ДИСПЕРСНОЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ПЕРЕНОСА МАСЛА (ВАРИАНТЫ), КОМПОЗИЦИЯ, ЕГО СОДЕРЖАЩАЯ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ ЭМУЛЬСИИ, СОДЕРЖАЩЕЙ УКАЗАННОЕ ДИСПЕРСНОЕ ВЕЩЕСТВО, И СПОСОБ ОБРАБОТКИ РАСТЕНИЙ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
DISPERSIVE SUBSTANCE FOR OIL TRANSMISSION (VERSIONS), COMPOSITION CONTAINING IT, METHOD FOR PRODUCING ANTIBACTERIAL EMULSION CONTAINING SAID DISPERSIVE SUBSTANCE, AND METHOD OF PLANT TREATMENT WITH ITS USE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к масляным дисперсным продуктам для использования, среди прочего, в сельском хозяйстве.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ссылки, которые рассматриваются как релевантные в качестве уровня техники для раскрытой сущности, перечислены ниже:
- опубликованная японская патентная заявка № JP 2010150178;
- опубликованная международная патентная заявка № WO 04034791;
Подтверждение вышеприведенных ссылок в настоящем документе не подразумевает того, что они в любом случае относятся к патентоспособности раскрытой в настоящем документе сущности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Абсорбция масла на частицах для получения масляного порошка была описана, например в опубликованной японской патентной заявке № JP 2010150178. В соответствии с этой публикацией предлагается противобактериальный функциональный порошок, состоящий из пористого углекислого кальция и эфирного масла.
В дополнение к этому, опубликованная международная патентная заявка № WO 04034791 описывает композицию с управляемым высвобождением, включающую в себя эфирное масло, имеющее пестицидные и/или фунгицидные свойства, поддерживающий материал для нее, а также средство для управления высвобождением эфирного масла из поддерживающего материала. Эта композиция имеет форму легкосыпучего порошка. Поддерживающий материал может быть, например, порошковым материалом, который способен к абсорбированию эфирного масла в такой степени, что получаемая смесь имеет форму легкосыпучего порошка, таким как глины и кремнеземы, целиты и цеолиты. Средство для управления высвобождением эфирного масла из поддерживающего материала является высокомолекулярным воском с низкой температурой плавления или твердым веществом, которое смешивается с поддерживающим материалом.
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение предлагает, в соответствии с его самым широким аспектом, дисперсное вещество, включающие в себя частицы, несущие по существу сухую комбинацию компонентов, включающих в себя по меньшей мере одно натуральное масло и по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, выбираемых таким образом, что при контакте с водой формируется эмульсия масла в воде. Предпочтительно эмульсия масла в воде является устойчивой эмульсией без разделения фаз в течение по меньшей мере 24 часов с ее приготовления.
Настоящее изобретение также предлагает композицию, включающую в себя дисперсное вещество, определенное в настоящем документе. Эта композиция включает в себя, в дополнение к дисперсному веществу, любой адъювант, добавку, инертный наполнитель и т.д., являющийся подходящим и выбранный в соответствии с предполагаемым применением. Например, дополнительный компонент может быть компонентом, требуемым для облегчения использования дисперсного вещества в сельском хозяйстве.
Дисперсное вещество могут включить в себя единственный класс частиц, имеющих одно или более натуральное (например эфирное) масло, переносимое на одних и тех же частицах, или комбинацию классов, а именно один класс частиц, переносящих один тип или одну группу масел, и по меньшей мере один другой класс частиц, переносящих другой тип или другую группу масел, при этом оба типа классов дополнительно обсуждаются ниже.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одно натуральное масло характеризуется антибактериальной активностью.
Следовательно, настоящее изобретение также предлагает использование определенного в настоящем документе дисперсного вещества для приготовления антибактериальной эмульсии.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ производства антибактериальной эмульсии, включающий в себя смешивание дисперсного вещества с водным раствором для формирования упомянутой антибактериальной эмульсии.
Наконец, настоящее изобретение предлагает способ обработки растения, включающий в себя смешивание дисперсного вещества с водным раствором для формирования эмульсии; и нанесение упомянутой эмульсии по меньшей мере на часть растения или на почву, окружающую это растение.
При требовании антибактериальной активности эмульсия может комбинироваться или использоваться в комбинации с другими бактерицидными добавками, известными в данной области техники.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение основано на разработке дисперсного материала, представляющего собой дисперсный носитель, абсорбирующий на себе функциональные масла таким образом, что при контакте с водой или водными растворами формируется устойчивая эмульсия.
Таким образом, в его самом широком аспекте настоящее изобретение предлагает дисперсное вещество, включающее в себя частицы, несущие по существу сухую комбинацию компонентов, включающую в себя по меньшей мере одно масло и по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, причем компоненты выбираются таким образом, что при контакте с водой формируется эмульсия масла в воде.
В контексте настоящего изобретения термин "дисперсное вещество" используется для обозначения вещества в форме множества частиц. Частицы могут иметь любую форму, включая, без ограничений, от мелких круглых шариков до аморфных структур. Дисперсное вещество также включает в себя любую форму порошка.
2
В некоторых вариантах осуществления дисперсное вещество включает в себя диоксид кремния (SiO), упоминаемый в настоящем документе как кремнезем). Кремнезем может быть частицами природного кремнезема, такими как мелкие шарики бентонитовой глины, а также мелкими шариками синтетического кремнезема, известными в данной области техники.
В некоторых вариантах осуществления дисперсное вещество включает в себя синтетический кремнезем. Имеется множество видов синтетического кремнезема, которые могут использоваться в контексте настоящего изобретения. Например, дисперсное вещество может включать в себя осажденные синтетические мелкие шарики аморфной двуокиси кремния, такой как коммерчески доступные продукты Тиксосил и Аэросил 200.
В некоторых других вариантах осуществления дисперсное вещество включает в себя синтетические или натуральные мелкие шарики со способностью абсорбировать натуральные масла. Такие мелкие шарики могут включать в себя, не ограничиваясь этим, латексные мелкие шарики; частицы сорбирующего углекислого кальция; мелкие шарики целлюлозы; мелкие шарики адсорбирующего полистирола, например Amberlite XAD-2, который является абсорбирующей гидрофобной сшитой сополимерной полистирольной смолой; древесный уголь; мелкие шарики Sepharose™; мелкие шарики эмульсан-альгината; мелкие шарики хитозана; альгинат натрия; мелкие шарики из сополимера малеиновой кислоты и стирола и мелкие шарики из дивинилбензол-стирола; мелкие шарики из целлюлозной бумаги.
Для того чтобы обеспечить хорошее распределение получаемой эмульсии и в соответствии с некоторыми вариантами осуществления дисперсное вещество (частицы) имеет распределение размера в диапазоне от 10 до 25 мкм, иногда от 15 до 22 мкм.
2
2
2
Дисперсное вещество также может быть охарактеризовано, не ограничиваясь этим, площадью его поверхности, в некоторых вариантах осуществления дисперсное вещество имеет удельную поверхность (N) в диапазоне от 400 до 550 м/г, в среднем 500 м/г.
В некоторых дополнительных вариантах осуществления дисперсное вещество также может быть охарактеризовано, не ограничиваясь этим, его поглощением DBP. Поглощение DBP (поглощение DOA) является обычно используемым числовым значением, используемым для указания поглощающей способности наполнителей, и в настоящем изобретении указывает емкость дисперсного вещества по маслу. В некоторых вариантах осуществления DBP находится в диапазоне от 250 до 350 мл/100 г частиц, иногда от 280 до 320 мл/100 г.
Первый компонент представляет собой дисперсное вещество, которые удерживает одно или комбинацию натуральных масел. В контексте настоящего изобретения подразумевается, что "натуральное масло" охватывает любое органическое масло, полученное из природных источников.
Натуральное масло предпочтительно является маслом, полученным из растений. В некоторых вариантах осуществления натуральные масла являются эфирными маслами. Эфирные масла предпочтительно являются такими маслами, которые обладают антимикробными (например, антибактериальными) свойствами. В этом контексте антимикробные свойства эфирных масел должны пониматься как являющиеся эффективными против любого микробного патогена, как будет дополнительно обсуждено ниже.
Существует множество эфирных масел. Не ограничиваясь этим, эфирные масла, которые будут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены из растений Origanum vulgare и Origanum spp., (например орегано), Mentha spp. (мята), Thymus spp. (тимьян), Myrtus spp., Ocimun spp. (например Ocimun basilicum, также известный как базилик), Lavandula spp. (например лаванда), Micromeria spp., Coriandum spp. (например кориандр/петрушка), Aloysia spp., Melissa spp., Salvia spp., Petoselinum spp., Rosmarinus spp. (например розмарин), Prunella spp., Cuminum spp (например кумин).
В некоторых других вариантах осуществления натуральные масла являются полученными из растений маслами, которые используются в качестве источника углерода, например в качестве корма/питательного вещества для антагонистических микроорганизмов. Такие масла упоминаются в настоящем документе как "углеродистое масло" или "богатое углеродом питательное масло". В некоторых вариантах осуществления углеродистые масла являются растительными маслами. Не ограничиваясь этим, углеродистое масло выбирается из группы, состоящей из кунжутного масла, оливкового масла, арахисового масла, хлопкового масла, соевого масла, пальмового масла, подсолнечного масла, сафлорового масла, масла канолы, касторового масла, кокосового масла, арахисового масла.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления натуральное масло является комбинацией по меньшей мере одного эфирного масла и по меньшей мере одного углеродистого масла. Также термин "натуральное масло" должен пониматься как охватывающий как эфирное масло (масла), так и углеродистое масло (масла). Когда они присутствуют в комбинации, соотношение между по меньшей мере одним эфирным маслом и по меньшей мере одним углеродистым маслом находится в диапазоне от 60:40 до 100:0, и иногда приблизительно 80:20.
Когда используется комбинация масел, следует понимать, что они могут быть абсорбированы на дисперсном веществе вместе, то есть одно и то же дисперсное вещество удерживает более одного типа масла. В некоторых вариантах осуществления каждый тип масла удерживается отдельно на дисперсном веществе таким образом, что формируются различные типы дисперсного вещества, каждый из которых характеризуется типом масла, которое он удерживает.
Таким образом, при упоминании дисперсного вещества, обеспечивающего эфирное масло (например масло орегано) и углеродистое масло (например кунжутное масло) в отношении 80:20, оно должно пониматься либо как один класс дисперсного вещества, на котором два типа масла абсорбированы в указанной пропорции, либо как смесь двух классов дисперсного вещества, одного в количестве 80%, несущего только эфирное масло, такое как масло орегано, и другого в количестве 20%, несущего углеродистое масло, такое как кунжутное масло. Независимо от типа масла, дисперсное вещество в количестве от 20 мас. % до 50 мас. % его общего веса обеспечивается нанесенным на него маслом.
В некоторых вариантах осуществления натуральное масло включает в себя по меньшей мере масло орегано в комбинации по меньшей мере с одним углеродистым маслом. Масло орегано иногда комбинируется по меньшей мере с кунжутным маслом.
Количество натуральных масел, удерживаемых (абсорбированных) частицами, может меняться в зависимости от типа (типов) используемого натурального масла, величины загрузки, типа используемых частиц, условий загрузки натурального масла на дисперсное вещество, поверхностно-активных веществ и растворителей, используемых для загрузки и т.д.
Загрузка масла на частицы должна пониматься как любая форма ассоциации между маслом и частицами (например, частицами кремнезема). Не ограничиваясь этим, масло удерживается частицами путем абсорбции на частицах и/или в частицах. Ассоциация между частицами и маслом является обратимой, а именно при подходящих условиях, таких как контакт с водой, масло высвобождается из частиц с образованием эмульсии.
С этой целью настоящее изобретение предлагает также устойчивую эмульсию, обеспечиваемую упомянутым дисперсным веществом, включающим в себя частицы, по меньшей мере одно натуральное масло и по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество.
В некоторых вариантах осуществления частицы удерживают от 20 мас. % до 50 мас. % натурального масла от общего веса дисперсного вещества (после загрузки). Это определяется с помощью обычных методик, таких как высокоэффективная жидкостная хроматография (HPLC) или газовая хроматография (GC), что также иллюстрируется ниже. В некоторых других вариантах осуществления частицы удерживают приблизительно 30 мас. % натуральных масел, иногда от 25 мас. % до 35 мас. %, иногда от 28 мас. % до 32 мас. %, иногда приблизительно 30 мас. %.
Дисперсное вещество также включают в себя по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активное вещество является соединением, которое понижает поверхностное натяжение жидкости и по сути натяжение на границе раздела фаз между двумя жидкостями например для того, чтобы обеспечить формирование эмульсии. Авторами настоящего изобретения было найдено, как также показано в следующих неограничивающих примерах, что поверхностно-активное вещество является существенным для того, чтобы обеспечить устойчивую эмульсию, когда сухое дисперсное вещество контактирует с водой.
Поверхностно-активное вещество может быть любого вида, известного в данной области техники как безопасный для использования (например, нетоксичный для растений или животных) в сельском хозяйстве.
В некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество является неионогенным поверхностно-активным веществом, в частности подходящим для сельскохозяйственных применений.
Неограничивающий список возможных неионогенных поверхностно-активных веществ, которые будут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, включает полиэтиленгликольсорбитантриолеаты (Tween), такие как полиоксиэтиленсорбитантриолеат (Tween 85), полиоксиэтиленсорбитантристеарат (Tween 65), сложные эфиры сорбитана жирной кислоты, такие как сорбитанмонопальмитат (Span 40), этанолалкоксилат (BS1000).
В некоторых других вариантах осуществления поверхностно-активное вещество включает в себя соль жирной кислоты. Эта соль может включить в себя щелочные соли, такие как соли калия, кальция, натрия, а также соли аммония.
В некоторых вариантах осуществления соль жирной кислоты включает в себя калийные соли жирных кислот (также известные как мыльные соли), которые обычно используются в качестве инсектицидов, гербицидов, фунгицидов и/или альгицидов (они иногда рассматриваются как неионогенные поверхностно-активные вещества). В некоторых вариантах осуществления калийные соли жирных кислот могут быть получены путем добавления гидроксида калия к естественным жирным кислотам, таким как жирные кислоты, содержащиеся в животных жирах и в растительных маслах. Жирные кислоты могут быть извлечены из растительных источников, таких как маслины, семена хлопчатника, соевые бобы, арахис, подсолнечник, кокосовая пальма, рапс, кунжут, амарант, кукуруза, ятрофа.
Жирная кислота, формирующая поверхностно-активное вещество, также может быть синтетической жирной кислотой, а также полусинтетической жирной кислотой (например натуральной жирной кислотой, которая подверглась модификации).
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления поверхностно-активное вещество является поверхностно-активным веществом, известным или маркированным как обладающее фунгицидной и/или инсектицидной активностью. Не ограничиваясь этим, пестицидные и/или фунгицидные поверхностно-активные вещества могут включать в себя коммерческие продукты Zohar РТ-50 и Zohar LQ-215 производства компании Zohar Dalia, Израиль.
В одном конкретном варианте осуществления поверхностно-активное вещество выбирается из Zohar РТ-50 и Zohar LQ-215.
Составы этих поверхностно-активных веществ доступны от компании Zohar Dalia. Например, известно, что продукт Zohar РТ-50 имеет следующий состав:
Приведенные результаты показывают, что соль жирной кислоты, раскрытая в настоящем документе, имеет некоторое преимущество с точки зрения стабильности и/или эмульгирующих свойств порошка и антибактериальной активности перед другими известными поверхностно-активными веществами, такими как коммерчески известный Tween 20 или Tween 80.
Количество поверхностно-активного вещества может меняться. В некоторых вариантах осуществления дисперсное вещество включает в себя от 5 мас. % до 10 мас. % одного или комбинации поверхностно-активных веществ.
Дисперсное вещество имеет по существу сухую форму. Термин "по существу сухой" подразумевает, что дисперсное вещество либо является абсолютно сухим (при определении обычными способами), либо содержит малое количество воды, то есть не больше чем 10 мас. %. В некоторых других или дополнительных вариантах осуществления содержание воды в дисперсном веществе находится внутри диапазона от 1 мас. % до 7 мас. %.
Дисперсное вещество может также содержать некоторые следовые количества органического растворителя (растворителей).
Как будет дополнительно обсуждено ниже, раствор требуется для приготовления дисперсного вещества, и некоторое остаточное количество может остаться в получаемом дисперсном веществе. В некоторых вариантах осуществления дисперсное вещество включает в себя не более чем 5 мас. %, 4 мас. %, 3 мас. % или даже 2 мас. % органического растворителя. Растворитель является обычно органическим летучим полярным растворителем, таким как, не ограничиваясь этим, растворитель, выбираемый из группы, состоящей из ацетона, изопропилового спирта, ацетонитрила, этилового спирта и метанола.
В одном конкретном варианте осуществления растворитель является этиловым спиртом.
Дисперсное вещество является уникальным в своей способности формирования устойчивой эмульсии, когда дисперсное вещество контактирует с водой.
В контексте настоящего изобретения термин "устойчивая эмульсия" должен пониматься как относящийся к дисперсии масла (дисперсная фаза) в воде (дисперсионная среда), существующей в течение по меньшей мере 1 час, иногда по меньшей мере 2, 3, 4, 5 или даже 10 час после формирования эмульсии. Другими словами, стабильность определяется отсутствием видимого разделения на масляную фазу и водную фазу.
Без привязки к какой-либо конкретной теории позиция авторов настоящего изобретения заключается в том, что включение поверхностно-активного вещества в дисперсное вещество способствует стабильности сформированной эмульсии. Это также является очевидным из неограничивающих примеров, приведенных ниже, в которых использование калийных солей жирных кислот показало преимущество с точки зрения стабильности и безопасности перед другими типами коммерчески доступных поверхностно-активных веществ.
Для того, чтобы сформировать эмульсию, дисперсное вещество смешиваются с водой. Количество воды зависит от количества дисперсного вещества. В некоторых вариантах осуществления для каждого грамма дисперсного вещества (30% которого составляет масло) вода добавляется так, чтобы обеспечить один литр эмульсии. По сути, в 1 л эмульсии 0,1 г дисперсного вещества обеспечивает концентрацию масла, равную 0,03 об. %. В некоторых вариантах осуществления процент масла в конечной эмульсии находится в диапазоне от 0,03 об. % до 2 об. %.
В некоторых вариантах осуществления смешивание дисперсного вещества с водой образует эмульсию с размером капелек в диапазоне от 1 до 20 мкм, и в некоторых вариантах осуществления в диапазоне от 3 до 10 мкм.
В некоторых вариантах осуществления эмульсия является антибактериальной эмульсией.
Дисперсное вещество может использоваться в том виде, как оно есть, или в комбинации с другими ингредиентами для того, чтобы сформировать композицию, включающую в себя дисперсное вещество. Дополнительные ингредиенты могут зависеть от желаемого использования дисперсного вещества. Например, дисперсное вещество может быть скомбинировано с другими сухими порошками, включая антибактериально активные дополнительные сухие поверхностно-активные вещества.
В некоторых вариантах осуществления композиция может включать в себя единственный тип (класс) дисперсного вещества. В некоторых других вариантах осуществления дисперсное вещество может включать в себя комбинацию двух или более классов дисперсного вещества, каждый из которых отличается от других по меньшей мере типом абсорбированного эфирного масла. Композиция является сухой композицией, включающей в себя сухое дисперсное вещество.
Настоящее изобретение также предлагает способ производства антибактериальной эмульсии, включающий в себя смешивание дисперсного вещества или композиции, включающей в себя дисперсное вещество, с водным раствором для того, чтобы сформировать эмульсию, в частности устойчивую эмульсию. Сформированная таким образом эмульсия, среди прочего, характеризуется формированием капелек со средним размером в диапазоне от 3 до 10 мкм.
Настоящее изобретение также предлагает способ обработки растения, включающий в себя смешивание раскрытого в настоящем документе дисперсного вещества с водным раствором для формирования эмульсии и нанесение упомянутой эмульсии по меньшей мере на часть растения или на почву, окружающую это растение.
Нанесение эмульсии каким-либо образом может быть известно в сельском хозяйстве, включая, но не ограничиваясь этим, обрызгивание растений и ирригацию.
В некоторых других вариантах осуществления обработка может включать в себя нанесение на клубни растения, например обрызгивание клубней картофеля (иногда называемое низким обрызгиванием клубней).
Эмульсия может быть нанесена на растение в комбинации с другими активными веществами, такими как одна или более бактерицидных добавок. С этой целью дисперсное вещество смешивается по меньшей мере с одной бактерицидной добавкой до, во время, или после формирования эмульсии.
Получаемая эмульсия (с или без дополнительных активных веществ) может быть нанесена на растение один, два или более раз. Когда наносится больше чем одна доза, дозы могут наноситься с интервалом между нанесениями, который составляет от одного дня до более чем одного дня (два, три и более дней). Различные дозы могут быть одинаковыми или отличающимися.
ОПИСАНИЕ НЕОГРАНИЧИВАЮЩИХ ПРИМЕРОВ
Пример 1: Проверка антибактериального эффекта ароматических масел
Материалы и способы
Для того, чтобы проверить антибактериальный эффект эфирного масла, проводился следующий анализ.
Масло: орегано со следующими характеристиками: страна происхождения: Болгария; части растения: цветущее растение; способ культивирования: сертифицированный органический, способ экстракции: перегонка водяным паром.
Бактериальные штаммы: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella, Clavibacter и Xanthomonas campestris были получены из коллекции проф. Г. Крицмана, Израиль.
2
2
Мембранно-диффузионный способ: Бактерии выращивались в пробирках с питательным бульоном при температуре 27°С в течение 24 час. Бумажные диски (мембраны) стерилизовались в автоклаве для подготовки к мембранно-диффузионному способу. Каждый вид бактерий (100 мкл) помещался в чашки с питательным агаром (NA) и высушивался в течение 3-5 мин. Бумажные диски насыщались в 100%-ном эфирном масле орегано (20 мкл), а затем помещались на каждую чашку NA, только что покрытую бактериями. Для подтверждающего контроля использовался 3%-ный раствор НО, а для отрицательного контроля использовалась вода DI. Чашки инкубировались при температуре 27°С в течение 48 час. Зона ингибирования измерялась стандартной линейкой.
Результаты
Антибактериальный эффект коммерческого органического масла на бактериях приведен в Таблице 1 и показывает, что бактерии, обработанные маслом орегано, имеют большую зону ингибирования по сравнению с контрольными чашками.
Пример 2: Приготовление порошка эфирного масла
Материалы
Для того чтобы приготовить масляный порошок, использовались следующие материалы:
Натуральные масла:
Масло орегано 100% (эфирное масло) и кунжутное масло 100% (углеродистое масло), заказанные у компании Makes Scents Natural SPA line, г. Ланкастер, штат Пенсильвания, США.
Поверхностно-активные вещества:
Тимол, карвакрол, Tween 80, Tween 65, Tween PR85 и яичный лецитин, заказанные у компании Sigma-Aldrich.
Span 40, заказанный у компании Fluka, Израиль.
Zohar LQ-215 (соли жирных кислот и калия) и Zohar РТ-50 (соли жирных кислот и калия), заказанные у компании Zohar Dalia.
Мелкие шарики кремнезема:
2
Тиксосил (SiO), заказанный у компании Rhodia group.
2
Аэросил 200 и Sipernat 50S (SiO, 20 мкм), заказанные у компании Evonik Industries AG.
Растворитель:
Ацетон и ацетонитрил, заказанные у компании J.Т. Becker, изопропанол (IPA), заказанный у компании Gadot.
Способы
Приготовление порошка
Для производства в лабораторном масштабе порошки, содержащие натуральные масла, поверхностно-активные вещества и мелкие шарики кремнезема, были приготовлены с использованием обычного набора лабораторной стеклянной посуды, включающего в себя лабораторные бутылки размером 20-50 мл, шпатели, магнитные мешалки и нагревательные плитки. Обычно каждое натуральное масло взвешивалось и отдельно смешивалось с выбранным поверхностно-активным веществом в пузырьке емкостью 20 мл, в который был добавлен раствор. Смеси каждого масла смешивались и нагревались до температуры приблизительно 40°С до получения гомогенных растворов. К гомогенным растворам добавлялись мелкие шарики кремнезема до тех пор, пока вся жидкость не поглощалась мелкими шариками. Бутылки были оставлены на ночь под вытяжкой для испарения всего раствора.
Загрузка каждого масла в полученных сухих порошках составила от 30 до 42%. Сухие порошки содержали от 2 до 7% воды.
Соотношения всех ингредиентов для приготовления порошков приведены в Таблицах 2A-2D:
Для больших количеств использовались лабораторные электромеханические средства, подобные используемым в промышленности. Они включали в себя:
1. Вертикальную механическую мешалку постоянного тока Hsiangtai, оборудованную пропеллером;
2. Перистальтический насос 4,4 Carter, 4/6 кассетный стабилизатор давления и соответствующие трубы;
3. Смеситель для порошков Dynamic Exim емкостью 5 л, оборудованный ленточными смешивающими лопастями
4. Весы
5. Мензурки на 1-2 л и емкости на 1-3 л.
Приготовление включало в себя взвешивание и смешивание масла с поверхностно-активным веществом (веществами) в литровой мензурке, в которую при помешивании добавлялся изопропиловый спирт до тех пор, пока не получался гомогенный раствор. Мелкие шарики кремнезема (Sipernat 50 S) добавлялись в двухлитровую мензурку, в которую при помешивании (30 об/мин) медленно добавлялся гомогенный раствор (со скоростью 10 мл/мин) до тех пор, пока вся жидкость не была поглощена мелкими шариками.
Все соотношения ингредиентов для приготовления порошков приведены в Таблицах 3А и 3В. Поддерживалась загрузка масла в диапазоне приблизительно 30-42%.
В дополнение к этому, также были приготовлены смеси порошков (содержащие масло орегано и содержащие кунжутное масло). Более конкретно, 400 г состава ORG-34 (мелкие шарики, несущие масло орегано) было смешано со 100 г состава SES-35 (мелкие шарики, несущие кунжутное масло) в пятилитровом смесителе для порошков Dynamic Exim при 10 об/мин с получением смеси O&S-A.
Каждый тип порошка на основе масла высушивался в вакуум-сушильном шкафу при температуре 40°С в течение 24 час перед смешиванием их вместе.
В другом процессе 800 г состава ORG-38 было смешано с 200 г состава SES-39 в пятилитровом смесителе для порошков Dynamic Exim при 10 об/мин с получением смешанного состава мелких шариков O&S-B.
Порошки из смешанных шариков использовались в том виде, как они есть.
Определение параметров
Определение содержания воды в порошке
Содержание воды определялось с использованием титратора Карла Фишера Mettler Toledo DL-38 в соответствии со способом USP<921>.
Определение содержания изопропанола в порошке
Содержимое IPA было определялось с использованием анализа свободного пространства в соответствии со следующими параметрами:
Анализ масла орегано в сухом порошке с использованием HPLC
Профиль загрязнений определялся в соответствии со способом, описанным в публикации Н. Hajimehdipoor "A validated high performance liquid chromatography method for the analysis of thymol and carvacrol in Thymus vulgaris L. volatile oil" in Pharmacogn Mag. 2010 Jul-Sep; 6(23): 154-158 и принятый компанией SoluBest. С этой целью использовались колонка Nucleosil 100 С18 HD, 3 мкм, 150×3 мм и система HPLC Ultimate 3000 Dionex (Германия) с массивом фотодиодных детекторов (PDA), а также пакет программ Chromeleon версии 6.80. Подвижной фазой являлась смесь ацетонитрил: вода (50:50 по объему). Минимальное разрешение между пиками карвакрола и тимола составляло 1,5.
Титрованные растворы были приготовлены в двойном экземпляре следующим образом:
Приблизительно 3 мг тимола и 20 мг карвакрола были отвешены в мерную колбу емкостью 50 мл и растворены в 40 мл растворителей, а затем доведены до объема растворителем и перемешаны. Полученная концентрация титрованного раствора тимола составляла приблизительно 0,06 мг/мл, а титрованного раствора карвакрола - приблизительно 0,4 мг/мл.
Растворы образцов были приготовлены в двойном экземпляре следующим образом:
Приблизительно 7 0 мг порошкового образца были отвешены в мерную колбу емкостью 25 мл, а затем доведены до объема ацетоном и перемешаны.
Анализ кунжутного масла в составе с использованием газовой хроматографии
Кунжутное масло, абсорбированное на мелких шариках кремнезема, трансметилировалось в течение ночи с метанольным раствором HCl при температуре 60°С. Гептадекановая кислота, используемая в качестве внутреннего стандарта, добавлялась к мелким шарикам перед получением производных. Сложные метиловые эфиры жирных кислот экстрагировались гексаном и сушились над безводным сульфатом натрия перед анализом с помощью газовой хроматографии.
Калибровочные стандарты были приготовлены из различных концентраций кунжутного масла и чистых мелких шариков. Условия получения производных и количество внутреннего стандарта были теми же самыми, как описано для приготовления образца.
Количественный анализ кунжутного масла в мелких шариках выполнялся с использованием газового хроматографа Agilent 7890, оборудованного детектором FID. Соединения разделялись на капиллярной колонке DB-23.
Результаты
Для анализа масел орегано и кунжута использовались обычные аналитические способы высокоэффективной жидкостной хроматографии и газовой хроматографии.
Хроматограммы протестированных порошков показали, что никакого разложения масла (в соответствии с обычными маркерами, ароматическими соединениями тимол и карвакрол) во время приготовления и хранения порошка не произошло. Таблица 4 ниже показывает процент масла орегано и кунжутного масла, соответственно, в порошке на основе анализа ароматических соединений тимол и карвакрол с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Таблица 5 показывает процент кунжутного масла в составе, определенный с помощью газового хроматографа.
Измерение содержания воды с использованием титрования Карла Фишера показало, что порошок содержит 5-7% воды. Похоже, что источником воды является поверхностно-активное вещество Zohar РТ 50, которое содержит 50% воды.
Содержание IPA было определено с помощью точного анализа свободного пространства в газовом хроматографе и показано в Таблице 6.
Как можно видеть из Таблицы 6, количество IPA изменяется от 5 до 13%. Однако в поле составы были разбавлены по меньшей мере в 30 раз, и по сути содержание IPA было уменьшено до 0,17-0,43%, что является незначительным и весьма безопасным количеством.
Различные типы приготовленных сухих порошков показали стабильность после длительного срока хранения (более одного года). В дополнение к вышесказанному следует отметить, что у порошков имеется характерный запах. Составы на основе масла орегано имеют грязно-белый цвет, а порошки на основе кунжутного масла являются белыми.
При контакте с водой протестированные составы (ORG-28 и SES-2 9) немедленно образуют эмульсию, которая является стабильной в течение 24 час. Эмульсии состояли из капелек размером 3-10 мкм. Распыляемость эмульсий была хорошей, без закупорки фильтров.
Исследования безопасности в поле показали, что протестированные порошки на основе масла являются безопасными. Это определялось по присутствию (или отсутствию) ожогов на растениях, как определяется обычными параметрами фитотоксичности.
Кроме того, был определен длительный срок стабильности порошков (8 недель). В частности, порошки на основе масла орегано и на основе кунжутного масла были отдельно запечатаны в мешки из алюминиевой фольги и помещены в ускоренные условия хранения (40°С в течение 8 недель). Анализ масла орегано был проведен по двум главным составляющим - карвакролу и тимолу - в начале исследования стабильности (начальная точка) и после 8 недель с использованием способа ультрафиолетовой высокоэффективной жидкостной хроматографии. Полученные значения были нормализованы к количеству маркеров в чистом масле орегано.
Анализ кунжутного масла был проведен по двум главным составляющим - С16:0 и С18:0 - в начале исследования стабильности (начальная точка) и после 8 недель с использованием анализа GC-FID метилированных жирных кислот. Трансметилирование выполнялось с кислотным катализом (с МеОН/HCl) с использованием С17:0 в качестве внутреннего стандарта. Полученные значения были нормализованы к количеству маркеров в чистом кунжутном масле.
Никаких существенных изменений в обоих составах не было установлено: количество масла орегано и кунжутного масла было одинаковым до и после исследований стабильности.
Содержание воды определялось с использованием способа Карла Фишера. Количество воды уменьшилось на 42% после 8 недель хранения в ускоренных условиях в обоих составах.
Содержание изопропилового спирта определялось с использованием способа газовой хроматографии. Количество IPA уменьшилось на 36% после 8 недель хранения в ускоренных условиях в составе, содержащем масло орегано, но оно осталось постоянным в составе, содержащем кунжутное масло.
Без привязки к какой-либо конкретной теории, похоже, что емкости были негерметичными, и для того, чтобы уменьшить потери воды или IPA, емкости могут быть более герметично запечатаны.
Порошки, хранившиеся 8 недель при температуре 40°С, показали хорошую способность образовывать устойчивую эмульсию, аналогично первоначальным порошкам. Результаты измерений стабильности показаны в Таблице 7 ниже:
Пример 3: Повышение растворимости и антибактериальная активность с различными поверхностно-активными веществами
Для того, чтобы создать устойчивую эмульсию типа масло в воде, требуется поверхностно-активное вещество (эмульгатор) с гидрофильно-липофильным балансом (HLB), имеющим значение от 8 до 20. Таким образом, далее были протестированы два поверхностно-активных вещества: Tween 80, имеющее значение HLB 15, и калийные соли жирных кислот, извлеченных из пальмы, кокосового ореха, маслин, кастора (клещевины) и хлопчатника (олеат калия, имеющий значение HLB 20).
Было найдено, что с калийными солями жирных кислот отношение масла/поверхностно-активного вещества, требуемое для получения устойчивой эмульсии масла орегано, составляет 1:0,4, в то время как при использовании Tween 80 необходимое отношение масла/поверхностно-активного вещества составляет 1:1.
Корреляция между значениями HLB и способностью повышения растворимости каждого поверхностно-активного вещества была найдена для случая масла орегано, то есть лучшее повышение растворимости было с калийными солями жирных кислот. Изопропиловый спирт использовался в качестве вспомогательного вещества, которое также обеспечивает дополнительную стабильность эмульсии.
Для антибактериального эффекта несколько эмульгаторов были проверены с маслом орегано и кунжутным маслом в воде.
Протестированные эмульгаторы включали в себя: Tween 20; Tween 80; Triton X 100; Лецитин; SDS; стеарат натрия и калиевую соль жирной кислоты. Каждый из эмульгаторов был протестирован при следующих концентрациях (в процентах): 1; 5; 10; 15; 20 для смеси воды, содержащей 25% масла орегано и 5% кунжутного масла.
Определялась стабильность в течение первых 24 ч (то есть отсутствие разделения фаз) и антибактериальная активность каждой эмульсии. Антибактериальная активность определялась путем измерения зоны ингибирования 20 мкл эмульсии для следующих патогенных для растений бактерий: Clavi bacter; Xanthomonas и Streptomyces spp., путем распыления эмульсии на растения перца в качестве тестовых растений для определения наличия признаков фитотоксичности.
Результаты показали, что калийные соли жирных кислот были самым подходящим материалом для создания устойчивой эмульсии при 10%-ой концентрации; зона ингибирования калийной соли жирной кислоты была больше, чем для других протестированных эмульсий и не оказывала никакого фитотоксического действия на растения перца. Полученные данные (не показаны) четко продемонстрировали фитотоксичность на растениях перца, когда в качестве эмульгатора использовался Tween 20, Tween 80, Triton X100 или SDS, поскольку растения, опыленные такими эмульсиями, умерли, и оставались очень живыми, если их обрызгивали стеаратом натрия или калийной солью жирной кислоты.
В другом наборе экспериментов масло орегано и поверхностно-активное вещество были абсорбированы на мелких шариках кремнезема (с добавкой изопропилового спирта, как описано выше). Хорошие антибактериальные результаты были получены, когда 0,5% порошка на основе орегано было диспергировано в воде. Этот порошок содержал приблизительно 25% масла орегано и 10% эмульгатора из калиевых солей жирных кислот, а именно, концентрация 0,125% масла орегано в эмульсии была достаточно активной и нуждалась только в растворении 0,05% поверхностно-активного вещества из порошковой формы.
Неожиданно оказалось, что даже более низкая концентрация порошка была достаточной для того, чтобы обеспечить хорошую защиту сельскохозяйственных культур в вегетационном опыте. Только 0,2% порошка и следовательно 0,05% масла орегано было достаточно для диспергирования в воде (чтобы сформировать эмульсию), и при этом был показан превосходный и повторимый антибактериальный эффект для обработанных растений, которые при этом оставались абсолютно жизнеспособными по сравнению с зараженной, но необработанной контрольной группой.
Пример 4: Предпочтительный состав и приготовление порошка
Материалы и композиции
Масла: Кунжутное масло 100% (партия SPAline sicP1A11/01); масло орегано 100% (партия SPAline 0015181)
Поверхностно-активное вещество: Zohar РТ-50 (Zohar Dalia, партия 05511РМ1142);
2
частицы SiO: Sipernet 50S (20 мкм, Evonik Industries, партия 1462)
Спирт: Изопропанол (IPA, Gadot).
Состав:
Подготовка порошка
2
Сначала масло орегано и кунжутное масло были смешаны, и к ним был добавлен IPA до получения гомогенного раствора. К этому раствору при перемешивании было добавлено поверхностно-активное вещество до тех пор, пока не был получен невязкий гомогенный раствор. Этот раствор был распылен на порошок SiO, после чего перемешивание выполнялось с использованием маломощного оборудования до тех пор, пока вся жидкость не была абсорбирована, и продолжалось в течение дополнительного периода 15-30 мин. Затем порошок был размолот для измельчения агрегатов и просеян через сито с размером ячейки 1000 мкм. Для хранения мешок, содержащий порошок, был герметично запечатан и складирован. Хранение осуществлялось в течение по меньшей мере 2 лет при температуре 15-30°С.