除虫菊酯的制备方法

技术领域：本发明属于一种天然植物杀虫剂制备方法，具体地涉及一种天然 植物杀虫剂除虫菊酯制备方法。

背景技术：除虫菊是世界上目前唯一集约化种植的杀虫植物。早在1800年 中亚的一些地区就已开始利用除虫菊干花粉作为杀虫剂，此后传入欧洲，到1828 年开始生产这种杀虫剂；到1851年这种物质的特性和来源被公开后在世界范围 内广泛地应用起来。第一次世界大战前，除虫菊种植主要在Dalmatia及周边国 家，但到了二战以前，日本的除虫菊产量占世界第一位；而同时除虫菊产业约在 1932年在肯尼亚繁荣起来，40年代肯尼亚成为除虫菊产品的生产中心。除虫菊 干花中所含的杀虫有效成分能够极为快速地麻痹昆虫，触杀昆虫，因而广泛应用 于蚊蝇喷雾剂、家用卫生杀虫剂、谷物保护剂。除虫菊干花中的杀虫活性成分， 主要是六种成分组成：除虫菊酯I，II；茉莉菊酯I，II；瓜菊酯I，II。为单萜酯 衍生物，十分容易溶解在正己烷、石油醚、汽油等烷萜类溶液中，也较容易溶解 在乙酸乙酯、丙酮、甲醇、乙醇等有机溶剂中。工业化的除虫菊素杀虫剂在2000 年之前，基本上都从除虫菊干花原料用有机溶剂提取而得，因而广泛应用的也就 是这些提取物产品。2000年之后，本申请人以新的环保生产理念，运用现代CO2超临界流体提取技术于除虫菊工业化生产，使除虫菊产业步入了新时代，产品的 品质和质量的概念也发生了变化。

超声波是指频率超过人类听觉上限的振动波，一般频率超过20000Hz。在超 声波的作用下，细胞中的酶、细胞毒素、细胞内毒素，抗原细胞及其生物活性物 质的获取更加容易。在超声场内，生物的每个细胞的破裂在千万分之一秒时间内 发生，细胞在这样极短的时间内破裂，细胞中的生物活性成分等内含物质，没有 严重破坏的情况下，转溶到了细胞周围的介质中，这样就有利于细胞中生物活性 成分的提取。一般认为，在超声作用的介质中巨大的机械力的出现与空化现象有 关，在超声波作用的液体介质中，包括在生物细胞，在空泡的边缘上将产生巨大 的压力。空泡受到超声波辐射而压缩，空泡收缩时的辐射速度v与其表面液体压 力的关系为：

$v=\sqrt{\frac{2}{3}\frac{{\rho }_0}{\rho }[{\left(\frac{{\gamma }_0}{\gamma }\right)}^2-1]}$

其中：ρ0为流体静压，ρ为液体密度，γ0为超声作用前空泡的半径，γ为超声 作用瞬间的空泡半径。这一关系在假定液体不可压缩，不考虑粘度的前提下得到。 可以计算出在空泡表面能产生几千个大气压力。

研究表明，超声波对生物细胞的破坏作用，其速度与生物细胞和空腔表面的 距离成反比。超声波的作用下的生物学反应，不但与形成的空泡闭合相关，还对 超声波的辐射频率的能力相关。在液体中受超声辐射的作用，空泡自身的振荡频 率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\pi \gamma }}\sqrt{\frac{3\gamma {\rho }_0}{\rho }}$

公式中的符号与前一个公式的内涵一致。

超声波作用下的一些生物学反应(如溶血作用)，只有在超声波频率和空泡 振荡频率之间发生共振时才发生，而共振频率取决于空泡的半径和辐射超声波的 频率。

超声波技术在生物学和农业上应用相当广泛，但尚未看到应用到生物活性物 质制备方法上的报道。

发明内容：本发明的目的在于提供一种利用超声辐射振荡处理除虫菊花后， 提取杀虫有效生物活性物质的方法。本方法对许多生物体中有效的生理活性提取 有较为广普性的意义。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

除虫菊酯的制备方法，先用超声波对除虫菊花进行辐射处理，再进行溶剂提 取或非极性介质提取，

上述制备方法中超声波辐射处理用超声波频率为20000Hz～20000KHz，时间 为1～120分钟；溶剂提取用正己烷或石油醚或液体丁烷或液体丙烷或乙酸乙酯或 丙酮或甲醇或乙醇等常见溶剂。

上述制备方法中非极性介质提取用液体二氧化碳或超临界二氧化碳等非极 性介质。

本发明基于下述原理：利用超声波辐射到除虫菊花上，使除虫菊花内各类细 胞受到超声辐射影响后，细胞破裂或受到破坏，杀虫有效成分除虫菊酯溶入细胞 周围的介质中，利于溶剂提取出来。本发明从实验中发现：在超声辐射处理后的 除虫菊花中，提取的杀虫活性成分除虫菊酯的提取率相对于未用超声辐射振荡处 理的要多一些，这样有利于降低成本，有效利用除虫菊花中的有效成分。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明的实质，下面将结合本发明的附图用实施例来进一步 对本发明进行说明，但本发明的内容并不局限于此。

附图说明：

图1为未超声处理的除虫菊花中除虫菊酯含量GC分析图谱；

图2为未超声处理的除虫菊花中除虫菊酯含量GC分析图谱；

图3为超声处理10分钟的除虫菊花中样品1除虫菊酯含量GC分析图谱；

图4为超声处理10分钟的除虫菊花中样品1除虫菊酯含量GC分析图谱；

图5为超声处理15分钟的除虫菊花中样品2除虫菊酯含量GC分析图谱；

图6为超声处理15分钟的除虫菊花中样品2除虫菊酯含量GC分析图谱；

图7为超声处理20分钟的除虫菊花中样品3除虫菊酯含量GC分析图谱；

图8为超声处理20分钟的除虫菊花中样品3除虫菊酯含量GC分析图谱。

实施例1：

实验方法：

1)实验用的除虫菊花的选取：采摘除虫菊花，在采摘收集花中充分混均，然后 随机分出作对照样品的除虫菊花；其他除虫菊花也随机分成几份除虫菊花样 品，提供超声波辐射不同时间实验使用；

2)超声波辐射源：用Cole-Parmer仪器公司的Cole-Parmer 8894型超声波仪，将 除虫菊花在超声波浴中用超声辐射处理不同时间，仪器功率200W，超声波 频率采用44KHz；

3)除虫菊花中除虫菊酯含量分析法：

[分析方法]：采用气相色谱法

[仪器设备]：1、日本岛津GC-17A色谱仪。2、检测：FID检测，温度230 度，气仪室230度，3、柱子：OV-101 0.25mm×6.7m，柱温：120-220度(3-5 度/分钟)，柱顶压力：1kg/cm2，载气量：2.1ml/min。4、进样量：2ul。

[分析样品的制备]：

1、内标液的配制：精密称量1克邻苯二甲酸二丁酯于洁净干燥100ml容量 瓶内，用AR丙酮稀释至刻度。

2、已知标准液的配制：称取除虫菊酯标准样品约0.1克于100ml洁净干燥 容量瓶内，准确加入2ml内标液，用AR正己烷稀释至刻度。

3、分析样品液的配制：取除虫菊干花20克置烘箱内，在50度条件下干燥 2小时，取出干燥花凉至室温，用小型样品粉碎机粉碎至40目左右的干粉，准 确称取除虫菊干粉样品约10克于索氏提取器中，用AR正己烷75ml在水浴上回 流提取4小时，将提取液定量移入100ml洁净干燥容量瓶内，准确加入2ml内标 液，用AR正己烷稀释至刻度。

[分析图表中各组分的确定]：根据保留时间(分)，除虫菊酯标准图谱中各 化合物信号被测定的顺序为：内标(DBP)5.603，瓜菊酯CiI(9.315)，茉莉菊酯 JaI(0.552)，除虫菊酯PyI(10.992)；瓜菊酯CiII(14.560)，茉莉菊酯JaII(15.857)，除虫 菊酯PyII(16.338)。

[计算干花中菊酯的百分含量]

标准品的峰面积与内标的比值：

    AI(标)＝PY I总峰面积/DBP峰面积；AII(标)＝PY II总峰面积/DBP 峰面积

    校正因子：FI＝称取的标准品重(g)×标准品中PY I的百分含量/AI

              FII＝称取的标准品重(g)×标准品中PY II的百分含量/AII

分析样品的峰面积与内标峰面积的比值：

    AI(样)＝PY I总面积/DBP面积；AII(样)＝PY II总面积/DBP面积

分析样品中的百分含量：

    PY I％＝AI(样)×FI/样品重(g)；PY II％＝AII(样)×FII/样品重(g)

    干花中菊酯的总百分含量：      PY’S％＝PY I％+PY II％

4)超声辐射处理除虫菊花实验中提取物的除虫菊酯含量：

对对照样品和超声辐射振荡处理除虫菊样品中用正己烷提取出的提取物中的 除虫菊含量测定，结果列入表1。超声辐射振荡处理除虫菊花后对提取物中除虫 菊酯含量的影响情况列入表2。

表1超声辐射振荡处理除虫菊花后提取物中除虫菊酯含量分析测定 编号   处理时间(min)  分析量(g)   除虫菊酯   PY I％   除虫菊酯   PY II％  总除虫菊酯  PYS(I+II)％ 对照品 (未处理)   -   -   -   -  10.081  10.073  10.090  10.022   0.58   0.59   0.58   0.57   0.41   0.40   0.42   0.41  0.99  0.99  1.00  0.98 样品1   10   10   10   10  10.074  10.080  10.053  10.030   0.68   0.67   0.69   0.68   0.51   0.50   0.50   0.52  1.19  1.17  1.19  1.20 样品2   15   15   15   15  10.028  10.051  10.023  10.030   0.75   0.76   0.75   0.75   0.62   0.60   0.61   0.62  1.37  1.36  1.36  1.37 样品3   20   20   20   20  10.035  10.031  10.038  10.040   0.68   0.69   0.68   0.67   0.54   0.52   0.53   0.55  1.22  1.21  1.21  1.22

表2超声辐射振荡处理除虫菊花后提取物中除虫菊酯含量的影响   编号 对照C(未处理)     样品1     样品2     样品3   超声辐射处理时间(min)     10     15     20   分析量(g) 10.066     10.059     10.033     10.036   PY I％ 0.58     0.68     0.75     0.68   ΔPY I％     0.10     0.17     0.10   ΔPY I％/PY I％(C)     17.2％     29.3％     17.2％   PY II％ 0.41     0.51     0.61     0.54   ΔPY II％     0.10     0.20     0.13   ΔPY II％/PY II％(C)     24.3％     48.8％     31.7％   PY’S(I+II)％ 0.99     1.19     1.36     1.22   ΔPY’S(I+II)％     0.20     0.37     0.23   ΔPY‘S％/PYS％(C)     20.2％     37.4％     23.2％

GC分析结果如附图所示。

a.从表2超声辐射振荡处理除虫菊花后提取物中除虫菊酯含量的影响中的 数据可以看出：经过超声波辐射振荡处理后，正己烷提取物中的除虫菊酯含量要 高得多。从数据中可以看出：经超声波浴超声辐射振荡处理过10分钟、15分钟、 20分钟的除虫菊花中，与没有经超声辐射的对照样品比较，除虫菊酯I组(PY I) 提取率分别提高了17.2％，29.3％，17.2％；除虫菊酯II组(PY II)提取率分别 提高了24.3％，48.8％，31.7％；总的除虫菊酯提取率分别提高了20.2％，37.4％， 23.2％。由此可见，经过超声波浴超声辐射振荡处理，处理的时间有所不同，但 总的来说，除虫菊花提取物中，除虫菊酯I组和II组(PY I和PY II)提取率 都有十分明显的提高。在超声辐射振荡处理15分钟时，除虫菊酯I组(PY I) 提取率高出了对照样品的29.3％，而除虫菊酯II组(PY II)的提取率高出了对 照样品48.8％；说明在超声波频率在44KHz的辐射条件下，处理15分钟时间是 比较合适的，处理15分钟时，除虫菊酯总提取率提高达37.4％，而处理时间较短 时10分钟时提取率有所增加达到了20.2％，而处理时间较长时20分钟时提取率 有所增加达到了23.2％，说明超声辐射处理时间过长，也反而容易引起除虫菊酯 的挥发或破坏，提取率降低。因而在应用新技术超声辐射处理方式提取除虫菊酯 时，需要根据超声辐射的频率，选择一定的超声振荡时间。

b.从超声辐射振荡处理除虫菊花后提取物中除虫菊酯含量的影响的数据可 以清楚看到：经超声辐射振荡处理除虫菊花后提取物中，除虫菊酯II组(PY II) 提取率提高增幅比除虫菊酯I组(PY I)提取率增幅要大一些，其原因可能是由 于原来除虫菊酯II组(PY II)的三个化合物，因为极性较大，有机溶剂进入细 胞内交换溶出被提取出来的难度要大一些，对除虫菊花进行超声辐射振荡处理 后，花内细胞组织在振荡瞬间被破坏，生物活性物质流出细胞，溶入周围的介质 中，有机溶剂提取时相对更容易一些，这样除虫菊酯II组(PY II)提取率增幅 更大一些。而在另外一些条件下，比如用二氧化碳超临界技术提取除虫菊酯时， 在增大萃取压力时，除虫菊酯II组(PY II)的含量相对更高一些，提取率也相 对提高了一些。

c.从以上讨论可以推论，由于经超声辐射振荡处理除虫菊花后，花内细胞 组织在振荡瞬间被破坏，生物活性物质流出细胞，溶入周围的介质中，有机溶剂 提取时相对更容易一些，因而在不同溶剂提取物中，总除虫菊酯(PY S)提取率 有不同程度的提高，是可以理解的。而同一种溶剂提取时，经超声辐射振荡处理 的时间又成为一个提高总除虫菊酯(PY S)提取率的另一个因素。因而本发明超 声辐射振荡处理提取除虫菊酯的方法涉及超声辐射振荡处理的时间、超声辐射的 频率以及提取除虫菊酯所用的溶剂体系，也可以说这三个因素与除虫菊酯提取率 的提高，具有相当密切的相关关系。

在下述实施例中除虫菊花样品一般选取规模化生产的除虫菊酯含量在平均 值附近，但稍微偏底的原料作为实验用样品。应用实例中所用的除虫菊花原料在 干花中的平均含量为1.19％。

实施例2：正己烷溶剂提取

取一定量的除虫菊花，用超声辐射振荡处理一定时间，取超声辐射振荡处理 过的干花原料1.5Kg，加入5倍量的正己烷溶剂，回流提取4小时，之后过滤得 到提取液；滤渣再次加5倍量的正己烷溶剂，回流提取4小时，过滤得到提取液。 合并两次提取液减压回收溶剂，得到提取浸膏，为除虫菊酯的粗提物，重69.1g， 用标准的GC方法测定除虫菊酯的含量，为31.1％，提取得到除虫菊酯；因未用 超声辐射振荡处理样品提取物中除虫菊酯的理论产量为：1500g×1.19％＝ 17.85g，实际提取得到除虫菊酯产量为：69.1g×31.1％＝21.49g，收率为：21.49g/ 17.85g×100％＝120.4％。由此可知：用超声辐射振荡处理除虫菊花后，除虫菊 酯的得率可以提高20.4％。

实施例3：石油醚溶剂提取

取一定量的除虫菊花，用超声辐射振荡处理一定时间，取超声辐射振荡处理 过的干花原料1.5Kg，加入5倍量的石油醚(沸点30-60℃)溶剂，回流提取4 小时，之后过滤得到提取液；滤渣再次加5倍量的石油醚(沸点30-60℃)溶剂， 回流提取4小时，过滤得到提取液。合并两次提取液减压回收溶剂，得到提取浸 膏，为除虫菊酯的粗提物，重74.6g，用标准的GC方法测定除虫菊酯的含量， 为27.5％，提取得到除虫菊酯；因未用超声辐射振荡处理样品提取物中除虫菊酯 的理论产量为：1500g×1.19％＝17.85g，实际提取得到除虫菊酯产量为：74.6g ×27.5％＝21.49g，收率为：20.51g/17.85g×100％＝114.9％。由此可知：用 超声辐射振荡处理除虫菊花后，除虫菊酯的得率可以提高14.9％。

实施例4：二氧化碳超临界流体提取

取一定量的除虫菊花，用超声辐射振荡处理一定时间，取超声辐射振荡处理 过的干花原料1.35Kg，加入5L的二氧化碳超临界流体萃取釜中，在一定压力下， 提取2小时之后。从解析釜吹放出除虫菊干花提取物，得到提取浸膏，即为除虫 菊酯的粗提物，重45.8g，用标准的GC方法测定除虫菊酯的含量，为46.1％，提 取得到除虫菊酯；因未用超声辐射振荡处理样品提取物中除虫菊酯的理论产量 为：1350g×1.19％＝16.06g，实际提取得到除虫菊酯产量为：45.8g×46.1％＝ 21.11g，收率为：21.11g/16.06g×100％＝131.4％。由此可知：用超声辐射振 荡处理除虫菊花后，除虫菊酯的得率可以提高31.4％。

实施例5：丁烷液体或亚临界溶剂提取

取一定量的除虫菊花，用超声辐射振荡处理一定时间，取超声辐射振荡处理 过的干花原料8.0Kg，加入50L的丁烷亚临界流体萃取釜中，在一定压力下，提 取2小时之后。从回收釜(或解析釜)减压回收丁烷气体，得到除虫菊干花提取物 浸膏，即为除虫菊酯的粗提物，重387.6g，用标准的GC方法测定除虫菊酯的含 量，为29.3％，提取得到除虫菊酯；因未用超声辐射振荡处理样品提取物中除虫 菊酯的理论产量为：8000g×1.19％＝95.20g，实际提取得到除虫菊酯产量为： 387.6g×29.3％＝113.57g，收率为：113.57g/95.20g×100％＝119.2％。由此 可知：用超声辐射振荡处理除虫菊花后，除虫菊酯的得率可以提高19.2％。

实施例6：丙酮溶剂提取

取一定量的除虫菊花，用超声辐射振荡处理一定时间，取超声辐射振荡处理 过的干花原料1.5Kg，加入5倍量的丙酮溶剂，回流提取4小时，之后过滤得到 提取液；滤渣再次加5倍量的丙酮溶剂，回流提取4小时，过滤得到提取液。合 并两次提取液减压回收溶剂，得到提取浸膏，为除虫菊酯的粗提物，重183.5g， 用标准的GC方法测定除虫菊酯的含量，为10.8％，提取得到除虫菊酯；因未用 超声辐射振荡处理样品提取物中除虫菊酯的理论产量为：1500g×1.19％＝ 17.85g，实际提取得到除虫菊酯产量为：183.5g×10.8％＝19.82g，收率为： 19.82g/17.85g×100％＝110.0％。由此可知：用超声辐射振荡处理除虫菊花后， 除虫菊酯的得率可以提高10.0％。

实施例7：乙酸乙酯溶剂提取

取一定量的除虫菊花，用超声辐射振荡处理一定时间，取超声辐射振荡处理 过的干花原料1.5Kg，加入5倍量的乙酸乙酯溶剂，回流提取4小时，之后过滤 得到提取液；滤渣再次加5倍量的乙酸乙酯溶剂，回流提取4小时，过滤得到提 取液。合并两次提取液减压回收溶剂，得到提取浸膏，为除虫菊酯的粗提物，重 150.0g，用标准的GC方法测定除虫菊酯的含量，为13.0％，提取得到除虫菊酯； 因未用超声辐射振荡处理样品提取物中除虫菊酯的理论产量为：1500g×1.19％＝ 17.85g，实际提取得到除虫菊酯产量为：150.0g×13.0％＝19.50g，收率为： 19.50g/17.85g×100％＝109.2％。由此可知：用超声辐射振荡处理除虫菊花后， 除虫菊酯的得率可以提高9.2％。

实施例8：甲醇溶剂提取

取一定量的除虫菊花，用超声辐射振荡处理一定时间，取超声辐射振荡处理 过的干花原料1.5Kg，加入5倍量的甲醇溶剂，回流提取4小时，之后过滤得到 提取液；滤渣再次加5倍量的甲醇溶剂，回流提取4小时，过滤得到提取液。合 并两次提取液减压回收溶剂，得到提取浸膏，为除虫菊酯的粗提物，重465.0g， 用标准的GC方法测定除虫菊酯的含量，为3.9％，提取得到除虫菊酯；因未用超 声辐射振荡处理样品提取物中除虫菊酯的理论产量为：1500g×1.19％＝17.85g， 实际提取得到除虫菊酯产量为：465.0g×3.9％＝18.14g，收率为：18.14g/17.85g ×100％＝101.6％。由此可知：用超声辐射振荡处理除虫菊花后，除虫菊酯的得率 可以提高1.6％。

从实施例2-8可以看出：除虫菊花用超声辐射振荡处理一定时间后，用各 种溶剂和技术进行提取，总体结果与未处理的情况大有不同，除虫菊酯的提取率 基本上都有一定的提高，但提高幅度各不相同。其中用二氧化碳超临界流体提取 提高幅度较大，达到了31.4％。在工业应用中，需考虑终端产品的要求和应用方 式，决定精制的要求，根据具体的需要和生产成本确定提取溶剂。