一种含脲酶抑制剂的泡腾片及其制备方法

1.本发明涉及脲酶抑制剂制剂，尤其涉及一种含脲酶抑制剂的泡腾片及其制备方法。


背景技术：

2.农业中氮肥的大规模投入增加了世界范围内的作物产量，实现了全球农业生产与人口的快速增长，但盲目追求产量导致的氮肥不合理施用造成了活性氮向环境中的大量排放，导致了众多环境问题。尿素肥料具有许多优良特性，是我国肥料市场上最重要的固体氮肥，在农业生产中广泛应用。然而，尿素施入土壤后在土壤脲酶的作用下迅速水解生成氨气，尤其在表施情况下会导致更为严重的氨挥发，这使得尿素的肥料利用率仅为30％～40％。因此，如何减少氨气的挥发，提高氮肥利用率，是目前我国农业生产中所面对的一个重要问题。
3.脲酶抑制剂是延缓土壤中尿素水解，减少氨挥发的重要工具，同时作为一种肥料增效剂可以避免耕地板结，有效减轻气态氮氧化物释放等环境负效应。尿素施入土壤后的氨挥发程度与土壤脲酶活性有关，脲酶抑制剂通过降低脲酶的活性或者影响微生物等过程来直接抑制或延缓脲酶的形成，从而有效抑制尿素的水解及氨排放。其中脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺(nbpt)这种脲酶抑制剂目前在农业得到广泛应用并且作为商品在市场上流通，很多科学研究已经证明nbpt是一个高效、绿色的脲酶抑制剂。nbpt在有氧条件下转化为nbpto，与脲酶活性位点形成三齿键，进而减缓尿素水解，减少氨挥发，并且延缓了nh
4+-n的转化速率避免其大量累积，减少n2o排放。
4.脲酶抑制剂与含尿素的肥料的组合使用可以显著增加肥料的有效性并且对农作物产量和品质产生积极影响。目前可取的是将脲酶抑制剂结合到肥料颗粒中，将脲酶抑制剂以例如溶液形式施加到尿素颗粒或球粒上，或将脲酶抑制剂与肥料一起施用到土壤。这几种脲酶抑制剂应用形式的具体操作方法描述见美国专利no.5,352,265以及us2010/218575a1中。然而nbpt是粘性的蜡质化合物，对水和热敏感，并具有固体流动参数，这些不利于nbpt精确地直接计量到尿素肥料中。如果在农业生产中将脲酶抑制剂与肥料一起施用到土壤，为追求氮肥增效剂的高效，农户可能无法掌控用量，则会出现成本高昂的现象，难以达到在农业生产当中所求的经济实惠。nbpt非常难溶解于浓缩溶液中，为了将脲酶抑制剂制备成液体制剂进行施用，很多研究中已经尝试了多种溶剂混合物，例如美国专利5,364,438(使用n-甲基吡咯烷酮，nmp)；美国专利公开号2011/0233474(与四氢糠醇、pvp、nmp、甘油缩甲醛、丙二醇和/或水组合使用(s)-乳酸乙酯或碳酸亚丙酯)；还有ca专利公开2701995(使用水)。但是这些溶剂混合物中多含有有机溶剂，环境风险未知，对生产和运输有较严格的要求。进一步讲，也很难实现向市场的推广。泡腾片剂作为一种可精准计量用量的固体片剂，在使用过程中有利于小剂量药物的计量与添加。泡腾片剂具有特殊的崩解剂，其在冷水中即可迅速崩解，体积小，并且较其他剂型携带运输方便得多。有专利将泡腾片剂应用于农业中，例如已授权专利cn110692643b中，将除草剂剂制成泡腾片剂，已授权专利
cn108684681b中，将除螨剂也制成泡腾片剂。
5.但是，现在尚未有关于脲酶抑制剂泡腾片的报道，在一定程度上属于空白。nbpt密度小，并且是粘性的蜡质化合物，若直接制成泡腾片可能会导致其在水中形成絮状沉淀。另一方面，nbpt在酸性环境中可能会发生降解，泡腾片的原料可能包括润湿剂、分散剂、崩解剂、粘结剂等多组分，将脲酶抑制剂nbpt制备成泡腾片是否会导致其发生降解，从而减弱作其用效果目前也是未知。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的是提供一种含脲酶抑制剂的泡腾片及其制备方法，将脲酶抑制剂nbpt制成泡腾片剂，填补了市场空白。
7.本发明提供的一种含脲酶抑制剂的泡腾片，其由包括下述重量份的原料制成：脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂25～50份、酸源15～50份、碱源25～50份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。
8.优选地，含脲酶抑制剂的泡腾片，其由包括下述重量份的原料制成：脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂27份、酸源15～50份、碱源25～50份、润滑剂3～8份和粘结剂1～4份。
9.作为实例，所述含脲酶抑制剂的泡腾片由包括下述重量份的原料制成：脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂27份、酸源25份、碱源42份、润滑剂4份、粘结剂2份。
10.上述的含脲酶抑制剂的泡腾片中，制备所述脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂的原料可包括质量比为2：(3～15)的n-丁基硫代磷酰三胺和稀释剂，具体可包括质量比为2：8的n-丁基硫代磷酰三胺和稀释剂；
11.所述稀释剂可由液体稀释剂和固体稀释剂组成；
12.所述液体稀释剂可为丙二醇或二甲基亚砜；
13.所述固体稀释剂可为白炭黑、凹凸棒土或膨润土；
14.所述液体稀释剂与所述固体稀释剂的质量比可为3：(1～10)，具体可为3：5。
15.上述的含脲酶抑制剂的泡腾片中，所述酸源可为柠檬酸、富马酸、苹果酸或己二酸(优选柠檬酸)；
16.所述碱源可为碳酸氢钠、碳酸钠或碳酸钙(优选碳酸氢钠)。
17.上述的含脲酶抑制剂的泡腾片中，所述粘结剂可为聚乙烯吡咯烷酮、淀粉或糊精；具体地，所述聚乙烯吡咯烷酮以质量分数为30％的聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液形式添加。
18.上述的含脲酶抑制剂的泡腾片中，所述润滑剂可为聚乙二醇400、聚乙二醇6000、十二烷基硫酸钠或硬脂酸镁。
19.本发明提供的所述的含脲酶抑制剂的泡腾片的制备方法，包括如下步骤：
20.1)将所述脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂、所述酸源、所述碱源、所述润滑剂和所述粘结剂进行干燥处理；
21.2)将所述脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂与部分所述碱源、部分所述润滑剂混合，制备混合粉末a；
22.3)将剩余所述碱源、所述酸源、剩余所述润滑剂和所述粘结剂混合，制成混合粉末b；
23.4)将所述混合粉末a成型后加入所述混合粉末b进行压片以形成双层片，得到所述含脲酶抑制剂的泡腾片。
24.上述的制备方法中，制备所述脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂的步骤包括：将脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺溶解于所述液体稀释剂中，得到脲酶抑制剂溶液；将所述脲酶抑制剂溶液滴在所述固体稀释剂上制成粉剂，得到所述脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂。
25.上述的制备方法，步骤1)中，所述干燥可为干燥至含水率小于3％，如在60℃下烘干1h；
26.步骤2)中，所述部分碱源具体可为碱源总量的五分之三；
27.所述部分润滑剂具体可为润滑剂总量的二分之一；
28.步骤3)中，所述干燥可为干燥至含水率小于3％，如在60℃下烘干1h。
29.本发明还提供上述任一项所述的含脲酶抑制剂的泡腾片在作为氮肥助剂中的应用。
30.本发明进一步提供一种氮肥施用方法，包括如下步骤：将上述任一项所述的含脲酶抑制剂的泡腾片溶于水后加入氮肥制成混合溶液，滴灌至土壤中。
31.进一步地，所述的含脲酶抑制剂的泡腾片的施用量可折合为纯氮含量的2％～3％，如2％；
32.所述氮肥的施用量可为0.05～0.15g n/kg土，如0.1g n/kg土。
33.本发明具有如下有益效果：
34.(1)本发明将脲酶抑制剂nbpt制成泡腾片剂，填补了市场上无脲酶抑制剂泡腾片的技术不足，具有极大的应用价值，同时保证nbpt在制备成泡腾片剂后，有效成分不降解、作用效果不下降。
35.(2)本发明制备脲酶抑制剂泡腾片的原料中，酸源和碱源对脲酶抑制剂稳定性起着重要的影响，只有在本发明范围时，才能获得最佳的脲酶抑制剂稳定性。在脲酶抑制剂nbpt长期储运过程中易分解，酸源、碱源配比不当会导致制成的nbpt泡腾片中nbpt快速分解。
36.(3)本发明制备脲酶抑制剂的泡腾片的原料中，所选用的润滑剂种类与用量不会对脲酶抑制剂的稳定性产生影响，同时添加润滑剂有助于泡腾片压片时，有效脱模，减小对压片机的损伤。润滑剂优选peg6000，选用peg6000作为润滑剂可以保证泡腾片具有最佳的稳定性，且可解决泡腾片在制片过程中因脱模困难造成的设备磨损。
37.(4)本发明中，制备脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂的稀释剂的选择将影响颗粒的稀释性、流动性，所选稀释剂如白炭黑可以在本发明原料配比下降低泡腾片的吸湿性。
附图说明
38.图1为实施例5中nbpt泡腾片对土壤氨排放(ppm)的影响。
具体实施方式
39.下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐
明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
40.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。所述百分比如无特殊说明均为质量百分比。
41.实施例1、制备含脲酶抑制剂的泡腾片
42.一、原料组成
43.脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂27份、一水合柠檬酸(酸源)25份、碳酸氢钠(碱源)42份、peg 6000(润滑剂)4份、30％的聚乙烯吡咯烷酮k30乙醇溶液(粘结剂)2份；
44.其中，n-丁基硫代磷酰三胺粉剂由包括质量比为2：5的n-丁基硫代磷酰三胺和稀释剂(丙二醇、白炭黑)的原料制成。
45.二、制备工艺
46.将脲酶抑制剂nbpt与丙二醇以质量比1：1.5的形式制备成液体a，液体a与固体稀释剂白炭黑以液体a与固体稀释剂的质量比为1：1制备成nbpt粉剂；即脲酶抑制剂nbpt原药与固体稀释剂的质量比为1：2.5；即液体稀释剂丙二醇：固体稀释剂白炭黑的质量比为3：5。
47.按照上述原料组成制备含硝化抑制剂的泡腾片，具体步骤如下：
48.1)将脲酶抑制剂n-丁基硫代磷酰三胺粉剂、酸源、碱源、润滑剂等所有样品在60℃烘干1h；
49.2)将脲酶抑制剂粉剂与部分碱源(占碱源总量的五分之三即25份碳酸氢钠)、润滑剂(占润滑剂总量的二分之一)混合，得到混合粉末a；
50.3)将剩余碱源(占总碱源的五分之二即17份碳酸氢钠)与酸源、润滑剂(剩余二分之一)、所有粘结剂混合，60℃烘干1h，得到混合粉末b；
51.4)将混合粉末a给一定压力成型，使用实验室所购jyp-15型手动压片机，在不开启加压油阀的前提下，压制，减少粉末间隙，初步定型。成型后不需取出片剂，在压片模具投料口处加入混合粉末b，开启加压油阀，给予片剂1～5mpa压力，保持10-20s，得到稳定性试验使用的泡腾片，记为处理1。
52.对比例1
53.脲酶抑制剂粉剂的制备：同实施例1。
54.按照实施例1中的原料组成制备含硝化抑制剂的泡腾片，仅将制备工艺调整至如下步骤：
55.1)取酸源、碱源与脲酶抑制剂粉剂，在空气湿度低于20％的环境下搅拌、研磨至混合均匀，并在60℃烘干1h；
56.2)将干燥后的混合物直接压片(开启加压油阀，给予片剂1ton压力，保持10s)，即得对照处理的泡腾片，记为对照1。
57.对比例2
58.脲酶抑制剂粉剂的制备：同实施例1。
59.按照实施例1中的原料组成制备含硝化抑制剂的泡腾片，仅将制备工艺调整至如下步骤：
60.1)取碱源与脲酶抑制剂粉剂，在空气湿度低于20％的环境下搅拌混合均匀；
61.2)在步骤1)混合物料中加入部分粘结剂(占粘结剂总量的二分之一)，制成碱粒，
在60℃烘干1h，烘干后碱粒筛分；
62.3)取全部酸源与剩余的粘合剂混合后，制成酸粒，在60℃烘干1h，烘干后酸粒筛分；
63.4)将步骤2)得到的碱粒、步骤3)得到的酸粒与润滑剂按组分混合；
64.6)将混合物按规格进行压片，即得稳定性试验使用的泡腾片，记为对照2。
65.对比例3
66.脲酶抑制剂粉剂的制备：同实施例1。
67.按照实施例1中的原料组成制备含硝化抑制剂的泡腾片，仅将制备工艺调整至如下步骤：
68.1)将脲酶抑制剂粉剂与部分碱源(占碱源总量的五分之三即25份碳酸氢钠)、部分润滑剂(占润滑剂总量的二分之一)，在空气湿度低于20％的环境下搅拌混合均匀；
69.2)在步骤1)混合物料中加入部分粘结剂(占粘结剂总量的二分之一)，制成碱粒，在60℃烘干1h，烘干后碱粒筛分；
70.3)取全部酸源与剩余的碱源、粘合剂、润滑剂混合后，制成酸粒，在60℃烘干1h，烘干后酸粒筛分；
71.4)按配方加入碱粒，给其一定压力，成型使用实验室所购jyp-15型手动压片机，在不开启加压油阀的前提下，压制，减少粉末间隙，初步定型；
72.5)成型后，不需取出片剂，在压片模具投料口处加入混合粉末b，开启加压油阀，给予片剂1～5mpa压力，保持10-20s，得到稳定性试验使用的泡腾片，即得稳定性试验使用的泡腾片，记为对照3。
73.将不同工艺制备的泡腾片于20℃恒温培养箱中储存，定期使用液相色谱法测定nbpt含量。所有处理的nbpt泡腾片中nbpt含量均为5.5％。
74.泡腾片中nbpt含量根据农业行业标准ny/t 3038-2016测定方法进行略微修改后进行。根据专利的配方用量制备5g-10g重量的泡腾片样品，将试样于200ml水中崩解，室温180r/min震荡30min，定容至500ml，过0.45μm滤膜待测。将试样溶液或稀释液与nbpt系列标准溶液在相同条件下测定，在标准曲线上查出相应的质量浓度(mg/l)。标准系列溶液质量浓度为：0mg/l、10mg/l、25mg/l、50mg/l、75mg/l、100mg/l。
75.色谱柱：lb-c18，5μm，250mm
×
4.6mm
76.流动相：乙腈+水＝25+75；
77.流速：1ml/min
78.柱温：室温
79.进样量：20μl
80.泡腾片中nbpt含量以质量分数ω计：
[0081][0082]
ρ：标准曲线查出的试样nbpt质量浓度(mg/l)
[0083]
v：试样溶液总体积(ml)
[0084]
d：测定时的稀释倍数
[0085]
m：泡腾片总重量(g)
[0086]
泡腾片含量的变化情况以变化率λ计：
[0087][0088]
ω0为泡腾片中nbpt初始含量，ωi为储存一段时间后第i次取样，泡腾片中nbpt含量。
[0089]
表1不同工艺制备的nbpt泡腾片中nbpt含量变化率随储存时间的变化
[0090][0091]
如表1所示，不同工艺制备的nbpt泡腾片，将严重影响长期储存过程中nbpt泡腾片中的nbpt含量，其中，实施例1工艺制备方案50d储存后，nbpt损失率仅为7.66％。在其他处理中，除了对照1，对比例2的nbpt含量在第12天之后就基本为0，对比例1的nbpt含量在第6天后就基本为0(由于测定存在误差，可能会导致nbpt含量超过100％)。
[0092]
实施例5、nbpt泡腾片应用对土壤氮素转化的影响
[0093]
试验方案：
[0094]
(1)将ph为7.2的土壤经风干并过2mm筛备用，称取50g风干土并调整含水量至60％wfps，25℃下进行土壤培养试验；
[0095]
(2)使用nbpt、nbpt泡腾片、泡腾片助剂配置成溶液处理土壤，nbpt泡腾片添加量折合为纯氮含量的2％。肥料以尿素溶液形式加入，添加量为0.1g n/kg土。共有4个处理：空白(ck)、nbpt、nbpt泡腾片、泡腾片助剂。其中：
[0096]
ck处理：仅添加尿素；
[0097]
nbpt处理：nbpt原药+尿素，于水中溶解制成混合溶液；
[0098]
nbpt泡腾片处理：使用前期筛选的最优选方案(实施例1)压制nbpt泡腾片，后将泡腾片模拟泡腾片在滴灌体系的应用方法，将0.5g泡腾片于100ml水中完全崩解，加入尿素，制成混合溶液；
[0099]
泡腾片助剂处理：根据前期筛选的最优选方案，按照按量要求，使用除nbpt的其他组分，压制成泡腾片，于100ml水中完全崩解，加入尿素，制成混合溶液；
[0100]
(3)培养后的第1、3、5、10天破坏性取样，测定土壤中nh
4+
、no
3-含量、土壤ph值。
[0101]
表2nbpt泡腾片对土壤铵态氮含量(mg kg-1
)的影响
[0102][0103]
如表2所示，nbpt泡腾片可显著降低铵态氮在土壤中的含量，主要是由于抑制了酰
氨态氮向铵态氮的转化，整个培养周期与nbpt原药作用效果并无差异。培养至第10天，添加nbpt泡腾片处理的土壤中铵态氮含量为0.59mg kg-1
，而不添加nbpt的空白处理达到1.80mg kg-1
。
[0104]
如图1所示，培养10天后，各处理下的土壤氨排放达到峰值且不再发生显著变化。根据土壤氨排放的结果，与ck相比，使用nbpt泡腾片后土壤氨挥发显著减少，并且与nbpt原药处理后的土壤氨挥发结果没有显著差异。nbpt泡腾片对土壤氨排放的最大抑制率可达93.4％。
[0105]
表3nbpt泡腾片对土壤ph值的影响
[0106][0107]
由于脲酶抑制剂可以改变土壤中的氮循环，因此众多研究表明施用脲酶抑制剂在一定时间内可改变土壤ph。如表3所示，由于使用nbpt泡腾片后，土壤中酰氨态氮向铵态氮的转化速率减缓，因此在短期内土壤ph较ck相比下降。
[0108]
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本技术欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本技术中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。