模糊綜合評價分析兩種生物農藥單劑對小麥儲藏品質的影響

張 嫚，謝令德，涂文博，周劍暉，賀艷萍*

（武漢輕 工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023）

模糊綜合評價分析兩種生物農藥單劑對小麥儲藏品質的影響

張 嫚，謝令德，涂文博，周劍暉，賀艷萍*

（武漢輕 工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023）

應用單因素方差分析和模糊綜合評價，研究蛇床子素和多殺菌素兩種生物農藥單劑對小麥儲藏品質的影響。建立小麥儲藏品質變化的模糊綜合評價模型，分析儲藏4 個月和8 個月小麥品質多指標動態變化模型，先用極差變換及線性比例變換對指標矩陣進行無量綱化處理，再用夾角余弦法確定權重向量，最后得到模糊綜合評價值，并用拉依達檢驗法檢驗。結果表明：儲藏4 個月和8 個月的綜合評分值H和F均小于2 s（2 s相當于顯著水平a=0.05），確定了評價模型的可行性，也表明了各樣品差異不顯著，即分別拌以0.50、0.75、1.00 mg/kg的1.0%蛇床子素粉劑和0.50、1.00、1.50 mg/kg的0.5%多殺菌素粉劑的小麥樣品與不拌藥的小麥樣品在儲藏8 個月內的品質沒有顯著影響，為小麥品質儲藏尋求到較為安全的兩種生物農藥，同時也為糧食品質儲藏研究工作提供了一個重要的分析方法。

模糊綜合評價；蛇床子素；多殺菌素；小麥；儲藏品質

小麥是我國主要口糧，其儲藏品質的好壞直接影響人們的健康，但是在儲藏過程中易遭受蟲害，引起糧食發熱、霉變、品質下降[1-2]。目前，我國防治儲糧害蟲主要采用化學農藥防治，熏蒸劑以磷化氫為主，防護劑則以防蟲磷為主。然而化學農藥的長期而單一地使用，使整個農業生態系統已經日趨惡化，迫使研究人員和企業將注意力轉向低毒、低殘留、不易產生抗性的生物農藥的開發與使用[3]。近年來，已經取得顯著成果并得到廣泛應用或具有一定應用前景的天然物質有抗生素如多殺菌素[4]，植物次生物質如蛇床子素、苦皮藤素[5-6]等。

蛇床子素是從植物蛇床子中提取的香豆素，其化學名稱為7-甲氧基-8-異戊烯基香豆素[7]，作為一種新型的植物源殺蟲劑對害蟲、植物病原菌亦有顯著作用[8]。近年來，潘俊等[9]研究表明蛇床子素粉劑0.50 mg/kg對玉米象、谷蠹和赤擬谷盜的防治效果好于商業防護劑谷蟲凈（0.42 mg/kg）和防蟲磷（10 mg/kg）。夏長秀等[10]研究表明蛇床子素粉劑1.6 mg/kg對長角扁谷盜成蟲的防治效果好于谷蟲凈，與防蟲磷防治效果間沒有顯著性差異。而多殺菌素是一種新型的微生物源抗生素殺蟲劑，近年來也受到越來越多的關注，在世界上一些國家已經被批準作為谷物保護劑使用[11]。Sparks等[12]認為多殺菌素產生抗性的潛在可能性很低，它對影響糧食的重要害蟲具有極高的活性，對哺乳動物、魚類、鳥類及大多數益蟲具有極高的安全界限。研究[13]表明，1.0 mg/kg多殺菌素對谷蠹、鋸谷盜、玉米象、米象和赤擬谷盜等常見儲糧害蟲的成蟲及幼蟲有較好的防治效果，其中對防治谷蠹的效果最佳，它具有獨特的殺蟲作用機制，目前與常用的化學殺蟲藥劑磷化氫等無明顯的交互抗性。

但目前蛇床子素粉劑和多殺菌素對小麥儲藏品質是否有影響還沒有系統的研究，基于此，本實驗就1%蛇床子素粉劑和0.5%多殺菌素粉劑這兩種生物農藥對小麥儲藏品質影響展開研究，采用拌糧法對小麥拌以不同的劑量的兩種生物藥劑，在自然溫度條件下儲藏，在一定的儲藏時間內測定各樣品多因素品質指標的變化，先用單因素方差分析樣品單個指標的變化，同時鑒于小麥的多指標因素動態性變化尚不能對其儲藏品質做出定量的測定，將引入模糊綜合評價模型對同一藥劑不同劑量的樣品進行分析比較，為原糧的品質保障尋求較好的、更為安全的生物農藥，同時為分析多指標的糧食品質儲藏研究工作尋求一個重要的分析工具。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

糧食為豫麥18號，2013年產于河南鄧州。小麥儲藏前品質情況見表1。

表1 小麥儲藏前品質情況Table1 Wheat quality before storage

1.1.2 試劑

1.0 %蛇床子素粉劑 武漢天惠生物工程有限公司；0.5%多殺菌素粉劑 美國陶氏益農公司；氯化鈉、碘化鉀、碘、鄰苯二甲酸氫鉀（均為分析純） 天津科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

LE104E電子分析天平（1/10 000）、PL1001-L電子天平（1/10） 梅特勒-托利多（上海）有限公司；GXZ-9070ME數顯鼓風干燥箱 上海博訊實業有限公司；JSFM-1糧食水分測試磨 北京京晶科技有限公司；JXFM100X40錘式旋風磨 上海嘉定糧油儀器有限公司；RVA Super4快速黏度儀 澳大利亞Newport Scientifi c Pty公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥處理

小麥經過過篩除雜處理后作為供試糧食，1.4 kg小麥作為一個處理單位，采用拌糧法分別拌以0.50、0.75、1.00 mg/kg的1%蛇床子素粉劑和0.50、1.00、1.50 mg/kg的0.5%多殺菌素粉劑，以不加農藥組為對照，每組處理3 個重復，其中，0.50 mg/kg 1%蛇床子素粉劑和1.00 mg/kg 0.5%多殺菌素粉劑是兩種單劑的最佳殺蟲劑量[9-13]。混勻后的樣品裝在 規格為（220 mm×330 mm）的自封袋中，在自然溫度條件下儲藏，隔4 個月左右測定小麥的儲藏品質指標變化數據，參考《糧油檢驗：一般規則》[14]，設定小麥儲藏品質測定指標為：水分含量、面筋吸水率和黏度。

1.3.2 指標測定

水分含量的測定按照GB/T 5497—1985《糧食、油料檢驗：水分測定法》[15]中的105 ℃恒重法測定；面筋吸水率的測定按照GB/T 5506.3—2008《小麥和小麥粉：面筋含量：第3部分：烘箱干燥法測得干面筋》[16]執行，其中濕面筋用GB/T 5506.1—2008《小麥和小麥粉：面筋含量：第1部分：手洗法測定濕面筋》[17]中的手洗面筋法測定；黏度的測定按照LS/T 6101—2002《谷物粘度測定：快速粘度儀法》[18]和GB/T 24852—2010《大米及米粉糊化特性測定：快速粘度儀法》[19]測定。

1.4 數據處理與統計分析

1.4.1 單因素方差分析

利用SPSS 17.0統計軟件（One-Way ANOVA）對數據進行處理，多重比較采用LSD檢驗法和Duncan法，得到空白組和實驗組7 組樣品的±s，分析單個指標對7 組樣品的差異顯著性。

1.4.2 模糊綜合評價模型的建立和驗證

對小麥的水分含量、面筋吸水率、峰值黏度這3 個儲藏品質指標進行綜合評價步驟如下：

首先對原始矩陣x=[水分含量，面筋吸水率，峰值黏度]，統一評價指標的屬性，即指標的無量綱化處理[20]。

式（1）、（2）中：xij表示第i個樣品第j個指標的值，采用極差變換及線性比例變換進行無量綱化處理，得到矩陣y和z，其中，經過數據歸一化處理后，滿足0≤yij≤1，0≤zij≤1，且均為正向指標，最優值為1，最劣值為0。

進而設定指標權重。本實驗采用夾角余弦法建立客觀性權重向量[21]。先由指標矩陣x得到各方案與理想最佳和最劣方案的相對偏差矩陣R和T，再求出R和T兩矩陣的對應列向量的夾角余弦，作為初始權重，歸一化后得到客觀性權向量w。

然后計算綜合評價值如下：

式（3）中：依據矩陣y可得i個樣品的綜合評價得分Hi，矩陣z可得第i個樣品的綜合評價得分為Fi，且Hi和Fi越大越好。

最后驗證各樣品的綜合價值H和F的差異顯著性。本實驗采用拉依達檢驗法驗證[22]：對可疑數據xp，若：|xp—|＞3 s，則將該實驗值剔除。其中，3 s相當于顯著水平a=0.01，2 s相當于顯著水平a=0.05，那么小于2 s則說明各樣品不顯著。

應用MATLAB程序編寫小麥品質指標的模糊綜合評價模型代碼如下：

%原始數據x=[水分含量，面筋吸水率，峰值黏度]，7 個樣品3 個指標；7 行3列的矩陣x=[]；%原始數據歸一化；%3個指標均屬于相對越大越好，為效益型指標。%運用極差變化法建立無量綱的效益型矩陣：y=（x-min（min（x）））./（max（max（x））-min（min（x））），[m,n]=size（x）；%運用線性比例變化法建立無量綱的效益型矩陣z：z=[x（1:m,1）./（max（x（1:m,1）））,x（1:m,2）./（max（x（1:m,2）））,x（1:m,3）./（max（x（1:m,3）））]；%理想最佳和最劣樣本向量U和V：U=[max（x（1:m,1:n））]，V=[min（x（1:m,1:n））]；%計算相對偏差矩陣R與T，range（x）表示求解數據中最大值與最小值之差，ones（7,1）表示生成7行1列的全1陣：%R=abs（x-ones（7,1）*U）./（ones（7,1）*range（x）），r1=abs（x-ones（7,1）*U），r2=ones（7,1）*range（x），R=r1./r2，v1=abs（x-ones（7,1）*V）；T=v1./ r2；%運用夾角余弦法建立權重向量w：r=normc（R），t=normc（T），w=sum（（r.*t））/sum（sum（r.*t））；%計算綜合評價值：H=y*（w’），F=z*（w’）。

2 結果與分析

2.1 小麥品質指標的單因素方差分析

儲藏4 個月和8 個月的小麥品質指標數據經統計分析后的結果見表2、3。

表2 儲藏4 個月的小麥品質指標的數據及差異分析Table 2 Statis ticsand differen cean alysis of wheat quality in dexesa fter 4 month sofstorageg e

表3 儲藏8 個月的小麥品質指標的變化及差異分析Table3 Changes and difference analysis of wheat quality indexes after storage for 8 months hs

分析表2和表3中拌以1%蛇床子素粉劑的3 個實驗組和不加農藥組，結果表明：在小麥儲藏4 個月時拌以高劑量的1.0 mg/kg的1%蛇床子素粉劑的峰值黏度與不加農藥組有顯著性差異，在儲藏8 個月時的水分含量與不加農藥組有顯著性差異，其他指標均不顯著。峰值黏度較高，說明拌以高劑量的1.0 mg/kg的1%蛇床子素粉劑對小麥儲藏品質影響較好，正如黃婷等[23]指出，一般情況下，峰值黏度越高，熟面條在光滑、彈性、咬勁方面品質越好。峰值黏度是衡量淀粉糊化特性的最重要指標，峰值黏度值過低時，α-淀粉酶活性過強，更多的淀粉鏈被α-淀粉酶切斷，使面粉糊液化，導致面團發黏，無論做面包、面條、糕點都對操作不利，制粉品質相對也差。

分析拌以0.5%多殺菌素粉劑的3 個實驗組和不加農藥組，結果表明：小麥儲藏8 個月時，拌以高劑量的1.5 mg/kg的0.5%多殺菌素粉劑的面筋吸水率與不加農藥組有顯著性差異，其他指標均不顯著。面筋吸水率較大，說明高劑量的0.5%多殺菌素粉劑對小麥儲藏品質有較好的影響。在小麥儲藏過程中，蛋白質的總量基本不發生變化，但是組成卻發生了很大的變化，主要是形成小麥面筋的麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的比例發生了變化，面筋的品質下降，而面筋吸水率就是反映面筋品質很好的指標[24]。新收獲的小麥儲藏過程中由于后熟的作用，醇溶性蛋白和麥谷蛋白的含量均有所增加，蛋白質中的巰基含量也明顯增高[25]，通過巰基氧化成二硫鍵，可使麥谷蛋白進一步交聯，促使麥谷蛋白線性聚合物增加，這一變化導致面團流變特性發生變化，就面筋蛋白質而言，主要是麥谷蛋白的變化導致小麥儲藏品質發生變化[26-27]。

單因素方差分析發現，所測試指標在測試期內數值上有變化，而且個別指標與空白組具有顯著差異。但顯著差異指標卻是朝著小麥品質好的方向變化。黃昌化等[28]研究表明蛇床子素對8種植物病原真菌和7種病原細菌有不同程度的抑制作用，其中對小麥赤霉病菌的抑制作用最佳，防止小麥發霉，有益于小麥品質。

像小麥這樣的活體，單個指標的變化對小麥儲藏品質的影響關系還不能明確給予說明。正如美國谷物化學家們指出：外部和內部因素能在各種生理學、細胞學、遺傳學水平上影響種子陳化過程，儲藏期內產生的各種代謝應該是陳種子發生變化的基本原因[29]。小麥的品質變化有物理指標、化學成分以及生理指標等，而影響這些品質指標的影響因素除了有儲藏時間外還受到儲藏條件的影響，例如溫度、水分、相對濕度、空氣、微生物等[30]，在分析多指標動態性復合變化時需要借助更好的分析方法來予以說明，因此又引入模糊綜合評價分析法對多指標評價數據進行了進一步分析。

2.2 小麥儲藏品質的模糊綜合評價模型和驗證

儲藏4 個月和8 個月的小麥品質指標的模糊綜合評價值的分析結果見表4。

表4 小麥儲藏品質的模糊綜合評價值Table4 Fuzzy comprehensive evaluation values of wheat storage quality

由表4可以看出，儲藏4 個月和8 個月的小麥用兩類不同的標準化處理方法，得到的綜合評分值H和F均小于2 s，兩種方法的評估結果相吻合，表明此方法有較高的可靠性。結果可以看出，不論儲藏4 個月還是8 個月，拌以0.5、0.75、1.0 mg/kg的1%蛇床子素粉劑和0.5、1.0、1.5 mg/kg的0.5%多殺菌素粉劑的兩種生物農藥對小麥的儲藏品質影響不顯著。

模糊綜合評價模型[21]是一種功能強大的分析方法，近年來，該方法對受到多個因素制約的事物或對象做出一個總體的評價，避免了從多方面對事物進行評價難免帶有模糊性和主觀性，在科學研究中得到了廣泛的應用，如產品質量評定、科技成果鑒定等，都屬于綜合評判問題，湯衛東等[31]也曾運用模糊綜合評判法對蘋果的主要品質指標進行了綜合評定。這種方法定量地分析出多指標動態復合變化下兩種生物農藥對小麥儲藏品質影響的情況，為深入研究糧食儲藏品質中多指標動態復合變化的規律，具有深遠的現實意義。

3 討 論

隨著我國可持續植保發展戰略的實施，對糧食儲藏過程中應用的化學藥劑的安全要求日益嚴格，既要防治儲糧害蟲，又不會對儲糧環境和人類健康構成威脅。易分解、低殘留的生物農藥的研究和應是時代發展的需要。作為植物源生物農藥的蛇床子素粉劑[32]和微生物源生物農藥的多殺菌素[33]在儲糧害蟲防治中將起到重要的作用。研究[34]發現，植物性材料用于防治儲糧害蟲在我國有3 000多年的悠久歷史，蛇床作為草本傘形花科植物，多為野生，長在田間地頭或山坡草叢，我國大部分地區均有分布[35]。多殺菌素已經在60多個國家登記用于防治多種害蟲[33]。因谷物的非均勻特性以及太陽光分解，1.00 mg/kg 多殺菌素在應用1星期內存在25%～30%的損耗，但剩余多殺菌素有效成分能60～300 t不同規模糧倉中能有效防治多種常見儲糧害蟲，且其有效成分能持續1 a以上[13]。

儲糧防護劑蛇床子素和多殺菌素需在谷物剛收割儲藏前使用，起到預防儲糧害蟲感染谷物作用，且需谷物經磷化氫等熏蒸劑熏蒸后使用。也可以利用專家系統合理規劃蛇床子素、多殺菌素與其他儲糧防護劑輪換或混合使用，達到避免或減緩儲糧害蟲對單一儲糧防護劑產生抗性、擴大防治儲 糧害蟲譜和降低單一儲糧防護劑的使用量并增加其使用間隔時間[13]。目前，這兩種生物農藥主要可用于兩個方面，一是農戶儲糧；二是配合化學農藥在大型糧倉或檢疫大船糧倉中使用。在今后仍需要繼續研究生物農藥在糧食中的殘留量及對其他原糧的儲藏品質影響。

小麥儲藏品質多指標動態變化，應用模糊綜合評價方法，是可行的、為糧食品質變化的分析提供了一個重要工具。在儲藏的8 個月內，拌以1.0%蛇床子素粉劑和0.5%多殺菌素粉劑的兩種生物農藥單劑的小麥樣品在有效的用藥范圍內對小麥儲藏品質沒有顯著影響。小麥儲藏品質變化，有多因子動態變化的情況，不建議單因素分析，可憑借一定量的儀器分析材料，可以建立數學模型分析問題的，比如聚類分析、主成分分析、灰色關聯度分析、層次分析法、BP神經網絡等。

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Effects of Two Kinds of Biopesticides on the Storage Quality of Wheat Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation

ZHANG Man, XIE Lingde, TU Wenbo, ZHOU Jianhui, HE Yanping*
(College of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)

The effects of two kinds of bio-pesticide, osthole and spinosyn on the storage quality of wheat were studied with one-way analysis of variance (ANOVA) and fuzzy comprehensive evaluation. The fuzzy comprehensive evaluation model was established to evaluate the changes in wheat storage quality. During wheat storage for four and eight months, an index matrix of fuzzy comprehensive evaluation model was constructed. First of all, the index matrix was nondimensionalized with range transformation and linear scaling transformation, and then the weight vector was determined based on angle cosine. Finally, the fuzzy comprehensive evaluation value was achieved by using the Paǔta test method. In this case, the model was of practical applicability. The results demonstrated that comprehensive evaluation values of H and F for 4- and 8-month storage respectively were less than 2 s (2 s is equivalent to a significant level). The quality of wheat in the presence of 0.50, 0.75 and 1.00 mg/kg of 1.0% osthole powder or 0.50, 1.00 and 1.50 mg/kg of 0.5% spinosyn powder was not significantly different from the control during storage for eight months. In a conclusion, osthole and spinosyn are safe for the storage quality of wheat and the fuzzy comprehensive evaluation model could be considered as an important approach to understand quality preservation of grains during storage.

fuzzy comprehensive evaluation; osthole; spinosyn; wheat; storage quality

TS207.3

A

1002-6630（2015）04-0232-05

10.7506/spkx1002-6630-201504046

2014-07-04

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2011BAD16B16-3-4）；國家糧食局公益性行業科研專項（201313002-3-2）

張嫚（1988—），女，碩士研究生，研究方向為糧食儲藏。E-mail：zm638029@163.com

*通信作者：賀艷萍（1976—），女，副教授，博士，研究方向為糧食儲藏。E-mail：yanping.he@gmail.com