團聚現(xiàn)象，從而降低了懸浮能力。為了改善細顆粒在懸浮液中的分散，必須克服附聚現(xiàn)象。影響分散性的主要因素是原始藥物和載體的表面性質(zhì)，以及分散劑的類型、質(zhì)量和劑量。適當選擇分散劑，質(zhì)量好，劑量合理，可以防止藥物顆粒的團聚，從而獲得良好的分散性。分散性的質(zhì)量可以從懸浮速率的水平來測量。懸浮速率越高，分散性越好;否則，分散性差。

懸浮率的測定按照GB/T14825進行。用標準硬水配制已知濃度的懸浮液。在指定條件下，確定底部1/10懸浮液中活性成分的含量，并計算樣品的懸浮率。

2.3 懸浮性

懸浮性是指分散的藥物顆粒保持懸浮一定時間的能力。當具有良好懸浮性的制劑在水中使用時，所有的藥物顆?？梢跃鶆虻貞腋≡谒?，并從噴霧設(shè)備中均勻噴霧，從而具有良好的防治效果[15]。接種劑的懸浮速率分為有效懸浮速率和質(zhì)量懸浮速率。這2種懸浮率在糧農(nóng)組織標準中有相應(yīng)的計量方法。通常，有效懸浮率和質(zhì)量懸浮率應(yīng)該相同，即質(zhì)量懸浮率高，則有效懸浮率也高。理想情況下，2個懸浮率比的值應(yīng)相等。但實際上，由于處理和混合的不均勻性以及吸附原始藥物的顆粒數(shù)量不同，大顆粒總是沉降，因此有效懸浮速率和質(zhì)量懸浮速率通常看起來是不同的。菌劑制劑要求2種懸浮速率都很高，以避免噴霧不均勻和噴嘴堵塞。

懸浮率的測定按照GB/T14825進行。用標準硬水配制已知濃度的懸浮液。在指定條件下，確定底部1/10懸浮液中活性成分的含量，并計算樣品的懸浮率。

2.4 細度

細度是指與懸浮速率直接相關(guān)的粉末顆粒的大?。６群头植迹?。通常，細度越?。皆叫∏伊椒植荚秸瑧腋÷示驮礁遊16]。加工和破碎設(shè)備是控制細度的關(guān)鍵。日本要求的細度為5～7μm，美國要求的細度為3～5μm。

中國產(chǎn)品的細度是根據(jù)GB/T16150中的“濕篩法”測量的。

2.5 水分

水分對研發(fā)菌劑制劑的物理和化學性質(zhì)有影響。如果水分含量過高，其不僅容易團聚，流動性差，使用不便，還加劇了活性成分的分解，導致產(chǎn)品質(zhì)量下降和藥物功效降低[17]。

水分根據(jù)GB/T1600中的“共沸蒸餾法”進行測定。

2.6 起泡性

微生物農(nóng)藥菌劑兌水產(chǎn)生的泡沫越少越好[18]。

2.7 貯存穩(wěn)定性

物理存儲穩(wěn)定性是指在產(chǎn)品存儲過程中，由于藥物顆粒之間的相互粘附或附聚而導致的流動性，分散性和懸浮性下降[19]。

化學儲存穩(wěn)定性是指在產(chǎn)品儲存過程中，由于原始藥物與載體、輔助劑和其它原因不相容而引起的活性成分分解，從而減少了制劑中的有效成分，減少的幅度越大，表明制備化學方法的儲存穩(wěn)定性越差[20]。

儲熱穩(wěn)定性根據(jù)GB/T19136測量。

2.8 流動性

流動性便于生產(chǎn)過程中的運輸和包裝，并且易于稱重和倒出。影響流動性的主要因素是載體的吸附能力以及原始藥物的含量和粘度。流動性由斜角或流量表示。斜角大或流量大意味著流動性差;否則，流動性就很好[21]。

2.9 pH值

pH值不同，試劑在介質(zhì)中的穩(wěn)定性也有很大差異。根據(jù)藥劑在介質(zhì)中的穩(wěn)定性，在農(nóng)藥加工過程中應(yīng)選擇相應(yīng)的pH值使其穩(wěn)定。

pH值根據(jù)GB/T1601測量。

以上是研發(fā)微生物農(nóng)藥菌劑的主要性能指標。性能指標的控制最終體現(xiàn)在產(chǎn)品的使用效果上。

3 菌劑的配方

微生物農(nóng)藥的成分由原始藥物、表面活性劑（潤濕劑、分散劑等）、載體和輔助劑（穩(wěn)定劑、警告劑等）組成。

好的殺菌劑產(chǎn)品需要好的科學配方。除了使?jié)櫇駝┖头稚┑姆N類和劑量匹配之外，載劑和載體的選擇也很重要。3～4種載劑和載體，如1種增加流動性，1種增加懸浮率，1種增加穩(wěn)定性，另1種控制釋放。通過這種科學配方制成的產(chǎn)品不僅具有良好的藥用效果，而且具有緩釋和持續(xù)作用[22]。在這方面，中國許多農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)，特別是小型農(nóng)藥制劑加工企業(yè)，做得不夠，添加劑的選擇不合適，添加劑的質(zhì)量差;承運人選擇不當;沒有添加需要穩(wěn)定劑的微生物農(nóng)藥菌劑。

4 菌劑的生產(chǎn)工藝

4.1 加工步驟

微生物農(nóng)藥菌劑的加工技術(shù)分為5個步驟：預(yù)混合，粉碎，再混合，研磨和后混合[23]。每個特定過程中需要注意的事項如下。

4.1.1 初始混合和再混合過程

在混合過程中，原始藥物、載體和其它輔助劑的添加順序有時可能會影響微生物農(nóng)藥菌劑的性能。如，穩(wěn)定劑的添加順序不同，穩(wěn)定性也不同。通常將穩(wěn)定劑先與載體混合，然后添加到原始藥物中，其穩(wěn)定性優(yōu)于添加穩(wěn)定劑之前的原始藥物和載體的穩(wěn)定性。

4.1.2 破碎過程

包括原始藥物和載體的破碎。微生物農(nóng)藥菌劑的細度是其性能的重要指標，因此壓碎過程是真菌加工的重要組成部分。載體的破碎相對簡單，通常將載體干燥并放入破碎機中研磨一段時間。原藥的粉碎必須根據(jù)其不同的理化性質(zhì)采取相應(yīng)的措施，如果原始藥物相對較濕，則應(yīng)先干燥;如果原始藥物壓碎后容易粘住，則必須添加以幫助分散材料;如果在破碎溫度較高時原始藥物易于熔化，則破碎機應(yīng)配備冷卻設(shè)備。

4.1.3 后混合過程

混合的質(zhì)量直接影響真菌劑活性成分的均勻性，進而影響功效。為了確保均勻混合，有時需要進行多次混合?；旌系馁|(zhì)量不僅與混合設(shè)備和操作條件有關(guān)，而且還與試劑和載體的粒度、粒度分布、真假密度、流動性和水分含量有關(guān)。通常粒度分布越均勻，流動性越好，水分含量越低，混合效果越好。密度的影響主要取決于粒度與密度的比值，如果超過0.71～1.2，則可能發(fā)生分層并影響混合效果。

4.2 工藝流程

農(nóng)藥殺菌劑的質(zhì)量，尤其是細度和懸浮指數(shù)，不僅與配方有關(guān)，而且常常受到加工設(shè)備和加工技術(shù)的限制。如果在不合適的設(shè)備上使用了好的配方，也不可能獲得理想的效果。加工技術(shù)和設(shè)備本身也會根據(jù)農(nóng)藥的種類而有所不同，并且必須針對原始藥物的物理和化學特性選擇合適的加工流程。

4.2.1 原藥和助劑均為固體

4.2.2 原藥為液體，助劑為固體

4.2.3 原藥為固體，助劑為液體

4.2.4 特殊原藥

對于特殊原始藥物的處理工藝流程，應(yīng)分析特定的問題，并應(yīng)選擇特殊的處理流程。

4.3 主要設(shè)備

農(nóng)藥的加工設(shè)備主要包括混合機、氣流粉碎機、雙螺旋混合機、布袋除塵器、無油脫水空氣壓縮機、料斗等[24]。

5 結(jié)論

綜上所述，微生物農(nóng)藥是農(nóng)藥工業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)，代表著植物保護的方向。其最大的優(yōu)點是可以克服化學農(nóng)藥對環(huán)境的污染，減少農(nóng)副產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留。在推廣使用微生物農(nóng)藥的過程中，農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量和價格將大大提高，有利于促進農(nóng)村經(jīng)濟增長，增加農(nóng)民收入。社會效益是無法估量的。篩選確定合適的載體、潤濕劑、分散劑及其它助劑，以獲得最佳配方，并確定合適的加工設(shè)備技術(shù)，從而完成微生物農(nóng)藥殺菌劑制備工藝的研究與開發(fā)。微生物農(nóng)藥將為農(nóng)產(chǎn)品的高質(zhì)量和安全生產(chǎn)以及減少有毒物質(zhì)的殘留提供技術(shù)和物質(zhì)保證。微生物農(nóng)藥的研發(fā)能夠提高農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟附加值，擴大農(nóng)副產(chǎn)品的出口市場，促進綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這些對于發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟，增加農(nóng)民收入和促進農(nóng)村繁榮都非常重要。作為無公害農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)的必要手段之一，微生物農(nóng)藥在未來農(nóng)作物病蟲害的防治上將有巨大的市場需求。因此，將進一步加快微生物農(nóng)藥的開發(fā)，產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用，減少農(nóng)副產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境污染，實現(xiàn)主要農(nóng)作物病蟲害的可持續(xù)控制，滿足農(nóng)業(yè)的重大需求。工業(yè)化生產(chǎn)無公害農(nóng)產(chǎn)品的科學技術(shù)，必然會產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。

參考文獻

[1] 戴小楓.中國植物保護科學技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2003.

[2]楊志.烯啶蟲胺合成研究及幾種新型農(nóng)藥可濕性粉劑研制[D].青島：青島科技大學，2009.

[3]閻建輝.光降解改性納米二氧化鈦農(nóng)藥載體與其制劑的研究[D].長沙：中南大學，2004.

[4]中國國家標準（GB）題錄（中）（2004年版）[J].世界標準信息，2004（02）：17-85.

[5]蔡璞瑛.油桐桐枯生物殺蟲劑研制及其殺蟲活性研究[D].中南林業(yè)科技大學，2015.

[6]張斌.幾類國內(nèi)新研發(fā)助劑在農(nóng)藥劑型中的應(yīng)用性能評價[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2014.

[7]鄒靜.新型無機—有機復(fù)合高分子絮凝劑的制備及性能研究[D].北京：北京化工大學，2012.

[8]杜春華，李凌緒，白玉蘭，孟昭禮，于海濤.20%4-乙氧基苯甲醛縮氨脲可濕性粉劑的研制[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（33）：18916-18917，18919.

[9]張保華.苯醚甲環(huán)唑懸浮劑穩(wěn)定體系構(gòu)建與性能評價[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2013.

[10] Pratim Kumar.Advances in phase stabilization techniques of AN using KDN and other chemical compounds for preparing green oxidizers[J].Defence Technology，2019，15（06）：949-957.