大豆結(jié)構(gòu)差異性研究

沙淑莉，肖霄，韓學(xué)靜，周冠霖，趙榮葉，馮茵茵，李麗，盧文靜，于宏偉

（河北泰斯汀檢測技術(shù)服務(wù)有限公司，河北 石家莊050000）

0 引 言

大豆原產(chǎn)于我國，全國各地均有栽培，以東北地區(qū)最為著名。大豆含脂肪約20%，蛋白質(zhì)約40%，還含有豐富的維生素，除供直接食用外，還可作醬、醬油和各種豆制產(chǎn)品。大豆在工業(yè)上的用途，約有500種以上，此外在藥用上有自閉養(yǎng)心、祛風(fēng)明目、清熱利水、活血解毒等功效。大豆種皮光滑，有淡綠、黃、褐和黑色等多種，相關(guān)差異性研究未見報道。中紅外（MIR）光譜具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于化合物結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域。本課題組采用MIR光譜（包括：一維MIR光譜、二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜和四階導(dǎo)數(shù)2D-MIR光譜）分別開展了黃色大豆（以下簡稱：黃豆）和黑色大豆（以下簡稱：黑豆）的結(jié)構(gòu)研究，為大豆的深加工，提供了有意義的科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃豆（山西省呂梁市出產(chǎn)）、黑豆（山西省呂梁市出產(chǎn)）均為市售。

1.2 儀器及操作方法

傅里葉中紅外光譜儀（Spectrum 100型號，美國PE公司）；ATR-FTIR變溫附件及控件（Golden Gate型號，英國Specac公司）。

1.3 紅外光譜數(shù)據(jù)獲得

紅外光譜實(shí)驗(yàn)以空氣為背景，每次對于信號進(jìn)行8次掃描累加。一維MIR光譜、二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜和四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)的獲得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆的結(jié)構(gòu)研究

2.1.1 大豆一維MIR光譜研究

采用一維MIR光譜開展了大豆的結(jié)構(gòu)研究。大豆一維MIR光譜如圖1所示。

圖1 大豆一維MIR光譜（303 K）Fig.1 One-dimensional MIR spectrum of soybean(303 K)

由圖1可見，首先采用一維MIR光譜開展了山西呂梁黃豆的結(jié)構(gòu)研究（圖1A）。其中2 925.47 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆CH2不對稱伸縮振動模式（νasCH2-山西呂梁黃豆-一維）；2 855.26 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆CH2對稱伸縮振動模式（νsCH2-山西呂梁黃豆-一維）；1 743.97 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆C=O伸縮振動模式（νC=O-山西呂梁黃豆-一維）；1 636.25 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆酰胺Ⅰ帶（νamide-Ⅰ-山西呂梁黃豆-一維）吸收模式；1 537.76 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆酰胺Ⅱ帶（νamide-Ⅱ-山西呂梁黃豆-一維）吸收模式；1 094.91、1 083.98、1 063.85、1 053.86、1044.47、1 034.97和999.88 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆C-O伸縮振動模式（νC-O-山西呂梁黃豆-一維）。

采用一維MIR光譜繼續(xù)開展了山西呂梁黑豆的結(jié)構(gòu)研究（圖1B）。其中2 926.39 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆CH2不對稱伸縮振動模式（νasCH2-山西呂梁黑豆-一維）；2 855.88 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆CH2對稱伸縮振動模式（νsCH2-山西呂梁黑豆-一維）；1 743.40 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆C=O伸縮振動模式（νC=O-山西呂梁黑豆-一維）；1 634.46 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆酰胺Ⅰ帶（νamide-Ⅰ-山西呂梁黑豆-一維）吸收模式；1 541.27 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆酰胺Ⅱ帶（νamide-Ⅱ-山西呂梁黑豆-一維）吸收模式；1 042.53 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆C-O伸縮振動模式（νC-O-山西呂梁黑豆-一維）。

大豆其它官能團(tuán)的一維MIR光譜數(shù)據(jù)見表1。

表1 大豆的一維MIR光譜數(shù)據(jù)（303 K）Table 1 Data of one-dimensional MIR spectrum of soybean(303 K)

2.1.2大豆二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜研究

進(jìn)一步采用二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜開展了大豆的結(jié)構(gòu)研究。

大豆二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜如圖2所示。

圖2 大豆二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜（303 K）Fig.2 Second derivative MIR spectrum of soybean(303 K)

由圖2可見，首先采用二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜開展了山西呂梁黃豆的結(jié)構(gòu)研究（圖2A）。

其中2 924.83 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆CH3不對稱伸縮振動模式（νasCH3-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

2 925.26 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆CH2不對稱伸縮振動模式（νasCH2-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

2 873.25 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆CH3對稱伸縮振動模式（νasCH3-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

2 854.00 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆CH2對稱伸縮振動模式（νasCH2-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

1 744.41 cm-1和1 724.59 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆C=O伸縮振動模式（νC=O-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）；1 679.37cm-1、1 654.03 cm-1和1 629.42 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆酰胺Ⅰ帶（νamide-Ⅰ-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）吸收模式；

1 550.96 cm-1、1 536.78 cm-1和1 512.48 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆酰胺Ⅱ帶（νamide-Ⅱ-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）吸收模式；1 096.48 cm-1、1 085.69 cm-1、1 074.62 cm-1、1 064.57 cm-1、1 054.07 cm-1、1 044.62 cm-1、1 034.05 cm-1、1 019.67 cm-1、1 010.90 cm-1和999.48 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆C-O伸縮振動模式（νC-O-山西呂梁黃豆-二階導(dǎo)數(shù)）。

采用二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜繼續(xù)開展了山西呂梁黑豆的結(jié)構(gòu)研究（圖2B）。

其中2 959.38 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑 豆CH3不 對 稱 伸 縮 振 動 模 式 （νasCH3-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

2 925.26 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆CH2不對稱伸縮振動模式（νasCH2-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

2 873.04 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆CH3對稱伸縮振動模式（νasCH3-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

2 854.26 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆CH2對稱伸縮振動模式（νasCH2-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

1 746.45和1 724.83 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆C=O伸縮振動模式（νC=O-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）；

1681.58、1 660.17、1 650.17和1 631.75 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆酰胺Ⅰ帶（νamide-Ⅰ-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）吸收模式；

1 545.53 cm-1和1 512.08 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆酰胺Ⅱ帶（νamide-Ⅱ-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）吸收模式；1 074.37 cm-1和1 047.93 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆C-O伸縮振動模式（νC-O-山西呂梁黑豆-二階導(dǎo)數(shù)）。

大豆其它官能團(tuán)的二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)見表2。

表2 大豆的二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)（303 K）Table 2 Data of second derivative MIR spectrum of soybean(303 K)

續(xù)表

2.3 大豆四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜研究

最后采用四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜開展了大豆的結(jié)構(gòu)研究。

大豆四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜如圖3所示。

圖3 大豆四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜（303 K）Fig.3 Fourth derivative MIR spectrum of soybean(303 K)

由圖3可見，首先采用四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜開展了山西呂梁黃豆的結(jié)構(gòu)研究（圖3A）。

其中1 742.12和1 734.98 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆C=O伸縮振動模式（νC=O-山西呂梁黃豆-四階導(dǎo)數(shù)）；

1680.85、1667.95、1659.73、1652.53和1630.53 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆酰胺Ⅰ帶（νamide-Ⅰ-山西呂梁黃豆-四階導(dǎo)數(shù)）吸收模式；

1 554.78、1 528.51和1 509.26 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆酰胺Ⅱ帶（νamide-Ⅱ-山西呂梁黃豆-四階導(dǎo)數(shù)）吸收模式；

1 095.13、1 085.50、1 076.12、1 063.85、1 054.35、1 044.78、1 035.23、1 027.10、1 020.46、1 010.17和999.80 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆C-O伸縮振動模式（νC-O-山西呂梁黃豆-四階導(dǎo)數(shù)）。

采用四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜繼續(xù)開展了山西呂梁黑豆的結(jié)構(gòu)研究（圖3B）。

其中1 748.55 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆C=O伸縮振動模式（νC=O-山西呂梁黑豆-四階導(dǎo)數(shù)）；

1 682.05、1 674.69、1 668.04、1 659.28和1 651.94 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黑豆酰胺Ⅰ帶（νamide-Ⅰ-山西呂梁黑豆-四階導(dǎo)數(shù)）吸收模式。

1 556.99、1 535.25、1 528.26和1 509.98 cm-1頻率處的吸收峰是山西呂梁黃豆酰胺Ⅱ帶（νamide-Ⅱ-山西呂梁黃豆-四階導(dǎo)數(shù)）吸收模式。

大豆其它官能團(tuán)的四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)見表3。

表3 大豆的四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)（303 K）Table 3 Data of fourth derivative MIR spectrum of soybean（303 K）

分別采用一維MIR光譜、二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜及四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜開展了大豆的結(jié)構(gòu)研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：盡管黃豆和和黑豆的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)一致，但相應(yīng)的MIR光譜信息存在著一定的差異性，而大豆二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜的譜圖分辨能力要優(yōu)于相應(yīng)的一維MIR光譜及四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜。

3 結(jié) 語

大豆的紅外吸收模式包括：νasCH3-大豆、νasCH2-大豆、νsCH3-大豆、νsCH2-大豆、νamide-Ⅰ-大豆、νamide-Ⅱ-大豆、νC=O-大豆和νC-O-大豆。大豆的二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜的譜圖分辨能力優(yōu)于相應(yīng)的一維MIR光譜和四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜。本文為研究不同類型大豆結(jié)構(gòu)建立了一個方法學(xué)，具有重要的應(yīng)用研究價值。