呂建華，黃宗文，許俊亞

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，糧食儲藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450001

小麥是全球第一大糧食作物，約40%的世界人口以其為日常食糧[1]。小麥因營養(yǎng)物質(zhì)豐富等特點，在儲藏期間極易遭受儲糧害蟲為害[2-3]。新鮮的糧食收獲后會揮發(fā)出特有的氣味，可通過感官評價對其質(zhì)量進行判斷[4]。而糧食儲藏期間會釋放出不同的揮發(fā)性化合物，除了其本身的氣味以外，還包括糧粒內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)及害蟲發(fā)生時產(chǎn)生的特征性揮發(fā)物[5]。因此，明確儲糧害蟲發(fā)生時產(chǎn)生的特征性揮發(fā)物，通過檢測儲糧環(huán)境中揮發(fā)物成分和含量的變化可及時對害蟲發(fā)生進行預(yù)報，有效實施防治[6]。近年來，固相微萃取(SPME)與氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)因具有操作簡便、無損、快速、靈敏度高等優(yōu)點，已被廣泛用于檢測儲糧環(huán)境中揮發(fā)性物質(zhì)[7-8]。

赤擬谷盜(Triboliumcastaneum(Herbst))是一種具有重大經(jīng)濟意義的世界性重要儲糧害蟲。因它適應(yīng)能力強、食性雜、喜群居、壽命長等特點，經(jīng)常在糧食儲藏及加工場所中發(fā)生，既能為害小麥、稻谷等禾本科作物收獲后的原糧，也可為害小麥粉、大米等成品糧，引起儲糧數(shù)量和質(zhì)量的嚴重損失[9-12]。Abuelnnor等[13]通過SPME與GC-MS聯(lián)用技術(shù)，從赤擬谷盜幼蟲為害小麥中檢測出1-辛烯-3-酮、苯乙醛和癸醛3種揮發(fā)性有機化合物，而在成蟲或?qū)φ諛颖局形窗l(fā)現(xiàn)。張玉榮等[14]通過頂空固相微萃取(HS-SPME)對不同儲藏時間小麥中的揮發(fā)性物質(zhì)進行提取分析，證實了小麥揮發(fā)性成分主要是羥基化合物，如烴類、醛類、醇類和酮類等。Niu等[15]利用SPME與GC-MS結(jié)合建立了小麥儲藏期與籽粒品質(zhì)、籽粒品質(zhì)與蟲害的關(guān)系。嚴松等[16]發(fā)現(xiàn)新鮮小麥主要揮發(fā)性物質(zhì)為異戊醛、己醛及壬醛3種醛類物質(zhì)；小麥霉變程度加重后檢測出1-辛烯-3-醇、2-丁基-1-辛醇、甲酸異戊酯等物質(zhì)。目前赤擬谷盜在儲糧中發(fā)生時對揮發(fā)性化合物的研究主要集中在其分泌物方面[17]，關(guān)于赤擬谷盜成蟲在小麥發(fā)生為害不同程度的環(huán)境中揮發(fā)物成分和含量變化尚未見報道。作者以不同初始蟲口密度赤擬谷盜成蟲為害后的小麥為研究對象，采用SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)研究赤擬谷盜為害儲藏小麥不同時間后環(huán)境中揮發(fā)性物質(zhì)的種類、成分及含量變化，尋找特征性揮發(fā)物質(zhì)，為小麥儲藏過程中害蟲發(fā)生早期預(yù)測預(yù)報提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

小麥：西農(nóng)9718。赤擬谷盜均在河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院培養(yǎng)室中培養(yǎng),采用全麥粉(過80目篩)與酵母質(zhì)量比9∶1為飼料人工純化飼養(yǎng)3代以上，飼養(yǎng)環(huán)境(28±2)℃，RH(75±5)%。取羽化7～14 d內(nèi)的赤擬谷盜成蟲供試。

1.2 儀器與設(shè)備

57310-U 65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭、57330-U SPME手柄：美國Supelco公司；GCMS-QP2010 Ultra氣質(zhì)聯(lián)用儀：日本島津公司；101E電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器廠。

1.3 試驗方法

選用新收獲的小麥，洗凈后烘干至水分12%～13%，密封儲存在-4 ℃冷柜中2周，備用。每次取1 kg小麥，除雜、清洗干凈后置于60 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘2 h以上，其間不斷翻動保證小麥的水分均勻且不高于13%，再調(diào)節(jié)水分含量至(13.0±0.5)%，用干凈的自封袋封好置于冰柜中冷藏至少24 h備用。選擇部分處理好的小麥樣品，經(jīng)萬能粉碎機粉碎成顆粒碎屑后轉(zhuǎn)移到4 ℃冷柜中保存?zhèn)溆谩?/p>

赤擬谷盜成蟲蟲口密度設(shè)置為0、6、12、18 頭/kg小麥。取350 g小麥(含1%粉屑麥)裝入1 L的玻璃瓶中，然后按設(shè)置的蟲口密度分別放入0、2、4、6 頭羽化2周后的成蟲(雌雄1∶1配對)，瓶口鉆取直徑8 mm的取樣口后再用橡膠塞密封，置于溫度(28±1)℃和RH(70±5)%條件下培養(yǎng)，檢測儲藏0、20、40、60 d小麥環(huán)境中的揮發(fā)物。各蟲口密度以0 h時為對照。重復(fù)3次。

在室溫下采用頂空固相微萃取提取上述小麥樣品中揮發(fā)性化合物。將已經(jīng)活化好的固相微萃取針頭通過取樣口插入樣品瓶中，與樣品瓶頂空氣體接觸，萃取60 min后將萃取針頭緩慢旋出，插入氣相色譜儀進樣口開始解析，解析時間為3 min。

1.4 揮發(fā)物鑒定方法

氣相色譜條件：采用DB-5MS UI毛細管色譜柱(0.25 mm×30.0 m×0.25 μm)。柱箱溫度60 ℃，保持3 min，以15 ℃/min升至110 ℃，保持4 min，以3 ℃/min升至170 ℃，保持5 min，以25 ℃/min升至240 ℃，保持5 min。載氣He，流量1 mL/min，柱前壓64 kPa，不分流模式，進樣口溫度260 ℃。

質(zhì)譜分析條件：接口溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃，EI離子源，電離能量70 eV，全掃描模式，掃描范圍50～550 amu，延遲時間3 min。

1.5 數(shù)據(jù)處理

樣品中各揮發(fā)性成分的定性由計算機檢索后與NIST11標準質(zhì)譜庫匹配求得，統(tǒng)計匹配度均大于80%的揮發(fā)性成分進行分析；揮發(fā)性成分定量采用峰面積歸一化法計算相對含量進行分析。采用Origin 2018、SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)作圖和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤擬谷盜為害后的小麥揮發(fā)性物質(zhì)種類及其相對含量

由圖1可知，赤擬谷盜成蟲為害初期的小麥揮發(fā)性物質(zhì)為烴類、醇類、醛類、酸類、酯類和其他物質(zhì)，為害20 d后出現(xiàn)少量酮類物質(zhì)。隨著為害時間延長，小麥揮發(fā)性物質(zhì)總含量增加，烴類物質(zhì)含量先降低后升高，酸類物質(zhì)含量先升高后降低；醇類物質(zhì)含量在第60 天時開始明顯降低；酯類物質(zhì)含量在第40天時明顯升高后逐漸降低；在第40天時，酮類物質(zhì)含量略有升高，但變化不明顯，各物質(zhì)含量的上升和下降速率隨蟲口密度的增大而加快。

2.2 赤擬谷盜為害后的小麥揮發(fā)性物質(zhì)及其相對含量

不同初始蟲口密度赤擬谷盜成蟲為害的小麥揮發(fā)性物質(zhì)及其相對含量存在差異(表1)。從表1可知，3-甲基-1,3,5-戊三醇在赤擬谷盜初始蟲口密度為18 頭/kg為害40 d和60 d的小麥樣品中檢出；正十九烷在赤擬谷盜初始蟲口密度為6 頭/kg為害20 d的小麥樣品中檢出，其含量隨為害時間的延長而增加；奈、2,5,5-三甲基-庚烷和苯乙酮分別在赤擬谷盜初始蟲口密度6、12、18 頭/kg為害60 d的小麥樣品中檢出；苯乙醛、2-正戊基呋喃和棕櫚酸異丙酯在受赤擬谷盜成蟲為害的小麥中儲藏第20 天檢出，且2-正戊基呋喃的含量隨初始蟲口密度及為害時間的增加呈升高趨勢，棕櫚酸異丙酯含量隨初始蟲口密度及為害時間的延長而呈降低趨勢；3-羥基丁醛在初始蟲口密度為6、12 頭/kg為害40 d的小麥樣品中檢出，其含量隨初始蟲口密度及為害時間的延長而降低；丙位癸內(nèi)酯在初始蟲口密度為6頭/kg為害40 d的小麥樣品中檢出，其含量隨初始蟲口密度及為害時間的延長而升高；2-甲基-1,2-二甲基丙酯丁酸在初始蟲口密度為12、18 頭/kg為害40 d的小麥樣品中檢出，其含量隨初始蟲口密度及為害時間的延長而升高。

由表1可知，隨著儲藏時間延長，未受赤擬谷盜成蟲為害的小麥中長葉烯和dl-薄荷醇含量均呈升高趨勢，受赤擬谷盜成蟲為害的小麥中長葉烯含量升高、十二烷含量降低。隨著赤擬谷盜為害加重，棕櫚酸異丙酯和2-正戊基呋喃在揮發(fā)物中被發(fā)現(xiàn)，這些物質(zhì)均為不同初始蟲口密度赤擬谷盜成蟲為害的小麥中的特征揮發(fā)性物質(zhì)。

2.3 赤擬谷盜為害后的小麥特征揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析

由表2可知，小麥揮發(fā)物中有4類物質(zhì)特征值大于1的主成分，前3個主成分的累計貢獻率達73.463%，大于70%。

表2 主成分特征值及其貢獻率

表3為前4個主成分的載荷矩陣。第1主成分與棕櫚酸異丙酯呈高度正相關(guān)，載荷值為0.920，其次是2-正戊基呋喃、苯乙醛和長葉烯，載荷值分別為0.885、0.847、0.817。第2主成分與3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙位癸內(nèi)酯、2-甲基-1,2-二甲基丙酯丁酸和苯乙酮呈正相關(guān)，載荷值分別為0.844、0.815、0.816、0.870。第3主成分與2,5,5-三甲基-庚烷呈高度正相關(guān)，載荷值為0.967。

表3 主成分載荷矩陣

固相微萃取法提取到的不同初始蟲口密度赤擬谷盜成蟲為害的小麥主要特征揮發(fā)性物質(zhì)為棕櫚酸異丙酯、2-正戊基呋喃、長葉烯、苯乙醛、丙位癸內(nèi)酯、苯乙酮、2,5,5-三甲基-庚烷。

3 討論與結(jié)論

不同植物在自然條件下會釋放出不同的揮發(fā)性物質(zhì)，且在受到害蟲取食刺激后會釋放出揮發(fā)性成分，主要是萜類、含氮和含硫類化合物[18]。頂空固相微萃取提取到的被赤擬谷盜成蟲為害后的小麥揮發(fā)性物質(zhì)為烴類、醇類、醛類、酸類、酯類和其他物質(zhì)。赤擬谷盜成蟲為害小麥20 d后出現(xiàn)少量酮類物質(zhì)，與對照組相比可能是赤擬谷盜自身產(chǎn)生的，也可能是受赤擬谷盜成蟲為害后，小麥儲藏環(huán)境變差，籽粒內(nèi)的脂肪酸代謝產(chǎn)生的。隨著為害時間延長，小麥揮發(fā)性物質(zhì)總含量增加，烴類物質(zhì)含量先降低后升高，酸類物質(zhì)含量先升高后降低；醇類物質(zhì)含量在第60天時開始明顯降低，酯類物質(zhì)含量在第40天時明顯升高后逐漸降低；酮類物質(zhì)含量略有升高，但變化不明顯，各物質(zhì)含量的上升和下降速率隨蟲口密度的增大而加快。

通過表征指標變量與各主成分間的相關(guān)系數(shù)絕對值(0.90±0.05)可以找出樣品中主要揮發(fā)性物質(zhì)[19]。本文研究結(jié)果表明，不同初始蟲口密度赤擬谷盜成蟲為害后的小麥主要特征揮發(fā)性物質(zhì)為棕櫚酸異丙酯、2-正戊基呋喃、長葉烯、苯乙醛、丙位癸內(nèi)酯、苯乙酮、2,5,5-三甲基-庚烷。這些主要特征揮發(fā)性物質(zhì)為無色或淡黃色油狀液體，具有較高的沸點，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。棕櫚酸異丙酯有微油脂味，因性能穩(wěn)定不易氧化而廣泛應(yīng)用于制藥及化妝品工業(yè)中；長葉烯是一種天然香料，可用于合成浮選劑、合成樹脂、合成香料等物質(zhì)。苯乙醛具有類似風(fēng)信子的香氣。丙位癸內(nèi)酯有強烈的椰子和桃子樣果香香氣。苯乙酮是最簡單的芳香酮，常以游離狀態(tài)存在于一些植物的香精油中。Abuelnnor等[13]通過SPME與GC-MS聯(lián)用技術(shù)，檢測出被赤擬谷盜為害的小麥所特有的揮發(fā)性物質(zhì)有苯乙醛，與本試驗主要特征揮發(fā)性物質(zhì)一致。嚴松等[16]研究發(fā)現(xiàn)小麥長期儲存霉變后檢測出1-辛烯-3-醇、2-丁基-1-辛醇、甲酸異戊酯等物質(zhì)。當在實際儲糧環(huán)境中檢測到2,5,5-三甲基-庚烷時，說明小麥中已有赤擬谷盜發(fā)生；當檢測到棕櫚酸異丙酯和2-正戊基呋喃且含量分別開始明顯降低和升高時，說明赤擬谷盜對小麥的為害逐步加重。

本文僅對不同初始蟲口密度赤擬谷盜成蟲為害小麥不同時間后儲糧環(huán)境中特征性揮發(fā)物質(zhì)變化情況進行了研究，下一步應(yīng)研究其他種類害蟲及蟲態(tài)為害小麥后儲糧環(huán)境中特征揮發(fā)性物質(zhì)以及其與害蟲為害程度的對應(yīng)關(guān)系，為進行儲糧害蟲早期發(fā)生預(yù)測提供理論依據(jù)。