Green Disinfestation Strategies for Different Stored Grains: Microwave, Infrared and Ultrasound Inactivation of the Red Flour Beetle (Tribolium castaneum Herbst)
本研究表明，微波、红外线和超声波处理作为控制多种储粮中赤拟谷盗的有效且无残留的化学熏蒸剂替代方案，其效能显著取决于处理参数及每种谷物类型的特定理化性质。
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每年，都有一个无形的窃贼在偷取全世界的粮食。早在谷粒或小扁豆进入厨房之前，它们就极易受到生活并繁殖在储存粮食内部的昆虫的侵害。在这些害虫中，最顽固的之一便是红粉虫，这种微小的昆虫在仓库和粮仓中茁壮成长，通过吞食谷物并留下废弃物，从而破坏食物的味道、气味和安全性。几十年来，对抗这些害虫的标准防御手段是化学熏蒸，即用充满毒性气体的过程来填充储存区域以杀死昆虫。然而，这种方法正变得不再可行。许多昆虫种群已经对这些化学物质产生了抗药性，且残留物会对人类健康和国际贸易构成风险。随着世界寻求更安全、更清洁的粮食保护方式，科学家们正转向利用物理力量——热量和声音——在不使用毒药的情况下完成这项工作。
在最近的一项研究中，研究人员开始测试三种针对红粉虫的特定物理方法，涵盖了五种不同类型的储存谷物：小麦、布尔古尔麦（bulgur）、荞麦、小扁豆和鹰嘴豆。这支位于加齐安泰普大学（Gaziantep University）的研究团队希望测试他们是否能利用微波、红外线和超声波杀死这些甲虫，同时确保谷物本身可以安全食用。他们不仅观察了昆虫是否死亡，还仔细测量了这些处理方式如何改变谷物的水分、颜色和温度。其目标是找到一个平衡点：既能消除害虫，又能保持食品的高品质。
测试的第一种方法是微波。这项技术通过使谷物和昆虫内部的水分子快速振动，从而由内而外地产生热量。研究人员将含有甲虫的谷物样本暴露在不同功率（从360到900瓦）的微波能量下，持续时间为10到40秒不等。结果非常迅速。在最高功率设置下，甲虫在30到40秒内便完全死亡。产生的热量非常剧烈，在某些情况下使谷物温度上升了高达90摄氏度。虽然这种快速加热在杀死昆虫方面非常有效，但也导致谷物流失了一些水分。研究人员发现，谷物暴露时间越长、功率越高，谷物就会变得越干燥。尽管存在这种干燥效应，但谷物的视觉外观变化很小，这表明食物对于消费者来说仍具有良好的观感。
第二种方法涉及红外辐射，其加热物体表面的方式非常类似于阳光温暖皮肤。在这部分研究中，谷物样本被放置在红外加热器下，暴露在50、70和90摄氏度的温度下，持续时间为3到5分钟不等。与通过快速加热谷物内部的微波不同，红外加热法更逐渐地温暖表面。甲虫的死亡率很大程度上取决于暴露时的温度和时长。在90摄氏度下，昆虫在约四分钟后被完全消灭。这种方法也使谷物变干，但研究人员观察到，食物的颜色保持得非常稳定。即使在甲虫死亡后，谷物也没有变褐或看起来烧焦。这表明红外加热可以作为一种温和的方式，用于对外观敏感的谷物进行除虫。
第三种方法是超声波，它利用高频声波产生机械应力和微小气泡，从而破坏活体细胞。研究人员将谷物和甲虫放入密封袋中，然后将其浸入50、70和90摄氏度的超声波浴中。这个过程比其他两种方法要慢得多，需要10到30分钟的暴露时间。在50摄氏度的较低温度下，仅靠超声波不足以杀死甲虫，即使经过很长时间也是如此。然而，当温度升高到70或90摄氏度时，声音与热量的结合变得致命，在20到30分钟内杀死了所有昆虫。这种方法的优势在于它对谷物本身造成的改变最小。处理后谷物的含水量和颜色都非常接近其原始状态，这使得它成为一种极具前景的选择，前提是该过程能够实现大规模应用的快速化。
该研究的一个关键发现是，并非所有的谷物对这些处理方式的反应都相同。谷物的物理结构至关重要。像荞麦和小扁豆这样较小、较轻的谷物能更有效地吸收来自微波和红外加热器的能量，从而实现更快的加热和更迅速的昆虫死亡。相比之下，像小麦和鹰嘴豆这样密度较大的谷物则需要更长的暴露时间才能达到相同的致死温度。这种差异凸显了单一的设置无法适用于每种类型的食物；处理过程必须根据所保护的特定谷物进行定制。
研究人员还分析了处理条件与结果之间的关系。他们发现，对于微波和红外热处理而言，达到的温度和暴露持续时间是杀死甲虫最关键的因素。谷物升温程度与死亡昆虫数量之间存在明确的联系。研究还证实，虽然这些物理方法很有效，但它们确实会对谷物产生轻微改变。微波和红外热都会降低含水量，这可能会影响谷物随后的储存或加工。然而，所有方法的颜色变化都很小，这意味着食物看起来不会变质或失去吸引力。
最终，这项研究证明，无需使用化学毒药即可消除红粉虫是可行的。测试的三种方法各具优劣。微波速度最快，能在数秒内杀死昆虫，但存在快速干燥的风险；红外热提供了一种更均匀的加热方式，能保持谷物的外观，但需要几分钟的暴露时间；超声波对谷物品质的影响最轻微，但耗时最长，且需要高温才能生效。研究人员得出结论，这些技术是化学熏蒸的可行替代方案，但其成功取决于针对每种特定谷物精确调整设置。通过将合适的物理力量与合适的食物相匹配，或许可以在保护世界粮食供应免受害虫侵害的同时，保持食物的安全、清洁且无化学残留。
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