CN115088762B - 缓释抑芽剂、在马铃薯抑芽中的应用及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农产品贮藏领域，具体涉及一种用于抑制马铃薯发芽的缓释抑芽剂、用途及其制备方法。本发明的抑芽剂是以岩藻多糖和水杨酸甲酯为原料制备所获得的，岩藻多糖与水杨酸甲酯的重量体积比为1g：2mL。上述抑芽剂的制备方法是，将岩藻多糖溶解后，加入吐温和水杨酸甲酯，采用超声波‑微波联合法促进溶解，再与氯化钙溶液混合，获得水凝胶。本发明中配合特定的方法制备获得的马铃薯缓释抑芽剂，其原料无毒无害、成本低、制备工艺步骤简单，解决了水杨酸甲酯易氧化、释放速度快、药效不持久的问题，对已过休眠期的马铃薯块茎抑芽效果显著，实用性强，易于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明属于农产品贮藏领域，具体涉及一种用于抑制马铃薯发芽的缓释抑芽剂，还涉及到上述抑芽剂的应用以及制备方法。
背景技术
马铃薯是茄科属一年生草本植物，含有淀粉、蛋白质、脂肪、粗纤维、矿物质及维生素等营养物质，被列为第四大主粮并进行推广。发芽是造成马铃薯贮藏期损失的主要原因，发芽导致其营养成分流失，产生有毒物质龙葵素。因此，有效抑制块茎发芽是马铃薯产业亟待解决的问题。目前商业应用抑制马铃薯发芽主要有两种方式，一是采用冷藏，置于2～4℃冷藏条件下，可以延长休眠期，不会发芽，一旦出库进入物流环节就会很快发芽。二是采用低温与抑芽剂结合使用，目前主要以氯苯胺灵(CIPC、戴科)为主，市场上可以购买到的有氯苯胺灵粉剂、气雾剂和乳油，在休眠期使用能起到很好的抑芽作用，但是对已过休眠期的马铃薯使用氯苯胺灵则抑芽效果很差，且氯苯胺灵属于农药中的除草剂类，对人类和其它动物有致突变和致癌作用，在美国和欧盟已被禁用，中国也已颁布法规，将逐步取消其使用。安全高效的针对休眠解除和出库后马铃薯的抑芽剂产品的开发迫在眉睫。
研究表明，薄荷、葛缕子、莳萝、留兰香、茉莉、百里香、肉桂等植物的精油对马铃薯发芽具有明显抑制作用。水杨酸甲酯是冬青精油的主要成分，其对马铃薯的抑芽作用还未见报道。植物精油易受空气、光照以及温度的影响，导致易氧化、挥发较快，且用量高、价格高，限制了其应用。
目前精油的包埋主要以微胶囊、微球为主。水凝胶是以物理或化学方式交联形成的亲水性高分子聚合物，其在药物传递、生物医学、组织工程和食品工业等领域被广泛应用。与传统水凝胶材料相比，多糖水凝胶材料如纤维素、海藻酸钠、壳聚糖、黄原胶、透明质酸、魔芋葡甘露糖、果胶等具有良好生物相容性和可降解性，因而成为研究热点。
岩藻多糖，又称褐藻糖胶、墨角藻多糖、褐藻聚糖硫酸酯，主要单糖为L-岩藻糖，主要来源于褐藻，具有抗氧化、抗肿瘤、抗衰老、抗病毒等作用，被开发用于保健品和饮料，是一种食品级海洋活性物质。目前对岩藻多糖的研究主要以活性物质的应用为主，市场上的产品以原料供应为主，而忽略了其作为多糖的凝胶特性。现有的马铃薯抑芽剂主要以粉剂、喷雾剂、微胶囊为主，释放速率迅速彻底，无法持续供药。
为此需要发明一种能迅速释放、持续供药并且抑芽效果优异的马铃薯抑芽剂。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种马铃薯缓释抑芽剂，还提供了上述的抑芽剂的制备方法。
本发明中，创造性的将岩藻多糖和水杨酸甲酯制备所获得的缓释抑芽剂应用于抑制马铃薯发芽中，抑芽效果优异，具体的，岩藻多糖与水杨酸甲酯的重量体积比为1g：2mL。
本发明还要提供的是，一种缓释抑芽剂，是以缓释载体岩藻多糖和抑芽活性成分水杨酸甲酯为原料制备而成的。该缓释抑芽剂中，岩藻多糖与水杨酸甲酯的重量体积比为1g：2mL。
更具体的，上述的用于抑制马铃薯发芽的缓释抑芽剂，是将岩藻多糖溶解后加入水杨酸甲酯和乳化剂制备成乳液，再加入氯化钙制备所获得的。
上述的缓释抑芽剂的制备方法，包括以下的步骤：
S1：取岩藻多糖倒于蒸馏水中，置于磁力搅拌器加热溶解，分别加入吐温、水杨酸甲酯，高速加热搅拌15min制备均匀乳液；
S2：将S1中的乳液吸入到注射器，逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，于室温下静置；
S3：以蒸馏水快速冲洗，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
优选的，上述的马铃薯缓释抑芽剂的制备方法，包括以下的步骤：
S1：取0.35g岩藻多糖置于20mL蒸馏水中，在磁力搅拌器中加热至80℃溶解后，分别加入30μL吐温、0.7mL水杨酸甲酯，加热至60℃高速搅拌15min，制备成均匀的乳液；
S2：将S1中的乳液吸入1mL注射器，逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，于室温下静置2h；
S3：以蒸馏水快速冲洗3次，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
作为一种优选方式，马铃薯缓释抑芽剂的制备方法，包括以下的步骤：
S1：取0.2g岩藻多糖置于40mL蒸馏水中，依次加入40μL吐温和0.4mL水杨酸甲酯，在常温下，采用超声波-微波联合法促进溶解，超声功率400W、微波功率900W、处理时间2min，形成均匀的白色乳液；
S2：将上述白色乳液吸入1mL注射器，逐滴缓慢加入到质量浓度为2％的氯化钙溶液中，于室温下静置2h；
S3：以蒸馏水快速冲洗3次，以高于氯化钙溶液液面10cm的距离逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，室温下静置2h，用蒸馏水快速冲洗3次，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
通过上述的方法制备获得的抑芽剂在已过休眠期马铃薯抑芽中的应用，也是本发明所要重点保护的内容。
在已过休眠期马铃薯的贮藏时，将马铃薯缓释抑芽剂撒于马铃薯表面，在马铃薯包装箱中或马铃薯堆中盖布处理，马铃薯重量与抑芽剂重量比为1000：1.5～3。
本发明中，对多糖类材料包埋水杨酸甲酯试验，发现岩藻多糖的包埋率优于其他多糖材料，因此本发明以岩藻多糖为壁材制备水凝胶，提高岩藻多糖的利用价值，提高水杨酸甲酯的稳定性并减缓释放速度，以适应马铃薯贮藏和物流的需求。
本发明中配合特定的方法制备所获得的缓释抑芽剂，其原料无毒无害、成本低、制备的工艺步骤简单，解决了水杨酸甲酯易氧化、释放速度快、药效不持久的问题，对已过休眠期的马铃薯块茎抑芽效果显著，实用性强，易于大规模推广应用。
附图说明
图1为岩藻多糖浓度(a)、氯化钙浓度(b)、吐温80(c)、芯壁比(d)对水杨酸甲酯包埋率的影响；
图2为岩藻多糖(a)和空白水凝胶(b)与缓释抑芽剂(c)的差式扫描量热曲线对比图；
图3为水杨酸甲酯(a)、水杨酸甲酯水凝胶(b)的释放速率对比图；
图4为对照(CK)、水杨酸甲酯(MeSA)、水杨酸甲酯水凝胶(MeSA hydrogel)抑芽效果对比图；
图5为对照(CK)、水杨酸甲酯(MeSA)、水杨酸甲酯水凝胶(MeSA hydrogel)处理的发芽率(a)和发芽指数图(b)。
具体实施方式
为了能使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
1.1考察不同多糖类包埋剂的包埋率
由于多糖类水凝胶具有良好生物相容性和可降解性，本发明选择纤维素、海藻酸钠、壳聚糖、黄原胶、透明质酸、魔芋葡甘露糖、果胶、岩藻多糖八种多糖水凝胶材料作为缓释载体进行包埋剂的筛选试验。结果如表1所示：
表1多糖类包埋剂的包埋率
从表1可看出，同样是多糖类，但是岩藻多糖的包埋率显著高于其他包埋剂，包埋率为76.32％，此外，海藻酸钠和纤维素的包埋率也较高，因此选择岩藻多糖、海藻酸钠、纤维素作为最优选的包埋剂进行水杨酸甲酯的包埋。但是并不能否认海藻酸钠和纤维素作为包埋材料的可能性，海藻酸钠和纤维素的包埋率也比较高，因此本发明人还继续进行了其它的实验。
1.2考察水凝胶的制备方法
分步加热搅拌法：S1：取0.35g岩藻多糖置于20mL蒸馏水中，在磁力搅拌器中加热至80℃溶解后，分别加入30μL吐温、0.7mL水杨酸甲酯，加热至60℃高速搅拌15min，制备成均匀的乳液；高速搅拌的转速为2000rpm；
S2：将上述乳液吸入1mL注射器，逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，于室温下静置2h；
S3：以蒸馏水快速冲洗3次，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
超声波-微波联合法，即本发明中的优选制备方法，具体步骤见实施例2中的方法。
表2分步加热搅拌法与超声波-微波联合法比较表
| 乳液制备方法 | 特点 | 耗时/min | 温度/℃ | 水杨酸甲酯损失率/％ |
| 分步加热搅拌法 | 三步制成均匀乳液 | 50 | 60、80 | 17 |
| 超声波-微波联合法 | 一步制成均匀乳液 | 1.5～3 | 25 | 1.5 |
从表2中可以看出，无论是分步加热搅拌法还是超声波-微波联合法，都可以达到制备水凝胶的目的，但是两种方法具有不同的特点：分步加热搅拌法耗时长，温度高，水杨酸甲酯损失率要高于超声波-微波联合法；超声波-微波联合法耗时相对较短，制备过程可以在常温下进行，水杨酸甲酯损失率低。
实施例2
(1)缓释型马铃薯抑芽剂的制备方法
以岩藻多糖为例，分析其与水杨酸甲酯制备所获得的水凝胶对于抑制马铃薯发芽的作用，具体的制备方法如下：
取0.35g岩藻多糖置于20mL蒸馏水中，依次加入30μL吐温和0.7mL水杨酸甲酯，在常温下，采用超声波-微波联合法促进溶解，超声功率400W、微波功率900W、处理时间2min，形成均匀的白色乳液。
将上述白色乳液吸入1mL注射器，逐滴缓慢加入到质量浓度为2％的氯化钙溶液中，于室温下静置2h，以蒸馏水快速冲洗3次，以高于氯化钙溶液液面10cm的距离逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，室温下静置2h，用蒸馏水快速冲洗3次，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
岩藻多糖、吐温、水杨酸甲酯的用量如(2)中的单因素实验所示。
(2)单因素试验
采取岩藻多糖浓度(0.5、1.0、1.75、2.5、3.25％)、氯化钙质量浓度(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0％)、吐温浓度(0.1、0.15、0.2、0.25、0.3％)、水杨酸甲酯与载体岩藻多糖的比例(0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1)为单因素进行试验，考察一种因素对水凝胶的包埋率时，其他各因素分别为岩藻多糖质量浓度(1.0％)、氯化钙质量浓度(1.25％)、吐温浓度(0.2％)、芯壁比(2:1)。
单因素的结果如下表：
表3单因素考查下的包埋率
(3)包埋率的测定
称取0.2g水凝胶，加入10mL 95％无水乙醇，研磨至完全破碎，超声20min，使其完全破壁溶解。然后以12000r离心10min，取上清液定容至50mL容量瓶，取一定量定容后的溶液稀释至合适的倍数，在最大吸收波长(309nm)下测定其吸光度，并根据标准曲线(y＝24.674x-0.0649，R2＝0.9969)计算水凝胶中水杨酸甲酯含量。
结果分析：如图1所示，岩藻多糖浓度从0.5％增加到3.25％，包埋率先增加后降低。当岩藻多糖浓度为1.75％时，包埋率达到77.12％。高浓度的岩藻多糖增加了溶液的粘度，产生了拉丝的凝胶，呈现蝌蚪状，导致包封效率较低。
包埋率随CaCl2浓度的增加而增加，当CaCl2浓度为2.0％时达到最大值。当CaCl2浓度增加到2.0％以上时，包埋率逐渐降低。Ca2+浓度影响了微球的结构，当Ca2+浓度降低时，形成的微球结构较松散，不能很好地包裹精油，从而导致包埋率较低。随着CaCl2浓度的增加，形成的凝胶内孔隙变小，包埋精油空间有限，导致包封效率降低。
当吐温80的浓度为0.2％时，包埋率最高。由于乳化剂与油分子的相互作用，界面张力发生变化，油进入水相形成稳定的乳液，水杨酸甲酯在离子交联剂的作用下被包埋起来。当芯壁比为2:1时，包埋率达到最大值(78.24％)，然后呈下降趋势。其原因可能是精油的加入量过高，无法完全乳化，从而形成不均匀的乳液。
实施例3
稳定性试验：岩藻多糖、水杨酸甲酯和缓释抑芽剂的热分析图均由差式扫描量热仪采集。精确称量样品于铝坩埚中，放入样品槽进行检测，温度范围20～200℃，升温速率为10℃/min。
结果分析：如图2所示，岩藻多糖在141.92℃有强窄吸收峰，而空白凝胶(无水杨酸甲酯)和水杨酸甲酯凝胶分别在148.73℃和171.79℃处有宽而弱的吸收峰，这表明随温度升高，凝胶基质内的水分子不断蒸发。水杨酸甲酯凝胶较空凝胶而言，吸收峰对应的温度升高，这表明岩藻多糖将水杨酸甲酯包埋后，提高了凝胶的稳定性。
实施例4
缓释性能实验：每天随机选取1g水杨酸甲酯水凝胶，将放置于2mL蒸馏水和5mL乙醇的混合物中浸泡24h，其中，水杨酸甲酯也采用同样的处理方法。浸泡24h后用紫外-可见分光光度计在309nm波长下测定上清液中水杨酸甲酯的含量。
结果分析：图3所示，水杨酸甲酯在贮存第一天迅速释放，而水杨酸甲酯水凝胶在整个贮存过程呈现缓慢释放状态。在监测的一周内，水杨酸甲酯水凝胶可以持续释放，而在第4d之后，水杨酸甲酯已几乎挥发完全。这表明，水凝胶珠不但包埋率高，而且包埋后释放缓慢稳定，从而达到持续给药的目的。
实施例5
抑芽效果试验：对已过休眠期的马铃薯块茎进行筛选，除去机械损伤和病虫害的马铃薯，随后将马铃薯分装到10L塑料筐中，每组3筐，每筐马铃薯重量2kg。称取3g缓释抑芽剂放置于培养皿中，四周环绕马铃薯，密封塑料筐后于25℃环境下熏蒸处理。
当然，在实际使用时，还可以将马铃薯缓释抑芽剂撒于马铃薯表面，在马铃薯包装箱中或马铃薯堆中盖布处理，马铃薯重量与抑芽剂重量比为1000：1.5～3。
马铃薯抑芽剂通过如下的方法制备获得：
取0.2g岩藻多糖置于40mL蒸馏水中，依次加入40μL吐温和0.4mL水杨酸甲酯，在常温下，采用超声波-微波联合法促进溶解，超声功率400W、微波功率900W、处理时间2min，形成均匀的白色乳液。
将上述白色乳液吸入1mL注射器，逐滴缓慢加入到质量浓度为2％的氯化钙溶液中，于室温下静置2h，以蒸馏水快速冲洗3次，以高于氯化钙溶液液面10cm的距离逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，室温下静置2h，用蒸馏水快速冲洗3次，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
表4中，其它的多糖类(海藻酸钠、纤维素、透明质酸)与水杨酸甲酯制备水凝胶的方法同上；
结果分析：如图4所示，贮藏18d时，对照组已明显发芽，芽长较长，水杨酸甲酯直接熏蒸组发芽较多，仅次于对照组，水杨酸甲酯水凝胶处理组马铃薯块茎发芽较少，仅有细芽。如图5所示，贮藏结束时(18d)，对照组发芽率和发芽指数分别为100％和28.57％，水杨酸甲酯水凝胶处理组抑芽效果最好，发芽率和发芽指数仅为3.33％和0.67％。
表4不同实验例下的水凝胶在马铃薯抑芽中的应用效果比较
| 组别 | 多糖+水杨酸甲酯 | 发芽率％ | 发芽指数％ |
| 对照组 | 空白对照 | 100 | 28.57 |
| 实验例1 | 0.1g岩藻多糖+0.4mL水杨酸甲酯 | 21.00 | 8.77 |
| 实验例2 | 0.2g岩藻多糖+0.4mL水杨酸甲酯 | 3.33 | 0.67 |
| 实验例3 | 0.4g岩藻多糖+0.4mL水杨酸甲酯 | 16.67 | 5.87 |
| 实验例4 | 0.2g纤维素+0.4mL水杨酸甲酯 | 25.00 | 12.35 |
| 实验例5 | 0.2g海藻酸钠+0.4mL水杨酸甲酯 | 19.25 | 7.27 |
| 实验例6 | 0.2g透明质酸+0.4mL水杨酸甲酯 | 28.00 | 14.57 |
从以上表格中的数据可以看出，当岩藻多糖：水杨酸甲酯的比例从1：4增加到1：1时，抑芽效果并不是线性增加的，其中1：2(0.2g岩藻多糖：0.4mL水杨酸甲酯)的最好，1：1的可能是因为岩藻多糖的交联程度过高，导致水杨酸甲酯释放过缓；1：4的可能未能较好的包埋住水杨酸甲酯，释放过快，导致抑芽效率下降。
以1：2的比例进行纤维素、透明质酸、海藻酸钠与水杨酸甲酯(0.4mL)的复配试验，发现它们的复配具有较好的抑芽效果，发芽率分别为25％、28％和19.25％，发芽指数分别为12.35％、14.57％和7.27％，但均不如岩藻多糖与水杨酸甲酯的复配效果好，其发芽率3.33％，发芽指数为0.67％。
Claims (7)
1.缓释抑芽剂在抑制马铃薯发芽中的应用，其特征在于，所述的抑芽剂是以缓释载体岩藻多糖和抑芽活性成分水杨酸甲酯为原料制备而成的；
所述岩藻多糖与水杨酸甲酯的重量体积比为1 g：2 mL；
将岩藻多糖溶解后加入水杨酸甲酯和乳化剂制备成乳液，再加入氯化钙制备所获得缓释抑芽剂。
2.缓释抑芽剂，其特征在于，所述的抑芽剂是以缓释载体岩藻多糖和抑芽活性成分水杨酸甲酯为原料制备而成的；
所述岩藻多糖与水杨酸甲酯的重量体积比为1g：2mL；
将岩藻多糖溶解后加入水杨酸甲酯和乳化剂制备成乳液，再加入氯化钙制备所获得缓释抑芽剂。
3.如权利要求2所述的缓释抑芽剂的制备方法，包括以下的步骤：
S1：取岩藻多糖倒于蒸馏水中，置于磁力搅拌器中加热搅拌15 min溶解，分别加入吐温、水杨酸甲酯，高速加热搅拌15 min，制备成乳液；
S2：将S1中的乳液吸入到注射器，逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，于室温下静置；
S3：以蒸馏水快速冲洗，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
4.如权利要求3所述的缓释抑芽剂的制备方法，包括以下的步骤：
S1：取0.35 g岩藻多糖置于20 mL蒸馏水中，在磁力搅拌器中加热至80℃溶解后，分别加入30μL吐温、0.7 mL水杨酸甲酯，加热至60℃高速搅拌15 min，制备成均匀的乳液；
S2：将上述乳液吸入1 mL注射器，逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，于室温下静置2 h；
S3：以蒸馏水快速冲洗3次，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
5.如权利要求3所述的缓释抑芽剂的制备方法，包括以下的步骤：
S1：取0.2 g岩藻多糖置于40 mL蒸馏水中，依次加入40μL吐温和0.4 mL水杨酸甲酯，在常温下，采用超声波-微波联合法促进溶解，超声功率400 W、微波功率900 W、处理时间2min，形成均匀的白色乳液；
S2：将上述白色乳液吸入1 mL注射器，逐滴缓慢加入到质量浓度为2%的氯化钙溶液中，于室温下静置2 h；
S3：以蒸馏水快速冲洗3次，以高于氯化钙溶液液面10 cm的距离逐滴缓慢加入到氯化钙溶液中，室温下静置2 h，用蒸馏水快速冲洗3次，用滤纸吸干表面水分，得到马铃薯缓释抑芽剂。
6.根据权利要求3～5任一项所述的方法制备获得的缓释抑芽剂在已过休眠期马铃薯抑芽中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，在已过休眠期的马铃薯贮藏时，将马铃薯缓释抑芽剂撒于马铃薯表面，在马铃薯包装箱中或马铃薯堆中盖布处理，马铃薯重量与抑芽剂重量比为1000：1.5~3。
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