大豆结构差异性研究

沙淑莉，肖霄，韩学静，周冠霖，赵荣叶，冯茵茵，李丽，卢文静，于宏伟

（河北泰斯汀检测技术服务有限公司，河北 石家庄050000）

0 引 言

大豆原产于我国，全国各地均有栽培，以东北地区最为著名。大豆含脂肪约20%，蛋白质约40%，还含有丰富的维生素，除供直接食用外，还可作酱、酱油和各种豆制产品。大豆在工业上的用途，约有500种以上，此外在药用上有自闭养心、祛风明目、清热利水、活血解毒等功效。大豆种皮光滑，有淡绿、黄、褐和黑色等多种，相关差异性研究未见报道。中红外（MIR）光谱具有方便快捷的优点广泛应用于化合物结构研究领域。本课题组采用MIR光谱（包括：一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱和四阶导数2D-MIR光谱）分别开展了黄色大豆（以下简称：黄豆）和黑色大豆（以下简称：黑豆）的结构研究，为大豆的深加工，提供了有意义的科学参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄豆（山西省吕梁市出产）、黑豆（山西省吕梁市出产）均为市售。

1.2 仪器及操作方法

傅里叶中红外光谱仪（Spectrum 100型号，美国PE公司）；ATR-FTIR变温附件及控件（Golden Gate型号，英国Specac公司）。

1.3 红外光谱数据获得

红外光谱实验以空气为背景，每次对于信号进行8次扫描累加。一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱和四阶导数MIR光谱数据的获得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作软件。

2 结果与分析

2.1 大豆的结构研究

2.1.1 大豆一维MIR光谱研究

采用一维MIR光谱开展了大豆的结构研究。大豆一维MIR光谱如图1所示。

图1 大豆一维MIR光谱（303 K）Fig.1 One-dimensional MIR spectrum of soybean(303 K)

由图1可见，首先采用一维MIR光谱开展了山西吕梁黄豆的结构研究（图1A）。其中2 925.47 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆CH2不对称伸缩振动模式（νasCH2-山西吕梁黄豆-一维）；2 855.26 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆CH2对称伸缩振动模式（νsCH2-山西吕梁黄豆-一维）；1 743.97 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆C=O伸缩振动模式（νC=O-山西吕梁黄豆-一维）；1 636.25 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆酰胺Ⅰ带（νamide-Ⅰ-山西吕梁黄豆-一维）吸收模式；1 537.76 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆酰胺Ⅱ带（νamide-Ⅱ-山西吕梁黄豆-一维）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频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆C-O伸缩振动模式（νC-O-山西吕梁黄豆-一维）。

采用一维MIR光谱继续开展了山西吕梁黑豆的结构研究（图1B）。其中2 926.39 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆CH2不对称伸缩振动模式（νasCH2-山西吕梁黑豆-一维）；2 855.88 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆CH2对称伸缩振动模式（νsCH2-山西吕梁黑豆-一维）；1 743.40 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆C=O伸缩振动模式（νC=O-山西吕梁黑豆-一维）；1 634.46 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆酰胺Ⅰ带（νamide-Ⅰ-山西吕梁黑豆-一维）吸收模式；1 541.27 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆酰胺Ⅱ带（νamide-Ⅱ-山西吕梁黑豆-一维）吸收模式；1 042.53 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆C-O伸缩振动模式（νC-O-山西吕梁黑豆-一维）。

大豆其它官能团的一维MIR光谱数据见表1。

表1 大豆的一维MIR光谱数据（303 K）Table 1 Data of one-dimensional MIR spectrum of soybean(303 K)

2.1.2大豆二阶导数MIR光谱研究

进一步采用二阶导数MIR光谱开展了大豆的结构研究。

大豆二阶导数MIR光谱如图2所示。

图2 大豆二阶导数MIR光谱（303 K）Fig.2 Second derivative MIR spectrum of soybean(303 K)

由图2可见，首先采用二阶导数MIR光谱开展了山西吕梁黄豆的结构研究（图2A）。

其中2 924.83 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆CH3不对称伸缩振动模式（νasCH3-山西吕梁黄豆-二阶导数）；

2 925.26 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆CH2不对称伸缩振动模式（νasCH2-山西吕梁黄豆-二阶导数）；

2 873.25 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆CH3对称伸缩振动模式（νasCH3-山西吕梁黄豆-二阶导数）；

2 854.00 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆CH2对称伸缩振动模式（νasCH2-山西吕梁黄豆-二阶导数）；

1 744.41 cm-1和1 724.59 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆C=O伸缩振动模式（νC=O-山西吕梁黄豆-二阶导数）；1 679.37cm-1、1 654.03 cm-1和1 629.42 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆酰胺Ⅰ带（νamide-Ⅰ-山西吕梁黄豆-二阶导数）吸收模式；

1 550.96 cm-1、1 536.78 cm-1和1 512.48 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆酰胺Ⅱ带（νamide-Ⅱ-山西吕梁黄豆-二阶导数）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频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆C-O伸缩振动模式（νC-O-山西吕梁黄豆-二阶导数）。

采用二阶导数MIR光谱继续开展了山西吕梁黑豆的结构研究（图2B）。

其中2 959.38 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑 豆CH3不 对 称 伸 缩 振 动 模 式 （νasCH3-山西吕梁黑豆-二阶导数）；

2 925.26 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆CH2不对称伸缩振动模式（νasCH2-山西吕梁黑豆-二阶导数）；

2 873.04 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆CH3对称伸缩振动模式（νasCH3-山西吕梁黑豆-二阶导数）；

2 854.26 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆CH2对称伸缩振动模式（νasCH2-山西吕梁黑豆-二阶导数）；

1 746.45和1 724.83 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆C=O伸缩振动模式（νC=O-山西吕梁黑豆-二阶导数）；

1681.58、1 660.17、1 650.17和1 631.75 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆酰胺Ⅰ带（νamide-Ⅰ-山西吕梁黑豆-二阶导数）吸收模式；

1 545.53 cm-1和1 512.08 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆酰胺Ⅱ带（νamide-Ⅱ-山西吕梁黑豆-二阶导数）吸收模式；1 074.37 cm-1和1 047.93 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆C-O伸缩振动模式（νC-O-山西吕梁黑豆-二阶导数）。

大豆其它官能团的二阶导数MIR光谱数据见表2。

表2 大豆的二阶导数MIR光谱数据（303 K）Table 2 Data of second derivative MIR spectrum of soybean(303 K)

续表

2.3 大豆四阶导数MIR光谱研究

最后采用四阶导数MIR光谱开展了大豆的结构研究。

大豆四阶导数MIR光谱如图3所示。

图3 大豆四阶导数MIR光谱（303 K）Fig.3 Fourth derivative MIR spectrum of soybean(303 K)

由图3可见，首先采用四阶导数MIR光谱开展了山西吕梁黄豆的结构研究（图3A）。

其中1 742.12和1 734.98 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆C=O伸缩振动模式（νC=O-山西吕梁黄豆-四阶导数）；

1680.85、1667.95、1659.73、1652.53和1630.53 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆酰胺Ⅰ带（νamide-Ⅰ-山西吕梁黄豆-四阶导数）吸收模式；

1 554.78、1 528.51和1 509.26 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆酰胺Ⅱ带（νamide-Ⅱ-山西吕梁黄豆-四阶导数）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频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆C-O伸缩振动模式（νC-O-山西吕梁黄豆-四阶导数）。

采用四阶导数MIR光谱继续开展了山西吕梁黑豆的结构研究（图3B）。

其中1 748.55 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆C=O伸缩振动模式（νC=O-山西吕梁黑豆-四阶导数）；

1 682.05、1 674.69、1 668.04、1 659.28和1 651.94 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黑豆酰胺Ⅰ带（νamide-Ⅰ-山西吕梁黑豆-四阶导数）吸收模式。

1 556.99、1 535.25、1 528.26和1 509.98 cm-1频率处的吸收峰是山西吕梁黄豆酰胺Ⅱ带（νamide-Ⅱ-山西吕梁黄豆-四阶导数）吸收模式。

大豆其它官能团的四阶导数MIR光谱数据见表3。

表3 大豆的四阶导数MIR光谱数据（303 K）Table 3 Data of fourth derivative MIR spectrum of soybean（303 K）

分别采用一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱及四阶导数MIR光谱开展了大豆的结构研究。实验发现：尽管黄豆和和黑豆的基本化学结构一致，但相应的MIR光谱信息存在着一定的差异性，而大豆二阶导数MIR光谱的谱图分辨能力要优于相应的一维MIR光谱及四阶导数MIR光谱。

3 结 语

大豆的红外吸收模式包括：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。大豆的二阶导数MIR光谱的谱图分辨能力优于相应的一维MIR光谱和四阶导数MIR光谱。本文为研究不同类型大豆结构建立了一个方法学，具有重要的应用研究价值。