鐵皮石斛不同部位生藥紅外光譜分析

張志信，張仕秀，譚福能

（文山學院 化學與工程學院，云南 文山 663099）

鐵皮石斛Dendrobium catenatum（D.officinale Kimure et Migo）為蘭科（Orchidaceae）石斛屬（Dendrobium）多年生附生草本植物，其莖具有益胃生津，滋陰清熱等功效[1]。據文獻報道，鐵皮石斛主要含有多糖、生物堿、黃酮類、酚類等化合物，現代藥理研究表明，鐵皮石斛具有抗腫瘤、抗衰老、增強機體免疫力、護肝、降血糖等作用[2]。

我國有74種石斛屬植物和2個變種，其中可作藥用的有30多種，而《中華人民共和國藥典》2005年版收載的藥用石斛有鐵皮石斛Dendrobium officinaleKimure et Migo、金釵石斛（D.nibileLindl）、和馬鞭石斛Dendrobium fimbriatumHook.[3]。2010 版《中華人民共和國藥典》特將鐵皮石斛從藥材石斛中劃出，單獨收載。鐵皮石斛多糖是目前為止鐵皮石斛中研究最多的一類活性成分，其抗氧化、降血壓、降血糖等藥理活性被廣泛報道，然而，針對其葉和花的研究較少，2010、2015版《中國藥典》規定莖為鐵皮石斛的藥用部位，而葉和花不能被合理開發利用，造成了資源的極大浪費[4]，而鐵皮石斛的葉、花中多糖含量也比較高，尤其是花色苷、黃酮類化合物較莖中高，天然黃酮類化合物C6-C3-C6為基本結構骨架，單體結構多樣，生物活性廣泛，一直是藥物研發的熱點領域。

目前市場上流通的商品鐵皮石斛中混雜較多，楓斗加工的材料也是五花八門，更有30余種石斛屬及部分石仙桃屬、金石斛屬和石豆蘭屬植物在市場上冒充鐵皮石斛和其它藥用石斛，來源不同的鐵皮石斛在化學成分上也有較大差異[5]，嚴重影響了商品鐵皮石斛質量的穩定性。許多商家利用鐵皮石斛的葉、花加工鐵皮石斛酒等保健品，冒充鐵皮石斛的藥用部位莖，因此建立系統有效的中藥鐵皮石斛不同部位生藥鑒定方法具有十分重要的意義。

傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）是一種常用的分析技術，已被廣泛應用在各個研究領域。其快速、整體、直觀分析的新方法也適應于中藥結構研究，尤其對中草藥真偽、優劣、不同產地的快速鑒別、復方整體成分配伍規律變化的研究[6]，而將其應用于中藥材種質資源親緣關系比較的研究鮮為少見。不同物質其紅外光譜圖中的吸收峰峰位、峰形及相對峰吸收強度不同，均有其各自的宏觀指紋特征。本實驗依次采用紅外光譜、二階導數譜對鐵皮石斛的莖、葉、花進行分析，二者分辨率依次增大，可將各物質間圖譜差異逐漸放大，為鐵皮石斛不同部位的鑒別及藥用評價提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

傅立葉變換紅外光譜儀（IRPresting-21型，日本島津公司生產）；液壓片機、粉碎機（XA-1型）；電子天平（Precisa XT220A 瑞士生產）；恒溫干燥箱（202型）。

1.2 樣材

鐵皮石斛采自硯山縣昆明德鑫農業科技有限公司文山分公司石斛種苗基地。鐵皮石斛的花、莖、葉于105℃干燥至恒重，粉碎過200目篩備用，用于紅外光譜分析。

1.3 光譜測試

采用KBr壓片制樣，測定紅外光譜圖。利用傅立葉變換紅外光譜儀（IRPresting-21型）分別測量鐵皮石斛花、莖、葉的粉末，為確保圖譜的可比性，每一次取樣量必須相同。

2 結果與討論

2.1 鐵皮石斛花、莖、葉生藥紅外光譜分析

圖1所示為鐵皮石斛花、莖、葉的紅外光譜圖。從圖1可以看出，3個樣品在3 385 cm-1、3 352 cm-1附近均有吸收峰，且峰形寬大，吸收峰強度較強的羥基伸縮振動，表明三個樣品都含有活潑-OH，存在糖或酚羥基，并且以鐵皮石斛莖在此處的吸收強度最大，表明莖中的糖羥基化合物含量最高；在2 918 cm-1附近有吸收峰，表明含有-CH3、-CH2-。1 737 cm-1為羰基C=O伸縮振動吸收峰，1 610、1 560、1 516 cm-1附近為芳香環骨架振動吸收峰，芳香環振動在1415 cm-1附近也產生吸收峰。1 247、1 201、1 149、1 105、1 047、1 035、1 010 cm-1主要為各類C-O伸縮振動吸收峰。在921 cm-1以下，還有糖環骨架振動吸收等多個指紋特征峰。

3 401 cm-1處的吸收峰是-OH的伸縮振動吸收峰，2 922 cm-1處的吸收峰是C-H的伸縮振動吸收峰，1 725 cm-1處為羰基吸收，1 645 cm-1處的吸收峰是-OH的彎曲振動吸收峰，1 414、1 380 cm-1處是-CH2的變形吸收峰。在1 322 cm-1處則是C-H彎曲振動吸收峰。1 151 cm-1處的吸收峰是環上（C-O）吸收峰，其吸收強度的高低與糖類成分的含量相關。而在1 080、1 031 cm-1處則是醇羥基的變角振動吸收峰。867、819 cm-1是甘露糖的特征吸收峰[7]。

圖1 鐵皮石斛不同部位的紅外光譜圖石斛花A、石斛莖B、石斛葉C

鐵皮石斛花在2 900、1 730、1 714、1 591、1 566、1 554、1 415、1 371、1 359、1 317、1 247、1 201、1 149、1 105、1 047、1 035、1 010、781、638、594、528 cm-1處有吸收峰；鐵皮石斛莖在3 385、2 918、1 743、1 610、1 560、1 517、1 473、1 438、1 375、1 313、1 240、1 151、1 111、1 080、1 031、867、819、767、675、578、530 cm-1處有吸收峰；鐵皮石斛葉在3 352、2 918、1 737、1 643、1 606、1 593、1 415、1 242、1 149、1 099、1 076、1 049、1 029、921、812、767、580 cm-1處有吸收峰，其中在1 737 cm-1處吸收峰較強，說明鐵皮石斛葉中酯類成分較多；鐵皮石斛花、莖、葉在2 900、1 737、1 371、1 242、1 149、1 029 cm-1附近有相同的吸收峰，莖和葉的紅外光譜圖相似度高，鐵皮石斛花在1 730、1 714 cm-1附近顯示強吸收峰，1 591、1 566、1 554 cm-1附近顯示苯環的共軛雙鍵吸收峰，這是香豆素內酯環的羰基吸收峰，葉在1 743 cm-1附近顯示香豆素內酯環羰基的強吸收峰，并在1 643 cm-1附近有吸收，這是α，β不飽和雙鍵的吸收峰，1 606、1 593 cm-1附近顯示苯環的共軛雙鍵吸收峰，表明葉中也含有香豆素內酯環；而鐵皮石斛莖在1 743、1 610、1 560，1 517 cm-1附近有吸收峰，表明鐵皮石斛莖中含有香豆素內酯環。

鐵皮石斛莖在1 610～1 473 cm-1處有一強吸收峰并帶有兩個肩峰；1 438～1 111 cm-1之間有1 375、1 313、1 240、1 151 cm-1四重峰，中間（1 313、1 240 cm-1）二峰吸收強度較接近；1 000 cm-1～700 cm-1處有一高筆架峰,即由867、819、767 cm-1三個吸收峰組成，867、767 cm-1兩峰較強，而819 cm-1處的吸收峰較弱，呈筆架形狀，其兩側有肩峰[8]。鐵皮石斛花在1 600～1 480 cm-1處有一強吸收峰并帶有兩個肩峰；1 450 cm-1～1 105 cm-1之間有1 415、1 371、1 359、1 317、1 247、1 201、1 149 cm-1七重峰，1 000～700 cm-1僅在781 cm-1處有吸收峰；鐵皮石斛葉在1 600～1 480 cm-1處有一強吸收峰并帶有兩個肩峰；1 450～1 105 cm-1之間有1 425、1 415、1 325、1 242、1 149 cm-1五重峰，1 000～700 cm-1之間在921、812、767 cm-1處有吸收峰，其兩側無肩峰；從鐵皮石斛花、莖、葉紅外光譜圖可以看出，在1 151 cm-1附近的吸收強度莖的最強，葉的吸收強度次之，花的吸收強度最弱，這一現象反映出，鐵皮石斛莖中的多糖類成分含量最高，葉中多糖成分含量次之，花中的多糖成分含量最少，總體來看，三者的多糖成分含量差別顯著，這一結果與曹雪原等的測定結果相吻合[8]。

鐵皮石斛的花在1 105、1 047、1 035 cm-1附近有吸收峰，鐵皮石斛莖在1 111 cm-1、1 031 cm-1附近有吸收峰，鐵皮石斛的葉在1 099、1 049、1 029 cm-1附近有吸收峰，這些吸收峰的存在表明鐵皮石斛的花莖葉中均含有石斛堿[9]，并且鐵皮石斛莖中的石斛堿含量最高，葉中石斛堿含量次之，花中的石斛堿含量最低，但鐵皮石斛花莖葉中石斛堿的含量差異不顯著。

鐵皮石斛的莖、葉、花在1 750～400 cm-1內吸收峰比較密集，其中900cm-1以下波段主要為烯的碳氫彎曲振動，苯環環彎曲振動和面外彎曲振動等；1 317～900 cm-1是單鍵的伸縮振動區和部分含氫基團的彎曲振動；1 500～1 310 cm-1主要代表了C-H的彎曲振動；1 750～1 500 cm-1主要表征苯環的碳骨架環呼吸振動以及C=N，C=O，C=C等伸縮振動；2 918 cm-1附近主要為烷烴C-H的伸縮振動；3 385 cm-1附近主要為O-H伸縮振動。反映出樣品中黃酮類化合物O-H，C-O、C=C、苯環等化學鍵結構信息，可用于紅外光譜快速預測鐵皮石斛莖、葉、花中總黃酮含量[4]。在1 714 cm-1（C=O）、1 651 cm-1（C=O、C=C）附近均有羰基的伸縮振動吸收峰，這些吸收峰的存在表明鐵皮石斛的花莖葉中均含有黃酮類化合物[10]，該處吸收峰強度葉的最強，花的吸收強度次之，莖的吸收強度最弱；表明鐵皮石斛葉中黃酮類化合物含量最高，花中次之，莖中黃酮類化合物含量最低。

2.2 鐵皮石斛花、莖、葉生藥二階導數紅外光譜分析

二階導數譜最大的優勢是把復雜體系中原本重疊在一起的峰區分開來，提高圖譜的表觀分辨率。運用二階導數法對鐵皮石斛花、莖、葉進行歸屬，如表1及圖2至圖10所示，在1 650～700 cm-1范圍內，二階導數譜分辨出的吸收峰最多，鐵皮石斛花、莖、葉的二階導數紅外光譜圖在1 645、1 577、1 570、1 558、1 506、1 498、1 419、1 406、1 398、1 261、1 251、1 222、1 130、1 118、1 089、974、823、717、694、669、615、607、572、534、476、464、441 cm-1處均有相同的吸收峰，進一步說明了鐵皮石斛花莖葉中的化學成分具有一定的相似性；在此基礎上，鐵皮石斛的花與莖在1 384、1 292、1 274、1 213、1 205、1 168、1 138、993、966、935、883、802、705、621 cm-1處還有相同的吸收峰；鐵皮石斛花與葉在1 627、1 608、1 525、1 465、1 450、1 436、1 398、1 386、1 375、1 363、1 340、1 290、1 280、1 242、1 232、1 205、1 068、1 043、927、906、792、725、653、621、563、549、518、493、455、432 cm-1附近還有相同的吸收峰；鐵皮石斛的莖與葉在1 186、1 178、1 039、1 024、1 010、881、854、844、746、648、418 cm-1附近還有相同的吸收峰；從而可以判斷，鐵皮石斛的花與葉的吸收峰的相似度高，即花與葉所含的化學成分類似，而鐵皮石斛的莖與花和葉的差異較大。

鐵皮石斛莖葉花在1 772、1 761、1 749、1 734、1 718、1 707、1 683、1 672、1 662、1 651、1 645、1 627、1 577、1 570、1 558、1 506、1 498、1 475、1 465、1 448、1 436、1 419、1 406、1 398、1 386 、1 375、1 363、1 348、1 340 cm-1附近均有相同的吸收峰，主要表征苯環的碳骨架環呼吸振動以及C=N，C=O，C=C等伸縮振動，再加上一維紅外光譜圖中于1 454 cm-1附近有吸收峰，推測三者均含有苯環結構，1 078 cm-1（C-O）特征吸收峰最強，結合1 714 cm-1、1 651 cm-1（C=O）處的吸收峰，表明鐵皮石斛花、莖、葉中均含黃酮類成分；

表1 鐵皮石斛花、莖、葉的二階導數紅外光譜特征峰

圖2 鐵皮石斛花的二階導數紅外光譜圖（2 025～1 275 cm-1）

圖3 鐵皮石斛花的二階導數紅外光譜圖（1 275～900 cm-1）

圖4 鐵皮石斛花的二階導數紅外光譜圖（900～400 cm-1）

圖5 鐵皮石斛莖的二階導數紅外光譜圖（2 025～1275 cm-1）

圖6 鐵皮石斛莖的二階導數紅外光譜圖（1 275～900 cm-1）

圖7 鐵皮石斛莖的二階導數紅外光譜圖（900～400 cm-1）

圖8 鐵皮石斛葉的二階導數紅外光譜圖（2 025～1 275 cm-1）

圖9 鐵皮石斛葉的二階導數紅外光譜圖（1 275～900 cm-1）

圖10 鐵皮石斛葉的二階導數紅外光譜圖（900～400 cm-1）

3 結論

鐵皮石斛莖、葉、花紅外光譜相似度較高，吸收峰明顯且較多，1 750～400 cm-1波段內吸收峰比較密集。鐵皮石斛莖、葉、花中的多糖、石斛堿、黃酮類化合物含量呈現規律性遞變，鐵皮石斛莖中的多糖類成分含量最高，葉中含量次之，花中含量最少，總體來看，多糖成分含量差別顯著；鐵皮石斛莖中的石斛堿含量最高，葉中含量次之，花中含量最低，石斛堿的含量差異不顯著；鐵皮石斛葉中的黃酮類物質含量最高，花中次之，莖中最低，總黃酮類含量差異顯著；傅里葉變換紅外光譜能實現鐵皮石斛不同部位中多糖、石斛堿、總黃酮含量準確預測，為鐵皮石斛不同生藥部位質量評價提供快速、有效的方法。從鐵皮石斛地上部分花、莖、葉的生藥量來考察，莖的生藥量最大，故選擇鐵皮石斛的莖作為主要的藥用部位，但鐵皮石斛的花和葉同樣具有與莖相似的藥效，可根據葉和花的生物活性成分特點加以開發利用。