哈萨克斯坦小麦粉挂面的感虫性研究

(赵治恒 周小玲 毕 洁 文明明 汤秋玲 贺艳萍

(武汉轻工大学食品科学与工程学院1，武汉 430023)

(克明面业股份有限公司2，长沙 410000)

随着一带一路的发展，哈萨克斯坦成为了我国第四大进口小麦来源国[1]。我国进口的哈萨克斯坦小麦多为三级以上的小麦，小麦粉则是以特等粉为主。因生产和种植方式不同，故小麦中的物质成分含量也会有所差异[2]，与我国小麦相比，哈萨克斯坦小麦蛋白质和糖分含量相对较高，特别是小麦胚乳的蛋白含量占全麦蛋白的65%，比国产小麦高出20%[3]。与国内同等级小麦粉相比，哈萨克斯坦小麦粉所制成的面团吸水率比国内高出3%，且成团后弱化度小，抗阻力强，具有较好的延展性[2]。

国内部分面制品企业使用哈萨克斯坦小麦制作挂面等面制品，在包装不严密的情况下，储藏过程中易生虫。锯谷盗Oryzaephilus surinamensis、赤拟谷盗Tribolium castaneum是易感染小麦粉及面制品的次生性储粮害虫。

锯谷盗属鞘翅目中的锯谷盗科 Silvanidae，是世界上危害最严重的28种储藏物害虫之一[4]，能对多数植物性制品，如成品粮和油料的破损粒形成危害。在环境温度 30 ℃，湿度为70%的条件下，羽化5～6 d后开始交尾产卵，平均产卵量375粒/次，孵化率可达95%[5]，其种群数量的高峰期一般在6～10月[6]。赤拟谷盗属鞘翅目中的拟步甲科Tenebrionidae，是一种世界性储粮害虫[6]，同时也是危害面粉厂的重要害虫之一。由于其可分泌难闻的臭液，使被污染的面粉及面制品产生霉臭味或腥臭味，导致小麦粉及面制品结块、变色而无法食用，进而造成严重经济损失[7]。

食物中的挥发性物质是害虫寻找食物的气味来源[8]，不同食物挥发性物质不同，所以感染的害虫种类和感染害虫的能力也不同。使用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)技术分析食物中的挥发性物质，样品无需复杂的前处理过程，能较大程度的保持物料的原始风味[9]。由于其操作简便、灵敏度高、无需复杂前处理等特点，近些年已被逐渐用于食品安全检测和风味分析，如：大米霉变[10]、松茸品质[11]、食品掺假[12～13]、水果风味[14～16]等检测领域。该方法能够快速有效地分析食品中挥发性物质成分，根据这些成分可以进一步分析食品的品质或特性。

本研究通过诱捕实验比较了哈萨克斯坦小麦和国产小麦生产的挂面对锯谷盗和赤拟谷盗的感虫性差异，并采用GC-IMS技术分析了两种挂面产品中的挥发性物质成分，深入讨论了两种挂面对两种害虫感虫性差异的原因，为挂面防虫技术研究提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

锯谷盗Oryzaephilussurinamensis、赤拟谷盗Triboliumcastaneum均在武汉轻工大学粮油储藏与害虫防治实验室饲养。饲料均为全麦粉与酵母95∶5的比例均匀混合。试虫均放置在温度(28±2) ℃和湿度(70±5)%的培养箱中扩大培养3个月，取羽化后7-14 d的成虫进行实验。

1.2 样品

2019年生产的同一批次的挂面样品：哈萨克斯坦小麦粉玉米风味挂面(简称“哈麦玉米风味”)、哈萨克斯坦小麦粉经典原味挂面(简称“哈麦原味”)、国产小麦粉原味挂面(简称“国产原味”)，2020年5月5日储藏于-18 ℃冷冻室中备用。

哈麦经典原味挂面配料：小麦粉、水、淀粉、食用盐。

哈麦玉米风味挂面配料：小麦粉、水、淀粉、玉米粉(3%)、食用盐。

国产原味挂面配料：小麦粉、水。

1.3 实验仪器

自制双孔诱捕装置(所用Φ =14.2 cm培养皿和2 mL离心管均为聚乙烯透明材料)，FW80型高速万能粉碎机，Flavour Spec 型顶空气相色谱-离子迁移谱联用仪。

1.4 实验方法

1.4.1 三种挂面样品对赤拟谷盗、锯谷盗的诱集

用双孔陷阱诱捕法[17]进行诱捕实验，一个孔放置对照食物，另一个孔放置待分析的食物样品(图1)。分别将20头赤拟谷盗、锯谷盗饥饿12 h、16 h，然后将试虫在双孔诱捕装置的正中间释放，盖上盖。其中在对锯谷盗诱捕时，诱捕盘的四周需缠上封口胶，防止锯谷盗在诱捕过程中爬出。再将双孔诱捕装置放置在室温28 ℃，用纸箱遮盖，安静、黑暗环境中诱捕，8、10 h后分别记录两侧陷阱中的虫数，同一实验条件重复8次。

图1 双孔诱捕装置图

将国产原味挂面作为对照食物，分析两种害虫对哈麦原味挂面、哈麦玉米风味挂面的选择性，害虫对某一产品的选择率越大，说明该产品的感虫性越强。根据以下公式计算两种害虫对挂面的选择率：

选择率=被诱捕虫数/总虫数×100%

实验组分别为国产原味与哈麦原味、国产原味与哈麦玉米风味，样品均为0.5 g。

1.4.2 三种样品中挥发性物质分析

样品处理：三种挂面样品均用FW80型高速万能粉碎机粉碎，过80目的筛，称取0.5 g，置于20 mL的顶空瓶中， 而后在自动孵化装置中，80 ℃孵育20 min后进样。

分析条件：采用顶空气相色谱-离子迁移谱联用仪的自动顶空进样装置，分析条件参考赵莹等的方法[9]，载气为氮气，色谱柱类型OV-5 20 cm ID：40 μm。柱温：40 ℃，IMS探测器温度45 ℃，进样量500 μL，进样针温度85 ℃，孵化转速500 r/min。

1.5 数据分析及处理

挂面诱集数据经Excel 2019 汇总后，使用SPSS 19进行t-检验分析。挂面中的挥发性物质分析则采用G.A.S公司仪器配套的软件及插件对样品进行多角度的分析。

LAV(Laboratoy Analytical Viewer)用于样品的气相离子迁移谱图的数据分析与信息读取，包括对样品的谱图进行积分。

Gallery-plot插件 更为直观比较样品间差异以及不同样品中的不同组分的信号峰强度。

Reporter插件 直接对参考样品和被测样品的谱图进行对比，包括二维图和三维图。

Dynamic PCA 动态主成分分析，可基于复杂的样品信息对其进行归类。

2 结果与分析

2.1 两种害虫对不同挂面的选择性

赤拟谷盗和锯谷盗成虫饥饿12 h、诱捕8 h后，锯谷盗对哈麦原味挂面的选择性显著高于国产原味挂面(t-检验，t<0.01)，赤拟谷盗对哈麦原味挂面的选择性高于国产原味挂面，但差异不显著(t-检验，t=0.051)(表1)。两种成虫饥饿时间延长至16 h，诱捕时间延长至10 h，赤拟谷盗对哈麦原味挂面的选择性显著提高，与对照的国产原味挂面出现显著性差异(t-检验，t<0.05)(表2)。但是，延长饥饿时间和诱捕时间后，锯谷盗对哈麦原味和国产原味两种挂面的选择性差异消失(表2)。结果表明，与国产原味挂面相比，哈麦原味挂面更容易感染赤拟谷盗或者锯谷盗，感染的虫种可能与害虫的营养状态相关，饥饿的赤拟谷盗对哈麦原味挂面选择性增加，而延长饥饿时间后的锯谷盗对两种挂面的选择性没有显著差异(表1，表2)。

表1 饥饿12 h、诱捕8 h的两种害虫对哈麦原味挂面和国产原味挂面的选择率(%)

表2 饥饿16 h、诱捕10 h的两种害虫对哈麦原味挂面和国产原味挂面的选择率(%)

将哈麦玉米风味挂面和国产原味挂面进行对照，赤拟谷盗和锯谷盗成虫饥饿12 h、诱捕8 h后，两种害虫对这两种食物的选择性均没有显著差异(表3)，这可能是由于赤拟谷盗不喜食玉米粉，研究表明，用玉米粉饲养的赤拟谷盗平均产卵量为169粒，远低于全麦粉饲养的298粒[5]；并且影响其飞行能力因素的研究也证明，取食玉米粉的赤拟谷盗成虫飞行能力最弱，几近没有任何飞行活动[18]。表4表明，即使延长饥饿时间和诱捕时间，赤拟谷盗和锯谷盗对哈麦玉米风味挂面的选择性与国产原味挂面相比仍没有显著差异。说明两种害虫均不喜食玉米粉。

表3 饥饿12 h、诱捕8 h的两种害虫对哈麦玉米风味挂面和国产原味挂面的选择率(%)

表4 饥饿16 h、诱捕10 h的两种害虫对哈麦玉米风味挂面和国产原味挂面的选择率(%)

以上结果表明，三种挂面产品中，赤拟谷盗和锯谷盗对哈麦原味挂面的选择性更强，另外，我们在实验室模拟挂面的自然感虫过程，三种挂面样品各取15 g，置于敞口塑料盒中，用保鲜膜封口放置在实验室内，从2020年8月3日观察至10月8日，只有哈麦原味挂面中感染了3头锯谷盗，辅助说明了哈麦原味挂面更容易感染害虫。

2.2 三种挂面样品中的挥发性物质比较

2.2.1 三种挂面中挥发性有机物差异

用Flavour Spec型顶空气相色谱-离子迁移谱联用仪分析了哈麦原味、哈麦玉米风味和国产原味三种挂面样品的挥发性物质，得到其气相离子迁移图谱、挥发性风味物质指纹图谱、动态主成分分析图。

图2为三种挂面中的挥发性物质的三维俯视图，该谱图的离子迁移时间和反应离子峰(RIP)进行了归一化处理。整个光谱代表样品中的总挥发性物质，RIP峰右侧的每个光点代表从样本中提取的一种挥发性化合物。图2显示大部分的信号峰保留时间在50～250 s，漂移时间在1.0～1.8 s。图中的颜色表示物质的信号强度，蓝色表示强度较低，红色表示强度较高，颜色越深，浓度越高。为了更直观的观察三种挂面样品之间的差异，采用差异比较模型进行比较。选择哈麦原味挂面为参考，若挥发性化合物是一致的，则扣除后的背景为白色，红色表示该物质浓度高于参考的样品，蓝色表示该物质浓度低于参考的样品(图3)。在保留时间为50～150 s时，哈麦玉米风味挂面、国产原味挂面的挥发性物质种类比哈麦原味挂面少，且相同的物质在国产原味挂面中的浓度低于哈麦原味挂面，保留时间在100～200 s这一区间时，国产原味挂面中的挥发性物质种类明显增加。

图2 三种挂面样品的挥发性物质对比

图3 三种挂面样品的挥发性物质扣减对照图

2.2.2 三种挂面样品动态主成分分析

通过PCA分析模块将挥发性有机物的信号峰挑选出来，按照主成分的贡献率形成了直观分析图(图4)，其中PC1和PC2的贡献率之和达到了100%，表明其可以表征选取的信号峰的大部分信息。在空间分布上，国产原味挂面与哈麦的两种挂面相距较远，说明二者之间挥发性物质存在着一定差异，这与两种挂面的配料和加工工艺不同有关，其中，主要配料小麦粉产地不同可能是重要因素；而哈麦原味和哈麦玉米风味这两种挂面虽主要原料皆为哈萨克斯坦小麦，加工工艺也均经过高温干蒸，但因添加了玉米粉，所以二者在纵坐标上呈分散的态势。

(JINYUAN：哈麦原味；JINYU：哈麦玉米风味；GUO：国产原味)

2.2.3 三种挂面中挥发性物质指纹图谱对比

哈萨克斯小麦生产大部分保持着原始种植方式，化肥施用量较少，其面粉的风味与国产小麦有差异[19]。三种挂面样品的指纹图谱(图5)，显示同一种挥发性物质的浓度在三种挂面之间具有差异性。52个挥发物信号峰中，有20种化合物在哈麦原味挂面和哈麦玉米风味挂面中所含浓度均高于国产原味挂面，这些化合物可能为哈萨克斯坦小麦特有的挥发性物质(表5)。国产原味挂面中也有17种特异性挥发性物质(表6)。研究表明，高浓度戊醛引起拟谷盗属聚集[20]，1-辛烯-3-醇可以提高大眼锯谷盗、锈赤扁谷盗和微扁谷盗聚集效果[21]，哈麦原味挂面中1-辛烯-3醇(8、12号峰)和戊醛(30号峰)这两类挥发性物质可能是引诱赤拟谷盗的主要化合物[22]。

表5 哈麦挂面部分特征峰对应的化合物

表6 国产原味挂面部分特征峰对应的化合物

注：JINYUAN1：哈麦原味挂面；JINYU：哈麦玉米风味挂面；GUO1：国产原味挂面

但是，哈麦玉米风味挂面中添加了玉米粉，与哈麦原味挂面相比，该样品中存在一些特异峰，1、2、3、8、49、50号，6种化合物浓度高于哈麦原味挂面，4、5、6、7、22、24、46、47、52号9种化合物浓度低于哈麦原味挂面，推测是这些化合物浓度的差异导致赤拟谷盗和锯谷盗对哈麦玉米风味挂面的选择性降低。

3 结论

本研究比较了哈麦原味、哈麦玉米风味和国产原味三种挂面产品对两种重要次生性害虫赤拟谷盗和锯谷盗的感染性，并探讨了三种产品不同感虫性的可能原因。自然感虫实验和诱捕实验结果表明，哈麦原味挂面更容易引诱赤拟谷盗和锯谷盗，两种害虫对哈麦玉米风味挂面的选择性和对国产原味挂面的选择性没有差异。挥发性物质成分分析发现，三种挂面中的挥发性物质成分有明显差异，哈麦原味挂面中含量较高的1-辛烯-3-醇和戊醛两种化合物可能是哈麦原味挂面感染赤拟谷盗和锯谷盗的主要风味来源。哈麦玉米风味中由于有玉米特异的风味物质，降低了两种害虫对其选择性。挂面产品的配料和加工工艺的不同造成了不同产品挥发性物质种类和浓度的差异，导致产品在储藏和流通过程中对害虫的感染性不同，在开放储藏条件下，哈麦原味挂面比国产原味挂面易感染赤拟谷盗和锯谷盗等害虫，因此，与其他产品相比，该产品在出厂后要采取更加有效的防虫措施。