FTIR光学信息研究PLD蛋白分子冻干胁迫下的二级结构变化

通过FTIR光学信息研究液态和固态磷脂酶D的二级结构,结果表明FTIR光学信息是一种有效的蛋白质分子二级结构研究方法。FTIR的光学信息分析表明冻干胁迫下,磷脂酶D的FTIR光学信息及二级结构发生较大变化。在磷脂酶D活性构象时的pH冻干使磷脂酶Dα螺旋大大下降,无规卷曲大大上升,β折叠几乎没有变化,说明PLD蛋白质分子空间有序构象解体严重。功能性试验表明,磷脂酶D二级结构的变化直接导致了其活性发生很大变化。     

五种杂交玉米籽粒品质的FTIR光谱研究

为了研究傅里叶变换红外光谱在杂交玉米品质评定上的可行性,使用傅里叶变换红外光谱仪获得五种杂交玉米籽粒的光谱。1 776～952 cm-1范围内的光谱主要由蛋白质、淀粉和油脂的红外吸收带组成,淀粉的吸收带较为强烈,蛋白质和油脂的吸收带稍弱。该范围光谱中特征吸收带相互重叠,导致一些重要信息被掩盖。通过对1 776～952 cm-1范围内的红外光谱进行曲线拟合分析,发现1 051和1 548 cm-1吸收子峰的面积在1 776～952 cm-1范围内吸收带总面积中占的百分比与玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量存在着线性关系。研究结果显示傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用以分析杂交玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量,为玉米品质的快速评定提供一种方法。     

应用FTIR研究超声对牛血清白蛋白二级结构的影响

应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合荧光光谱研究了牛血清白蛋白(BSA)在超声作用下的结构变化。荧光光谱表明,超声作用使BSA溶液荧光光谱最大发射峰发生了蓝移,表明超声改变了BSA中色氨酸(Trp)残基环境;荧光强度的降低表明超声改变了蛋白质分子的构象,具有荧光猝灭效应。采用对BSA红外光谱酰胺Ⅰ带进行曲线拟合的方法,定量分析了不同超声功率、时间对BSA二级结构的影响,发现超声作用对BSA中的α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲的相对含量有不同程度的影响;超声作用具有使BSA的二级结构由α-螺旋向β-折叠、β-转角转化的趋势,而无规则卷曲含量则基本不受超声影响而保持相对稳定。     

岩藻多糖酶的FTIR光谱研究

通过海洋真菌LD8固态发酵获得岩藻多糖的粗蛋白,并进一步采用柠檬酸缓冲液浸提、丙酮沉淀和葡聚糖凝胶G-100层析,分离纯化至单一组分;利用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及曲线拟合等技术研究了岩藻多糖酶的二级结构组成,增强因子为2.2,半峰宽为20.2 cm-1;为提高分析测定的准确性,对酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅲ带分别进行拟合归属。结果表明：根据酰胺Ⅰ带所获得的二级结构,α-螺旋占11.5%,β-折叠为58.6%,无规卷曲14.5%,β-转角15.9%;酰胺Ⅲ带所得二级结构,α-螺旋含12%,β-折叠含57.3%,无规卷曲含14.5%,β-转角含16.3%。因此可见,酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅲ带所对二级结构的分析是十分吻合的。在室温下,岩藻多糖酶的二级结构以β-折叠的含量占优势,约占58%,β-转角和无规卷曲次之,各占15%左右,α-螺旋含量较低,仅占12%。     

Micro—FTIR法研究肺癌细胞组织内蛋白质二级结构

采用Ｍｉｃｒｏ－ＦＴＩＲ法研究了不同程度的肺癌细胞组织内蛋白质二级结构的变化，获得了肺癌的恶性程度与表征蛋白质二级结构的ａ螺旋与β折叠两者之比值的关系。     

胆结石中蛋白质的傅里叶变换红外光谱和表面增强拉曼光谱研究

用氯仿、乙醚、乙醇和盐酸等溶剂溶解一组人体胆结石，获取难溶物；用傅里叶变换红外光谱和表面增强拉曼光谱对难溶剩余物进行研究。结果显示，结石难溶物主要由胆红素盐和蛋白质组成，结石中的蛋白质的二级结构以α螺旋和无规卷曲构象为主，其中α螺旋构象成分较多。讨论了蛋白质在胆结石形成中的作用。     

Micro－FTIR法研究肺癌细胞组织内蛋白质二级结构

采用Ｍｉｃｒｏ－ＦＴＩＲ法研究了不同程度的肺癌细胞组织内蛋白质二级结构的变化，获得了肺癌的恶性程度与表征蛋白质二级结构的α螺旋与β折叠两者之比值的关系。     

FT-Raman光谱对蛋白质二级结构的定量分析

采用ＦＴ－Ｒａｍａｎ光谱仪对蛋白质样品进行了多次扫描,以去卷积谱,二阶及四阶导数谱为参考确定各子峰峰位。采用酰胺Ｉ带的原始谱图作曲线拟合,并以子峰面积表征对应二级结构含量。用所建立的方法 研究了多种蛋白质二级结构,与其他测试方法相比得到基本一致的结果。     

叶片衰老影响木兰科植物聚类的FTIR研究

傅里叶变换红外光谱(FTIR)结合聚类分析技术应用于木兰科植物不同亚族分类,研究了叶片衰老对聚类分析效果的影响。测试了木兰科三个亚族14种植物的幼叶、成叶、老黄叶红外光谱,结果显示三个亚族植物叶片红外光谱差异不大;同种植物叶片不同生长期的红外光谱吸收峰位置基本一致,但一些特征峰的峰强有变化;用1 800～700 cm-1范围二阶导数光谱结合聚类分析,发现成叶二阶导数光谱聚类分析能够正确对样品分类,幼叶和老黄叶二阶导数谱聚类分析效果不如成叶,说明叶片衰老过程化学成分变化影响聚类分析效果,聚类分析时取成叶样品为好。     

FTIR结合曲线拟合分析用于普洱熟茶陈化过程的研究

为了研究陈化时间对普洱熟茶所含化学成分的影响,分析了同一品种普洱熟茶在不同陈化时间的傅里叶变换红外光谱,光谱初步显示不同陈化时间的普洱熟茶的化学成分存在差异。茶叶是一个复杂的体系,其红外光谱由所含成分的特征吸收带叠加而成。为了深入探索发生变化的特征带,对光谱中的1 900～900 cm-1吸收带进行傅里叶自去卷积,确定该范围内叠加子峰的个数和预估波数位置,然后进行曲线拟合分析。通过曲线拟合分析确定不同陈化时间普洱熟茶红外光谱中的蛋白质、茶多酚、果胶和多聚糖的子峰位置。蛋白质的特征吸收酰胺Ⅱ带子峰出现在1 520 cm-1,茶多酚和果胶吸收子峰分别出现在1 278和1 103 cm-1,葡甘露聚糖和阿拉伯聚糖的吸收子峰波数是1 063和1 037 cm-1,分别利用这些子峰面积和叠加带面积的比例间接反映蛋白质、茶多酚、果胶和多聚糖的含量在陈化过程中的变化情况。曲线拟合结果显示,随着陈化时间的增加,茶叶中的酰胺Ⅱ带子峰面积比例先增大后减小,同时茶多酚和果胶类物质含量比例减少,可溶性多聚糖类物质含量比例增加。这解释了普洱熟茶随着陈化时间增加其苦涩味减弱,口感上出现甜味的原因。研究表明傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析能反映普洱熟茶陈化过程中化学成分的变化,为其品质的评定提供有效依据。     

农作物锈病叶傅里叶变换红外光谱检测方法研究

在农作物生产中,不合理使用化学农药来防治植物病害的现象普遍存在,严重影响产品品质及食用安全,快速鉴别植物病害并采取合理的防治措施对提高农作物品质具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、二阶导数红外光谱（SD-IR）及二维相关红外光谱（2D-IR））对蚕豆、玉米、葱和蒜正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位进行了研究。结果显示,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的光谱吸收峰强度和形状存在微小差异。原始光谱中正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的几个吸收强度比存在差异,蚕豆的正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收强度比A_{1 410}/A_{1 646}分别为0.698,0.624和0.616,A_{2 926}/A_{1 646}相应比值分别为0.665,0.638和0.552;玉米的相应比值A_{1 649}/A_{1 055}分别为0.813,0.696,0.691,A_{1 382}/A_{1 055}相应比值分别为0.552,0.478和0.465,A_{2 926}/A_{1 055}相应比值分别为0.574,0.467和0.469;葱的相应比值A_{1 382}/A_{1 061}分别为0.843,0.821和0.704,A_{2 923}/A_{1 061}相应比值分别为0.707,0.680和0.489;以上锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位的几个峰强比均比正常叶小。二阶导数红外光谱在1 800～800 cm-1范围内,正常叶、病斑附近绿色部位及锈病叶病斑处的吸收峰的形状及强度显示明显差异。二维相关红外光谱显示,正常叶、锈病叶病斑处及病斑附近绿色部位在860～1 690 cm-1范围内自动峰和交叉峰的位置、数目及强度存在显著差异。蚕豆正常叶出现4个强自动峰,2组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现5个强自动峰,4组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现2个最强自动峰和5个中强自动峰,5组强正交叉峰;蚕豆锈病叶病斑处自动峰强度最强,而正常叶的各个自动峰的强度最低。玉米正常叶出现9个强自动峰,12组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现11个强自动峰,3组最强的正交叉峰和11组中强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,3组强正交叉峰;蒜正常叶出现9个强自动峰,8组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现2个最强自动峰和9个次强自动峰,10组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现6个强自动峰,1组强正交叉峰;玉米和蒜病斑附近绿色部位的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰和交叉峰强度最弱。葱正常叶出现9个强自动峰,5组强的正交叉峰;病斑附近绿色部位出现8个强自动峰,3组强正交叉峰;锈病叶病斑处出现3个强自动峰,无正交叉峰出现。葱正常叶的各个自动峰的强度最强,而锈病叶病斑处自动峰强度最弱。结果表明,利用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱能简单、快速地鉴别研究农作物锈病叶,有望为农作物病害提供一种光谱检测方法。     

基于近红外光谱技术的小麦条锈病和叶锈病的早期诊断

为实现小麦条锈病和叶锈病的早期诊断,利用近红外光谱技术结合定性偏最小二乘法(DPLS)建立了一种鉴别这两种病害的方法。试验将150片小麦叶片(健康叶片、条锈病潜育叶片、条锈病发病叶片、叶锈病潜育叶片、叶锈病发病叶片各30片)分为5类,扫描获得近红外光谱,建立小麦叶片DPLS近红外光谱鉴别模型。原始光谱数据经二阶导数处理后,在4 000～8 000 cm-1范围内,当利用不同建模比建模时,建模集的平均识别率为96.56％,检验集的平均识别率为91.85％,证明了模型的稳定性。当建模比为2∶1、主成分数为10时,模型识别效果较好,建模集的识别准确率为97.00%,检验集的识别准确率为96.00%。表明应用近红外光谱技术建立的小麦条锈病和叶锈病早期诊断的定性鉴别方法是可行的。     

FTIR光谱法与奶粉的品质分析

采用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）获得了11种奶粉产品的红外光谱。奶粉中的主要营养成分在红外光谱中具有明显的指纹特征。同一生产厂家不同品牌的奶粉,其脂肪、蛋白质和碳水化合物的相对比例在红外光谱上差异性较显著,不同厂家相同类别的奶粉既有一定的一致性,在添加辅料的类型和用量上又有所不同。奶粉中脂肪含量高的谱图在1747cm^-1附近的C-O吸收峰和2926cm^-1附近的CH2吸收峰很强;蛋白质高的奶粉所对应的酰胺Ⅰ带的C=O吸收峰（1650cm^-1）和酰胺Ⅱ带的N—H及C-N吸收峰（1540cm^-1）强度较大;奶粉中碳水化合物所对应的C-O伸缩振动峰和环的振动峰在1150～900cm^-1范围内较显著。麦芽糊精、蔗糖和乳糖这三种常用辅料同样具有明显的指纹特征。该方法可简便、快速、直观地评价奶粉品质的优劣。     

FTIR光谱法与燕窝的品质分析

直接采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)获得了30种干燕窝产品的红外光谱图.结果显示,这些谱图与天然燕窝的红外光谱图均有不同程度的差异,主要表现在蛋白质、氨基酸(1 634,1 535 cm-1)和多糖(1 034cm-1)等主要营养成分的吸收峰;在干燕窝的谱图中,亚甲基的吸收峰(2 935 cm-1)及蛋白质和氨基酸的吸收峰(1 647,1 533,1 447 cm-1)等处的峰形、峰位和峰强度均与明胶的谱图较相似,说明大多数干燕窝样品中添加了不同量的明胶等物质;有些干冰糖燕窝产品中冰糖含量高达99%,燕窝仅含1%,在红外谱图上几乎观察不到燕窝的特征蜂.因此,市售燕窝的质量令人担忧.用FTIR可简便、快速、直观的评价燕窝产品的品质.     

采用FTIR技术研究高压处理对冻干大豆分离蛋白构象的影响

采用傅里叶转换红外光谱技术(FTIR)研究了高压(HP)处理对冷冻干燥的大豆分离蛋白(SPI)构象的影响。在SPI的去卷积FTIR光谱的酰胺Ⅰ′区域(1 600～1 700 cm-1),观察到12个与蛋白构象相关的红外吸收峰,分别对应于CO键伸缩振动与肽键的C—N伸缩振动。通过对该区域的峰强度与波数分析显示,压力为200～400 MPa的HP处理导致SPI在该区域的峰发生明显的“红移”(约2 cm-1),强度也显著增加。更高的HP处理进一步增强了SPI的酰胺Ⅰ′区域的峰强度。对酰胺Ⅱ峰分析显示,HP处理导致酰胺Ⅱ峰(如1 560～1 500 cm-1)的强度、面积逐渐增加(与压力呈正相关)。以上分析显示,HP处理导致SPI的二级与三级结构逐渐打开,然而变性蛋白的结构在高压释放后经历一个“重构过程”。     

FTIR在物质结构分析方面的研究进展

从三聚氰胺、"瘦肉精"、苏丹红、塑化剂、地沟油到如今的"皮革奶",动物源性食品安全问题层出不穷,动物养殖环节中非法添加物的使用、高风险物质的滥用问题日益突出,如何实现对未知添加物的筛查与确证面临严峻考验。红外光谱,与核磁共振谱、质谱、紫外光谱一样,是进行结构分析的有力工具。目前,在畜产品质量安全方面,应用傅里叶红外光谱(FTIR)对这些添加物进行分析的研究很少。本文总结了当前FTIR物质结构分析方面的应用,包括对已知化合物光谱特征、分子构象、稳定性、同系物、衍生物、反应产物等的分析,对大分子物质官能团的推断,对未知物分子结构式的确证和对复杂生物样品的组分分析或种类辨别,以期形成对动物养殖环节中非法添加物或高风险物质筛查的新思路,希望建立针对动物养殖环节中可能出现的有危害性的添加物的红外光谱库、官能团库,在此基础上形成未知添加物的综合解析与确认技术规程,对可能引起重大食品安全事故的添加物进行早期预警,从而防患于未然。     

大白菜根肿病的傅里叶变换红外光谱早期快速检测

应用傅里叶变换红外光谱技术对还未表现症状的大白菜根肿病病样进行早期快速检测。结果表明,健康与染病的根部样品谱图存在一定差异,染病的根部样品在红外光谱图中的1 227,1 143和1 105 cm-1有很强的吸收峰,而健康根部样品的谱图没有,结合吸收峰的峰面积值变化,可以对大白菜根肿病进行早期快速检测。同时,以聚合酶链式反应(PCR)进行检测加以佐证。二者在接种5天后均可以检测到大白菜根部组织中的根肿菌。这表明傅里叶变换红外光谱具有灵敏性高、 方便、 快速等优点,可以在病害未显症时进行早期快速检测,为植物病害的早期诊断提供了新的思路及方法。     

利用便携式FTIR光谱仪研究环境大气中CO2浓度变化

高准确和高精度测量环境大气CO₂浓度,对于监测区域和城市温室气体的排放至关重要。基于傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术,利用便携式FTIR光谱仪采集近红外太阳吸收光谱,基于非线性最小二乘算法,反演获得了2016年9月至2020年5月期间合肥地区环境大气的CO₂柱浓度。观测结果表明,CO₂气体的柱浓度有着明显的季节变化,在春季出现最大值,夏季下降速度快,秋季达到最小值。柱平均干空气混合比浓度XCO₂的日均值位于(401.23±0.60)和(418.41±0.31) ppm之间,而2017年观测的月均值有着6.96 ppm的季节幅值。并且,观测期间XCO₂呈现逐年增长的趋势,年平均增长率为(2.71±0.66) ppm·yr-1。为了验证便携式FTIR光谱仪观测的准确性和可靠性,我们将其观测结果与高分辨率FTIR仪器同步测量结果进行比较,发现观测的XCO₂的偏差均值为1.32 ppm,二者的相关系数r为0.97,两个数据显示高度一致性。同时将观测结果与GOSAT卫星数据作了横向比较,两个数据的平均偏差为(0.63±1.76) ppm,二者的相关系数r为0.86,显示出地基数据与卫星数据有高相关性。最后,将合肥站点2020年秋季观测数据与上海站点同期观测数据进行了比较,发现上海站点与合肥站点的CO₂柱浓度变化基本一致,合肥观测点的XCO₂日均值位于(415.09±0.84)和(417.80±0.67) ppm之间,上海观测点的XCO₂日均值位于(411.87±1.07)和(416.63±1.70) ppm之间,表明同步观测期间合肥的CO₂柱浓度略高于上海市。地基FTIR光谱仪的观测结果可为追踪合肥地区温室气体的碳源与碳汇提供基础数据。