白蟻纖維素粉餌料成型技術(shù)研究

殷學(xué)杰，梁世優(yōu)，王成盼，李 婷，莫建初*

(1.浙江大學(xué)昆蟲科學(xué)研究所農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)重點實驗室，杭州 310058；2.浙江省象山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江寧波 315700)

白蟻是世界上最古老的社會性昆蟲，嚴(yán)重危害房屋建筑、水庫堤壩和園林樹木等(程冬保和楊兆芬，2014)，使用化學(xué)手段控制白蟻種群是減少白蟻危害的有效手段。隨著滅蟻靈、氯丹等有機氯類滅白蟻劑的禁用，白蟻防治逐漸從以化學(xué)防治為主向以白蟻監(jiān)測控制技術(shù)為核心的害蟲綜合治理轉(zhuǎn)變(林雁，2015)。白蟻監(jiān)測控制系統(tǒng)通常由監(jiān)測裝置、餌料、餌劑等部分組成，餌料在其中起著監(jiān)測和誘集白蟻以及藥劑載體的作用，餌料的質(zhì)量直接關(guān)系到白蟻監(jiān)測和防治的效果。目前，國內(nèi)白蟻監(jiān)測控制產(chǎn)品大多以馬尾松木作為餌料，但不同種類白蟻的取食偏好性各異，單一餌木對某些種類的白蟻誘集效果有限(胡寅等，2018)。已有研究表明，纖維素餌料適口性好、誘食效果廣譜、不易霉變，適用于長期的白蟻監(jiān)測控制(曹婷婷等，2018)。同時，纖維素還具有價格低廉、易工業(yè)化生產(chǎn)、在自然界中含量豐富等優(yōu)點，作為白蟻餌料其應(yīng)用前景十分廣闊。

目前，市場上應(yīng)用的白蟻監(jiān)測控制裝置種類雖然較多，但主要使用馬尾松木塊作為餌料，如果在白蟻危害地區(qū)全面推廣應(yīng)用監(jiān)測控制技術(shù)防治白蟻，勢必會消耗大量的馬尾松木材。近年來，我國的環(huán)境保護日益受到人們的重視，大量消耗馬尾松木材來防治白蟻顯然是不現(xiàn)實的。因此，有必要研發(fā)替代馬尾松木塊的白蟻餌料。前期研究顯示，纖維素粉對白蟻具有良好的適口性。但是，粉狀材料難以盛在鏤空的監(jiān)測裝置內(nèi)。所以有必要以纖維素粉為主要原料，研發(fā)粉狀餌料的成型工藝，進而替代馬尾松木塊作為白蟻監(jiān)測控制系統(tǒng)的餌料。顯然，開展纖維素餌塊的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)研究，對促進白蟻監(jiān)測控制技術(shù)的推廣應(yīng)用無疑具有十分重要的意義。

粉狀餌料成型可通過在餌料中加入合適的膠黏劑來實現(xiàn)。市場上膠黏劑的種類十分豐富，在食品加工、木材工業(yè)等許多領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。本研究比較了常見的9種膠黏劑對微晶纖維素成型效果和成型后塊狀餌料耐水性能的影響，同時探究了膠黏劑處理對白蟻取食的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

膠黏劑：熟糯米粉、卡拉膠、明膠(市售)；糊精、硅酸鈉(河南鉑潤鑄造材料有限公司生產(chǎn))；田菁膠(河南美羅實業(yè)有限公司生產(chǎn))；殼聚糖(山東陸海藍圣生物科技股份有限公司生產(chǎn))；三聚氰胺甲醛樹脂(廣州原野實業(yè)有限公司生產(chǎn))、聚乙烯醇(PVA)24-88型合成膠(河北晴俊纖維素廠)。

餌料成分：微晶纖維素粉(浙江中維藥業(yè)有限公司生產(chǎn))。

1.2 供試儀器

恒溫干燥箱、電子天平、分析天平、A型邵氏硬度計、D型邵氏硬度計、壓力機、攪拌機、干燥器、78 mm×78 mm×40 mm方形模具、φ 85 mm塑料培養(yǎng)皿、塑料盆等。

1.3 供試白蟻

本研究所用白蟻為臺灣乳白蟻Coptotermesformosanus。在杭州(浙江，中國)老和山上，將有臺灣乳白蟻活躍種群寄生的斷木帶回。在實驗室環(huán)境下適應(yīng)一周后，小心地將樹木剝離，收集棲息其中的臺灣乳白蟻并飼養(yǎng)于底部鋪有濕潤沙子的塑料盆中。白蟻在試驗前至少在實驗室環(huán)境下(溫度26±1℃、相對濕度70%±5%)適應(yīng)7 d，試驗時選取活躍的大小基本一致的白蟻個體。

1.4 供試?yán)w維素餌塊制作

膠黏劑均按3種劑量處理10 g微晶纖維素粉。熟糯米粉(1 g、2 g、4 g)按1 ∶5的質(zhì)量比加入蒸餾水充分?jǐn)嚢韬蟪赡z；卡拉膠可溶于熱水中形成具有粘性的溶液，故將其按劑量從低到高(1 g、2 g、4 g)分別溶于80℃的0.5 mL、1 mL、2 mL蒸餾水，充分?jǐn)嚢柚瞥赡z液備用；明膠不溶于冷水，但可在冷水中吸水膨脹，在使用時通常先將其浸于水中，待其充分吸水后再加熱形成膠液，試驗中，將1 g、2 g、4 g明膠分別置于裝有10 mL、20 mL、30 mL蒸餾水的燒杯中浸泡1 h，然后通過75℃水浴加熱使其溶解成淡黃色膠液；硅酸鈉(1 g、5 g、10 g)按照與水2 ∶3的質(zhì)量比充分溶于40℃蒸餾水中備用；聚乙烯醇(1 g、5 g、10 g)與20 mL蒸餾水混合后攪拌至粘稠狀備用；三聚氰胺甲醛樹脂(1 g、5 g、10 g)充分溶于50℃同質(zhì)量蒸餾水后備用；糊精、田菁膠、殼聚糖(1 g、2 g、4 g)因吸水效果好，直接與微晶纖維素混勻后加入適量水潤濕即可產(chǎn)生粘性。

將所制膠液(糊精、田菁膠、殼聚糖為粉末)與10 g微晶纖維素粉混合后充分?jǐn)嚢?，然后將混合物倒?8 mm×78 mm×40 mm方形模具中，壓制、烘干后于干燥器中靜置24 h。未經(jīng)膠黏劑處理的微晶纖維素粉用少量蒸餾水潤濕后壓制成塊作為對照。

1.5 9種膠黏劑對微晶纖維素粉成型效果的影響

考慮到硬度較低的塊狀餌料在應(yīng)用時容易出現(xiàn)破損，可能造成資源浪費甚至影響使用效果。因此，試驗中以所制餌塊的外觀完整度和硬度來評價成型效果的優(yōu)劣。本試驗使用邵氏A型、D型硬度計測試樣品硬度，硬度測試在實驗室環(huán)境(23±2℃)下進行，具體操作參考GB/T 2411-2008，讀數(shù)在壓足與試樣完全接觸1 s內(nèi)完成。用D型邵氏硬度計測量時，若試驗結(jié)果低于20 HD則改用A型；使用A型硬度計測量時，若試驗結(jié)果高于90 HA則改用D型。

1.6 膠黏劑對塊狀纖維素餌料耐水性能的影響

將膠黏劑處理的餌塊放入底面直徑20 cm、內(nèi)盛有約5 cm深的水的塑料盆中，觀察餌塊在水中浸泡30 d后的潰散情況，并以潰散程度指數(shù)來評價餌塊的耐水性能。本試驗從外觀上將餌塊的潰散程度評定為4個等級：0級，餌塊完整無掉屑；1級，餌塊邊緣出現(xiàn)輕微掉屑，塑料盆底出現(xiàn)少量白色絮狀物；2級，餌塊出現(xiàn)明顯掉屑，但仍保持原有體積的1/2以上；3級，餌塊完全潰散。試驗過程中每天定時觀察并對潰散程度進行記錄。試驗重復(fù)3次，連續(xù)觀察30 d。以未經(jīng)膠黏劑處理的餌塊作為對照。

1.7 膠黏劑對臺灣乳白蟻取食塊狀纖維素餌料的影響

將膠黏劑與微晶纖維素混勻后，取適量壓制成直徑約20 mm，厚約2 mm的圓柱形塊狀餌料，60℃烘至恒重后記錄重量。

取一定量河沙過40目篩，用水和乙醇分別洗滌后置于105℃恒溫干燥箱中保持24 h，以消除生物測定過程中河沙中有機物質(zhì)、微生物活動對白蟻取食的影響。

取10 g上述河沙鋪于直徑85 mm的塑料培養(yǎng)皿底部，輕輕晃動皿沿，讓沙粒平整，在平整的沙粒上滴加2 mL蒸餾水使其充分濕潤，然后將圓柱狀纖維素餌料置于塑料培養(yǎng)皿中央，投入活躍的臺灣乳白蟻工蟻50頭及兵蟻1頭。將培養(yǎng)皿置于溫度26±1℃、相對濕度80%±5%的黑暗環(huán)境中，保持7 d。7 d內(nèi)，每隔24 h觀察白蟻取食情況并將死亡的白蟻取出，統(tǒng)計存活率[存活率(%)=白蟻存活頭數(shù)/總頭數(shù)×100]。7 d后，回收剩余的餌料，清潔處理后于烘箱內(nèi)烘干，取出后立即用分析天平稱重。記錄每個處理的重量，并計算被食率。試驗重復(fù)3次。以未經(jīng)膠黏劑處理的餌塊作為對照。

1.8 統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用DPS軟件對試驗結(jié)果進行方差分析，并用LSD法進行差異顯著性分析，1%極顯著性水平下用字母標(biāo)記表示結(jié)果。采用Microsoft Office Excel 2016作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 9種膠黏劑對微晶纖維素的成型效果比較

9種膠黏劑處理后微晶纖維素粉的成型情況、邵氏硬度(HD)值如表1所示。試驗結(jié)果表明，經(jīng)壓制后，纖維素粉均呈完整的塊狀，移動時無粉末散落，成型效果良好。其中，熟糯米粉各供試劑量、10%糊精、10%三聚氰胺甲醛樹脂處理的纖維素餌塊在硬度上與對照比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，說明這些劑量膠黏劑對纖維素粉成型無顯著促進作用。其它膠黏劑處理的纖維素粉塊的邵氏硬度(HD)值均極顯著高于對照。所有處理中，100%硅酸鈉-纖維素粉塊的硬度最高。

綜合來看，20%、40%劑量糊精；50%、100%劑量三聚氰胺甲醛樹脂，10%、20%、40%田菁膠、卡拉膠、殼聚糖、明膠；10%、50%、100%聚乙烯醇、硅酸鈉對微晶纖維素粉成型具有顯著促進作用。由于白蟻喜食密度較低和硬度較小的木材，故試驗中不以樣品的硬度值大小作為唯一的評價標(biāo)準(zhǔn)。

表1 9種膠黏劑對微晶纖維素的成型效果比較Table 1 Effect of 9 kinds of adhesives on the shaping of microcrystalline cellulose

注：a劑量=膠黏劑的有效成分重量/微晶纖維素的干重×100%；b成塊指纖維素呈完整塊狀、在移動時無粉末脫落，“+”表示成塊；“-”表示未成塊；c列中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3)，數(shù)字后標(biāo)有相同字母表示經(jīng)LSD法檢驗在1%極顯著水平上無差異。Note:aDose of adhesive=weight of active ingredient of adhesive/dry weight of microcrystalline cellulose×100%.b Shapingmeans that the cellulose became a complete square block and no powders fell off while moving it.“+” indicates shaping successfully;“-” indicates failure.cData in the column are Mean±SE (n=3),and Means with the same letter are not significantly different from each other (P=0.01).

圖1 膠黏劑對塊狀纖維素餌料耐水性能的影響Fig.1 Effect of tested adhesives on the water resistance of cellulose block baits

2.2 膠黏壓制成型的纖維素餌塊的耐水性能比較

餌塊在試驗過程中的第5、10、15、20、25、30天時的潰散情況如圖1所示。試驗結(jié)果表明，試驗后第5天，對照的潰散程度便已達到3級，10%聚乙烯醇、10%硅酸鈉、供試劑量糊精、田菁膠、卡拉膠、殼聚糖處理的餌塊同樣達到3級潰散，與對照比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義；明膠各供試劑量、50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、50%硅酸鈉、100%硅酸鈉、50%三聚氰胺甲醛樹脂、100%三聚氰胺甲醛樹脂處理的餌塊的潰散程度均顯著低于對照；試驗后第10天，10%明膠、20%明膠、100%硅酸鈉處理的餌塊潰散程度達到3級，40%明膠、50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、50%硅酸鈉、50%三聚氰胺甲醛樹脂、100%三聚氰胺甲醛樹脂處理的餌塊的潰散程度仍顯著低于對照；40%明膠、50%三聚氰胺甲醛樹脂、50%硅酸鈉處理的餌塊分別在試驗第15天、20天、25天達到3級潰散；試驗第30天時，50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、100%三聚氰胺甲醛樹脂處理的餌塊僅出現(xiàn)一定程度的掉屑，潰散程度與對照比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，三者中，100%聚乙烯醇的潰散程度最低。因此，用50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、100%三聚氰胺甲醛樹脂分別加工的塊狀纖維素餌料做下一步的生物測定試驗。

2.3 膠黏劑對臺灣乳白蟻取食塊狀纖維素餌料的影響

經(jīng)50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、100%三聚氰胺甲醛樹脂處理的塊狀纖維素餌料在實驗室條件下被臺灣乳白蟻強迫取食7 d后的被食率以及供試白蟻的存活率如表2所示。試驗結(jié)果表明，經(jīng)膠黏劑處理的纖維素餌料的被食率與對照比較，差異均存在統(tǒng)計學(xué)意義，說明膠黏劑處理對纖維素餌料的適口性造成了一定影響。此外，存活率的試驗結(jié)果表明，在7 d內(nèi)，取食膠黏劑處理的纖維素餌料未對臺灣乳白蟻產(chǎn)生顯著的致死效果。所有處理在7 d的室內(nèi)試驗中均未出現(xiàn)霉變。

表2 膠黏劑對臺灣乳白蟻取食的影響Table 2 Effect of adhesives on the feeding of Coptotermes formosanus

注：a列中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(n=3)，數(shù)字后標(biāo)有相同字母表示經(jīng)LSD法檢驗在1%極顯著水平上無差異。Note：aData in the column are Mean±SE (n=3),and means with the same letter are not significantly different from each other (P=0.01).

3 結(jié)論與討論

9種膠黏劑對微晶纖維素粉的成型效果比較結(jié)果表明，除各劑量熟糯米粉、10%糊精、10%三聚氰胺甲醛樹脂外，其它種類和劑量的膠黏劑對纖維素餌料成型均具有顯著促進作用。耐水性能測試結(jié)果表明，經(jīng)50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、100%三聚氰胺甲醛樹脂處理的纖維素餌塊可在水中保持30 d不完全潰散，說明這些劑量膠黏劑顯著提高了壓制的塊狀纖維素餌料在高濕環(huán)境中的穩(wěn)定性。取食試驗結(jié)果表明，50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、100%三聚氰胺甲醛樹脂不會造成臺灣乳白蟻拒食塊狀纖維素餌料，也無致死作用，不過會影響纖維素餌料對白蟻的適口性，導(dǎo)致餌料被白蟻取食的比率顯著低于對照。因此，50%聚乙烯醇、100%聚乙烯醇、100%三聚氰胺甲醛樹脂具有作為微晶纖維素成型膠黏劑的潛力，但要投入實際應(yīng)用仍需對所制餌塊被白蟻取食的偏好性進行改進和優(yōu)化。

硬度試驗的結(jié)果表明，塊狀纖維素的邵氏硬度(HD)與膠黏劑的添加劑量有關(guān)，隨著膠黏劑用量的增加硬度基本呈上升趨勢。糊精、殼聚糖、卡拉膠、明膠等廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)的膠黏劑耐水性能比較一般。其原因可能在于這些膠黏劑為親水膠體、水溶膠，能溶解或分散于水中，通過分子中的羧基、羥基、羧酸根等親水基團與水分子發(fā)生水化作用來產(chǎn)生黏性(張獻偉等，2011)。水化作用形成的結(jié)構(gòu)可能在重新遇水后無法保持穩(wěn)定，導(dǎo)致這些膠黏劑處理的塊狀纖維素的耐水性能不佳。

取食試驗的結(jié)果表明，膠黏劑的加入對纖維素餌料被白蟻取食的適口性產(chǎn)生了影響。其中，三聚氰胺甲醛樹脂影響白蟻取食的原因可能在于甲醛類膠黏劑在使用后會釋放出少量甲醛，進而影響了白蟻的部分行為。

國內(nèi)外的白蟻防治工作者們針對如何提升餌料被白蟻取食的偏好性問題已開展了大量研究。已有研究表明，在食物中加入糖類、氨基酸、誘食信息素等物質(zhì)能促進白蟻取食，如3%葡萄糖可顯著提高濾紙對大家白蟻Coptotermescurvignathus的適口性和引誘性，格斯特乳白蟻Coptotermesgestroi則偏好3%木糖處理的濾紙，3%酪蛋白對上述兩種白蟻均有明顯引誘和取食刺激作用(Castilloetal.,2013)；加入10%白砂糖可顯著提高小米粉對黑翅土白蟻Odontotermesformosanus的誘食效果(黃求應(yīng)等，2005)；果糖、半乳糖、葡萄糖、蔗糖、尿酸等物質(zhì)能引誘散白蟻屬取食(Swobodaetal.,2004)。此外，真菌腐朽可提高白蟻對木質(zhì)纖維素材料的取食偏好性。密粘褶菌侵染的木材和纖維素材料對臺灣乳白蟻、黃胸散白蟻Reticulitermesflaviceps、黑翅土白蟻等多種白蟻均具有引誘效果(Corneliusetal.,2002；丁芳等，2015)；紅芝、茯苓等木腐菌同樣可提高木屑對臺灣乳白蟻的誘食效果(李秋劍等，2007)。結(jié)合前人的研究成果，在接下來的研究中，可在塊狀纖維素餌料中添加適宜的取食促進物質(zhì)，提升其被白蟻取食的偏好性，以期開發(fā)出具有良好適口性和誘食效果的白蟻塊狀纖維素餌料產(chǎn)品。