马铃薯抑芽微乳剂的研发及应用效果

王 亮，张立新，李 超，张晓宇，赵迎丽

（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）

2015 年中国提出马铃薯主粮化战略以来，马铃薯产业得到了极大的关注与投入[1-4]。从产业链的角度看，相对于马铃薯育种、栽培以及加工领域，马铃薯贮藏发展与其相应的投入相对滞后[5]，中国马铃薯多采用常温库和地窖贮藏2 种贮藏方式，贮藏期间因失水、腐烂、发芽问题损失严重[6]。另外，马铃薯发芽之后产生的龙葵素等毒性物质具有巨大的食用安全隐患[7,8]。虽然低温贮藏可显著抑制马铃薯块茎的发芽，但是低温贮藏期间，块茎中还原糖含量会随之上升[9]，引起油炸制品颜色发黑，严重影响产品的外观品质，增加食品中丙烯酰胺等潜在的致癌物质[10,11]，这已成为制约马铃薯加工产业发展的问题[12,13]。

美国埃尔夫-阿托公司发明的“戴科”（DEECO）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，其主要成分是氯苯胺灵（Chlorpropham，CIPC）[14,15]，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[16,17]。该产品性能优越、效果明显、使用简便，在常温、低温条件下都有良好的抑芽效果，可有效节省冷库建造和管理成本，且减小马铃薯低温糖化带来的风险[18-20]，但该产品由于价格高，在中国马铃薯种植产业主要以农户为单位的生产模式下，很难大面积推广应用。所以，研发出低价高效的马铃薯抑芽产品是能否将其大范围应用的关键。微乳剂作为农药较新剂型，具有效成分分散度高，有利于发挥药效和增强表面渗透性的优点[21]。由于微乳剂用水取代有机溶剂，剂型中也不包含固体填料，大大减轻了对环境的压力，是一种行之有效的绿色环保剂型[22]。因此，本研究以降低马铃薯抑芽剂使用成本为出发点，从微乳剂剂型进行技术突破，通过对乳化剂种类及用量的筛选，研发出与国外同类产品效果相当的马铃薯抑芽微乳剂，从而为抑芽产品的广泛推广提供条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以马铃薯品种‘冀张薯12 号’为试验材料，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进行试验。

CIPC（98%）、羧甲基纤维素钠（Carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、十二烷基苯磺酸钙和木质素磺酸钙（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]；渗透剂T（青岛优索化学科技有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 马铃薯抑芽微乳剂母液制备

以常用溶剂乙醇为CIPC原药溶剂，将10 g原药和50 g无水乙醇进行混合，搅拌溶解后制得马铃薯抑芽微乳剂母液。

1.2.2 马铃薯抑芽微乳剂乳化剂筛选

（1）乳化剂种类筛选：以壬基酚聚氧乙烯醚、Triton X-100、十二烷基苯磺酸钙和自制复合乳化剂（含有6%CMC-Na、4%PEG8000、8%木质素磺酸钙和2%渗透剂T）为马铃薯抑芽微乳剂乳化剂，按照10%添加量加入到微乳剂母液中，以蒸馏水补足100%，并搅拌均匀后制备微乳剂。参照国标GB/T 28132-2011《吡虫啉微乳剂》[23]对加入各乳化剂后的透明温度、pH值和乳液稳定性进行测定，以期筛选出较优乳化剂。

（2）乳化剂用量筛选：筛选出较优乳化剂后，将较优乳化剂分别以1%、3%、5%、7%和9%的添加量再次与母液混合，以蒸馏水补足100%，搅拌均匀获得微乳剂后，参照国标GB/T 28132-2011《吡虫啉微乳剂》[23]方法对加入不同浓度乳化剂后微乳剂的透明温度、pH值和乳液稳定性进行测定，以期明确出较优乳化剂的用量。

1.2.3 马铃薯抑芽微乳剂乳化剂最佳配方和最佳用量优化

（1）乳化剂正交试验设计

在明确马铃薯抑芽微乳剂制备过程中的较优乳化剂和各自乳化剂的用量后，采用正交试验对乳化剂的配方和最佳用量进行正交试验优化。各正交试验因素和水平见表1。

（2）各组合马铃薯抑芽微乳剂产品合格性检测

获得马铃薯抑芽微乳剂的最佳乳化剂配方和用量后，将乳化剂和母液混合、搅拌均匀获得马铃薯抑芽微乳剂产品，随后参照国标GB/T 28132-2011《吡虫啉微乳剂》[23]相关方法对该产品的透明温度、pH值、乳液稳定性、微乳液悬浮率、热贮稳定性和低温稳定性进行测定。

1.2.4 抑芽微乳剂使用效果比较

以‘冀张薯12 号’为试验材料，进行抑芽微乳剂不同用量对马铃薯贮藏效果比较，施药量按CIPC 纯品计算，共设4 个处理。CK：0 mg/kg；T1：50 mg/kg；T2：75 mg/kg；T3：100 mg/kg。按照试验设计用量，用20倍蒸馏水稀释后，分别在马铃薯表面均匀喷洒，喷洒后装入塑料薄膜袋中密封72 h，取出后置于室温（8～12℃）进行观察测定。每个处理150 kg薯块，重复3次。

表1 马铃薯抑芽微乳剂乳化剂配方和用量正交试验的因素和水平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[24]的方法测定，发芽率为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：

失重率（%）=Σ（贮藏初期块茎质量-贮藏结束时块茎质量）/Σ贮藏初期块茎质量×100

腐烂率（%）=腐烂马铃薯个数/检查马铃薯总个数×100

发芽率（%）=发芽块茎个数/检查块茎总个数×100

以芽眼可见0.5 mm以上萌芽作为发芽标志。

1.3 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（图中的垂直线表示），数据采用DPS 9.50处理系统进行方差分析，多重比较采用Duncan's新复极差测验，显著水平取P ＜0.05（差异显著）。用Excel 2007软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同乳化剂对马铃薯抑芽微乳剂理化性质的影响

不同乳化剂影响效果存在一定差异，其中以乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚、Triton X-100 和自制复合乳化剂效果较好，按照10%应用比例加入到氯苯胺灵微乳剂母液中后具有良好的乳液稳定性和在0～50℃缓慢升温过程中未出现浑浊（表2）。而乳化剂十二烷基苯磺酸钙则应用效果较差，在溶解过程中不仅搅拌时间较长，而且制备成的微乳剂再稀释500倍，室温放置期间表面出现轻微油层，且缓慢升温过程中，当温度超过40℃时，液体开始出现浑浊（表2）。这说明乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚、Triton X-100 和自制复合乳化剂可作为马铃薯抑芽微乳剂制乳化剂。

表2 不同乳化剂对马铃薯抑芽微乳剂理化性状的影响Table 2 Effects of different emulsifiers on physicochemical properties of potato bud inhibition microemulsion

2.2 不同乳化剂用量对马铃薯抑芽微乳剂理化性质的影响

乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚添加量需≥5%方可起到良好乳化作用，且制备出来的乳化剂质量合格；而Triton X-100则需添加量≥7%时方可起到良好作用；使用自制复合乳化剂时用量应控制在3%～7%。虽然不同乳化剂对微乳剂的透明特性和乳液稳定性影响存在一定差异，但各乳化剂不同用量下的pH 指标均合格（表3）。这说明上述乳化剂对微乳剂pH 值影响不大，且在适宜用量下具有良好乳化效果。

表3 乳化剂不同用量对马铃薯抑芽微乳剂理化性状的影响Table 3 Effects of different dosages of emulsifier on physicochemical properties of potato bud inhibition microemulsion

2.3 马铃薯抑芽微乳剂乳化剂配方及用量正交试验优化

A2B2C3、A3B1C3 和 A3B3C2 组合效果较好，在该3种组合下制备成的马铃薯抑芽微乳剂不仅具有较好的透明稳定性和乳液稳定性，而且还具有良好的热贮稳定性和低温稳定性。另外，虽然组合A1B2C2、A2B1C2 和A3B2C1 具有良好的透明稳定性和乳液稳定性，且乳化剂用量相对较少，但对其热贮和低温稳定性较差，因此在微乳剂研发过程中应对每一步的热贮稳定性和低温稳定性进行测定，以防出现假阳性结果（表4）。

2.4 优化组合微乳剂产品的悬浮性测定

对以3个乳化剂较优组合制备成的马铃薯抑芽微乳剂产品的悬浮性进行测定后发现，3个组合悬浮率均符合国标要求＞70%，其中组合A3B1C3 和A2B2C3 的悬浮性相对较差，二者的悬浮率分别为74.47%和79.53%；而组合A3B3C2 的悬浮性则较好，悬浮率为86.80%（图1）。3 个组合相比较后发现，当自制复合乳化剂（C）用量达到5%时，微乳剂的悬浮性会出现较大程度下降，且增大自制复合乳化剂用量的同时增大乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚和Triton X-100用量可有效提高微乳剂悬浮率。在成本方面以Triton X-100成本最高，因此综合考虑成本和悬浮性能后选择组合A2B2C3作为马铃薯抑芽微乳剂的最佳配方。

2.5 马铃薯抑芽微乳剂对马铃薯腐烂率和失重率的影响

贮藏期间，各处理中马铃薯腐烂率在4.23%～7.61%。CK（7.61%）对照组中马铃薯块茎的腐烂率显著高于其他处理，T3（4.23%）处理的腐烂率显著低于T1（6.12%）和T2（5.36%）处理（P ＜ 0.05）。各处理腐烂率由高到低的顺序为：CK ＞ T1 ＞ T2 ＞ T3（图2a）。说明该抑芽微乳剂具有一定的防腐效果。

表4 马铃薯抑芽微乳剂乳化剂配方及用量正交试验优化Table 4 Optimization of formula and dosage of emulsifier in potato bud inhibition microemulsion by orthogonal test

室温（8～12℃）贮藏5个月，各处理中马铃薯块茎的失重率在7.40%～12.48%。使用抑芽微乳剂的各处理的块茎失重率均低于CK（12.48%）对照组，T1（9.28%）和T2（8.79%）处理的失重率比较接近，T3（7.40%）处理的失重率显著低于T1 和T2 处理（P ＜0.05）。失重率由高到低的顺序为：CK ＞T1 ＞T2 ＞T3（图2b）。由此可见，施用马铃薯抑芽微乳剂对抑制块茎失重具有一定作用。

2.6 马铃薯抑芽微乳剂对马铃薯发芽率和发芽长度的影响

室温（8～12℃）贮藏5个月，除CK外，各处理的发芽率在11.87%～79.21%。块茎发芽率随抑芽剂处理用量的上升呈明显下降趋势，T2（23.48%）和T3（11.87%）处理的抑芽效果明显，发芽率显著低于T1（79.21%）处理（P＜0.05），其中T3 的发芽率最低。块茎发芽率由高到低的顺序为：CK ＞T1 ＞T2 ＞T3（图3a）。

室温（8～12℃）贮藏5个月，各处理发芽长度在0.08～1.69 cm，使用抑芽剂处理的马铃薯块茎的发芽长度均低于对照组，且随抑芽剂用量增加呈下降趋势，各处理芽长由高到低的顺序为：CK ＞ T1 ＞T2 ＞T3（图3b）。可见，抑芽剂不仅可降低发芽率，还会抑制已发芽块茎的薯芽生长。

3 讨 论

大量试验已证实，马铃薯贮藏期间施用抑芽剂是一项推迟萌动减少发芽，防止水分损失及大量营养物质消耗的有效措施，今后在贮藏中应大力推广应用[25]。本试验以降低使用成本，贴合国内马铃薯以农户为单位的生产模式为出发点，围绕CIPC为抑芽主要成分，对乳化剂种类以及用量进行筛选，得到了马铃薯抑芽微乳剂，并且该抑芽剂符合相关国标稳定性和合格性检测要求。

本研究中，抑芽微乳剂100 mg/kg使用剂量效果最佳，抑芽效果达88.13%，并且在抑制块茎腐烂率和失重率上升也有一定作用，该研究结果与陈彦云等[25]、李守强等[26]和田世龙等[27]结果类似。与“戴科”（DEECO）马铃薯抑芽剂常温贮藏5 个月抑芽率为78.21%～84.78%相比，本抑芽微乳剂的使用剂量和抑芽效果基本相当。此外，该制剂是微乳剂型施用方便。本试验仅从施用剂量进行应用效果的比较，若寻找出一套方便、高效、低成本的最佳施用技术，还需进一步系统研究。经成本核算，使用该抑芽微乳剂马铃薯增加成本在0.02 元/kg 以内。可见，该马铃薯抑芽产品具有明显价格优势，应用前景可观。