马铃薯抑芽可湿性粉剂研发及抑芽效果研究

（山西农业大学（山西省农业科学院）农产品贮藏保鲜研究所，山西太原030031）

马铃薯原产于南美，传入中国已有400余年历史，马铃薯已经成为一些地区主要的农作物和人们的主要食物来源，随着2015年我国马铃薯主粮化战略的提出，我国马铃薯产业得到了极大的关注与投入[1-4]。从产业链的角度，相对于育种、栽培以及加工领域，马铃薯贮藏研究发展与投入相对滞后[5]，我国马铃薯多采用常温库和地窖贮藏，除采后病害引起腐烂外，发芽严重影响薯块的品质，引起的损耗占总产量的20%～25%，另外，马铃薯发芽之后产生龙葵素等毒性物质具有很大的食用安全隐患[6-7]。虽然低温贮藏可显著抑制马铃薯块茎的发芽，但低温贮藏期间，块茎中还原糖含量随之上升[8]，这不仅会引起油炸制品颜色发黑，严重影响产品的外观品质，还会增加食品中丙烯酰胺等潜在致癌物质[9-10]，已成为马铃薯加工产业发展的制约问题[11-12]。

鉴于氯苯胺灵[isopropyl N-（3-chlorophenyl）carbamate，CIPC]在常温、低温条件下都有良好的抑芽效果，因此可在一定程度上替代低温冷藏来抑制马铃薯的发芽，普通农户所建立的储藏窖内实施CIPC处理就可以得到较好的抑芽效果，节省了冷库建造和管理的成本，也降低了低温糖化带来的风险[13-15]。毒理学分析表明CIPC属于低毒产品（CIPC大鼠口服半数致死剂量>2 000 mg/kg～4 200 mg/kg）[16]，以 CIPC 为主要成分的抑芽剂使用最为广泛。但CIPC对马铃薯抑芽作用是不可逆的，因此不能将其应用于种薯[17-18]。其中美国埃尔夫-阿托公司发明的“戴科”（DECO）马铃薯抑芽剂，作为成熟产品在世界上被许多国家广泛应用，该产品性能优越、效果明显、使用简便[19-20]，但由于长期由国外厂商垄断，价格昂贵，目前主要在具有一定规模的加工企业和科学研究中有所使用，在马铃薯产业主要以农户为单位的经营现状下，很难大面积应用。所以，以降低马铃薯抑芽剂使用成本为出发点，本研究以CIPC为主要成分进行马铃薯抑芽可湿性粉剂研发。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯：晋薯16号马铃薯，采自山西省吕梁市岚县，在13℃～18℃避光条件下愈伤15 d后，选择大小适中，无伤无病的马铃薯块茎为试材进行试验。

氯苯胺灵、硅藻土、羧甲基纤维素钠（carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙、十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；聚乙二醇8000（polyethylene glycol 8000，PEG 8000）：生工生物工程（上海）股份有限公司；扩散剂MF、净洗剂LS、二异丁基萘磺酸钠：青岛优索化学科技有限公司；润湿剂NP-400：广州市创玥化工有限公司。

1.2 主要设备

ZN-04A型粉碎机：中科耐驰技术（北京）有限公司；FD10台式冷冻干燥机：上海精密仪器仪表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 马铃薯抑芽可湿性粉剂母粉制备

首先使用粉碎机对载体硅藻土进行粉碎处理，过44 μm筛后，分装至500 mL广口瓶中并于80℃干燥处理2 d后备用。随后将干燥后的载体硅藻土与氯苯胺灵原药按照50%和2.5%的用量进行混合，并用多功能粉碎机进行粉碎和混合，同样过44 μm筛后制得马铃薯抑芽可湿性粉剂母粉。获得母粉后，参照国标GB/T 5451-2001《农药可湿性粉剂润湿性测定方法》和GB/T 14825-2006《农药悬浮率测定方法》中的方法对母粉的润湿性和悬浮率进行测定。

1.3.2 马铃薯抑芽可湿性粉剂助剂种类及用量筛选

1.3.2.1 分散剂种类及用量筛选

1）种类筛选：以 CMC-Na、扩散剂 MF、PEG 8000、净洗剂LS和木质素磺酸钙为分散剂，分别以10%的添加量与母粉混合，并使用多功能粉碎机进行粉碎，过44 μm筛和以硅藻土补足100%后，参照相关国标方法测定各分散剂加入后对制剂润湿性和悬浮性的影响。以润湿时间短、悬浮率高为评价标准。以不加分散剂为对照，各处理和试验均重复3次。

2）用量筛选：筛选出较优分散剂后再分别以1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%和 10%的添加量，再次将较优分散剂与母粉进行混合、粉碎、过44 μm筛和以硅藻土补足100%，并按照相关国标方法测定不同用量下分散剂对制剂润湿性和悬浮性的影响，以期明确较优分散剂的制剂用量。

1.3.2.2 润湿剂的种类及用量筛选

1）种类筛选：以二异丁基萘磺酸钠、SDS、十二烷基苯磺酸钠和NP-400为润湿剂，同样分别以10%的添加量与混有10%净洗剂LS的母粉混合，并使用多功能粉碎机进行粉碎，过44 μm筛和以硅藻土补足100%后，参照相关国标方法测定各润湿剂加入后对制剂润湿性和悬浮性的影响。以润湿时间短、悬浮率高为评价标准。

2）用量筛选：同样在筛选出较优分散剂后分别以1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%和10%的添加量，再次将较优润湿剂与母粉进行混合、粉碎、过44 μm筛和以硅藻土补足100%，并按照相关国标方法测定不同用量下润湿剂对制剂润湿性和悬浮性的影响，以期明确较优润湿剂的制剂用量。

1.3.3 马铃薯抑芽可湿性粉剂助剂配方正交试验优化

筛选出马铃薯抑芽可湿性粉剂制备中的较优助剂种类和用量后，使用正交试验对分散剂和润湿剂的最佳组合和用量进行优化筛选，以期得到一种较优的助剂组合。正交试验各因素和水平见表1。

1.3.4 马铃薯抑芽可湿性粉剂产品合格性检测

获得马铃薯抑芽可湿性粉剂的最佳助剂配方和用量后，将助剂和母粉混合、粉碎和过44 μm筛后制得马铃薯抑芽可湿性粉剂产品，随后对该产品的悬浮性、润湿性、含水量、pH值、低温贮藏稳定性和热贮稳定性进行测定。

表1 马铃薯抑芽可湿性粉剂助剂配方正交试验因素和水平Table 1 Factors and levels in orthogonal test for auxiliaries formula of potato buds-inhibiting wettable powder

悬浮性测定：参照国标GB/T 14825-2006《农药悬浮率测定方法》进行测定。

润湿性测定：参照国标GB/T 5451-2001《农药可湿性粉剂润湿性测定方法》进行测定。

含水量测定：采用真空冷冻干燥法，对其含水量进行测定。称取马铃薯抑芽可湿性粉剂10 g（m1），置于干燥培养皿中，并于真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥，每隔24 h取出于玻璃干燥器中回温至室温（8℃～12℃）后称重，直至质量不发生变化，并记录m2。按照下列公式计算含水量：

含水量/%=（m1-m2）/m1×100

pH值测定：参照国标GB/T 1601-1993《农药pH值的测定方法》进行测定。

热贮稳定性测定：称取马铃薯抑芽可湿性粉剂产品20 g，置于（54±2）℃热贮14 d后，参照国标相关方法对其悬浮率和润湿性进行测定。

低温贮藏稳定性：称取马铃薯抑芽可湿性粉剂产品20 g，置于（0±2）℃低温贮藏7 d后，参照国标相关方法对其悬浮率和润湿性进行测定。

1.3.5 抑芽效果比较试验

本试验试材为晋薯16号马铃薯，共设4个处理：CK（不做任何处理）；其它3个处理使用马铃薯抑芽可湿性粉剂（CIPC含量2.5%），根据不同用量分别记为T1（400mg/kg）、T2（600 mg/kg）和 T3（800 mg/kg）。试验采用随机取样分堆，按用量称取可湿性粉剂，按试验设计的用量将抑芽剂加水稀释50倍后，均匀喷洒在马铃薯表面，用塑料布捂盖5 d后，置于室温（8℃～12℃）进行观察测定。每个处理150 kg薯块，重复3次。

每月统计各处理的总薯块数、发芽薯块数和腐烂薯块数，并对每箱薯块进行称重，计算各处理的腐烂率、失重率、发芽率和发芽长度。失重率与腐烂率参考王洁等[21]的方法测定，发芽率对处理中马铃薯块茎萌发数量与块茎总个数的比例，计算公式如下：

1.4 数据统计及分析

试验采用完全随机设计，试验结果为测定3次数据的平均值±标准误差，数据采用DPS处理系统进行方差分析，多重比较采用Duncan新复极差测验，显著水平取P＜0.05（差异显著）。用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同分散剂粉剂悬浮率和润湿性的影响结果

不同分散剂粉剂悬浮率和润湿性比较见图1。

图1 不同分散剂粉剂悬浮率和润湿性比较Fig.1 Comparison of suspension rates and wettability of different dispersant powders

测定不同分散剂对马铃薯抑芽可湿性粉剂悬浮率和润湿性的影响，发现除分散剂木质素磺酸钙外，其余分散剂均可提高母粉悬浮率，但添加分散剂后反而延长了母粉润湿时间；在悬浮率方面以CMC-Na和净洗剂LS效果较好，母粉添加二者之后悬浮率分别提高36.46%和43.16%；虽然分散剂PEG 8000和扩散剂MF也在一定程度上提高了母粉悬浮率，但加入二者后的悬浮率仅为50.37%和40.83%，明显低于国标要求（≥70%）。另外虽然CMC-Na和净洗剂LS可明显提高制剂悬浮率，但加入后分别使制剂的润湿时间延长了77.76 s和85.60 s同其他分散剂相比润湿时间较长，但均低于国标要求（≤120 s）。因此选择CMCNa和净洗剂LS作为马铃薯抑芽可湿性粉剂的较优分散剂，但后期需进一步优化用量和改善其润湿特性。

2.2 较优分散剂不同用量对马铃薯抑芽可湿性粉剂悬浮率和润湿性的影响结果

比较CMC-Na和净洗剂LS两种分散剂不同用量对粉剂悬浮率和润湿性的影响见图2。

图2 不同用量分散剂对粉剂悬浮率和润湿性的影响Fig.2 Effect of different amounts of dispersants on suspension rates and wettability of powders

由图2可知：在润湿性方面随着添加量的增加润湿特性下降，在悬浮率方面，随着添加量的减少不断呈现下降趋势，当二者的添加量低于5%时，其悬浮率均出现显著下降，且均低于70%，说明在单独使用二者去改善马铃薯抑芽可湿性粉剂悬浮性时用量不能低于5%；当二者分散剂用量在5%～9%之间时，制剂悬浮率差异较小，且均在70%以上，符合国标要求，因此在后期助剂配方优化时可将二者的最高用量确定为5%左右，此时制剂在满足悬浮率要求的同时，还具有良好润湿性。

2.3 不同润湿剂对马铃薯抑芽可湿性粉剂悬浮率和润湿性的影响结果

不同润湿剂对马铃薯抑芽可湿性粉剂悬浮率和润湿性的影响见图3。

在筛选得到CMC-Na和净洗剂LS两种分散剂基础上，对不同润湿剂进行筛选，结果发现：4种润湿剂在改善制剂润湿性方面效果差异显著，其中二异丁基萘磺酸钠效果最好，其次为SDS；以NP-400效果最差，且添加4种润湿剂后对制剂悬浮率影响不大，说明使用二异丁基萘磺酸钠和SDS可有效改善制剂润湿性，而不降低制剂悬浮率。

图3 不同润湿剂对马铃薯抑芽可湿性粉剂悬浮率和润湿性的影响Fig.3 Effect of different wetting agents on suspension rates and wettability of potato bud-inhibiting wettable powder

2.4 较优润湿剂不同用量对马铃薯抑芽可湿性粉剂悬浮率和润湿性的影响结果

比较二异丁基萘磺酸钠和SDS两种润湿剂用量对粉剂悬浮率和润湿性的影响见图4。

图4 不同用量润湿剂对粉剂悬浮率和润湿性的影响Fig.4 Effect of different amounts of wetting agents on suspension rates and wettability of powders

在筛选出马铃薯抑芽可湿性粉剂较优润湿剂后，还对其用量进行了单因素试验，结果表明：在悬浮率方面，2种润湿剂在不同用量下对制剂悬浮特性影响不大，不同用量下均具有较好悬浮性。润湿剂二异丁基萘磺酸钠在其用量达4%时便可大大缩短制剂润湿时间，润湿时间接近70s；而润湿剂SDS则需用量达7%～8%方可达到相同效果。另外，对市场可湿性粉剂润湿性进行测定后发现，多数制剂的润湿时间均在80 s以下，因此虽然制剂在未添加润湿剂时，润湿时间已达国标要求，但明显低于市售药剂，因此后续还需进一步优化制剂润湿性，综合考虑后分别选择4%和7%为二异丁基萘磺酸钠和SDS用量最大值。

2.5 马铃薯抑芽可湿性粉剂助剂配方和用量正交试验结果

马铃薯抑芽可湿性粉剂助剂配方和用量的正交试验优化结果见表2。

表2 马铃薯抑芽可湿性粉剂助剂配方和用量的正交试验优化结果Table 2 Optimized results in orthogonal test for formula and amounts of auxiliaries of potato buds-inhibiting wettable powder

对较优润湿剂和分散剂的配比及用量进行正交试验优化后发现：在悬浮率方面以处理6、处理8和处理9效果最好，悬浮率大于80%；在润湿性方面以处理4、处理5、处理7和处理8效果最好润湿时间均在70 s以下。综合考虑悬浮特性和润湿特性，各处理中以处理7和处理8组合效果最好。另外，由于悬浮特性对可湿性粉剂的药效影响较大，因此选择处理8作为马铃薯抑芽可湿性粉剂制备过程中的助剂最佳配方，配方为：CIPC 2.5%、硅藻土79.5%、净洗剂LS 6%、CMC-Na 3%、二异丁基萘磺酸钠2%和SDS 7%。

2.6 马铃薯抑芽可湿性粉剂产品合格性检测结果

在获得最佳配方后，由于目前没有马铃薯抑芽可湿性粉剂的国家标准，本研究以GB/T 9552-2017《百菌清可湿性粉剂》国标作为参考对象进行比较，马铃薯抑芽可湿性粉剂产品合格性检测结果见表3。

表3 马铃薯抑芽可湿性粉剂产品合格性检测结果Table 3 Test results for eligibility of potato buds-inhibiting wettable powder products

制剂合格性作为其商品化的一个关键条件，对其后期市场应用具有重要影响，因此在依据最优配方获得马铃薯抑芽可湿性粉剂产品后，本研究还对其产品的合格性进行了检验。结果表明：所有指标中除润湿时间稍微高于参照国标60 s外，其余指标均符合国标要求。说明使用该配方可制得质量优良的马铃薯抑芽可湿性粉剂产品。

2.7 马铃薯抑芽可湿性粉剂对马铃薯腐烂率和失重率的影响

马铃薯抑芽剂不仅对块茎发芽有抑制作用，而且对贮藏期间的马铃薯腐烂和失重也有影响，不同使用剂量的马铃薯抑芽可湿性粉剂对块茎腐烂率和失重率的影响见图5。

图5 不同使用剂量对块茎腐烂率和失重率的影响Fig.5 Effect of different amounts on decay rates and weight loss rates of potato tubers

由图5A可知，对照组马铃薯块茎腐烂率高于其它处理，并且随抑芽剂使用浓度的升高，块茎的腐烂率呈降低趋势，腐烂率由高到低的顺序为：CK>T1>T2>T3。可见，在常温贮藏条件下，该抑芽剂对贮藏期间抑制块茎腐烂起积极作用。

由图5B可知，贮藏期间马铃薯块茎的失重率在9.72%～14.25%之间。不同浓度抑芽剂处理中块茎的失重率均低于对照组，并且块茎失重率随抑芽剂浓度的上升而下降，但T1和T2的失重率比较接近，T3的失重率明显低于T1和T2，CK处理的失重率最高。由此可知，同对照组比较，使用马铃薯抑芽剂可一定程度上降低马铃薯块茎营养物质和水分损耗，具有一定的保鲜作用。

2.8 马铃薯抑芽可湿性粉剂对马铃薯发芽率和发芽长度的影响

马铃薯块茎发芽率和发芽长度是检验马铃薯抑芽剂抑芽效果的关键指标，马铃薯抑芽可湿性粉剂对马铃薯发芽率和发芽长度影响结果见图6。

除对照CK全部发芽外，各处理的发芽率在14.39%～84.51%之间。由图6A可知，T2和T3的抑芽率比较接近。发芽率由高到低的顺序为：CK>T1>T2>T3。由此可知，抑芽剂抑芽效果与使用浓度关系密切，800 mg/kg的马铃薯抑芽可湿性粉剂，抑芽效果最佳，贮藏5个月抑芽率在85.61%。

图6 不同处理对块茎发芽率和发芽长度的影响Fig.6 Effect of different amounts on germination rates and germination length of potato tubers

除了发芽率，发芽长度也是判断抑芽效果的重要指标。如图6B所示，室温（8℃～12℃）贮藏5个月，使用抑芽剂处理的马铃薯块茎的发芽长度均低于对照组，随抑芽剂使用浓度的增加而降低，发芽长度由高到低的顺序为：CK>T1>T2>T3。可见，抑芽剂不仅降低块茎发芽率，还会抑制薯芽的生长。图7为贮藏5个月后晋薯16号马铃薯的外观品质。

图7 晋薯16号马铃薯外观品质（贮藏5个月）Fig.7 Appearance quality of a potato cultivar Jinshu 16（after storage of 5 months）

3 结论与讨论

本研究以氯苯胺灵为主要抑芽成分，选择吸附性强、分散性好、含量丰富、具有一定保湿效果的无毒无味的硅藻土作为基料[22]，将抑芽剂主效成分通过液化工艺吸附在母料上制备母粉，然后通过分散剂和润湿剂种类及用量筛选得到最佳配方，并且该抑芽可湿性粉剂通过合格性检测，最优配方为：CIPC 2.5%、硅藻土79.5%、净洗剂LS 6%、CMC-Na 3%、二异丁基萘磺酸钠2%和SDS 7%。

本研究中，在室温8℃～12℃条件下贮藏5个月，800 mg/kg的抑芽剂使用剂量，对马铃薯推迟萌动、减少发芽效果显著，抑芽率在85.61%，与对照以及其他处理相比，在抑制块茎腐烂率和失重率上升方面均有一定作用，该研究结果与陈彦云等[23]、李守江等[24]和田世龙等[25]研究结果类似。800 mg/kg使用剂量相当于1 t马铃薯的抑芽剂用量为20 g（以纯CIPC质量计），与使用最为广泛的美国埃尔夫-阿托公司“戴科”（DECO）马铃薯抑芽剂（常温贮藏5个月抑芽率为78.21%～84.78%）相比，使用剂量和抑芽效果基本相当。而且本研究抑芽可湿性粉剂价格更便宜，使用抑芽剂每公斤马铃薯增加成本0.02元左右，因此在马铃薯的贮藏保鲜中的确有推广的必要。