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

(北京大學附屬中學高三4班 北京100190)

夏日的蚊蟲給人們帶來困擾，防治蚊蟲一般采用滅蚊劑和驅(qū)避劑。滅蚊劑是指通過與蚊蟲的接觸，達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物質(zhì)使用量不大，一般不會直接對人體構(gòu)成嚴重危害，然而，成年累月使用所導致的后果也不可小覷。驅(qū)避劑能使蚊蟲遠離或接觸不到叮咬目標，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的優(yōu)勢。合成型驅(qū)蚊劑是由化學人工合成藥物制成，雖然驅(qū)避害蟲的高效性和持久性均超過天然驅(qū)蚊劑，但安全問題成為很大隱患。植物驅(qū)避劑是主要的天然驅(qū)避劑，驅(qū)避物質(zhì)一般來源于植物的根、莖、葉、花等，這些天然驅(qū)蚊劑自古以來就被人們廣泛使用。為了探索出更多有驅(qū)避作用的天然植物，世界各國都對大量植物進行了充分的研究［1-16］。

1 問卷調(diào)查及結(jié)果分析

1.1 調(diào)查問卷設計與實施［7-10］

調(diào)查問卷共包含7個問題，發(fā)放問卷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

面對蚊蟲困擾，多數(shù)人習慣直接用“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)人對于驅(qū)蚊產(chǎn)品的認識都停留在花露水、蚊香這些合成型驅(qū)蚊物質(zhì)層面，而對天然驅(qū)蚊劑了解并不多。

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

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

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

表1 調(diào)查問卷

2 植物提取實驗設計及結(jié)論

通過查找文獻，得知最早的驅(qū)蚊劑出現(xiàn)在公元前，如古埃及人把有強烈氣味的物質(zhì)涂到皮膚上來防止蚊蟲叮咬;古代我國居民常以燒艾蒿、菊科類植物的辦法來驅(qū)趕蚊蟲;古代俄羅斯牧民用燃燒青苔和松樹葉驅(qū)趕蚊蟲，用桉樹葉涂抹在皮膚上來防止蚊蟲叮咬等。16世紀，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，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、桉樹油、熏衣草油、檸檬油、麝香草油等。再后來，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、羅勒屬、薰衣草、大蒜、肉桂、玉樹、檸檬草、天竺葵、青蒿等。天然驅(qū)避劑氣味清新，對人體的毒副作用很小，只要不對植物過敏則完全不用擔憂。

本文選擇其中的4種，即天竺葵葉、薄荷葉、蒿草葉、西紅柿葉，進行有效成分提取實驗［13］。

2.1 實驗步驟

第1步:采集4種植物葉后洗凈、陰干、搗碎、過篩、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。

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，稱重并計算提取率。提取率=浸膏質(zhì)量/植物粉末質(zhì)量×100%。

2.2 實驗現(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，實驗中能夠完全旋干，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，減壓抽濾時濾渣為渣滓;粗提浸膏為深綠色，實驗過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，抽濾時濾渣成餅狀。粗提浸膏為深綠色，實驗中乙醇在減壓下基本上被除去，但此過程耗時較長，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;實驗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，幾乎沒有氣味。

2.3 實驗結(jié)果和改進方向

實驗結(jié)果數(shù)據(jù)詳見表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能夠得到較純凈的固體提取物，有利于接下來的實驗步驟;而薄荷葉和西紅柿葉的提取物不夠純凈，會對未來的實驗結(jié)果造成一定的影響，油狀提取物也不利于儲存在實驗所使用的圓底玻璃瓶中。

表2 實驗數(shù)據(jù)

在整個實驗中，溶劑的濃度和劑量是起關鍵影響作用的因素。在本實驗操作過程中加入了200 mL乙醇，需要約1小時旋干。如果乙醇加得少，則有可能無法完全提取，造成有效成分損失;若乙醇加得多，則會在除去溶劑過程中浪費能源，且長時間加熱可能造成有效物質(zhì)揮發(fā)和分解。故應在實際應用時進行不同乙醇萃取驅(qū)蚊效果的測定，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行提取和后續(xù)實驗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)。

本實驗采用了超聲提取加旋轉(zhuǎn)蒸餾的操作。這種操作好在簡單易行且干燥的植物體積小，保存時不容易變質(zhì)，提取效率較高，加工起來很容易。但問題也很多，比如:由于需要洗凈曬干，所以預先的操作較多，制作周期較長;旋轉(zhuǎn)蒸餾時會有低沸點的活性成分蒸出，造成效果下降;提取時會有葉綠素首先被萃取出，使萃取物黏稠且?guī)в蓄伾?，并且葉綠素不好除去;之后如果配制溶液會有部分不溶，造成損失，曬干時水分蒸餾不充分使旋轉(zhuǎn)蒸餾較難完全進行?？商娲姆椒?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行再萃取。好處在于提取出的成分較為純凈且不需要做過多的預處理。缺點在于提取時所需能量更多，成本更高，所以只適宜在小規(guī)模生產(chǎn)時使用。

3 防護試驗及結(jié)論［14-15］

實驗動物:昆明小鼠(小白鼠)12只(雌雄各半)。

供試蚊蟲:致倦庫蚊110只。

3.1 實驗步驟

3.1.1 攻擊力實驗

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)避實驗。

3.1.2 動物實驗

取一定量植物提取物，稱量并記錄質(zhì)量，加入去離子水攪拌均勻，記錄配制的植物溶液總質(zhì)量，計算濃度并計入表格。

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。用不同顏色的記號筆標記，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)時以小時為單位，取2人記錄數(shù)據(jù)的平均數(shù)，共觀察、記錄6小時。

有效保護時間計算方法:從涂藥開始到有第1只蚊子叮咬的間隔時間為有效保護時間。

有效保護率(%)=(對照組蚊子叮咬數(shù)-涂植物溶液組蚊子叮咬數(shù))/對照組蚊子叮咬數(shù)

3.2 實驗數(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驗數(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(以小時為單位記錄)

3.3 實驗分析

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，隨時間增加驅(qū)避率整體呈下降趨勢，即植物提取物的驅(qū)避效果隨時間增加而降低。

4種植物的驅(qū)避率在6小時內(nèi)均有先下降再回升的情況出現(xiàn)。分析原因為:對照組數(shù)據(jù)太小，雖然每小時的蚊子停落數(shù)量都差不多，但是計算出的結(jié)果看起來差距非常大。另外就是一段時間內(nèi)蚊子剛進食完所以停落數(shù)減少，后來又餓了使驅(qū)避率明顯降低，而后因為饑餓度下降使得驅(qū)避率回升。

在4種植物中薄荷葉的有效保護時間較長，但一旦開始失效，驅(qū)避效果就會明顯減弱;天竺葵葉的有效保護時間雖然不如薄荷葉的時間長，但它開始失效后仍能保持較長時間的高驅(qū)避率;蒿草葉和西紅柿葉的有效保護時間較短，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 方案改進點

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)試驗中可進行混合精油的試驗，以確定提取物混合使用的效果。

后續(xù)可進行與市售驅(qū)蚊液的對比實驗，這樣可以在得到對比效果的同時測試市售驅(qū)蚊液的效果。

3.3.3 實驗結(jié)論

在對小白鼠進行活體實驗后，綜合來看，本實驗得到的結(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)蚊效果與預計的不同，這可能是由于實驗誤差造成的。由排序我們推測，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，在實驗中以水為溶劑配出了實驗溶液，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，更便于進行實驗。

4 成本分析

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

5 可行性結(jié)論

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

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