紅外光譜和拉曼光譜法分析玉米種子的成分

1、紅外光譜和拉曼光譜法分析玉米種子的成分        【摘要】     采用傅立葉紅外光譜法（FTIR）及拉曼光譜分析了玉米種子不同部位的成分。實(shí)驗(yàn)表明，不同部位蛋白質(zhì)、脂類和碳水化合物的特征吸收峰的相對(duì)強(qiáng)弱是不同的。玉米種子的胚中這種物質(zhì)的特征吸收峰強(qiáng)度較為均勻，差別不大。胚乳中脂類特征吸收峰最強(qiáng)，顯示胚乳中脂類占據(jù)主導(dǎo)。白色的糊粉層則以碳水化合物為主。而外層黃色部位蛋白質(zhì)和碳水化合物的吸收峰較強(qiáng)，脂類的吸收峰很小。拉曼光譜分析可以看到玉米種子的類胡蘿卜素含量從黃

2、色的外層到胚逐漸降低。     【關(guān)鍵詞】  紅外光譜，拉曼光譜，玉米種子，特征吸收峰    Li ZhanLong,  Zhou Mi,  Zuo Jian,  Wang YunPeng,  Jiang YongHeng, Li ZuoeiCollge of Physics, Jilin University, Changchun 130023Abstract  The different part of corn seed was examined b

3、y Raman and IR spectra. The result of analysis showed that the relative characteristic absorption intensity of protein,  fat and carbohydrate was different in the different part of corn seed. The fat characteristic absorption peak of endosperm is the highest,  which means that the endosper

4、m mainly contains  fat.  The characteristic absorption peak intensity of protein, fat and carbohydrate is nearly same in the embryo. The white starch mainly consists of carbohydrate. The absorption peak of  protein in yellow starch is stronger than that of fat.  The Raman spectra

5、 demonstrate that the content of carotenoid decreases slowly from the yellow starch to the embryo.Keywords  Infrared spectra,   Raman spectra,  corn seed, characteristic absorption1  引  言    拉曼光譜與紅外光譜同屬分子振動(dòng)光譜，大多數(shù)是處于基態(tài)的分子振動(dòng)躍遷而產(chǎn)生。拉曼散射是光激發(fā)分子振動(dòng)躍遷之后，分子又以不同的能量散

6、射，它由分子振動(dòng)的極化率變化而引起的，典型的紅外光譜吸收振動(dòng)則由偶極距的變化而產(chǎn)生的，所發(fā)生的能級(jí)的躍遷與分子的伸縮和變角振動(dòng)有關(guān)。紅外光譜對(duì)于極性基團(tuán)靈敏，而拉曼對(duì)非極性基團(tuán)靈敏，兩者可以相互補(bǔ)充。    玉米是我國(guó)北方的主要農(nóng)作物，而玉米種子的質(zhì)量好壞直接影響到玉米的質(zhì)量和產(chǎn)量。玉米種子成分的分析方法有近紅外分析1、核磁共振、化學(xué)分析方法和紅外分析法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，本研究采用傅立葉變換紅外光譜分析了玉米種子的個(gè)部位，同時(shí)對(duì)個(gè)部位進(jìn)行了拉曼光譜的測(cè)試。2  實(shí)驗(yàn)部分  儀器    紅外光譜儀（美國(guó)Nico

7、let AUARAT360），范圍5003200 cm。在各個(gè)譜圖中1400 cm為KBr的譜線。雷尼紹Reneshaw Invia 514.5 nm拉曼光譜儀：功率20 m，鏡頭20倍，積分1次，曝光10 s，采集數(shù)據(jù)。  選擇及處理    選擇玉米品種鄭單958(遼寧省鐵嶺市鐵南種業(yè))。將玉米種子在50溫度下烘干，將其切開(kāi)，分別取其胚乳、胚、白色的糊粉層和黃色的外層，用KBr壓片，在紅外光譜儀上測(cè)量。將鄭單958玉米種子拋光，能夠看到胚、胚乳、白色的糊粉層和黃色的外層，在雷尼紹Reneshaw Invia 514.5 nm拉曼光譜儀進(jìn)行拉曼光譜測(cè)量。

8、3  結(jié)果與討論3.1  胚乳的紅外譜圖分析    圖1a為胚乳的譜線，可以看到1745 cm和2926 cm的脂類吸收峰明顯高于其它幾個(gè)特征吸收峰，為全譜中最強(qiáng)的，這說(shuō)明在胚乳中脂類占據(jù)主要成分。1465 cm是CH2的剪切變角振動(dòng)。1653 cm與1745 cm峰高之比為I1653I1745=0.7。同時(shí)，胚乳碳水化合物的10001100  cm1峰形與胚的也相差很大。3.2  胚的紅外譜圖分析    圖1b是胚的譜線，可以看到胚中蛋白質(zhì)酰胺1653 cm，脂類1745 cm，碳水化合物10

9、001100 cm的CO伸縮振動(dòng)峰，同時(shí)可以看到1558 cm 酰胺譜線。胚中譜線豐富，這可能與胚是種子的發(fā)育主體有關(guān)。胚中譜線1653 cm與1745 cm峰高之比為I1653I1745=1.1。3.3  白色的糊粉層的紅外譜圖分析圖1c為白色的糊粉層，可以看到1653 cm的酰胺CO2， 2926 cm的CH2的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)和2854 cm的對(duì)稱伸縮振動(dòng)以及1745 cmCO3的伸縮振動(dòng)是脂類特征吸收峰，10001100 cm的碳水化合物的CO振動(dòng)峰，而且碳水化合物這個(gè)峰比較強(qiáng)，說(shuō)明在白色的糊粉層中是碳水化合物為主。1653 cm與1745 cm的峰高的比值I1653I1745

10、=0.98。3.4  黃色的外層的紅外譜圖分析    圖1d為黃色的外層，其蛋白質(zhì)酰胺特征吸收線1653 cm較強(qiáng)，明顯高于1745 cm脂類特征吸收峰，說(shuō)明蛋白質(zhì)的含量高于脂類。1653cm與1745 cm峰高之比為I1653I1745=1.3。3.5  不同品種的玉米種子的蛋白質(zhì)與脂類峰高之比表1為蛋白質(zhì)與脂類峰高之比I1653I1745。黃色外層的比值全部大于1，蛋白質(zhì)含量應(yīng)高于脂類，胚乳的比值小于1，說(shuō)明胚乳中脂類高于蛋白質(zhì)。白色的糊粉層與胚的比值沒(méi)有太大的區(qū)別。表1  不同玉米種子的I1653I1745度的比值（略）

11、0;3.6  玉米種子的拉曼光譜分析    圖2中1004 cm，1524 cm，1158 cm 是類胡蘿卜素的特征峰, 同時(shí)1004 cm，1524 cm，1158 cm譜線的強(qiáng)度從外層到里層逐漸減小，胚中這條譜線強(qiáng)度已很小了，說(shuō)明類胡蘿卜素的含量從外層到里層逐漸減少。胚中可以發(fā)現(xiàn)1658 cm蛋白質(zhì)的酰胺譜線，而胚的紅外譜可以看到酰胺的1558 cm譜線，說(shuō)明胚中含有的蛋白質(zhì)高于其它的部位。實(shí)驗(yàn)沒(méi)有測(cè)試到直鏈淀粉和支鏈淀粉的拉曼特征譜線，其原因可能是樣品為混合物，純度低引起的，而類胡蘿卜素的譜線的出現(xiàn)是因?yàn)樗c514.5 nm的激發(fā)光產(chǎn)生共振拉曼4，

12、光譜強(qiáng)度很大。4  結(jié)  論    分析結(jié)果表明：胚中含有較高的蛋白質(zhì)，胚乳則是以脂類為主 ，碳水化合物則分布在整個(gè)種子的不同部位，白色的糊粉層中所含碳水化合物最多,胚乳含有的碳水化合物最少。拉曼光譜分析表明類胡蘿卜素從外層到里層是逐漸減小的。紅外光譜與拉曼光譜聯(lián)用可以分別探測(cè)不同的物質(zhì)成分，有助于全面了解混合物的成分以及它們的相對(duì)含量。    【參考文獻(xiàn)】  1 Baye T M, Pearson T C， Settles A M. Journal of Cereal Science, 2006， 3: 2362432 Han RunPing(韓潤(rùn)平)，Zou WeiHua（鄒衛(wèi)華），Zhu Lu(朱 路), Bao GaiLing(鮑改玲)，Xu QingZeng(許慶增). Spectroscopy and Spectral Analysis（光譜學(xué)與光譜分析）, 2005， 11:18023 Deng YueE(鄧月娥)