火龍果莖和曇花莖的紅外光譜差異分析

李雕，楊靜慧，秦艷筠，黃唯子，王洪妹，楊仁杰

（1天津農(nóng)學院 a.工程技術學院，b.園藝園林學院，天津 300384）

火龍果莖和曇花莖的紅外光譜差異分析

李雕1a，楊靜慧1b，通信作者，秦艷筠1b，黃唯子1b，王洪妹1b，楊仁杰1a

（1天津農(nóng)學院 a.工程技術學院，b.園藝園林學院，天津 300384）

為了比較火龍果與曇花的成分差異，以火龍果與曇花的莖為試驗材料，采用紅外光譜、二階導數(shù)光譜和二維相關同步光譜技術對其成分進行了分析。結果表明：紅外光譜圖顯示火龍果莖有5個明顯的特征峰，曇花莖有4個；其中兩者相同的吸收峰對應的官能團為C—O—C（脂肪烴）、C—O—C、N—H、O—H（二聚體），不同的吸收峰為1 041 cm-1（火龍果）、1 077 cm-1（火龍果）、1 033 cm-1（曇花）；667～1 866 cm-1區(qū)間的二階導數(shù)紅外光譜圖顯示，火龍果莖有14個吸收峰，曇花莖有16個，955 cm-1為火龍果莖特有的吸收峰，對應的官能團為酸酐C—O；1 520 cm-1為曇花莖特有的吸收峰，對應的官能團為胺N—H；890～1 800 cm-1區(qū)間的二維相關同步紅外光譜圖顯示，火龍果莖和曇花莖的交叉峰相同，其中1 321 cm-1與1 630 cm-1形成了較強正交叉峰，1 046 cm-1與1 634 cm-1、1 049 cm-1與1 329 cm-1形成了較弱的正交叉峰，無負交叉峰；二維相關紅外光譜圖顯示的自動峰位置與紅外光譜的一致。

火龍果；曇花；紅外光譜；二階導數(shù)；二維相關

火龍果（Hylocereus undlatus）和曇花（Epiphyllum oxypetalum）同屬仙人掌科，火龍果為量天尺屬植物，曇花為曇花屬植物。火龍果的莖多為三棱形肉質，莖上長有剌，花呈漏斗狀[1-2]，莖中含黃酮、甾醇、α族維生素E和乙酰化β-D-吡喃甘露聚糖混合物等[3-4]。曇花為多年生常綠肉質植物，主莖圓柱狀，無刺，花呈漏斗狀[5]，主要成分為黃酮類化合物，并含有豐富的Fe、Zn、Mn和Cu等微量元素[6-8]。目前國內(nèi)外對曇花與火龍果的研究主要集中在栽培與食用上，對其成分研究較少，尤其是曇花[9-10]；火龍果的成分分析主要在其花上[11-12]，未見火龍果莖的成分組成報道，也未見火龍果莖和曇花莖的紅外光譜分析報道。

紅外光譜（FTIR）分析技術是20世紀90年代以來發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術，因其快速、高效、制樣簡單、無污染等特點被廣泛應用[13]。如武曉丹等采用紅外光譜、二階導數(shù)紅外光譜以及二維相關紅外光譜分析方法對7種不同產(chǎn)地的仙鶴草原藥材及其總鞣酸提取物進行了鑒別分析[14]。本文通過紅外光譜分析技術對火龍果莖與曇花莖的成分進行分析，其目的是找出火龍果莖與曇花莖成分的差異，為以后開發(fā)和利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為溫室栽培的生長一致的二年生火龍果和曇花盆栽植株，試驗于2015年5月進行。每處理為1盆，3次重復。選取植株上部莖段進行測定，每株取3個樣，從不同方位的枝條上選取。

1.2 方法

樣品采集后，用蒸餾水洗凈，立即放入電熱鼓風干燥箱中烘干（80 ℃，48 h），用FW-5壓片機（天津博天勝達科技發(fā)展有限公司）進行壓片，用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）儀（PerkinElmer公司生產(chǎn)，F(xiàn)rontier型，光譜范圍400～4 000 cm-1）進行紅外光譜掃描。運用Omnic8.0軟件對原始數(shù)據(jù)進行自動基線校正，5點平滑處理。運用Origin7.5軟件進行紅外光譜與二階導數(shù)紅外光譜分析。運用Matlab與2Dshige進行二維相關紅外光譜分析。

2 結果與分析

2.1 火龍果莖和曇花莖的紅外光譜分析

圖1為火龍果莖和曇花莖的紅外光譜圖，從圖1中可以看出，火龍果莖與曇花莖的吸收峰基本一致；火龍果莖有 5個明顯特征峰，分別為1 041、1 077、1 319、1 630、2 926 cm-1；曇花莖有4 個明顯特征峰，為 1 033、1 321、1 627、2 922 cm-1。兩個莖中1 041、1 077、1 033 cm-1為醚 C—O—C（脂肪烴）伸縮振動峰，1 319、1 321 cm-1為酸C—O—C伸縮振動峰，1 630、1 627 cm-1為胺N—H變形振動峰，2 926、2 922 cm-1為酸O—H（二聚體）伸縮振動峰；兩者均含有C—O—C（脂肪烴）、C—O—C、N—H、O—H（二聚體）等相同的官能團，不同的是在1 030～1 080 cm-1譜區(qū)，火龍果有雙峰，為1 041、1 077 cm-1，而曇花為單峰1 033 cm-1。

圖1 火龍果莖與曇花莖紅外光譜圖

2.2 火龍果莖與曇花莖二階導數(shù)紅外光譜分析

盡管火龍果、曇花的紅外光譜圖上出現(xiàn)了多個吸收峰，但是譜峰的重疊現(xiàn)象比較嚴重，故又進行了二階導數(shù)分析。從圖1中可以看出，火龍果與曇花在 667～1 866 cm-1波譜范圍內(nèi)有重疊峰，因此，對火龍果莖和曇花莖的紅外光譜圖的667～1 866 cm-1波譜范圍進行了二階導數(shù)分析，如圖2所示。

圖2 火龍果莖和曇花莖二階導數(shù)紅外光譜（667～1 866 cm-1）圖

從圖 2中可以看出，在二階導數(shù)紅外光譜667～1 866 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)，火龍果莖與曇花莖的二階導數(shù)紅外光譜曲線存在差異，火龍果有14個特征峰，曇花有16個特征峰，曇花比火龍果多兩個峰，分別為720、1 520 cm-1。相同波段內(nèi)，紅外光譜火龍果有4個峰，曇花有3個峰，說明二階導數(shù)光譜技術能分辨出更多的重疊峰。二階導數(shù)紅外光譜分離出的重疊峰為火龍果778、836、888、955、1 100、1 160、1 240、1 380 cm-1，曇花720、782、845、892、1 100、1 160、1 240、1 380、1 520 cm-1，其中720～892 cm-1為芳烴C—H（間位、對雙取代）面外變形振動峰，955 cm-1為酸酐C—O伸縮振動峰，1 100、1 160、1 240 cm-1為酮C—C伸縮振動峰，1 380、1 450 cm-1為—CH3、—CH2反對稱與變形振動峰，1 520 cm-1為胺 N—H變形振動峰，1 740 cm-1為酸C＝O伸縮振動峰。但是，兩種植物都有其特有的吸收峰，如955 cm-1為火龍果特有的吸收峰，對應的官能團為酸酐C—O；1 520 cm-1則是曇花特有的吸收峰，對應的官能團為胺N—H。

2.3 火龍果莖和曇花莖的二維相關同步紅外光譜分析

從圖3中可以看出，在890～1 800 cm-1范圍內(nèi)的火龍果莖和曇花莖的二維相關同步紅外光譜的交叉峰相同，其中1 321 cm-1與1 630 cm-1、1 046 cm-1與 1 634 cm-1、1 049 cm-1與 1 329 cm-1形成了正交叉峰，無負交叉峰，其自動峰對應的官能團在890～1 800 cm-1范圍內(nèi)都是沿著相同方向振動的。

A火龍果，B曇花圖3 火龍果莖和曇花莖（890～1 800 cm-1）二維相關同步紅外相關譜圖

890～1 800 cm-1區(qū)間的二維相關紅外光譜圖顯示（圖4），火龍果有4個自動峰，曇花有3個自動峰，與紅外光譜圖顯示的一致（圖1）。

圖4 火龍果莖和曇花莖（890～1 800 cm-1）二維相關同步紅外光譜自動峰圖

3 結論

本文通過紅外光譜、二階導數(shù)紅外光譜、二維相關同步紅外光譜對火龍果莖與曇花莖的成分進行分析，結論如下：

（1）火龍果莖與曇花莖的紅外光譜圖顯示，火龍果莖有5個明顯的特征峰，曇花莖有4個；兩者有相同的吸收峰，并含有相同的官能團，分別為C—O—C（脂肪烴）、C—O—C、N—H、O—H（二聚體）；也有不同的特征峰，如在 1 030～1 080 cm-1處，火龍果莖有雙峰為1 041、1 077 cm-1，曇花莖有單峰，為1 033cm-1。

（2）667～1 866 cm-1區(qū)間的二階導數(shù)紅外光譜圖顯示，火龍果莖有14個特征峰，曇花莖有16個，955 cm-1為火龍果莖的特有峰，對應的官能團為酸酐C—O；1 520 cm-1為曇花莖的特有峰，對應的官能團為胺N—H；而該區(qū)間紅外光譜圖僅顯示火龍果莖有4個峰，曇花莖有3個。說明采用二階導數(shù)紅外光譜分析法能分辨出更多的吸收峰。

（3）890～1 800 cm-1區(qū)間的二維相關同步紅外光譜圖顯示，火龍果莖和曇花莖的交叉峰相同，其中1 321 cm-1與1 630 cm-1形成了較強的正交叉峰，1 046 cm-1與1 634、1 049 cm-1與1 329 cm-1形成了較弱的正交叉峰，無負交叉峰；二維相關紅外光譜圖顯示的自動峰位置與紅外光譜的一致。

[1] 黎舒. 火龍果不同品系品種植物學形態(tài)和生物學特性研究[D]. 桂林：廣西大學，2014.

[2] 馬媛媛，黨璇，楊柳. 火龍果藥學研究概況[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（35）：21629-21630.

[3] 鄧仁菊，范建新，蔡永強．國內(nèi)外火龍果研究進展及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2011，39（6）：188-192.

[4] 高慧穎，王琦，余亞白．火龍果花的研究現(xiàn)狀與開發(fā)前景[J]. 熱帶生物學報，2012，3（3）：281-286.

[5] 孫廣東. 曇花開花特性及環(huán)境關系研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)業(yè)科技大學，2013.

[6] Meng L Q，Tang J W，Wang Y. et al．Astragaloside IV synergizes with ferulic acid to inhibit renaltubulointerstitial fibrosis in rats with obstructive nephropathy[J]. British Journal of Pharmacology，2011，162：1805－1818．

[7] Zhu S H，Wang Y，Jin J，et al．Endoplasmic reticulum stress mediates aristolochic acid I－induced apoptosis in human renal proximal tubular epithelial cells[J]. Toxicology in Vitro，2012，26（5）：663－671．

[8] Gorostizaga A，Carcía M M M S，Acquier A，et al. Modulation of albumin－induced endoplasmic reticulum stress in renal proximal tubule cells by upregulation of mapk phosphatase-1[J].Chemico－Biological Interactions，2013，206：47-54．

[9] 張振國，鄒翔，徐陽，等. 曇花總黃酮提取工藝研究[J].哈爾濱商業(yè)大學學報（自然科學版），2015，31（2）：129-131.

[10] 張振國，鄒翔. 曇花中槲皮素、異鼠李素和山奈酚量的測定[J]. 哈爾濱商業(yè)大學學報（自然科學版），2015，31（2）：513-515.

[11] 羅小艷，郭璇華. 紫外-可見分光光度法測定火龍果花中總黃酮的含量[J]. 食品研究與開發(fā)，2014，35（23）：108-111.

[12] 高慧穎，王琦. 微波輔助提取火龍果花多糖的工藝研究[J]. 福建農(nóng)業(yè)學報，2014，29（9）：909-912.

[13] 彭星星，陳文敏. 近紅外光譜技術鑒別核桃油中摻入菜籽油、大豆油及玉米油的研究[J]. 中國糧油學報，2015，30（12）：106-112.

[14] 武曉丹. 七種不同產(chǎn)地仙鶴草原藥材及提取物的紅外光譜與二維相關紅外光譜的分析與鑒定[J]. 光譜學與光譜分析，2010，30（12）：3221-3227.

責任編輯：楊霞

Variance of Infrared Spectra between Hylocereus undlatus and Epiphyllum oxypetalum Stem

LI Diao1a, YANG Jing-hui1b,CorrespondingAuthor, QIN Yan-jun1b, HUANG Wei-zi1b,WANG Hong-mei1b, YANG Ren-jie1a
（1. Tianjin Agricultural University, a. College of Engineering and Technology, b. College of horticulture and landscape, Tianjin 300384,China）

In order to explore the component difference between Hylocereus undlatus and Epiphyllum oxypetalum, fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）, second derivative infrared spectroscopy and two-dimensional correlation infrared spectroscopy（2D-IR）were analysed with their stems. The infrared spectrogram showed that there were five absorption peaks in stem of H undlatus, and four in E. oxypetalum; The similar peaks of both represent the same functional groups which were C—O—C（aliphatic hydrocarbon）、C—O—C、N—H、O—H（dimer）. But the differences were 1 041 cm-1 H. undlatus, 1 077 cm-1 H.undlatus, 1 033cm-1 E. oxypetalum. The fourteen intensities absorptionpeaks was shown in stem of H. undlatus and sixteenin E.oxypetalum according to the second derivative infrared spectroscopy in the range of 667-1 866 cm-1. An obvious characteristic peak was 955 cm-1 in H. undlatus corresponded to the functional group of acid anhydride C—O, and 1 520 cm-1 in E. oxypetalum corresponded to the functional group of amine N—H. There were same cross peaks between H. undlatus and E. oxypetalum,on map of 2D-IR spectroscopy in the range of 890-1 800 cm-1 especially a strong positive cross peaks in the wave number of 1 321 cm-1and 1 630 cm-1, weaker positive cross peaks in the wave number of 1 046 cm-1 &1 634 cm-1 , 1 049 cm-1 &1 329 cm-1, without negative cross peak.The positions of automatic spectrum peak was same with the fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）on two-dimensional correlation infrared spectroscopy（2D-IR）.

Hylocereus undlatus; Epiphyllum oxypetalum; infrared spectrum; second derivative spectrometry; two-dimensional correlation spectroscopy

S682.33；O657.32

：A

2016-05-11

天津市農(nóng)業(yè)科技成果轉化與推廣項目“彩葉樹優(yōu)良品種繁殖、栽培技術示范與推廣”（201502100）；天津市科技成果轉化及產(chǎn)業(yè)化推進計劃項目“優(yōu)質彩葉北美海棠新品種種苗的規(guī)模化繁育”（14ZXNZNC0040）

李雕（1992-），男，云南大理人，碩士在讀，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境與能源工程研究。E-mail：1429980690@qq.com。

楊靜慧（1961 -），女，甘肅蘭州人，教授，博士，主要從事園藝植物栽培、抗逆生理和分子育種研究。E-mail：jinghuiyang2@aliyun.com。

1008-5394（2017）02-0030-04