CN104686561A - 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂及制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂及制备方法与应用。该微胶囊制剂由壁材聚乙二醇和芯材烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物组成，并通过如下步骤制备得到：1)将聚乙二醇加热至熔解后，保持恒温，迅速地向融化的聚乙二醇中加入烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物，搅拌形成均匀的烯丙基异硫氰酸酯、大蒜素与聚乙二醇的共融物；2)自然冷却后，研磨粉碎，过筛后，即得微胶囊制剂。本发明制备的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的包载率高，增效作用强，能够有效提高含烯丙基异硫氰酸酯的活性成分的稳定性、延长其持效性、降低毒性、掩蔽异味、减少环境污染；具有较强的成本优势、经济效益和较好的防治效果。

Description

含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂及制备方法与应用

技术领域

本发明属于粮食储藏技术领域，具体涉及一种含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂及制备方法与应用。

背景技术

粮食是人类维持生存所需的最基本生活资料，粮食问题是关系到一个国家的国计民生的头等大事，对一个国家的安全稳定具有重要意义。目前，在世界耕地资源有限，粮食消费需求却持续增加的形势下，加强粮食的安全储藏，是保证国家粮食安全的重要措施。粮食在储藏过程中，由于受多种因素的影响，无论是粮食的数量还是质量，都可以造成储粮损失。其中虫害和发霉是造成储藏过程中粮食严重损失的重要因素之一。

储粮害虫是危害储藏粮食及其产品的有害昆虫的总称。据统计，目前全世界储粮害虫约有500多种，我国2004年至2005年展开的储粮昆虫调查中记载有270多种储粮昆虫，其中储粮害虫就有226种之多。储粮害虫的存在不仅会导致粮食数量的损失，还会引起粮食品质发生变化，发生霉变，甚至产生具有强烈的毒性和致癌性的毒素，从而危害人类的身体健康。据联合国粮农组织的统计，全世界每年因储粮害虫造成的损失占总储存量的4％～8％，有的国家储粮损失甚至高达30％。因此，对储粮害虫进行有效控制是每个国家必须重视的问题。

利用熏蒸剂对粮食进行熏蒸处理是防治虫害的一个重要方法。目前已开发的熏蒸剂近40多种，因负面影响严重，有的熏蒸剂已被禁止使用了，如溴甲烷、二溴氯丙烷、二溴乙烷等，常用的熏蒸剂只有几种化学熏蒸剂，包括磷化氢、硫酰氟、环氧乙烷、偶氮苯等。随着熏蒸剂的大量使用，化学熏蒸剂开始暴露出污染环境、致畸致癌、害虫产生高抗性等各种各样的问题，因此，高效低毒的、环境相容性好的植物源熏蒸剂的开发成为当今农药研究的一个重点与热点。其中，有效成分为烯丙基异硫氰酸酯的辣根素即为较好的植物源熏蒸剂.林旭辉(2001)对辣根中挥发油进行了水解研究，并利用气相色谱和质谱联用技术鉴定了辣根的辛辣成分，18种成分被分析，占总挥发量的95.18％，其中烯丙基异硫氰酸酯约占31.83％，含量最大，4-戊烯异硫氰酸酯约占26.24％。吴华(2007)对辣根挥发油辛辣成分进行了活性测定，初步证明烯丙基异硫氰酸酯对多种害虫、植物病原菌、土壤病菌、线虫具有较好的生物活性，是主要的生物活性成分，可以作为潜在的生物熏蒸剂开发应用。烯丙基异硫氰酸酯相对于目前广泛使用的化学熏蒸剂毒性较低、对环境友好、对储粮安全、对人体副作用小、在自然界易降解，是一种安全可靠、使用方便的熏蒸剂。但辣根素药剂价格较贵，杀虫谱较窄，挥发性较高导致该药剂原药只能在较短时间内防治储粮害虫，及该药剂原药的中毒性造成施药的安全性及原药存在强催泪性等问题，影响了它的实际应用。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述微胶囊制剂的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供上述微胶囊制剂在粮食储藏中的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂由壁材和芯材组成，所述壁材为聚乙二醇，所述芯材为烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

1)将聚乙二醇加热至熔解后，保持恒温，迅速地向融化的聚乙二醇中加入烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物，搅拌形成均匀的烯丙基异硫氰酸酯、大蒜素与聚乙二醇的共融物；

2)自然冷却后，研磨粉碎，过筛后，即获得包载有烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的微胶囊制剂。

进一步地，所述步骤1)加入的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物中，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素按质量比为8：(1～80)；优选地，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素按质量比为1：(1～5)。

进一步地，所述步骤1)中的恒温温度为55～65℃。

进一步地，所述步骤1)中的搅拌速度为20～100r/min，搅拌时间为0.5～30min。

进一步地，所述步骤1)中的聚乙二醇为聚乙二醇4000。

进一步地，所述步骤1)中烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物的加入量相对于聚乙二醇为80～120uL/g。

进一步地，所述步骤2)中筛孔规格为60～100目。

为解决上述第三个技术问题，本发明将含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂用于粮食储藏的熏蒸剂。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明制备的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的包载率为70～90％，相对于烯丙基异硫氰酸酯和大蒜素及其复配物具有明显的增效作用，杀虫毒力明显高于任何一个单剂；杀虫抑菌谱明显扩大，对赤拟谷盗、锯谷盗、玉米象、谷蠹和锈赤扁谷盗等储粮害虫防效达到95％以上，对米曲霉、黄曲霉、青霉、黑曲霉等多种储粮霉菌的抑菌率达到95％以上。

2)由于微胶囊剂以聚乙二醇为壁材，将含烯丙基异硫氰酸酯的活性成分通过物理方法包裹起来作为芯材制成，能够有效提高含烯丙基异硫氰酸酯的活性成分的稳定性、延长其持效性、降低毒性、掩蔽异味、减少环境污染。

3)经济效益明显，相对来说，大蒜素价格明显便宜，与烯丙基异硫氰酸酯混合后能够有效降低药剂成本。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本具体实施方式中，供试害虫为玉米象和赤拟谷盗，由武汉轻工大学储粮昆虫饲养室提供。玉米象用含水量为13％±1％的整粒小麦饲养，赤拟谷盗用全麦粉饲养。试虫饲养温度均为(28±1)℃，相对湿度为(75±5)％，以羽化两周后的成虫供试。供试菌种有青霉、米曲霉和黑曲霉，由武汉轻工大学生物与制药工程学院提供。3种菌种均用PDA培养基培养，温度为(28±1)℃。烯丙基异硫氰酸酯购于武汉科立基生物科技有限公司，含量92％；大蒜素购于山东滨州市兴隆科技有限公司，含量90％。聚乙二醇(PEG4000)购于河南通商进出口有限公司。

实施例1 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备

1)将聚乙二醇4000在恒温水浴锅内加热至熔解后，在60℃恒温条件下，迅速地向融化的聚乙二醇4000中加入烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物(烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素按质量比为1：3)的加入量相对于聚乙二醇4000为100uL/g。以40r/min的转速搅拌2分钟形成均匀的烯丙基异硫氰酸酯、大蒜素与聚乙二醇4000的共融物；

2)自然冷却后，研磨粉碎，过100筛后，即获得包载有烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的微胶囊制剂。

采用紫外分光光度法测定得到微胶囊制剂中烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的包载率为88％(包载率为作为芯材的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物包载于作为壁材的聚乙二醇4000中的质量与加入制备微胶囊反应体系中的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素混合物的总质量之间的比值)。

实施例2 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂熏蒸杀虫缓释剂毒力测定

采用广口瓶熏蒸法。实验分为两组：一组是滤纸包广口瓶熏蒸法，即含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的应用，分别称取若干份实施例1制备得到的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂，放入制好的滤纸包中，用细线悬挂于广口瓶中，盖好瓶盖，用保鲜膜将瓶口封好；另一组是滤纸片广口瓶熏蒸法，即烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物(烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素按质量比为1：3)的直接应用，用移液枪准确移取一定量的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物悬空滴加于3cm×7cm滤纸片，迅速盖上瓶盖，用保鲜膜将瓶口封好。密封好的广口瓶分别在常温下保存7d、15d、30d、60d、90d、150d后投入30头受试害虫，以不做处理做空白对照，将各处理置于恒温恒湿箱(温度：28℃±1℃，湿度：75％±5％)中测试，3d天后统计试虫的死亡数，计算其各自的校正死亡率。每处理设三次重复。

数据用spss16.0进行方差分析，计算各自的LC₅₀值，采用Duncan法进行多重比较。

表1是烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物和含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对玉米象的熏蒸杀虫活性结果。

表1表明，处理初期，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物对玉米象的致死作用明显强于相应浓度的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂，这主要是因为微胶囊需要时间来释放其中的活性成分；随着处理时间延长，含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对玉米象的致死作用明显强于相应浓度的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物，这是因为一定时间内含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂释放出的活性成分达到了熏杀玉米象所需要的浓度，而烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物则随着处理时间的延长挥发了，所以其熏杀致死作用开始下降。

处理3个月后，经8mg·L^-1(即每升广口瓶中烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的质量之和为8mg)含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂处理的玉米象死亡率已到100％，而同样浓度下，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物处理的玉米象死亡率不到50％，仅为42.25％。并且，随着时间的延长，两组玉米象的死亡率差异性越来越显著，处理5个月后，含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂最高处理浓度对玉米象致死率仍高于80％，但相应浓度的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物对玉米象的致死率不到20％，仅为19.34％。

表1 烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物和含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对玉米象的熏蒸致死活性

注：表中校正死亡率为平均值±标准差

实施例3 烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物和含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂在不同粮食中熏杀活性测定

采用拌粮法进行研究。将1000ml的广口瓶平均分成上、中、下三层，称取一定量的药剂分别与上、中、下层的供试小麦、稻谷和面粉混合均匀，盖上瓶盖，常温下用保鲜膜密封30d后，向广口瓶内加入装有受试害虫各30头的纱布袋。以不做处理为空白对照，每处理设置三次重复。将各处理置于恒温恒湿箱(温度：28℃±1℃，湿度：75％±5％)中测试，72h后拆开纱布袋，统计试虫死亡数，计算各自的校正死亡率。

数据用spss16.0进行方差分析，计算各自的LC₅₀值，采用Duncan法进行多重比较。

表2表明，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物和含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂在不同粮食中以及粮食不同部位对玉米象熏杀活性的影响。

用25mg·L^-1(即每升广口瓶中烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的质量之和为25mg)含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对小麦、稻谷和面粉处理一个月后，上层处理对玉米象的致死率均在90％以上，中层处理对玉米象的致死率有所下降，但仍在70％以上，下层处理的致死率则明显低于前两种处理，小麦和稻谷中下层处理致死率在50％左右，面粉下层处理的致死率仅为40.53％。

相应浓度的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物对小麦、稻谷和面粉处理一个月后，上层处理对玉米象的致死率也理想，均超过90％，中层处理对玉米象的致死作用明显下降，三种粮食中中层处理的致死率均低于60％，下层处理的致死率均低于50％。

由此可见，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物和含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂处理时，粮食种类的不同及处理部位的不同对玉米象的熏杀活性有很大的影响，因为粮食会吸附烯丙基异硫氰酸酯从而影响药效的发挥，本实施例三种粮食对烯丙基异硫氰酸酯吸附的大小依次为：面粉>稻谷>小麦；同时，由于烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物挥发性强，造成有效成分大量被粮食吸附降低了其药效，含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂具有缓释性，因而其有效成分被吸附的量少，从而能够增加其对玉米象的持效性。

表2 不同粮食对玉米象熏蒸毒力的影响

注：同行数据后面字母相同表示两者之间没有显著差异(Duncan多重比较)；同列数据后面*个数相同表示两者之间没有显著差异(t检验)。

实施例4 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂模拟仓实验

模拟农户储粮条件，用编织袋分别装入10kg的小麦、稻谷、面粉。实验分为四组：一是不做任何处理且投入试虫的实验组，二是加入一定量的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂处理且投入相应试虫的实验组，三是加入一定量的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂且不投入试虫的实验组，四是不做任何处理且不投入试虫的实验组。每袋粮食每种试虫投入30头，其中小麦和稻谷中投入玉米象和谷蠹，面粉中投入赤拟谷盗和锯谷盗。投入试虫后用塑料袋和保鲜膜密封，每处理重复三次。隔期检查虫口密度和粮食品质，计算虫口抑制率。

数据用spss16.0进行方差分析，采用Duncan法进行多重比较。

表3和表4是含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的实仓模拟研究。

表3表明，在投入试虫实验组，处理浓度为16mg·L^-1含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对小麦和稻谷起到理想的防护作用：处理30天时，微胶囊对小麦中的玉米象致死作用就达到84.84％，对谷蠹致死作用达78.52％，处理90天时，对玉米象达到100％防治，对谷蠹则达到98％，直至150天时防治效果没有明显下降。处理30天时，16mg·L^-1含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对稻谷中玉米象和谷蠹的致死率分别为80.78％、74.77％，防治效果没有小麦好，这可能是因为稻谷外表不规则，导致其对微胶囊有效成分的吸附大于小麦，因而防治效果有所下降。处理90天后，微胶囊对稻谷中玉米象的致死率在90％以上，对谷蠹的致死率在85％以上。同时，25mg·L^-1含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂处理面粉150天后，对赤拟谷盗和据谷盗的致死作用均达100％。

表4表明，经16mg·L^-1含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂处理的小麦和稻谷及25mg·L^-1含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂处理的面粉均没有发生虫害，且粮食色泽和气味没有明显改变.而未做药剂处理的对照组检测到了虫害，且储存90天后，粮食开始霉变，说明含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂处理有很好的防虫防霉效果。

由此可见，含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂具有良好的保粮护粮作用，作为储粮防护剂具有较好的使用效果。

表3 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂在模拟仓中杀虫活性(投虫)

表4 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂在模拟仓中杀虫活性(未投虫)

实施例5 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂抑菌杀菌活性实验

用移液枪分别吸取合适梯度的黑曲霉、米曲霉、青霉菌液1mL于培养皿底部，倒入冷却至适温的PDA培养基，混匀，待培养基凝固后，将其反扣在洒有一定量的中试产品的培养皿盖上。以不洒微胶囊制剂的为空白对照，每处理重复三次。将接有霉菌的培养皿置于温度为(28±1)℃的恒温恒湿箱中培养。培养72h后分别统计黑曲霉、米曲霉和青霉的菌落数，计算抑菌率。

数据用spss16.0进行方差分析，计算其EC₅₀值，采用Duncan法进行多重比较。

表5是含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂分别对三种储粮霉菌的熏蒸毒力测定，由该表可知，含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对三种储粮霉菌均有较强的熏蒸活性，其中对黑曲霉的生物活性最高。

表5 含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂对三种霉菌的毒力测定

注：表中抑菌率为平均值±标准差

实施例6 烯丙基异硫氰酸酯和大蒜素复配剂与烯丙基异硫氰酸酯、大蒜素的熏蒸毒力比较

烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素复配剂的配制：将烯丙基异硫氰酸酯、大蒜素与丙酮按质量比分别为1:1：30、1:3：30、1:5：30、9:1：30进行配制。

按照实施例2中的滤纸片广口瓶熏蒸法，测试计算受试害虫的校正死亡率。

数据用spss16.0进行方差分析，求出毒力回归方程，计算各自的LC₅₀值，最后分别计算出复配剂的共毒系数(Co-toxicity coefficient,CTC)，CTC计算公式如下：

复配剂的理论毒力指数(TTI)＝TI_A×P_A+TI_B×P_B

上式中，P_A、P_B分别为单剂A(烯丙基异硫氰酸酯)和单剂B(大蒜素)在复配剂中所占百分比。

根据CTC的大小，将复配剂的联合毒力分为3个等级：CTC>120，增效；120≥CTC≥80，相加；CTC＜80，拮抗。

表6和表7是不同配比的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素复配剂分别对玉米象和赤拟谷盗的熏蒸毒力作用及共毒系数(CTC)。

表6表明，4种不同配比的复配剂中，3种配比的复配剂的CTC在151.22和238.34之间，均大于120，说明此3种配比的复配剂均具有一定程度的增效作用，增效作用最明显的配比是烯丙基异硫氰酸酯：大蒜素＝1:3，其CTC＝238.34；当烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素配比为9:1时，复配剂的CTC仅为82.68，小于120但大于80，说明此比例没有增效作用，但具有相加性。

表7表明，4种不同配比的复配剂中，3种配比的CTC大于120，分别是120.91(1:1)、137.29(1:5)、185.44(1:3)，说明此3种配比的复配剂具有增效作用；当烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素配比为9:1时，复配剂的CTC仅为83.73，小于120但大于80，说明此比例的复配剂的共毒作用是相加作用。

表6 烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素不同配比对玉米象的毒力及共毒系数

表7 烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素不同配比对赤拟谷盗的毒力及共毒系数

注：表1和表2中，A:烯丙基异硫氰酸酯，B:大蒜素

按照实施例1中的方法分别制备单独以烯丙基异硫氰酸酯和大蒜素为芯材的微胶囊制剂，分别记为烯丙基异硫氰酸酯微胶囊制剂和大蒜素微胶囊制剂，按照实施例2中的滤纸包广口瓶熏蒸法，分别测试计算含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂、烯丙基异硫氰酸酯微胶囊制剂和大蒜素微胶囊制剂为药剂时，受试害虫的校正死亡率，同样得到本发明的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂相对于烯丙基异硫氰酸酯微胶囊制剂和大蒜素微胶囊制剂具有明显的增效作用。

Claims (10)

1.一种含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂，其特征在于：该微胶囊制剂由壁材和芯材组成，所述壁材为聚乙二醇，所述芯材为烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物。

2.权利要求1所述含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将聚乙二醇加热至熔解后，保持恒温，迅速地向融化的聚乙二醇中加入烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物，搅拌形成均匀的烯丙基异硫氰酸酯、大蒜素与聚乙二醇的共融物；

2)自然冷却后，研磨粉碎，过筛后，即获得包载有烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的微胶囊制剂。

3.根据权利要求2所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)加入的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物中，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素按质量比为8：(1～80)。

4.根据权利要求2或3所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)中的恒温温度为55～65℃。

5.根据权利要求2或3所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)中的搅拌速度为20～100r/min，搅拌时间为0.5～30min。

6.根据权利要求2或3所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)中的聚乙二醇为聚乙二醇4000。

7.根据权利要求2或3所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)中烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物的加入量相对于聚乙二醇为80～120uL/g。

8.根据权利要求2或3所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤2)中筛孔规格为60～100目。

9.根据权利要求2或3所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)加入的烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素的混合物中，烯丙基异硫氰酸酯与大蒜素按质量比为1：(1～5)。

10.权利要求1所述的含烯丙基异硫氰酸酯的微胶囊制剂在粮食储藏中作为粮食储藏的熏蒸剂的应用。