小麥氣味中誘集赤擬谷盜的有效成分

李豫強(qiáng) 張紅建 鄭聯(lián)合 張 威 畢 潔 戴 煌 肖安紅

(武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，武漢 430030) (海南省糧油科學(xué)研究所2，瓊海 571400) (湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(武漢輕工大學(xué))3，武漢 430030) (大宗糧油精深加工省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(武漢輕工大學(xué))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(qū)，世界熱帶與較溫暖地區(qū)。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(biāo)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(fā)生霉腥味，不堪食用,其分泌物還含有致癌物苯醌。

儲(chǔ)糧害蟲在尋找寄主植物的識別過程中，植物氣味起著關(guān)鍵作用，主要是傳遞有關(guān)取食、產(chǎn)卵及其他行為的可行性信息。因而，根據(jù)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(xué)者也就此進(jìn)行了大量研究。首先研究不同儲(chǔ)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(chǔ)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(jìn)而對這些物料的氣味成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同儲(chǔ)糧害蟲種類會(huì)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(fā)現(xiàn)，香草醛、二氯甲烷、亞油酸、二十烷等物質(zhì)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(chǔ)糧害蟲有吸引作用。蔣中柱[6]研究發(fā)現(xiàn)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(dòng)氧化可生成揮發(fā)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(fā)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(qiáng)[10]、孫培培等[11]研究顯示小麥粉、燕麥片的揮發(fā)物中都含E-2辛烯醛；Nara[12]報(bào)道了從小麥胚油提取的揮發(fā)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(jìn)行氣味誘集，也有研究者進(jìn)行了研究與分析。沈兆鵬[13]研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)苯甲醛表現(xiàn)出對赤擬谷盜具有一定的引誘作用。汪中明等[19]發(fā)現(xiàn)，辛酸對赤擬谷盜等多種儲(chǔ)糧害蟲具有誘集作用。禹海鑫[20]研究發(fā)現(xiàn)赤擬谷盜取食水稻后揮發(fā)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行誘集效果進(jìn)行驗(yàn)證，再進(jìn)一步研究具有較好誘集效果的氣味成分的復(fù)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(fā)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(shí)驗(yàn)室在溫度28 ℃、濕度75%恒溫恒濕培養(yǎng)箱中以全麥粉與酵母比例為95∶5的飼料培養(yǎng)。取羽化3周有活力的成蟲，饑餓處理(禁食12 h)作為實(shí)驗(yàn)試蟲。

小麥細(xì)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(dú)立陷阱誘集裝置，F(xiàn)lavourSpec頂空氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用儀，配CTC CombiPAL自動(dòng)頂空進(jìn)樣裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 氣味誘集赤擬谷盜效果的測定方法

采用獨(dú)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(yǎng)皿中間開1個(gè)直徑為1 cm、深4 cm的圓洞陷阱，培養(yǎng)皿側(cè)壁和陷阱內(nèi)壁涂有避免試蟲逃出的聚四氟乙烯。

圖1 氣味誘集儲(chǔ)糧害蟲的獨(dú)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(chǔ)糧害蟲在圓盤邊緣釋放，蓋上有孔的蓋子。8 h時(shí)記錄被誘集進(jìn)入陷阱的儲(chǔ)糧害蟲的頭數(shù)。每種物料做6～8次平行，去其中6次平均值。同時(shí)做一組無物料的作為空白對照。按照公式(1)式計(jì)算誘集誘率。

(1)

1.2.2 食物揮發(fā)性氣味物質(zhì)成分分析檢測方法

采用FlavourSpec頂空氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用儀測試。

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

測試與分析：采用30 m×0.25 mm×0.5 μm石英毛細(xì)管柱色譜柱、氮?dú)?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(nèi)升至100 mL/min；最后4 min內(nèi)升至150 mL/min后，保持1 min進(jìn)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(shí)間(S)為縱坐標(biāo)、以離子遷移時(shí)間(S)為橫坐標(biāo)將三維圖譜投影為二維平面圖譜，見圖3。圖3中RIP 峰兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物，顏色代表物質(zhì)的濃度，顏色越深表示濃度越大，并將其放入在GC×IMS Library Search數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(chǎn)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(zhì)氣味成分二維GC-IMS圖譜

圖4 小麥麥類物質(zhì)氣味成分指紋圖譜

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥類物料氣味誘集赤擬谷盜效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)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?yàn)椋盒←溂?xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)查找，小麥類物質(zhì)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(zhì)，見表2。

8種物料的氣味中含有8種相同的氣味有機(jī)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(xiàn)[11-20]的研究結(jié)果對比可見，文獻(xiàn)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(xiàn)，其中苯甲醛、己醇、己酸、辛酸在8種物料相同的有機(jī)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(zhì)的氣味成分中。

表2 小麥類物質(zhì)氣味成分分析結(jié)果(相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

對8種物料均含有的8種氣味成分進(jìn)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(biāo)為主成分1，縱坐標(biāo)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(diǎn)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(xì)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(xì)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(gè)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(xì)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(qū)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(biāo)軸上的投影越大，則該特征成分對主成分越具價(jià)值。相對于主成分1而言，特征成分載荷向量在坐標(biāo)軸上的投影大小，即特征成分具有的價(jià)值重要性順序?yàn)椋?[8]> #[6]>#[7]> #[5]>#[4]>#[3]，#[1]、#[2]的價(jià)值較??；對于主成分2而言：#[2]> #[1]> #[3]> #[7]> #[4]，#[5]、#[6]、#[7] 的價(jià)值較小。對主成分1和2均具有價(jià)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(jià)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(xiàn)價(jià)值來看，同時(shí)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(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)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(xiàn)中所提到的可能誘集赤擬谷盜及其他儲(chǔ)糧害蟲的氣味成分，進(jìn)行誘集赤擬谷盜的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)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(xiàn)[11-19]中有報(bào)道。誘集效果最高的為己酸，但未能超過小麥細(xì)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果(誘集率/%)

2.4 具有較好效誘集效果的氣味成分進(jìn)行協(xié)同誘集赤擬谷盜效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將誘集率超過45%的2-庚酮、己酸、辛酸、己醇單獨(dú)及兩種分別與誘集效果最好的小麥細(xì)麩皮進(jìn)行復(fù)合協(xié)同誘集赤擬谷盜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4、表5、表6和表7。

表4 四種成分與小麥細(xì)麩皮復(fù)合誘集赤擬谷盜實(shí)驗(yàn)結(jié)果(誘集率/%)

表5 兩種氣味成分與小麥細(xì)麩皮協(xié)同增效正交實(shí)驗(yàn)水平因素表

表6 不同成分協(xié)同增效正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

表7 協(xié)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(xì)麩皮復(fù)合后，較單獨(dú)成分誘集效果提高，但只有2-庚酮與小麥細(xì)麩皮協(xié)同后的誘集率((60.80±5.33)%)超過了小麥細(xì)麩皮誘集率((56.65±4.82)%)，效果順序?yàn)椋?-庚酮>己酸>辛酸>己醇，其中2-庚酮、辛酸、己醇與小麥細(xì)麩皮復(fù)合后的誘集率較單獨(dú)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(xì)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(xì)麩皮復(fù)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(xì)麩皮的誘集率，具有協(xié)同增效作用，較單獨(dú)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(xì)麩皮復(fù)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(xì)麩皮協(xié)同，接近或略大與2-庚酮單獨(dú)與小麥細(xì)麩皮的協(xié)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(xì)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(xì)麩皮中適當(dāng)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(jié)論

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

通過對小麥類物質(zhì)氣味成分的分析與驗(yàn)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(xì)麩皮復(fù)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(xì)麩皮(10 g)、2-庚酮(0.2 μL/g)+己酸(0.2 μL/g)+小麥細(xì)麩皮(10 g)、2-庚酮(0.2 μL/g)+辛酸(0.4 μL/g)+小麥細(xì)麩皮(10 g)、2-庚酮(0.4 μL/g)+己醇(0.2 μL/g)+小麥細(xì)麩皮和2-庚酮(0.4 μL/g)+小麥細(xì)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(xì)麩皮誘集赤擬谷盜的效果，并高于這些成分單獨(dú)的誘集效果，而且較成分單獨(dú)具有顯著或十分顯著或極其顯著的差異性。