驱蚊植物提取物活性成分的提取分析及驱蚊效果研究

李和昀 朱苏苏 王丛涵

(北京大学附属中学高三4班 北京100190)

夏日的蚊虫给人们带来困扰，防治蚊虫一般采用灭蚊剂和驱避剂。灭蚊剂是指通过与蚊虫的接触，达到直接杀死蚊虫效果的物质，灭蚊剂的主要成分是菊酯类，如胺菊酯、氯菊酯以及有机溶剂等;灭蚊剂的主要成分都具有一定毒性，虽然日常生活中这些化学物质使用量不大，一般不会直接对人体构成严重危害，然而，成年累月使用所导致的后果也不可小觑。驱避剂能使蚊虫远离或接触不到叮咬目标，较于杀虫剂在抗药性的产生和环境友好方面也具有很强的优势。合成型驱蚊剂是由化学人工合成药物制成，虽然驱避害虫的高效性和持久性均超过天然驱蚊剂，但安全问题成为很大隐患。植物驱避剂是主要的天然驱避剂，驱避物质一般来源于植物的根、茎、叶、花等，这些天然驱蚊剂自古以来就被人们广泛使用。为了探索出更多有驱避作用的天然植物，世界各国都对大量植物进行了充分的研究［1-16］。

1 问卷调查及结果分析

1.1 调查问卷设计与实施［7-10］

调查问卷共包含7个问题，发放问卷150份，共收回有效答卷103份，采集数据如表1。

1.2 数据分析结论

面对蚊虫困扰，多数人习惯直接用“挥手驱赶”或“直接打死”的方式解决，而不依赖于市面上所销售的驱蚊产品。

生活中大多数人对于驱蚊产品的认识都停留在花露水、蚊香这些合成型驱蚊物质层面，而对天然驱蚊剂了解并不多。

大多数人不选择市场上现有驱蚊产品的原因是认为其有效持续时间太短、驱蚊效果不好、有可能对人体有害的刺激性味道。

对于驱蚊原理，被调查者普遍认为是驱蚊产品释放出让蚊子讨厌味道的物质或是对蚊子有毒的物质，从而达到驱蚊或灭蚊的目的。

综上所述，市场上现有的驱蚊产品，尤其是合成型驱蚊产品，普遍没有得到人们的信任(70%认为所使用驱蚊产品不好，没有显著的成效)，并容易让人们担心危害自身安全。因此，更天然无毒、更容易让人们了解、使用时更令人放心的驱蚊产品，是大众所需要的。

表1 调查问卷

2 植物提取实验设计及结论

通过查找文献，得知最早的驱蚊剂出现在公元前，如古埃及人把有强烈气味的物质涂到皮肤上来防止蚊虫叮咬;古代我国居民常以烧艾蒿、菊科类植物的办法来驱赶蚊虫;古代俄罗斯牧民用燃烧青苔和松树叶驱赶蚊虫，用桉树叶涂抹在皮肤上来防止蚊虫叮咬等。16世纪，人们发现大麻可以有效地防止昆虫叮咬，随后人们又发现许多植物提取物有驱避蚊虫的作用。17世纪，许多具有驱避作用的天然精油逐渐被人们所熟知，如丁香油、椰子油、桉树油、熏衣草油、柠檬油、麝香草油等。再后来，除了纯天然的植物成分，人类又制作出许多合成型物质，例如避蚊胺等。

现如今，人们所知道的拥有驱蚊效果的植物有:香茅、百里香、迷迭香、薄荷、胡椒薄荷、松树、罗勒属、薰衣草、大蒜、肉桂、玉树、柠檬草、天竺葵、青蒿等。天然驱避剂气味清新，对人体的毒副作用很小，只要不对植物过敏则完全不用担忧。

本文选择其中的4种，即天竺葵叶、薄荷叶、蒿草叶、西红柿叶，进行有效成分提取实验［13］。

2.1 实验步骤

第1步:采集4种植物叶后洗净、阴干、捣碎、过筛、称量，并记录质量。

第2步:取植物粉末加入95%乙醇，锡纸封口，浸泡24小时。

第3步:采用频率为250Hz的超声波提取混合液40分钟，提取结束后，减压、抽滤得到滤液。

第4步:使用旋转蒸发仪旋干并浓缩滤液，得粗提物浸膏，称重并计算提取率。提取率=浸膏质量/植物粉末质量×100%。

2.2 实验现象

天竺葵叶片为黄绿色，有特殊香气。超声提取后浸出液为黄绿色;粗提浸膏为棕色，实验中能够完全旋干，提取效果好。最后得到的深棕黄色粉末状浸膏有甜香气味。

薄荷叶片为绿色，有清凉香气。超声提取后浸出液为深绿色，减压抽滤时滤渣为渣滓;粗提浸膏为深绿色，实验过程中乙醇不能在减压下完全被除去。最后得到的深绿色浸膏有薄荷特有的清凉气味。

蒿草叶片正面为深绿色，背面为浅绿色，有特殊的清香。超声提取后浸出液为深绿色，抽滤时滤渣成饼状。粗提浸膏为深绿色，实验中乙醇在减压下基本上被除去，但此过程耗时较长，能得到粉末状固体但不多，提取效果较好。最后得到的深绿色浸膏有特殊气味。

西红柿叶片较小，为绿色，无甚味道。超声提取后浸出液为深绿色(较深)，粗提浸膏为深绿色;实验中乙醇不能完全蒸发，在4种植物中提取效果最差。最后得到的深绿色油状浸膏，有提取物液体及渣状物，几乎没有气味。

2.3 实验结果和改进方向

实验结果数据详见表2。

由表2可知4种植物叶片(天竺葵叶、薄荷叶、蒿草叶、西红柿叶)的提取率均为10%左右。天竺葵叶和蒿草叶提取时能够得到较纯净的固体提取物，有利于接下来的实验步骤;而薄荷叶和西红柿叶的提取物不够纯净，会对未来的实验结果造成一定的影响，油状提取物也不利于储存在实验所使用的圆底玻璃瓶中。

表2 实验数据

在整个实验中，溶剂的浓度和剂量是起关键影响作用的因素。在本实验操作过程中加入了200 mL乙醇，需要约1小时旋干。如果乙醇加得少，则有可能无法完全提取，造成有效成分损失;若乙醇加得多，则会在除去溶剂过程中浪费能源，且长时间加热可能造成有效物质挥发和分解。故应在实际应用时进行不同乙醇萃取驱蚊效果的测定，得到最为合适的乙醇含量。此后的研究可以探索不同极性的溶剂进行提取和后续实验以完成提取剂的筛选。备选溶剂为:石油醚、甲苯、丙酮(极性梯度)。

本实验采用了超声提取加旋转蒸馏的操作。这种操作好在简单易行且干燥的植物体积小，保存时不容易变质，提取效率较高，加工起来很容易。但问题也很多，比如:由于需要洗净晒干，所以预先的操作较多，制作周期较长;旋转蒸馏时会有低沸点的活性成分蒸出，造成效果下降;提取时会有叶绿素首先被萃取出，使萃取物黏稠且带有颜色，并且叶绿素不好除去;之后如果配制溶液会有部分不溶，造成损失，晒干时水分蒸馏不充分使旋转蒸馏较难完全进行。可替代的方法为:使用索式提取器，利用不断蒸发、冷凝、浸出、回流，得到较为纯净的产物并用乙醚或其他溶剂进行再萃取。好处在于提取出的成分较为纯净且不需要做过多的预处理。缺点在于提取时所需能量更多，成本更高，所以只适宜在小规模生产时使用。

3 防护试验及结论［14-15］

实验动物:昆明小鼠(小白鼠)12只(雌雄各半)。

供试蚊虫:致倦库蚊110只。

3.1 实验步骤

3.1.1 攻击力实验

在密闭空间内放入捕捉好的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，记录10分钟内前来停落的蚊子数量，多于5只即为攻击力合格，该小鼠及该笼蚊子可用于驱避实验。

3.1.2 动物实验

取一定量植物提取物，称量并记录质量，加入去离子水搅拌均匀，记录配制的植物溶液总质量，计算浓度并计入表格。

分别蘸取5%天竺葵叶溶液、5%薄荷叶溶液、5%蒿草叶溶液、5%西红柿叶溶液、10%西红柿叶溶液，涂抹在处理好的小鼠背部，每种溶液涂抹2只小鼠。用不同颜色的记号笔标记，以区分涂抹不同植物溶液的小鼠。

将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装有110只蚊子的密闭空间中，2人分别观察每只小鼠身上停留的蚊子数量并记录，记录数据时以小时为单位，取2人记录数据的平均数，共观察、记录6小时。

有效保护时间计算方法:从涂药开始到有第1只蚊子叮咬的间隔时间为有效保护时间。

有效保护率(%)=(对照组蚊子叮咬数-涂植物溶液组蚊子叮咬数)/对照组蚊子叮咬数

3.2 实验数据记录

表3和表4分别给出了溶液的配制方式及原始实验数据记录。

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数量/个(以小时为单位记录)

3.3 实验分析

3.3.1 数据处理及数据分析

表5给出了数据处理结果。

表5 不同植物溶液的驱避率/%

由表5可以看出，随时间增加驱避率整体呈下降趋势，即植物提取物的驱避效果随时间增加而降低。

4种植物的驱避率在6小时内均有先下降再回升的情况出现。分析原因为:对照组数据太小，虽然每小时的蚊子停落数量都差不多，但是计算出的结果看起来差距非常大。另外就是一段时间内蚊子刚进食完所以停落数减少，后来又饿了使驱避率明显降低，而后因为饥饿度下降使得驱避率回升。

在4种植物中薄荷叶的有效保护时间较长，但一旦开始失效，驱避效果就会明显减弱;天竺葵叶的有效保护时间虽然不如薄荷叶的时间长，但它开始失效后仍能保持较长时间的高驱避率;蒿草叶和西红柿叶的有效保护时间较短，失效后驱避率也随之下降。

浓度较高的西红柿叶明显比浓度低的西红柿叶驱避效果持久且效果好。

3.3.2 方案改进点

研读多种品牌驱蚊花露水的配方，可知其中均含有多种植物提取物质，因此在后续试验中可进行混合精油的试验，以确定提取物混合使用的效果。

后续可进行与市售驱蚊液的对比实验，这样可以在得到对比效果的同时测试市售驱蚊液的效果。

3.3.3 实验结论

在对小白鼠进行活体实验后，综合来看，本实验得到的结论为4种植物的驱避效果依次为:薄荷叶＞天竺葵叶＞西红柿叶＞蒿草叶。其中蒿草的驱蚊效果与预计的不同，这可能是由于实验误差造成的。由排序我们推测，味道越浓重驱蚊效果越好;且浓度越高，驱避效果越好。

另外，在实验中以水为溶剂配出了实验溶液，但是一定比例的水-乙醇混合液作为溶剂也许更有利于植物提取物的溶解，更便于进行实验。

4 成本分析

在考虑植物成本，植物含水量和提取率，提取过程中成本，溶剂(95%乙醇)成本，最终成品浓度，人工成本和一定包装费用后，我们给出了20～30元/100 mL的价格，比市场上普遍销售的合成型驱蚊花露水价位略高。

5 可行性结论

如今市场上主要驱蚊产品存在的问题是:有刺激性味道可能对人体有害，驱蚊效果不佳等。而我们利用纯天然植物进行提取，可以保证天然无毒，通过防蚊实验也可保证在适当增加浓度后驱蚊效果更显著。虽然价格比市售驱蚊产品略微偏贵，但整体而言可行性很大。

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