微生物农药菌剂的制备工程

黄思超

摘 要：微生物农药菌剂是由原药、载体、表面活性剂（润湿剂、分散剂等）、助剂（稳定剂、颜色警告剂等）组成的粉状制剂，并粉碎至一定程度的细度。当用水稀释至田间所需浓度时，真菌可形成稳定的可喷雾悬浮液，施用后可在控制对象上实现较大的均匀覆盖。本文通过阅读大量的参考文献归纳了近年来微生物农药菌剂制备的研究现状，为后续微生物农药菌剂制备提供了参考。

关键词：微生物农药;组成;质量;配方;生产工艺

中图分类号：S482.2       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515011

微生物农药（microbial pesticide）是指使用细菌、真菌、病毒、原生动物或转基因微生物作为有效成分，来预防和控制有害生物（如病害、虫害、草害、鼠害等）的生物起源农药[1]。包括用细菌控制细菌，用细菌控制病菌和用细菌除草等。这些农药具有很高的选择性，对人、动物、农作物和自然环境安全，不会伤害天敌，也不会产生抗药性。这些微生物农药包括细菌、真菌、病毒等，如苏云金芽孢杆菌、球孢白僵菌、核多角体病毒、肉毒梭菌C型外毒素等。随着人们对环境保护的要求不断提高，微生物农药无疑是未来发展的一种农药使用方向。

1 菌剂的组成

微生物农药菌剂由原始药物、表面活性剂（润湿剂，分散剂等）、载体和辅助剂（稳定剂、警告剂等）组成[2]。如果农药制剂的配方合理，则只能对其进行加工和生产。选择配方时，所选的载体、助剂等应便宜且易于获得，并且资源丰富。最终产品应该是低成本和高质量的，才能在市场上具有竞争力。

1.1 载体

1.1.1 载体的性能

载体是添加的固体原材料，可调节成品的含量并改善物理性能。载体的主要特征是具有多网孔结构或片状或层状结构，比表面积大，对农药的吸附能力强[3]。载体的功能是作为农药活性成分的微小容器或稀释剂，是从载体中释放活性成分。不同类型的载体具有不同的物理和化学性质。即使同一类型的载体由于不同的来历和不同的杂质所致，其性能也会有很大差异。载体性能包括矿物分析、平均化学分析、产地、包装、价格、颜色、硬度、密度、堆积密度、粒度（平均粒度，范围和分布）、颗粒形状、筛分分析、最大吸油量、pH、折射速率、阳离子交换容量、比表面积、流动性、润湿性、分散性、相容性、表面特性等[4]。

1.1.2 常用载体

常用的载体是硅藻土、粘土、绿坡缕石、高岭土、活性粘土、泥炭、轻质碳酸钙、白碳、硅酸等。菌剂制剂的载体类型很多，有时需要同时使用几种载体。

1.1.3 载体的筛选

微生物菌剂为液体制剂，应选择吸油率高的载体;原药为固体，则应选择一般吸油率的载体。由所选载体制成的样品是松散流动的干粉[5]。另外，选择载体的原则是尽量能够在当地获得的材料，既经济又能够满足场合的性能要求。

1.2 助剂

1.2.1 润湿剂

1.2.1.1 润湿剂的性能

润湿剂是一类降低液固界面张力，增加液体与固体表面的接触或增加固体表面的润湿和扩散的物质。湿润剂的作用主要是改善湿润剂在水中的湿润和分散性，改善药物溶液的渗透性和被处理物的粘度[6]。润湿效果取决于动态条件下液体表面张力的有效降低。就化学结构而言，用于农药加工的润湿剂必须具有一个比疏水基团小的亲水基团，并且大多数是非离子的而不是离子的亲水基团。亲脂性亲水平衡（HLB）通常为7-18。亲水基团要求在使用条件下能在水相中使增湿剂稍微增溶，或能够与水充分发挥功能以防止润湿剂溶解即可。因为太亲水的润湿剂将与水相互作用，并减少润湿剂分子向界面的移动。短链离子表面活性剂主要是由疏水性阴离子和亲水性阳离子形成的盐。其非常溶于水，通常用于含盐溶液中。高电解质含量可以压缩亲水基团周围的双分子层，使其可以移动到界面，还可以增加疏水基团以降低润湿剂在水中的溶解度并提高润湿能力。润湿剂主要是非离子和阴离子化合物，少数是阳离子化合物。非离子润湿剂是所有具有大分子量的化合物。但是，小分子的润湿剂比大分子的润湿剂更好，因为较小的分子可以在溶液中快速扩散。此外，带有支链润湿剂的亲脂基团（疏水基团）要比没有支链的亲脂基团更好[7]。

1.2.1.2 常用润湿剂

常用的润湿剂有苯孜然粉、皂苷粉、SOPA（230、235、270）、洗衣粉、十二烷基苯磺酸钠、开粉、农用牛奶2000系列、润湿渗透剂、Span 20、Tween 60等。

1.2.1.3 润湿剂筛选

采用试验方法，将要选择的润湿剂，选定的载体和原始药物加工成真菌剂，并测量润湿时间以选择最佳的润湿剂[8]。

1.2.2 分散剂

分散剂是一类可以减少分散系统中固体或液体颗粒聚集的物质[9]。农药有效成分颗粒在液体中的分散与悬浮能力直接相关。分散性越好，悬浮性越好;否则，悬浮性差。为了提高颗粒的分散性，必须克服附聚現象，其主要手段是添加分散剂。农药乳化剂也是一种分散剂。分散剂是农药真菌加工中最大和最重要的农药助剂类型。

分散剂决定了农药制剂在水和其它介质中的快速分散性、自动分散性（或自崩解性）、流动性和悬浮性。添加分散剂可以提高菌剂制剂的流动性并减少结块;提高储存稳定性、稀释度和悬浮度。使用一种试验方法将所选的润湿剂、载体和原始药物与要选择的分散剂作为细菌剂一起处理，然后确定悬浮速率以选择分散剂。

常用的分散剂有NNO、MF、NO、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、非离子表面活性剂（如聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、烷基酚聚氧乙烯磷酸酯）、水溶性聚合物（如CMC、PVA、PEG、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠）等。

1.2.3 其它助剂

除分散剂和湿润剂外，细菌剂有时还需要其它一些辅助剂，如渗透剂、铺展剂、稳定剂、消泡剂、防结块剂、颜色警告剂和增效剂。

稳定剂是添加剂，可防止和减少农药有效成分在储存过程中的分解或保持良好的物理性能[10]。稳定剂因原始农药而异，对于易分解的农药，如加工成细菌的某些有机磷农药，必须添加特殊的稳定剂。

铺展剂是可以增加固体表面上液体覆盖程度的物质。其是一种综合助剂[11]，具有渗透、粘附、扩散和固定的功能，因此药液可以在物体上进行处理。且其扩散均匀，扩散力强，减少了损失和浪费。常用的铺展剂是竹菊、肥皂、油酸钠、聚乙烯醇、亚硫酸纸浆废料。

渗透剂是一种可以促进药物渗透到治疗对象中的物质[12]。

消泡剂包括有机硅，C8C10脂肪醇等。主要通过选择合适的载体来控制抗结块剂。

2 菌剂的主要质量指标

润湿、悬浮率、水分、pH、储热稳定性及细度检测方法均符合国家标准GB5451-2001，CB/T14825-2006，GB/T1600-2001，GB/T1601-93，GB/T19136-2003和GB/T16150-95。悬浮速率表示的分散性和储热稳定性是表征WP稳定性的2个重要指标。参见GB/T14825-2006，使用标准硬水将待测样品制备成适当浓度的悬浮液，在规定的条件下，静置30min，测量底部1/10悬浮液中有效成分的含量，计算悬浮率;参照GB/T19136-2003，用研磨塞密封在深色玻璃瓶中制备的粉末样品，在54±2℃的恒温箱中保存14d，测定保存前后的有效成分含量，并计算出分解率。

2.1 润湿性

润湿性是指将粉末倒入水中后的自然润湿性，而不是指悬浮液在水中的稀释能力以及药物在植物、昆虫和其它防治物表面上的稀释悬浮液的润湿能力[13]。由于植物，昆虫等表面上有一层蜡，如果润湿性不好，药物就不能均匀地覆盖在农作物和要控制的物体上，从而造成药液的流失。

润湿性根据其润湿时间来判断。润湿时间越短，润湿性越好。润湿时间根据GB/T5451测量。

2.2 分散性

分散性是指药用颗粒悬浮在水性介质中并保持为细小单个颗粒的能力。分散性与悬浮性直接相关，如果分散性好，则悬浮率高;否则，悬浮率很低[14]。菌剂制剂需要细小且相对均匀的粉末颗粒。颗粒越细，表面自由能越大，越容易发生团聚现象，从而降低了悬浮能力。为了改善细颗粒在悬浮液中的分散，必须克服附聚现象。影响分散性的主要因素是原始药物和载体的表面性质，以及分散剂的类型、质量和剂量。适当选择分散剂，质量好，剂量合理，可以防止药物颗粒的团聚，从而获得良好的分散性。分散性的质量可以从悬浮速率的水平来测量。悬浮速率越高，分散性越好;否则，分散性差。

悬浮率的测定按照GB/T14825进行。用标准硬水配制已知浓度的悬浮液。在指定条件下，确定底部1/10悬浮液中活性成分的含量，并计算样品的悬浮率。

2.3 悬浮性

悬浮性是指分散的药物颗粒保持悬浮一定时间的能力。当具有良好悬浮性的制剂在水中使用时，所有的药物颗粒可以均匀地悬浮在水中，并从喷雾设备中均匀喷雾，从而具有良好的防治效果[15]。接种剂的悬浮速率分为有效悬浮速率和质量悬浮速率。这2种悬浮率在粮农组织标准中有相应的计量方法。通常，有效悬浮率和质量悬浮率应该相同，即质量悬浮率高，则有效悬浮率也高。理想情况下，2个悬浮率比的值应相等。但实际上，由于处理和混合的不均匀性以及吸附原始药物的颗粒数量不同，大颗粒总是沉降，因此有效悬浮速率和质量悬浮速率通常看起来是不同的。菌剂制剂要求2种悬浮速率都很高，以避免喷雾不均匀和喷嘴堵塞。

悬浮率的测定按照GB/T14825进行。用标准硬水配制已知浓度的悬浮液。在指定条件下，确定底部1/10悬浮液中活性成分的含量，并计算样品的悬浮率。

2.4 细度

细度是指与悬浮速率直接相关的粉末颗粒的大小（粒度和分布）。通常，细度越小（粒径越小且粒径分布越窄），悬浮率就越高[16]。加工和破碎设备是控制细度的关键。日本要求的细度为5～7μm，美国要求的细度为3～5μm。

中国产品的细度是根据GB/T16150中的“湿筛法”测量的。

2.5 水分

水分对研发菌剂制剂的物理和化学性质有影响。如果水分含量过高，其不仅容易团聚，流动性差，使用不便，还加剧了活性成分的分解，导致产品质量下降和药物功效降低[17]。

水分根据GB/T1600中的“共沸蒸馏法”进行测定。

2.6 起泡性

微生物农药菌剂兑水产生的泡沫越少越好[18]。

2.7 贮存稳定性

物理存储稳定性是指在产品存储过程中，由于药物颗粒之间的相互粘附或附聚而导致的流动性，分散性和悬浮性下降[19]。

化学储存稳定性是指在产品储存过程中，由于原始药物与载体、辅助剂和其它原因不相容而引起的活性成分分解，从而减少了制剂中的有效成分，减少的幅度越大，表明制備化学方法的储存稳定性越差[20]。

储热稳定性根据GB/T19136测量。

2.8 流动性

流动性便于生产过程中的运输和包装，并且易于称重和倒出。影响流动性的主要因素是载体的吸附能力以及原始药物的含量和粘度。流动性由斜角或流量表示。斜角大或流量大意味着流动性差;否则，流动性就很好[21]。

2.9 pH值

pH值不同，试剂在介质中的稳定性也有很大差异。根据药剂在介质中的稳定性，在农药加工过程中应选择相应的pH值使其稳定。

pH值根据GB/T1601测量。

以上是研发微生物农药菌剂的主要性能指标。性能指标的控制最终体现在产品的使用效果上。

3 菌剂的配方

微生物农药的成分由原始药物、表面活性剂（润湿剂、分散剂等）、载体和辅助剂（稳定剂、警告剂等）组成。

好的杀菌剂产品需要好的科学配方。除了使润湿剂和分散剂的种类和剂量匹配之外，载剂和载体的选择也很重要。3～4种载剂和载体，如1种增加流动性，1种增加悬浮率，1种增加稳定性，另1种控制释放。通过这种科学配方制成的产品不仅具有良好的药用效果，而且具有缓释和持续作用[22]。在这方面，中国许多农药生产企业，特别是小型农药制剂加工企业，做得不够，添加剂的选择不合适，添加剂的质量差;承运人选择不当;没有添加需要稳定剂的微生物农药菌剂。

4 菌剂的生产工艺

4.1 加工步骤

微生物农药菌剂的加工技术分为5个步骤：预混合，粉碎，再混合，研磨和后混合[23]。每个特定过程中需要注意的事项如下。

4.1.1 初始混合和再混合过程

在混合过程中，原始药物、载体和其它辅助剂的添加顺序有时可能会影响微生物农药菌剂的性能。如，稳定剂的添加顺序不同，稳定性也不同。通常将稳定剂先与载体混合，然后添加到原始药物中，其稳定性优于添加稳定剂之前的原始药物和载体的稳定性。

4.1.2 破碎过程

包括原始药物和载体的破碎。微生物农药菌剂的细度是其性能的重要指标，因此压碎过程是真菌加工的重要组成部分。载体的破碎相对简单，通常将载体干燥并放入破碎机中研磨一段时间。原药的粉碎必须根据其不同的理化性质采取相应的措施，如果原始药物相对较湿，则应先干燥;如果原始药物压碎后容易粘住，则必须添加以帮助分散材料;如果在破碎温度较高时原始药物易于熔化，则破碎机应配备冷却设备。

4.1.3 后混合过程

混合的质量直接影响真菌剂活性成分的均匀性，进而影响功效。为了确保均匀混合，有时需要进行多次混合。混合的质量不仅与混合设备和操作条件有关，而且还与试剂和载体的粒度、粒度分布、真假密度、流动性和水分含量有关。通常粒度分布越均匀，流动性越好，水分含量越低，混合效果越好。密度的影响主要取决于粒度与密度的比值，如果超过0.71～1.2，则可能发生分层并影响混合效果。

4.2 工艺流程

农药杀菌剂的质量，尤其是细度和悬浮指数，不仅与配方有关，而且常常受到加工设备和加工技术的限制。如果在不合适的设备上使用了好的配方，也不可能获得理想的效果。加工技术和设备本身也会根据农药的种类而有所不同，并且必须针对原始药物的物理和化学特性选择合适的加工流程。

4.2.1 原药和助剂均为固体

4.2.2 原药为液体，助剂为固体

4.2.3 原药为固体，助剂为液体

4.2.4 特殊原药

对于特殊原始药物的处理工艺流程，应分析特定的问题，并应选择特殊的处理流程。

4.3 主要设备

农药的加工設备主要包括混合机、气流粉碎机、双螺旋混合机、布袋除尘器、无油脱水空气压缩机、料斗等[24]。

5 结论

综上所述，微生物农药是农药工业的新兴产业，代表着植物保护的方向。其最大的优点是可以克服化学农药对环境的污染，减少农副产品中的农药残留。在推广使用微生物农药的过程中，农副产品的质量和价格将大大提高，有利于促进农村经济增长，增加农民收入。社会效益是无法估量的。筛选确定合适的载体、润湿剂、分散剂及其它助剂，以获得最佳配方，并确定合适的加工设备技术，从而完成微生物农药杀菌剂制备工艺的研究与开发。微生物农药将为农产品的高质量和安全生产以及减少有毒物质的残留提供技术和物质保证。微生物农药的研发能够提高农产品的经济附加值，扩大农副产品的出口市场，促进绿色产业的发展。这些对于发展农村经济，增加农民收入和促进农村繁荣都非常重要。作为无公害农副产品生产的必要手段之一，微生物农药在未来农作物病虫害的防治上将有巨大的市场需求。因此，将进一步加快微生物农药的开发，产业化和应用，减少农副产品中的农药残留和农田生态环境污染，实现主要农作物病虫害的可持续控制，满足农业的重大需求。工业化生产无公害农产品的科学技术，必然会产生巨大的社会、经济和生态效益。

参考文献

[1] 戴小枫.中国植物保护科学技术发展战略研究[D].北京：中国农业科学院，2003.

[2]杨志.烯啶虫胺合成研究及几种新型农药可湿性粉剂研制[D].青岛：青岛科技大学，2009.

[3]阎建辉.光降解改性纳米二氧化钛农药载体与其制剂的研究[D].长沙：中南大学，2004.

[4]中国国家标准（GB）题录（中）（2004年版）[J].世界标准信息，2004（02）：17-85.

[5]蔡璞瑛.油桐桐枯生物杀虫剂研制及其杀虫活性研究[D].中南林业科技大学，2015.

[6]张斌.几类国内新研发助剂在农药剂型中的应用性能评价[D].泰安：山东农业大学，2014.

[7]邹静.新型无机—有机复合高分子絮凝剂的制备及性能研究[D].北京：北京化工大学，2012.

[8]杜春华，李凌绪，白玉兰，孟昭礼，于海涛.20%4-乙氧基苯甲醛缩氨脲可湿性粉剂的研制[J].安徽农业科学，2010，38（33）：18916-18917，18919.

[9]张保华.苯醚甲环唑悬浮剂稳定体系构建与性能评价[D].泰安：山东农业大学，2013.

[10] Pratim Kumar.Advances in phase stabilization techniques of AN using KDN and other chemical compounds for preparing green oxidizers[J].Defence Technology，2019，15（06）：949-957.