油茶粕茶皂素作为农药助剂和生物农药的研究进展*

沈立荣 , 陈 莹 , 祝洪刚

(1.浙江大学 食品科学与营养系, 浙江 杭州 310029；2.浙江常发粮油食品有限公司, 浙江 衢州 324202)

茶皂素又称茶皂苷、皂角甙或皂草甙，在山茶科山茶属的各种植物，如油茶、尖叶山茶的果实中含量很高。作为一种非离子型表面活性剂，茶皂素具有乳化、分散、湿润、发泡等性能，非常适合于生产农药产品。作为农药助剂，茶皂素可提高农药的杀虫、杀菌效果；作为生物农药，茶皂素可直接用于防治某些病虫害。由于茶皂素很容易降解，不污染环境，符合目前农药工业和农业绿色环保的可持续发展要求，具有良好的应用前景。本文综述了茶皂素作为农药助剂和生物农药在国内外的相关研究应用进展。

1 茶皂素的结构与性质

1.1 茶皂素的化学结构

茶皂素属于糖苷类化合物,日本学者青山新次郎在1931年从茶籽中首先分离得到该化合物，并命名为茶皂甙,即“Theasaponin”。随后青山新次郎得到了茶皂素粗品,并确定了其实验式。1952年石馆守三和上田阳从茶籽中分离获得熔点为224-225 ℃的茶皂甙结晶,确定了茶皂甙由皂甙甙元(C57H90O26)与当归酸和糖体(半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸) 结合而成,其基本结构属于三萜类，包括皂甙甙元、糖体及有机酸三部分(图1)，是一类由亲水性的糖体、疏水性的配基和有机酸形成的结构复杂的混合物。茶皂素系β-香树素衍生物，基本骨架为齐墩果烷，属于五环三萜类化合物。其糖体部分包括葡萄糖醛酸、阿拉伯糖、木糖和半乳糖。其有机酸部分包括当归酸(angelie acid)、惕各酸(tiglic acid)和醋酸(acetic acid)。到上世纪70年代已分离鉴定出7种茶皂素皂甙甙元结晶。日本学者迄今已从茶叶、茶籽中已分离鉴定了10几种皂甙单体[1]。

图1 茶皂素的化学结构

1.2 茶皂素的理化性质

茶皂素分子量为1 191.28，熔点223-224 ℃，纯品为无色无味的微细柱状结晶，味苦辛辣，具有很强的起泡力。其结晶不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，难溶于冷水、无水甲醇和无水乙醇，可稍溶于温水、二硫化碳和乙酸乙酯，易溶于含水甲醇、乙醇、丁醇、戊醇以及冰醋酸等物质。在215毫微米处对紫外光有最大吸收峰[1]。

茶皂素是一种非离子型天然表面活性剂。茶皂素的最低表面张力为36达因/厘米, 临界股束浓度CMC值为0.05 %，完全可以作为天然表面活性剂加以开发和利用[2]。茶皂素水溶液的接触角θ= 41.5°，小于90°，因此它具有良好的润湿性，可作为润湿剂。夏春华等(1990)曾对茶皂素水溶液表面张力进行了测定，发现它能有效降低溶液的表面张力。在低浓度很，表面张力随浓度增加而下降，由76.85达因/厘米下降至达46.73达因/厘米。其中以0.5 %左右表面张力最低，其CMC为0.5 %，水油平衡值HLB为16。用滴重法测得茶皂素的CMC为4000毫克/升，相当于百分比浓度0.4 %。试验证明，茶皂素能显著降低水在石蜡板上的接触角，提高液体湿润能力。茶皂素对固体微粒的分散悬浮作用及对两种互不相溶液体的乳化作用均很好。其亲水基团由强电负性的含氧基团组成，分布在糖类配体、有机酸配体及与皂贰配基的连接部位。由非极性的碳氢环链构成的配基属于亲油主体[4]。

2 茶皂素作为农药助剂

2.1 作为可湿性农药的湿润剂

由于大多数农药原药不溶于水或极难溶于水，通常需将原药与助剂复配加工成可湿性粉剂、乳剂等制剂，使原药悬浮于水中，使农药充分发挥活性作用。目前农药助剂的种类很多，国内外现有农药剂型超过3 000种。常用的助剂材料有表面活性剂、溶剂、增效剂、分散剂、粘着剂和稳定剂等。表面活性剂能在液体表面形成单分子层，并显著降低两种液体界面表面张力，是除溶剂外用量最大的一类农药助剂[4]。茶皂素是一种非离子型天然表面活性剂，具有良好的乳化性能，能够显著降低制剂的表面张力，已作为湿润剂广泛应用于可湿性粉剂农药生产。

钱琴菊等曾研究了茶皂素在异丙威、乙磷铝、多效唑等可湿性粉剂中的应用效果，发现茶皂素作为湿润剂可改善可湿性粉剂的湿润性能，提高悬浮率。将10 %叶蝉散分别与1 %-19 %的茶皂素复配，悬浮率测定结果，茶皂素用量的增加与可湿性粉剂悬浮率的提高成正比，悬浮率的幅度为64.3 %-69.04 %，大大超过了悬浮率52 %的产品标准。实践证明，将茶皂素作为农药湿润剂的突出优点是湿润速度快、分散性强，pH值为5.5-6.5，不影响农药化学质量，不会引起农药分解失效，有利于贮存，这些优点是化学合成表面活性剂所无法与之相比的[5]。

2.2 作为农药增效剂与展着剂

胡绍海等曾利用茶皂素开发出代号为148B的助剂，使茶皂素能与各类杀虫剂复配成稳定的乳油而增效，从而使化学农药有效成分的用量减少50 %-75 %，为开发茶皂素资源找到了一条有效的新途径[6]。按茶皂素与哒螨灵有效成分质量比22∶5，配成27 %的乳油，对桔全爪螨室内杀虫毒力LC50测定结果，茶皂素对哒螨灵有显著的增效作用，增效18.67倍[9]按茶皂素和尼索朗的有效成分比30.5∶1.5,，加148B助剂杀螨剂乳油，室内杀卵试验结果表明：茶皂素对尼索朗有显著的增效作用，增效61.18倍，使尼索朗有效成分用量减少70 %[8]。茶皂素对20 %灭多威乳油杀灭菜青虫增效6.33倍，茶皂素对哒螨灵、尼索朗和灭多威这3种农药乳油的田间杀虫效果均稳定保持在90 %以上。王小艺、黄炳球曾分别测定了不同浓度的茶皂素、乐果及茶皂素与乐果混剂对菜缢管蚜的毒力。结果表明，茶皂素本身对菜缢管蚜的毒力很低，但对乐果有极显著的增效作用。同浓度的乐果药液凡是加入了茶皂素的处理蚜虫死亡率均明显比未加的单剂高。24小时测定乐果单剂、乐果+500 mg/ L茶皂素和乐果+1 000 mg/L茶皂素处理的毒力，结果它们的LC50分别为40.15、32.87和18.59 mg/L；而48 小时测定的LC50则分别为15.33、10.11和7.77 mg/ L[9]。此外，茶皂素对与鱼藤酮和托尔克混用，对这两种农药对柑桔全爪螨均有显著的增效作用[10]；茶皂素与98 %的鱼藤酮混用对萝卜蚜[11]，与90 %杀虫单混用对叶蝉、粘虫也有增效作用[12]。

盛书祥等将杀菌剂苯霜灵与茶皂素以1∶4混用对抑制黄瓜灰霉病菌菌丝的生长有一定的增效作用[13]。余淑英等将杀虫单与茶皂素3∶1混配对叶蝉、粘虫均表现显著增效。马拉硫磷与茶皂素以4∶1混配对叶蝉、蚜虫表现为增效；而对红蜘蛛的联合毒力表现为相加作用[14]。吴耀军等将25 %茶皂素水乳剂与4.5 %高效氯氰菊酯乳油复配，测定了对萝卜蚜杀虫的效果。结果当两者的比例为5∶1时增效作用最为显著，茶皂素达到与高效氯氰菊酯乳油相同的防治效果，降低了高效氯氰菊酯的用量，大大降低了农药使用成本[15]。李耀明等在微生物农药苏云金杆菌Bt 药液中加入1 000 mg/L的茶皂素用于防治小菜蛾，结果茶皂素具有显著的增效作用，施药3天以后，Bt 3000倍加茶皂素处理的防治效果与Bt 单剂1 000倍无显著差异[18]。

王小艺、黄炳球对皂素产生增效作用的机理作了初步研究，他们先测定了茶皂素的临界胶束浓度(Critical Micellar Concent ration，CMC) 以及茶皂素对草甘膦、杀虫双、乐果和托尔克等不同剂型农药水溶液表面张力的影响。结果表明，茶皂素可显著降低水及这几种农药水溶液的表面张力，其CMC在4 000 mg/L左右； 对水的表面张力降低最高可达33.85 %[17]。然后测定了茶皂素对草甘膦、杀虫双、乐果、托尔克、Bt 和氰戊菊酯等6 种农药分别在马唐、水稻、小白菜、柑桔、芥蓝等5种植物和小菜蛾、菜青虫等2种害虫的体表接触角的影响。结果表明，茶皂素对这几种农药水溶液液滴在植物和害虫的体表接触角均有不同程度的降低，特别是对Bt 在芥蓝叶背、草甘膦在马唐叶正面、氰戊菊酯在菜青虫体表等处理, 其单剂接触角在106°以上，加入浓度为1 000-4 000mg/L 的茶皂素后均下降到78°以下，从而提高了药液在靶标体表的湿展力和附着力[18]。最后测定了茶皂素对草甘膦、杀虫双、乐果、托尔克和Bt等5种农药分别在马唐、水稻、小白菜、柑桔、芥蓝叶片上的沉积量的影响。结果表明, 加入茶皂素后，可显著提高杀虫双在水稻叶片和草甘膦在马唐叶片表面的沉积量，提高率分别为72.7 %-90.9 %和32.1 %-98.2 %，从而减少了农药的损失，提高了药效[19]。也有学者提出，茶皂素作为生物碱，有利于提高药剂在生物表皮的穿透性，对因体壁不透性增强而具有较强抗性的害虫的治理有重要作用[14]。

3 茶皂素作为杀虫剂

黄继轸和孙华志曾测定了茶皂素对菜青虫的毒杀效果，发现茶皂素对菜青虫有十分明显的忌避作用[20]。据陈树仁等报道，茶皂素对菜青虫低龄幼虫杀伤效果较好[21, 22]。25 %茶皂素TS2D水剂500倍液的室内校正防效为83.9 %，田间校正防效为74 %。茶皂素TS2D水剂的作用方式以触杀作用最强，其次为胃毒作用[23]。据王小艺、黄炳球报道，茶皂素还有一定的胃毒作用，取食较低浓度茶皂素可使菜青虫提早化蛹，高浓度茶皂素可使菜青虫产生兴奋。茶皂素单用的主要活性为拒食作用，当茶皂素浓度高于800 mg/L时，对菜青虫和斜纹夜蛾幼虫均有拒食作用，并抑制昆虫生长发育[24]。茶皂素对家蝇3龄幼虫的致死中浓度LC50为12.77 mg/L，表现为很高的活性，对其化蛹率有明显的抑制作用, 且随浓度的升高而抑制作用越明显，抑制中浓度IC50为15.79 μg/g[25]。

4 茶皂素作为杀螺和杀鱼的清塘剂

茶皂素具有溶血和鱼毒作用，对鱼类的毒性很大，一般认为其作用机理是引起细胞膜通透性改变，细胞质外渗，使红细胞解体。已知其鱼毒活性的半致死量LD50为318 mg/L，其鱼毒活性随水温升高而增强。目前茶皂素已在水产养殖上作为清除敌害鱼类的鱼塘和虾池的清洁剂广泛应用[26]。罗毅志等研究表明，茶皂素对淡水甲壳类养殖池塘中常见的野杂鱼，如麦穗鱼、鱼白鱼、鲫鱼等具有较强的毒性，在浓度215 mg/ L 时即可将其杀死；而对甲壳类的淡水青虾、罗氏沼虾和河蟹却很安全， 即使浓度达18 mg/L其也能正常存活，对青虾的生长无不良影响。五氯酚钠是过去水产养殖中常用的化学清塘剂，由于五氯酚钠的毒性以及对环境的严重污染，2002年4月农业部193号令已明确禁止使用。该试验证明，茶皂素可作为清塘剂替代五氯酚钠清除淡水甲壳类养殖池塘中的野杂鱼[27]。近年来，东南亚国家每年从我国大量进口茶粕，作为水产养殖业的清塘剂大量使用。茶皂素还是一种天然植物杀螺剂，浸杀对传播血吸虫中间宿主的钉螺有较好杀灭作用，用量5 mg/L，浸杀3天，钉螺死亡率可达100 %[28]。此外，茶皂素对有为害蔬菜的细钻螺、为害高尔夫球场的草坪蚯蚓也具有良好的毒杀活性[29]。茶皂素对为害水稻的福寿螺的毒力测定结果表明，在较低浓度下茶皂素对福寿螺幼螺有很好的浸杀作用，用量2.5 mg/L 3天死亡率达100 %，对福寿螺的卵和成螺也有一定控制作用[30]。

5 茶皂素作为杀菌剂

茶皂素粗体(如茶枯水) 曾作为“土农药”用于防治水稻病害稻瘟病和稻纹枯病[31]。众多研究表明茶皂素有良好的抗菌活性，据日本学者报道，茶叶皂素混合物对皮肤致病真菌具有良好的抑制活性，对小孢霉属病菌的最低抑制浓度MIC值为10 μg/mL；茶皂素还有很强的抑制酵母生长活性，低浓度茶皂素能杀死嗜盐接合酵母菌。从茶叶中提取的茶皂素可抑制食品、衣物和室内霉菌生长[1]。国内报道表明，茶皂素具有抑制白色念珠菌、大肠杆菌活性，可治疗浅表真菌感染、多种皮肤病瘙痒。体外和临床预试验均证明，与茶叶皂素结构类似的油茶皂素对红色毛癣菌、石膏样癣菌、断发癣菌、黄色癣菌、紫色癣菌、絮状表皮癣菌的MIC为0.125-1.100 0 mg/mL，对白色念珠菌MIC为0.062 5-0.250 0 mg/mL。临床试用20例皮肤癣菌病痊愈率为75 %[32]。在植物病害防治方面，山茶叶的抗菌皂甙Camellidin I、II 可抑制茶炭疽病或轮斑病菌分生孢子发芽，使水稻病海稻瘟病菌、水稻胡麻斑病菌，水果病害柑桔黑斑病菌、苹果轮斑病菌和梨黑斑病，茶叶病害茶灰色霉菌、茶枯病菌的孢子产生异常发芽[32]。王小艺等(1998)用含毒介质培养法测定了茶皂素对稻纹枯病菌、白绢菌、芒果炭疽病菌、柱帚霉菌、拟盘多毛孢菌、瓜枯萎病菌、尖孢镰刀菌等7种植物病原菌的生物活性，结果表明，在浓度为100 mg/L 和200 mg/L时，茶皂素可抑制瓜枯萎病菌，3天抑制率达到89.71%-95.88 %，此外对白绢菌和稻纹枯病菌也有一定抑制作用[33]。

6 展望

以上研究报道充分显示，茶皂素是一类非常具有发展前景的农药助剂和生物农药。目前茶皂素的研究与应用尚存在一些关键技术问题，例如：工业化提纯的茶皂素成品纯度难以提高，提取成本过高；在基础理论方面，对茶皂素的构效关系、活性机理等缺乏深入研究，茶皂素价格难以与化工原料竞争，企业不愿使用。因此，我国的茶粕资源至今尚未得到充分开发利用，大部分饼粕当燃料烧掉，或廉价出口到日本、东南亚等国家，造成资源的极大浪费，更为严重的是积压的油茶饼粕发霉生虫污染环境。因此，积极推进茶皂素生产和产业应用迫在眉睫。

近年来，山茶油产业作为国家食用油安全战略的重要组成部分受到高度重视，在南方的16 个省(区)1 100 多个县广大黄土丘陵山区大面积栽培，年产油茶籽60余万吨，油茶栽培面积占全国木本油料面积的80 %以上，山茶油加工业发展迅猛，每年有榨油后剩下的油茶饼粕50多万吨，茶粕中含茶皂素10 %-15 %，为生产茶皂素提供了丰富的原料[34]。作为绿色环保产品，近年来国内外日化工原料市场对茶皂素的需求量逐渐扩大，其产业化开发利用受到国家和相关地方政府高度重视和扶植。作为浙江省油茶产业龙头企业，浙江常发粮油食品有限公司以浙江大学作为技术依托，已建立了“浙江常发油茶区域性创新中心”，承担了省重大科技专项“油茶粕生物综合利用关键技术研究与产业化”，开展了茶皂素提取和生物农药产业化新技术研究开发，预期所取得的技术成果将为产业的发展提供重要技术支撑，将产生良好的社会经济效益。

参考文献:

[1] 侯如燕,宛晓春，文 汉.茶皂甙的化学结构及生物活性研究进展(综述)[J].安徽农业大学学报,2005,32,(3):369-372.

[2] 廖书娟,童华荣,吉当玲.茶籽饼茶皂素提取及应用研究[J].粮食与油脂.2005,(1)：13-14.

[3] 夏春华, 朱全芬，田洁华,等.茶皂素的表面活性及其相关的功能性质[J].茶叶科学,1990,10,(1):1-10.

[4] 刘占山,柏连阳,王义成,等.农药制剂中助剂安全性探讨及管理建议[J].农药科学与管理,2009,30,(8):21-25.

[5] 钱琴菊.茶皂素在农药上的应用研究[J].农药,1993,32,(2):15-16.

[6] 胡绍海,胡卫军,胡卫东,等.茶皂素在化学农药乳油剂中增效作用的研究[J].中国农业科学,1998,31,(2):30-35.

[7] 胡绍海,胡卫军,胡卫东,肖烨,万冰清.复方茶皂素对哒螨灵杀灭桔全爪螨的增效作用[J].植物保护学确报,1997,24,(1):65-69.

[8] 胡绍海,胡卫军,胡卫东.茶皂素对尼索朗杀灭桔全爪螨的增效作用[J].激光生物学.1997,6,(2)：1093-1096.

[9] 王小艺,黄炳球.茶皂素对乐果防治菜缢管蚜的增效作用[J].中国蔬菜,1998,(5):19-21.

[10] 王小艺,黄炳球.茶皂素对鱼藤酮和托尔克防治柑桔全爪螨的增效作用[J]. 植物保护,1999,25,(2):7-9.

[11] 王小艺,黄炳球.茶皂素对几种农药的增效作用测定[J].华南农业大学学报,1999，20,(2):32-35.

[12] 欧晓明,余淑英,林雪梅等.茶皂素在叶蝉和粘虫体内对杀虫单的增效作用[J].农药,1995,34,(12):10-11.

[13] 盛书祥，欧晓明，张 俐,等.苯霜灵与茶皂素对黄瓜灰霉病菌的联合作用研究[J].农药科学与管理，2000,21,(5)：32-34.

[14] 余淑英，盛书祥，欧晓明.茶皂素对杀虫剂的增效作用[J].湖南化工,28,(5)：31-34.

[15] 吴耀军,陆顺忠,贤振华.茶皂素对高效氯氰菊酯的增效作用试验及评价[J].广西林业科学,2002，31,(4)：170-171,193.

[16] 李耀明，何可佳,王小艺,等.茶皂素对Bt防治小菜蛾的增效作用[J].湖南农业科学.2005,(4):55-57.

[17] 王小艺,黄炳球.茶皂素对农药的增效机理Ⅰ.对药液表面张力的影响[J].茶叶科学,1998,18,(2):125-128.

[18] 王小艺,黄炳球.茶皂素对农药的增效机理Ⅱ.对药液接触角的影响[J].茶叶科学,1998,18,(2):129-133.

[19] 王小艺,黄炳球.茶皂素对农药的增效机理III.对药液沉积量的影响[J].茶叶科学.1998,18,(2):134-138.

[20] 黄继轸,孙华志.茶籽皂素对菜青虫的毒效试验及生理效应[J].茶叶通报,1993,(3):28-29.

[21] 陈树仁, 李桂亭，赖建辉，等.茶皂素TS-D杀虫效果初步研究[J].植物保护,1996,(3):27-28.

[22] 陈树仁,李桂亭，赖建辉，等.茶皂素TS-D杀虫作用方式初步研究[J].茶叶,1996,22,(2):26-27.

[23] 王小艺,黄炳球.茶皂素对菜青虫幼虫拒食活性研究[J].中国蔬菜,1999，(1):22-24.

[24] 王小艺，黄炳球.茶皂素对菜青虫作用方式的初步研究[J].茶叶，1998,24,(3):138-140.

[25] 王小艺、黄炳球.茶皂素对家蝇幼虫的生物活性初测[J].茶叶，1999,25,(1)：24-25.

[26] 柳荣祥,朱全芬，夏春华.茶皂素生物活性应用研究进展及发展趋势[J].茶叶科学,1996,16(2):81-86.

[27] 罗毅志，叶雪平，施伟达.茶皂素清除虾蟹池野杂鱼安全高效[J].当代畜禽养殖业，2004(12)：25.

[28] 张楚霜,唐光明,陈家其,等.茶皂素现场杀螺效果观察[J].实用寄生虫病杂志,2002,10,(2)：60.

[29] 王小艺，黄炳球.茶皂素在农药上的研究应用概况[J].茶叶，1998,24,(4)：191-193.

[30] 王小艺，黄炳球.茶皂素对福寿螺的药效试验[J].广东农业科学,1998,(3)：32-34.

[31] 浙江农业大学.农业植物病理学[M].上海:上海科学技术出版社,1965：23,32.

[32] 金继曙，都述虎.天然油茶籽饼抗真菌活性成分的研究[J].天然产物研究与开发,1993,5,(2):48-52.

[33] 王小艺,黄炳球,郑 仲.茶皂素7种病原真菌的生物活性初报[J],植保技术与推广,1998,18,(6):34-35.

[34] 马 力.油茶籽的综合开发利用研究综述[J].农业工程技术·农产品工,2008，(1)：37-40.