馬鈴薯抑芽微乳劑的研發(fā)及應用效果

王 亮，張立新，李 超，張曉宇，趙迎麗

（山西農業(yè)大學（山西省農業(yè)科學院）農產(chǎn)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(zhàn)略以來，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)得到了極大的關注與投入[1-4]。從產(chǎn)業(yè)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(fā)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(fā)芽問題損失嚴重[6]。另外，馬鈴薯發(fā)芽之后產(chǎn)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(fā)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(fā)黑，嚴重影響產(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題[12,13]。

美國埃爾夫-阿托公司發(fā)明的“戴科”（DEECO）馬鈴薯抑芽劑，作為成熟產(chǎn)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(chǎn)品性能優(yōu)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(jié)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(chǎn)品由于價格高，在中國馬鈴薯種植產(chǎn)業(yè)主要以農戶為單位的生產(chǎn)模式下，很難大面積推廣應用。所以，研發(fā)出低價高效的馬鈴薯抑芽產(chǎn)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(fā)揮藥效和增強表面滲透性的優(yōu)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(huán)境的壓力，是一種行之有效的綠色環(huán)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(fā)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(fā)出與國外同類產(chǎn)品效果相當?shù)鸟R鈴薯抑芽微乳劑，從而為抑芽產(chǎn)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(yōu)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(wěn)定性進行測定，以期篩選出較優(yōu)乳化劑。

（2）乳化劑用量篩選：篩選出較優(yōu)乳化劑后，將較優(yōu)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(wěn)定性進行測定，以期明確出較優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品的透明溫度、pH值、乳液穩(wěn)定性、微乳液懸浮率、熱貯穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)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(tǒng)計各處理的總薯塊數(shù)、發(fā)芽薯塊數(shù)和腐爛薯塊數(shù)，并對每箱薯塊進行稱重，計算各處理的腐爛率、失重率、發(fā)芽率和發(fā)芽長度。失重率與腐爛率參考王潔等[24]的方法測定，發(fā)芽率為處理中馬鈴薯塊莖萌發(fā)數(shù)量與塊莖總個數(shù)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(shù)/檢查馬鈴薯總個數(shù)×100

發(fā)芽率（%）=發(fā)芽塊莖個數(shù)/檢查塊莖總個數(shù)×100

以芽眼可見0.5 mm以上萌芽作為發(fā)芽標志。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

試驗采用完全隨機設計，試驗結果為測定3次數(shù)據(jù)的平均值±標準誤差（圖中的垂直線表示），數(shù)據(jù)采用DPS 9.50處理系統(tǒng)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(wěn)定性和在0～50℃緩慢升溫過程中未出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(wěn)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(yōu)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(wěn)定性和乳液穩(wěn)定性，而且還具有良好的熱貯穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性。另外，雖然組合A1B2C2、A2B1C2 和A3B2C1 具有良好的透明穩(wěn)定性和乳液穩(wěn)定性，且乳化劑用量相對較少，但對其熱貯和低溫穩(wěn)定性較差，因此在微乳劑研發(fā)過程中應對每一步的熱貯穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性進行測定，以防出現(xiàn)假陽性結果（表4）。

2.4 優(yōu)化組合微乳劑產(chǎn)品的懸浮性測定

對以3個乳化劑較優(yōu)組合制備成的馬鈴薯抑芽微乳劑產(chǎn)品的懸浮性進行測定后發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(yōu)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(fā)芽率和發(fā)芽長度的影響

室溫（8～12℃）貯藏5個月，除CK外，各處理的發(fā)芽率在11.87%～79.21%。塊莖發(fā)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(fā)芽率顯著低于T1（79.21%）處理（P＜0.05），其中T3 的發(fā)芽率最低。塊莖發(fā)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(fā)芽長度在0.08～1.69 cm，使用抑芽劑處理的馬鈴薯塊莖的發(fā)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）?？梢?，抑芽劑不僅可降低發(fā)芽率，還會抑制已發(fā)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(fā)芽，防止水分損失及大量營養(yǎng)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(chǎn)模式為出發(fā)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(wěn)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(tǒng)研究。經(jīng)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?？梢姡擇R鈴薯抑芽產(chǎn)品具有明顯價格優(yōu)勢，應用前景可觀。