小麥氣味中誘集赤擬谷盜的有效成分

李豫強 張紅建 鄭聯合 張 威 畢 潔 戴 煌 肖安紅

(武漢輕工大學食品科學與工程學院1，武漢 430030) (海南省糧油科學研究所2，瓊海 571400) (湖北省農產品加工與轉化重點實驗室(武漢輕工大學)3，武漢 430030) (大宗糧油精深加工省部共建教育部重點實驗室(武漢輕工大學)4，武漢 430030)

赤擬谷盜(TriboliumcastaneumHerbst)為鞘翅目,擬步甲科的昆蟲，分布在中國大部分省區，世界熱帶與較溫暖地區。它食性很雜，可危害玉米、稻谷、大米、小麥、高粱、豆類、油料、干果、藥材、酒曲以及面粉、麩皮、米糠、豆餅和干魚、干肉、皮革、蠶繭、昆蟲標本等[1]。它既危害原糧，亦危害小麥粉、谷粉，主要危害面粉，其蟲有臭腺分泌臭液，使面粉發生霉腥味，不堪食用,其分泌物還含有致癌物苯醌。

儲糧害蟲在尋找寄主植物的識別過程中，植物氣味起著關鍵作用，主要是傳遞有關取食、產卵及其他行為的可行性信息。因而，根據害蟲的趨味性特性，可巧妙地利用植物氣味來防治害蟲。不少學者也就此進行了大量研究。首先研究不同儲糧害蟲對食物的喜好。例如李興奎等[2]研究表明，不同品種的碎麥中提取物對玉米象、鋸谷盜、赤擬谷盜等儲糧害蟲均有引誘作用，魯玉杰等[3]研究也表明碎麥、麥胚的氣味對赤擬谷盜、銹赤扁谷盜、玉米象、谷蠹、書虱5種害蟲有顯著的引誘作用。進而對這些物料的氣味成分進行分析，發現不同儲糧害蟲種類會受到食物中不同特殊氣味成分的引誘。例如汪中明等[4]研究發現，香草醛、二氯甲烷、亞油酸、二十烷等物質的組合氣味對米象有較好的誘集效果。Stubbs等[5]研究表明槐豆蒸餾物中酸性成分如醋酸、異丁酸、丁酸、а-甲基丁酸和己酸等對鋸谷盜、谷象和赤擬谷盜等儲糧害蟲有吸引作用。蔣中柱[6]研究發現辛醛對鋸谷盜、擬谷盜成蟲、谷斑皮蠹具有很好的引誘作用。Willis等[7]研究證明小麥中含有大量亞油酸和油酸，亞油酸和油酸自動氧化可生成揮發性較高的戊醛，而高劑量戊醛能引起雜擬谷盜聚集。蔣興川等[8]研究表明，玉米植物揮發物中的癸酸對玉米螟幼蟲取食具有引誘活性。大米和谷物中的己酸是玉米象的主要引誘物[9]。付強[10]、孫培培等[11]研究顯示小麥粉、燕麥片的揮發物中都含E-2辛烯醛；Nara[12]報道了從小麥胚油提取的揮發性成分辛酸對谷斑皮蠹有聚集作用。說明糧食中存在吸引害蟲的特殊氣味。

對于赤擬谷盜進行氣味誘集，也有研究者進行了研究與分析。沈兆鵬[13]研究發現，槐豆、槐豆粉、小麥胚中的己酸成分是誘集赤擬谷盜的原因之一。Xie等[14]等鑒定出小麥植株中己醇對赤擬谷盜有誘集作用。曾姝靜[15]的研究結果也顯示己醇對赤擬谷盜具有誘集效果。李興奎等[16]研究顯示，1-辛烯-3-醇對赤擬谷盜誘集效果良好。Pierce等[17]發現從啤酒酵母里提取出的苯甲醛可誘集赤擬谷盜等害蟲。董震等[18]也發現苯甲醛表現出對赤擬谷盜具有一定的引誘作用。汪中明等[19]發現，辛酸對赤擬谷盜等多種儲糧害蟲具有誘集作用。禹海鑫[20]研究發現赤擬谷盜取食水稻后揮發物庚醇的含量顯著上升。

本研究以赤擬谷盜作為誘集對象，首先采用來源于小麥類的8種物料的氣味對其進行誘集，并用FlavourSpec頂空氣相色譜-離子遷移譜對這8種物料的氣味成分進行測試，分析篩選出可能具有誘集作用的氣味成分，并對其進行誘集效果進行驗證，再進一步研究具有較好誘集效果的氣味成分的復合誘集效果，從而確定可較好誘集赤擬谷盜的有效氣味成分，為開發誘集赤擬谷盜的誘集劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

赤擬谷盜(TriboliumcastaneumHerbst)，本實驗室在溫度28 ℃、濕度75%恒溫恒濕培養箱中以全麥粉與酵母比例為95∶5的飼料培養。取羽化3周有活力的成蟲，饑餓處理(禁食12 h)作為實驗試蟲。

小麥細麩皮、小麥粗麩皮、面粉、小麥胚、整粒小麥、全麥粉。苯甲醛、辛酸、己酸、己醇、2-庚酮、1-辛烯-3-醇、E-2辛烯醛、苯甲醛等，均為分析純。

獨立陷阱誘集裝置，FlavourSpec頂空氣相色譜-離子遷移譜聯用儀，配CTC CombiPAL自動頂空進樣裝置。

1.2 實驗方法

1.2.1 氣味誘集赤擬谷盜效果的測定方法

采用獨立陷井裝置測定氣味誘集赤擬谷盜的誘集效果，如圖1所示。該裝置在直徑9 cm、深1.5 cm的一次性培養皿中間開1個直徑為1 cm、深4 cm的圓洞陷阱，培養皿側壁和陷阱內壁涂有避免試蟲逃出的聚四氟乙烯。

圖1 氣味誘集儲糧害蟲的獨立陷井裝置示意圖(單位：mm)

將物料(固體0.5 g，液體2 mL)放入陷阱，將20頭禁食12 h即饑餓處理的儲糧害蟲在圓盤邊緣釋放，蓋上有孔的蓋子。8 h時記錄被誘集進入陷阱的儲糧害蟲的頭數。每種物料做6～8次平行，去其中6次平均值。同時做一組無物料的作為空白對照。按照公式(1)式計算誘集誘率。

(1)

1.2.2 食物揮發性氣味物質成分分析檢測方法

采用FlavourSpec頂空氣相色譜-離子遷移譜聯用儀測試。

CTC CombiPAL自動頂空進樣條件：將樣品放于20 mL進樣瓶中，放入孵化裝置中，在60 ℃、200 r/min震蕩10 min孵化；在進樣針溫度80 ℃、進樣量500 μL條件下，采用不分流模式進樣，正離子模式條件下進行自動進樣檢測。

測試與分析：采用30 m×0.25 mm×0.5 μm石英毛細管柱色譜柱、氮氣(99.999%)為載氣、5 cm漂移管；在色譜柱、漂移管、IMS探測器的溫度均為45 ℃條件下，以載氣流速為：初始5 mL/min、3 min；然10 min內升至100 mL/min；最后4 min內升至150 mL/min后，保持1 min進行檢測。檢測完畢，在LAV分析軟件中Reporter插件程序制作3D的GC-IMS圖譜，見圖2，并以氣相色譜的保留時間(S)為縱坐標、以離子遷移時間(S)為橫坐標將三維圖譜投影為二維平面圖譜，見圖3。圖3中RIP 峰兩側的每一個點代表一種揮發性有機物，顏色代表物質的濃度，顏色越深表示濃度越大，并將其放入在GC×IMS Library Search數據庫進行對比，顯示英文名稱和CAS編號含量；再將編號通過LAV(Laboratory Analytical Viewer)軟件產生每種成分的指紋圖譜，見圖4，并確定其相對成分含量。還可采用Dynamic PCA 插件對樣品聚類分析。

圖2 物料氣味成分3D GC-IMS圖譜

圖3 物質氣味成分二維GC-IMS圖譜

圖4 小麥麥類物質氣味成分指紋圖譜

2 結果與分析

2.1 小麥類物料氣味誘集赤擬谷盜效果的實驗結果與分析

8種小麥類的物料的氣味都具有誘集赤擬谷盜的作用。從表1 可見，其誘集效果順序為：小麥細麩皮>全麥小麥粉>小麥粉(普)>小麥粗麩皮>小麥面粉(精)>小麥胚(生)>整粒小麥>小麥胚(熟)。

表1 各種小麥類物料氣味誘集赤擬谷盜的效果測定實驗結果

2.2 小麥類物料氣味成分的測定與分析

通過測定及相應查找，小麥類物質的氣味成分共有74種，有醇類、醛類、酮類、酸類、酯類、醚類、呋喃類、胺類、噻唑類、烯類、吡嗪類和酚類等十二類物質，見表2。

8種物料的氣味中含有8種相同的氣味有機化合物成分，苯甲醛、2-庚酮、己醇、辛酸、己酸、反-2辛烯醛、苯乙烯、2-甲基丁酸。與文獻[11-20]的研究結果對比可見，文獻中所提到苯甲醛、己醇、己酸、辛酸、1-辛烯-3-醇等氣味成分均在表2中出現，其中苯甲醛、己醇、己酸、辛酸在8種物料相同的有機化合物成分氣味中有，1-辛烯-3-醇存在于小麥胚以外的物料氣味中。庚醇不存在于小麥類物質的氣味成分中。

表2 小麥類物質氣味成分分析結果(相對質量分數/%)

對8種物料均含有的8種氣味成分進行樣品的聚類分析，即特征成分對主成分的重要性分析，見圖5。橫坐標為主成分1，縱坐標為主成分2。#[1]、#[2]、#[3]、#[4]、#[5]、#[6]、#[7]、#[8]分別代表苯甲酸、2-庚酮、己醇；辛酸、己酸、反-2辛烯醛、笨乙烯、2-甲基丁酸分別為特征成分載荷向量。不同形狀點分別代表8種樣品。被圈在一起的樣品，表示這些樣品的聚類。小麥細麩皮、小麥粗麩皮與小麥胚(熟)聚類，小麥面粉(精)與小麥面粉(普)聚類、全麥小麥粉與整粒小麥聚類，而小麥胚(生)沒有與其他樣品聚類。

注：□ 小麥細麩皮；○ 全麥小麥粉；△ 小麥面粉(普)；△ 小麥粗麩皮；▲ 小麥面粉(精)；● 整粒小麥；▼小麥胚(生)；■小麥胚(熟)；#[1] 苯甲酸；# [2] 2-庚酮；# [3] 己醇；# [4]辛酸；# [5] 己酸 # [6] 反-2辛烯醛；# [7] 笨乙烯；# [8] 2-甲基丁酸。圖5 兩個主成分得分和載荷

特征成分載荷向量與樣品的接近程度，說明該特征成分在建立主成分模型中的重要程度，越接近樣品則越具重要性。從圖5可以看出，特征成分#[4]與全麥小麥粉和整粒小麥樣品接近；特征成分#[7]與小麥面粉(普)和小麥面粉(精)樣品接近，特征成分#[6]、#[7]、#[3]與小麥細麩皮、小麥粗麩皮和小麥胚(熟)樣品接近；特征成分#[1]與小麥胚(生)樣品接近；特征成分#[2]把小麥胚(生)類同小麥胚(熟)樣品區分開。特征成分#[3]和與#[5]載荷向量方向與樣品最接近，說明它們對建立主成分模型最具有重要性。

特征成分載荷向量在主要成分坐標軸上的投影越大，則該特征成分對主成分越具價值。相對于主成分1而言，特征成分載荷向量在坐標軸上的投影大小，即特征成分具有的價值重要性順序為：#[8]> #[6]>#[7]> #[5]>#[4]>#[3]，#[1]、#[2]的價值較??；對于主成分2而言：#[2]> #[1]> #[3]> #[7]> #[4]，#[5]、#[6]、#[7] 的價值較小。對主成分1和2均具有價值的特征成分為：#[3]、#[4]、#[5]、#[7]。由此可知，對主成分模型具有重要價值的特征成分為#[3]、#[4]、#[5]、#[7]。

綜合特征成分對建立主成分的重要性和貢獻價值來看，同時具有二者的是#[3]、#[5]，即己醇和己酸。

2.3 對可能具有誘集效果的成分進行驗證實驗的結果與分析

將通過氣味成分分析可能具有誘集效果的己醇和己酸，以及文獻中所提到的可能誘集赤擬谷盜及其他儲糧害蟲的氣味成分，進行誘集赤擬谷盜的實驗驗證，結果見表3。對赤擬谷盜具有一定的誘集效果依次為：2-庚酮、己酸、辛酸、己醇、E-2辛烯醛、苯甲醛、1-辛烯-3-醇。這七種氣味成分在文獻[11-19]中有報道。誘集效果最高的為己酸，但未能超過小麥細麩皮的誘集率，為(56.65±8.50)%。

表3 可能具有誘集赤擬谷盜氣味成分誘集效果驗證實驗結果(誘集率/%)

2.4 具有較好效誘集效果的氣味成分進行協同誘集赤擬谷盜效果的實驗結果與分析

將誘集率超過45%的2-庚酮、己酸、辛酸、己醇單獨及兩種分別與誘集效果最好的小麥細麩皮進行復合協同誘集赤擬谷盜，實驗結果見表4、表5、表6和表7。

表4 四種成分與小麥細麩皮復合誘集赤擬谷盜實驗結果(誘集率/%)

表5 兩種氣味成分與小麥細麩皮協同增效正交實驗水平因素表

表6 不同成分協同增效正交實驗結果表

表7 協同增效誘集效果差異顯著性分析/%

從表4可見，2-庚酮、己酸、辛酸、己醇與小麥細麩皮復合后，較單獨成分誘集效果提高，但只有2-庚酮與小麥細麩皮協同后的誘集率((60.80±5.33)%)超過了小麥細麩皮誘集率((56.65±4.82)%)，效果順序為：2-庚酮>己酸>辛酸>己醇，其中2-庚酮、辛酸、己醇與小麥細麩皮復合后的誘集率較單獨成分的誘集率具有顯著或十分顯著的差異，見表7。說明小麥細麩皮是利用多種氣味成分共同作用誘集赤擬谷盜的；這些成分是誘集赤擬谷盜的有效成分；2-庚酮是誘集赤擬谷盜重要的有效成分。

從兩種成分與小麥細麩皮復合效果來看，見表5和表6，最佳方案的誘集率均高出小麥細麩皮的誘集率，具有協同增效作用，較單獨成分的誘集率均具有的顯著性、或十分顯著、或極其顯著差異(見表7)，而且較一種成分與小麥細麩皮復合效果有提高，尤其是己酸、辛酸、己醇；但含有2-庚酮的兩種成分與小麥細麩皮協同，接近或略大與2-庚酮單獨與小麥細麩皮的協同誘集率，增效作用提高不大，對己酸、辛酸、己醇的增效作用則提高明顯。也再次說明小麥細麩皮是利用多種氣味成分共同作用誘集赤擬谷盜的，通過一種和多種有效成分在小麥細麩皮中適當增加，可以提高誘集效果。也再次說明2-庚酮是誘集赤擬谷盜重要的有效成分。

3 結論

小麥類物質氣味可以誘集赤擬谷盜，其中小麥細麩皮誘集效果最好，誘集率為(56.65±4.82)%。

通過對小麥類物質氣味成分的分析與驗證，2-庚酮、己酸、辛酸、己醇具有較好誘集赤擬谷盜效果的的氣味成分。這些成分一種或兩種與小麥細麩皮復合后，即適量在小麥麩皮中增加這些成分的含量，例如2-庚酮(0.4 μL/g)+小麥細麩皮(10 g)、2-庚酮(0.2 μL/g)+己酸(0.2 μL/g)+小麥細麩皮(10 g)、2-庚酮(0.2 μL/g)+辛酸(0.4 μL/g)+小麥細麩皮(10 g)、2-庚酮(0.4 μL/g)+己醇(0.2 μL/g)+小麥細麩皮和2-庚酮(0.4 μL/g)+小麥細麩皮(10 g)，誘集率分別為(60.80±5.33)%、(62.50±4.78)%、(60.83±3.43)% 和(60.83±4.83)%，可提高小麥細麩皮誘集赤擬谷盜的效果，并高于這些成分單獨的誘集效果，而且較成分單獨具有顯著或十分顯著或極其顯著的差異性。