山药的三维荧光分析资料.doc

山药的三维荧光分析精品文档山药的三维荧光分析谢亚珍（江南大学 化学与材料工程学院 化学工程系 江苏 无锡 214125 ）摘 要：山药又名薯蓣、山芋等，为薯蓣科，多年生缠绕草质藤本，药食兼优。近年来，国内外研究发现，山药含有多种功能及保健成份,山药中含有淀粉、蛋白质、游氨基酸等营养成份以及多糖、尿囊素等多种活性成分，具有重要的使用价值和医学价值。亦有学者从山药中提取分离出了腺苷等多种化合物。随着时代的发展，作为一种保健食品，山药越来越受到人们的关注和重视。本实验征集不同市区八个品种的山药，它们分别是白嘴北、佛手、鸡皮桂、利川、垆铁、平遥、沙铁、太行野八个品种。实验采用荧光光谱仪测定被甲醇溶解后的八种不同种类山药的三维荧光光谱，通过对光谱的分析研究山药的相关特性以及不同种类山药所含成分的相同与不同之处。实验研究表明，沙铁的最大荧光强度最强。八种山药中所含的活性成分的量各不相同。三维荧光光谱具有高灵敏度、高选择性、高信息量、且不破坏样品结构等优点。用荧光光谱仪测量不同种类山药的的三维荧光光谱，通过光谱的分析研究山药的相关特性，方法简便可行。关键词：山药； 三维荧光光谱图； 荧光分析Three Dimensional Fuorescence Analysis of DioscoreaeXieyazhen(Dept. of Chemistry and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214000, China ;)Abstract: Dioscorea batatas also known as yam, sweet potato, etc. For dioscoreaceae, herbaceous perennial twining vine, both food and medicine are excellent. In recent years, domestic and international studies have found that yam containing a variety of functional and health ingredients, yams contain starch, protein, amino acids and other nutrients tours and a variety of active ingredients polysaccharides, allantoin, has important medical value and useful value. Some scholars yam extract isolated from a variety of compounds, such as adenosine. With the development of the times, as a healthy food, yams received more and more peoples attention. In this study, we collected eight different varieties of yam downtown, they are White mouth north, Bergamot, Chicken Gui, Icheon, Clay iron, Ping yao, Sand iron, Tai hang wild eight varieties. The three-dimensional fluorescence spectroscopy experiments using eight different types of yam fluorescence spectrometer after being dissolved in methanol, through the analysis of the spectrum of the relevant characteristics of yam and yam contain different types and are different at the same ingredients. Three-dimensional fluorescence spectroscopy with high sensitivity, high selectivity, high information content, and does not undermine the advantages of sample structure. Experimental studies have shown that the strongest maximum fluorescence intensity of all the yams is iron sand. The amount of active ingredient of eight yams are not the same in each. The three-dimensional fluorescence spectra of different types of yam are measured by fluorescence spectrometer, By analyzing spectral study the relevant characteristics of yam, the method is simple and feasible.Key words:Yam;Three-dimensional fluorescence spectra; Fluorescence analysis收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 1 前言1.1 选题背景和意义 山药为薯蓣科植物,薯蓣的干燥根茎，其味甘，性平，归脾、肾、肺经。具有益气养阴、补脾肺肾、固精止带之功效。山药自古就有重要的临床应用价值，神农本草经谓“补中，益气力，长肌肉”。本草纲目中称其有“益肾气，健脾胃”之效。现代医学研究表明，山药含有的皂甙、糖蛋白、鞣质、止权素、山药碱、胆碱、淀粉及钙、磷、铁等，具有诱生干扰素的作用，有一定的抗衰老物质基础。近些年研究又发现山药具有镇静作用，可来抗肝昏迷。 山药主产于河南省，习惯认为河南(怀庆府)所产者质最佳，故有“怀山药”之称旧。现代药理研究表明，山药对实验大鼠脾虚模型有预防和治疗作用，对离体肠管运动有双向调节作用，有助消化作用，对小鼠细胞免疫功能和体液免疫有较强的促进作用，并有降血糖、抗氧化等作用。山药多糖 、尿囊素 、黄酮 等被认为是山药的主要活性成分，虽然中国药典没有检测这些成分，但已被广泛用于评价山药的品质。随着研究的深入，山药的营养及药用价值越来越受到消费者的青睐，山药活性成分不仅受到植物生长的生态环境、栽培技术和加工条件等因素影响，而且还受不同种质资源的影响 。因此，不同品种的山药，其营养成分和药用价值也不尽相同。 本文就八种不同种类的山药进行荧光分析，比较它们的营养价值。八种山药介绍如下：(1) 白嘴北：产于安平县曹庄村，此山药富含黏液汁、胆碱、蛋白质、多酚氧化酶、维生素 C、甘露多糖、植酸、16 种氨基酸、尿囊素和 3、4二羟基苯乙胺等，(2) 佛手：产于湖北黄冈广济状似手掌或马蹄的一种山药。具有很高的药用价值。古时武穴（广济）的政府所在地是梅川，梅川自来就被称为“佛国”，佛教文化悠久，著名的四祖道信即出自此地，因此称佛手山药。(3) 鸡皮桂：鸡皮糙山药为菏泽市的农家山药品种，以肉色洁白，味甘粉足，个大质坚，在国外被视为珍品，山药富含碳水化合物和蛋白质，(4) 利川：利川山药，在利川市有 1500 多年的种植历史，地道的山珍佳肴，是来自山野的“绿色之风”，富含硒、锗等稀有微量元素，性平味甘、无副作用，是医疗上一种常用中药。(5) 垆铁：与沙铁同为铁棍山药的一种，产于焦作。与沙铁相比，垆铁生长的土质坚硬，黏性大、土质硬、生长不易。垆铁山药比较短，粗细不均匀、形状不规则、弯弯扭扭、不是很直，水分少，粘性更大一些，入水久煮后更瓷实，面软，外观上没有沙土山药好看。(6) 平遥：山西平遥是我国长山药的原产地，其地下具圆柱形肉质块茎。其块茎供食用，亦人药，性子、味甘，功能益健脾胃、补肺益肾，主治脾虚泄泻、消渴、遗精、带下等症。含有人类所需的16种氨基酸和多种矿物质。(7）沙铁：沙土铁棍山药生长在沙土地里含沙量大，水分大，故而土质疏松。沙土铁棍山药呈直径2厘米左右的准圆柱形，长度通常为60厘米至80厘米，也有极少数100厘米以上的，相对比较直一些，表皮呈土褐色，密布细毛，有紫红色不光泽斑。沙土铁棍山药水分含量稍大，口感上合营养价值上少，次于垆土铁棍山药。沙铁山药图片如图1(8) 太行野：产于太行山的野生山药。图 1.1 焦作产的铁棍山药 本实验采用三维荧光光谱测定用甲醇溶解后的山药的三维荧光光谱，可以方便快捷的判别出不同品种的山药。从三维荧光光谱可以清楚看到激发波长与发射波长变化时荧光强度的信息，它能提供更完整的光谱信息。三维荧光光谱是 20世纪 80 年代发展起来的一种新的荧光技术。以荧光强度为激发波长和发射波长的函数得到的光谱图为三维荧光光谱，也称总发光光谱，等高线光谱等。三维荧光光谱可用两种图形表示：（1）三维曲线光谱图；（2）平面显示的等强度线光谱图。 本实验研究山药的三维荧光分析，用荧光光谱仪测定不同种类山药的三维荧光光谱，通过光谱的分析研究山药的相关特性，方法简便可行。通过本次试验，可以培养独立查阅文献，进行科研的能力。1.2 实验主要技术和方法1.2.1 主要技术：三维荧光光谱技术 三维荧光光谱具有高灵敏度、高选择性、高信息量、且不破坏样品结构等优点。用荧光光谱仪测量不同生物质原料制成的生物质油的三维荧光光谱，通过光谱的分析研究生物质油的相关特性，方法简便可行。三维荧光光谱可用两种图形表示：（1）三维曲线光谱图；（2）平面显示的等强度线光谱图。从三维荧光光谱可以清楚看到激发波长与发射波长变化时荧光强度的信息。它能提供更完整的光谱信息，可作为光谱指纹技术用于环境检测盒法庭试样的判证。1.2.2 主要方法由于山药中很多活性成分溶于甲醇有机溶剂，本实验采用甲醇有机溶剂溶解山药。先选取一种山药，设定不同的搅拌温度和搅拌时间，以此为依据来考察溶解温度以及溶解时间两个因素对山药中活性物质提取的影响。选取合适的温度和时间对八种不同品种的山药进行溶解，之后进行过滤，将滤液在容量瓶中定容，稀释，在荧光光谱仪上进行荧光分析，比较它们的光谱图，得出比较结果。1.3 实验目的三维荧光光谱具有高灵敏度、高选择性、高信息量、且不破坏样品结构等优点。用荧光光谱仪测量不同种类山药的三维荧光光谱，通过光谱的分析研究山药的相关特性以及不同山药的相同与不同，方法简便可行。2 实验部分2.1实验原理2.1.1 山药的有机醇化 山药中的多糖、黄酮类物质等主要活性成分都易溶于甲醇，因此甲醇被用于山药的溶解。2.1.2 荧光分析法 荧光是由具有荧光结构的物质吸收光后产生的，其发光强度与该物质分子的吸光作用及荧光效率有关，因此荧光与物质分子的化学结构密切相关。而对发光弱的物质可以转化为强荧光物质 ，从而提高选择性和灵敏度。所以，影响物质荧光强度的因素主要有两个：一、分子结构；二、发光分子所处的环境。分子荧光光谱法具有高的灵敏度和好的选择性。一般而言，与紫外-可见分光光度法相比较，其灵敏度可高出 24 个数量级，其检测下限通常可达0.10.001 。荧光分析法的应用广泛，可测定 60 余种元素，尤其对生物大分子的检测，此外，还可作为高效液相色谱及毛细管电泳的检测器。2.2 实验材料2.2.1 化学试剂和药品 白嘴北、佛手、鸡皮桂、利川、垆铁、平遥、沙铁、太行野八个品种山药、甲醇、蒸馏水2.2.2 主要仪器 Cary Eclipse 荧光分光光度计；烧杯（50mL；电子天平；药匙；量筒 (20mL)；恒温磁力搅拌器；磁子；容量瓶 (100mL)；过滤器2.2.3 主要仪器的介绍Cary Eclipse 荧光分光光度计可选择多种操作模式：荧光、磷光、化学生物发光模式，80 点/秒的采集速率可保证得到稳定的荧光动力学数据；可捕获到每毫秒磷光信息的变化；所具有的灵敏度可方便地检测到皮摩尔荧光素的浓度，只用 0.5ml 样品就可得到一条标准曲线，节约大量样品；小巧玲珑的机型，可节约大量桌面的空间；寿命超长的光源，最大限度地提高了仪器的使用率。其工作原理是：由光源氙弧灯发出的光通过切光器使其变成断续之光以及激发光单色器变成单色光后，此光即为荧光物质的激发光，被测的荧光物质在激发光照射下所发出的荧光，经过单色器变成单色荧光后照射于测样品用的光电倍增管上，由其所发生的光电流经过放大器放大输至记录仪，激发光单色器和荧光单色器的光栅均由电动机带动的凸轮所控制，当测绘荧光发射光谱时，将激发光单色器的光栅，固定在最适当的激发光波长处，而让荧光单色器凸轮转动，将各波长的荧光强度讯号输出至记录仪上，所记录的光谱即发射光谱，简称荧光光谱。当测绘荧光激发光谱时，将荧光单色器的光栅固定在最适当的荧光波长处，只让激发光单色器懂得凸轮转动，将各波长的激发光的强度讯号输出至记录仪，所记录的光谱即激发光谱。当进行样品溶液的定量分析时，将激发光单色器固定在所选择的激发光波长处，将荧光单色器调节至所选择的荧光波长处，由记录仪得出的信号是样品溶液的荧光强度。2.3 实验方法2.3.1 实验步骤1）山药的处理 将八种不同种类的山药去皮烘干，在研钵中研成粉末，放入锥形瓶中，塞上塞子备用。2）溶液配制条件的选择 称取 1.0g 利川山药粉末于烧杯中，加入甲醇 20ml，此种溶液需配制九份，放入磁子，配制的九组相同的溶液分别在 20、30、40温度下用同一个磁力搅拌器搅拌 10min、30min、1h，搅拌条件如表2.1所示。搅拌完成后冷却过滤，取滤液于 100ml 的容量瓶中，用甲醇稀释至刻度，配制成 100ml 的溶液。然后用荧光分光光度计扫描发射，比较九组的荧光强度最大值，并记录。实验发现，九组实验的最大荧光强度都超过了最大荧光强度值，取搅拌条件为 20、10min 进行实验。3）溶液的配制 取其它 7 种不同种类的山药各 1.0g，加入甲醇 20ml，20下用磁力搅拌器进行搅拌 10min。在相同的搅拌条件下配制溶液，将配好的溶液稀释 40 倍倒入样品池中，进行三维荧光光谱的测定。2.3.2 三维荧光光谱图测定 先扫描山药的激发发射光谱，确定其激发发射波长大致范围，其所测激发发射主要测试条件设定：激发和发射波长范围，激发和发射波长，激发和发射狭缝，扫描速度等。经扫描，确定其激发波长范围为 200400nm，发射波长范围为240500nm。在此条件下，选定合适的测试条件，用 VARIAN(CARY Eclipse)荧光分光光度计测定样品的三维荧光光谱图，最后分析所得的三维荧光光谱图，得出结论。表 2.1 利川山药在不同条件下的溶解：3 结果与讨论3.1 实验结果 由荧光分光光度计测得了八种不同种类山药的三维荧光光谱图，三维荧光光谱图有两种图形表示：（1）平面显示的等强度线光谱图；（2）三维曲线光谱图。两种图形表示分别如图 3.1，图 3.2 所示 ，（a）白嘴北山药的等强度线光谱图（b）佛手山药的等强度线光谱图（c）鸡皮桂山药的等强度线光谱图（d）利川山药的等强度线光谱图（e）垆铁山药的等强度线光谱图（f）平遥山药的等强度线光谱图（g）沙铁山药的等强度线光谱图（h）太行野山药的等强度线光谱图图 3.1 八种山药的等强度线光谱图（a）白嘴北山药 （b）佛手山药的三维曲线光谱图（c）鸡皮桂山药（d）利川山药的三维曲线光谱图(e) 垆铁山药（f）平遥山药的三维曲线光谱图(g) 沙铁山药 （h）太行野山药的三维曲线光谱图图 3.2 八种山药的三维曲线光谱图3.2 实验结果分析3.2.1 不同种类山药的等强度线光谱图 图 3.1，图 3.2 均为八种山药样品的三维荧光光谱图，由样品的三维荧光光谱图的不同可以判定山药的种类。其中图 3.1 为等强度线光谱图。可以看出，在 =200nm300nm/350nm450nm 范围内，等强度线都非常密集，主峰位置都在 =260nm/389nm 处，八种山药样品的等强度线光谱图相似。但是，z 轴线对应的荧光强度强弱不同，可以以此来判定山药的种类，其中最大荧光强度由强到弱的顺序依次为沙铁鸡皮桂白嘴北太行野垆铁佛手利川平遥，分析平遥山药的等强度线光谱图片，发现在=230nm/300nm 处，等强度线比较密集，与平遥山药相比，其它品种山药在此处的等强度线要稀疏很多。通过比较八种样品的等强度线光谱图，我们可以得出：不同种类山药的等强度线光谱图是不同的，峰位置、峰形状相似，等强度线的疏密程度以及最大荧光强度有明显的差别。3.2.2 不同种类山药的三维曲线光谱图 图 3.2 的八张图中，每张图片均为其中一种山药的三维曲线光谱图。每张图片都包含三个相同位置的荧光峰，但谱峰的荧光强度各不相同。荧光强度的强弱与等强度线光谱图分析结果相同，仍然是沙铁最强。另外，佛手、鸡皮桂、利川、沙铁、太行野五种山药的荧光峰相似，主要有三个明显的谱峰，光谱图看起来比较简单。相比之下，白嘴北、垆铁、平遥三种山药的光谱图看起来则比较复杂，而且相似度不大，说明八种山药中能在常温下被甲醇溶解且是荧光物质的活性成分可能不同，且含量各不相同。4 结论 本实验采用的三维荧光光谱技术，能够有效地测出不同种类山药的三维荧光光谱，灵敏度比较高，且简便可行，通过光谱的分析对八种山药进行比较，最终得出结论：沙铁山药中活性成分含量比较高，具有很大的营养价值及药用价值。与其它山药相比，平遥山药活性成分含量较低，营养价值也相对较小。致谢 这篇论文是在范云场老师的悉心指导下完成的。感谢范云场老师，对我的毕业设计选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出了决定。范老师一直关注和指导我的整个实验，无论是实验材料的准备和实验中出现的问题，范老师都给了我很大帮助，并且为本实验提供了许多指导与建议，让我拓宽了视野，巩固和加强了专业领域的知识。此外范老师鼓励我独立思考，在实践中锻炼解决问题的能力和科研素质，他严谨的治学品质和科研态度，认真负责的精神深深感染了我，让我肃然起敬。并在以后的学习与科研中激励我不断前进。在此，向范云场老师表示深切的敬意和诚挚的感谢!最后感谢刘弘婕同学对本实验的帮助，在她的热心配合下，我的实验得以顺利进行并取得了预期的结果。如今大学四年将尽，我们即将离校，快要踏上新的征程，回顾大学四年历程，老师给予我们许多的指导和帮助。值此论文完成之际，我向所有给予我关心，鼓励和帮助的老师、同学表示最衷心的感谢！2014年6月于河南理工大学参考文献1 明李时珍本草纲目M下册，北京：人民卫生出版社.1982：l676一 l6792 袁书林. 山药的化学成分和生物活性作用研究进展J食品研究与开发，2008，29(3)：176-1793 苏敬新修本草M合肥：安徽科学技术出版社，1981：1504 许金钩，王尊本荧光分析法M北京：科学出版社，20065 Ndou TT, Warner I M. 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