哈薩克斯坦小麥粉掛面的感蟲性研究

(趙治恒 周小玲 畢 潔 文明明 湯秋玲 賀艷萍

(武漢輕工大學食品科學與工程學院1，武漢 430023)

(克明面業(yè)股份有限公司2，長沙 410000)

隨著一帶一路的發(fā)展，哈薩克斯坦成為了我國第四大進口小麥來源國[1]。我國進口的哈薩克斯坦小麥多為三級以上的小麥，小麥粉則是以特等粉為主。因生產(chǎn)和種植方式不同，故小麥中的物質(zhì)成分含量也會有所差異[2]，與我國小麥相比，哈薩克斯坦小麥蛋白質(zhì)和糖分含量相對較高，特別是小麥胚乳的蛋白含量占全麥蛋白的65%，比國產(chǎn)小麥高出20%[3]。與國內(nèi)同等級小麥粉相比，哈薩克斯坦小麥粉所制成的面團吸水率比國內(nèi)高出3%，且成團后弱化度小，抗阻力強，具有較好的延展性[2]。

國內(nèi)部分面制品企業(yè)使用哈薩克斯坦小麥制作掛面等面制品，在包裝不嚴密的情況下，儲藏過程中易生蟲。鋸谷盜Oryzaephilus surinamensis、赤擬谷盜Tribolium castaneum是易感染小麥粉及面制品的次生性儲糧害蟲。

鋸谷盜屬鞘翅目中的鋸谷盜科 Silvanidae，是世界上危害最嚴重的28種儲藏物害蟲之一[4]，能對多數(shù)植物性制品，如成品糧和油料的破損粒形成危害。在環(huán)境溫度 30 ℃，濕度為70%的條件下，羽化5～6 d后開始交尾產(chǎn)卵，平均產(chǎn)卵量375粒/次，孵化率可達95%[5]，其種群數(shù)量的高峰期一般在6～10月[6]。赤擬谷盜屬鞘翅目中的擬步甲科Tenebrionidae，是一種世界性儲糧害蟲[6]，同時也是危害面粉廠的重要害蟲之一。由于其可分泌難聞的臭液，使被污染的面粉及面制品產(chǎn)生霉臭味或腥臭味，導致小麥粉及面制品結(jié)塊、變色而無法食用，進而造成嚴重經(jīng)濟損失[7]。

食物中的揮發(fā)性物質(zhì)是害蟲尋找食物的氣味來源[8]，不同食物揮發(fā)性物質(zhì)不同，所以感染的害蟲種類和感染害蟲的能力也不同。使用氣相色譜-離子遷移譜(GC-IMS)技術(shù)分析食物中的揮發(fā)性物質(zhì)，樣品無需復雜的前處理過程，能較大程度的保持物料的原始風味[9]。由于其操作簡便、靈敏度高、無需復雜前處理等特點，近些年已被逐漸用于食品安全檢測和風味分析，如：大米霉變[10]、松茸品質(zhì)[11]、食品摻假[12～13]、水果風味[14～16]等檢測領(lǐng)域。該方法能夠快速有效地分析食品中揮發(fā)性物質(zhì)成分，根據(jù)這些成分可以進一步分析食品的品質(zhì)或特性。

本研究通過誘捕實驗比較了哈薩克斯坦小麥和國產(chǎn)小麥生產(chǎn)的掛面對鋸谷盜和赤擬谷盜的感蟲性差異，并采用GC-IMS技術(shù)分析了兩種掛面產(chǎn)品中的揮發(fā)性物質(zhì)成分，深入討論了兩種掛面對兩種害蟲感蟲性差異的原因，為掛面防蟲技術(shù)研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

鋸谷盜Oryzaephilussurinamensis、赤擬谷盜Triboliumcastaneum均在武漢輕工大學糧油儲藏與害蟲防治實驗室飼養(yǎng)。飼料均為全麥粉與酵母95∶5的比例均勻混合。試蟲均放置在溫度(28±2) ℃和濕度(70±5)%的培養(yǎng)箱中擴大培養(yǎng)3個月，取羽化后7-14 d的成蟲進行實驗。

1.2 樣品

2019年生產(chǎn)的同一批次的掛面樣品：哈薩克斯坦小麥粉玉米風味掛面(簡稱“哈麥玉米風味”)、哈薩克斯坦小麥粉經(jīng)典原味掛面(簡稱“哈麥原味”)、國產(chǎn)小麥粉原味掛面(簡稱“國產(chǎn)原味”)，2020年5月5日儲藏于-18 ℃冷凍室中備用。

哈麥經(jīng)典原味掛面配料：小麥粉、水、淀粉、食用鹽。

哈麥玉米風味掛面配料：小麥粉、水、淀粉、玉米粉(3%)、食用鹽。

國產(chǎn)原味掛面配料：小麥粉、水。

1.3 實驗儀器

自制雙孔誘捕裝置(所用Φ =14.2 cm培養(yǎng)皿和2 mL離心管均為聚乙烯透明材料)，F(xiàn)W80型高速萬能粉碎機，F(xiàn)lavour Spec 型頂空氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用儀。

1.4 實驗方法

1.4.1 三種掛面樣品對赤擬谷盜、鋸谷盜的誘集

用雙孔陷阱誘捕法[17]進行誘捕實驗，一個孔放置對照食物，另一個孔放置待分析的食物樣品(圖1)。分別將20頭赤擬谷盜、鋸谷盜饑餓12 h、16 h，然后將試蟲在雙孔誘捕裝置的正中間釋放，蓋上蓋。其中在對鋸谷盜誘捕時，誘捕盤的四周需纏上封口膠，防止鋸谷盜在誘捕過程中爬出。再將雙孔誘捕裝置放置在室溫28 ℃，用紙箱遮蓋，安靜、黑暗環(huán)境中誘捕，8、10 h后分別記錄兩側(cè)陷阱中的蟲數(shù)，同一實驗條件重復8次。

圖1 雙孔誘捕裝置圖

將國產(chǎn)原味掛面作為對照食物，分析兩種害蟲對哈麥原味掛面、哈麥玉米風味掛面的選擇性，害蟲對某一產(chǎn)品的選擇率越大，說明該產(chǎn)品的感蟲性越強。根據(jù)以下公式計算兩種害蟲對掛面的選擇率：

選擇率=被誘捕蟲數(shù)/總蟲數(shù)×100%

實驗組分別為國產(chǎn)原味與哈麥原味、國產(chǎn)原味與哈麥玉米風味，樣品均為0.5 g。

1.4.2 三種樣品中揮發(fā)性物質(zhì)分析

樣品處理：三種掛面樣品均用FW80型高速萬能粉碎機粉碎，過80目的篩，稱取0.5 g，置于20 mL的頂空瓶中， 而后在自動孵化裝置中，80 ℃孵育20 min后進樣。

分析條件：采用頂空氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用儀的自動頂空進樣裝置，分析條件參考趙瑩等的方法[9]，載氣為氮氣，色譜柱類型OV-5 20 cm ID：40 μm。柱溫：40 ℃，IMS探測器溫度45 ℃，進樣量500 μL，進樣針溫度85 ℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min。

1.5 數(shù)據(jù)分析及處理

掛面誘集數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2019 匯總后，使用SPSS 19進行t-檢驗分析。掛面中的揮發(fā)性物質(zhì)分析則采用G.A.S公司儀器配套的軟件及插件對樣品進行多角度的分析。

LAV(Laboratoy Analytical Viewer)用于樣品的氣相離子遷移譜圖的數(shù)據(jù)分析與信息讀取，包括對樣品的譜圖進行積分。

Gallery-plot插件 更為直觀比較樣品間差異以及不同樣品中的不同組分的信號峰強度。

Reporter插件 直接對參考樣品和被測樣品的譜圖進行對比，包括二維圖和三維圖。

Dynamic PCA 動態(tài)主成分分析，可基于復雜的樣品信息對其進行歸類。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種害蟲對不同掛面的選擇性

赤擬谷盜和鋸谷盜成蟲饑餓12 h、誘捕8 h后，鋸谷盜對哈麥原味掛面的選擇性顯著高于國產(chǎn)原味掛面(t-檢驗，t<0.01)，赤擬谷盜對哈麥原味掛面的選擇性高于國產(chǎn)原味掛面，但差異不顯著(t-檢驗，t=0.051)(表1)。兩種成蟲饑餓時間延長至16 h，誘捕時間延長至10 h，赤擬谷盜對哈麥原味掛面的選擇性顯著提高，與對照的國產(chǎn)原味掛面出現(xiàn)顯著性差異(t-檢驗，t<0.05)(表2)。但是，延長饑餓時間和誘捕時間后，鋸谷盜對哈麥原味和國產(chǎn)原味兩種掛面的選擇性差異消失(表2)。結(jié)果表明，與國產(chǎn)原味掛面相比，哈麥原味掛面更容易感染赤擬谷盜或者鋸谷盜，感染的蟲種可能與害蟲的營養(yǎng)狀態(tài)相關(guān)，饑餓的赤擬谷盜對哈麥原味掛面選擇性增加，而延長饑餓時間后的鋸谷盜對兩種掛面的選擇性沒有顯著差異(表1，表2)。

表1 饑餓12 h、誘捕8 h的兩種害蟲對哈麥原味掛面和國產(chǎn)原味掛面的選擇率(%)

表2 饑餓16 h、誘捕10 h的兩種害蟲對哈麥原味掛面和國產(chǎn)原味掛面的選擇率(%)

將哈麥玉米風味掛面和國產(chǎn)原味掛面進行對照，赤擬谷盜和鋸谷盜成蟲饑餓12 h、誘捕8 h后，兩種害蟲對這兩種食物的選擇性均沒有顯著差異(表3)，這可能是由于赤擬谷盜不喜食玉米粉，研究表明，用玉米粉飼養(yǎng)的赤擬谷盜平均產(chǎn)卵量為169粒，遠低于全麥粉飼養(yǎng)的298粒[5]；并且影響其飛行能力因素的研究也證明，取食玉米粉的赤擬谷盜成蟲飛行能力最弱，幾近沒有任何飛行活動[18]。表4表明，即使延長饑餓時間和誘捕時間，赤擬谷盜和鋸谷盜對哈麥玉米風味掛面的選擇性與國產(chǎn)原味掛面相比仍沒有顯著差異。說明兩種害蟲均不喜食玉米粉。

表3 饑餓12 h、誘捕8 h的兩種害蟲對哈麥玉米風味掛面和國產(chǎn)原味掛面的選擇率(%)

表4 饑餓16 h、誘捕10 h的兩種害蟲對哈麥玉米風味掛面和國產(chǎn)原味掛面的選擇率(%)

以上結(jié)果表明，三種掛面產(chǎn)品中，赤擬谷盜和鋸谷盜對哈麥原味掛面的選擇性更強，另外，我們在實驗室模擬掛面的自然感蟲過程，三種掛面樣品各取15 g，置于敞口塑料盒中，用保鮮膜封口放置在實驗室內(nèi)，從2020年8月3日觀察至10月8日，只有哈麥原味掛面中感染了3頭鋸谷盜，輔助說明了哈麥原味掛面更容易感染害蟲。

2.2 三種掛面樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)比較

2.2.1 三種掛面中揮發(fā)性有機物差異

用Flavour Spec型頂空氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用儀分析了哈麥原味、哈麥玉米風味和國產(chǎn)原味三種掛面樣品的揮發(fā)性物質(zhì)，得到其氣相離子遷移圖譜、揮發(fā)性風味物質(zhì)指紋圖譜、動態(tài)主成分分析圖。

圖2為三種掛面中的揮發(fā)性物質(zhì)的三維俯視圖，該譜圖的離子遷移時間和反應離子峰(RIP)進行了歸一化處理。整個光譜代表樣品中的總揮發(fā)性物質(zhì)，RIP峰右側(cè)的每個光點代表從樣本中提取的一種揮發(fā)性化合物。圖2顯示大部分的信號峰保留時間在50～250 s，漂移時間在1.0～1.8 s。圖中的顏色表示物質(zhì)的信號強度，藍色表示強度較低，紅色表示強度較高，顏色越深，濃度越高。為了更直觀的觀察三種掛面樣品之間的差異，采用差異比較模型進行比較。選擇哈麥原味掛面為參考，若揮發(fā)性化合物是一致的，則扣除后的背景為白色，紅色表示該物質(zhì)濃度高于參考的樣品，藍色表示該物質(zhì)濃度低于參考的樣品(圖3)。在保留時間為50～150 s時，哈麥玉米風味掛面、國產(chǎn)原味掛面的揮發(fā)性物質(zhì)種類比哈麥原味掛面少，且相同的物質(zhì)在國產(chǎn)原味掛面中的濃度低于哈麥原味掛面，保留時間在100～200 s這一區(qū)間時，國產(chǎn)原味掛面中的揮發(fā)性物質(zhì)種類明顯增加。

圖2 三種掛面樣品的揮發(fā)性物質(zhì)對比

圖3 三種掛面樣品的揮發(fā)性物質(zhì)扣減對照圖

2.2.2 三種掛面樣品動態(tài)主成分分析

通過PCA分析模塊將揮發(fā)性有機物的信號峰挑選出來，按照主成分的貢獻率形成了直觀分析圖(圖4)，其中PC1和PC2的貢獻率之和達到了100%，表明其可以表征選取的信號峰的大部分信息。在空間分布上，國產(chǎn)原味掛面與哈麥的兩種掛面相距較遠，說明二者之間揮發(fā)性物質(zhì)存在著一定差異，這與兩種掛面的配料和加工工藝不同有關(guān)，其中，主要配料小麥粉產(chǎn)地不同可能是重要因素；而哈麥原味和哈麥玉米風味這兩種掛面雖主要原料皆為哈薩克斯坦小麥，加工工藝也均經(jīng)過高溫干蒸，但因添加了玉米粉，所以二者在縱坐標上呈分散的態(tài)勢。

(JINYUAN：哈麥原味；JINYU：哈麥玉米風味；GUO：國產(chǎn)原味)

2.2.3 三種掛面中揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜對比

哈薩克斯小麥生產(chǎn)大部分保持著原始種植方式，化肥施用量較少，其面粉的風味與國產(chǎn)小麥有差異[19]。三種掛面樣品的指紋圖譜(圖5)，顯示同一種揮發(fā)性物質(zhì)的濃度在三種掛面之間具有差異性。52個揮發(fā)物信號峰中，有20種化合物在哈麥原味掛面和哈麥玉米風味掛面中所含濃度均高于國產(chǎn)原味掛面，這些化合物可能為哈薩克斯坦小麥特有的揮發(fā)性物質(zhì)(表5)。國產(chǎn)原味掛面中也有17種特異性揮發(fā)性物質(zhì)(表6)。研究表明，高濃度戊醛引起擬谷盜屬聚集[20]，1-辛烯-3-醇可以提高大眼鋸谷盜、銹赤扁谷盜和微扁谷盜聚集效果[21]，哈麥原味掛面中1-辛烯-3醇(8、12號峰)和戊醛(30號峰)這兩類揮發(fā)性物質(zhì)可能是引誘赤擬谷盜的主要化合物[22]。

表5 哈麥掛面部分特征峰對應的化合物

表6 國產(chǎn)原味掛面部分特征峰對應的化合物

注：JINYUAN1：哈麥原味掛面；JINYU：哈麥玉米風味掛面；GUO1：國產(chǎn)原味掛面

但是，哈麥玉米風味掛面中添加了玉米粉，與哈麥原味掛面相比，該樣品中存在一些特異峰，1、2、3、8、49、50號，6種化合物濃度高于哈麥原味掛面，4、5、6、7、22、24、46、47、52號9種化合物濃度低于哈麥原味掛面，推測是這些化合物濃度的差異導致赤擬谷盜和鋸谷盜對哈麥玉米風味掛面的選擇性降低。

3 結(jié)論

本研究比較了哈麥原味、哈麥玉米風味和國產(chǎn)原味三種掛面產(chǎn)品對兩種重要次生性害蟲赤擬谷盜和鋸谷盜的感染性，并探討了三種產(chǎn)品不同感蟲性的可能原因。自然感蟲實驗和誘捕實驗結(jié)果表明，哈麥原味掛面更容易引誘赤擬谷盜和鋸谷盜，兩種害蟲對哈麥玉米風味掛面的選擇性和對國產(chǎn)原味掛面的選擇性沒有差異。揮發(fā)性物質(zhì)成分分析發(fā)現(xiàn)，三種掛面中的揮發(fā)性物質(zhì)成分有明顯差異，哈麥原味掛面中含量較高的1-辛烯-3-醇和戊醛兩種化合物可能是哈麥原味掛面感染赤擬谷盜和鋸谷盜的主要風味來源。哈麥玉米風味中由于有玉米特異的風味物質(zhì)，降低了兩種害蟲對其選擇性。掛面產(chǎn)品的配料和加工工藝的不同造成了不同產(chǎn)品揮發(fā)性物質(zhì)種類和濃度的差異，導致產(chǎn)品在儲藏和流通過程中對害蟲的感染性不同，在開放儲藏條件下，哈麥原味掛面比國產(chǎn)原味掛面易感染赤擬谷盜和鋸谷盜等害蟲，因此，與其他產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品在出廠后要采取更加有效的防蟲措施。