犀牛角化学成分分析 本文关键词：化学成分，分析，犀牛角
犀牛角化学成分分析 本文简介：摘要：本文以印度犀牛角为主要研究对象，利用傅里叶变换红外光谱仪、X射线荧光光谱仪、全自动氨基酸分析仪分析其红外光谱、化学成分等特征，旨在为犀牛角替代品、人工合成品的研究提供部分基础数据。结果表明：红外光谱中氨基酸、磷脂酸、牛磺酸等相关的吸收峰明显；犀牛角主要的无机成分为CaO、Fe2O3、K2O、Z
犀牛角化学成分分析 本文内容：
摘要：本文以印度犀牛角为主要研究对象，利用傅里叶变换红外光谱仪、X射线荧光光谱仪、全自动氨基酸分析仪分析其红外光谱、化学成分等特征，旨在为犀牛角替代品、人工合成品的研究提供部分基础数据。结果表明：红外光谱中氨基酸、磷脂酸、牛磺酸等相关的吸收峰明显；犀牛角主要的无机成分为CaO、Fe2O3、K2O、ZnO、SiO2等；氨基酸含量为481.01mg/g，药用氨基酸含量丰富，氨基酸组成与标准蛋白的贴近度为0.74。结果表明犀牛角具有较高的营养价值。
关键词：印度犀牛角；中红外光谱；近红外光谱；X射线荧光光谱；氨基酸
犀牛角为一种名贵的中药材，号称“灵丹妙药”，具有重要的药理作用［1］，以犀牛角为原料的工艺品在黑市市场上贵比黄金［2］，在其特殊的药用功能及黑市市场暴利的诱引下，非法捕猎活动使犀牛数量不断锐减，犀牛成为受国际保护的珍稀濒危动物。自1993年起，国务院发布了“关于禁止犀牛角和虎骨贸易的通知”（国发（1993）39号），重申严禁犀牛角的进出口贸易，取消犀牛角药用标准并不得使用其制药［3］，犀牛角从此退出中药应用的历史舞台。研究合成品可以满足犀牛角工艺品的市场需求，利于物种保护。本文以印度犀牛角为研究对象，检测分析其光谱特征以及化学成分，同时也可为寻找中药犀牛角的替代品、研发其合成品提供部分基础数据。
1实验部分
1.1材料与试剂犀牛角样品为实验室标本印度犀牛角（来自私人收藏捐赠的老犀角）。试剂：茚三酮、盐酸（均为分析纯），购买于国药集团化学试剂有限公司；17种氨基酸混合标品，购买于美国Waters公司。
1.2仪器与参数
傅里叶变换红外光谱仪：德国布鲁克（Bruker）TENSOR27。测试条件：扫描范围400~4000cm-1、4000~8000cm-1扫描次数16次，分辨率4cm-1，探测器类型DTGSKBr。X射线荧光光谱仪：荷兰帕纳科：AxiosmAX（PW4400/40）。超尖锐端窗Rh靶X光管，功率4kW，P10气体，（SuperQ5.0高级分析软件，Omnian近似定量无标样软件包）。全自动氨基酸分析仪：日本日立L‐8900。色谱柱尺寸4.6mmID×60mm，粒度3μm，检测波长440nm、570nm，交换树脂为日立专用离子交换树脂，柱温50℃，反应温度为135℃，进样体积20μL，双通道检测，流速均为1mL/min。
1.3样品制备
红外光谱测试：无损测试；X射线荧光光谱测试：粉末测试；氨基酸测试样品前处理：准确称取0.10g粉末样品于15mL硬质玻璃水解管中，加入6mL6mol/L盐酸溶液，110℃水解22h。水解结束待完全冷却后转移到50mL离心管中，调节pH至2~2.5，定容至25mL，后稀释10倍，取4mL水解液在10000r/min条件下离心10min，取上清液过0.45μm滤膜后，采用氨基酸分析仪的水解蛋白分析系统测定其氨基酸组成。
2结果与分析
2.1红外光谱表征
2.1.1中红外光谱表征（图1‐a）犀牛角中含有氨基酸、磷脂酸、牛磺酸等成分［4］，其红外光谱分析如下：氨基酸：伯酰胺分子中NH2变角振动与C—N伸缩振动发生耦合而分裂成两个谱带，其一位于1441cm-1，归属于C—N伸缩振动（又称为酰胺Ⅱ吸收），另一谱带位于1629cm-1位置，主要为NH2变角振动（也称酰胺Ⅲ吸收）。1536cm-1归因为C—N伸缩振动与N—H面内弯曲振动。1727cm-1归因为C=O伸缩振动。2849cm-1为C—H对称伸缩振动吸收峰。2914cm-1为C—N不对称伸缩振动吸收峰。以3161cm-1为中心的吸收带归属于与羟基有关的吸收。磷脂酸：820cm-1归属于P—O伸缩振动，P—O源自P—O—C，P—O的振动频率略低于C—O，由于P—O—C的对称伸缩振动发生耦合作用，使得二者谱带分的更开，C—O伸缩振动则位于1020cm-1。1282cm-1为P=O伸缩振动吸收峰。521cm-1可能为PO43-不对称变角振动吸收。牛磺酸：1169cm-1为SO2对称伸缩振动吸收峰，1215cm-1为S=O伸缩振动吸收峰，469cm-1可能为SO42-对称变角振动吸收峰。2.1.2近红外光谱表征（图1‐b）犀牛角的近红外吸收主要为角蛋白中CH、NA、OH等含氢基团的倍频与合频吸收峰。4052cm-1归属于CH3伸缩振动与NH2摇摆振动的组合频；4362cm-1主要为NH反对称伸缩振动与NH2摇摆振动的组合频；4621cm-1为酰胺Ⅰ带中N—H面内弯曲振动的一级倍频与酰胺Ⅲ带中C—N伸缩振动的组合频；4863cm-1归属于酰胺Ⅱ与NH对称伸缩振动的组合频；5150cm-1为酰胺Ⅱ与NH反对称伸缩振动的组合频峰；5757、5897cm-1分别归因为CH2、CH3伸缩振动一级倍频，6653cm-1为NH伸缩振动的一级倍频峰。
2.2X射线荧光光谱（XRF）分析
为了解犀牛角中无机元素的分布，本文使用XRF对样品进行测试，测试范围为元素周期表中F~U。犀牛角中无机化学成分含量较少（为了统一，成分均以氧化物形式测试），其中主要成分为CaO（0.59%）、Fe2O3（0.06%）、K2O（0.05%）、ZnO（0.05%）、SiO2（0.05%）等，次要成分为Na2O（0.04%），MgO（0.03%）、Al2O3（0.02%）、P2O3（0.03%）、MnO（0.01%）、CuO（0.03%），其他微量元素主要有S（4.42%）、Cl（0.47%）、Cr（4.8‰）等。硫元素含量较高，原因在于硫在反刍动物体内主要以有机硫的形式存在于角蛋白中含硫的甲硫氨酸、半胱氨酸、光氨酸中，犀牛角的主要成分为角蛋白，故硫元素有相对较高的含量。S、Cl离子均为强力有效的杀菌剂，S离子解毒功效明显，用于痈肿疮毒；Ca、K离子清热效果明显［5］，P离子有调节神经、催眠、镇痛等功效［6］；Mg离子是细胞代谢中部分酶系统的激活剂［7］；Fe离子与人体造血功能、免疫功能等密切相关。
2.3氨基酸成分分析
为验证犀牛角中丰富的角蛋白含量，本文利用氨基酸全自动分析仪，对犀牛角蛋白水解液中氨基··246酸成分进行检测（酸水解法处理样品，色氨酸无法检测）。印度犀牛角氨基酸含量丰富、种类齐全，其中包括7种必须氨基酸（EAA）、8种非必须氨基酸（NEAA）（表1）与2种条件必须氨基酸（CEAA）。此外其药用氨基酸含量也相对较高。对比朱伟伟等［1］对苏门答腊犀牛角氨基酸组分的研究结果发现，谷氨酸、半胱氨酸、酪氨酸这三种氨基酸含量差距较大，其次为组氨酸、脯氨酸，其他种类氨基酸含量及氨基酸总量结果较为接近，由此推测不同产地犀牛角角蛋白氨基酸组成或会出现明显的差异。2.3.1氨基酸营养价值分析氨基酸营养价值评价选用化学评分与模糊识别法。化学评分CS为中国预防医学科学院与食品卫生研究所提出的以鸡蛋蛋白质模式为标准的营养价值评价，现代营养学研究认为，样品氨基酸模式与标准模式（CS＝100）越贴近，其营养价值越高［8］；模糊识别法是以鸡蛋蛋白为标准，根据兰氏距离法［9］的定义建模计算样品蛋白与标准蛋白的贴近度μ评价样品营养价值，贴近度越接近理想值（μ＝1），表明其营养价值越高。∑n=17||ai-uiai+ui式中ui、ai分别代表样品与标准蛋白7种EAA的含量，c常取常数0.09使得计算结果处于区间［0，1］，能增加分辨率、利于比较结果。犀牛角样品中蛋氨酸+半胱氨酸的CS值较大，为66.73；酪氨酸+苯丙氨酸最小，为24.23，即酪氨酸+苯丙氨酸为犀牛角第一限制氨基酸；计算得到样品蛋白与标准蛋白的贴近度μ为0.74，表明印度犀牛角有相对较高的营养价值（表1）。2.3.2药用氨基酸分析药用氨基酸是指有些在人体中不能合成，但又是维持机体氮平衡所必须的氨基酸，主要包括：天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、精氨酸9种氨基酸［10］。印度犀牛角药用氨基酸种类齐全，含量丰富，其中谷氨酸含量较高，占总量的17.23%，其次为精氨酸（9.83%）、甘氨酸（8.33%）、天冬氨酸（7.26%）等。这些药用氨基酸在人体生命活动中有重要作用，谷氨酸与氨结合生成的谷氨酰胺具有解毒功能，能解除脑组织中氨毒［11］；精氨酸可通过强化肠外营养来调节结直肠癌患者的免疫功能［12］；天冬氨酸虽不是必须氨基酸，但对机体三羧酸循环和尿素循环起重要作用，能增强肝脏功能、预防心脏病、高血压等疾病；甘氨酸具有抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌活性的能力［13］。
3结论
本研究发现，印度犀牛角的红外光谱体现了氨基酸、磷脂酸、牛磺酸等成分，红外光谱可作为印度犀牛角无损鉴定的有效手段之一；利用X射线荧光光谱仪分析元素周期表中F~U的元素，结果显示，印度犀牛角中有无机物CaO、Fe2O3、K2O、ZnO、SiO2、Na2O、MgO、Al2O3、P2O3、MnO、CuO，其他微量元素主要有S、Cl、Cr等；样品印度犀牛角中氨基酸总量为481.01mg/g，氨基酸种类较齐全，其组成与比例与标准蛋白的贴近度为0.75，其氨基酸具有相对较高的营养价值。此外，本实验样品印度犀牛角，与苏门犀角［1］相比，氨基酸总量差距不大，谷氨酸、半胱氨酸、酪氨酸这三种氨基酸含量有较大区别，由此推测，不同产地的犀牛角角蛋白氨基酸其组成可能出现明显的差异。
作者：宋华玲 谭红琳 祖恩东 单位：昆明理工大学 材料科学与工程学院
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