用复合香精油对仓储农产品驱虫抗霉的超声熏蒸雾化方法

摘要

本发明公开了一种用复合香精油对仓储农产品驱虫抗霉的超声熏蒸雾化方法，属于熏蒸剂对粮食农产品收货后仓储抗生物侵害方法领域。本发明的目的为使粮食农产品自入仓到出仓保持无生物侵害状态。本方法中将体积比为7:1:1:0.5:0.5的比例取山苍子油：肉桂油：丁香油：藿香油：香叶油这五种香精油制备的复合香精油，用制备的超声雾化熏蒸装置进行熏蒸雾化，实现对仓贮粮食等农产品熏蒸驱虫抗菌；本发明的超声雾化熏蒸装置主要包括雾化和鼓风两个系统，其中使熏蒸剂雾化是通过超声换能器将复合香精油打散而产生微米级雾滴，鼓风系统促进香精油雾滴气化扩散，渗入害虫和微生物体内线粒体呼吸系统产生生物学效应，达到对粮仓的驱虫抗霉目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种熏蒸剂对粮食农产品收货后仓储抗生物侵害的方法，具体涉及一种用复合香精油对仓储农产品驱虫抗霉的超声熏蒸雾化方法。

背景技术

危害粮食等农产品仓贮首要因素是周围空气、微生物及害虫对粮食等农产品的酸解、虫蛀、微生物繁殖及其分泌毒素，故保障粮食等农产品安全需从农产品生物学危害入手，一方面保持仓库通风干燥，降低农产品自身生物学酸化，另一方面防止微生物的寄生发酵、产毒及害虫蛀咬。

通过熏蒸对粮食等农产品于入仓储存前的仓库进行杀虫抗霉处理是粮食等农产品排除环境所存在危害粮食等农产品安全卫生的生物来源的必要步骤。现今国内外选用的仓储的熏蒸剂有溴甲烷、DDV、氯化苦、氢氰酸、氮气与CO₂混合气体、PH₃、氧硫化碳和甲基磷等八种化学药品，其中以PH₃或PAl最普遍，但对霉菌（尤其是黄曲霉等产毒素真菌）不仅几乎无作用，且不能降低已存在的霉菌所产生的毒素。危害仓贮粮食及其农产品的主要生物是仓库害虫和来自储存物及空气中的微生物，且后者危害性远超过前者，因微生物中的真菌类可产生有毒的次生代谢产物，并通过食物链进入饲料或食品，然后通过肉制品、奶品及蛋类制品进入人体，严重危害人类健康。如黄曲霉毒素（aflatoxin，AF）是黄曲霉（Aspergillius flavus）、寄生曲霉（A.parasiticus）和赤蜂曲霉（A.nomius）的次生代谢产物。其中黄曲霉是侵染粮油等农产品的优势菌株，常侵染玉米、花生、大米、棉籽等农产品，其分泌的AF对肝脏组织鼻咽造成严重损害，有强烈致畸、致癌、致突变作用，对人类健康危害极大。现已查明，AF不仅是目前已知最强的化学致癌物，被国际癌症研究机构（IARC）列为一级致癌物，而且还是一种剧毒物，其毒性是砒霜的68倍，氰化钾的10倍，在短期内只要摄入5mg即可使肝脏严重损伤而造成动物死亡。同时植物保护学研究表明虫霉相伴，在粮油及其农产品仓贮安全防范应对中，防虫与防霉必须同时兼顾，不可偏颇，这同样是确保仓贮安全的关键。

现今国内外选用的仓贮熏蒸剂主要是磷化物，其制备原料廉价、操作方法简便及杀虫效果明显，但对霉菌等微生物没有抑制作用，更重要的是，长时间熏蒸，其单一成分易使害虫及微生物产生抗性，同时增大了操作人员接触到有毒气体的几率。

综上所述，现今沿用的粮食熏蒸剂存在多方面使用弊端，不仅对环境造成污染，同时危害人类健康，但国内外研究均只针对熏蒸流程及熏蒸剂用量等方面进行改进，并未从根本解决问题。故发展一种对环境及人体均无害的粮食仓贮熏蒸剂及其适用的一套熏蒸装置是十分必要的。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种用复合香精油对仓储农产品驱虫抗霉的超声熏蒸雾化方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用复合香精油对仓储农产品驱虫抗霉的超声熏蒸雾化方法，通过下述方法实现：

将超声熏蒸雾化装置的雾化缸盖取下，向雾化缸中倒入水至恰好没过水位开关以上1mm，然后向倒入复合香精油，将雾化缸盖盖紧，直流电源启动超声换能器和鼓风系统，启动的超声换能器超声雾化复合香精油，启动的鼓风系统将产生的雾化复合香精油送至雾化管道接口，传送至粮食仓储仓中进行驱虫抗霉。

所述的超声熏蒸雾化装置包括直流电源、连接电线、雾化缸盖、雾化缸主体、超声换能器、雾化管道接口和鼓风系统；连接电线的输出端连接直流电源，连接电线的输入端通过雾化缸盖连接超声换能器；雾化缸盖、雾化缸主体、超声换能器和雾化管道接口构成超声熏蒸雾化装置主体，雾化管道接口位于雾化缸盖侧面；超声换能器由水位开关、雾化片和超声换能器主体组成，位于雾化缸主体的底部中央；鼓风系统由鼓风机和输入管组成，鼓风机通过输入管连接雾化缸盖。使用时，先取下雾化缸盖，向雾化缸主体中倒入水至恰好淹没过水位开关以上1mm，然后倒入待超声熏蒸雾化液体后将雾化缸盖盖紧，直流电源启动超声换能器和鼓风系统；启动的超声换能器使待超声熏蒸雾化液体超声雾化；启动的鼓风系统将产生的雾化液体送至雾化管道接口，传送至外界进行超声雾化熏蒸。

所述的复合香精油，通过下述方法制备获得：

1）香精油混合液的配制：

按照体积比为7:1:1:0.5:0.5的比例取山苍子油：肉桂油：丁香油：藿香油：香叶油这五种香精油；按照用量的由少到多的比例依次混合五种香精油，边加边搅拌，混合均匀获得香精油混合液；

2）香精油混合液的除杂：

按体积比1:1用体积份数为35%乙醇对步骤1）获得的香精油混合液进行浸提，虹吸出乙醇，再经蒸馏，获得除杂后的香精油混合液；

3）复合香精油的pH调节：用三乙醇胺调节步骤2）获得的除杂后的香精油混合液的pH至6.4～6.8，获得复合香精油。

步骤1）中所述的山苍子油、丁香油、藿香油和香叶油为从香料生产厂订购或者取山苍籽、丁香、广藿香和香叶天竺葵原料于实验室通过水泵减压真空蒸馏制备获得；香精油中含水量应低于3%；

所述山苍籽、丁香、广藿香和香叶天竺葵原料于实验室通过水泵减压真空蒸馏制备方法：山苍籽、丁香、广藿香或香叶天竺葵四种原料均通过水蒸气隔层蒸馏，温度为130℃、1.15个大气压，蒸出的香精油蒸汽因原材料本身夹带少量水分占30%～40%（密度δ为0.93～0.95）；经管道冷却水循环冷却后，凝集成油状橙黄色液体进入收集器并依密度大小分层，一般香精油密度δ为0.87～0.89，分布在上层，密度大的水（δ为1.0）分布在下层，然后经分液漏斗或冷却罐通过底部玻璃管放出冷却水，获得从山苍籽、丁香、广藿香或香叶天竺葵中分离纯化油相物质香精油山苍子油、丁香油、藿香油和香叶油；

步骤1）中所述的肉桂油从香料生产厂订购或者在实验室制备；

所述的肉桂油的实验室制备方法为：取体积百分比96.1%以上的苯甲醛与乙醛酸以1:1.2的体积比混合后加入反应釜中于20℃-25℃下反应15min，以110次/min边加边搅动，然后静置6～8h后，将下层未反应的乙醛酸放出，上层反应物即为肉桂油；

步骤2）中获得的除杂后的香精油混合液的香精油密度为0.87-0.91，沸点为170℃；

步骤3）中所述的三乙醇胺优选为食品安全级的三乙醇胺；

步骤3）中所述的复合香精油的pH调节是由于所采用的5种香精油占份额最多的香精油是山苍子油和肉桂油占了混合油体积份数的75%以上，而该两种油的主要成分均为醛，分子上的醛基有部氢以H⁺解离，使香精油呈弱酸性，pH为5.1～5.3；此外丁香油也含游离H⁺，虽然比山苍子油和肉桂油两种香精油pH高，但差异不显著，因此需用食品安全级的三乙醇胺调节pH至pH6.4～pH6.8，防止复合香精油酸碱基团对农产品外表的侵蚀。

所述的用复合香精油对仓储农产品驱虫抗霉的超声熏蒸雾化方法在粮食农产品的仓储中的应用，除此以外，复合香精油还可用于文物、档案资料、衣物、皮革的抗霉驱虫。

本发明中用复合香精油对仓储农产品驱虫抗霉的超声熏蒸雾化方法抗霉驱虫的原理为：

本发明的超声雾化熏蒸装置主要包括雾化和鼓风两个系统，其中使熏蒸剂雾化是通过电子高频振荡器产生，再经该振荡器内陶瓷雾化片的高频谐振将液态香精油分子间疏水力聚合结构打散而产生微米级雾滴（1-5μm），被涡轮式鼓风机吹动的气流快速气化，促进香精油雾滴气化扩散，渗入害虫和微生物体内线粒体呼吸系统产生生物学效应，达到对粮仓的驱虫抗霉目的。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

针对现今联合国对农产品仓贮禁止使用有毒有害的化学农药，及传统仓储熏蒸剂所存在的问题，本项发明目的使用新型装置并选用纯天然植物性复合香精油作为熏蒸剂对仓储粮食等农产品进行驱虫抗霉。

1.本发明复合香精油各组分的原料山苍籽、丁香、广藿香和香叶天竺葵的资源在我国来源广，生产工艺比较简易、成本低，而且对人畜安全性好，对环境无污染，有效期可达一年以上。

2.现有仓储防霉剂均为毒性化学类试剂或有机合成溶剂，虽挥发性良好但难除尽，影响工作人员健康，而本发明实施案例中的防霉驱虫剂为食品级生物制剂，不仅挥发性好，用量少，易排除，而且毒性极微。

3.本发明实施案例中，所采用的超声雾化熏蒸器对香精油进行超声雾化熏蒸，在仓库中扩散均匀，能节能减排，操作易控制。

4.本发明所用熏蒸剂为复合剂，保质期适中，对相关仓贮中所具优势的真菌有选择性，效果显著，具优势无抗药性。

附图说明

图1是超声熏蒸雾化装置设计图。

图2是超声熏蒸雾化装置的外观图。

图3是超声熏蒸雾化装置结构剖面图。

图4是显微测量超声熏蒸雾滴粒径分布图和用scnimagt软件对图像的分析图；a，c，e分别是距雾化液面5cm，25cm和40cm所收集雾滴样品图；b，d，f分别是距雾化液面5cm，25cm和40cm所收集雾滴样品图用scnimagt软件对图像的分析图。

图5是功率20W时雾化量与时间关系坐标图。

图6是工作0.5h内雾化量与功率关系坐标图。

图7是雾化前复合精油GC-MS成分测定的离子流色谱图；α、β-柠檬醛相对含量分别为40%和43%。

图8是雾化后复合精油GC-MS成分测定的离子流色谱图；α、β-柠檬醛相对含量分别为55%和54%。

图9是着生于大米的黄曲霉生长规律曲线图。

图10是着生于玉米的黄曲霉生长规律曲线图。

图11是国标粮仓微缩模型（1:200）及仓内熏蒸管道排布实物图。模型的外形和内部的管道系统完全模仿国家标准粮仓，与实际粮仓比例为1:200。

图12是复合香精油经超声雾化熏蒸后的生物学效应评价实验装置；左边为实验组，右边为对照组。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

山苍子油、丁香油、藿香油和香叶油的脱水精制：将从农村收购来的山苍子油、丁香油、藿香油和香叶油直接进入w-2型间歇式酒精回收蒸馏塔（无锡雷特石化设备公司）于130℃，1.15大气压下进行二次蒸馏，收集后加入CaCl₂脱水，使香精油中含水量低于3%。

肉桂油制备：从市场购进含体积百分比96.1%以上的苯甲醛与乙醛酸以1:1.2的体积比混合后加入反应釜中于25℃反应15min，以110次/min边加边搅动。然后静置8h后，将下层未反应的乙醛酸放出，上层反应物即为肉桂油。

复合香精油配制方法：按照体积比为7:1:1:0.5:0.5的比例取山苍籽油：肉桂油：丁香油：藿香油：香叶油这五种香精油；按照组成该复合香精油的5种组合成分所占比例多少，先量取比例少的香精油，然后再依由少到多的比例量取香精油，以毫升或升计，每量取一种香精油加进上次量取的香精油时，边加边搅拌，使之混合均匀，获得香精油混合液，千万勿图快而采取全部量好混合搅拌，避免因搅拌不匀，导致熏蒸雾化效果产生时段和分布区域差异。

香精油混合液的除杂：按体积比1:1，用体积份数为35%乙醇对上述获得的香精油混合液进行浸提，虹吸出乙醇，再经蒸馏，获得除杂后的香精油混合液。

复合香精油的pH调节：用食品安全级的三乙醇胺调节pH至6.4～6.8，防止复合香精油酸碱基团对农产品外表的侵蚀，获得复合香精油。

实施例2

按照附图1所述的超声熏蒸雾化装置的设计图和附图说明，并且按照发明内容所述的各部分电路中元器件之间的连接关系，以及实施方式中所述的元器件技术参数要求进行实施即可实施本发明。

一种的超声熏蒸雾化装置，如图1所示，该超声熏蒸雾化装置包括直流电源1、连接电线2、雾化缸盖3、雾化缸主体4、超声换能器5、雾化管道接口6和鼓风系统7。连接电线2的输出端2-1连接直流电源1，连接电线2的输入端2-2通过雾化缸盖3连接超声换能器5；雾化缸盖3、雾化缸主体4、超声换能器5和雾化管道接口6构成超声熏蒸雾化装置主体，雾化管道接口6位于雾化缸盖3侧面；超声换能器5由水位开关5-1、雾化片5-2和超声换能器主体5-3组成，位于雾化缸主体4的底部中央；鼓风系统7由鼓风机7-1和输入管7-2组成，鼓风机7-1通过输入管7-2连接雾化缸盖3。使用时，先取下雾化缸盖3，向雾化缸主体4中倒入水至恰好淹没过水位开关5-1以上1mm，然后倒入待超声熏蒸雾化液体后将雾化缸盖3盖紧，直流电源启动超声换能器5和鼓风系统7；启动的超声换能器5使待超声熏蒸雾化液体超声雾化；启动的鼓风系统7将产生的雾化液体送至雾化管道接口6，传送至外界进行超声雾化熏蒸。

元器件的选择及其技术参数：

直流电源1：采用DC24V，电流强度10A开关电源；

雾化缸盖3和雾化缸主体4：雾化缸的板材选用92%的白光穿透PMMA作为基本材料，以达到较好的机械强度，抗氧气和腐蚀性。雾化缸外壳规格400×300×1500mm³的PP密封方形盒体。

超声换能器5：选用DC24V，0.8A，30W总成式超声换能器，雾化片直径Φ16mm，额定工作频率1700±50KHz；

鼓风机7-1：采用DC12V，0.38A，30W涡轮风扇；

熏蒸雾化装置的雾化缸必须无泄漏缝隙，雾化缸四周及顶板底板采用2.5×20mm规格螺丝锁紧，对雾化缸及各构件与其连接处采用强力AB胶（DEYI公司产品）进行胶黏粘，同时利用726耐高温密封硅胶（道康宁公司产品）密封，外用密胶带密封处理，达到无间隙。

超声熏蒸雾化装置通过止水夹将其总装成式超声换能器固定于PP密封盒的底部。

超声换能器运行的防护：

用铝箔纸包裹换能器的电源，避免香精油外溢对电源线的腐蚀；

制备获得的超声熏蒸雾化装置的实物外观图和结构剖面图见图2和图3。

使用时，先取下雾化缸盖3，向雾化缸主体4中倒入水至淹没过水位开关5-1上1mm，然后向倒入上述配制的复合香精油，将雾化缸盖盖紧，电源1启动超声换能器5和鼓风系统7，启动的超声换能器5超声雾化复合香精油，启动的鼓风系统7将产生的雾化复合香精油送至雾化管道接口6，扩散至粮食仓储仓中进行驱虫抗霉。

使用时，先取下雾化缸盖3，向雾化缸主体4中倒入水至恰好淹没过水位开关5-1以上1mm，然后倒入上述配制的复合香精油后将雾化缸盖盖紧，电源1启动超声换能器5和鼓风系统7；启动的超声换能器5使复合香精油超声雾化；启动的鼓风系统7将产生的雾化复合香精油送至雾化管道接口6，传送至粮食仓储仓中进行驱虫抗霉。

实施例3

雾化效果的显微测定：采用移液枪吸取2-3μL水于洗净的玻片上，并将水滴推开，将实施例2制成的超声熏蒸雾化装置中的超声换能器放入装有复合精油的2L烧杯中，接通电源进行超声雾化，用已涂有水层的载玻片分别收集距离雾化液面（载玻片有雾滴的那一面）5cm、25cm及40cm的雾滴，将收集雾滴后的载玻片置于倒置显微镜下观察并摄像；再于相同放大倍数下用测微尺标定雾滴，最后再通过scnimagt软件对图像进行灰度比、边界提取并统计分析，结果显示如图4：距离液面5cm处所收集雾滴样分布丰度最大的雾滴占66%。粒径在7-9μm；在距离雾化液面25cm处所收集雾滴样品中，丰度最大的雾滴占63%，粒径在3-5μm；在距离雾化液面40cm处所收集雾滴样品中，丰度最大雾滴占84%，粒径在2-3μm。该类雾化装置不仅能产生微米级雾滴并能在鼓风机吹动的气流带动下，加快自身的挥发速度；不同高度所收集雾滴的粒径随通风距离的增大而减小，微米级雾滴的产生具有稳定性；复合香精油在气体状态时，驱虫抗霉效应比液体状态更明显，超声熏蒸雾化装置对香精油扩散要比自然状态效果显著。

本项发明的方法的熏蒸雾化装置产生的雾化量与时间、功率及雾化剂组分相关性表现在，当选择香精复合油的熏蒸雾化浓度（复合香精油体积/熏蒸体积比）为0.02μL/mL时，熏蒸时间为2.5h；超声换能装置在20W固定功率时，雾化量与时间呈较好线性关系，R²值也为0.9972。说明超声换能装置工作状态稳定（图5、图6）。当仓库内有多个该种超声换能装置同时工作时，均能各自保持稳定工作状态，并使雾化量得到成倍提升。

本发明的超声熏蒸雾化前后对熏蒸剂不改变物理化学特性，即抗霉功效组分不变，其特征如下：

根据实施例1的配制所述，采用同批次配制的复合香精油2份，其中一份作为对照，另一份用实施例2所述超声熏蒸雾化装置中超声换能器进行离体超声雾化模拟实验并用冷凝法（即在距离超声换能器一定距离处用已涂有水层的载玻片截取雾滴），收集雾化后的复合香精油，再用气-质联用色谱（GC-MS）分析法对收集的样品进行组分测定和比较分析，结果表明（图7、图8），该超声熏蒸雾化装置对所发明的复合香精油不但未改变或降低主要功效成分，而且该功能成分α-和β-柠檬醛等成分相对含量在空气中提升11%、15%；并因超声雾化中可释放大量负离子，能除去空气中CO、细菌等部分杂质，能有效地增强粮食等农产品的保鲜效果。

为检测本发明装置对复合香精油抗黄曲霉超声熏蒸雾化效果将本发明的装置与国家标准粮仓模型（1:200）（根据国家标准粮食仓库的实际外形和内部结构严格按按1:200，自己制作的，如图11）连接，将大米和玉米作为模拟粮食农产品，放入在已接种黄曲霉孢子的培养皿中进行熏蒸模拟试验。

采取15个培养皿，以300个孢子/mL的均匀分布接种0.5mL孢子液（即前述从培养基上洗下的黄曲霉生长出的孢子）于28℃±0.5℃培养至培养基表面显白斑样开始每天取一个培养皿的培养物，用滴管吸取质量分数为1.0%吐温溶液冲洗培养皿表面培养物4min。重复洗3次（总体积为50mL），收集洗涤液于600nm波长检测孢子悬浮液的OD值，重复读数5次取平均值，根据每天检测所获孢子悬液吸光值，绘制黄曲霉生长于马铃薯培养基（PDA）-大米和PDA-玉米2种培养基上的生长曲线（图9，图10）。表明菌丝体在第7天进入孢子生成对数期，在第10天达到最大值，菌丝体色素及毒素等代谢产物均滞后于孢子生成对数期，故对菌丝体色素及所分泌毒素产生情况检测的样品取自该菌丝体生长期的第11d至13d。

本发明装置对复合香精油抗黄曲霉超声熏蒸雾化效果检测。采取对粮仓模拟空间平面四周和中间设5个位点，每个位点又设上、中、底三个不同高度的3个平行组，共15个培养皿的实验对象（图12），发明的超声熏蒸雾化器与仓内鼓风机系统连接并接通电源，雾化75mL复合香精油密闭熏蒸3天，其后每隔3天补充熏蒸总体积5%量的复合香精油，每天拍照记录实验中所发生的现象变化，于第14天取出分别检测菌丝体重量、孢子悬液吸光度及黄曲霉素含量。结果表明经实施例1制备的复合香精油熏蒸处理后，与未经复合香精油熏蒸处理的对照组相比，熏蒸试验组的孢子萌发明显受抑制，不仅萌发时间滞后24h以上，而且菌丝体生长速度明显缓慢，其中底层5个试验组更为显著；孢子悬液吸光度（OD₆₀₀）最为显著；试验组经超声雾化熏蒸后，各平行样品孢子产生量比对照组均有不同程度下降，其中以底层受试样品降低幅度最为明显，达71.3%以上，中层次之，上层受试样品下降幅度低于底层、中层；菌丝体净重测定结果显示，在利用超声雾化熏蒸后，试验组菌丝体速度不仅均明显低于对照组，而且色素的颜色转化（灰白色→灰绿色）较慢，各样品的菌丝体重量也显著减少，并存在与孢子量相同被减少的趋势，其底层样品菌丝体生长抑制率高达79.8%，即使上层样品，生长的抑制率也可高达58.3%；黄曲霉素B1的含量采用试剂盒（ELSA Kit to Dect Aflatoxin BI，产品编号为TH025-1）测定表明，试验组样品黄曲霉素B1含量比对照组呈现明显减少，其底层减少49.5%，几乎少一半，中层、上层的毒素合成量依次低于底层。

经本发明方法以超声雾化复合香精油方式熏蒸处理仓贮粮食等农产品，对抗黄曲霉等优势真菌生长及其毒素降解的效果显著，所用各香精油的资源（或半成品）在我国来源广，而生产工艺比较简易、成本低，而且对人畜安全性好，对环境无污染，有效期可达一年以上。除此以外，它还可用于文物、档案资料、衣物、皮革的抗霉驱虫。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。