عندما يلتقي PGE بـ DATEM: دراسة مقارنة حول تأثيرات تطبيق أنظمة المستحلب المختلفة في تركيبات زيوت وقاية النبات

في مجال حماية المحاصيل الزراعية، تعمل تركيبات زيوت وقاية النباتات-على سبيل المثال، مركزات المبيدات الحشرية القابلة للاستحلاب أو المستحلبات المائية-كعامل ناقل مهم لتوصيل المكونات النشطة إلى المحاصيل المستهدفة. تحدد المستحلبات، باعتبارها المواد المساعدة الأساسية، ما إذا كان سائل الرش يمكن أن يشكل مستحلبًا مستقرًا، وينتشر بشكل موحد على أسطح الأوراق، ويسمح للمكونات النشطة بالتغلغل بكفاءة.

من بين خيارات المستحلب العديدة المتاحة، PGE (استرات بولي جليسرين للأحماض الدهنية) وDATEM (استرات حمض ثنائي الأسيتيل الطرطريك للأحادي- وDiglycerides) هما نوعان جذبا اهتمامًا كبيرًا. لقد برزت PGE بالفعل كلاعب بارز في مجال المواد المساعدة للمبيدات الحشرية، حيث استفادت من بنيتها الجزيئية الفريدة وخصائصها البينية المتفوقة لتصبح مرشحًا مهمًا للمواد المساعدة الخضراء الجديدة. DATEM، المعترف به على نطاق واسع كمستحلب قوي في صناعة الأغذية، يضمن أيضًا فحص تطبيقاته المحتملة في وقاية النباتات.

تقارن هذه المقالة بشكل منهجي أداء PGE وDATEM في أنظمة صياغة زيوت وقاية النبات من أربعة أبعاد: التركيب الجزيئي، والسلوك البيني، وتأثيرات التطبيق، والسلامة البيئية.

1.1 PGE: استرات البوليجلسرين للأحماض الدهنية

PGE هو مستحلب غير أيوني يتم إنتاجه عن طريق أسترة الجلسرين المتعدد مع الأحماض الدهنية. السمة الهيكلية الأساسية لها هي المجموعة الرئيسية من البولي جلسرين المحبة للماء، والتي تتكون من وحدات جلسرين متعددة مرتبطة بروابط أثير، وتشكل بنية "متعددة-متفرعة" ثلاثية الأبعاد-.

الميزات الهيكلية:

الرأس المحب للماء: بولي جلسرين مع متوسط ​​درجة بلمرة 1-3، مما يوفر مواقع هيدروكسيل متعددة

الذيل الكاره للماء: سلاسل الأحماض الدهنية التي تحتوي على 8-16 ذرة كربون (على سبيل المثال، حمض الكابريليك، وحمض الكابريك، وحمض اللوريك).

التكوين الجزيئي: توزيع "تشعبي" أو "على شكل-نجم" مع وجود عائق استاتيكي كبير

المزايا الأساسية:

قدرة امتصاص بينية ممتازة، مما يقلل بشكل فعال من التوتر السطحي للزيت-الماء

كمستحلب غير أيوني، غير حساس للكهارل وتغيرات الرقم الهيدروجيني

مشتقة من مواد خام نباتية متجددة ذات قابلية جيدة للتحلل البيولوجي

يمكن أن يعمل كمثبط انجراف "مدمج-، للتحكم بشكل فعال في انجراف القطرات أثناء الرش

1.2 التاريخ: استرات حمض ثنائي الأسيتيل الطرطريك للأحادي- والجليسريدات الثنائية

تشتهر شركة DATEM في صناعة المواد الغذائية بأنها "ملك تقوية العجين". يحتوي تركيبه الجزيئي على مجموعة فريدة من حمض ثنائي الأسيتيل الطرطريك، والتي تضفي خصائص توازن محبة للماء - خاصة للدهون.

الميزات الهيكلية:

الرأس المحب للماء: مجموعة حمض الطرطريك مع مجموعتي الأسيتيل، مما يوفر محبة معتدلة للماء

ذيل كاره للماء: سلاسل إستر الأحماض الدهنية الأحادية- وثنائي الجلسريد

التكوين الجزيئي: على شكل "وتد-" مع عائق استاتيكي كبير

المزايا الأساسية:

قابلية ممتازة للذوبان في الزيت، وهي قابلة للامتزاج تمامًا مع الزيوت ومعظم-المذيبات القابلة للذوبان في الزيت

تأثير تثبيت جيد على واجهات الزيت-المائية

أثبت قدرة فائقة على تعزيز الغلوتين-في تطبيقات الخبز

3 مقارنة سريعة للميزات

في تطبيقات حماية المحاصيل، يتضمن تقييم أنظمة المستحلب عادةً المقاييس الرئيسية التالية:

1. استقرار المستحلب: ما إذا كان المستحلب يظل منتشرًا بشكل موحد دون انفصال أو هطول
2. تقليل التوتر السطحي: تقليل التوتر بين سائل الرش وسطح الورقة لتحسين الانتشار والترطيب
3. التحكم في الانجراف: تقليل انجراف القطرات أثناء الرش لتعزيز كفاءة الترسيب المستهدف
4. تعزيز اختراق الأوراق: تسهيل اختراق العنصر النشط من خلال بشرة الورقة
5. السلامة البيئية: التحلل الحيوي، ملف سلامة المحاصيل

1 المزايا المثبتة

الاستحلاب والنشاط البيني

باعتباره مادة خافضة للتوتر السطحي غير أيونية، يعمل PGE على تثبيت واجهات الزيت-المائية بشكل فعال. تشير الأبحاث إلى أن استرات الأحماض الدهنية الجلسرين (الهيكل الأصلي لـ PGE) يمكن أن تقلل في نفس الوقت من التوتر السطحي للقطرات والتوتر السطحي بين القطرات وأسطح الأوراق، مما يحسن بشكل كبير قابلية بلل المبيدات الحشرية وقابلية انتشارها.

التحكم في الانجراف

يعمل منتج Clariant's Synergen™ PGE، الذي يحتوي على إستر متعدد الجلسرين كمكون أساسي، بمثابة "مثبط انجراف مدمج" في التركيبات المائية، مما يقلل بشكل كبير من انجراف القطرات أثناء الرش مع تحسين احتجاز الرذاذ وسلامة المحاصيل.

الاستدامة الخضراء

يُشتق PGE من الزيوت النباتية (مثل زيت جوز الهند)، ويتميز بقدرة جيدة على التحلل الحيوي، ولا يتطلب أي علامات خطرة، كما أنه لطيف على المحاصيل. وهذا يتماشى تمامًا مع الاتجاه الحالي للصناعة نحو "جرعة مخفضة مع تعزيز الفعالية وحماية البيئة الخضراء".

توافق الصياغة

يمكن دمج PGE مع زيت البذور الميثيل (MSO) والمكونات الأخرى لتشكيل أنظمة تآزرية. على سبيل المثال، عندما يتم مزج PGE مع MSO، يعمل PGE على تثبيت المستحلب بينما يعمل MSO على تضخم بنية سطح الورقة ويسهل الاختراق السريع للمكونات النشطة.

2 القيود

لا يزال البحث عن PGE في حماية المحاصيل مجالًا متطورًا. تشمل القيود المعروفة ما يلي:

تعرض منتجات PGE ذات درجات مختلفة من البلمرة والأسترة ملفات تعريف أداء مختلفة بشكل كبير، مما يتطلب اختيارًا دقيقًا أثناء تصميم التركيبة

قد تواجه بعض أنواع PGE-البلمرة العالية مشكلات التبلور عند درجات حرارة منخفضة

1 المزايا القابلة للتحويل لـ DATEM

على الرغم من أن DATEM يُستخدم حاليًا بشكل أساسي في صناعة الأغذية، إلا أن خصائصه الفيزيائية والكيميائية تشير إلى إمكانية تطبيقه بشكل متبادل على حماية المحاصيل:

• ذوبان الزيت ممتاز
• يتميز DATEM بأنه قابل للامتزاج تمامًا مع الزيوت ومعظم-المذيبات القابلة للذوبان في الزيت، مما يتيح الاندماج السلس في أنظمة التركيب المعتمدة على الزيت-.
• القدرة على الاستقرار بين الوجه
• في الأنظمة الغذائية، أثبت DATEM فعاليته في تثبيت مستحلبات الزيت-المائية-وهي قدرة يمكن أن تكون ذات قيمة أيضًا في تركيبات حماية المحاصيل EW (مستحلب في الماء) وSE (مستحلب معلق).
• الإلهام من بناء شبكة الغلوتين
• DATEM يقوي هياكل شبكة البروتين في العجين من خلال التفاعلات الكارهة للماء. وقياسًا على ذلك، قد تساهم إمكانية "تجميع السطوح البينية" هذه في تكوين طبقات مكونة نشطة أكثر استقرارًا وأطول -عمرًا على أسطح الأوراق.

2 فجوات تطبيقية لـ DATEM في حماية المحاصيل

في الوقت الحالي، لا تزال الأبحاث المنهجية حول DATEM في تركيبات زيوت وقاية النباتات غير كافية. في الأدبيات الموجودة، يظهر DATEM بشكل متكرر في كتالوجات المضافات الغذائية بدلاً من قوائم المواد المساعدة للمبيدات الحشرية. ويعزى ذلك إلى عدة عوامل:

• تاريخ التطبيق المختلفة: لقد ركز تطوير وتطبيق DATEM منذ فترة طويلة على صناعة المواد الغذائية؛ يتطلب التوسع عبر-النطاق مزيدًا من التحقق
• أهداف التصميم الجزيئي المختلفة: يتم توجيه التركيب الجزيئي لـ DATEM نحو تفاعلات البروتين بدلاً من السلوك البيني لسطح أوراق النبات
• الحواجز التنظيمية: تتطلب المواد المساعدة لمبيدات الآفات بيانات سمية وسمية بيئية متخصصة؛ البيانات التنظيمية الخاصة بـ DATEM في مجال حماية المحاصيل غير متوفرة نسبيًا

الاستنتاج الرئيسي:

في تركيبات زيت وقاية النبات،يتمتع نظام PGE حاليًا بميزة واضحة. وقد تم التحقق من صحة أدائها في المنتجات التجارية الفعلية، وخاصة التفوق في التحكم في الانجراف، وتثبيت المستحلب، والاستدامة الخضراء. على الرغم من أن DATEM يتمتع بإمكانية تطبيق نظري متقاطع -، إلا أنه يفتقر إلى التحقق التجريبي المنهجي في سيناريوهات حماية المحاصيل ولا يمكنه أن يحل محل موقع PGE بشكل مباشر في المواد المساعدة الزراعية على المدى القصير.

يعكس نجاح PGE في المواد المساعدة للمبيدات الحشرية اتجاهًا أوسع نطاقًا-تتحول تركيبات المبيدات الحشرية من "سمية-عالية،-عالية" إلى "سمية منخفضة-، وكفاءة-عالية، وخضراء، ومستدامة."

في السنوات الأخيرة، تم تسجيل الزيوت النباتية الأساسية (EO) ذات النشاط المضاد للميكروبات واستخدامها كمبيدات نباتية خضراء. ومع ذلك، فإن مستحلبات الزيوت العطرية الأساسية الثابتة-التقليدية تعاني من التطاير السريع، وانخفاض معدلات الاستخدام، والسمية الحيوية المحتملة للمواد الخافضة للتوتر السطحي. وقد حفز هذا على تطوير مستحلبات خضراء جديدة:

• تقنية يانوس النانوية: قام فريق من جامعة شيهيزي بتطوير صفائح نانوية من حمض التانيك-التيتانيوم/البوليسترين والتي يمكن أن تحل محل المواد الخافضة للتوتر السطحي التقليدية من أجل استحلاب فعال مع تقليل السمية الخلوية بنسبة 29.17%
• أنظمة متعددة الوظائف مشتقة من PGE-.: إدخال المجموعات الوظيفية في العمود الفقري لـ PGE لتحقيق "الاستحلاب + تعزيز الفعالية + الإطلاق المتحكم فيه"

يشير هذا الاتجاه إلى أن المنافسة بين المستحلبات على تركيبات زيوت وقاية النبات لن تكون فقط بين PGE وDATEM، بل ستتطور نحومتعددة الوظائف، وصديقة للبيئة، وموجهة نحو الدقة-.الحلول.

ملخص جملة واحدة-:

نجحت شركة PGE في الانتقال من مكون غذائي إلى "قوة" في المواد المساعدة للمبيدات الحشرية، مما أدى إلى إنشاء مكانة رائدة في تركيبات زيوت وقاية النباتات من خلال الخصائص البينية الفائقة، وقدرات التحكم في الانجراف، والسمات الخضراء. يتطلب DATEM، على الرغم من مميزاته الهيكلية وإمكاناته المتداخلة-التطبيقات، مزيدًا من التحقق التجريبي-يعتمد اختيار المستحلب لحماية النباتات في النهاية على الأداء الميداني الحقيقي-.