新型植物源農(nóng)藥細(xì)辛精油乳油的研制

劉南南 王桂清

摘要：為明確細(xì)辛精油乳油制劑中有機(jī)溶劑、乳化劑的理想種類和乳油的最佳配方及配制技術(shù)，以細(xì)辛精油為原料，通過溶解度試驗(yàn)、親水親油值（HLB）測定、穩(wěn)定性試驗(yàn)和生物活性測定法，證明N-甲基吡咯烷酮和植物油乳化劑是細(xì)辛精油的理想有機(jī)溶劑和乳化劑，細(xì)辛精油乳油的配方為以1 000 mL計，其中，細(xì)辛精油250 mL，N-甲基吡咯烷酮675 mL，植物油乳化劑75 mL，制備特征是先將植物油乳化劑與N-甲基吡咯烷酮按比例混合均勻，再加入細(xì)辛精油。該細(xì)辛精油乳油的研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)尚無植物精油乳油制劑的空白，將滿足人們對綠色蔬菜和有機(jī)蔬菜的需求。

關(guān)鍵詞：細(xì)辛精油;N-甲基吡咯烷酮;植物油乳化劑;乳油;植物源農(nóng)藥

中圖分類號：S482.3+9 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0114-05

生物防治技術(shù)與產(chǎn)品已成為全球新型產(chǎn)業(yè)之一，具有廣闊前景。截至2016年底，我國生物農(nóng)藥有效成分登記超過90種，登記產(chǎn)品約3 000個，生物防治技術(shù)及產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)有害生物防控中份額已超過15%。遼細(xì)辛[北細(xì)辛，Asarum heterotropoides F. Schmidt var. mandshuricum（Maxim）Kitag.]為馬兜鈴科（Aristolochiaceae）細(xì)辛屬（Asarum Linn.）植物，是我國重要的中草藥，精油是其主要的活性成分。細(xì)辛精油具有很高的生物活性，殺蟲抑菌譜廣泛，作用方式多樣，靶標(biāo)位點(diǎn)豐富，具備研制開發(fā)成新型植物源農(nóng)藥的潛質(zhì)[1-9]。本研究以細(xì)辛精油為材料，探討其乳油制劑的配制方法，優(yōu)化其配方，為將其推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 菌種與試劑

1.1.1 菌種與培養(yǎng) 黃瓜灰霉病菌（Botrytis cinerea）由聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物病理實(shí)驗(yàn)室提供，該真菌經(jīng)馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）平板培養(yǎng)基、（25±1） ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d，備用。

1.1.2 試劑及配制 原藥：遼細(xì)辛精油，超臨界CO2法提取。 ?有機(jī)溶劑：二甲基亞砜，天津匯英化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，含量≥99.00%;乙酸乙酯，萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠生產(chǎn)，含量≥99.50%;無水乙醇，天津市登科化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，含量≥99.70%;石油醚，天津市登科化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，含量≥94.78%;N-甲基吡咯烷酮，天津市大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn)，含量≥99.00%;以上溶劑均為分析純。

乳化劑：植物油乳化劑（EL），聊城大學(xué)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn);乳化劑601，宜興市雙利化工有限公司生產(chǎn);乳化劑602，杭州市電化集團(tuán)助劑化工有限公司生產(chǎn);吐溫-80，鄭州化工試劑廠生產(chǎn)，含量≥97.00%;By-140，南京太化化工有限公司生產(chǎn)。

以上試劑無菌水配制終濃度為62.5、125.0、250.0、500.0、1 000.0 mg/L。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 抑菌試驗(yàn) 采用生長速率法[10]測定乳化劑、有機(jī)溶劑、混劑、乳油等對黃瓜灰霉病菌的抑制作用。制含藥培養(yǎng)基，菌餅直徑0.5 cm，每皿1塊，3次重復(fù)，（25±1） ℃光照培養(yǎng)。待對照菌落直徑達(dá)3 cm以上時，用十字交叉法測量菌落直徑，計算抑制生長率。

菌絲生長抑制率=（對照菌落生長直徑-處理菌落生長直徑）/對照菌落生長直徑×100%。

1.2.2 溶解度測定 根據(jù)2010版藥典[11]測定細(xì)辛精油在5種有機(jī)溶劑中的溶解度。若10 mL溶劑不能使1 mL細(xì)辛精油完全溶解，則該溶劑不適合配制乳油制劑，棄去。如果在某一溶劑中完全溶解時，則將其混合液放入0 ℃冰箱觀察分層和沉淀產(chǎn)生情況。根據(jù)下式計算溶解度，根據(jù)溶解度大小，篩選出合適的單一溶劑。

溶解度=精油的體積（mL）/所用溶劑的體積 （mL）×100%。

1.2.3 分散性測定 參考吳學(xué)民等的方法[12]測定“1.1.2”節(jié)5種單一乳化劑的分散性，以及N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑按不同比例（79 ∶ 1、39 ∶ 1、19 ∶ 1、9 ∶ 1、4 ∶ 1、1 ∶ 1）進(jìn)行復(fù)配后混合物的分散性。

1.2.4 乳油配方篩選 根據(jù)有機(jī)溶劑和乳化劑的合適配比，將其與細(xì)辛精油按比例配制成乳油配方，進(jìn)行抑菌試驗(yàn)，選出增效最強(qiáng)的配制比例。

1.2.5 穩(wěn)定性測定 標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性測定：參照GB/T 1603—2001《農(nóng)藥乳液穩(wěn)定性測定方法》，將配好的0.5 mL乳油逐滴加入盛有100 mL 342 g/L標(biāo)準(zhǔn)硬水的具塞量筒中，上下顛倒30次后將量筒放到（30±2） ℃的水浴鍋中，靜止1 h后無浮油、浮膏和沉淀為合格。

低溫穩(wěn)定性測定：參照GB/T 19137—2003《農(nóng)藥低溫穩(wěn)定性測定方法》，取80 mL配好的乳油置于100 mL燒杯中，0 ℃ 保持1 h，觀察有無固體或油狀物析出變化。繼續(xù)在（0±2） ℃的冰水浴中放置7 d，800 r/min離心15 min，計算沉淀物體積。

熱貯穩(wěn)定性測定：參照GB/T 19136—2003《農(nóng)藥熱貯穩(wěn)定性測定方法》，將配好的乳油10 g密封于具塞試管中，3次重復(fù)，冷卻至室溫稱質(zhì)量。將封好的樣品放到（54±2） ℃恒溫箱中放置14 d。取出，將外面擦凈后稱質(zhì)量，質(zhì)量未發(fā)生變化的試樣，于24 h內(nèi)測定含量。以熱貯前測定的含量作為對照計算分解率，熱貯分解率≤5%為合格。

熱貯分解率=[（熱貯前含量-熱貯后含量）/熱貯前含量]×100%。

1.2.6 藥效對比試驗(yàn) 供試試劑：細(xì)辛精油EC（乳油），4種農(nóng)藥（2.0×109億孢子/g蠟質(zhì)芽孢桿菌WP（可濕性粉劑）、0.3%苦參堿水劑、50%福美雙WP、10.3%霜霉立克EC（10%的霜氰唑和0.3%的丁子香酚）等。

供試靶標(biāo)：黃瓜灰霉病菌。

試驗(yàn)方法：生長速率法，同“1.2.1”節(jié)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)線性回歸由SPSS 13.0完成;差異顯著性分析依據(jù)Duncans新復(fù)極差法，由DPSv13.0專業(yè)版完成。并利用Wadley法[13]計算復(fù)配組合增效系數(shù)（SR），評價試劑復(fù)配增效影響因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)溶劑的篩選

2.1.1 有機(jī)溶劑的溶解度測定 在實(shí)驗(yàn)室測定了二甲基亞砜、石油醚、乙酸乙酯、無水乙醇、N-甲基吡咯烷酮等有機(jī)溶劑對細(xì)辛精油的溶解度，結(jié)果表明，二甲基亞砜和無水乙醇與細(xì)辛精油任意比互溶，且放置后無分層;乙酸乙酯和N-甲基吡咯烷酮與細(xì)辛精油1 ∶ 1溶解，溶解度為100%;而細(xì)辛精油在石油醚中難溶，搖動試管也不能完全溶解，放置一段時間后，出現(xiàn)明顯分層。

2.1.2 有機(jī)溶劑對黃瓜灰霉病菌的抑菌作用 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，采用生長速率法測定了5種有機(jī)溶劑對黃瓜灰霉病菌的抑制作用，結(jié)果見表1。

從表1可以看出，N-甲基吡咯烷酮的抑制中濃度EC50較低，為292.09 mg/L，而其他4種有機(jī)溶劑的EC50均超過了550 mg/L，說明N-甲基吡咯烷酮的抑制效果較好，即N-甲基吡咯烷酮是較理想的有機(jī)溶劑。

2.2 乳化劑的篩選

2.2.1 乳化劑分散性的測定 植物油乳化劑、吐溫-80、乳化劑601、乳化劑602、By-140等5種乳化劑以及N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑混合試劑的分散性，結(jié)果見圖1。

從試驗(yàn)觀察過程和圖1可以得出，單一乳化劑的分散性不同，5種供試乳化劑的分散性依次為植物油乳化劑>乳化劑601=乳化劑602>吐溫-80=By-140。植物油乳化劑逐滴加入即可分散溶解，乳化成乳白色液體，繼續(xù)觀察，溶液呈淡藍(lán)色熒光，分散性最好;乳化劑601和乳化劑602逐滴加入自動分散溶解，輕輕搖晃可呈霧狀散開，掛壁均勻，溶液透明，分散性較好;吐溫-80和By-140逐滴加入不會立刻分散溶解，輕輕搖動一段時間后分散溶解，溶液透明。分散性與乳化劑的親水親油（HLB）值有關(guān)，植物油乳化劑的HLB值為7～8，吐溫-80的為15，By-140為10～16，乳化劑601和乳化劑602為 12～16。相比較而言，植物油乳化劑的HLB值最小，說明植物油乳化劑的親油性較強(qiáng)，形成穩(wěn)定的乳狀分散，所以分散性最好，而另外4種乳化劑的HLB值較大，親水性較好，形成透明溶液，所以分散性沒有那么好。

N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑按不同比例混合，逐滴加入水中，呈絲狀分散開，輕輕搖動，溶解分散。且隨著植物油乳化劑所占比例的增加，熒光藍(lán)加強(qiáng)，乳化效果加強(qiáng)，分散性增強(qiáng)。

2.2.2 乳化劑對黃瓜灰霉病菌的抑菌作用 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，采用生長速率法測定了5種乳化劑對黃瓜灰霉病菌的抑制作用，在供試濃度下，植物油乳化劑、乳化劑601和乳化劑602等對黃瓜灰霉病菌表現(xiàn)出明顯的抑制作用，毒力效果見表2;而吐溫-80表現(xiàn)為促進(jìn)作用，By-140表現(xiàn)為高濃度（≥500 mg/L）促進(jìn)、低濃度（≤250 mg/L）抑制。因此吐溫-80和By-140對黃瓜灰霉病菌的毒力效果沒有計算。

2.3 有機(jī)溶劑和乳化劑的配比試驗(yàn)

N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑混合對黃瓜灰霉病菌的抑制作用，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑比例為1 ∶ 1、4 ∶ 1、9 ∶ 1時，EC50較低，分別為34.11、68.54、171.22 mg/L，且增效系數(shù)分別為7.218 5、4.084 4和 1.713 2，表現(xiàn)為增效作用;但乳油制劑要求，乳化劑的占比為8%～10%，所以1 ∶ 1、4 ∶ 1這2個配比不適合用于乳油制劑。當(dāng)比例為 19 ∶ 1、39 ∶ 1、79 ∶ 1時，EC50>760 mg/L，增效系數(shù)<0.4，表現(xiàn)出拮抗作用。說明N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑比例為9 ∶ 1時最為合適。

2.4 細(xì)辛精油乳油的配方篩選

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，以N-甲基吡咯烷酮為有機(jī)溶劑、以植物油乳化劑為乳化劑配制細(xì)辛精油乳油，采用生長速率法測定細(xì)辛精油含量分別為25.0%和12.5%的乳油對黃瓜灰霉病菌的抑制作用，結(jié)果見表4。

由表4可見，當(dāng)細(xì)辛精油含量為25.0%時的乳油對黃瓜灰霉病菌的抑制效果比較好，EC50均低于750 mg/L，而含12.5%細(xì)辛精油乳油對黃瓜灰霉病菌的抑制效果不理想，EC50高達(dá)3 409.66 mg/L，說明細(xì)辛精油含量為25.0%的乳油比較理想。比較細(xì)辛系數(shù)，當(dāng)N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑比例為9 ∶ 1時，表現(xiàn)為相加作用，說明含25.0%細(xì)辛精油的N-甲基吡咯烷酮與植物油乳化劑比例為9 ∶ 1的乳油配比為最優(yōu)。

2.5 乳油穩(wěn)定性測定

2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性測定 在實(shí)驗(yàn)室用恒溫水浴鍋在30 ℃下在硬水（CaCl、MgCl）中對所選理想乳油進(jìn)行1 h的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性測定，觀察結(jié)果為無浮油、浮膏和沉淀，乳油合格。說明CaCl與MgCl在水中的各種離子鍵（Ca2+、Mg2+、Cl-1）對乳化的各種分子鍵沒有破壞作用。

2.5.2 低溫穩(wěn)定性測定 在實(shí)驗(yàn)室0 ℃下對所選理想乳油進(jìn)行低溫穩(wěn)定性測定，結(jié)果觀察沒有任何析出物或沉淀，沒有顏色和狀態(tài)的變化，低溫穩(wěn)定性較好。本來各種單一乳化劑和有機(jī)溶劑以及細(xì)辛精油在低溫為合適的儲存方式，所以乳油在0 ℃低溫下，穩(wěn)定性也會比較好。

2.5.3 高溫穩(wěn)定性測定 在實(shí)驗(yàn)室用恒溫箱54 ℃進(jìn)行14 d的高溫穩(wěn)定性測定，熱貯前含量為6.336 1 g，熱貯后含量為6.024 8 g，熱貯分解率為4.913 1%，但能觀察到少許黑色沉淀物，說明經(jīng)過高溫穩(wěn)定性測定，乳油發(fā)生變化，但質(zhì)量變化不大，熱貯分解率≤5%，即高溫穩(wěn)定性較好。

2.5.4 穩(wěn)定性測定后的抑制作用 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，采用生長速率法測定穩(wěn)定性處理后乳油對黃瓜灰霉病菌的抑制作用，結(jié)果見表5。0 ℃貯藏后，EC50為298.89 mg/L，是處理前乳油EC50為238.82 mg/L的1.25倍，即低溫貯藏后，細(xì)辛精油乳油的藥效略有下降;54 ℃貯藏，EC50僅為4.58 mg/L，約為處理前的1/50，表明所配制的乳油高溫貯藏后藥效提高。

2.6 藥效對比試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室采用生長速率法比較篩選出的理想細(xì)辛精油乳油與較廣泛使用的殺菌劑（苦參堿、蠟質(zhì)芽孢桿菌、霜霉立克和福美雙）對黃瓜灰霉病菌的抑制作用，結(jié)果見表6。4種已經(jīng)推廣使用殺菌劑的EC50均低于220 mg/L，即對黃瓜灰霉病菌的抑制效果都比較理想。所配制的細(xì)辛精油乳油的EC50為238.82 mg/L與福美雙EC50為219.72 mg/L的抑制效果相當(dāng)，說明細(xì)辛精油乳油可以推廣應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

植物源農(nóng)藥來源于自然，殺菌譜廣，毒性小，不易產(chǎn)生藥害，對人畜健康危害小，并且有助于提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。細(xì)辛精油抑菌譜較廣，具有開發(fā)成植物源農(nóng)藥的價值。本研究以細(xì)辛精油為原料，通過溶解度、分散性、配比和穩(wěn)定性試驗(yàn)等優(yōu)化了其乳油配方：N-甲基吡咯烷酮、植物油乳化劑為最佳的有機(jī)溶劑和乳化劑，二者的最佳混合比為9 ∶ 1;最佳的細(xì)辛精油乳油配方為細(xì)辛精油 ∶ 有機(jī)溶劑 ∶ 乳化劑=10（25.0%） ∶ 27（67.5%） ∶ 3（7.5%）。所配細(xì)辛精油乳油的穩(wěn)定性較好，其對黃瓜灰霉病菌的抑制作用與50%的福美雙WP的抑制效果相當(dāng)。其制備方法特征是，先將植物油乳化劑與N-甲基吡咯烷酮按比例混合均勻，再加入細(xì)辛精油。該乳油的研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)尚無植物精油乳油制劑的空白，將滿足人們對綠色蔬菜和有機(jī)蔬菜的需求，推廣使用必將帶來巨大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

乳油是農(nóng)藥傳統(tǒng)的、常見的基本劑型之一，相較其他農(nóng)藥劑型而言，乳油具有諸多優(yōu)勢，工藝簡單，藥效高，施用方便，性質(zhì)較穩(wěn)定，便于長期儲存，防治效果較為理想。因而使農(nóng)藥乳油制劑產(chǎn)品在農(nóng)作物的防蟲和除草方面發(fā)揮出了良好的應(yīng)用價值，至今仍舊是我國及大多數(shù)發(fā)展中國家所使用的主要農(nóng)藥劑型之一，占制劑產(chǎn)量的50%[14]。

乳油由原藥、有機(jī)溶劑、乳化劑和其他成分組成，使用時直接加水稀釋。溶劑對原藥起溶解和稀釋作用，要求對原藥溶解度大，與原藥相容性好等。國際上有在農(nóng)藥制劑中禁用甲苯、二甲苯等有機(jī)溶劑的規(guī)定;我國臺灣地區(qū)農(nóng)業(yè)委員會對二甲苯、苯胺、苯、四氯化碳、三氯乙烯等農(nóng)藥產(chǎn)品中使用的38種有機(jī)溶劑進(jìn)行了限量管理;2006年以來，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委員會等陸續(xù)出臺政策，在適當(dāng)?shù)臅r候除一些只適合制備乳油的農(nóng)藥產(chǎn)品外，停止以苯、甲苯、二甲苯等芳烴類為溶劑的乳油產(chǎn)品生產(chǎn)。本研究選用非限制性的N-甲基吡咯烷酮為配制細(xì)辛精油乳油的較理想有機(jī)溶劑，該溶劑沸點(diǎn)高、極性強(qiáng)、黏度低、溶解能力強(qiáng)、無腐蝕、毒性小、生物降解能力強(qiáng)、揮發(fā)度低、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良、熱穩(wěn)定性優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于石油化工、藥品、農(nóng)藥等許多方面[15]。乳化劑是乳油配方篩選的關(guān)鍵，使得原本互不相容的油水充分混合乳化并長期穩(wěn)定存在，乳化后的乳液具有極高的穩(wěn)定性[14]。乳油制劑的禁限還與其中必不可少的乳化劑有一定的關(guān)系。烷基酚聚氧乙烯醚類乳化劑由于其生物降解性差，并隨著降解過程，毒性增大，對魚類、無脊椎動物、海藻和微生物具有很高毒性[16]。本研究中作為最佳乳化劑（植物油乳化劑）和有機(jī)溶劑（N-甲基吡咯烷酮）避免了這些問題，研制的理想乳油也克服了傳統(tǒng)乳油存在的問題。

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的作用。為了降低農(nóng)藥殘留量，努力開發(fā)新型農(nóng)藥已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。生物農(nóng)藥又稱天然農(nóng)藥，在有機(jī)農(nóng)業(yè)使用的整合害蟲管理系統(tǒng)（IPM）中扮演重要的角色。植物源農(nóng)藥作為綠色農(nóng)藥之一，在未來的植物保護(hù)中肩負(fù)著巨大的歷史使命[17-18]。湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院喻大昭研究員團(tuán)隊從植物代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)制了用于防治植物病害的天然蒽醌類農(nóng)用系列殺菌劑，榮獲第十七屆中國專利獎金獎[19]，自2006年獲得發(fā)明專利授權(quán)后，產(chǎn)品累計應(yīng)用面積達(dá)141.07萬hm2，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益43億元。0.5%丁子香酚可溶液劑250倍液+1.3%苦參堿水劑500倍液果穗套袋前混用浸果對葡萄灰霉病防效達(dá)85%以上[20];LS-1是東北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)系研制的植物源殺菌劑，對番茄葉霉病、番茄早疫病和黃瓜霜霉病均有良好的防治效果，與甲基托布津和諾毒霉等防效相當(dāng)[21];20%銀泰EC在0～200 μg/mL濃度范圍內(nèi)，對早疫病菌的抑菌活性和對照藥劑撲海因基本相當(dāng)，對灰霉病菌的抑菌活性強(qiáng)于撲海因[22]。本研究表明，25.0%的細(xì)辛精油乳油對黃瓜灰霉病菌的EC50為238.82 mg/L與福美雙EC50為219.72 mg/L的抑制效果相當(dāng)，說明細(xì)辛精油乳油可以推廣應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

近年來，隨著國內(nèi)農(nóng)資市場向外開放，一些歐美企業(yè)將新型的植物源農(nóng)藥帶進(jìn)我國市場，體現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力。Michael等以殼聚糖和植物農(nóng)藥為原料，研制了殼聚糖納米農(nóng)藥制劑CSNS-TPP-PONNEM，該制劑對棉鈴蟲的拒食活性為88.5%，殺蟲活性為90.2%[23]。今后需進(jìn)一步加大細(xì)辛提取物及其他植物源農(nóng)藥新劑型的研究。

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