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固相微萃取与气质联用检测储粮及储粮害虫挥发性化合物的研究

牛永浩  
【摘要】:储粮害虫侵害储存粮食引起粮食品质变差,质量下降甚至于不能食用是一个世界性的普遍问题。如何检测粮食在存储或者运输过程中是否被害虫侵染是一项艰巨的任务。本文研究了储粮和储粮害虫的挥发性化合物,试图通过分析储粮挥发性化合物的变化来诊断储粮是否被害虫侵染。谷蠹(Rhizopertha dominica Fbricius)和赤拟谷盗(Tribolium castaneum Herbst)是两种非常重要的世界性仓储害虫。小麦和面粉作为人类最主要的储粮之一,其存储期间的质量安全也受到很大的关注。本研究以小麦、面粉、谷蠹、赤拟谷盗、被谷蠹侵染的小麦以及被赤拟谷盗侵染的面粉作为研究对象,利用顶空固相微萃取(HS-SPME)与气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析了它们各自的挥发性化合物。主要研究结果如下:1.优化了顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术,确定了储粮和储粮害虫的样品制备方法以及分析方法。结果表明:在使用50/30 μm PDMS/CAR/DVB固相微萃取纤维膜,储粮样品密封时间为24 h,固相微萃取纤维膜提取时间为4 h,气相色谱进样口解吸时间为5 min,采用升温程序和非极性色谱柱的情况下,可以得到大部分储粮及储粮害虫的挥发性化合物。2.采用优化后的检测技术,分别分析了小麦、谷蠹以及被谷蠹侵染小麦的挥发性化合物。通过分析,确定顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术可以作为诊断小麦是否被谷蠹侵染的检测方法。研究发现,有两种化合物—环戊烷酸戊酯和2-噻吩羧酸辛基酯只能在谷蠹和被谷蠹侵染的小麦中检测到,而在健康小麦中没有这两种物质。因此,这两种化合物可以作为判断小麦是否被谷蠹侵染的依据。3.分别使用极性色谱柱和非极性色谱柱,检测了小麦、谷蠹以及被谷蠹侵染小麦的挥发性化合物。从小麦、谷蠹和被谷蠹侵染小麦中共检测出化合物数量分别为41、20和46种。这三种样品中大多数挥发性物质属于羰基化合物,比如醛类、酮类、醇类以及另外一些种类的化合物。许多化合物是非极性化合物,包括庚烷、2-噻吩羧酸、辛基酯和3-甲基-2-丁醇。同时也检测到了一些极性化合物,比如丙酮、戊醇和正己醇等等,但是样品中极性物质的含量相对于非极性物质偏少。4.采用了优化后的检测技术,分别分析了面粉、赤拟谷盗以及被赤拟谷盗侵染面粉的挥发性化合物。结果发现,面粉和被赤拟谷盗侵染的面粉挥发性化合物变化不大。赤拟谷盗中含有的典型挥发性化合物如2-甲基-对苯醌、1-十六烯和4-乙基-1,3-苯二酚等物质不能在被赤拟谷盗侵染的面粉中检测到。这说明了在赤拟谷盗侵染面粉初期,对面粉的挥发性化合物影响不明显。因此,不能根据检测面粉挥发性化合物来确定面粉是否受到赤拟谷盗侵染。5.使用极性色谱柱和非极性色谱柱,总共从面粉、赤拟谷盗以及被赤拟谷盗侵染的面粉中检测到的挥发性化合物分别为43、41和54种。两种不同极性的色谱柱均可以检测到三种样品中的大多数重要的挥发性化合物,比如都可以在面粉中检测到已烷、戊醇、己醛和右旋柠檬烯,在赤拟谷盗中检测到1-十三烯、1-十五烯、4-乙基-1,3-苯二酚和(Z)-6-十五碳烯-1-醇,在被赤拟谷盗侵染的面粉中检测到己烷、戊醇、己醛、右旋柠檬烯、1-戊醇。同时,也有一些化合物仅可以被极性色谱柱或者非极性色谱柱分离出来,如面粉中的辛烷、丙酮和1-己醇仅由极性柱子检测到;赤拟谷盗中的2-甲基对苯醌和2-甲基-1,3-二羟基苯仅由非极性色谱柱检测到;被赤拟谷盗侵染的面粉中的1-戊醇和己酸仅由极性柱子检测到。本实验优化了顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术,明确了小麦、面粉、谷蠹、赤拟谷盗、被谷蠹侵染小麦以及被赤拟谷盗侵染面粉的挥发性化合物,探索了顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术作为诊断储粮是否被害虫侵染的新方法,为进一步研究储粮害虫与储粮之间相互通讯的化学机制提供了科学依据。


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