梨小食心蟲性誘劑與β-環(huán)糊精包合物的水分散性能研究

杜少芳，劉金龍*，薛小連，馬瑞燕，荊小院

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院化學(xué)生態(tài)研究所，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太谷 030801）

◆研究與開發(fā)◆

梨小食心蟲性誘劑與β-環(huán)糊精包合物的水分散性能研究

杜少芳1，劉金龍1*，薛小連1，馬瑞燕2，荊小院3

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院化學(xué)生態(tài)研究所，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太谷 030801）

在成功制備了β-環(huán)糊精與順-8-十二碳烯醇乙酸酯（Z8-12：Ac）包合物基礎(chǔ)上，采用平衡法和濁度法測(cè)定了β-環(huán)糊精與Z8-12：Ac包合物的溶解度和水分散性。結(jié)果表明：室溫條件下，包合物溶解度為0.790 0 g/L，Z8-12：Ac在水中的溶解度提高到0.049 4 g/L。該包合物可在水中形成較穩(wěn)定的乳濁液，在pH值為8時(shí)靜置12 h，包合物乳濁液的相對(duì)分散量可達(dá)57.94%，Z8-12：Ac在水中的分散量為0.375 9 g/L。

β-環(huán)糊精；順-8-十二碳烯醇乙酸酯；包合物；梨小食心蟲；水分散性

梨小食心蟲（Grapholitha molesta Busck）是我國許多果區(qū)的常發(fā)性重要害蟲[1]。自1965年George等從梨小食心蟲雌蛾腹部分離得到梨小食心蟲性信息素以來，性誘劑作為監(jiān)測(cè)和無公害防治梨小食心蟲的手段已得到廣泛應(yīng)用[2-3]。梨小食心蟲性誘劑的主要成分為順-8-十二碳烯醇乙酸酯（Z8-12：Ac）[4]（結(jié)構(gòu)見圖1）。在實(shí)際應(yīng)用中，尤其在迷向法防治時(shí)，因其劑量極小，易揮發(fā)，導(dǎo)致釋放量難以控制[5-7]。而且Z8-12：Ac為非極性有機(jī)化合物，因而在載體選用方面存在一定局限性。為解決以上實(shí)際問題，制備了β-環(huán)糊精（β-CD）與Z8-12：Ac的包合物，并通過紅外光譜、薄層色譜等手段對(duì)其進(jìn)行了表征，皆證實(shí)了包合物的形成。所得白色細(xì)粒狀固體包合物不會(huì)影響Z8-12：Ac的生物活性（另文發(fā)表）[8]。由于客體分子Z8-12：Ac的嵌入使得β-CD的水溶性發(fā)生了改變，包合物在水中易形成均勻乳濁液。為進(jìn)一步弄清該包合物在水中的分散特性，采用平衡法和濁度法測(cè)試了此包合物的溶解度與分散量，拓寬了梨小食心蟲性誘劑產(chǎn)品的載體或基質(zhì)的選擇范圍，為研發(fā)性誘劑產(chǎn)品的新劑型提供依據(jù)。

圖1 Z8-12：Ac的結(jié)構(gòu)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

UV1100型紫外-可見分光光度計(jì)（北京恒奧德儀器儀表有限公司）；AR224CN型電子天平（上海奧豪斯儀器有限公司）；90-3型磁力加熱攪拌器（常州國華電器有限公司）；TGL-21M高速冷凍離心機(jī)（長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司）。

Z8-12：Ac與β-CD包合物（Z8-12：Ac在包合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.25%，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室制）；2次蒸餾水；Na2HPO4-NaH2PO4（0.2 mol/L）緩沖液；Na2HPO4-檸檬酸（0.2 mol/L）緩沖液。

1.2 Z8-12：Ac與β-CD包合物溶解度的測(cè)定

1.2.1 平衡法測(cè)定包合物溶解度

參照張莉華等[9]與李偉等[10]方法，在帶有恒溫夾套的燒杯中加入25.00 mL 2次蒸餾水，于實(shí)驗(yàn)室溫度（18℃）下加入過量的固體包合物0.050 0 g，使用磁力攪拌器恒溫下持續(xù)攪拌，直至包合物與溶液之間達(dá)到溶解平衡后，停止攪拌，迅速將其轉(zhuǎn)移至離心管中，3 500 r/min離心10 min，使未溶解的包合物沉積到溶液底部，傾去上部清液，干燥不溶物，稱重。計(jì)算其在此溫度下的溶解度s（g/L），重復(fù)測(cè)定5次，取平均值。

式中:m1為包合物的加入量，g；m2為離心后所得不溶物的質(zhì)量，g；V為溶液的體積，mL。

1.2.2 包合物細(xì)度對(duì)溶解度的影響

將固態(tài)包合物研磨3～5 min，使其呈均勻粉末狀，準(zhǔn)確稱取0.050 0 g包合物，采用上述方法測(cè)定其溶解度。

1.3 包合物乳濁液的制備及影響因素

1.3.1 包合物乳濁液的制備

在實(shí)驗(yàn)室溫度（18℃）下，準(zhǔn)確稱取0.060 0 g固體包合物置于25.00 mL的2次蒸餾水中，采用磁力攪拌器持續(xù)恒溫?cái)嚢枋蛊渚鶆?，靜置一段時(shí)間待其分層，得包合物乳濁液。取上層乳濁液，采用比濁法進(jìn)行溶液吸光度測(cè)試分析。

1.3.2 靜置時(shí)間對(duì)包合物水分散性的影響

稱取0.060 0 g包合物分散到2次蒸餾水中，按照1.3.1操作攪拌均勻后，平行量取3份5.00 mL混合液于試管中，靜置至所設(shè)時(shí)間后，取上層乳濁液在入射光波長為580 nm處測(cè)定吸光度，取平均值。設(shè)計(jì)靜置時(shí)間分別為0.5,1,2,4,6,8,10,11,12,13.5, 14.5,16 h。

1.3.3 pH值對(duì)包合物水分散性的影響

稱取0.200 0 g包合物分散到250.0 mL 2次蒸餾水中，按上述方法操作后，平行量取8份5.00 mL混合液于1～8號(hào)試管中，然后依次向1～5號(hào)試管中加入2.00 mL pH值為2.0,4.0,6.0,7.0,8.0的Na2HPO4-NaH2PO4（0.2 mol/L）緩沖液，6～7號(hào)試管中分別加入2.00 mL pH值為9.5,10.0的Na2HPO4-檸檬酸（0.2 mol/L）緩沖溶液，8號(hào)管中溶液作為參比液加入2.00 mL 2次蒸餾水。將各溶液搖勻后靜置12 h，在λ為580 nm處測(cè)定上層乳濁液的吸光度。

1.4 包合物乳濁液分散量的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取包合物0.042 1,0.062 7,0.080 4,0.103 4, 0.120 3,0.138 9,0.150 2 g，置于18.00 mL 2次蒸餾水中，分別加入2.00 mLpH值為8.0的Na2HPO4-NaH2PO4（0.2 mol/L）緩沖液，搖勻，靜置12 h。然后，在3 500 r/min條件下離心20 min，傾去上層液。于40℃烘干不溶物，稱重，按下式計(jì)算包合物分散量D（g/mL）與相對(duì)分散量ω（%）。重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次。

式中:m1為包合物的加入量，g；m2為不溶物的質(zhì)量，g；V為溶液的體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 包合物在水溶液中的溶解度測(cè)定

2.1.1 包合物溶解度測(cè)定

實(shí)驗(yàn)室條件（18℃）下，在25.00 mL 2次蒸餾水中加入β-CD與Z8-12：Ac的包合物后，按照1.2.1中的方法測(cè)得其溶解度為0.790 0 g/L，Z8-12：Ac在包合物中所占比例為6.25%，故可得知25.00 mL雙蒸水中溶解的Z8-12：Ac為1.234 mg。Z8-12：Ac本身在水溶液中不溶，利用β-CD“外親水、內(nèi)疏水”的特性包合Z8-12：Ac后，使其在水溶液中有了一定的溶解度。Z8-12：AC在水中的溶解度為0.049 4 g/L。

2.1.2 包合物細(xì)度對(duì)溶解度的影響

按照1.2.1的方法，β-CD與Z8-12：Ac包合物研磨后在水中的溶解度為0.776 0 g/L。使用SPSS 20.0軟件分析研磨后的包合物溶解度與未研磨的包合物溶解度，進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。F=0.065，P＞0.05，接受方差齊性的原假設(shè)。在方差齊性條件下，經(jīng)雙側(cè)t檢驗(yàn)，t=2.023，P＞0.05，差異不具有顯著性，表明研磨后包合物的溶解度與未研磨包合物的溶解度沒有顯著差異，固態(tài)包合物的顆粒大小對(duì)包合物在水中的溶解度影響不大。

雖然β-CD與Z8-12：Ac的包合物使得Z8-12：Ac在水溶液中的溶解度有了很大程度提高，但是若實(shí)際應(yīng)用中直接使用該包合物水溶液，其溶解度仍相對(duì)較小。因此，制備包合物乳濁液，并對(duì)其水分散性進(jìn)行了測(cè)定。

2.2 包合物水分散性的測(cè)定

2.2.1 靜置時(shí)間對(duì)包合物水分散性的影響

由圖2可知，靜置時(shí)間越短，上清液的吸光度（渾濁度）越大，即一定體積水溶液中分散的包合物越多，故溶液吸光度不穩(wěn)定。上清液靜置1～6 h時(shí)，其吸光度趨于穩(wěn)定，出現(xiàn)平臺(tái)；靜置達(dá)8 h后，吸光度值開始逐漸減?。混o置11.5～16 h，分散體系再次達(dá)到平衡，出現(xiàn)第2個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)。

圖2 靜置時(shí)間對(duì)包合物上清液吸光度的影響

在1～6 h內(nèi)，吸光度值穩(wěn)定，且相比于11.5～16 h的第2個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)的吸光度值大，包合物在溶液中分散量多。

2.2.2 pH值對(duì)包合物水分散性的影響

由圖3可以得出，pH值越小，包合物在一定體積水溶液中的分散量越少，吸光度值越低；pH值為8.0時(shí)，包合物的分散量最大，上清液的吸光度值最大；pH值大于8.0，其吸光度值有所減小。

酸性條件下，β-CD易被水解，包合物被破壞，一定體積水溶液中包合物分散量較少；反之，堿性條件下，β-CD較穩(wěn)定，包合物不易被破壞，水溶液中分散量增多。故在制備β-環(huán)糊精與Z8-12：Ac包合物乳濁液時(shí)，選擇pH值條件為8.0。

圖3 pH值對(duì)包合物上清液吸光度的影響

2.3 包合物在水溶液中的分散量測(cè)定

包合物乳濁液分散量的測(cè)定結(jié)果見表1。結(jié)果表明:在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，包合物在一定體積水溶液中的分散量隨包合物質(zhì)量的增大而增大；包合物的相對(duì)分散量隨包合物加入量的增大而減小。包合物加入量在0.103 4～0.150 2 g范圍內(nèi)，其相對(duì)分散量趨于穩(wěn)定，包合物相對(duì)分散量最大可達(dá)57.94%，此時(shí)包合物的加入量為0.120 3 g，Z8-12：Ac在水中的分散量可提高到0.375 9 g/L。

表1 包合物在一定體積水溶液中的分散量

3 結(jié)論

近年來利用性信息素迷向防治梨小食心蟲已成為無害化重要防治手段。陳漢杰等[11]、劉金龍等[12]對(duì)性信息素防治梨小食心蟲的效果進(jìn)行了研究，并成功用于田間實(shí)踐。Z8-12：Ac作為梨小食心蟲性信息素的主要成分，由于水溶性差且易揮發(fā)，在應(yīng)用時(shí)主要以硅橡膠、聚乙烯塑料等材質(zhì)為載體制備成迷向絲、性誘芯等進(jìn)行迷向防治，因此在穩(wěn)定釋放與持效期方面仍存在一定的局限性。研究新型緩釋劑型是關(guān)鍵。

β-環(huán)糊精具有親水的外壁和疏水的空腔，這一特性使得其可與有機(jī)物形成主客體包合物。本文在成功制備β-環(huán)糊精與Z8-12：Ac包合物的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)其理化特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在室溫條件（18℃）下，包合物溶解度為0.790 0 g/L，可使Z8-12：Ac在水中的溶解度提高到0.049 4 g/L。該包合物可在水中形成較穩(wěn)定的乳濁液，在pH值為8的條件下靜置12 h，Z8-12：Ac在水中的分散量可提高到0.375 9 g/L。包合物提高了Z8-12：Ac在水中的分散量，為梨小食心蟲性誘劑的高效使用提供了依據(jù)。

[1]范仁俊,劉中芳,陸俊姣,等.我國梨小食心蟲綜合防治研究進(jìn)展[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào),2013,50(6)：1509-1513.

[2]李曉軍,張勇,王濤,等.0.24 g/條梨小食心蟲信息素緩釋劑防治桃樹梨小食心蟲試驗(yàn)[J].農(nóng)藥,2009,48(5)：374-375.

[3]封云濤,庾琴,劉中芳,等.梨小食心蟲性信息素田間應(yīng)用技術(shù)研究[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào),2013,50(6)：1559-1563.

[4]Roelofs W L,Comeau A,Selle R.Sex Pheromone of the Oriental Fruit Moth[J].Nature,1969,224：723-726.

[5]Kovanci O B，Gencer N S，Larsen T E.The Deposition and Retention of a Microencapsulated Oriental Fruitmoth Pheromone Applied as Anultra-low Volume Spray in the Canopy of Three Peach Cultivars[J].Bull Insectol,2009,62(1)：69-74.

[6]陸鵬飛,黃玲巧,王琛柱.梨小食心蟲化學(xué)通信中的信息物質(zhì)[J].昆蟲學(xué)報(bào),2010,53(12)：1390-1403.

[7]徐妍,吳國林,胡奕俊,等.氣相色譜法測(cè)定梨小食心蟲性信息素微囊粒劑的釋放特性[J].農(nóng)藥,2010,49(2)：111-113.

[8]薛小連,劉金龍,馬瑞燕,等.梨小食心蟲性誘劑和β-環(huán)糊精包合物的制備與表征[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào),2014,16(6)：741-745.

[9]張莉華,呂紅萍,呂慧,等.天然葉黃素溶解度的測(cè)定 [J].中國食品添加劑,2010(5)：231-234.

[10]李偉,孫新虎,丁霄霖.番茄紅素溶解度的測(cè)定 [J].食品與發(fā)酵工業(yè),2002,28(8)：54-56.

[11]陳漢杰,邱同鐸,張金勇.用性信息素加農(nóng)藥誘殺器防治梨小食心蟲的田間試驗(yàn)[J].昆蟲知識(shí),1998,35(5)：280-282.

[12]劉金龍,李慶燕,薛小連,等.梨小食心蟲性信息素主要成分的化學(xué)合成與田間活性試驗(yàn) [J].中國生物防治學(xué)報(bào),2015,31(2)：268-272.

（責(zé)任編輯：柏亞羅）

Study on the Water Dispersivity of Inclusion Compound of β-Cyclodextrin with Grapholitha molesta Busck Sex Pheromone

DU Shao-fang1,LIU Jin-long1*,XUE Xiao-lian1,MA Rui-yan2,JING Xiao-yuan3
(1.Institute of Chemical Ecology,College of Arts and Sciences,Shanxi Agricultural University,Shanxi Taigu 030801, China;2.College of Agriculture,Shanxi Agricultural University,Shanxi Taigu 030801,China;3.College of Life Science, Shanxi Agricultural University,Shanxi Taigu 030801,China)

The solubility and water dispersivity of inclusion compound of β-cyclodextrin with(Z)-8-dodecylene-1-ol acetate(Z8-12：Ac)were studied by equilibrium method and turbidimetry.The results showed that at the room temperature, the solubility of the inclusion compound was 0.790 0 g/L and the solubility of Z8-12：Ac could increase to 0.049 4 g/L.The inclusion compound formed a stable emulsion in water.The relative dispersion of the inclusion compound was 57.94%,in the buffer solutions with pH value of 8,and the dispersion amount of Z8-12：Ac increased to 0.375 9 g/L.

β-cyclodextrin;(Z)-8-dodecylene-1-ol acetate;inclusion compound;Grapholitha molesta Busck;water dispersivity

TQ 450.4＋2

A

10.3969/j.issn.1671-5284.2016.06.007

2016-07-07；

2016-07-22

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201103024）；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目（412576）；山西省自然科學(xué)基金（2013011032-1）

杜少芳（1992—），女，山西省忻州市人，碩士研究生。研究方向:生物化學(xué)分析。E-mail:dsfm1115@126.com

劉金龍（1970—），男，山西省運(yùn)城市人，教授，主要從事化學(xué)生態(tài)學(xué)研究。E-mail:shxljl269@126.com