驅(qū)蚊植物提取物活性成分的提取分析及驅(qū)蚊效果研究

李和昀 朱蘇蘇 王叢涵

(北京大學(xué)附屬中學(xué)高三4班 北京100190)

夏日的蚊蟲給人們帶來(lái)困擾，防治蚊蟲一般采用滅蚊劑和驅(qū)避劑。滅蚊劑是指通過(guò)與蚊蟲的接觸，達(dá)到直接殺死蚊蟲效果的物質(zhì)，滅蚊劑的主要成分是菊酯類，如胺菊酯、氯菊酯以及有機(jī)溶劑等;滅蚊劑的主要成分都具有一定毒性，雖然日常生活中這些化學(xué)物質(zhì)使用量不大，一般不會(huì)直接對(duì)人體構(gòu)成嚴(yán)重危害，然而，成年累月使用所導(dǎo)致的后果也不可小覷。驅(qū)避劑能使蚊蟲遠(yuǎn)離或接觸不到叮咬目標(biāo)，較于殺蟲劑在抗藥性的產(chǎn)生和環(huán)境友好方面也具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。合成型驅(qū)蚊劑是由化學(xué)人工合成藥物制成，雖然驅(qū)避害蟲的高效性和持久性均超過(guò)天然驅(qū)蚊劑，但安全問(wèn)題成為很大隱患。植物驅(qū)避劑是主要的天然驅(qū)避劑，驅(qū)避物質(zhì)一般來(lái)源于植物的根、莖、葉、花等，這些天然驅(qū)蚊劑自古以來(lái)就被人們廣泛使用。為了探索出更多有驅(qū)避作用的天然植物，世界各國(guó)都對(duì)大量植物進(jìn)行了充分的研究［1-16］。

1 問(wèn)卷調(diào)查及結(jié)果分析

1.1 調(diào)查問(wèn)卷設(shè)計(jì)與實(shí)施［7-10］

調(diào)查問(wèn)卷共包含7個(gè)問(wèn)題，發(fā)放問(wèn)卷150份，共收回有效答卷103份，采集數(shù)據(jù)如表1。

1.2 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

面對(duì)蚊蟲困擾，多數(shù)人習(xí)慣直接用“揮手驅(qū)趕”或“直接打死”的方式解決，而不依賴于市面上所銷售的驅(qū)蚊產(chǎn)品。

生活中大多數(shù)人對(duì)于驅(qū)蚊產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)都停留在花露水、蚊香這些合成型驅(qū)蚊物質(zhì)層面，而對(duì)天然驅(qū)蚊劑了解并不多。

大多數(shù)人不選擇市場(chǎng)上現(xiàn)有驅(qū)蚊產(chǎn)品的原因是認(rèn)為其有效持續(xù)時(shí)間太短、驅(qū)蚊效果不好、有可能對(duì)人體有害的刺激性味道。

對(duì)于驅(qū)蚊原理，被調(diào)查者普遍認(rèn)為是驅(qū)蚊產(chǎn)品釋放出讓蚊子討厭味道的物質(zhì)或是對(duì)蚊子有毒的物質(zhì)，從而達(dá)到驅(qū)蚊或滅蚊的目的。

綜上所述，市場(chǎng)上現(xiàn)有的驅(qū)蚊產(chǎn)品，尤其是合成型驅(qū)蚊產(chǎn)品，普遍沒(méi)有得到人們的信任(70%認(rèn)為所使用驅(qū)蚊產(chǎn)品不好，沒(méi)有顯著的成效)，并容易讓人們擔(dān)心危害自身安全。因此，更天然無(wú)毒、更容易讓人們了解、使用時(shí)更令人放心的驅(qū)蚊產(chǎn)品，是大眾所需要的。

表1 調(diào)查問(wèn)卷

2 植物提取實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)論

通過(guò)查找文獻(xiàn)，得知最早的驅(qū)蚊劑出現(xiàn)在公元前，如古埃及人把有強(qiáng)烈氣味的物質(zhì)涂到皮膚上來(lái)防止蚊蟲叮咬;古代我國(guó)居民常以燒艾蒿、菊科類植物的辦法來(lái)驅(qū)趕蚊蟲;古代俄羅斯牧民用燃燒青苔和松樹(shù)葉驅(qū)趕蚊蟲，用桉樹(shù)葉涂抹在皮膚上來(lái)防止蚊蟲叮咬等。16世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)大麻可以有效地防止昆蟲叮咬，隨后人們又發(fā)現(xiàn)許多植物提取物有驅(qū)避蚊蟲的作用。17世紀(jì)，許多具有驅(qū)避作用的天然精油逐漸被人們所熟知，如丁香油、椰子油、桉樹(shù)油、熏衣草油、檸檬油、麝香草油等。再后來(lái)，除了純天然的植物成分，人類又制作出許多合成型物質(zhì)，例如避蚊胺等。

現(xiàn)如今，人們所知道的擁有驅(qū)蚊效果的植物有:香茅、百里香、迷迭香、薄荷、胡椒薄荷、松樹(shù)、羅勒屬、薰衣草、大蒜、肉桂、玉樹(shù)、檸檬草、天竺葵、青蒿等。天然驅(qū)避劑氣味清新，對(duì)人體的毒副作用很小，只要不對(duì)植物過(guò)敏則完全不用擔(dān)憂。

本文選擇其中的4種，即天竺葵葉、薄荷葉、蒿草葉、西紅柿葉，進(jìn)行有效成分提取實(shí)驗(yàn)［13］。

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

第1步:采集4種植物葉后洗凈、陰干、搗碎、過(guò)篩、稱量，并記錄質(zhì)量。

第2步:取植物粉末加入95%乙醇，錫紙封口，浸泡24小時(shí)。

第3步:采用頻率為250Hz的超聲波提取混合液40分鐘，提取結(jié)束后，減壓、抽濾得到濾液。

第4步:使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋干并濃縮濾液，得粗提物浸膏，稱重并計(jì)算提取率。提取率=浸膏質(zhì)量/植物粉末質(zhì)量×100%。

2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

天竺葵葉片為黃綠色，有特殊香氣。超聲提取后浸出液為黃綠色;粗提浸膏為棕色，實(shí)驗(yàn)中能夠完全旋干，提取效果好。最后得到的深棕黃色粉末狀浸膏有甜香氣味。

薄荷葉片為綠色，有清涼香氣。超聲提取后浸出液為深綠色，減壓抽濾時(shí)濾渣為渣滓;粗提浸膏為深綠色，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中乙醇不能在減壓下完全被除去。最后得到的深綠色浸膏有薄荷特有的清涼氣味。

蒿草葉片正面為深綠色，背面為淺綠色，有特殊的清香。超聲提取后浸出液為深綠色，抽濾時(shí)濾渣成餅狀。粗提浸膏為深綠色，實(shí)驗(yàn)中乙醇在減壓下基本上被除去，但此過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，能得到粉末狀固體但不多，提取效果較好。最后得到的深綠色浸膏有特殊氣味。

西紅柿葉片較小，為綠色，無(wú)甚味道。超聲提取后浸出液為深綠色(較深)，粗提浸膏為深綠色;實(shí)驗(yàn)中乙醇不能完全蒸發(fā)，在4種植物中提取效果最差。最后得到的深綠色油狀浸膏，有提取物液體及渣狀物，幾乎沒(méi)有氣味。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和改進(jìn)方向

實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。

由表2可知4種植物葉片(天竺葵葉、薄荷葉、蒿草葉、西紅柿葉)的提取率均為10%左右。天竺葵葉和蒿草葉提取時(shí)能夠得到較純凈的固體提取物，有利于接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)步驟;而薄荷葉和西紅柿葉的提取物不夠純凈，會(huì)對(duì)未來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的影響，油狀提取物也不利于儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)所使用的圓底玻璃瓶中。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，溶劑的濃度和劑量是起關(guān)鍵影響作用的因素。在本實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中加入了200 mL乙醇，需要約1小時(shí)旋干。如果乙醇加得少，則有可能無(wú)法完全提取，造成有效成分損失;若乙醇加得多，則會(huì)在除去溶劑過(guò)程中浪費(fèi)能源，且長(zhǎng)時(shí)間加熱可能造成有效物質(zhì)揮發(fā)和分解。故應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)進(jìn)行不同乙醇萃取驅(qū)蚊效果的測(cè)定，得到最為合適的乙醇含量。此后的研究可以探索不同極性的溶劑進(jìn)行提取和后續(xù)實(shí)驗(yàn)以完成提取劑的篩選。備選溶劑為:石油醚、甲苯、丙酮(極性梯度)。

本實(shí)驗(yàn)采用了超聲提取加旋轉(zhuǎn)蒸餾的操作。這種操作好在簡(jiǎn)單易行且干燥的植物體積小，保存時(shí)不容易變質(zhì)，提取效率較高，加工起來(lái)很容易。但問(wèn)題也很多，比如:由于需要洗凈曬干，所以預(yù)先的操作較多，制作周期較長(zhǎng);旋轉(zhuǎn)蒸餾時(shí)會(huì)有低沸點(diǎn)的活性成分蒸出，造成效果下降;提取時(shí)會(huì)有葉綠素首先被萃取出，使萃取物黏稠且?guī)в蓄伾⑶胰~綠素不好除去;之后如果配制溶液會(huì)有部分不溶，造成損失，曬干時(shí)水分蒸餾不充分使旋轉(zhuǎn)蒸餾較難完全進(jìn)行。可替代的方法為:使用索式提取器，利用不斷蒸發(fā)、冷凝、浸出、回流，得到較為純凈的產(chǎn)物并用乙醚或其他溶劑進(jìn)行再萃取。好處在于提取出的成分較為純凈且不需要做過(guò)多的預(yù)處理。缺點(diǎn)在于提取時(shí)所需能量更多，成本更高，所以只適宜在小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)使用。

3 防護(hù)試驗(yàn)及結(jié)論［14-15］

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:昆明小鼠(小白鼠)12只(雌雄各半)。

供試蚊蟲:致倦庫(kù)蚊110只。

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1.1 攻擊力實(shí)驗(yàn)

在密閉空間內(nèi)放入捕捉好的110只2～3日未吸血的蚊子和2只未涂抹任何植物溶液的小鼠，記錄10分鐘內(nèi)前來(lái)停落的蚊子數(shù)量，多于5只即為攻擊力合格，該小鼠及該籠蚊子可用于驅(qū)避實(shí)驗(yàn)。

3.1.2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

取一定量植物提取物，稱量并記錄質(zhì)量，加入去離子水?dāng)嚢杈鶆颍涗浥渲频闹参锶芤嚎傎|(zhì)量，計(jì)算濃度并計(jì)入表格。

分別蘸取5%天竺葵葉溶液、5%薄荷葉溶液、5%蒿草葉溶液、5%西紅柿葉溶液、10%西紅柿葉溶液，涂抹在處理好的小鼠背部，每種溶液涂抹2只小鼠。用不同顏色的記號(hào)筆標(biāo)記，以區(qū)分涂抹不同植物溶液的小鼠。

將10只涂抹了不同植物溶液的小鼠和2只未涂抹任何植物溶液的小鼠全部放入裝有110只蚊子的密閉空間中，2人分別觀察每只小鼠身上停留的蚊子數(shù)量并記錄，記錄數(shù)據(jù)時(shí)以小時(shí)為單位，取2人記錄數(shù)據(jù)的平均數(shù)，共觀察、記錄6小時(shí)。

有效保護(hù)時(shí)間計(jì)算方法:從涂藥開(kāi)始到有第1只蚊子叮咬的間隔時(shí)間為有效保護(hù)時(shí)間。

有效保護(hù)率(%)=(對(duì)照組蚊子叮咬數(shù)-涂植物溶液組蚊子叮咬數(shù))/對(duì)照組蚊子叮咬數(shù)

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

表3和表4分別給出了溶液的配制方式及原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。

表3 植物溶液配制

表4 蚊子在涂抹不同植物溶液小鼠身上停留的數(shù)量/個(gè)(以小時(shí)為單位記錄)

3.3 實(shí)驗(yàn)分析

3.3.1 數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析

表5給出了數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

表5 不同植物溶液的驅(qū)避率/%

由表5可以看出，隨時(shí)間增加驅(qū)避率整體呈下降趨勢(shì)，即植物提取物的驅(qū)避效果隨時(shí)間增加而降低。

4種植物的驅(qū)避率在6小時(shí)內(nèi)均有先下降再回升的情況出現(xiàn)。分析原因?yàn)?對(duì)照組數(shù)據(jù)太小，雖然每小時(shí)的蚊子停落數(shù)量都差不多，但是計(jì)算出的結(jié)果看起來(lái)差距非常大。另外就是一段時(shí)間內(nèi)蚊子剛進(jìn)食完所以停落數(shù)減少，后來(lái)又餓了使驅(qū)避率明顯降低，而后因?yàn)轲囸I度下降使得驅(qū)避率回升。

在4種植物中薄荷葉的有效保護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，但一旦開(kāi)始失效，驅(qū)避效果就會(huì)明顯減弱;天竺葵葉的有效保護(hù)時(shí)間雖然不如薄荷葉的時(shí)間長(zhǎng)，但它開(kāi)始失效后仍能保持較長(zhǎng)時(shí)間的高驅(qū)避率;蒿草葉和西紅柿葉的有效保護(hù)時(shí)間較短，失效后驅(qū)避率也隨之下降。

濃度較高的西紅柿葉明顯比濃度低的西紅柿葉驅(qū)避效果持久且效果好。

3.3.2 方案改進(jìn)點(diǎn)

研讀多種品牌驅(qū)蚊花露水的配方，可知其中均含有多種植物提取物質(zhì)，因此在后續(xù)試驗(yàn)中可進(jìn)行混合精油的試驗(yàn)，以確定提取物混合使用的效果。

后續(xù)可進(jìn)行與市售驅(qū)蚊液的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，這樣可以在得到對(duì)比效果的同時(shí)測(cè)試市售驅(qū)蚊液的效果。

3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在對(duì)小白鼠進(jìn)行活體實(shí)驗(yàn)后，綜合來(lái)看，本實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論為4種植物的驅(qū)避效果依次為:薄荷葉＞天竺葵葉＞西紅柿葉＞蒿草葉。其中蒿草的驅(qū)蚊效果與預(yù)計(jì)的不同，這可能是由于實(shí)驗(yàn)誤差造成的。由排序我們推測(cè)，味道越濃重驅(qū)蚊效果越好;且濃度越高，驅(qū)避效果越好。

另外，在實(shí)驗(yàn)中以水為溶劑配出了實(shí)驗(yàn)溶液，但是一定比例的水-乙醇混合液作為溶劑也許更有利于植物提取物的溶解，更便于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4 成本分析

在考慮植物成本，植物含水量和提取率，提取過(guò)程中成本，溶劑(95%乙醇)成本，最終成品濃度，人工成本和一定包裝費(fèi)用后，我們給出了20～30元/100 mL的價(jià)格，比市場(chǎng)上普遍銷售的合成型驅(qū)蚊花露水價(jià)位略高。

5 可行性結(jié)論

如今市場(chǎng)上主要驅(qū)蚊產(chǎn)品存在的問(wèn)題是:有刺激性味道可能對(duì)人體有害，驅(qū)蚊效果不佳等。而我們利用純天然植物進(jìn)行提取，可以保證天然無(wú)毒，通過(guò)防蚊實(shí)驗(yàn)也可保證在適當(dāng)增加濃度后驅(qū)蚊效果更顯著。雖然價(jià)格比市售驅(qū)蚊產(chǎn)品略微偏貴，但整體而言可行性很大。

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