小麦气味中诱集赤拟谷盗的有效成分

李豫强 张红建 郑联合 张 威 毕 洁 戴 煌 肖安红

(武汉轻工大学食品科学与工程学院1，武汉 430030) (海南省粮油科学研究所2，琼海 571400) (湖北省农产品加工与转化重点实验室(武汉轻工大学)3，武汉 430030) (大宗粮油精深加工省部共建教育部重点实验室(武汉轻工大学)4，武汉 430030)

赤拟谷盗(TriboliumcastaneumHerbst)为鞘翅目,拟步甲科的昆虫，分布在中国大部分省区，世界热带与较温暖地区。它食性很杂，可危害玉米、稻谷、大米、小麦、高粱、豆类、油料、干果、药材、酒曲以及面粉、麸皮、米糠、豆饼和干鱼、干肉、皮革、蚕茧、昆虫标本等[1]。它既危害原粮，亦危害小麦粉、谷粉，主要危害面粉，其虫有臭腺分泌臭液，使面粉发生霉腥味，不堪食用,其分泌物还含有致癌物苯醌。

储粮害虫在寻找寄主植物的识别过程中，植物气味起着关键作用，主要是传递有关取食、产卵及其他行为的可行性信息。因而，根据害虫的趋味性特性，可巧妙地利用植物气味来防治害虫。不少学者也就此进行了大量研究。首先研究不同储粮害虫对食物的喜好。例如李兴奎等[2]研究表明，不同品种的碎麦中提取物对玉米象、锯谷盗、赤拟谷盗等储粮害虫均有引诱作用，鲁玉杰等[3]研究也表明碎麦、麦胚的气味对赤拟谷盗、锈赤扁谷盗、玉米象、谷蠹、书虱5种害虫有显著的引诱作用。进而对这些物料的气味成分进行分析，发现不同储粮害虫种类会受到食物中不同特殊气味成分的引诱。例如汪中明等[4]研究发现，香草醛、二氯甲烷、亚油酸、二十烷等物质的组合气味对米象有较好的诱集效果。Stubbs等[5]研究表明槐豆蒸馏物中酸性成分如醋酸、异丁酸、丁酸、а-甲基丁酸和己酸等对锯谷盗、谷象和赤拟谷盗等储粮害虫有吸引作用。蒋中柱[6]研究发现辛醛对锯谷盗、拟谷盗成虫、谷斑皮蠹具有很好的引诱作用。Willis等[7]研究证明小麦中含有大量亚油酸和油酸，亚油酸和油酸自动氧化可生成挥发性较高的戊醛，而高剂量戊醛能引起杂拟谷盗聚集。蒋兴川等[8]研究表明，玉米植物挥发物中的癸酸对玉米螟幼虫取食具有引诱活性。大米和谷物中的己酸是玉米象的主要引诱物[9]。付强[10]、孙培培等[11]研究显示小麦粉、燕麦片的挥发物中都含E-2辛烯醛；Nara[12]报道了从小麦胚油提取的挥发性成分辛酸对谷斑皮蠹有聚集作用。说明粮食中存在吸引害虫的特殊气味。

对于赤拟谷盗进行气味诱集，也有研究者进行了研究与分析。沈兆鹏[13]研究发现，槐豆、槐豆粉、小麦胚中的己酸成分是诱集赤拟谷盗的原因之一。Xie等[14]等鉴定出小麦植株中己醇对赤拟谷盗有诱集作用。曾姝静[15]的研究结果也显示己醇对赤拟谷盗具有诱集效果。李兴奎等[16]研究显示，1-辛烯-3-醇对赤拟谷盗诱集效果良好。Pierce等[17]发现从啤酒酵母里提取出的苯甲醛可诱集赤拟谷盗等害虫。董震等[18]也发现苯甲醛表现出对赤拟谷盗具有一定的引诱作用。汪中明等[19]发现，辛酸对赤拟谷盗等多种储粮害虫具有诱集作用。禹海鑫[20]研究发现赤拟谷盗取食水稻后挥发物庚醇的含量显著上升。

本研究以赤拟谷盗作为诱集对象，首先采用来源于小麦类的8种物料的气味对其进行诱集，并用FlavourSpec顶空气相色谱-离子迁移谱对这8种物料的气味成分进行测试，分析筛选出可能具有诱集作用的气味成分，并对其进行诱集效果进行验证，再进一步研究具有较好诱集效果的气味成分的复合诱集效果，从而确定可较好诱集赤拟谷盗的有效气味成分，为开发诱集赤拟谷盗的诱集剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

赤拟谷盗(TriboliumcastaneumHerbst)，本实验室在温度28 ℃、湿度75%恒温恒湿培养箱中以全麦粉与酵母比例为95∶5的饲料培养。取羽化3周有活力的成虫，饥饿处理(禁食12 h)作为实验试虫。

小麦细麸皮、小麦粗麸皮、面粉、小麦胚、整粒小麦、全麦粉。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，均为分析纯。

独立陷阱诱集装置，FlavourSpec顶空气相色谱-离子迁移谱联用仪，配CTC CombiPAL自动顶空进样装置。

1.2 实验方法

1.2.1 气味诱集赤拟谷盗效果的测定方法

采用独立陷井装置测定气味诱集赤拟谷盗的诱集效果，如图1所示。该装置在直径9 cm、深1.5 cm的一次性培养皿中间开1个直径为1 cm、深4 cm的圆洞陷阱，培养皿侧壁和陷阱内壁涂有避免试虫逃出的聚四氟乙烯。

图1 气味诱集储粮害虫的独立陷井装置示意图(单位：mm)

将物料(固体0.5 g，液体2 mL)放入陷阱，将20头禁食12 h即饥饿处理的储粮害虫在圆盘边缘释放，盖上有孔的盖子。8 h时记录被诱集进入陷阱的储粮害虫的头数。每种物料做6～8次平行，去其中6次平均值。同时做一组无物料的作为空白对照。按照公式(1)式计算诱集诱率。

(1)

1.2.2 食物挥发性气味物质成分分析检测方法

采用FlavourSpec顶空气相色谱-离子迁移谱联用仪测试。

CTC CombiPAL自动顶空进样条件：将样品放于20 mL进样瓶中，放入孵化装置中，在60 ℃、200 r/min震荡10 min孵化；在进样针温度80 ℃、进样量500 μL条件下，采用不分流模式进样，正离子模式条件下进行自动进样检测。

测试与分析：采用30 m×0.25 mm×0.5 μm石英毛细管柱色谱柱、氮气(99.999%)为载气、5 cm漂移管；在色谱柱、漂移管、IMS探测器的温度均为45 ℃条件下，以载气流速为：初始5 mL/min、3 min；然10 min内升至100 mL/min；最后4 min内升至150 mL/min后，保持1 min进行检测。检测完毕，在LAV分析软件中Reporter插件程序制作3D的GC-IMS图谱，见图2，并以气相色谱的保留时间(S)为纵坐标、以离子迁移时间(S)为横坐标将三维图谱投影为二维平面图谱，见图3。图3中RIP 峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物，颜色代表物质的浓度，颜色越深表示浓度越大，并将其放入在GC×IMS Library Search数据库进行对比，显示英文名称和CAS编号含量；再将编号通过LAV(Laboratory Analytical Viewer)软件产生每种成分的指纹图谱，见图4，并确定其相对成分含量。还可采用Dynamic PCA 插件对样品聚类分析。

图2 物料气味成分3D GC-IMS图谱

图3 物质气味成分二维GC-IMS图谱

图4 小麦麦类物质气味成分指纹图谱

2 结果与分析

2.1 小麦类物料气味诱集赤拟谷盗效果的实验结果与分析

8种小麦类的物料的气味都具有诱集赤拟谷盗的作用。从表1 可见，其诱集效果顺序为：小麦细麸皮>全麦小麦粉>小麦粉(普)>小麦粗麸皮>小麦面粉(精)>小麦胚(生)>整粒小麦>小麦胚(熟)。

表1 各种小麦类物料气味诱集赤拟谷盗的效果测定实验结果

2.2 小麦类物料气味成分的测定与分析

通过测定及相应查找，小麦类物质的气味成分共有74种，有醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、醚类、呋喃类、胺类、噻唑类、烯类、吡嗪类和酚类等十二类物质，见表2。

8种物料的气味中含有8种相同的气味有机化合物成分，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。与文献[11-20]的研究结果对比可见，文献中所提到苯甲醛、己醇、己酸、辛酸、1-辛烯-3-醇等气味成分均在表2中出现，其中苯甲醛、己醇、己酸、辛酸在8种物料相同的有机化合物成分气味中有，1-辛烯-3-醇存在于小麦胚以外的物料气味中。庚醇不存在于小麦类物质的气味成分中。

表2 小麦类物质气味成分分析结果(相对质量分数/%)

对8种物料均含有的8种气味成分进行样品的聚类分析，即特征成分对主成分的重要性分析，见图5。横坐标为主成分1，纵坐标为主成分2。#[1]、#[2]、#[3]、#[4]、#[5]、#[6]、#[7]、#[8]分别代表苯甲酸、2-庚酮、己醇；辛酸、己酸、反-2辛烯醛、笨乙烯、2-甲基丁酸分别为特征成分载荷向量。不同形状点分别代表8种样品。被圈在一起的样品，表示这些样品的聚类。小麦细麸皮、小麦粗麸皮与小麦胚(熟)聚类，小麦面粉(精)与小麦面粉(普)聚类、全麦小麦粉与整粒小麦聚类，而小麦胚(生)没有与其他样品聚类。

注：□ 小麦细麸皮；○ 全麦小麦粉；△ 小麦面粉(普)；△ 小麦粗麸皮；▲ 小麦面粉(精)；● 整粒小麦；▼小麦胚(生)；■小麦胚(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。图5 两个主成分得分和载荷

特征成分载荷向量与样品的接近程度，说明该特征成分在建立主成分模型中的重要程度，越接近样品则越具重要性。从图5可以看出，特征成分#[4]与全麦小麦粉和整粒小麦样品接近；特征成分#[7]与小麦面粉(普)和小麦面粉(精)样品接近，特征成分#[6]、#[7]、#[3]与小麦细麸皮、小麦粗麸皮和小麦胚(熟)样品接近；特征成分#[1]与小麦胚(生)样品接近；特征成分#[2]把小麦胚(生)类同小麦胚(熟)样品区分开。特征成分#[3]和与#[5]载荷向量方向与样品最接近，说明它们对建立主成分模型最具有重要性。

特征成分载荷向量在主要成分坐标轴上的投影越大，则该特征成分对主成分越具价值。相对于主成分1而言，特征成分载荷向量在坐标轴上的投影大小，即特征成分具有的价值重要性顺序为：#[8]> #[6]>#[7]> #[5]>#[4]>#[3]，#[1]、#[2]的价值较小；对于主成分2而言：#[2]> #[1]> #[3]> #[7]> #[4]，#[5]、#[6]、#[7] 的价值较小。对主成分1和2均具有价值的特征成分为：#[3]、#[4]、#[5]、#[7]。由此可知，对主成分模型具有重要价值的特征成分为#[3]、#[4]、#[5]、#[7]。

综合特征成分对建立主成分的重要性和贡献价值来看，同时具有二者的是#[3]、#[5]，即己醇和己酸。

2.3 对可能具有诱集效果的成分进行验证实验的结果与分析

将通过气味成分分析可能具有诱集效果的己醇和己酸，以及文献中所提到的可能诱集赤拟谷盗及其他储粮害虫的气味成分，进行诱集赤拟谷盗的实验验证，结果见表3。对赤拟谷盗具有一定的诱集效果依次为：2-庚酮、己酸、辛酸、己醇、E-2辛烯醛、苯甲醛、1-辛烯-3-醇。这七种气味成分在文献[11-19]中有报道。诱集效果最高的为己酸，但未能超过小麦细麸皮的诱集率，为(56.65±8.50)%。

表3 可能具有诱集赤拟谷盗气味成分诱集效果验证实验结果(诱集率/%)

2.4 具有较好效诱集效果的气味成分进行协同诱集赤拟谷盗效果的实验结果与分析

将诱集率超过45%的2-庚酮、己酸、辛酸、己醇单独及两种分别与诱集效果最好的小麦细麸皮进行复合协同诱集赤拟谷盗，实验结果见表4、表5、表6和表7。

表4 四种成分与小麦细麸皮复合诱集赤拟谷盗实验结果(诱集率/%)

表5 两种气味成分与小麦细麸皮协同增效正交实验水平因素表

表6 不同成分协同增效正交实验结果表

表7 协同增效诱集效果差异显著性分析/%

从表4可见，2-庚酮、己酸、辛酸、己醇与小麦细麸皮复合后，较单独成分诱集效果提高，但只有2-庚酮与小麦细麸皮协同后的诱集率((60.80±5.33)%)超过了小麦细麸皮诱集率((56.65±4.82)%)，效果顺序为：2-庚酮>己酸>辛酸>己醇，其中2-庚酮、辛酸、己醇与小麦细麸皮复合后的诱集率较单独成分的诱集率具有显著或十分显著的差异，见表7。说明小麦细麸皮是利用多种气味成分共同作用诱集赤拟谷盗的；这些成分是诱集赤拟谷盗的有效成分；2-庚酮是诱集赤拟谷盗重要的有效成分。

从两种成分与小麦细麸皮复合效果来看，见表5和表6，最佳方案的诱集率均高出小麦细麸皮的诱集率，具有协同增效作用，较单独成分的诱集率均具有的显著性、或十分显著、或极其显著差异(见表7)，而且较一种成分与小麦细麸皮复合效果有提高，尤其是己酸、辛酸、己醇；但含有2-庚酮的两种成分与小麦细麸皮协同，接近或略大与2-庚酮单独与小麦细麸皮的协同诱集率，增效作用提高不大，对己酸、辛酸、己醇的增效作用则提高明显。也再次说明小麦细麸皮是利用多种气味成分共同作用诱集赤拟谷盗的，通过一种和多种有效成分在小麦细麸皮中适当增加，可以提高诱集效果。也再次说明2-庚酮是诱集赤拟谷盗重要的有效成分。

3 结论

小麦类物质气味可以诱集赤拟谷盗，其中小麦细麸皮诱集效果最好，诱集率为(56.65±4.82)%。

通过对小麦类物质气味成分的分析与验证，2-庚酮、己酸、辛酸、己醇具有较好诱集赤拟谷盗效果的的气味成分。这些成分一种或两种与小麦细麸皮复合后，即适量在小麦麸皮中增加这些成分的含量，例如2-庚酮(0.4 μL/g)+小麦细麸皮(10 g)、2-庚酮(0.2 μL/g)+己酸(0.2 μL/g)+小麦细麸皮(10 g)、2-庚酮(0.2 μL/g)+辛酸(0.4 μL/g)+小麦细麸皮(10 g)、2-庚酮(0.4 μL/g)+己醇(0.2 μL/g)+小麦细麸皮和2-庚酮(0.4 μL/g)+小麦细麸皮(10 g)，诱集率分别为(60.80±5.33)%、(62.50±4.78)%、(60.83±3.43)% 和(60.83±4.83)%，可提高小麦细麸皮诱集赤拟谷盗的效果，并高于这些成分单独的诱集效果，而且较成分单独具有显著或十分显著或极其显著的差异性。