糧食儲(chǔ)藏害蟲(chóng)檢測(cè)方法研究進(jìn)展

楊 琴 王香蓉 蒙廣緒 田玉喬 陸 猛 魯玉杰

（江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212100）

面粉是我國(guó)主要的糧食產(chǎn)品，被用來(lái)制作面條、饅頭等主食。由于小麥在儲(chǔ)藏、加工及其成品面粉儲(chǔ)藏過(guò)程中常常會(huì)被害蟲(chóng)污染，所以在南方防治面粉蟲(chóng)害已成為企業(yè)重要任務(wù)之一。

當(dāng)面粉中的害蟲(chóng)數(shù)量達(dá)到一定程度，害蟲(chóng)會(huì)分泌一種苯醌的化學(xué)物質(zhì)，不僅污染面粉而且還會(huì)引起人的過(guò)敏反應(yīng)及疾病的發(fā)生。面粉生蟲(chóng)還嚴(yán)重影響面粉的質(zhì)量和出口貿(mào)易，出口面粉的質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)中最重要的一個(gè)指標(biāo)就是害蟲(chóng)碎片的數(shù)量，即每100 g面粉中有多少害蟲(chóng)碎片。害蟲(chóng)的碎片、蟲(chóng)卵或幼蟲(chóng)的防治已經(jīng)成為面粉及其制品加工和儲(chǔ)藏的難題，而面粉中蟲(chóng)卵的檢測(cè)方法也是最難攻克的難題之一。

在被蟲(chóng)卵污染的面粉中，因蟲(chóng)卵體積小，易粘附面粉顆粒，用肉眼很難分辨。為保證面粉的質(zhì)量安全，很多人開(kāi)始尋求快速高效的檢測(cè)方法，用于檢測(cè)害蟲(chóng)蟲(chóng)卵。文中綜述了目前面粉中蟲(chóng)卵和害蟲(chóng)碎片的檢測(cè)方法，并介紹糧食中幼蟲(chóng)的檢測(cè)方法，以期為糧食企業(yè)生產(chǎn)與儲(chǔ)藏提供參考。

1 面粉中蟲(chóng)卵的檢測(cè)方法

面粉中的蟲(chóng)卵檢測(cè)方法主要有染色法、幾丁質(zhì)法、尿酸法、DNA指紋圖譜分析技術(shù)等。

1.1 染色法

染色法是利用大多數(shù)蟲(chóng)卵產(chǎn)出后立即被包裹在面粉等粉屑中導(dǎo)致其顆粒增大的現(xiàn)象，將面粉過(guò)80目篩，取篩上物（面粉殘留物和蟲(chóng)卵）加稀硫酸并適當(dāng)加熱，去除蟲(chóng)卵表面的面粉顆粒，并使蟲(chóng)卵被加熱凝固。經(jīng)染色劑染色后，可在顯微鏡下清晰地觀察到被染成不同顏色殘留的面粉和凝固的蟲(chóng)卵。

用染色法檢測(cè)面粉中的蟲(chóng)卵可以定性也可以定量。試驗(yàn)用的染色劑有溴甲酚綠、酸性品紅。溴甲酚綠將蟲(chóng)卵染成黃橙色，面粉染成褐綠色；酸性品紅將蟲(chóng)卵染成粉紅色，面粉染成深紅色。

文獻(xiàn)[1]中利用染色法比較了不同染色劑對(duì)面粉中蟲(chóng)卵檢測(cè)的效果。結(jié)果表明，不同的染色劑檢測(cè)面粉中的蟲(chóng)卵數(shù)量與實(shí)際的蟲(chóng)卵數(shù)有一定的相關(guān)性：0.1 %溴甲酚綠染色劑的檢測(cè)效果與實(shí)際蟲(chóng)卵數(shù)的相關(guān)性回歸方程為y=0.8846x-2.4444（y為染色后檢測(cè)的蟲(chóng)卵數(shù)/粒，x為面粉中實(shí)際的蟲(chóng)卵數(shù)），相關(guān)系數(shù)R2=0.9916；0.05 %酸性品紅染色的檢測(cè)效果與理論蟲(chóng)卵數(shù)的相關(guān)性回歸方程為y=0.8529x-1.1919，相關(guān)系數(shù)R2=0.9897。染色法對(duì)已知害蟲(chóng)種類(lèi)的檢測(cè)有較為理想的結(jié)果，而對(duì)害蟲(chóng)種類(lèi)不明確的蟲(chóng)卵檢測(cè)可能會(huì)因?yàn)楹Y孔、蟲(chóng)卵大小等導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果有較大偏差。染色法可以用于面粉中常見(jiàn)害蟲(chóng)蟲(chóng)卵的檢測(cè)，但難以普及至全部害蟲(chóng)蟲(chóng)卵的檢測(cè)[2，3]。

1.2 幾丁質(zhì)法

幾丁質(zhì)又稱(chēng)甲殼素，是由N-乙酰-D-葡萄糖胺以β-1，4糖苷鍵連接而成的線(xiàn)性多糖。幾丁質(zhì)是昆蟲(chóng)體壁的主要化學(xué)成分，約占表皮干重的30%～50%。在高溫和堿性條件下，幾丁質(zhì)脫去乙酰胺基后形成幾丁糖，而幾丁糖經(jīng)碘和稀酸作用后呈紫色。純面粉中不含幾丁質(zhì)，經(jīng)幾丁糖呈色反應(yīng)后不會(huì)有顏色[4]。因此，可用幾丁質(zhì)法對(duì)面粉中的蟲(chóng)卵進(jìn)行定性檢測(cè)。劉鳳杰等[5]利用幾丁質(zhì)法對(duì)面粉中蟲(chóng)卵進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物于強(qiáng)堿環(huán)境中高溫加熱會(huì)生成橘紅色黏稠物質(zhì)，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)圓點(diǎn)狀幾丁糖薄膜，取生成物進(jìn)行幾丁糖呈色反應(yīng)，無(wú)紫色生成，說(shuō)明幾丁質(zhì)被消化完。

1.3 尿酸法

昆蟲(chóng)體內(nèi)含氮代謝廢物主要以尿酸的形式排出體外，儲(chǔ)藏過(guò)程中害蟲(chóng)的尿酸與面粉混合[6]。若能對(duì)面粉中的尿酸含量進(jìn)行測(cè)定，則可確定面粉被污染程度，從而可間接估計(jì)害蟲(chóng)的危害情況。目前，測(cè)定尿酸的方法主要有高效液相色譜法、尿酸酶法和磷鎢酸還原法等。何向楠[1]利用磷鎢酸還原法測(cè)定了蟲(chóng)卵中尿酸的濃度與蟲(chóng)卵數(shù)量的關(guān)系，蟲(chóng)卵中的尿酸濃度隨著面粉中蟲(chóng)卵數(shù)量的增加而增大，相關(guān)性方程y=0.0045x+0.0086[y為吸光度，x為尿酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（μmol/L）]，相關(guān)系數(shù)R2=0.9951。由此說(shuō)明尿酸檢測(cè)法可初步應(yīng)用于面粉中蟲(chóng)卵的檢測(cè)。

1.4 DNA指紋圖譜分析技術(shù)

DNA（脫氧核糖核酸）是細(xì)胞染色體中的遺傳基因，其分子各個(gè)片段代表各個(gè)遺傳信息[8]。DNA指紋圖譜具有多位點(diǎn)性、高變異性、簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的遺傳性，因而自誕生就受到了人們的重視，具有巨大的實(shí)用價(jià)值。目前，DNA指紋圖譜分析技術(shù)在昆蟲(chóng)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在系統(tǒng)演化及分類(lèi)鑒定兩方面[9]。魯玉杰等[10]利用DNA分子指紋圖譜技術(shù)檢測(cè)面粉蟲(chóng)卵情況，采用一對(duì)通用物來(lái)檢測(cè)面粉中3種不同的害蟲(chóng)蟲(chóng)卵。結(jié)果表明，赤擬谷盜蟲(chóng)卵含量最低檢測(cè)限是1%，優(yōu)化PCR條件后可以檢測(cè)出雜擬谷盜和鋸谷盜蟲(chóng)卵最低檢測(cè)限為0.05%。由此可見(jiàn)，DNA指紋檢測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確地判斷面粉中蟲(chóng)卵的發(fā)生情況。

2 面粉中害蟲(chóng)碎片的檢測(cè)方法

2.1 浮選法

面粉中的害蟲(chóng)碎片可用浮選法進(jìn)行檢測(cè)。不含害蟲(chóng)碎片的面粉能夠被鹽酸吸收消化，而含有害蟲(chóng)碎片的面粉則不能被鹽酸吸收消化。這主要是因?yàn)槔ハx(chóng)表皮含有幾丁質(zhì)和脂質(zhì)，它們不溶于水和酸，因此可加以區(qū)分。親油物質(zhì)可以通過(guò)吸引油水混合物的油相與不親油的成分分離，油相通過(guò)濾紙分離、過(guò)濾、收集，然后用顯微鏡觀察碎片的數(shù)量。浮選法靈敏度高、精確，但耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。

何向楠[1]研究了用浮選法對(duì)面粉中害蟲(chóng)碎片的檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，面粉中碎片的數(shù)量與面粉中實(shí)際含有的碎片數(shù)量呈正相關(guān)，相關(guān)性方程y=0.9019x-2.5606（y為害蟲(chóng)碎片數(shù)，x為面粉中實(shí)際的碎片數(shù)），相關(guān)系數(shù)為R2=0.9869。理論推測(cè)浮選法對(duì)面粉中害蟲(chóng)碎片的檢測(cè)率可達(dá)90%，說(shuō)明浮選法檢測(cè)面粉中害蟲(chóng)碎片的方法較穩(wěn)定。但實(shí)際檢測(cè)率大約在85%左右，尤其是當(dāng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中害蟲(chóng)碎片數(shù)量較少時(shí)，檢測(cè)率較低，這可能是由于碎片數(shù)量較少時(shí)，操作中人為誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。

2.2 太赫茲時(shí)域光譜

太赫茲時(shí)域光譜可用來(lái)檢測(cè)面粉中害蟲(chóng)碎片，它是將Tera Hertz（THz）脈沖與樣品相互作用，再測(cè)量作用后的THz電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。將多個(gè)含有不同數(shù)量的害蟲(chóng)碎片面粉樣本，在氮?dú)猸h(huán)境中，用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)采集所有樣本的太赫茲時(shí)域光譜，獲得時(shí)域光譜數(shù)據(jù)，再計(jì)算吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)，將吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)代入所得的偏最小二乘回歸模型，計(jì)算待測(cè)面粉中的害蟲(chóng)碎片數(shù)量。

3 糧食中害蟲(chóng)幼蟲(chóng)的檢測(cè)方法

糧食中的蟲(chóng)卵，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后成長(zhǎng)為幼蟲(chóng)，由于幼蟲(chóng)形態(tài)特征并不明顯，所以很不容易被檢出。但幼蟲(chóng)階段抗性低，因此又是殺滅害蟲(chóng)的最好階段；如果不進(jìn)行殺滅，一段時(shí)間之后幼蟲(chóng)就會(huì)成長(zhǎng)為成蟲(chóng)，糧食更易發(fā)生蛀蝕，所以對(duì)幼蟲(chóng)進(jìn)行檢測(cè)也尤為重要。糧食中害蟲(chóng)幼蟲(chóng)的檢測(cè)方法有電導(dǎo)法、近紅外光譜法、X射線(xiàn)成像法、圖像識(shí)別法、聲測(cè)法等。

3.1 電導(dǎo)法

電導(dǎo)法是一種根據(jù)被測(cè)物體體內(nèi)水分的變化來(lái)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行相關(guān)性分析的技術(shù)。美國(guó)學(xué)者Pearson等[11]利用電導(dǎo)法檢測(cè)單粒糧粒中米象幼蟲(chóng)，結(jié)果表明此方法對(duì)害蟲(chóng)的蛹和較大的幼蟲(chóng)識(shí)別效果明顯。其檢測(cè)的基本原理是含蟲(chóng)的糧粒樣本的濕度要遠(yuǎn)高于完好的糧粒樣本，當(dāng)通過(guò)電導(dǎo)法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，濕度較高的含蟲(chóng)糧粒的電阻值小于完好糧粒，從而可進(jìn)行區(qū)別。電導(dǎo)法對(duì)蛀食性害蟲(chóng)的檢測(cè)效果良好，但對(duì)非蛀食性害蟲(chóng)的檢測(cè)效果并不明顯。

3.2 近紅外光譜法

近紅外光譜是一種快速、無(wú)創(chuàng)、廉價(jià)的分析多種樣品化學(xué)成分的方法。在過(guò)去二十年里，它已經(jīng)被應(yīng)用于許多昆蟲(chóng)學(xué)中。Maghirang等[12]在兩個(gè)月的貯藏期內(nèi)，利用近紅外光譜檢測(cè)到了小麥籽粒中有活的或死的米象。在米蟲(chóng)蛹期、大幼蟲(chóng)期、中型幼蟲(chóng)期和小幼蟲(chóng)期，分類(lèi)的準(zhǔn)確率分別為94%、93%、84%和62%，活蛹+大幼蟲(chóng)的準(zhǔn)確率為92%～93%。表明近紅外光譜技術(shù)對(duì)面粉中的幼蟲(chóng)檢測(cè)效果明顯，可應(yīng)用于面粉中的害蟲(chóng)幼蟲(chóng)檢測(cè)。

3.3 X射線(xiàn)成像法

X射線(xiàn)是一種低波長(zhǎng)（0.01～10 nm）、高能（120 eV～120 keV）的電磁輻射，可以穿透許多材料[13]。X射線(xiàn)成像法是一種先進(jìn)的技術(shù)，它利用非接觸傳感器來(lái)檢測(cè)大量樣品，同時(shí)提供直觀的信息。軟X射線(xiàn)成像是一種快速、無(wú)損、直接的方法，可用于檢測(cè)儲(chǔ)糧中的內(nèi)部昆蟲(chóng)[14]、分析農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量，也可用于檢測(cè)芒果中的內(nèi)部昆蟲(chóng)[13]。

Karunakaran[15]研究了用實(shí)時(shí)軟X射線(xiàn)成像法檢測(cè)小麥籽粒中谷蠹侵染的可能性，分別在幼蟲(chóng)期、蛹期和成蟲(chóng)期進(jìn)行X射線(xiàn)檢查。利用該法提取小麥籽粒X射線(xiàn)圖像的直方圖特征、紋理特征、直方圖和形狀矩。用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BPNN）和統(tǒng)計(jì)分類(lèi)器對(duì)57個(gè)特征進(jìn)行識(shí)別。BPNN正確識(shí)別了所有未感染和感染的籽粒，以及超過(guò)99%的籽粒被谷蠹幼蟲(chóng)感染。

Pearson等[16]利用X射線(xiàn)成像開(kāi)發(fā)了一個(gè)程序來(lái)分析圖像，并將每個(gè)種子分為受損或未受損。將此程序應(yīng)用于包括11個(gè)向日葵品系的20個(gè)不同樣本中，并用3種不同種類(lèi)的昆蟲(chóng)進(jìn)行了侵染，受損種子和未受損種子的總體分類(lèi)準(zhǔn)確率分別為95 %和99%。

Karunakaran[17]研究了利用軟X射線(xiàn)技術(shù)檢測(cè)赤擬谷盜對(duì)小麥籽粒的取食損傷來(lái)檢測(cè)侵染的可能性。以4d為間隔，連續(xù)16d用X射線(xiàn)對(duì)人工感染赤擬谷盜卵的小麥籽粒進(jìn)行4個(gè)幼蟲(chóng)期的侵染，對(duì)4齡幼蟲(chóng)的未侵染和侵染籽粒進(jìn)行了正確識(shí)別，分類(lèi)準(zhǔn)確率分別達(dá)到73%和86%以上。

3.4 圖像識(shí)別法

圖像識(shí)別法是指利用計(jì)算機(jī)處理經(jīng)光學(xué)照相機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、X射線(xiàn)攝像、紅外攝像和CCD（charge coupled devices，電荷耦合器件）等攝像機(jī)獲取的儲(chǔ)糧害蟲(chóng)圖像，通過(guò)圖像特征提取算法提取儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的邊緣、形狀、紋理等特征，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)構(gòu)成圖像特征的特征向量進(jìn)行分類(lèi)，從而識(shí)別不同儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的類(lèi)別。

張成花[18]利用自適應(yīng)的鄰域平均法進(jìn)行圖像噪聲濾除，選用最小誤差法進(jìn)行儲(chǔ)糧害蟲(chóng)圖像的自適應(yīng)二值化分割，改善了對(duì)多目標(biāo)害蟲(chóng)難以識(shí)別的問(wèn)題。

張紅濤[19]運(yùn)用灰度形態(tài)學(xué)圖像平滑和自適應(yīng)圖像增強(qiáng)技術(shù)對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)灰度圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，用直方圖高斯閾值法和相對(duì)熵閾值法提取糧蟲(chóng)圖像最優(yōu)閾值，并以此最優(yōu)閾值進(jìn)行圖像分割生成二值化圖像。

劉純利等[20]提出基于奇異值分解和同態(tài)濾波的糧蟲(chóng)圖像增強(qiáng)算法。

胡玉霞等[21]提出基于多分辨率圖像處理的糧蟲(chóng)圖像預(yù)處理方法，將濾波后的低分辨率圖像與原圖像進(jìn)行“與”運(yùn)算，并再次濾波，有效去除了對(duì)糧蟲(chóng)識(shí)別貢獻(xiàn)率較小的部分，使算法運(yùn)行效率提高15倍左右。

3.5 聲測(cè)法

在現(xiàn)代電子學(xué)技術(shù)出現(xiàn)以前，對(duì)于儲(chǔ)藏物中隱蔽性的內(nèi)部昆蟲(chóng)檢測(cè)極為困難。早在20世紀(jì)50年代，人們就發(fā)現(xiàn)聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)具有極大的實(shí)用價(jià)值，可以發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)藏物中早期害蟲(chóng)的侵染。谷物中昆蟲(chóng)的活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)可聞范圍內(nèi)的噪音，聲學(xué)檢測(cè)是利用害蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)和取食的聲音對(duì)糧食內(nèi)部或外部進(jìn)行檢測(cè)。

Gutiérrez等[22]描述了一種基于聲學(xué)傳感器的原始電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)，用此設(shè)備用于檢測(cè)早期棕櫚內(nèi)部的紅棕象甲（Rhynchophorus ferrugineus）幼蟲(chóng)。結(jié)果證明，在控制環(huán)境條件的情況下，通過(guò)在2250Hz左右的聲強(qiáng)研究只有5只紅棕象甲侵染的棕櫚樹(shù)，可以檢測(cè)出2周齡幼蟲(chóng)的活動(dòng)。

Kiobia等[23]開(kāi)發(fā)了一種聲音控制器以檢測(cè)玉米中的大谷蠹［Prostephanus truncatus（Horn）］和米象，將被米象幼蟲(chóng)侵染過(guò)的玉米籽粒放在裝有聲學(xué)探針的袋子里，可發(fā)現(xiàn)幼蟲(chóng)的聲波能在25 cm的范圍內(nèi)被檢測(cè)到。

Fleurat-Lessard等[24]開(kāi)發(fā)了一個(gè)300 kg糧倉(cāng)裝置的小型中試系統(tǒng)和一個(gè)全自動(dòng)小麥散裝谷物昆蟲(chóng)檢測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)計(jì)算機(jī)輔助聲學(xué)探頭的性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。在20 cm范圍內(nèi)，65 kg樣本在2 min內(nèi)進(jìn)行掃描，對(duì)不同昆蟲(chóng)密度（從每1只/10 kg到10只/kg米象成蟲(chóng)和幼蟲(chóng)）的侵?jǐn)_進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)準(zhǔn)確率在95%以上。

近年來(lái)，有人開(kāi)發(fā)出一種昆蟲(chóng)探測(cè)探針[25]，可以直接從谷物表面探測(cè)和識(shí)別初級(jí)谷物害蟲(chóng)的不同階段和種類(lèi)的聲音；還研制了一種與探針技術(shù)相同的實(shí)驗(yàn)室聲學(xué)裝置，用于谷物樣品中的隱蔽性昆蟲(chóng)檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

在面粉蟲(chóng)卵的檢測(cè)方法中，染色法效果明顯，可以定性也可以定量，能很好地區(qū)分蟲(chóng)卵和面粉，在糧食上應(yīng)用仍處于試驗(yàn)階段，有很大研究空間；幾丁質(zhì)檢測(cè)法只能證明有無(wú)蟲(chóng)卵，但無(wú)法對(duì)其進(jìn)行定量，不適用于面粉中蟲(chóng)卵的定量檢測(cè)；尿酸檢測(cè)法表明蟲(chóng)卵尿酸濃度與蟲(chóng)卵數(shù)成正相關(guān)，最低檢出限為在0.1粒卵/g面粉，可初步應(yīng)用于面粉中蟲(chóng)卵的檢測(cè)，但還有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討；DNA指紋分析技術(shù)能預(yù)測(cè)面粉中害蟲(chóng)的感染程度，但其檢測(cè)準(zhǔn)確率還有待提高。

如果能利用各種檢測(cè)技術(shù)并結(jié)合殺蟲(chóng)技術(shù)形成一套可視化、實(shí)時(shí)的糧倉(cāng)完整監(jiān)控體系，則能大大提高我國(guó)糧食的儲(chǔ)藏安全。這均需要廣大科研工作者共同努力、開(kāi)拓創(chuàng)新，不斷為糧食儲(chǔ)藏提供可靠、科學(xué)的技術(shù)支持。