植物源农药印楝素的应用与开发

CHINA AGROCHEMICALS中国农药21农药论坛吕咏梅(中石化南化公司化工厂)植物源农药印楝素的应用与开发1 概述目前全球都在积极从植物中寻找天然杀虫活性物质,在众多杀虫植物中,研究最多也最具有开发前景的是印楝。

国内外大量研究表明，印楝中含有 00多种杀虫活性成分，其中杀虫活性最高的是印楝素，实验证明印楝的枝、叶、种仁、种壳及树皮中都有印楝素的分布。

印楝原产于印度，在联合国的帮助和宣传下，目前印楝的种植已经推广到非洲、南美洲、欧洲、中国和澳大利亚等国家和地区。

印楝素是一种四环三萜类化合物，其具体作用机理尚未完全确定，已知印楝素能够抑制蛋白质的合成，阻止细胞分裂并且影响激素的分泌；国外对其安全性进行了大量研究，结果表明对哺乳动物是安全的。

2 应用研究印楝素可以防治200多种农、林、仓储和卫生害虫，是目前世界上公认的广谱、高效、低毒、易降解、无残留的杀虫剂。

目前全球有近20个国家对印楝素进行研究、开发和利用，国际上定期召开全球印楝科学与应用会议。

印楝素被提取分离出来后，被命名为“azadirachtin A”，一系列的“azadirachtin （B～K）”陆续被不同研究机构分离出来并确定了结构。

在国外部分国家印楝已经大规模应用并取得良好效果。

斯里兰卡多数茶种植园使用印楝防治害虫，斯里兰卡是世界上最大的茶出口国之一，自1997年使用印楝产品以来，由于生产的茶叶中农药残留少而成为世界上最清洁的茶；印度等南亚国家采用印楝素作为杀虫剂在甘蓝、茄子、马铃薯、番茄等近20种蔬菜水果进行实验，显示良好应用前景；英国林业联合会一直致力于对印楝素及其他提取物的研究，目的是防治松树象鼻虫对云杉树的破坏，由于云杉树释放出来的挥发性化学物质吸引这些害虫，因而迫切需要一种新的防治措施，以前云杉害虫防治主要采用杀虫剂氯菊酯，但氯菊酯于2004年起已在欧盟禁止使用，急需替代办法，高效氯氟氰菊酯和高效氯氰菊酯有可能成为替代品，印楝素也是替代品之一，目前该林业委员会种植1.8万棵印楝树用于试验工作。

另外，在欧洲多个国家计划引进印楝树种植并加快印楝素的研究。

我国云南、广东和海南省均适宜种植印楝。

目前云南已经成为世界上人工种植印楝纯林面积最大的地区，是我国印楝生物农药原料的潜在中心区。

在此基础上，云南中科生物产业公司以中科院上海昆虫研究所、昆明植物研究所和云南大学为技术依托单位，在我国首次实现了印楝素生物农药的产业化生产，已从印楝种子中分离和完成化学结构鉴定的印楝素类化合物达到16个，其中有4个是国外尚未发现的新物质，已生产出0. %印楝素乳油、70%印楝油制剂、10%印楝素原药及各类昆虫信息素诱芯等产品，目前年生产能力已达0. %印楝素乳油67万立升。

与此同时分别对甘蓝、苹果、西瓜、番茄、菜豆等作物的害虫防治进行了 000多亩田间实验，防治效果均在85%以上。

该公司“爱禾”0. %印楝素乳油成为我国第一个获得国家“农药三证”的印楝素生物农药。

目前的应用和研究结果表明印楝素将会在生物农药市场上变得越来越重要，因此关于它的提取研究已成为目前印楝素生物农药应用与发展的关键。

3 提取技术印楝树的多个部分都含有印楝素，其中种仁里含量最多，一般也多从种仁中进行提取。

关于从印楝树种仁中提取印楝素的工艺有许多报道，按工艺方法分为：1）溶剂萃取法；2）超临界流体萃取法； ）微波萃取法等。

其中已经工业化，技术相对成熟的是22CHINA AGROCHEMICALS中国农药农药论坛溶剂萃取法。

因此下面将主要介绍该法的研究进展情况。

综合国内外研究报道，溶剂萃取工艺可以分为以下几类：1）先去油，再用极性有机溶剂萃取；2）直接用极性溶剂萃取； ）用烃类溶剂和极性溶剂协同萃取；4）用水作萃取剂萃取。

（1）先去油再萃取一般工艺过程为：种子粉碎→ 正已烷去油→ 去油种粉→ 丙酮索氏萃取→ 丙酮萃取液再次去油 → 丙酮层→ 浓缩→ 用甲醇/水溶液溶解→ 经过C18的高效液相色谱分离浓缩得到产品。

该工艺的优点是所得产品的印楝素含量较高；缺点是用丙酮在较高温度下连续回流时间较长，造成印楝素分解，并且后处理复杂，生产成本比较高。

德国文献报道，以甲基叔丁基醚作为萃取剂，用石油醚进行去油，可以得到1%～1.5%的印楝素产品。

关于该法专利报道甚多，有采用乙酸乙酯、二氯甲烷等为萃取剂的提取技术，其中已工业化技术为：粉碎种子压榨去油→ 去油种粉用甲醇萃取 → 萃取液浓缩得半固体→ 加盐水/乙酸乙酯萃取→ 乙酸乙酯经过浓缩得含印楝素10%半固体产品，收率约为0.1 %，所得产品稳定性较差。

为了改进其稳定性，该专利以类似方法处理，并且将乙酸乙酯浓缩物以 0%双氧水等进行一系列处理，得到印楝素固体粉末。

该工艺特点是萃取方法简单，萃取产物经过双氧水处理后产品稳定性增加、含量较高、收率约为0.12%。

该工艺虽然已经工业化，但是工艺中由于多种溶剂之间互相污染，溶剂套用时对产品质量和收率造成影响。

为了克服溶剂间的互相污染问题，美国专利报道以极性适中的乙酸乙酯作为唯一有机溶剂萃取印楝素，工艺流程为：粉碎种子压榨去油→ 去油种粉用乙酸乙酯萃取→ 萃取液浓缩至一定体积以水萃取 → 用乙酸乙酯反萃水层→ 乙酸乙酯层减压浓缩得到含量为40%左右的印楝素产品。

该工艺特点是充分利用乙酸乙酯的中等极性，可选择的同时将印楝素、印楝油等中等极性化合物萃取，而极性较大的多糖和蛋白质不易被萃取，并利用乙酸乙酯的这一性质将萃取物进一步精制，该工艺所得产品由于含有较少的水溶性多糖、蛋白质，所以吸水性差，产品稳定性好，更适合用于制备印楝素杀虫剂，并且工艺中使用单一溶剂，可以避免多种溶剂的交叉污染，有利于工业生产中溶剂连续使用的稳定化生产，是一条非常具有潜在工业化价值的提取路线。

（2）极性溶剂萃取、去油、精制。

早期印楝素生产就直接使用乙醇等溶剂萃取，萃取液稀释后加些稳定剂直接用作杀虫剂。

美国专利报道以甲醇或乙醇萃取得到10%～19%的印楝素，其工艺流程为，含油种子粉碎→ 甲醇（或乙醇）萃取 → 浓缩萃取液 → 以正已烷去油 → 以乙酸乙酯和水萃取 → 乙酸乙酯层浓缩→ 浓缩物倒入正已烷中→ 分离得到产品。

该工艺缺点是含油种子粉碎比较困难，萃取后的种子中仍含有较多印楝油，且萃取效率不高，但是萃取非常简单易于工业化。

国内有该类方法的大量报道。

该类工艺特点是简化了去油工序，将印楝素和部分印楝油同时萃取，避免了因去油造成的印楝素损失，印楝素的收率相对较高，主要问题就是含油种子处理困难，还有极性溶剂对印楝油的萃取能力较差，萃取后的印楝种子仍含有一部分印楝油，需要进一步进行处理。

（ ）协同萃取是选择亲水性的强极性溶剂和亲油性的弱极性溶剂二者按一定比例混合，成为一种极性范围较窄的萃取剂，可以将中等极性的印楝素萃取出来，而强极性化合物如多糖、蛋白质、水等不能被萃取，因而改善了后处理，并且用该工艺可以得到印楝素含量较高的萃取物。

这种方法避免了分离强极性溶剂和弱极性溶剂而造成的溶剂交叉污染，同时由于水不能被一起萃取，所以种子可以不用加热干燥，消除因加热干燥而导致印楝素分解的缺点。

欧洲专利报道了极性溶剂和非极性溶剂协同萃取的工艺，流程为：种子去皮→ 粉碎→ 加入正已烷和乙醇同时萃取印楝油和印楝素活性成分→ 过滤→ 萃取液浓缩→ 浓缩物→ 以正已烷处理浓缩物→ 过滤 → 干燥 → 得含印楝素的产品。

该方法是将极性溶剂和非极性溶剂一并加入粉碎的种子协同萃取，特点是一步萃取，缩短了萃取时间，工艺简单，得到含有2 %的印楝素产品，收率为0.25%。

该工艺操作简单，同时将印楝素和印楝油提取，克服了溶剂之间交叉污染，使溶剂可以重复使用而不影响萃取的收率和质量，且收率较高。

但是该工艺也存在一些缺点，一是含油种子粉碎较为困难；二是使用混合溶剂萃取时乳化现象较为严重，难以过滤。

若能解决上述问题，该工艺将成为较有前途的工业化生产方法。

（4）以水作为萃取剂的方法。

以水代替有机溶剂作为萃取剂能明显降低一些亲油性杂质的被萃取能力，且消除了有机溶剂易燃的危险。

尽管如此，水萃取印楝素仍未能得到推广应用，原因是水对印楝素的CHINA AGROCHEMICALS中国农药2农药论坛溶解能力较差，萃取效率较低。

国外多篇专利报道以水作为萃取剂的方法，工艺流程为：种子粉碎→ 用水反复萃取→ 萃取液体合并→ 用乙酸乙酯萃取→ 乙酸乙酯萃取液浓缩至10% → 加入石油醚中→ 得到含有印楝素的半固体物质。

其中德国专利报道的收率比较低，原因在于水对印楝素的溶解性较差；而美国专利报道改进水萃取工艺，其印楝素含量约为44%，但是改进后的工艺用水量大，萃取时间长，而且由于多糖类物质一起被萃取出来，造成乙酸乙酯和水之间形成一个难以分离的乳化层。

该工艺特点是只使用乙酸乙酯一种有机溶剂，危险性和毒性较小，污染较轻，且能得到高含量、高收率的产品，若能解决分离问题，提高萃取收率，将成为有前途的工艺路线。

美国专利报道针对上述存在问题进行改进工作，以水作为萃取剂，然后用大孔树脂吸附和解吸提取印楝素，流程为种子去油后粉碎，用大量水进行萃取，然后离心分离，对分离出来的液体进行合并，流经大环树脂吸附，然后用乙酸乙酯洗涤解析得到印楝素溶液，再进行浓缩至一定程度，在碱性条件下用双氧水进行氧化，分离有机相，干燥浓缩得到含量为40%印楝素产品，收率以含油种子计为0.1 %。

吸附柱可以用乙酸乙酯洗脱，用水洗再生。

该工艺节约大量有机溶剂，得到印楝素含量较高的产品，树脂可以重复使用。

缺点是由于水对印楝素的溶解度小，所以导致萃取时间长，水的用量大，收率低，其原因可能是压榨去油过程中部分印楝素残留在印楝油中所致。

另外超临界二氧化碳萃取和微波萃取均为近年来发展起来的新型萃取技术，广泛应用于植物有效物质的提取与分离。

国内外有大量专利报道这两种工艺提取印楝素的技术，但是由于技术难度比较大，生产成本高，因此未见工业化应用报道。

4 结束语随着科技发展和化学农药对人类生存环境的影响越来越严重，生物农药尤其是植物源农药展现出良好的发展势头，倍受全球农药界的重视。

印楝素作为重要的植物源农药对昆虫具有强烈拒食性和阻碍生长发育的作用，防治害虫范围广且不易产生抗药性，对高等动物无害，对昆虫天敌安全，并且在自然界中易降解、不污染环境，有利于生态平衡和农业的可持续发展。

我国云南等地已经大规模种植印楝树，因此在我国加快印楝素的提取、应用研究开发具有广阔的市场前景和良好的经济与社会效益。