鄭宜紅，刑玉娟，王靖宇，陳 新

(武漢輕工大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430023)

5%除蟲菊素加苦參堿水乳劑的研制

鄭宜紅，刑玉娟，王靖宇，陳 新

(武漢輕工大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430023)

本研究介紹了一種新型環(huán)境友好型農(nóng)藥劑型—水乳劑，同時選取植物源殺蟲劑除蟲菊素和苦參堿作為研究對象進(jìn)行了系列研究。試驗(yàn)以水乳劑外觀、穩(wěn)定性、粒徑、pH、分散性、主要活性成分含量為考察指標(biāo)對5%除蟲菊素加苦參堿水乳劑的乳化劑、增稠劑、防凍劑等配方組分進(jìn)行了篩選，確定了最佳配方為除蟲菊素1.25%；苦參堿3.75%；丙酮5%；聚山梨酯-80 6%；黃原膠0.15%；乙二醇4%;甲基硅油0.2% ;純水補(bǔ)至100%。用此配方進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，所得水乳劑的熱貯冷貯穩(wěn)定性、主要活性成分等各項(xiàng)指標(biāo)均符合水乳劑相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

除蟲菊素;苦參堿;水乳劑;配方

1 引言

我國是糧食生產(chǎn)大國，糧食貯存問題是一個無法回避的重大問題。根據(jù)有關(guān)報(bào)道, 我國儲糧被蟲害所造成的損失量約為總儲糧量的 6%～ 12%, 農(nóng)戶的儲糧蟲害損失較高，每年儲糧經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 200 億元以上。目前對儲糧害蟲的最有效和最經(jīng)濟(jì)的防治手段是磷化氫熏蒸劑，但是利用磷化氫熏蒸殺蟲，不僅讓糧食上殘留化學(xué)物質(zhì)，還對熏蒸殺蟲的直接操作者身體健康造成一定的傷害。近年來，人們的環(huán)境意識不斷增強(qiáng)，減少和停用化學(xué)農(nóng)藥的呼聲越來越高，綠色環(huán)保的害蟲防治技術(shù)越來越受到人們的重視[1]。乳劑是水基性制劑，以水代替有機(jī)溶劑的使用，是符合世界農(nóng)藥劑型發(fā)展方向的環(huán)保型綠色農(nóng)藥新劑型，也是目前國外發(fā)達(dá)國家主要農(nóng)藥劑型之一。

除蟲菊素(pyrethrins)又稱天然除蟲菊素，是一種源于菊科植物除蟲菊的植物源殺蟲劑，曾在1840年就開始被人們用作殺蟲劑。除蟲菊素以殺蟲譜廣、擊倒力強(qiáng)、殘效期短等為優(yōu)點(diǎn)，是一種強(qiáng)力觸殺劑。天然除蟲菊素見光后會逐漸分解成水和一氧化碳，用其配制成農(nóng)藥，使用后無殘留對人畜基本無危害，是種公認(rèn)的天然環(huán)保殺蟲劑[2]?？鄥A是由豆科植物苦參的干燥根、植株、果實(shí)經(jīng)乙醇等有機(jī)溶劑提取制成的一種生物堿。同樣苦參堿作為生物農(nóng)藥首先是一種植物源農(nóng)藥，在大自然中最終會分解為水和二氧化碳，苦參堿一般為苦參總堿其成分并不是單一的一種，多種成分會相輔相成共同發(fā)生作用[3]。除蟲菊素和苦參堿兼具殺蟲與環(huán)保兩大功能，這點(diǎn)是任何化學(xué)藥物無法相比的。

目前國內(nèi)外主要從兩個方面研究植物源殺蟲劑，一種是直接應(yīng)用植物某一特定組織，另一種是藥劑間的復(fù)配，復(fù)配可以提高藥效并擴(kuò)大防治對象。水乳劑作為一種水基質(zhì)制劑，以水替代傳統(tǒng)劑型中的有機(jī)試劑的使用，一方面可以降低對環(huán)境的污染、降低易燃性；另一方面，也可降低對直接使用者的傷害[4-6]。本試驗(yàn)考慮將除蟲菊素和苦參堿復(fù)配從而制得一種新型的環(huán)保無公害的水乳劑。

2 材料與方法

2.1 材料

除蟲菊素(西安林禾生物技術(shù)有限公司)；苦參堿(西安林禾生物技術(shù)有限公司)；聚山梨酯-80(Tween-80化學(xué)純：天津市百世化工有限公司)；聚山梨酯-20(Tween-20化學(xué)純：天津市天力化學(xué)試劑有限公司)；司班-20(Span-20化學(xué)純：上海山浦化工有限公司)；丙酮(分析純：天津市天力化學(xué)試劑有限公司)；黃原膠、羧甲基纖維素鈉(天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司)；丙三醇(分析純：天津市天力化學(xué)試劑有限公司)；乙二醇(分析純：天津市天力化學(xué)試劑有限公司)；甲基硅油(分析純；Xiya Regent)；超純水(Molecular)。

2.2 主要儀器

79-1磁力加熱攪拌器(上海君竺儀器制造有限公司)；D2010W電動攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司)；DF-101B集熱式磁力加熱攪拌器(金壇市醫(yī)療儀器廠)；pH計(jì)(Mettler Toledo)；粒度儀(馬爾文)；恒溫培養(yǎng)箱；超聲波清洗機(jī)(SB25-12DT：寧波新芝生物科技股份有限公司)；電子天平(AL204；Mettler Toledo)；電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)。

2.3 除蟲菊素+苦參堿水乳劑的制備方法

采用轉(zhuǎn)相法進(jìn)行水乳劑的制備。稱取處方量的除蟲菊素和苦參堿溶于有機(jī)溶劑中，再與乳化劑混合在磁力攪拌器上攪拌均勻即成油相；防凍劑、增稠劑等其余輔料加入超純水充分混合即成水相；將上述水相緩慢加入正在攪拌的油相中再繼續(xù)攪拌1 h即得分散性好的乳白色液體[7]。

2.4 水乳劑性能指標(biāo)測試

2.4.1 外觀

包括流動性及均一性； 若不是均一液體或有水、油析出或流動性極差則為不合格。

2.4.2 分散性

取250 mL量筒裝入249 mL水，使用注射器吸取1 mL水乳劑樣品，從量筒上方距離水面5 cm緩慢滴入，觀察產(chǎn)品在水中的分散情況。

2.4.3 乳液穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1603—2001 《農(nóng)藥乳液穩(wěn)定性測定方法》 進(jìn)行。取試樣以342 mg/kg標(biāo)準(zhǔn)硬水稀釋200倍液于具塞容器中，靜置于30 ℃烘箱中恒溫1 h，觀察外觀。分為兩個等級：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，乳狀液外觀保持均一，無沉淀或浮油析出則為合格；如果乳液外觀呈不均狀，或有沉淀或浮油析出則為不合格。

2.4.4 熱貯穩(wěn)定性試驗(yàn)

參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19136—2003 《農(nóng)藥熱貯穩(wěn)定性測定方法》 進(jìn)行。 待測樣10 mL放入安瓿瓶中，置于(54±2) ℃的電熱恒溫箱中貯存14 d，觀察其外觀變化，若不析油，且析水率低于10%，則合格。

2.4.5 冷貯穩(wěn)定性試驗(yàn)

參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19137—2003《農(nóng)藥低溫穩(wěn)定性測定方法》進(jìn)行。 取待測樣品10 mL試樣放入安瓿瓶中，冰箱中0 ℃保持14 d。 觀察其外觀變化。若乳液不析水析油、 不分層、無沉淀則為合格。

2.4.6 pH值測定

pH值測定按NY/T 1860.1—2010的測定方法，稱取1 g試樣于100 mL燒杯中，加入100 mL水，劇烈攪拌1 min,靜置1 min后用pH測量，至少平行測定3次且每次測得結(jié)果的絕對差值應(yīng)小于0.1，取其算術(shù)平均值即為該試樣的pH值。

3 結(jié)果與分析

3.1 乳化劑最佳HLB值的確定及用量篩選

水乳劑是種熱力學(xué)不穩(wěn)定的O/W體系，加入乳化劑可降低其表面和界面張力。一般來說親水親油平衡值(HLB)值在8～16的乳化劑可用作O/W型乳化劑[8]。初定處方時，乳化劑的用量可以適當(dāng)增大，這樣能夠提高界面膜的完整性，有助于提高乳液穩(wěn)定性[9-10]。為了確定5%除蟲菊素加苦參堿水乳劑體系的穩(wěn)定HLB值，選定一對HLB值相差較大的乳化劑Span 20(HLB=8.6)和Tween 20(HLB=16.7)按不同比例混合，由于HLB值具有加合性，可以根據(jù)不同配比從而得到不同HLB值的系列混合物作為乳化劑來制備水乳劑，根據(jù)熱貯冷貯穩(wěn)定性來選擇最優(yōu)HLB值，結(jié)果見表1。

表1 水乳劑的HLB值的篩選結(jié)果

HLB值穩(wěn)定性HLB值穩(wěn)定性9．41不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層12．65不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層10．22不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層13．46不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層11．03不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層14．27不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層11．84不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層15．00較穩(wěn)定，未明顯分層

根據(jù)表1 ，除蟲菊素+苦參堿乳化劑的最佳HLB值為15。HLB=15的乳化劑初步定為Tween 80，固定了乳化劑品種后，運(yùn)用單因素試驗(yàn)方法對其用量篩選結(jié)果見下表2。

表2 乳化劑用量篩選

乳化劑用量外觀熱貯穩(wěn)定性粒徑4%均相液體，流動性良好合格2．035%均相液體，流動性良好不合格1．996%均相液體，流動性良好合格0．253

根據(jù)表2結(jié)果可得乳化劑的用量為4%～6%時乳液外觀均符合規(guī)定，但隨著用量減少粒徑增大，綜合選取乳化劑Tween 80的用量為6%。

3.2 增稠劑及用量篩選

增稠劑的加入可提高水乳劑的穩(wěn)定。乳液的黏度是影響乳液穩(wěn)定的一個重要因素。水乳劑的黏度并不是越高越好，黏度過高會導(dǎo)致乳液的流動性變差、易于凝結(jié)、在水中也不易分散。一般的增稠劑有羧甲基纖維素鈉、黃原膠，通過熱貯結(jié)果進(jìn)行選擇。

表3 增稠劑的篩選

實(shí)驗(yàn)編號黃原膠羧甲基纖維素鈉熱貯穩(wěn)定性結(jié)論10．15%-合格，流動性良好合格20．3%-不合格，分層不合格30．5%-不合格，析水率1/4不合格4-0．15%不合格，析水率1/8不合格5-0．3%不合格，析水率1/6不合格6-0．5%不合格，析水率1/4不合格

根據(jù)表3結(jié)果采用羧甲基纖維素鈉并不能滿足該乳液的要求；增稠劑為黃原膠基本符合其要求，根據(jù)上表結(jié)果，增加黃原膠用量可以提升熱貯穩(wěn)定性，黃原膠為增稠劑，當(dāng)用量的比例為0.15%時最佳。

3.3 防凍劑及用量篩選

由于水乳劑中含有大量的水，使用防凍劑主要是防止水乳劑在貯存時出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象而影響其使用。所選用的防凍劑一般要求其防凍性能好、揮發(fā)性低、不影響有效成分[11]。根據(jù)冷貯結(jié)果對防凍劑進(jìn)行選擇，通過對丙三醇和乙二醇的用量進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)。通過試驗(yàn)，抗凍劑用乙二醇可以滿足冷貯條件，使用量為4%。

3.4 消泡劑的選擇

水乳劑在制備過程中會產(chǎn)生大量氣泡，需要添加一定消泡劑進(jìn)行消除。經(jīng)篩選，甲基硅油消泡效果符合要求，用量比例為0.2%。

3.5 水乳劑的配方確定

經(jīng)過上述系列實(shí)驗(yàn)，得出的最優(yōu)處方為除蟲菊素1.25%；苦參堿3.75%；丙酮5%；聚山梨酯80.6%；黃原膠0.15%；乙二醇4% ；有氧甲基硅油0.2%；純水補(bǔ)至100%。按照以上配方制備3批樣品，測定樣品的各項(xiàng)指標(biāo)見表4。

表4 5%除蟲菊素加苦參堿水乳劑的質(zhì)量指標(biāo)

批次外觀熱貯穩(wěn)定性冷貯穩(wěn)定性分散性pH粒徑1乳白色均一液體合格合格優(yōu)8．770．24μm2乳白色均一液體合格合格優(yōu)8．560．31μm3乳白色均一液體合格合格良8．700．30μm

4 結(jié)論

通過對5%除蟲菊素+苦參堿水乳劑的配方篩選，得出以下結(jié)論:最佳配方為除蟲菊素1.25%；苦參堿3.75%；丙酮5%；聚山梨80.6%；黃原膠0.15%；乙二醇4%；有氧甲基硅油0.2% 純水補(bǔ)至100%。確定了最優(yōu)配方后重復(fù)制備三批后各項(xiàng)指標(biāo)均合格。水乳劑作為水基化農(nóng)藥，在制備過程中減少了有機(jī)溶劑的使用、降低了加工成本，且其對像玉米等儲量蟲害的殺害效果顯著，同時由于主要活性成分都是植物源，對環(huán)境污染小、使用安全，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益以及利于環(huán)境保護(hù)。

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Study on the formulation preparation of 5% Pyrethrin-Matrine emulsion in water

ZHENG Yi-hong，XING Yu-juan,WANG Jing-yu,CHEN Xin

(School of Biology and Pharmaceutical Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023 China)

This paper introduces a new kind of environmentally friendly pesticide formulatio—Emulsion in water(EW),selecting plant-derived Pyrethrin and Matrine as the study subject. The dosage of emulsifier,thickeners,antifreezes were studied through a lot of experiments using the appearance,stability,size,pH,dispersibility,the effective content as index.The optimum formula of 5% Pyrethrin-Matrine emulsion in water was obtained as follows: Pyrethrin 1.25%；Matrine 3.75%；acetone 5%；Tween80 6%；xanthan gum 0.15%；ethylene glycol 4% ；defoamer 0.2% . It was found that its physical and chemical properties was up to standard.

Pyrethrin; Matrine;emulsion in water(EW);formulation

2016-10-31.

2016-11-10.

陳新(1978-)，男，博士，教授，，E-mail: chenxin_001@126.com．

國家自然基金項(xiàng)目(31370369)；湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(B2016077).

2095-7386(2016)04-0100-03

10.3969/j.issn.2095-7386.2016.04.020

R 931.6

A

作者介紹：鄭宜紅(1992-)，女，碩士研究生，E-mail：493725059@qq.com.