常溫下10種谷物揮發(fā)物氣相-質(zhì)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(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，糧食儲藏與安全教育部工程研究中心，糧食儲運(yùn)國家工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；2. 江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023）

印度谷螟Plodia interpunctella(Hübner)為世界性分布、可嚴(yán)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(zhì)、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(dá)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(qū)域廣泛、發(fā)生頻率很高的害蟲[9]。成蟲活動和傳播感染能力強(qiáng)[10]，可對其所處活動范圍21～276 m內(nèi)的物品造成感染[2]，其感染以成蟲在商品上產(chǎn)卵為主并受多種因素的影響[11-14]。從卵中孵化出的幼蟲進(jìn)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(tài)取食危害，因此了解利用幼蟲感染習(xí)性對其有效治理具有重要意義。

印度谷螟的防治技術(shù)因環(huán)境和發(fā)生條件各有其適用性，在不宜采用殺蟲（如熏蒸、氣調(diào)）和防蟲（如施用化學(xué)防護(hù)劑）的場所，利用習(xí)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(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，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(fā)成分反應(yīng)關(guān)系的研究[27-30]。蛾類成蟲對不同食料行為反應(yīng)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(nèi)外對于谷物揮發(fā)性物質(zhì)（volatile organic compound，VOC）的研究多關(guān)注于谷物風(fēng)味物質(zhì)與品質(zhì)分析[32-33]，樣品為熱處理后的分析，目前也已有關(guān)于小麥、稻谷、玉米等的揮發(fā)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(fā)物，通過 GC-MS共檢測出141種揮發(fā)物，多為醛類揮發(fā)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(nóng)979的小麥粉揮發(fā)物進(jìn)行檢測，5種樣小麥粉共檢測出54種揮發(fā)物，大多揮發(fā)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(fā)物50余種。陳光靜[36]等在60 ℃下萃取新鮮薏米得到揮發(fā)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(fā)物及其進(jìn)而關(guān)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(fā)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(yán)重影響籽粒發(fā)芽、質(zhì)量降低[40]。幼蟲對物品選擇和取食是進(jìn)一步危害的前提，幼蟲選擇在已產(chǎn)卵物品上繼續(xù)駐留或取食則危害繼續(xù)和加重，幼蟲不選擇或少選擇其已產(chǎn)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(zhì)，以利用谷物組分增強(qiáng)引誘效果，促進(jìn)監(jiān)測、誘捕防治害蟲技術(shù)運(yùn)用對印度谷螟誘捕和監(jiān)測研究多見于成蟲，對交配后印度谷螟雌性成蟲產(chǎn)卵選擇與物料玉米、榛子粉、杏仁、核桃、小麥粉、巧克力等的關(guān)系已有報道[41]，對引誘物料的化學(xué)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(fēng)洞測試中發(fā)現(xiàn)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(fā)性化學(xué)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(fā)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(fā)成分的關(guān)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(chǎn)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(guān)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(fā)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(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用谷物均為當(dāng)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(nóng)T1211蕎麥，水分含量14.5%；興仁小白殼薏仁，水分含量13.0%。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境為相對封閉的實(shí)驗(yàn)室，溫度采用格力2匹冷暖變頻柜式空調(diào)控制，采用水銀溫度計檢測校準(zhǔn)，樣品處理區(qū)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(chǎn)。

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(shí)驗(yàn)前 24 h移至室溫待用。

試驗(yàn)用印度谷螟采自鄭州某糧庫，于河南工業(yè)大學(xué)儲藏物昆蟲研究室適宜條件下培養(yǎng)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(zhǔn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 揮發(fā)物測定

采用頂空取樣固相微萃?。℉S-SPME）、氣相-質(zhì)譜（GC-MS）法對實(shí)驗(yàn)樣品揮發(fā)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(jìn)樣口250 ℃下解析3 min。分析色譜柱為Agilent DB-5MS石英毛細(xì)管柱，0.25 mm×30 m×0.25 μm。汽化室溫度 250 ℃，不分流進(jìn)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(zhì)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(zhì)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(yīng)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(yàn)前將Y型嗅覺儀置于（28±1） ℃、75%±5% RH的潔凈環(huán)境中，以400 mL/min通氣10 min至穩(wěn)定。于Y型管適應(yīng)臂放入20頭經(jīng)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(shù)量。以兩物料投放瓶中均為空作對照實(shí)驗(yàn)。每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行10次重復(fù)，每3次實(shí)驗(yàn)后調(diào)換處理臂與對照臂位置，每5次實(shí)驗(yàn)后用75%乙醇清洗Y型管，待其干燥后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。按照下列公式計算食料對試蟲引誘率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010整理，并用SPSS軟件 Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷物揮發(fā)物的種類與成分?jǐn)?shù)量

常溫頂空取樣經(jīng) GC-MS檢測后，10種谷物粉碎物的揮發(fā)性有機(jī)化合物共包括了烷、烯、芳香族、醛、醇、酸、酮、酯、呋喃等9類物質(zhì)。其中，烷類物質(zhì)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(zhì)數(shù)量差異顯著，玉米、稻谷、大麥、燕麥、小米和糜子成分?jǐn)?shù)量較少（15～20個），薏仁成分?jǐn)?shù)量最多（30個），其他谷物的成分?jǐn)?shù)量在21～26個之間。不同谷物中同一物質(zhì)類別內(nèi)的化學(xué)成分?jǐn)?shù)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(fā)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(fā)物成分相對含量及有機(jī)物類別內(nèi)所包括成分?jǐn)?shù) %

續(xù)表

2.2 谷物揮發(fā)物的相對含量

不同谷物檢測到的化學(xué)成分中相對含量和不同類別物質(zhì)總量差異顯著（表1和圖1）。從物質(zhì)類別看，不同谷物所含物質(zhì)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(fā)性化學(xué)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(fā)物成分為 0。在含有化學(xué)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(dá)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(huán)境中，印度谷螟幼蟲在的運(yùn)動行為有一定的隨機(jī)性，有一部分個體駐留于適應(yīng)臂的情況，還有幼蟲差異顯著在表現(xiàn)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(qiáng)，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(fā)物成分物質(zhì)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(fā)物成分?jǐn)?shù)量看，燕麥、薏仁、高粱揮發(fā)物成分?jǐn)?shù)量都在20種以上，揮發(fā)物成分達(dá)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(fā)物成分，引誘率與含有15種揮發(fā)物成分的玉米稻谷相當(dāng)。谷物對幼蟲引誘率似乎與其揮發(fā)物成分種類數(shù)量關(guān)系不明顯。從比較谷物引誘率大小與揮發(fā)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(xiàn)出較高的引誘率可能與此相關(guān)。引誘率較高的3種谷物中獨(dú)有的揮發(fā)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(zhì)存在所致，谷物揮發(fā)物質(zhì)間的協(xié)同作用可能是導(dǎo)致該谷物對害蟲引誘率較高的重要原因。當(dāng)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(zhì)缺少，或某物質(zhì)相對含量較小有關(guān)外，還可能與其含有的特殊成分對幼蟲的驅(qū)避作用有關(guān)[49]。

3 討論

谷物中揮發(fā)性物質(zhì)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(dǎo)致檢測至成分種類很多，這些成分與谷物加工中食品風(fēng)味有關(guān)。萃取溫度的升高會加速樣品分子運(yùn)動，增加氣相中揮發(fā)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(xù)升高，揮發(fā)物常表現(xiàn)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(fā)性物成分達(dá)131種[32]、玉米中達(dá)82種[52]。燕麥、大麥、小米等加熱或制品中揮發(fā)性物質(zhì)成分眾多[33]，小麥胚油中揮發(fā)性物質(zhì)成分種類達(dá)34種[27,30,53]。糧食中真菌發(fā)生時揮發(fā)性物質(zhì)成分也有 28種[30]。對于利用谷物中揮發(fā)性成分引誘害蟲的需求，采用常溫下取樣進(jìn)行成分檢測分析，結(jié)果會更接近害蟲發(fā)生的環(huán)境溫度情況，分析得到的谷物中揮發(fā)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(fā)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(fā)現(xiàn)，大宗儲存谷物小麥、稻谷和玉米中揮發(fā)物成分種類較少，其他谷物揮發(fā)物成分?jǐn)?shù)量增多不明顯，最多為薏仁中的揮發(fā)物成分為30種，且不同谷物（玉米除外）均含其特有的揮發(fā)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(fā)物種類數(shù)與數(shù)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(fā)出的成分量變少，在某揮發(fā)物存在數(shù)量較少的情況下，同樣檢測方法所得結(jié)果的相對誤差也可能增大。從利用谷物揮發(fā)成分引誘害蟲的目的來說，采用常溫下分析谷物揮發(fā)成分與引誘害蟲效果的關(guān)系更接近生產(chǎn)實(shí)際。

小麥可比玉米和稻谷吸引更多印度谷螟成蟲產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(fā)物成分應(yīng)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(fā)生印度谷螟，設(shè)若以對其幼蟲引誘力更強(qiáng)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(fā)生時，有的情況下不宜采用熏蒸、氣調(diào)、化學(xué)防護(hù)劑等，采用誘捕技術(shù)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(chǎn)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(zhì)及化學(xué)成分研究未見報道。對印度谷螟雌性成蟲表現(xiàn)明顯引誘作用的壬醛、正己醇等揮發(fā)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(guān)。不同濃度戊醛、麥芽醇和香蘭醛等谷物揮發(fā)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(yīng)[54]。這些揮發(fā)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(guān)。小麥揮發(fā)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(jìn)一步比較。印度谷螟幼蟲在谷物種類、所含物質(zhì)類別、揮發(fā)物成分及相對含量差異顯著的情況下，表現(xiàn)出了顯著差異性這些現(xiàn)象值得進(jìn)一步研究。適宜條件下印度谷螟每雌蟲在一周內(nèi)可產(chǎn)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(fā)物成分對印度谷螟幼蟲引誘率較高更值得關(guān)注和深入研究。

4 結(jié)論

采用頂空取樣分析谷物樣品揮發(fā)性物質(zhì)時，常溫處理樣品比加熱處理后所得揮發(fā)物成分種類顯著減少，從利用其揮發(fā)物引誘害蟲研究需求出發(fā)，常溫下分析得到的揮發(fā)物對害蟲的引誘作用更值得關(guān)注和研究。不同谷物的揮發(fā)物物質(zhì)、不同類別的化學(xué)成分?jǐn)?shù)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(xué)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(yōu)勢值得進(jìn)一步關(guān)注研究。醛類物質(zhì)在燕麥、薏仁中相對含量最高，酸類物質(zhì)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(fā)性成分在這三種谷物特有，這些物質(zhì)都較值得進(jìn)一步研究其對印度谷螟的引誘作用。