《Journal of Stored Products Research》：Modeling and quantifying the synergistic impact of
Tribolium castaneum infestation and storage temperature on lipid deterioration in wheat flour
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本研究探究了红粉甲虫与储存温度对小麦粉脂质酸败（FAV）的协同效应，采用广义最小二乘法（GLS）模型分析发现，30℃与8头甲虫/500g组合下FAV增幅达45.09单位，为仓储害虫管理提供量化工具。
郭宁国|周科欣|黄静茹|李怡颖
河南工业大学数学与统计学院，中国河南省郑州市，450001
摘要
小麦面粉作为主要的成品谷物，在储存过程中因虫害侵袭和生化劣化而遭受严重的产后损失。本研究调查了主要次要害虫红粉甲虫（Tribolium castaneum）与储存温度对脂肪酸值（FAV）影响的综合效应。在150天的时间内，面粉样品在不同的温度（室温、15°C、25°C、30°C）下储存，并受到不同初始虫害密度（0、2、4、6、8只成虫/500克）的侵扰。结果表明，温度和虫害密度的增加显著加速了FAV的上升。为了准确分析具有异方差性的重复测量数据，我们开发了一个广义最小二乘（GLS）模型。该模型量化了温度、时间（包括其二次和周期性趋势）以及虫害密度对FAV的显著影响。模型表现优异，拟合优度较高（R2 = 0.9262），预测能力也很强（RPD = 4.44）。值得注意的是，在30°C和8只成虫/500克的条件下，FAV平均增加了45.09个单位，与基线条件（0只成虫，15°C）相比。本研究提供了一种新的定量预测工具，将害虫生态学与质量监测联系起来，为优化综合害虫管理（IPM）策略提供了关键的基于数据的见解，并有助于在散装面粉储存中做出基于风险的决策，从而减少经济损失。
引言
储存过程中的产后损失对全球粮食安全构成了重大威胁，其中虫害侵袭和相关质量劣化是主要因素（Hallman和Denlinger，1998年）。小麦面粉作为一种成品谷物，由于其保护性外层缺失和较大的表面积，更容易受到氧气、水分和害虫的影响。小麦面粉释放的挥发物会吸引害虫1；例如，小麦胚芽的挥发物对红粉甲虫Tribolium castaneum具有显著的吸引力（Gao等人，2024年；Huang等人，2022年；Phillips等人，1993年）。T.castaneum的侵扰不仅会导致直接损失，还会引起全面的质量下降，包括脂肪酸值（FAV）升高、水分增加和微生物污染（Stathas等人，2023年）。最新证据表明，T.castaneum的侵扰会直接且显著地提高储存小麦面粉中的FAV，而FAV是脂质酸败的关键化学指标（Badran等人，2025年）。
大量研究探讨了小麦面粉储存的各个方面。研究分析了T.castaneum的繁殖情况（Gao，2022年）以及虫害密度对储存面粉微环境的影响2（Wang等人，2021年）。在无虫害的情况下，研究重点关注了非生物因素，发现脂肪酸值（FAV）作为脂质水解和酸败的关键指标，受到多种因素的影响，不良储存条件会加速其升高（Wang等人，2010年；Yang等人，2022年）。其他研究基于温度、时间和湿度建立了FAV的回归模型（Gao等人，2022年；Wang等人，2010年）。
然而，关于害虫种群动态的研究与仅关注影响面粉质量的非生物因素的研究之间存在一个关键差距。大多数现有研究要么研究了T.castaneum对储存环境的影响，要么在没有害虫侵扰的不同储存条件下检测了质量变化。真正将害虫生态学与实时物理化学质量劣化定量联系起来的综合性研究仍然很少。此外，这些研究通常采用的统计方法无法考虑纵向储存数据中的重复测量特性和异方差性，可能导致估计偏差和预测精度降低（Demidenko，2013年；Zhang等人，2021年）。
本研究旨在通过开发一个预测模型来填补这一空白，该模型明确地将T.castaneum种群密度与储存温度下的关键化学指标——脂肪酸值（FAV）联系起来。我们采用了广义最小二乘（GLS）建模方法，该方法特别适用于处理相关数据和非恒定方差。研究目标包括：（1）量化温度和虫害密度对FAV升高速率的单独和交互效应；（2）开发并验证一个用于预测FAV动态的稳健统计模型；（3）将模型结果转化为改进储存产品保护策略的实际建议。这项工作为综合害虫管理和面粉储存物流中的基于证据的决策提供了新的定量框架。
实验材料
小麦面粉：由河南省某农场的小麦通过实验室碾磨制成。初始指标见表1。
Tribolium castaneum：成虫来自河南工业大学食品科学与工程学院的昆虫饲养实验室。这些昆虫在受控条件下（27 ± 2°C，70 ± 5%相对湿度）饲养了几代。在显微镜下鉴定性别并分离后，继续饲养至羽化后两周使用。
脂肪酸值的描述性趋势
如图1所示，所有实验处理中脂肪酸值（FAV）随储存时间的延长而持续上升。FAV的积累速率在30°C时最快，在15°C时最慢（GB/T 1335-2021，2021）。在25°C及以上的储存温度下，观察到T.castaneum密度与FAV增加之间存在明显的正相关关系（Ye等人，2004年），且不同密度水平之间的差异随时间变得更加明显。箱线图分析显示了这一趋势。
协同效应的定量解释
本研究的主要贡献在于将实验数据转化为一个定量的决策支持框架。所开发的GLS模型超越了描述性统计，提供了改进储存产品保护策略的可行见解。参数估计明确指出储存温度是主要的非生物驱动因素，30°C下的效应大小明显大于较低温度（表4）。这与基本原理完全一致。
结论
本研究通过先进的统计建模成功地将害虫生态学与食品化学相结合，量化了储存小麦面粉的变质情况。通过采用广义最小二乘（GLS）方法处理异方差和自相关的纵向数据，我们开发了一个稳健的预测模型（模型4）。该模型明确表明：
(ⅰ)储存温度是控制脂肪酸值（FAV）增加的主要因素，FAV是脂质酸败的关键指标。
(ⅱ)CRediT作者贡献声明
郭宁国：撰写——初稿。周科欣：数据整理。黄静茹：数据整理。李怡颖：数据整理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
