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Preparation and controlled release effectiveness of codling moth sex pheromone microcapsule

苹果蠹蛾性信息素微胶囊的制备及其缓释效果试验



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protection, 2015, 42(3): 432 - 439 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2015􀆰 03􀆰 022
基金项目: 国家公益性行业(农业)科研专项(201203036)
∗通讯作者(Authors for correspondence), E⁃mail: wenxiujun@ scau. edu. cn, yizhen@ scau. edu. cn
收稿日期: 2014 - 04 - 16
苹果蠹蛾性信息素微胶囊的制备及其缓释效果试验
杨兴翠1,2   易思雨1   马  涛1   李奕震1∗  温秀军1∗  曹  庸3
(1.华南农业大学林学院, 广东 广州 510642; 2.广东省林业科学研究院, 广州 510520;
3.华南农业大学食品学院, 广东 广州 510642)
摘要: 为延长苹果蠹蛾性信息素在野外的缓释时间并提高其药效,研究了壁材、壁材芯材比、剪切
速度、均质压力等条件对制备微胶囊乳液的粒度分布和包覆率的影响,并在室内不同温度下测定其
缓释效果,以确定适宜的制备工艺。 结果表明,微胶囊乳液的最佳配方为:壁材为辛烯基琥珀酸淀
粉钠 ∶麦芽糊精 ∶ β⁃环糊精 = 15 ∶ 3 ∶ 2,壁材与芯材比例为 10 ∶ 1,剪切速度为10 000 r / min,剪切时间
2 min,高压均质压力为 25 MPa,均质 2 min,二次均质时加入 10 g 液体石蜡。 室内缓释测试表明,
在 25 ℃下未微胶囊化的性信息素稀释液 5 h后检测不到苹果蠹蛾性信息素,而制备的微胶囊乳液
在 30、40、50 ℃条件下缓释进行到 91 d时,均可检测到性信息素,说明苹果蠹蛾性信息素进行包埋
具有缓释作用。
关键词: 苹果蠹蛾; 性信息素; 微胶囊乳液; 缓释
Preparation and controlled release effectiveness of codling moth sex
pheromone microcapsule
Yang Xingcui1, 2   Yi Siyu1   Ma Tao1   Li Yizhen1∗   Wen Xiujun1∗   Cao Yong3
(1. College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong Province, China;
2. Guangdong Academy of Forestry Science, Guangzhou 510520, Guangdong Province, China;
3. College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong Province, China)
Abstract: To extend controlled release time and improve the control effects of sex pheromones of codling
moth Cydia pomonella, the influence of wall material, the ratio of wall material to core, shear rate and
homogenous pressure on the microcapsule size and encapsulating rate were studied, and the release
effects of the microcapsules were tested under 30, 40, 50 ℃ in the laboratory. The results showed that
the optimum wall material for the microcapsules was starch sodium octenyl succinate ∶ maltodextrin ∶ β⁃
cyclodextrin = 15 ∶ 3 ∶ 2; the ratio of wall material to core material was 10 ∶ 1; the shear rate was
10 000 r / min in 2 min; homogenized under 25 MPa for 2 min, and then homogenized again after 10 g
liquid paraffin was added. The pheromone in microcapsules could be detected after 91 days at 30, 40 or
50 ℃, but the unencapsulated sex pheromone was undetectable after 5 hours at 25 ℃, indicating that the
codling moth sex pheromone microcapsules had a good release effect.
Key words: codling moth; sex pheromone; microcapsule emulsion; release
    苹果蠹蛾 Cydia pomonella (L. )是一种为害严
重的果树害虫,属鳞翅目卷蛾科,原产于欧亚大陆中
南部地区,我国于 1953 年在新疆首次发现该虫,
1957 年首次报道(张学祖,1957)。 该虫以幼虫蛀果
为害果实,主要寄主有苹果、梨、沙果、杏、桃、野山
楂、板栗属和无花果属等植物,严重降低果实品质,
并导致果实成熟前脱落和腐烂(翟小伟等,2009;
2010)。 该虫有很强的适应性、抗逆性和繁殖能力,
发育历期长,而且不整齐,一旦发生很难防治,是世
界果树上的毁灭性蛀果害虫,也是各国所关注的检
疫性有害生物(史惠玲等,2008)。 近年来,苹果蠹
蛾已成为我国许多果区常发性的重要害虫,有逐年
加重、并由西向东发展的趋势(翟小伟等,2009)。
目前主要依赖化学农药防治苹果蠹蛾,但由于其幼
虫为害的隐蔽性,施药效果有限,并导致苹果蠹蛾抗
药性增加(Witzgall et al. ,2008)、环境污染、杀伤天
敌和食品安全等问题(Knight et al. ,2008;2012),因
此,寻求安全有效的防治方法尤为重要。
利用昆虫信息素防治害虫是 20 世纪 60 年代以
来发展的一种新技术,具有高效、无毒、无污染、使用
方便、对益虫无害等优点,因此备受国内外研究者的
重视。 其应用主要集中在虫情测报、大量诱捕、干扰
交配和害虫检疫等方面,其中以性信息素干扰交配
的方法应用较为广泛(孟宪佐,2000)。 用苹果蠹蛾
性信息素干扰交配防治的剂型中,微胶囊是比较理
想的剂型之一。 微胶囊是一种用成膜材料把一些固
体或液体包覆而成的微小粒子,其粒径为纳米、微米
或毫米,不同粒径大小的微小粒子分别称为纳米胶
囊、微胶囊、微粒以及微球等。 包在微胶囊内部的物
质称为芯材或囊芯,成膜材料称为壁材(唐进根,
1998)。 昆虫性信息素微胶囊制备工艺简便,活性
成分被封闭在囊壁内,限制了性信息素的扩散,能隔
绝光照、空气和水分,降低了活性成分被氧化、分解
的速度,可以控制恒定释放,并保持较长的作用时
间;同时性信息素微胶囊可以采用传统施药器械进
行施用,这就减少了人工投入并增加了调控施药速
度和次数的灵活性(李继成等,2011)。
昆虫性信息素微胶囊剂用于防治农林业害虫已
有报道。 澳大利亚在桃园内用性信息素微胶囊剂防
治梨小食心虫 Crapholitha molesta,信息素散发速率
为 6 mg·hm - 2·h - 1,桃树枝条和桃子被害率比施用
农药的果园明显降低,在 84 d 内,用性信息素处理
的诱蛾率减少 99% ,嫩枝被害减少 91% ,桃子几乎
没有受害,效果显著(唐进根,1998;陈增良和张钟
宁,2008);我国也有采用一些缓释剂类型用于害虫
的测报及诱捕试验,如空心纤维、塑料夹层、天然橡
胶芯以及微胶囊等,关于在防治害虫的昆虫性信息
素缓释剂型中应用微胶囊技术报道较少。 涂洪涛等
(2012)发现在梨小食心虫越冬代活动前经 350、
500、650 根 / hm2 性信息素迷向丝处理,5 个月内均
保持了较好的防治效果;徐妍等(2009)以乙基纤维
素为囊壳,采用相分离法制备了梨小食心虫性信息
素微囊粒剂,研究了各因素对该微囊粒剂的平均粒
径及包覆率的影响,并发现在室内较稳定的条件下,
能持续释放 110 d以上。
本试验以辛烯基琥珀酸淀粉钠、麦芽糊、β⁃环糊
精、液体石蜡为壁材料,苹果蠹蛾性信息素为芯材,
制备微胶囊乳液,研究壁材料不同比例对微胶囊乳
液粒度分布及包覆率的影响,并进行了室内缓释试
验,以期提高苹果蠹蛾性信息素微胶囊的林间缓释
时间,增强其应用效果。
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试试剂:苹果蠹蛾性信息素,北京中捷四方公
司生物科技有限公司;辛烯基琥珀酸淀粉钠,广州华
汇生物实业有限公司;麦芽糊精、β⁃环糊精,上海源
聚生物科技有限公司;液体石蜡,天津市富宇精细化
工有限公司。
供试仪器:高剪切乳化均质机,上海标本模型
厂;高压均质机,加拿大 ATS 工业系统有限公司;激
光粒度分析仪, 该仪器的分散装置为 Hydro
2000MU,英国 Malvern 仪器有限公司;Agilent7820
气相色谱、7890A 气质联用仪(GCMS),均为氢火焰
离子化检测器(FID),安捷伦科技(中国)有限公司。
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 微胶囊乳液制备的不同条件选择
乳液制备流程共有 4 步,即壁材溶解、加入芯
材、壁材芯材混合物高压均质和微胶囊乳液成型。
壁材溶解:称取 20 g不同配比的辛烯基琥珀酸
淀粉钠、乳化变性淀粉、麦芽糊精、β⁃环糊精,放入锥
形瓶中,加入 100 mL纯净水,室温下用高剪切乳化
均质机充分搅拌(剪切头为大号),注意锥形瓶的底
部及侧面不能与剪切头(即转子和定子)接触,转速
控制在 8 000 ~ 9 000 r / min 范围内,充分搅拌使粉
末状的壁材料完全溶解于水中制成壁材水溶液。
加入芯材:分别称 1、2、3、4 g 芯材物质加入到
150 mL 锥形瓶中,将壁材水溶液缓慢倒入锥形瓶
中,轻微震荡,使芯材与壁材溶液混匀,再用数显高
速分散均质机充分搅拌,手动提高转速达到 10 000
r / min时稳定转速 2 min,之后手动降低转速直至 0,
搅拌混匀后塞上塞子。 样品搅拌完,用水清洗剪切
3343 期 杨兴翠等: 苹果蠹蛾性信息素微胶囊的制备及其缓释效果试验
头,再用无水乙醇清洗 1 次,最后用吹风机吹干或者
纸巾擦干剪切头,等待搅拌器冷却后再进行下一个
样品的制备。
高压均质:打开总电源,压力表数字应显示为
“0”,将清水倒入漏斗中,打开高压均质机开关,加
入少许洗洁精清洗 1 ~ 2 遍,然后用 70%酒精清洗,
再用清水清洗 1 ~ 2 遍,之后蒸馏水清洗 1 ~ 2 遍,清
洗干净后调节均质阀,顺时针缓慢转动,当压力为试
验设定值时停止转动,压力稳定后,等漏斗中的水流
至底部时,加入样品,出口处用锥形瓶接住出来的样
品,待到样品也流至底部时,再将瓶中样品全部倒入
漏斗中,保持漏斗中始终有样品,待样品均质至试验
所设定时间 2 min 后,逆时针缓慢转动均质阀至压
力为“0”。 每次操作 1 个样品,均质完每个样品后
均需将漏斗清洗干净。
壁材不同比例选择:以辛烯基琥珀酸淀粉钠、麦
芽糊精、β⁃环糊精为壁材料,分别设比例为 20 ∶ 0∶ 0、
15 ∶ 5 ∶ 0、15 ∶ 4 ∶ 1、15 ∶ 3 ∶ 2、15 ∶ 2 ∶ 3、15 ∶ 1∶ 4、15 ∶ 0∶
5、10 ∶ 5 ∶ 5、10 ∶ 6 ∶ 4、10 ∶ 7 ∶ 3、10 ∶ 8 ∶ 2、10 ∶ 9 ∶ 1、10 ∶
10 ∶ 0、0 ∶ 20 ∶ 0及 0 ∶ 0 ∶ 20 共 15 组处理,苹果蠹蛾性
信息素为芯材,壁材与芯材比例为 10 ∶ 1,剪切速度
为 10 000 r / min,高压均质压力为 25 MPa,均质
2 min。
不同壁材与芯材比例选择:以辛烯基琥珀酸淀
粉钠 ∶麦芽糊精 ∶ β⁃环糊精 = 15 ∶ 3 ∶ 2为壁材,壁材
与芯材比例分别设为 20 ∶ 1、20 ∶ 2、20 ∶ 3、20 ∶ 4共 4
组处理,剪切速度为 10 000 r / min、高压均质压力为
25 MPa、时间为 2 min。
不同剪切速度选择:剪切速度分别为 5 000、
10 000、15 000 r / min,壁材比例为 15 ∶ 3 ∶ 2,壁材与
芯材比例为 10 ∶ 1、高压均质压力 25 MPa、时间
2 min。
不同均质压力选择:高压均质压力为 5、25、45
MPa,壁材比例为 15 ∶ 3 ∶ 2,壁材与芯材比例 10 ∶ 1、
剪切速度 10 000 r / min、均质 2 min。
加入液体石蜡二次对乳液:壁材比例为 15 ∶ 3 ∶
2,壁材与芯材比例 10 ∶ 1、剪切速度 10 000 r / min、均
质压力 25 MPa、均质 2 min,分别加入 5、10、15 g 液
体石蜡二次均质,均质压力、时间同第一次。
1􀆰 2􀆰 2 微胶囊乳液的外观观察及检测方法
微胶囊乳液的外观观察和粒径测定:制备好的
微胶囊乳液,于常温静置 24 h,目测观察微胶囊乳液
稳定性,尤其是乳液分层情况。 使用激光粒度分析
仪对微胶囊乳液粒径进行测定。 仪器检测操作:打
开激光粒度仪的电源预热,每个样品测量前用洗洁
精清洗 1 ~ 2 次,再用清水清洗,直到测量背景达到
要求值。 测量前先设定汞速等参数,采用乳液分析
模式(颗粒折射率 1􀆰 467,粒径检测范围 0􀆰 020 ~
2 000 μm)。然后用 1 000 mL烧杯盛放 800 mL左右
蒸馏水作为分散剂,设定每个试验样品的名称,待仪
器背景检测结束后,用一次性胶头滴管缓慢加入试
验样品于分散系中,直至达到测量范围,待数秒后其
数值稳定,开始测量,测量结束后电脑自动保存
结果。
采用 D10、D50、D90、跨距共 4 个参数作为粒度
分布评价指标。 D10:小于此粒径的颗粒数占总量
的 10% ;D50:也叫中粒径或中值粒径,小于此粒径
的颗粒数占总量的 50% ,大于此粒径的颗粒数也占
50% ;D90:小于此粒径的颗粒数占总量的 90% 。
D50 越小,粒径越小。 跨距 = (D90 - D10) / D50,跨
距越小,粒度分布越集中,反之粒度分布越分散(李
继成等,2011)。
微胶囊乳液包覆率的测定:精密称取 0􀆰 100 g
性信息素标准物,用环己烷溶解后转移到 100 mL容
量瓶中,用环己烷定容。 分别吸取 0、0􀆰 5、1􀆰 0、1􀆰 5、
2􀆰 0、2􀆰 5、3􀆰 0 mL上述溶液于 10 mL比色管内,加环
己烷至 10 mL 刻度,得到浓度为 0、 0􀆰 05、 0􀆰 10、
0􀆰 15、0􀆰 20、0􀆰 25、0􀆰 30 mg / mL 溶液,用气相色谱检
测,以浓度为纵坐标,峰面积为横坐标,做标准工作
曲线。 用移液枪吸取 1 mL 微胶囊乳液原液加入 2
mL环己烷溶液,震荡使两相溶液充分接触,静置汲
取上层环己烷 1 μL进样,用气相色谱法检测其表面
含量;移液枪吸取 1 mL 微胶囊乳液原液加入 2 mL
环己烷溶液经超声波连续超声 1 h,微囊内的芯材物
质随之完全溶解到溶液中,汲取上层环己烷 1 μL进
样,气相色谱法测定其含量。 气相色谱操作条件:色
谱柱为:J & W Q22⁃5032:325 ℃:30 μm ×250 μm ×
0􀆰 25 μm,DB⁃52264􀆰 52938;进样口温度 230 ℃,分
流比 10 ∶ 1;检测器温度 250 ℃;程序升温:初始柱温
150 ℃,以 10 ℃ / min 升至 230 ℃,再以 30 ℃ / min
升至 250 ℃,保持 2 min;氮气 25 mL / min;氢气 30
mL / min;空气 300 mL / min; FID 检测器;进样量
1 μL。微胶囊包覆率 =微胶囊中芯材含量 /原料中
芯材含量 × 100% 。
微胶囊乳液释放速率的测定:根据筛选的最佳
条件,制备微胶囊乳液。 将制备所得的微胶囊乳液
汲取 1 μL于直径为 0􀆰 5 cm的锡纸上,分别放在 30、
40、50 ℃烘箱中,定期取样,使用 GCMS 检测其微胶
434 植  物  保  护  学  报 42 卷
囊中芯材物质的含量,以峰面积为纵坐标,时间为横
坐标绘制微胶囊释放曲线图。 GCMS 操作条件:色
谱 柱 为: HP⁃5 19091J⁃433: 325 ℃: 30 μm ×
250 μm ×0􀆰 25 μm,进样口温 250 ℃,不分流,检测
器温度 280 ℃;程序升温:初始柱温 150 ℃,以 20
℃ / min 升至 190 ℃,以 5 ℃ / min 升至 220 ℃,再以
30 ℃ / min 升至 250 ℃,保持 2 min;TSP进样。
苹果蠹蛾性信息素稀释液释放速率的测定:用
环己烷作溶剂,配制约 25 mg / mL 苹果蠹蛾性信息
素溶液,用进样针汲取 1 μL 于锡纸上,置于室温
(20 ~ 25 ℃)条件下,做缓释试验,检测条件同微胶
囊乳液释放速率的测定。
1􀆰 3 数据分析
所有试验数据均采用 DPS 6􀆰 85 软件进行数据
处理,采用 ANOVA进行方差分析,Duncan氏新复极
差法进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2􀆰 1 不同比例壁材对微胶囊的影响
4、5、6、10、11 号处理常温下呈不分层现象,
4 ~ 11号处理 D50 值较小,说明微胶囊乳液稳定性
较好,15 个处理包覆率均在 90%以上,其中最低
的为 7 号处理 93􀆰 29% ,包覆率最好的为 4 号处理
99􀆰 06% 。 随着壁材比例的变化,1 至 15 号 D50 粒
径数值有由大变小再变大的趋势,5 号处理最小为
0􀆰 937,6 到 9 号处理间差异不显著,10、11 号 2 个
处理间差异不显著,其余处理间均有显著差异
(表 1)。
综合分层情况、D50、跨距、包覆率等参数,4
号处理比例为本试验较优壁材比例,即变性淀粉 ∶
麦芽糊精 ∶ β⁃环糊精 = 15 ∶ 3 ∶ 2,可用于后续
试验。  
表 1 不同的壁材比例对微胶囊乳液粒径分布及包覆率的影响
Table 1 Effects of different proportions of wall materials on size distribution and encapsulating rate of microcapsule emulsion
处理编号
Treatment
no.
变性淀粉∶麦芽
糊精∶ β⁃环糊精
Octenylsuccinate
starch sodium ∶
gelation ∶ β⁃
cyclodextrin
(g)
分层情况
Delamination
D10
(μm)
D50
(μm)
D90
(μm)
跨距
Span
平均包覆率
Encapsulating
rate (% )
1 20 ∶ 0 ∶ 0 分层 Yes 1. 87 ± 0. 03 c 5. 46 ± 0. 06 c 55. 99 ± 5. 05 a 9. 91 ± 0. 82 a 97. 44 ± 0. 05 e
2 15 ∶ 5 ∶ 0 分层 Yes 0. 85 ± 0. 02 f 3. 98 ± 0. 03 f 22. 79 ± 9. 38 cd 5. 50 ± 2. 30 bc 97. 47 ± 0. 03 e
3 15 ∶ 4 ∶ 1 分层 Yes 1. 22 ± 0. 01 e 3. 04 ± 0. 01 g 31. 86 ± 4. 11 b 10. 08 ± 1. 35 a 97. 78 ± 0. 03 d
4 15 ∶ 3 ∶ 2 不分层 No 0. 82 ± 0. 00 f 1. 88 ± 0. 01 h 14. 36 ± 0. 25 defg 7. 20 ± 0. 15 b 99. 06 ± 0. 05 a
5 15 ∶ 2 ∶ 3 不分层 No 0. 27 ± 0. 07 i 0. 94 ± 0. 04 k 3. 62 ± 1. 22 h 3. 55 ± 1. 09 cde 97. 45 ± 0. 02 e
6 15 ∶ 1 ∶ 4 不分层 No 0. 72 ± 0. 01 g 1. 67 ± 0. 03 i 6. 79 ± 0. 48 fgh 3. 63 ± 0. 24 cde 94. 43 ± 0. 03 k
7 15 ∶ 0 ∶ 5 分层 Yes 0. 71 ± 0. 01 g 1. 64 ± 0. 09 i 8. 06 ± 0. 67 fgh 4. 49 ± 0. 37 cd 93. 29 ± 0. 05 l
8 10 ∶ 5 ∶ 5 分层 Yes 0. 75 ± 0. 01 g 1. 71 ± 0. 04 i 5. 86 ± 0. 62 gh 2. 98 ± 0. 28 de 97. 16 ± 0. 05 f
9 10 ∶ 6 ∶ 4 分层 Yes 0. 71 ± 0. 04 g 1. 65 ± 0. 07 i 5. 10 ± 1. 55 gh 3. 71 ± 1. 16 cde 94. 42 ± 0. 03 k
10 10 ∶ 7 ∶ 3 不分层 No 0. 57 ± 0. 01 h 1. 31 ± 0. 02 j 15. 87 ± 1. 89 cdef 11. 67 ± 1. 61 a 98. 14 ± 0. 03 b
11 10 ∶ 8 ∶ 2 不分层 No 0. 62 ± 0. 01 h 1. 23 ± 0. 01 j 13. 96 ± 1. 25 defg 10. 87 ± 1. 14 a 98. 00 ± 0. 03 c
12 10 ∶ 9 ∶ 1 分层 Yes 2. 05 ± 0. 14 b 4. 83 ± 0. 05 d 12. 00 ± 0. 72 efgh 2. 06 ± 0. 19 e 96. 41 ± 0. 03 g
13 10 ∶ 10 ∶ 0 分层 Yes 1. 63 ± 0. 05 d 7. 67 ± 0. 06 b 23. 64 ± 0. 39 c 2. 67 ± 0. 39 de 96. 16 ± 0. 01 h
14 0 ∶ 20 ∶ 0 分层 Yes 2. 71 ± 0. 01 a 13. 06 ± 0. 02 a 34. 00 ± 0. 52 b 2. 40 ± 0. 04 de 95. 45 ± 0. 03 i
15 0 ∶ 0 ∶ 20 分层 Yes 0. 83 ± 0. 02 f 4. 40 ± 0. 20 e 20. 32 ± 18. 77 cde 4. 30 ± 3. 91 cde 94. 76 ± 0. 04 j
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列数据后不同小写字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0. 05 水平差异显著。 Data are
mean ± SD. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0. 05 level by Duncan’s new multiple range test.
2􀆰 2 壁材与芯材比例对微胶囊的影响
芯材含量为 1 g和 2 g时常温下静置 24 h 不分
层,微胶囊乳液较稳定,随着芯材加入量的增多,微
胶囊 D10 和 D50 粒径均呈明显上升趋势,当芯材含
量为 4 g 时达最大;而 D90 随着芯材含量的增加呈
下降趋势,但芯材增到 4 g时 D90 的粒径比 3 g时的
大。 微胶囊粒径 D10、D50、D90 在各处理组间均差
异显著(P < 0􀆰 05)。 随着芯材含量的增加,分层现
象愈加明显,微胶囊粒径越大,跨距越小,粒度分布
则越集中,包覆率越小,包覆率大小顺序为 1 号
(98􀆰 07% ) > 2 号(97􀆰 75% ) > 3 号(95􀆰 01% ) > 4
号(91􀆰 04% )(表 2)。
5343 期 杨兴翠等: 苹果蠹蛾性信息素微胶囊的制备及其缓释效果试验
综合分层情况、D50、跨距、包覆率等参数,1、2
号处理条件较优,但由于考虑到要在等量的壁材料
下包埋尽可能多的芯材物质,因此选择 2 号处理组
合,即壁材、芯材比例为 20 ∶ 2。
表 2 不同壁材与芯材比例对微胶囊乳液粒径分布及包覆率的影响
Table 2 Effects of different ratios of wall material to core material on size distribution and encapsulating
rate of microcapsule emulsion
处理编号
Treatment
no.
壁材 ∶芯材
Wall material∶
core material
分层情况
Delamin⁃
ation
D10
(μm)
D50
(μm)
D90
(μm)
跨距
Span
平均包覆率
Encapsulating
rate (% )
1 20 ∶ 1 不分层 No 0. 12 ± 0. 00 d 0. 50 ± 0. 01 d 30. 90 ± 0. 43 a 50. 27 ± 22. 87 a 98. 07 ± 0. 05 a
2 20 ∶ 2 不分层 No 0. 71 ± 0. 01 c 1. 95 ± 0. 04 c 24. 83 ± 2. 16 b 14. 96 ± 4. 50 b 97. 75 ± 0. 04 b
3 20 ∶ 3 分层 Yes 1. 89 ± 0. 10 b 7. 12 ± 0. 05 b 17. 46 ± 0. 38 c 2. 19 ± 0. 05 b 95. 01 ± 0. 03 c
4 20 ∶ 4 分层 Yes 3. 82 ± 0. 15 a 8. 95 ± 0. 10 a 19. 35 ± 0. 80 d 1. 74 ± 0. 08 b 91. 04 ± 0. 07 d
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列数据后不同小写字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are
mean ± SD. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by Duncan’s new multiple range test.
2􀆰 3 不同剪切速度对微胶囊的影响
3 个处理乳液表观上均不分层,乳液稳定性均
较好,随着剪切速度增大,D50 和 D90 粒度有变小
的趋势,3 个样品粒径的 D10、D50、D90 及跨距均有
显著差异(P < 0􀆰 05),D50 和 D90 的粒径均随剪切
速度增大而变小。 当剪切速度由 10 000 r / min 增加
到15 000 r / min时,跨距与包覆率均由小变大再变
小,2 号处理包覆率最好为 93􀆰 07% ,大于 1、3 号处
理(表 3)。 综合表观分层、包覆率及粒度分布情况
分 析, 2 号 处 理 条 件 较 优, 即 剪 切 速 度
为10 000 r / min。
表 3 不同剪切速度对微胶囊乳液粒径分布及包覆率的影响
Table 3 Effects of different shear velocities on size distribution and encapsulating rate of microcapsule emulsion
处理编号
Treatment
no.
剪切速度
Shear velocity
(r / min)
分层情况
Delamination
D10
(μm)
D50
(μm)
D90
(μm)
跨距
Span
包覆率
Encapsulating
rate (% )
1 5 000 不分层 No 0􀆰 68 ± 0􀆰 00 b 6􀆰 43 ± 0􀆰 02 a 15􀆰 68 ± 0􀆰 34 a 2􀆰 33 ± 0􀆰 06 b 91􀆰 60 ± 0􀆰 02 c
2 10 000 不分层 No 0􀆰 74 ± 0􀆰 01 a 1􀆰 72 ± 0􀆰 02 b 8􀆰 84 ± 1􀆰 91 b 4􀆰 73 ± 1􀆰 14 a 93􀆰 07 ± 0􀆰 04 a
3 15 000 不分层 No 0􀆰 14 ± 0􀆰 01 c 0􀆰 93 ± 0􀆰 02 c 4􀆰 10 ± 0􀆰 02 c 4􀆰 25 ± 0􀆰 07 a 92􀆰 89 ± 0􀆰 02 b
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列数据后不同小写字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are
mean ± SD. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by Duncan’s new multiple range test.
2􀆰 4 不同均质压力对微胶囊的影响
随着均质压力的增大,D50 粒径由小变大,当压
力增加到 45 MPa时,粒径变大,微胶囊乳液由不分
层到分层渐变。 2 号处理跨距最大,3 号次之,1 号
最小。 3 个处理 D10、D90 间均有显著差异 (P <
0􀆰 05),1、2 号处理 D50 粒径差异不显著。 2 号处理
包覆率最好为 97􀆰 35% ,均大于 1、3 号处理。 综合
表观分层、包覆率及粒度分布情况分析,2 号处理条
件较优,即均质压力为 25 MPa(表 4)。
2􀆰 5 加入液体石蜡二次均质对微胶囊的影响
加入液体石蜡二次均质微胶囊乳液均匀稳定、
不分层,随着加入液体石蜡二次均质的量的增加,微
胶囊乳液 D50 越来越大,跨距越来越小,3 个处理的
D10、D50、D90 均有显著差异(P < 0􀆰 05),2 号处理
包覆率最好为 95􀆰 11% 。 综合表观分层情况、包覆
率及粒度分布情况分析,当加液体石蜡二次均质为
10 g时较好(表 5)。
2􀆰 6 微胶囊乳液缓释试验分析
前 2 h内苹果蠹蛾性信息素稀释液挥发速率较
快,2 h后挥发速度变缓慢,5 h 后性信息素完全挥
发(图 1)。
前 14 d 30 ℃处理的剩余量高于 40 ℃处理,在
14 ~ 56 d,2 个样品的剩余量几乎一致,56 d 后,40
℃处理的剩余量曲线慢慢低于 30 ℃处理;40 ℃J处
理剩余量的曲线图和 40 ℃的曲线图趋势很相像,但
其剩余量一直都低于 40 ℃处理;50 ℃处理的性信
息素挥发量最多,剩余量一直低于 30、40 ℃和 40 ℃
J处理的剩余量,曲线图缓慢下降(图 2)。
634 植  物  保  护  学  报 42 卷
表 4 不同均质压力对微胶囊乳液粒径分布及包覆率的影响
Table 4 Effects of different homogeneous pressures on size distribution and encapsulating rate of microcapsule emulsion
处理编号
Treatment
no.
均质压力
Homogenization
pressure
(MPa)
微胶囊乳液
表观
Microcapsule
emulsion
phenomenon
D10
(μm)
D50
(μm)
D90
(μm)
跨距
Span
包覆率
Encapsulating
rate (% )
1 5 不分层 No 0􀆰 76 ± 0􀆰 01 c 1􀆰 815 ± 0􀆰 04 b 6􀆰 41 ± 0􀆰 52 c 3􀆰 11 ± 0􀆰 21 b 94􀆰 30 ± 0􀆰 05 c
2 25 不分层 No 0􀆰 82 ± 0􀆰 01 b 1􀆰 881 ± 0􀆰 01 b 14􀆰 36 ± 0􀆰 25 b 7􀆰 20 ± 0􀆰 15 a 97􀆰 35 ± 0􀆰 03 a
3 45 分层 Yes 0􀆰 85 ± 0􀆰 01 a 26􀆰 07 ± 0􀆰 91 a 87􀆰 01 ± 4􀆰 09 a 3􀆰 28 ± 0􀆰 19 b 95􀆰 68 ± 0􀆰 02 b
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列数据后不同小写字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are
mean ± SD. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by Duncan’s new multiple range test.
表 5 加入液体石蜡二次均质对微胶囊乳液粒径分布及包覆率的影响
Table 5 Effects of the second homogeneity with liquid paraffin on size distribution and encapsulating rate of microcapsule emulsion
处理编号
Treatment
no.
加入液体石蜡
Liquid
paraffin
(g)
微胶囊乳液
表观
Microcapsule
emulsion
phenomenon
D10
(μm)
D50
(μm)
D90
(μm)
跨距
Span
包覆率
Encapsulating
rate (% )
1 5 不分层 No 1􀆰 49 ± 0􀆰 03 c 7􀆰 91 ± 0􀆰 11 c 29􀆰 75 ± 0􀆰 81 c 3􀆰 56 ± 0􀆰 05 a 90􀆰 16 ± 0􀆰 04 c
2 10 不分层 No 2􀆰 02 ± 0􀆰 03 b 19􀆰 71 ± 0􀆰 60 b 50􀆰 57 ± 1􀆰 98 b 2􀆰 46 ± 0􀆰 03 b 95􀆰 11 ± 0􀆰 05 a
3 15 不分层 No 2􀆰 80 ± 0􀆰 05 a 26􀆰 73 ± 0􀆰 88 a 60􀆰 51 ± 2􀆰 42 a 2􀆰 16 ± 0􀆰 02 c 93􀆰 49 ± 0􀆰 01 b
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列数据后不同小写字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are
mean ± SD. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by Duncan’s new multiple range test.
图 1 苹果蠹蛾性信息素稀释液的释放曲线
Fig. 1 Release profiles of diluted solution of codling
moth sex pheromone
 
3  讨论
昆虫性信息素微胶囊一般主要使用相分离法和
界面聚合法(陈增良和张钟宁,2008),本研究使用
方法为喷雾干燥法(未喷雾干燥,即乳液状,在野外
施用时,乳液状产品可以大大提高微胶囊在树叶上
的粘附性)(Kristin et al. ,2003)。 与相分离法和界
面聚合法相比,该方法具有生产工艺不复杂、操作流
程简便、所需设备简单等优点;从壁材料成本上,变
性淀粉、麦芽糊精和 β⁃环糊精 3 种主要壁材料成本
图 2 苹果蠹蛾性信息素微胶囊乳液的释放曲线
Fig. 2 Release profiles of microcapsule emulsion of
codling moth sex pheromone
40 ℃J是使用剪切均质未使用高压均质处理的样
品,放置于 40 ℃。 40 ℃ J is the sample for use with shear
homogenizer, not high⁃pressure homogenizer, under 40 ℃ .
 
较界面聚合法的二元酰氯、二元醇等便宜,现在使用
的变性淀粉多为符合食品卫生的材料,而制备性信
息素微胶囊乳液的材料可以使用未达到食品卫生级
别的材料,因此在生产时可大大降低材料成本。
Fernanda et al. (2009)通过芯材体积分数影响
粒径分布和芯材释放速率的试验得出,当芯材的体
积分数从 3􀆰 4%增加至 7􀆰 4%时,微胶囊直径由 47􀆰 8
μm增大到 93􀆰 6 μm,微胶囊粒度分布呈双峰形式、
7343 期 杨兴翠等: 苹果蠹蛾性信息素微胶囊的制备及其缓释效果试验
粒度分布变分散、直径变大。 而本研究中苹果蠹蛾
性信息素微胶囊当芯材物质比例增大时,微胶囊平
均粒径也变大,由 0􀆰 5 μm 增大到 8􀆰 95 μm,跨距变
小,即粒径变得更集中,微胶囊乳液更加稳定。
刘钰等(2009)研究认为,水乳剂分散体系形成
需要能量,但不是输入的能量(剪切速度)越大粒径
越小,粒径大小和输入能量(剪切速度)大小关系不
密切,但在微胶囊乳液的制备中, Fernanda et al.
(2009)认为微胶囊粒径大小分布依赖于搅拌速度,
当速度由小变大时,平均粒度则由大慢慢变小。 本
试验中剪切速度对粒度分布的影响也如此,当剪切
速度由 5 000 r / min 增大到 15 000 r / min时,平均粒
径由 6􀆰 43 μm减小到 0􀆰 93 μm。
刘盛楠等(2012)认为,随着均质压力的增加,
乳化液黏度和平均粒径逐渐减小,而粒径分布离散
度总体呈下降趋势,但当压力达到一个临界值后,粒
径大小将不再发生明显变化,但压力也不可过大,过
大的压力会增加小颗粒微胶囊的碰撞机会,反使粒
径增大,过大会破坏乳化液的稳定性,出现分层现
象,本研究中当压力由 5 MPa 增加到 25 MPa 时粒
径、跨距均变小,但在继续增大压力至 45 MPa 时,乳
液颗粒变大,出现分层现象。
液体石蜡用作昆虫性信息素控制释放的载体,
有较强的粘附力,附着于树皮或叶子上,有助于野外
使用时抗雨水冲刷(Atterholt et al. ,1999;Teixeira et
al. ,2009)。 当二次均质时加入石蜡,就增加了微胶
囊壁厚,使微胶囊外部多一层保护膜,囊壁越厚囊芯
物质释放速度越缓慢(何瑾馨和邹黎明,1999),随
着石蜡加入量增多,D50 越来越大,微胶囊粒径越
大,跨距越小,粒度分布越集中,乳液越稳定,但加入
的量也要适当,不能过多。
Atterholt et al. (1999)用石蜡制备的梨小食心
虫性信息素石蜡乳液,在 27 ℃条件下进行室内缓释
试验,梨小食心虫性信息素持续释放了逾 100 d,每
天释放量为 0􀆰 4 ~ 2 mg。 本试验以最佳配方制备微
胶囊乳液,即壁材为辛烯基琥珀酸淀粉钠 ∶ 麦芽糊
精 ∶ β⁃环糊精 = 15 ∶ 3 ∶ 2,壁材与芯材比例为 10 ∶ 1,
剪切速度为 10 000 r / min,剪切时间 2 min,高压均质
压力为 25 MPa,均质 2 min,二次均质时加入 10 g液
体石蜡,并分别在 30、40、50 ℃不同温度下进行室内
缓释试验,缓释试验进行到 91 d时,GCMS仍检测到
其剩余量,30 ℃时性信息素释放最缓慢。
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(责任编辑:高  峰)
9343 期 杨兴翠等: 苹果蠹蛾性信息素微胶囊的制备及其缓释效果试验