常溫下10種谷物揮發物氣相-質譜測定及對印度谷螟幼蟲引誘率比較

劉鑫宇，王殿軒?，曾芳芳，趙欣欣，趙 超，唐培安

（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，糧食儲運國家工程實驗室，河南 鄭州 450001；2. 江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，江蘇 南京 210023）

印度谷螟Plodia interpunctella(Hübner)為世界性分布、可嚴重危害多類儲藏物品的重要害蟲，或被視為世界上最重要的害蟲[1]。含有蛋白質、糖類、脂肪、維生素、類固醇的食物均可被其危害[2]，有報道的危害物品達170多種[3]，包括原糧及制品、干果、堅果、豆類、大蒜、藥材等[1,4-8]。印度谷螟在我國也是分布區域廣泛、發生頻率很高的害蟲[9]。成蟲活動和傳播感染能力強[10]，可對其所處活動范圍21～276 m內的物品造成感染[2]，其感染以成蟲在商品上產卵為主并受多種因素的影響[11-14]。從卵中孵化出的幼蟲進一步在被感染物品上或其所吐絲繭下生存、活動、取食等[15-16]。印度谷螟僅幼蟲態取食危害，因此了解利用幼蟲感染習性對其有效治理具有重要意義。

印度谷螟的防治技術因環境和發生條件各有其適用性，在不宜采用殺蟲（如熏蒸、氣調）和防蟲（如施用化學防護劑）的場所，利用習性誘捕、干擾交配和控制種群較為有效可行，其中多為昆蟲信息素的利用[17-23]。利用食料誘捕害蟲具有取材方便、經濟性好等特點，多見于對甲蟲成蟲的引誘[24-26]，如鋸谷盜Oryzaephilus sp、擬谷盜Triboilium sp、斑皮蠹Trogoderma sp、象蟲Sitophilus sp、谷蠹Rhyzopertha dominica等成蟲與揮發成分反應關系的研究[27-30]。蛾類成蟲對不同食料行為反應存在差異[31]，目前缺乏食料對印度谷螟幼蟲的引誘研究。國內外對于谷物揮發性物質（volatile organic compound，VOC）的研究多關注于谷物風味物質與品質分析[32-33]，樣品為熱處理后的分析，目前也已有關于小麥、稻谷、玉米等的揮發物成分報道，林家永[32]等在 80 ℃下萃取秈稻1號、秈稻2號、粳稻1號和粳稻2號 4種稻谷樣品的揮發物，通過 GC-MS共檢測出141種揮發物，多為醛類揮發物，以己醛與壬醛相對含量最高。曾姝靜[34]在溫度 75 ℃下對鄭麥101、鄭麥113、鄭麥366、鄭麥583和西農979的小麥粉揮發物進行檢測，5種樣小麥粉共檢測出54種揮發物，大多揮發物成分相似，且多為烷類與烯類。Meixue Zhou[35]等用水煮樣品頂空固相微萃取和 GC-MS分析得到 8種澳洲燕麥揮發物50余種。陳光靜[36]等在60 ℃下萃取新鮮薏米得到揮發性成分47種，2-庚酮、己醛、辛醛等相對含量較高。常溫處理樣品后測定谷物揮發物及其進而關注對儲糧害蟲引誘效果的研究少見。

印度谷螟幼蟲可大量發生于儲藏物中[15,37-39]，該種害蟲整個生活史完全依賴幼蟲取食，幼蟲喜食谷物的胚部從而嚴重影響籽粒發芽、質量降低[40]。幼蟲對物品選擇和取食是進一步危害的前提，幼蟲選擇在已產卵物品上繼續駐留或取食則危害繼續和加重，幼蟲不選擇或少選擇其已產卵物料則取食危害減輕或降低。研究害蟲對取食物料的選擇偏好性有助于明確吸引害蟲的特性物質，以利用谷物組分增強引誘效果，促進監測、誘捕防治害蟲技術運用對印度谷螟誘捕和監測研究多見于成蟲，對交配后印度谷螟雌性成蟲產卵選擇與物料玉米、榛子粉、杏仁、核桃、小麥粉、巧克力等的關系已有報道[41]，對引誘物料的化學成分研究尚少[42]，正己醇與壬醛對雌性印度谷螟成蟲具有顯著的引誘作用，3-甲基-1-丁醇能夠引誘雌性印度谷螟成蟲[42]。風洞測試中發現壬醛對印度谷螟雌蟲具有吸引作用[13]，壬醛僅在低劑量下對雌性印度谷螟成蟲具有吸引效果[41]等，物料揮發性化學成分印度谷螟幼蟲影響的研究則未見報道。

不同食料印度谷螟幼蟲存活、生長、發育、繁殖的研究也多有報道[15,40,43-47]，缺乏印度谷螟幼蟲對物料選擇比較與揮發成分的關系報道。谷物種類較多，被害蟲感染和危害程度不同，印度谷螟成蟲在小麥、玉米和稻谷等物料上產卵選擇差異顯著[31]，印度谷螟對其他谷物的感染選擇及差異性更值得關注。本文研究了稻谷、高粱、小麥、大麥、燕麥、蕎麥、玉米、小米、糜子、薏仁等10種谷物的揮發物種類、成分及相對含量，比較了其對印度谷螟幼蟲的引誘率及差異性，以期為了解印度谷螟幼蟲食物選擇特性和綜合防治利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗用谷物均為當年收獲，包括新麥208小麥，水分含量 12.5%；百單 5號玉米，水分含量14.0%；豫粳6號稻谷，水分含量13.5%；金谷米小米，水分含量 12.5%；陳糜2號糜子，水分含量11.5%；B1614大麥，水分含量11.5%；遼粘3號高粱，水分含量13.5%；蒙燕 1號燕麥，水分含量10.0%；西農T1211蕎麥，水分含量14.5%；興仁小白殼薏仁，水分含量13.0%。

實驗環境為相對封閉的實驗室，溫度采用格力2匹冷暖變頻柜式空調控制，采用水銀溫度計檢測校準，樣品處理區的溫度波動范圍為±1 ℃。樣品–4 ℃溫度保管采用 FCD-217SE型低溫冰箱，溫度范圍–10～–40 ℃，青島海爾電冰柜有限公司生產。

樣品制備：粉碎谷物樣品，參照GB5009.3—2016方法測定水分含量。取 20目篩篩上物置于塑料樣品袋中在–4 ℃溫度下保存，實驗前 24 h移至室溫待用。

試驗用印度谷螟采自鄭州某糧庫，于河南工業大學儲藏物昆蟲研究室適宜條件下培養多代。采用孵化后3齡（10～15 d）幼蟲為試蟲，齡期并采用幼蟲頭殼[48]寬度校準。

1.2 實驗方法

1.2.1 揮發物測定

采用頂空取樣固相微萃取（HS-SPME）、氣相-質譜（GC-MS）法對實驗樣品揮發物成分分析。稱取3 g樣品于10 mL的頂空萃取瓶中并封蓋，于 28 ℃平衡24 h。用 230 ℃活化 5 min的 50/30 um DVB/CAR/PDMS固相微萃取纖維頭在28 ℃溫度頂空萃取30 min。萃取樣品插入GC-MS進樣口250 ℃下解析3 min。分析色譜柱為Agilent DB-5MS石英毛細管柱，0.25 mm×30 m×0.25 μm。汽化室溫度 250 ℃，不分流進樣，純度 99.99%氦氣載氣，柱流量1.22 mL/min。起始溫度60 ℃，2 ℃/min升溫至100 ℃，保持5 min；以5 ℃/min升溫至 200 ℃，保持 5 min。質譜四級桿溫度200 ℃，溶劑延遲3 min，EI電離方式的電離能量70 eV，離子源溫度230 ℃，全掃描，質量范圍 35～500 amu。

1.2.2 對印度谷螟幼蟲引誘率測定

采用Y型嗅覺儀（適應臂長30 cm，處理臂、對照臂長20 cm，兩臂之間夾角75°，直徑4 cm）及配件比較測定物料對印度谷螟幼蟲引誘率。試驗前將Y型嗅覺儀置于（28±1） ℃、75%±5% RH的潔凈環境中，以400 mL/min通氣10 min至穩定。于Y型管適應臂放入20頭經過12 h饑餓的印度谷螟3齡幼蟲，在處理壁連接的物料投放瓶中加入3 g食料，對照壁連接物料投放瓶為空。用黑色遮光布覆蓋下以 400 mL/min流速通過空氣，20 min后觀察處理壁和對照壁中的試蟲數量。以兩物料投放瓶中均為空作對照實驗。每組實驗進行10次重復，每3次實驗后調換處理臂與對照臂位置，每5次實驗后用75%乙醇清洗Y型管，待其干燥后繼續實驗。按照下列公式計算食料對試蟲引誘率。

1.3 數據處理

數據采用Microsoft Excel 2010整理，并用SPSS軟件 Duncan新復極差法進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 谷物揮發物的種類與成分數量

常溫頂空取樣經 GC-MS檢測后，10種谷物粉碎物的揮發性有機化合物共包括了烷、烯、芳香族、醛、醇、酸、酮、酯、呋喃等9類物質。其中，烷類物質在大麥中未檢出，烯類在稻谷中未檢出，芳香族類在6種谷物中均未檢出（除大麥、小米、糜子和高粱外），酮類在玉米、大麥、燕麥中未檢出，酯類在小麥、玉米、稻谷、小米中未檢出，呋喃類在稻谷和薏仁中未檢出。酸、醛、醇類在10種谷物中均有檢出。谷物常溫頂空取樣GC-MS分析所得物質數量差異顯著，玉米、稻谷、大麥、燕麥、小米和糜子成分數量較少（15～20個），薏仁成分數量最多（30個），其他谷物的成分數量在21～26個之間。不同谷物中同一物質類別內的化學成分數量差異顯著，薏仁中烷類包括了8種成分，高粱則僅含有2種烷類等（表1）。另外，測試條件下每種谷物均含其自身特有的揮發性成分（玉米除外），成分種類多則有8種、少則有2種。

表1 十種谷物的揮發物成分相對含量及有機物類別內所包括成分數 %

續表

2.2 谷物揮發物的相對含量

不同谷物檢測到的化學成分中相對含量和不同類別物質總量差異顯著（表1和圖1）。從物質類別看，不同谷物所含物質類別的相對含量差異明顯。醛類在燕麥、薏仁、小麥、蕎麥、稻谷中相對含量最高，酸類在高粱、玉米、大麥、糜子中相對含量最高，醇類在小米中相對含量最高。從谷物缺少的揮發性化學成分比較，每種谷物或多或少缺少其他谷物所具有的一些成分，即有些谷物中某些揮發物成分為 0。在含有化學成分中不同谷物之間相對含量差異顯著，如十六烷酸在玉米中高達30%，在蕎麥中僅占5%，等等。

2.3 幼蟲引誘率

從圖 2可以看出，不同谷物對印度谷螟幼蟲的引誘率差異顯著，燕麥、薏仁和高粱的引誘率大于23%。玉米、稻谷、小麥、蕎麥為11%～15%，其他3種谷物的引誘率小于8%。在Y型嗅覺儀的氣流環境中，印度谷螟幼蟲在的運動行為有一定的隨機性，有一部分個體駐留于適應臂的情況，還有幼蟲差異顯著在表現出選擇行為而被谷物引誘。燕麥、薏仁和高粱的引誘作用最強，玉米、稻谷、小麥、蕎麥次之，大麥、小米和糜子對幼蟲引誘不明顯。

圖1 10種谷物揮發物成分物質類別的相對含量

圖2 不同谷物對印度谷螟幼蟲的引誘率

從引誘率較高谷物中最高所含揮發物成分數量看，燕麥、薏仁、高粱揮發物成分數量都在20種以上，揮發物成分達30種的薏仁引誘率卻小于燕麥。小麥、玉米、稻谷三者相比，小麥含23種揮發物成分，引誘率與含有15種揮發物成分的玉米稻谷相當。谷物對幼蟲引誘率似乎與其揮發物成分種類數量關系不明顯。從比較谷物引誘率大小與揮發物成分類別看，引誘率較高的燕麥、薏仁和高粱均含有十二烷、庚醛、辛醛、壬醛、正戊醇、正己醇、正庚醇、1-辛烯-3-醇和十六酸。已有報道表明正己醇和壬醛對雌性印度谷螟成蟲具有引誘作用[18,38-39]。燕麥、薏仁和高粱表現出較高的引誘率可能與此相關。引誘率較高的3種谷物中獨有的揮發物如3,5-辛二烯-2-醇、2-己基-1-癸醇和 2-甲基-十六烷僅存在于引誘率最高的燕麥中，這可能是影響谷物對害蟲引誘作用的一種因素。食物對害蟲較高的引誘率未必都是因某種物質存在所致，谷物揮發物質間的協同作用可能是導致該谷物對害蟲引誘率較高的重要原因。當然，在引誘率較小的谷物中，幼蟲被較少地引誘除與某類物質缺少，或某物質相對含量較小有關外，還可能與其含有的特殊成分對幼蟲的驅避作用有關[49]。

3 討論

谷物中揮發性物質成分的研究多見于小麥、玉米、稻谷等，報道的頂空固相微萃取樣品采用加熱（50～80 ℃）處理導致檢測至成分種類很多，這些成分與谷物加工中食品風味有關。萃取溫度的升高會加速樣品分子運動，增加氣相中揮發性成分含量，提高固相微萃取頭的吸附效率[50]。隨萃取溫度升高至最佳萃取溫度后的繼續升高，揮發物常表現出先升高后降低的趨勢[51]，稻谷、玉米萃取溫度 80 ℃下檢出稻谷揮發性物成分達131種[32]、玉米中達82種[52]。燕麥、大麥、小米等加熱或制品中揮發性物質成分眾多[33]，小麥胚油中揮發性物質成分種類達34種[27,30,53]。糧食中真菌發生時揮發性物質成分也有 28種[30]。對于利用谷物中揮發性成分引誘害蟲的需求，采用常溫下取樣進行成分檢測分析，結果會更接近害蟲發生的環境溫度情況，分析得到的谷物中揮發物成分更有意義。常溫下頂空取樣采用 GC-MS分析玉米、小麥和稻谷中揮發物成分種類明顯減少至十多種[31]。本文常溫下頂空固相微萃取采用GS-MS分析發現，大宗儲存谷物小麥、稻谷和玉米中揮發物成分種類較少，其他谷物揮發物成分數量增多不明顯，最多為薏仁中的揮發物成分為30種，且不同谷物（玉米除外）均含其特有的揮發物成分，成分種類在2～8種之間。本研究的10種谷物中，與已有研究谷物報道的揮發物種類數與數量以及相對明顯減少，其原因是樣品處理溫度較低使得從固體物料中揮發出的成分量變少，在某揮發物存在數量較少的情況下，同樣檢測方法所得結果的相對誤差也可能增大。從利用谷物揮發成分引誘害蟲的目的來說，采用常溫下分析谷物揮發成分與引誘害蟲效果的關系更接近生產實際。

小麥可比玉米和稻谷吸引更多印度谷螟成蟲產卵[31]，本研究中小麥、稻谷、玉米三者對印度谷螟幼蟲引誘率相近，表現出印度谷螟幼蟲對三種谷物選擇偏好性的差異。蛾類雌成蟲選擇偏好性主要是為有利于其產卵及卵存活，蛾類幼蟲選擇偏好性主要是為有利于取食。在取食前的選擇過程中，谷物揮發物成分應具有一定影響。燕麥、薏仁、高粱的幼蟲引誘率顯著較高，同樣情況下這些谷物會更易受害蟲感染危害。小麥、玉米和稻谷這些大宗儲藏的谷物易發生印度谷螟，設若以對其幼蟲引誘力更強的燕麥、薏仁、高粱等食物誘餌，可望收到較好防治效果。

蛾類害蟲發生時，有的情況下不宜采用熏蒸、氣調、化學防護劑等，采用誘捕技術更為適用，對于甲蟲和蛾類成蟲的誘捕多有報道[11-13]。印度谷螟雌成蟲易于被引誘并產卵于玉米、杏仁、核桃、小麥米、可可等[11-13,22,41]，對于這些物品引誘印度谷螟幼蟲的物質及化學成分研究未見報道。對印度谷螟雌性成蟲表現明顯引誘作用的壬醛、正己醇等揮發性成分[41-42]，在本研究的 10種谷物中多有檢出，除小米和大麥外其他8種谷物對印度谷螟幼蟲引誘作用也均顯著，這種吸引作用可能與壬醛和正己醇也有關。不同濃度戊醛、麥芽醇和香蘭醛等谷物揮發物對米象有不同程度的引誘作用[53]，十一烷、辛醛、2-庚酮、己酸可引起赤擬谷盜觸角電位反應[54]。這些揮發性成分本研究也有檢出，可能也與對印度谷螟幼蟲引誘作用有關。小麥揮發物苯甲醛能夠吸引赤擬谷盜[55]，其對印度谷螟幼蟲的作用待進一步比較。印度谷螟幼蟲在谷物種類、所含物質類別、揮發物成分及相對含量差異顯著的情況下，表現出了顯著差異性這些現象值得進一步研究。適宜條件下印度谷螟每雌蟲在一周內可產500粒卵，其中大部分將孵化為幼蟲取食危害[22]，明確幼蟲對谷物及物料成分的選擇偏好性對其誘捕防治更具意義。與小麥、玉米和稻谷大宗儲藏谷物對印度谷螟幼蟲引誘率較低，燕麥、薏仁和高粱及其所含揮發物成分對印度谷螟幼蟲引誘率較高更值得關注和深入研究。

4 結論

采用頂空取樣分析谷物樣品揮發性物質時，常溫處理樣品比加熱處理后所得揮發物成分種類顯著減少，從利用其揮發物引誘害蟲研究需求出發，常溫下分析得到的揮發物對害蟲的引誘作用更值得關注和研究。不同谷物的揮發物物質、不同類別的化學成分數量及其相對含量差異顯著且不同谷物基本上都有其各自的特有化學成分（玉米除外）。燕麥、薏仁、高粱對印度谷螟幼蟲的引誘作用明顯大于大宗儲藏谷物小麥、稻谷和玉米以及其他谷物，其比較引誘率較高的優勢值得進一步關注研究。醛類物質在燕麥、薏仁中相對含量最高，酸類物質在高粱中相對含量最高，2-甲基-十六烷、3,5-辛二烯-2-醇、2,2-二甲基-1-辛醇、β-欖香烯、芳樟醇、柏木烯醇、雪松醇、正已酸乙酯、2,2,4,6,6-五甲基-庚烷、已酸、十三烷酸、鄰苯二甲酸正丁酯等揮發性成分在這三種谷物特有，這些物質都較值得進一步研究其對印度谷螟的引誘作用。