不同溫度和水分小麥中不同谷蠹發生狀態時二氧化碳變化研究

唐 多， 王殿軒＊， 姚劍鋒

（1．河南工業大學糧油食品學院，糧食儲藏與安全教育部工程研究中心，鄭州 450052；2．中央儲備糧襄垣直屬庫，襄垣 046200）

及時檢查糧情和害蟲的發生情況是儲糧害蟲防治的重要途徑之一。現行糧情檢測主要是預先設置測溫系統，通過溫度的變化情況來實現。通過測溫點設置檢測溫度的方法因糧堆內部溫度傳遞的特殊性、糧堆微氣流的流向等，存在著檢測時效性差的缺陷［1］。即有時會存在糧堆內部已有發熱，但溫度檢測滯后的可能性。通過糧堆環境生物的生理代謝和生物活動產生的二氧化碳來檢測糧情在一定條件下有其可能性，對此已有一些關于糧堆微生物變化與二氧化碳濃度對應性的探討和報道［2－5］。正常條件下儲藏中糧食呼吸代謝較弱，環境中二氧化碳濃度處于較低水平［6］，無蟲糧中二氧化碳與微生物活性和糧食帶菌量呈正相關，以此反映儲糧霉變情況［7］。當糧食、微生物和害蟲共存時，共同代謝會使環境中二氧化碳處于更高濃度水平，且儲糧害蟲具有較高呼吸代謝水平［8－9］。目前未見有關儲糧害蟲發生與危害等與二氧化碳濃度變化相關的報道。通過檢測氣體可及時了解害蟲發生動態，尤其是害蟲損失的臨界值，起到預測預警作用。本文以谷蠹感染小麥，研究了不同儲藏溫度、糧食含水量條件下，糧食、微生物、儲糧害蟲與二氧化碳濃度變化的對應關系，以期為通過檢測氣體預測害蟲發生提供參考依據。

1 材料和方法

1．1 小麥

試驗小麥采用二等白色硬質冬小麥，雜質清除使不完善粒小于1%，試驗前在60℃下處理2 h，并分別將小麥水分調節到12%、13%和14%。

1．2 試蟲

試驗用谷蠹采自中央儲備糧建陽直屬庫，后在河南工業大學儲藏物昆蟲研究室培養數代，以羽化后兩周成蟲為試蟲。

1．3 試驗環境

樣品置于24 cm×16 cm×18 cm的塑料箱中，其長邊側壁距底面5 cm和15 cm處設直徑5 mm可密封取樣口，箱頂用厚度0．2 mm的PE薄膜密封。在箱體上部兩側設可密封的氣體取樣孔，通過導氣管連接二氧化碳檢測儀和氣體循環泵進行氣體循環與檢測。箱中小麥約占其容積的70%，重量3 kg。箱體密封性經500 Pa壓力檢測，其半衰期大于60 s。試驗于120 L生化培養箱中，控溫精度為±1℃。

1．4 二氧化碳濃度檢測

試驗中的二氧化碳濃度檢測采用傳感器、電子電路、濃度顯示器、微型氣泵等組合裝置。二氧化碳傳感器為非色散紅外線型，檢測量程0～0．5%，響應時間35 s，檢測精度±5%FS。超出檢測量程時采用按比例稀釋的方法處理后測得。

1．5 樣品與條件設置

自然帶菌無蟲樣品設置為將經過殺蟲處理并調節為3種不同水分的定量小麥放入前述塑料箱中，分別置于不同溫度下定時檢測二氧化碳濃度。

滅菌無蟲樣品為將經殺蟲處理的小麥，用1%次氯酸鈉溶液表面消毒1 min，用無菌水重復洗滌5次得表面滅菌小麥，在60℃溫箱中去除小麥表面水分，將其置入前述塑料箱中，于不同溫度定時檢測二氧化碳濃度。

感染害蟲樣品為將經過殺蟲處理并調節為3種不同水分的定量小麥放入前述塑料箱中，再將谷蠹成蟲按10頭／kg接入混勻，置于設定溫度下定時檢測二氧化碳濃度。

以上各種處理樣品均設置3個重復。

1．6 數據處理

數據采用DPS軟件Duncan新復極差法進行多重比較分析。

2 結果分析

2．1 20℃下感染谷蠹與自然帶菌和滅菌無蟲小麥中二氧化碳濃度變化

不同水分的小麥在感染谷蠹、自然帶菌無蟲和滅菌無蟲情況下，置于20℃環境后不同時間的二氧化碳濃度變化結果見表1。從表1可以看出，經滅菌處理的小麥在20℃密封環境內二氧化碳濃度在試驗期中已有變化，但總體濃度水平和變化都較小，一定時間后水分為14%的小麥中二氧化碳較12%、13%水分的小麥樣品中明顯高，說明糧食自身呼吸雖然也會引起二氧化碳濃度明顯變化，但變化量較小。試驗期內20℃時水分12%的自然帶菌小麥與滅菌小麥的二氧化碳濃度差異不顯著。當小麥水分為13%和14%時，自然帶菌處理分別在第10天和第5天已達到并超過滅菌處理后第30天的二氧化碳濃度水平。說明樣品帶菌狀態下，水分高時產生二氧化碳的量會明顯且快速增大。在感染谷蠹的情況下，不管是12%水分的小麥，還是13%和14%水分的小麥，樣品中二氧化碳濃度都有驟然增加的情況。說明糧食呼吸、霉菌活動和害蟲代謝共同作用下，產生的二氧化碳總量增幅和增速都加大，糧食水分大時，二氧化碳增幅更大。即使在20℃的儲糧準低溫下糧食水分高時霉菌活動和害蟲代謝也會顯著增強。

表1中的結果還說明，與滅菌糧食相比，自然帶菌小麥微生物存在一定活動，但在12%水分的小麥中微生物只能維持較低的代謝水平，糧食霉變不明顯。在糧食水分為14%時，微生物活動明顯加強，結果表明水分的上升可以加快糧食霉變速度。

表1 20℃時不同水分的感染谷蠹、自然帶菌與滅菌無蟲小麥不同時間的二氧化碳濃度1） %

2．2 25℃時感染谷蠹與自然帶菌和滅菌無蟲小麥中二氧化碳濃度變化

在25℃下，不同水分的感染谷蠹、自然帶菌無蟲和滅菌無蟲的小麥在不同時間的二氧化碳濃度變化結果見表2。從表2可以看出，溫度25℃時，12%水分的小麥滅菌樣品中產生的二氧化碳水平總體偏低，且變化幅度最小，與溫度20℃的同條件下相比增加甚微。水分為13%和14%的小麥中，二氧化碳濃度達到同樣水平的時間則相應提前，說明糧食水分增加，糧粒自身生理活動加強，產生二氧化碳的量相應增加。帶菌無蟲的3種水分的小麥中產生二氧化碳的水平都相應地較滅菌樣品高，說明溫度升高水分增大后微生物對二氧化碳增量作用明顯。與溫度20℃時相似，感染害蟲的樣品中，害蟲對二氧化碳濃度增加的影響顯著增大，且糧食水分增加，感染害蟲的樣品中二氧化碳濃度上升速度和增加幅度都顯著。

表2 25℃時不同水分的感染谷蠹、自然帶菌與滅菌無蟲小麥不同時間的二氧化碳濃度1） %

2．3 感染谷蠹與自然帶菌和滅菌無蟲小麥30℃時二氧化碳濃度變化

在30℃的溫度環境中，不同水分的小麥感染谷蠹、自然帶菌無蟲和滅菌無蟲情況下不同時間的二氧化碳濃度變化結果見表3。從表3可以看出，同樣條件下，糧食呼吸、微生物活動和感染害蟲的樣品中二氧化碳濃度的變化趨勢與前面兩個溫度條件下相似。比較同樣水分不同時間和同樣時間不同水分的情況可以看出，溫度升高后糧食呼吸強度、微生物活動強度和害蟲危害程度都相應顯著加大，且彼此之間的差異更加顯著。結果進一步說明，溫度高糧食生理呼吸旺盛、微生物活動加劇和害蟲發生嚴重。3種處理方式的樣品歷經30 d的時間后，處理樣品中二氧化碳濃度均在水分為14%時達到最大值，其中滅菌無蟲的樣品中二氧化碳濃度為0．704%，自然帶菌樣品為3．831%，感染谷蠹樣品則達到了7．892%。從糧食生理呼吸、微生物活動、谷蠹危害對產生二氧化碳的貢獻率（害蟲、微生物、糧食各自產生二氧化碳的增量與三者共同產生二氧化碳總量之比）考慮，對應小麥水分為12%、13%和14%時，谷蠹產生二氧化碳的貢獻率逐漸下降，分別為63．8%、55．8%和51．5%，而相應地微生物活動產生的二氧化碳貢獻率相應提高。結果說明糧食水分高時，微生物對產生二氧化碳的影響顯著高于害蟲對產生二氧化碳的影響。

表3 30℃時不同水分的感染谷蠹、自然帶菌與滅菌無蟲小麥不同時間的二氧化碳濃度1） %

1）表中數據為平均值±標準差。小寫字母表示同樣水分條件下不同時間CO2濃度的差異顯著性，大寫字母表示同一檢測時間不同水分條件下CO2濃度的差異性。差異性顯著水平為p＜0．05。

2．4 溫度對糧食、微生物和害蟲產生二氧化碳的影響

從表1、表2和表3還可以看出，對于滅菌無蟲樣品，同一水分條件下溫度升高，不同時間后小麥中二氧化碳濃度都有增加，溫度從20℃到25℃，再到30℃的等梯度升高，已可明顯影響到糧食生理呼吸強度和產生的二氧化碳濃度，即使在很短的第5天的時間已可看出因溫度升高導致的二氧化碳濃度顯著變化。各試驗樣品中，糧食水分增加后二氧化碳濃度變化顯著。糧食自然帶菌和感染害蟲后，二氧化碳變化幅度更加顯著。不同水分的感染害蟲樣品在不同時間后，溫度升高二氧化碳濃度增幅顯著變大，尤其是25℃和30℃溫度下的10 d以后，不僅不同水分樣品中二氧化碳濃度均增幅加大，且水分高時增加幅度更大。二氧化碳增幅顯著加大的原因除了因溫度升高加大糧食呼吸、微生物活動和害蟲代謝強度的原因外，對于感染害蟲樣品中，一定時間后二氧化碳增幅加大還與成蟲產的卵發育成為幼蟲后的代謝以及害蟲發育加快等有關。

3 討論

通常情況下，糧食呼吸、糧食中微生物活動、害蟲的發生與危害都能產生二氧化碳，但同樣情況下害蟲存在時產生二氧化碳的水平會比微生物高，只有糧食呼吸時產生二氧化碳的水平最低。通常糧食是自然帶菌的，處于安全水分的糧食其微生物代謝水平較低。相對密閉的環境中如果有二氧化碳濃度明顯或異常升高時，即可能有蟲霉開始活動。在無害蟲感染時，二氧化碳濃度的升高與糧食水分增高、或局部濕熱集中情況下微生物活動相關性較大。在有害蟲存在的糧堆中，二氧化碳濃度的異常升高則更多與害蟲的快速發育和種群增加有關。

二氧化碳濃度可以反映出密閉糧堆內蟲霉發生和發展情況。糧食水分對微生物發生影響較大，溫度則更大程度上影響儲糧害蟲的發育和繁殖。糧食處于低溫低水分時，害蟲和微生物受到抑制，二氧化碳濃度較低；低溫高水分時，害蟲受到抑制而微生物可能繁殖，二氧化碳濃度升高的主要起因當為微生物活動。本研究表明，即使在所謂準低溫儲糧的溫度20℃時，水分超過14%后糧食自身呼吸和微生物活動都會明顯增加，意味著準低溫條件下擬長期安全儲藏的小麥的水分也不宜超過14%。高溫低水分條件下，微生物活動相對較少，害蟲生長發育和代謝旺盛，害蟲成為二氧化碳濃度升高的主要因素；高溫高水分條件下，微生物和儲糧害蟲同時發生，二氧化碳濃度顯著提高。高水分糧儲藏中，無論溫度高低，微生物都會有一定的活動，即使處于害蟲明顯抑制的溫度時，微生物仍是不容忽視的因素。高溫下二氧化碳濃度增長較快而在低溫時二氧化碳濃度達到相同水平需要更長的時間，這與已報道的結果相似［10］。本研究中害蟲密度為10頭／kg，按 LS／T1211糧油儲藏技術規范的蟲糧等級規定屬于一般蟲糧，檢測中后期環境中二氧化碳濃度變化是比較快的。試驗前期已有較高水平二氧化碳濃度可檢測出，說明即使害蟲發生輕微時，也可以檢測到因害蟲發生引起的二氧化碳濃度變化。

儲糧害蟲有時發生在糧堆內部，且局部聚集發生。糧食又是熱不良導體，通常的測溫檢測點間距還比較大，通過測溫檢測糧堆某點溫度，尤其是局部發熱時，存在一定的時間滯后性，甚至會有盲區（點）。本試驗結果表明，糧堆中二氧化碳是濃度變化相對敏感氣體成分，糧堆中氣體又是在微氣流的影響下流動的［11］，二氧化碳的變化可作為糧堆害蟲是否生物代謝主要原因和害蟲發生的參考。另外，通過二氧化碳濃度變化監測糧情需要環境具有相對的氣密性，這對于以往密封性能差的糧倉似乎難以實現，而當前多數國家糧食儲備庫的倉房可以滿足熏蒸殺蟲的氣密性需求，此等氣密性能也為通過檢測氣體監測害蟲發生提供可能。

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