红外光谱和拉曼光谱法分析玉米种子的成分

1、红外光谱和拉曼光谱法分析玉米种子的成分        【摘要】     采用傅立叶红外光谱法（FTIR）及拉曼光谱分析了玉米种子不同部位的成分。实验表明，不同部位蛋白质、脂类和碳水化合物的特征吸收峰的相对强弱是不同的。玉米种子的胚中这种物质的特征吸收峰强度较为均匀，差别不大。胚乳中脂类特征吸收峰最强，显示胚乳中脂类占据主导。白色的糊粉层则以碳水化合物为主。而外层黄色部位蛋白质和碳水化合物的吸收峰较强，脂类的吸收峰很小。拉曼光谱分析可以看到玉米种子的类胡萝卜素含量从黄

2、色的外层到胚逐渐降低。     【关键词】  红外光谱，拉曼光谱，玉米种子，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    拉曼光谱与红外光谱同属分子振动光谱，大多数是处于基态的分子振动跃迁而产生。拉曼散射是光激发分子振动跃迁之后，分子又以不同的能量散

6、射，它由分子振动的极化率变化而引起的，典型的红外光谱吸收振动则由偶极距的变化而产生的，所发生的能级的跃迁与分子的伸缩和变角振动有关。红外光谱对于极性基团灵敏，而拉曼对非极性基团灵敏，两者可以相互补充。    玉米是我国北方的主要农作物，而玉米种子的质量好坏直接影响到玉米的质量和产量。玉米种子成分的分析方法有近红外分析1、核磁共振、化学分析方法和红外分析法等。这些方法各有优缺点，本研究采用傅立叶变换红外光谱分析了玉米种子的个部位，同时对个部位进行了拉曼光谱的测试。2  实验部分  仪器    红外光谱仪（美国Nico

7、let AUARAT360），范围5003200 cm。在各个谱图中1400 cm为KBr的谱线。雷尼绍Reneshaw Invia 514.5 nm拉曼光谱仪：功率20 m，镜头20倍，积分1次，曝光10 s，采集数据。  选择及处理    选择玉米品种郑单958(辽宁省铁岭市铁南种业)。将玉米种子在50温度下烘干，将其切开，分别取其胚乳、胚、白色的糊粉层和黄色的外层，用KBr压片，在红外光谱仪上测量。将郑单958玉米种子抛光，能够看到胚、胚乳、白色的糊粉层和黄色的外层，在雷尼绍Reneshaw Invia 514.5 nm拉曼光谱仪进行拉曼光谱测量。

8、3  结果与讨论3.1  胚乳的红外谱图分析    图1a为胚乳的谱线，可以看到1745 cm和2926 cm的脂类吸收峰明显高于其它几个特征吸收峰，为全谱中最强的，这说明在胚乳中脂类占据主要成分。1465 cm是CH2的剪切变角振动。1653 cm与1745 cm峰高之比为I1653I1745=0.7。同时，胚乳碳水化合物的10001100  cm1峰形与胚的也相差很大。3.2  胚的红外谱图分析    图1b是胚的谱线，可以看到胚中蛋白质酰胺1653 cm，脂类1745 cm，碳水化合物10

9、001100 cm的CO伸缩振动峰，同时可以看到1558 cm 酰胺谱线。胚中谱线丰富，这可能与胚是种子的发育主体有关。胚中谱线1653 cm与1745 cm峰高之比为I1653I1745=1.1。3.3  白色的糊粉层的红外谱图分析图1c为白色的糊粉层，可以看到1653 cm的酰胺CO2， 2926 cm的CH2的反对称伸缩振动和2854 cm的对称伸缩振动以及1745 cmCO3的伸缩振动是脂类特征吸收峰，10001100 cm的碳水化合物的CO振动峰，而且碳水化合物这个峰比较强，说明在白色的糊粉层中是碳水化合物为主。1653 cm与1745 cm的峰高的比值I1653I1745

10、=0.98。3.4  黄色的外层的红外谱图分析    图1d为黄色的外层，其蛋白质酰胺特征吸收线1653 cm较强，明显高于1745 cm脂类特征吸收峰，说明蛋白质的含量高于脂类。1653cm与1745 cm峰高之比为I1653I1745=1.3。3.5  不同品种的玉米种子的蛋白质与脂类峰高之比表1为蛋白质与脂类峰高之比I1653I1745。黄色外层的比值全部大于1，蛋白质含量应高于脂类，胚乳的比值小于1，说明胚乳中脂类高于蛋白质。白色的糊粉层与胚的比值没有太大的区别。表1  不同玉米种子的I1653I1745度的比值（略）

11、0;3.6  玉米种子的拉曼光谱分析    图2中1004 cm，1524 cm，1158 cm 是类胡萝卜素的特征峰, 同时1004 cm，1524 cm，1158 cm谱线的强度从外层到里层逐渐减小，胚中这条谱线强度已很小了，说明类胡萝卜素的含量从外层到里层逐渐减少。胚中可以发现1658 cm蛋白质的酰胺谱线，而胚的红外谱可以看到酰胺的1558 cm谱线，说明胚中含有的蛋白质高于其它的部位。实验没有测试到直链淀粉和支链淀粉的拉曼特征谱线，其原因可能是样品为混合物，纯度低引起的，而类胡萝卜素的谱线的出现是因为它与514.5 nm的激发光产生共振拉曼4，

12、光谱强度很大。4  结  论    分析结果表明：胚中含有较高的蛋白质，胚乳则是以脂类为主 ，碳水化合物则分布在整个种子的不同部位，白色的糊粉层中所含碳水化合物最多,胚乳含有的碳水化合物最少。拉曼光谱分析表明类胡萝卜素从外层到里层是逐渐减小的。红外光谱与拉曼光谱联用可以分别探测不同的物质成分，有助于全面了解混合物的成分以及它们的相对含量。    【参考文献】  1 Baye T M, Pearson T C， Settles A M. Journal of Cereal Science, 2006， 3: 2362432 Han RunPing(韩润平)，Zou WeiHua（邹卫华），Zhu Lu(朱 路), Bao GaiLing(鲍改玲)，Xu QingZeng(许庆增). Spectroscopy and Spectral Analysis（光谱学与光谱分析）, 2005， 11:18023 Deng YueE(邓月娥)