Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к фиксирующему агенту в виде ламеллярной эмульсии или суспензии типа масло/вода. Указанный агент можно применять для фиксации порошкообразного удобрения к поверхностям семян растений. Изобретение относится также к способу приготовления такого фиксирующего агента.
Уровень техники
Скорость, с которой корни растений достигают удобрения, имеет огромное значение для способности растения усваивать находящиеся в удобрении питательные вещества, а также для успешного начального развития и роста растения в течение первых трех недель.
Количества главных питательных веществ (N, K, Р, Са, S, Mg), переходящих из удобрений в растения, т.е. эффективность (коэффициент полезного действия) этих веществ обычно колеблется от нескольких процентов до 70-80%. Особенно низка эффективность фосфора, составляющая приблизительно 5-20%. Эффективность микроэлементов (В, Со, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Cl) часто лежит даже ниже этого уровня.
Способность растения использовать питательные вещества зависит от способа, посредством которого наносится удобрение, т.е. от того, насколько далеко от семени располагается удобрение. В удобрении, расположенном далеко от семени, например на расстоянии 6 см, питательные вещества могут получить время для реагирования с минералами почвы и формирования плохо растворимых соединений, причем даже до того, как корни растения достигнут местоположения удобрения.
Например, в том случае, когда, как указывалось выше, проводят внесение фосфорного удобрения посредством обычного разбрасывания удобрения на поверхности почвы или примешивания его в поверхностный слой почвы, эффективность фосфора составляет 5-10%. Если удобрение распределяют рядковым или ленточным внесением на заданном расстоянии от семени, эффективность фосфора равна приблизительно 10%.
Несколько более высокую эффективность фосфора получают, внося фосфорное удобрение в непосредственной близости от семени или при покрытии семени удобрением. В этом случае эффективности составляют соответственно 15% и 20%.
По многим причинам к числу известных технологий уже давно относилось нанесение покрытия на семена растений. Существуют различные варианты обработки поверхности семян, начиная с простого и традиционного протравливания семян биоцидами с целью борьбы с болезнями растений и вредными насекомыми. В этом случае семена непосредственно обрабатывают мелкоразмолотым активным агентом или смесью порошков, содержащей указанный агент. Применяют также растворение или суспендирование его в подходящем растворителе, чаще всего в воде или органическом растворителе, с последующей обработкой семян полученным раствором или суспензией.
Из патентной публикации US 4761423 известен способ протравливания влажных семян, посредством которого семена пропитывают эмульсией, содержащей воду, масло, эмульгатор и биоцид.
Кроме того, нанесение покрытия на семена применяли для замедления их прорастания. В качестве фиксирующих агентов в покрытии семян вместе с веществами, осуществляющими другие воздействия, использовали также полимеры. Нанесение покрытия может, например, улучшить способность семян переносить засуху, тепловое воздействие, засоленность почв, а также другие внешние стрессовые факторы.
С помощью нанесения покрытия можно, в частности, увеличить вес легких семян риса, в результате чего перенос их водой или ветром будет затруднен (см., например, патентную публикацию US 4192095).
Широко известно также добавление питательных веществ к покрытию для содействия росту растений.
Для гарантированного формирования газона семена трав обрабатывали, например, известью или тальком (Scott, 1975). Покрытие семян, содержащее питательные вещества, обсуждается в различных исследованиях (например, Heydecker, Coolbear, 1977, Rebafka et al. 1983, Scott et al., 1987). Самые большие проблемы заключались в неудовлетворительном процентном содержании проросших семян, особенно в том случае, когда в качестве фиксирующего агента применяли масло, и в плохом прикреплении питательных веществ к поверхности семян при использовании водных растворов.
Для разрешения этих проблем было проведено очень много исследований. Проводились эксперименты с фиксацией питательных веществ или каких-либо других веществ или составов, содействующих росту, к поверхностям семян растений при различных составах фиксирующего агента.
В частности, экспериментально исследовали пригодность различных полимеров. Имеется в виду, например, известный способ, заключающийся в нанесении на семена растворимых в воде полимеров, таких как крахмал, метилцеллюлоза и гуммиарабик. Главный недостаток при применении этих полимеров заключается в большом количестве воды, требующем специального оборудования для своей обработки, причем процесс нанесения покрытия протекает медленно. Чтобы предотвратить увлажнение семян, часто приходится сушить их при низкой температуре. Указанные выше полимеры нередко формируют вокруг семян твердое, легкоразрушаемое покрытие.
В патентной публикации WO 9325078 описан состав, использованный для покрытия семян и содержащий полисахаридный гидролизат, например гидролизат карбоксиметилцеллюлозы или карбоксиметилкрахмала. Водные растворы этих соединений можно также распылять на поверхности семян в относительно концентрированном (30%) виде.
С другой стороны, применение нерастворимых в воде полимеров обычно требует использования органического растворителя. В этом случае большое количество растворителя может способствовать проникновению полимера в семя. Для обработки семян можно также применять водные суспензии таких полимеров. Такое приложение описано, например, в СА PLUS 112:17756 (PL 146138) и СА PLUS 122:49097 (PL 159474).
В патентной публикации US 4251952 описаны семена, покрытые смесью полимера, нерастворимого в воде, и сахара. Примененные полимеры представляют собой различные коммерческие поли- и сополимеры.
Из неопубликованной патентной заявки FI 19992768 (Kemira Agro Oy) и из эквивалентной ей российской заявки №2002120453 с приоритетом от 22.12.1999 г. известен состав, предназначенный для поверхностной обработки семян. Известный состав (наиболее близкий аналог настоящего изобретения) содержит слой фиксирующего агента, приготовленный из эмульсии масло/вода, и слой порошкообразного удобрения. Смесь на основе фиксирующего агента, примененная для формирования соответствующего слоя, может содержать также текучий побочный продукт сельскохозяйственного производства или ферментации.
Кроме уже указанных выше недостатков, известные до сих пор способы могут также привести к нежелательному слипанию поверхностей покрытых семян, вызывающему склеивание семян друг с другом и ухудшение их свойств сыпучести. При этом легко засоряется оборудование, требуемое для обработки семян. С другой стороны, слишком влажное покрытие может вызвать преждевременное прорастание семян. Известные способы имеют еще один недостаток, заключающийся в неполном или неоднородном прилипании активного агента к семенам и/или в плохом удерживании этого агента на их поверхностях.
Раскрытие изобретения
Согласно настоящему изобретению, предлагается фиксирующий агент в виде ламеллярной эмульсии или суспензии типа масло/вода. В указанной эмульсии или суспензии водная фаза является главным компонентом и содержит воду и текучий побочный продукт переработки растительного сырья или ферментации, или сироп, а масляная фаза содержит масло и эмульгаторы. Фиксирующий агент приготавливают посредством добавления водного раствора к масляной фазе, чтобы получить эмульсию или суспензию типа вода/масло, с последующим добавлением части водной фазы, чтобы получить инвертированную эмульсию или суспензию типа масло/вода, с последующим смешиванием этой эмульсии или суспензии с остатком водной фазы.
В фиксирующем агенте по изобретению водная и масляная фаза могут составлять соответственно 50-95 мас.% и 5-50 мас.%, предпочтительно 70-90 мас.% и 10-30 мас.%.
Указанная водная фаза может содержать воду и побочный продукт сельскохозяйственного производства или ферментации при соотношении их масс 1:4-4:1, предпочтительно 3:7-7:3.
Фиксирующий агент согласно изобретению может дополнительно содержать и другие ингредиенты, такие как консервирующее вещество, например сорбат калия, и/или стабилизирующий агент, например фосфорную кислоту, который может быть агентом, регулирующим рН. Под воздействием стабилизирующего агента достигается стабилизация структуры эмульсии или суспензии. В качестве такого агента можно использовать также органические кислоты, например лимонную или щавелевую.
Указанный побочный продукт переработки растительного или ферментации предпочтительно представляет собой текучий побочный продукт такого рода, например патоку (мелассу), в частности из корнеплодов или тростника, барду, или их смесь. Этот продукт может представлять собой также и твердую фазу. Указанные текучие побочные продукты содержат различные количества воды, учитываемые в количестве этого продукта.
Указанное масло может быть животным или растительным маслом, обладающим обычной или повышенной способностью к биологическому разложению, минеральным маслом, таким как белое (светлое) масло, а также их смесью.
Перечень указанных эмульгаторов включает эмульгаторы, пригодные для рассматриваемого назначения. В частности, они содержат два различных эмульгатора, из которых один представляет собой липофильный эмульгатор со значением ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс) в интервале 2-8, предпочтительно приблизительно равным 4, а другой является гидрофильным эмульгатором со значением ГЛБ в интервале 12-16, предпочтительно приблизительно равным 15.
Количество липофильного эмульгатора предпочтительно составляет 0,5-2 мас.%, причем особо предпочтительно количество, приблизительно соответствующее 1 мас.%. Для гидрофильного эмульгатора эти количества равны соответственно приблизительно 1,5-4 мас.% и приблизительно 3 мас.%. Общее количество эмульгатора предпочтительно составляет приблизительно 2-6 мас.%. Эти количества рассчитывали относительно массы конечного эмульсионного или суспензионного продукта.
Фиксирующий агент согласно изобретению можно применять для фиксации порошкообразного удобрения на поверхностях семян растений. Благодаря составу и структуре этого агента согласно изобретению прилипание такого порошка к семени и его удерживание на поверхностях семян реализуются наилучшим образом. Обсуждаемый агент может содержать также полимеры, применяемые обычно в покрытиях семян в качестве фиксирующих агентов. Эти полимеры уже упоминались в описании уровня техники.
Количество фиксирующего агента, требуемое для фиксации желаемого количества порошкообразного удобрения на поверхности семени, зависит от размера семян, подлежащих поверхностной обработке, и типа их поверхности, причем эти параметры специфичны для каждого вида растений. Предпочтительно, чтобы фиксирующий агент применяли в количестве 0,5-5 мас. ч. на 100 мас. ч. семян.
Согласно изобретению, предлагается также способ приготовления фиксирующего агента в виде ламеллярной эмульсии или суспензии типа масло/вода, которая содержит воду, текучий побочный продукт переработки растительного сырья или ферментации, или сироп, масло и эмульгаторы. Способ по изобретению включает в себя следующие этапы:
i) формируют водную фазу, которая содержит воду и текучий побочный продукт переработки растительного сырья или ферментации, или сироп,
ii) формируют масляную фазу, которая содержит масло и эмульгаторы,
iii) к масляной фазе добавляют водный раствор, чтобы получить эмульсию или суспензию типа вода/масло,
iv) часть указанной водной фазы добавляют к указанной эмульсии или суспензии типа вода/масло для получения инвертированной эмульсии или суспензии типа масло/вода и
v) эмульсию или суспензию, полученную на этапе iv), смешивают с остатком водной фазы для формирования желаемой эмульсии или суспензии.
Предпочтительно, чтобы способ согласно изобретению содержал дополнительный этап, на котором
vi) к эмульсии или суспензии, полученной на этапе v), добавляют стабилизирующий агент.
Если в фиксирующий агент желательно ввести консервирующее вещество, это вещество добавляют к указанной водной фазе.
Водный раствор, добавленный на этапе iii), может быть преимущественно водой или частью указанной водной фазы. Добавление указанного водного раствора можно проводить при энергичном взбалтывании посредством, например, инжекционного насоса или гомогенизатора, в частности, на основе ультразвуковой технологии или технологии механического эмульгирования. Количество указанного водного раствора при расчете, исходящем из массы конечного эмульсионного или суспензионного продукта, может составлять 2-10 мас.%. На этапе iii) температура масляной фазы может равняться 30-50°С, предпочтительно 40°С, а температура водного раствора может превышать эти значения, составляя предпочтительно 35-55°С.
На этапе iv) водную фазу добавляют в таком количестве, чтобы в эмульсии или суспензии вода/масло происходил фазовый переход к типу масло/вода. В этом случае предпочтительно, чтобы количество добавленной водной фазы было равно количеству масляной фазы или превышало это количество. Температура может составлять 30-50°С, предпочтительно 37-45°С. Особо предпочтительным является значение, приблизительно равное 40°С.
При реализации способа согласно изобретению формирование слоев вода-масло обеспечивается двумя этапами: приготовлением эмульсии или суспензии типа вода/масло и инвертированием полученного продукта в тип масло/вода. В этом случае конечная эмульсия или суспензия относится к типу масло/вода, в котором водная фаза является главным компонентом в среде, где слоистые структуры масло/вода эмульгируются, формируя ламеллярные структуры. Для стабильности продукта существенно, чтобы образовывались слои водная фаза - масляная фаза. Полученный продукт характеризуется тем, что с помощью эмульгаторов вода связывается также и с границами раздела, сформированными маслом и водой. Он отлично прилипает к поверхностям, предназначенным для нанесения покрытия.
Осуществление изобретения
Пример 1
Приготовление эмульсии масло/вода, содержащей патоку
А. Отмеряют количество воды, равное 37 мас.% суммарной массы приготовляемой партии продукта. Консервирующее вещество (сорбат калия) в количестве 0,3 мас.% суммарной массы смешивают с водой, 4 мас.% этой водной смеси отделяют для последующего применения (см. пункт Г).
Б. Приготавливают водную фазу, нагревая водную смесь, приготовленную на этапе А, до 50°С и добавляя патоку, находящуюся при комнатной температуре (Т=15-45°С, предпочтительно 35°С), в количестве 50 мас.% суммарной массы. Смесь гомогенизируют посредством циркуляции.
В. Приготавливают масляную фазу, помещая в отдельный сосуд белое масло в количестве 10 мас.% суммарной массы приготовляемой партии продукта. Указанное масло представляет собой бесцветное, не имеющее запаха, каталитически гидроизомеризованное и депарафинированное масло, содержащее в изопарафинах гидрогенезирированные высокие углеводороды. К маслу добавляют следующие поверхностно-активные компоненты:
липофильный эмульгатор (величина ГЛБ приблизительно 4) в количестве 1 мас.% суммарной массы и
гидрофильный эмульгатор (величина ГЛБ приблизительно 15) в количестве 3 мас.% суммарной массы.
Масло и эмульгаторы перемешивают при 40°С до получения гомогенного состояния.
Г. Водную смесь, приготовленную на этапе А (Т=45°С), добавляют к масляной фазе (Т=40°С). Количество этой водной смеси составляет 4 мас.% суммарной массы приготовляемой партии продукта. Указанное добавление проводят при энергичном взбалтывании посредством, например, инжекционного насоса или гомогенизатора на основе ультразвуковой технологии или технологии механического эмульгирования.
Д. Водную фазу, приготовленную на этапе Б, добавляют к масляной фазе, приготовленной на этапе Г, в таком количестве, чтобы в эмульсии вода/масло (В/М эмульсия) происходил фазовый переход к типу М/В. Этот фазовый переход проявляется в виде уменьшения вязкости после ее увеличения. Температура должна составлять 37-50°С, предпочтительно 40°С. Водная фаза, приготовленная на этапе Б, требуется, по меньшей мере, в том же количестве, что и масляная фаза, приготовленная на этапе В.
Е. Эмульсию типа М/В, приготовленную на этапе Д, добавляют к остающейся водной фазе, приготовленной на этапе Б, посредством осторожной циркуляции, избегая излишнего изменения энергии.
Ж. В заключение добавляют фосфорную кислоту в количестве 0,3 мас.% суммарной массы. Кислоту сначала разбавляют в порции чистой воды (учитываемой в общем количестве воды) и осторожно перемешивают посредством циркуляции. Следует избегать избытка энергии. Например, если нужно приготовить партию объемом 1000 л, 3 л кислоты разбавляют в 10 л воды.
Продукт, приготовленный описанным выше образом, предназначен, в частности, для применения в качестве связующего покрытия для удовлетворения потребности в покрытиях для зерновых семян. Сырьевой материал продукта тщательно выбирали с учетом требований чистоты и биологического разложения, предъявляемых к сельскохозяйственной и пищевой (трофической) цепи.
Продукт пригоден для нанесения посредством распыления.
Срок годности: при 4-22°С минимум 6 месяцев.
Пример 2
Приготовление эмульсии масло/вода, содержащей патоку
Масляная фаза уже содержит эмульгаторы и 4 мас.% воды. В этом случае продукт проявляет умеренную стойкость к температурам замораживания и легко сохраняется.
Водную фазу приготавливают добавлением к воде сорбата калия в количестве 0,3 мас.% и патоки (Т=40°С).
Часть этой водной фазы нагревают до температуры, превышающей температуру масляной фазы, причем достаточной разницей является приблизительно 5°С. В объемных единицах количество нагретой водной фазы должно быть, по меньшей мере, равно количеству масляной фазы.
Теплую водную фазу эмульгируют в масляную фазу в таком количестве, чтобы произошел фазовый переход к М/В типу, при этом во время добавления водной фазы вязкость после повышения начинает уменьшаться.
Эмульсию типа М/В после легкого взбалтывания можно добавить к остатку водной фазы (смесь воды и патоки).
В заключение добавляют фосфорную кислоту в количестве 0,3 мас.%, разбавленную водой в пропорции 3/10. Использованную для этого воду учитывают в общем количестве воды. Проводят перемешивание, применяя осторожную циркуляцию.
Пример 3
Воздействие патоки, добавленной к эмульсии масло/вода, на всхожесть семян пшеницы
При применении эмульсии масло/вода для поверхностной обработки семени воздействие количества патоки, присутствующей в указанной эмульсии, на всхожесть семян пшеницы изучали посредством испытаний на всхожесть. Эти испытания проводили на полевых почвах, обрабатывая семена эмульсиями, содержащими патоку, воду и масло в различных пропорциях.
Для целей испытания согласно процедуре, которая описана в примере 1, приготовили набор эмульсий масло/вода, содержащих патоку. Каждая эмульсия содержала 25 объемных (о/о) % биологически разлагаемого масла и, кроме того, такое количество патоки, чтобы отношение объемов воды/масла и патоки в полностью приготовленных эмульсиях составляло 4:0, 3:1, 2:2, 1:3 и 0:4.
Для нанесения эмульсии на поверхности семян семена обрабатывали в серийном испытательном устройстве (Hege) для протравливания семян. Из каждой партии семян с обработанной поверхностью 4×100 семян для их прорастания посеяли на глубину 4 см в 1-литровых пластиковых горшках, наполненных полевой почвой. Функцию контроля выполняли 100 необработанных семян, посеянных подобным же образом. Для поддерживания постоянной влажности почвы каждый горшок увлажняли через фиксированные интервалы времени. Через 11 дней после посева определили процент всхожести (появления всходов), используя стандарт 5.4.А.3, установленный ISTA (International Seed Testing Association). Воздействие количества патоки в нанесенной на поверхность семян эмульсии масло/вода на всхожесть семян пшеницы показано в таблице 1.
Воздействие отношения вода/масло к патоке в смеси этих компонентов на всхожесть семян пшеницы; данные представлены в форме таблицы
Полученные результаты показывают, что добавление патоки к эмульсии масло/вода в существенной степени способствует всхожести пшеницы. Далее, используя эмульсии согласно примеру, исследовали прилипание порошкообразного удобрения к поверхностям семян. Эмульсия патока/масло/вода фиксировала указанный порошок однородным образом и лучше, чем простая эмульсия масло/вода, причем улучшилось техническое качество.
Пример 4
Воздействие патоки, добавленной к эмульсии масло/вода, на прилипание порошкообразного удобрения к семенам и на его удерживание на семенах
Для целей испытания приготовили набор растворов патока-вода и эмульсий масло-вода. Эмульсии приготавливали согласно процедуре, описанной в примере 1. Соотношение объемов масло/вода в эмульсиях составляло 1:3.
Зерна ячменя обработали фиксирующими агентами так, как это описано в примере 3. После указанной обработки зерна покрыли монокалийфосфатом (МКФ). Количества увлажнителя и МКФ составляли соответственно 2% и 8% массы зерен. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Полученный результат показывает, что добавление патоки к эмульсии масло/вода существенно улучшает удерживание порошкообразного удобрения на поверхности семян.
Литература
Heydecker W., Coolbear P. (1977). Seed treatments for improved performance - survey and attempted prognosis. Seed Sci. and Technol. 5, pp.353-425.
Rebafka F. - P., Batino A., Marschner H. (1993). Phosphorus seed coating increases phosphorus uptake, early growth and yield of pearl millet (Pennisetum glaucum (L). R. Br.) grown on an acid sandy soil in Niger, West Africa. Fert. Res. 35, pp.151-160.
Scott J.M. (1975). Effects of seed coating on establishment. N.Z.Journal of Agricultural Research 18, pp.59-67.
Scott J.M., Jessop R.S., Steer R.J., Mclachlan G.D. (1987). Effect of nutrient seed coating on the emergence of wheat and oats. Pert. Res.14, pp.205-217.
International Seed Testing Association (ISTA). (1996). Seed Sci. & Technol. 24, Supplement. International Rules for seed testing. Zurich, Switzerland.
Изобретение относится к фиксирующему агенту в виде ламеллярной эмульсии или суспензии типа масло/вода, в которой водная фаза является главным компонентом. Фиксирующий агент содержит водную фазу в количестве 50-95 мас.% и масляную фазу в количестве 5-50 мас.%. Водная фаза содержит воду и текучий побочный продукт переработки растительного сырья или ферментации, или сироп. Масляная фаза содержит масло и эмульгаторы. Эмульсию или суспензию приготавливают добавлением водного раствора к масляной фазе, чтобы получить эмульсию или суспензию типа вода/масло. После этого добавляют часть водной фазы, чтобы получить инвертированную эмульсию или суспензию типа масло/вода. После чего смешивают указанную эмульсию или суспензию типа масло/вода с остатком водной фазы. Использование изобретения позволит улучшить удерживание порошкообразного удобрения на поверхности семян. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 табл.
i) формируют водную фазу, которая содержит воду и текучий побочный продукт переработки растительного сырья или ферментации, или сироп,
ii) формируют масляную фазу, которая содержит масло и эмульгаторы,
iii) к масляной фазе добавляют водный раствор, чтобы получить эмульсию или суспензию типа вода/масло,
iv) часть указанной водной фазы добавляют к указанной эмульсии или суспензии типа вода/масло, чтобы получить инвертированную эмульсию или суспензию типа масло/вода, и
v) эмульсию или суспензию, полученную на этапе iv), смешивают с остатком водной фазы, чтобы сформировать желаемую эмульсию или суспензию, причем фиксирующий агент содержит водную фазу в количестве 50-95 мас.% и масляную фазу в количестве 5-50 мас.%.
vi) к эмульсии или суспензии, полученной на этапе (v), добавляют стабилизирующий агент.
| US 4761423 A1, 02.08.1988 | |||
| СОСТАВ ДЛЯ ДРАЖИРОВАНИЯ СЕМЯН САХАРНОЙ СВЕКЛЫ | 0 |
|
SU354832A1 |
| ЖИТКОВ С.П | |||
| и др | |||
| Подготовка семян к посеву | |||
| - Лениздат, 1967, с.42-46 | |||
| Способ обработки семян перед посевом | 1990 |
|
SU1743410A1 |
