כאשר PGE פוגש את DATEM: מחקר השוואתי על השפעות היישום של מערכות מתחלב שונות בתכשירי שמן להגנת הצומח

בתחום הגנת הצומח החקלאי, תכשירי שמן להגנת הצומח-כלומר, תרכיזים ניתנים לתחליב הדברה או תחליבים מימיים-משמשים כנשא הקריטי לאספקת חומרים פעילים לגידולי יעד. מתחלבים, כתוספי הליבה, קובעים אם נוזל הריסוס יכול ליצור אמולסיה יציבה, להתפשט בצורה אחידה על משטחי העלים ולאפשר לחומרים הפעילים לחדור ביעילות.

בין האפשרויות הרבות הזמינות של מתחלבים, PGE (פוליגליצרול אסטרים של חומצות שומן) ו-DATEM (אסטרים של חומצת טרטר של דיאצטיל של מונו- ו-Diglycerides) הם שני סוגים שמשכו תשומת לב רבה. PGE כבר התגלתה כשחקנית בולטת בתחום אדג'ובנטים להדברה, תוך שהיא ממנפת את המבנה המולקולרי הייחודי שלה ואת תכונות הממשק המעולות שלה כדי להפוך למועמדת חשובה עבור אדג'ובנטים ירוקים חדשים. DATEM, המוכר כחומר מתחלב רב עוצמה בתעשיית המזון, מחייב גם בדיקה עבור היישומים הפוטנציאליים שלו בהגנת הצומח.

מאמר זה משווה באופן שיטתי את הביצועים של PGE ו-DATEM במערכות ניסוח שמן להגנת צמחים מארבעה מימדים: מבנה מולקולרי, התנהגות ממשק פנים, השפעות יישום ובטיחות סביבתית.

1.1 PGE: פוליגליצרול אסטרים של חומצות שומן

PGE הוא מתחלב לא-יוני המיוצר על ידי אסטריפיית פוליגליצרול עם חומצות שומן. התכונה המבנית המרכזית שלו היא קבוצת ראשי הפוליגליצרולים ההידרופיליים, המורכבת מיחידות גליצרול מרובות המקושרות בקשרי אתר, היוצרות מבנה תלת-רב{1}}מסועף.

תכונות מבניות:

ראש הידרופילי: פוליגליצרול עם דרגת פילמור ממוצעת של 1-3, מספק אתרי הידרוקסיל מרובים

זנב הידרופובי: שרשראות חומצות שומן עם 8-16 פחמנים (למשל, חומצה קפרילית, חומצה קפרית, חומצה לאורית)

תצורה מולקולרית: התפלגות "דנדרטית" או "בצורת-כוכב" עם הפרעה סטרית משמעותית

יתרונות ליבה:

יכולת ספיחת ממשק מעולה, הפחתת ביעילות את מתח הממשק של שמן-

כמתחלב לא-יוני, לא רגיש לאלקטרוליטים ושינויי pH

מופק מחומרי גלם צמחיים מתחדשים עם מתכלות ביולוגית טובה

יכול לשמש כמעכב סחיפה "מובנה-ב" השולט ביעילות בסחיפה של טיפות במהלך הריסוס

1.2 DATEM: אסטרים של חומצת טרטרית דיאצטיל של מונו- ודיגליצרידים

DATEM ידוע בתעשיית המזון כ"מלך חיזוק הבצק". המבנה המולקולרי שלו מכיל קבוצת חומצה טרטרית דיאצטילית ייחודית, המקנה מאפייני איזון ליפופילי הידרופילי- מיוחדים.

תכונות מבניות:

ראש הידרופילי: קבוצת חומצה טרטרית עם שתי קבוצות אצטיל, המספקת הידרופיליות מתונה

זנב הידרופובי: שרשראות אסטר של חומצות שומן מונו- ודיגליצרידים

תצורה מולקולרית: "בצורת טריז- עם מכשול סטרי משמעותי

יתרונות ליבה:

מסיסות שמן מעולה, מתמזגת לחלוטין עם שמנים ורוב הממיסים-בשמן

אפקט ייצוב טוב על ממשקי מים-שמן

יכולת מוכחת מעולה לחיזוק גלוטן- ביישומי אפייה

3 השוואת תכונות מהירה

ביישומים להגנת יבול, הערכת מערכות מתחלב כוללת בדרך כלל את מדדי המפתח הבאים:

1. יציבות אמולסיה: האם האמולסיה נשארת מפוזרת באופן אחיד ללא הפרדה או משקעים
2. הפחתת מתח פנים: הורדת מתח בין נוזל הריסוס למשטח העלים לשיפור הפיזור וההרטבה
3. בקרת סחיפה: הפחתת סחף טיפות במהלך הריסוס כדי לשפר את יעילות השקעת היעד
4. שיפור חדירת עלים: מקל על חדירת החומר הפעיל דרך ציפורן העלים
5. בטיחות סביבתית: מתכלה ביולוגית, פרופיל בטיחות יבול

1 יתרונות מוכחים

אמולסיפיקציה ופעילות ממשק פנים

כחומר פעיל שטח לא יוני, PGE מייצב ביעילות את ממשקי המים-שמן. מחקרים מצביעים על כך שאסטרים של חומצות שומן גליצרול (המבנה האב של PGE) יכולים בו זמנית להפחית הן את מתח הפנים של הטיפות והן את מתח הממשק בין טיפות למשטחי העלים, ולשפר באופן משמעותי את יכולת ההרטבה והפיזור של חומרי הדברה.

בקרת סחף

מוצר Synergen™ PGE של Clariant, עם פוליגליצרול אסטר כמרכיב הליבה שלו, משמש כ"מעכב סחיפה-מובנה" בתכשירים מימיים, ומפחית באופן משמעותי את סחיפת הטיפות במהלך הריסוס תוך שיפור החזקת הריסוס ובטיחות היבול.

קיימות ירוקה

PGE מופק משמנים צמחיים (למשל, שמן קוקוס), מפגין מתכלות ביולוגית טובה, אינו דורש תיוג מסוכן, ועדין לגידולים. זה מתיישב בצורה מושלמת עם מגמת התעשייה הנוכחית של "מינון מופחת עם יעילות משופרת והגנה על סביבה ירוקה".

תאימות ניסוח

ניתן לשלב PGE עם שמן זרעים מתיל (MSO) ורכיבים אחרים ליצירת מערכות סינרגטיות. לדוגמה, כאשר PGE מעורבב עם MSO, PGE מייצב את האמולסיה בעוד MSO מנפח את מבנה פני העלים ומקל על חדירה מהירה של חומרים פעילים.

2 מגבלות

מחקר על PGE בהגנת הצומח נותר תחום מתפתח. המגבלות הידועות כוללות:

מוצרי PGE עם דרגות שונות של פילמור ואסטריפיקציה מציגים פרופילי ביצועים שונים באופן משמעותי, הדורשים בחירה מדויקת במהלך עיצוב הפורמולה

חלק מסוגי PGE עם-פילמור גבוה עשויים להיתקל בבעיות התגבשות בטמפרטורות נמוכות

1 היתרונות הניתנים להעברה של DATEM

למרות ש-DATEM נמצא כיום בשימוש בעיקר בתעשיית המזון, התכונות הפיזיקליות-כימיות שלו מצביעות על פוטנציאל ליישום צולב-בהגנה על גידולים:

• מסיסות שמן מעולה
• DATEM מתערבב לחלוטין עם שמנים ורוב הממיסים-שמן, מה שמאפשר שילוב חלק במערכות פורמולציות מבוססות-שמן.
• יכולת ייצוב פנים
• במערכות מזון, DATEM הוכח כיעיל בייצוב -תחליב מים-שמן, יכולת שיכולה להיות בעלת ערך גם בתכשירים להגנת יבול EW (תחליב במים) ו-SE (תחליב תרחיף).
• השראה מבניית רשת גלוטן
• DATEM מחזק את מבני רשת החלבון בבצק באמצעות אינטראקציות הידרופוביות. באנלוגיה, יכולת "הרכבת ממשק" זו עשויה לתרום ליצירת סרטי רכיבים פעילים יציבים יותר-ארוכים יותר על משטחי העלים.

2 פערי יישומים עבור DATEM בהגנה על יבול

נכון לעכשיו, מחקר שיטתי על DATEM בתכשירי שמן להגנת הצומח נותר לא מספיק. בספרות הקיימת, DATEM מופיע בתדירות גבוהה יותר בקטלוגים של תוספי מזון ולא ברשימות תוספי חומרי הדברה. זה מיוחס למספר גורמים:

• היסטוריות יישומים שונות: הפיתוח והיישום של DATEM מתמקדים זה מכבר בתעשיית המזון; הרחבת-דומיינים מחייבת אימות נוסף
• יעדי עיצוב מולקולריים שונים: המבנה המולקולרי של DATEM מכוון לאינטראקציות חלבון ולא להתנהגות הממשקית של עלה הצמח
• חסמים רגולטוריים: תוספי חומרי הדברה דורשים נתונים טוקסיקולוגיים ואקוטוקסיקולוגיים מיוחדים; הנתונים הרגולטוריים של DATEM בתחום הגנת הצומח חסרים יחסית

מסקנה מרכזית:

בתכשירי שמן להגנת הצומח,למערכת PGE יש כרגע יתרון ברור. הביצועים שלו אומתו במוצרים מסחריים בפועל, במיוחד מצטיינים בבקרת סחף, ייצוב אמולסיה וקיימות ירוקה. בעוד של-DATEM יש פוטנציאל יישום צולב-תאורטי, הוא חסר אימות אמפירי שיטתי בתרחישים של הגנה על גידולים ואינו יכול להחליף ישירות את מיקומו של PGE בתוספי עזר חקלאיים בטווח הקצר.

ההצלחה של PGE בתוספי חומרי הדברה משקפת מגמה רחבה יותר-ניסוחים של חומרי הדברה עוברים מ"רעילות-גבוהה,-יעילות גבוהה ל"רעילות-נמוכה,-יעילות גבוהה, ירוקה ובר קיימא."

בשנים האחרונות נרשמו שמנים אתריים צמחיים (EO) בעלי פעילות אנטי-מיקרוביאלית ומשמשים כחומרי הדברה בוטניים ירוקים. עם זאת, תחליב שמנים אתריים מיוצבים-מסורתיים סובלים מנידוף מהיר, שיעורי ניצול נמוכים ומהרעילות הביולוגית הפוטנציאלית של חומרים פעילי שטח. זה דרבן את הפיתוח של מתחלבים ירוקים חדשים:

• טכנולוגיית גיליונות ננו של יאנוס: צוות מאוניברסיטת Shihezi פיתח ננו-סיליונות של חומצת טאנית-טיטניום/פוליסטירן Janus שיכולים להחליף חומרים פעילי שטח מסורתיים לאמולסיפיקציה יעילה תוך הפחתת ציטוטוקסיות ב-29.17%
• מערכות רב-תכליתיות -מפיקות PGE: החדרת קבוצות פונקציונליות על עמודי השדרה של PGE כדי להשיג "תחליב + שיפור יעילות + שחרור מבוקר" משולב

מגמה זו מצביעה על כך שהתחרות בין חומרים מתחלבים לתכשירי שמן להגנת הצומח לא תהיה רק ​​בין PGE ל-DATEM, אלא תתפתח לקראתרב תכליתי, ירוק ומדויק-פתרונות.

סיכום-משפט אחד:

PGE עברה בהצלחה ממרכיב מזון ל"תחנת כוח" בתוספי הדברה, וביססה עמדה מובילה בתכשירי שמן להגנת הצומח באמצעות תכונות ממשק מעולות, יכולות בקרת סחף ותכונות ירוקות. DATEM, למרות הדגשים המבניים ופוטנציאל היישום הצולב שלו, דורש אימות אמפירי יותר-הבחירה בחומר מתחלב להגנת צמחים תלויה בסופו של דבר בביצועי השדה האמיתיים-בעולם.