李家旺，劉 艷，張德清，楊永安，張川云，李 倫，司民真

楚雄師范學(xué)院光譜應(yīng)用技術(shù)研究所，云南省高校分子光譜重點實驗室，云南 楚雄 675000

引 言

石斛是蘭科中最大的一個屬，約1 100種，為多年生常綠草本植物，主要分布于熱帶、亞洲和太平洋島嶼[1]。我國的石斛屬植物約63種，供作藥用的約有39種，主要分布于云南、廣西、廣東、貴州、臺灣等地[2]。石斛是名貴中藥材，味甘、性微寒、歸胃、腎經(jīng)，具有益胃生津、滋陰清熱、潤肺止咳、明目強身等功效。治療惡性腫瘤、胃腸道疾病、糖尿病、白內(nèi)障、關(guān)節(jié)炎、血栓閉塞性脈管炎及慢性咽炎等疾病有很好的療效[3]。

不同品種的石斛加工成商品售價十分懸殊，如鐵皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)、紫皮石斛(Dendrobium devonianum Paxt)、蟲草石斛(梳唇或珍蟲石斛)(Dendrobium strongylanthum Rchb.f.)及大包鞘石斛(Dendrobium wardianum Warner)，這四種石斛中，價格最高的蟲草石斛干粉或風(fēng)斗每千克幾千元，而較便宜的大包鞘石斛只有每千克幾百元，還有每千克幾萬元石斛品種。石斛產(chǎn)品的售價主要受人們長期積累的石斛藥效經(jīng)驗與稀缺程度兩方面因素影響。對石斛類藥材古人曾論及“嚼之有苦味, 品質(zhì)略次, 嚼之發(fā)粘者為佳”[4]。鐵皮石斛和蟲草石斛是該屬植物中少數(shù)幾個粘而不苦的品種，特別是新鮮的蟲草石斛咀嚼后發(fā)粘無渣，且有較濃的甜味。我們不禁要問：市場售價較高的、憑用藥經(jīng)驗認(rèn)為品質(zhì)較優(yōu)的石斛品種的成分與其他品種有何不同呢？ 為促進(jìn)石斛產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，需要深入研究此問題。對石斛的成分的分析有較多的報道，文獻(xiàn)[5-6]對鐵皮石斛中多糖進(jìn)行了分析；文獻(xiàn)[7]對鐵皮石斛中氨基酸進(jìn)行了分析。對石斛商品售價十分懸殊的幾種石斛品種主要成分的對比分析尚未見報道。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)技術(shù)是研究物質(zhì)內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)定性或定量信息的一種常用分析方法，具有樣品用量少、快速、無損、高靈敏度等優(yōu)點，應(yīng)用于中藥主要成分的對比分析研究已有比較多的報道[8-9]。本工作測試了市場售價較懸殊的四種石斛的莖干粉的紅外光譜，采用紅外光譜對比分析了這四種石斛主要成分的差異。

1 實驗部分

1.1 材料

鐵皮石斛、紫皮石斛、蟲草(梳唇或珍蟲石斛)石斛及大包鞘石斛的莖采自云南省德宏州芒市千斛園石斛基地，經(jīng)專家鑒定。四種石斛的莖分別如圖1(a—d)所示，蟲草(梳唇或珍蟲石斛)石斛生長狀態(tài)如圖2所示。將這四種石斛的莖涼干粉碎后過100目篩加工成石斛干粉。

圖1 四種石斛的莖

圖2 栽培的蟲草石斛

1.2 儀器與方法

按1∶200取樣品(石斛干粉)加入KBr，用瑪瑙研缽研細(xì)后壓片，進(jìn)行FTIR光譜測定，光譜掃描范圍4 000～600 cm-1, 采用Perkin-Elemer公司的Spectrum v6.3.1操作軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及譜圖處理。紅外光譜測試采用Perkin-Elemer公司的Spectrum 100傅里葉變換紅外光譜儀，分辨率為4 cm-1，掃描累加16次。

2 結(jié)果與討論

2.1 石斛莖的主要成分

石斛具有不同藥理功能的多糖、生物堿、氨基酸等化學(xué)成分[10-12]。石斛多糖的含量與品種及石斛的生長環(huán)境有關(guān)，不同品種、不同的生長環(huán)境多糖含量差異較大，最高可達(dá)干莖的38.6%, 最低只有干莖的2.6%；石斛干莖中氨基酸的含量約為0.4%～2%；石斛堿含量約為0.1%～0.8%[13]。多糖的糖單元(糖單元是指構(gòu)成多糖的單糖)主要是甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、木糖，阿拉伯糖[14]。

2.2 四種石斛莖的紅外光譜對比分析

圖3 四種石斛莖干粉的紅外光譜

四種石斛莖的紅外光譜呈現(xiàn)了甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、木糖，阿拉伯糖的多種官能團(tuán)的寬吸收帶，峰出現(xiàn)在1 151，1 078和1 053 cm-1，表明構(gòu)成糖類物質(zhì)的組成成分比較復(fù)雜，表現(xiàn)在單糖、雙糖的類型以及構(gòu)成多糖的糖單元和連接糖單元間的糖苷鍵類型較多；而蟲草石斛莖的光譜在此區(qū)間僅在1 090和1 050 cm-1處有兩個很強且半峰寬非常窄的兩個吸收峰，表明構(gòu)成蟲草石斛莖的糖類物質(zhì)組成成分比較簡單，表現(xiàn)在單糖、雙糖的類型以及構(gòu)成多糖的糖單元和連接糖單元間的糖苷鍵類型較少，從新鮮的蟲草石斛莖膠質(zhì)占比較大，嚼之發(fā)粘無渣且甜味較濃，可推知，蟲草石斛莖的糖類物質(zhì)中單糖和雙糖占比較大，或其多糖通過咀嚼容易分解為單糖或雙糖，單糖和雙糖口感好，且容易被人體吸收利用，藥效較優(yōu)，這與人們利用用醫(yī)經(jīng)驗將蟲草石斛推崇為藥用上品是相吻合的。在多糖物質(zhì)的指紋振動吸收區(qū)950～700 cm-l范圍譜圖呈現(xiàn)的吸收情況也表明了上述結(jié)論。

2.3 采用紅外光譜的二階導(dǎo)數(shù)譜對比分析四種石斛莖的主要成分

2.3.1 石斛莖多糖物質(zhì)振動吸收帶(1 300～1 000 cm-1)的二階導(dǎo)數(shù)譜

石斛莖多糖物質(zhì)的振動吸收帶(1 300～1 000 cm-1)的紅外光譜譜峰重迭嚴(yán)重，為此采用Perkin-Elemer公司的Spectrum v6.3.1操作軟件，先對石斛莖的紅外光譜進(jìn)行基線自動校準(zhǔn)處理，然后再求出1 300～1 000 cm-1的二階導(dǎo)數(shù)譜，二階導(dǎo)數(shù)譜平滑點數(shù)為13，求出的四種石斛莖紅外光譜吸收帶(1 300～1 000 cm-1)的二階導(dǎo)數(shù)譜分別如圖4(a—d)所示。

圖4 四種石斛莖干粉紅外光譜的多糖特征吸收帶(1 300～1 000 cm-1)的二階導(dǎo)數(shù)譜

從圖4可看出：(1)鐵皮、紫皮及大包鞘石斛相對較強的吸收峰較多，至少有六個，而蟲草石斛僅有兩個，表明蟲草石斛莖的糖類物質(zhì)成分類型較少，而另外三種石斛糖類物質(zhì)成分種類較復(fù)雜，多糖類物質(zhì)占比較大，由于構(gòu)成多糖的糖單元以及糖苷鍵類型多，導(dǎo)致出現(xiàn)相對較強的、數(shù)量較多的吸收峰；(2)鐵皮、紫皮及大包鞘石斛1 160，1 127和1 105 cm-1處的(淀粉、纖維素)多糖的特征吸收峰的峰位相同，相對強度以及峰形十分相似，蟲草石斛沒有(淀粉、纖維素)多糖的這三個特征吸收峰，表明鐵皮、紫皮及大包鞘石斛莖的多糖類(淀粉、纖維素)物質(zhì)占比較大且這三種石斛的多糖類物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)基本相同；蟲草石斛的莖多糖類(淀粉、纖維素)物質(zhì)含量很少，糖類物質(zhì)單糖和雙糖占比較大；(3)大包鞘石斛與蟲草石斛在1 091(1 076)和1 050 cm-1處的吸收峰峰形十分相似，相對峰強趨勢一致，即1 050 cm-1處的吸收峰強度大于1 091(1 076)cm-1處的吸收峰，大包鞘石斛有與蟲草石斛化學(xué)結(jié)構(gòu)相同的糖環(huán)物質(zhì)，這也可能是咀嚼這兩種石斛口感相似的原因，鐵皮鞘石斛與紫皮石斛在1 077(1 076)和1 050 cm-1處的吸收峰峰形十分相似，相對峰強度趨勢一致，即1 050 cm-1處的吸收強度小于1 077(1 076)cm-1，鐵皮石斛有與紫皮石斛化學(xué)結(jié)構(gòu)相同的糖環(huán)物質(zhì)，這可能是這兩種石斛可以互相替代作為醫(yī)用藥材使用的原因。

2.3.2 石斛莖多糖的指紋振動吸收帶(1 000～700 cm-1)的二階導(dǎo)數(shù)譜

四種石斛莖紅外光譜的多糖指紋吸收帶(1 000～700 cm-1)的二階導(dǎo)數(shù)譜分別如圖5(a—d)所示。吸收帶(930～700 cm-1)的譜峰統(tǒng)計如表1所示。

圖5 四種石斛莖紅外光譜多糖指紋吸收帶(1 000～700 cm-1)的二階導(dǎo)數(shù)譜

表1 四種石斛莖干粉紅外光譜多糖指紋吸收帶(930～700 cm-1)的譜峰統(tǒng)計

由圖5(a—d)及表1可知：(1)蟲草石斛莖有3個峰，814和806 cm-1處的峰相對很弱，而鐵皮、紫皮及大包鞘石斛相對較強的吸收峰不少于8個，蟲草石斛的糖單元單一，而另外三種石斛的糖單元類型較多且占比均衡。(2)β-2-D-2半乳吡喃糖914～886 cm-1、β-2-D-2葡萄吡喃糖905～876 cm-1、β-2-D-2甘露吡喃糖898～888 cm-1、α-2-D-2葡萄吡喃糖855～833 cm-1、β-2-D-2和β-2-L-2阿拉伯吡喃糖855～830 cm-1、β-2-D-2和α-2-L-2甘露吡喃糖843～818 cm-1、α-2-D-2半乳吡喃糖839～810 cm-1、α-2-D-2木吡喃糖760～740 cm-1[17]。鐵皮、紫皮及大包鞘石斛莖在897，838和767 cm-1處均有峰且峰形十分相似，表明這三種石斛莖中含有β-2-D-2半乳吡喃糖、β-2-D-2葡萄吡喃糖、β-2-D-2甘露吡喃糖、α-2-D-2葡萄吡喃糖、β-2-D-2、β-2-L-2阿拉伯吡喃糖、β-2-D-2、α-2-L-2甘露吡喃糖、α-2-D-2半乳吡喃糖及α-2-D-2木吡喃糖單糖單元；而蟲草石斛莖在880 cm-1峰很強，表明蟲草石斛莖主要含有β-2-D-2半乳吡喃糖、β-2-D-2葡萄吡喃糖、β-2-D-2甘露吡喃糖單元。20種具有抗氧化活性的石斛多糖中，其單糖組成大都以葡萄糖、甘露糖及半乳糖為主，石斛多糖有無抗氧化活性影響最大的單糖為葡萄糖，甘露糖是關(guān)鍵因素[18]。蟲草石斛糖類物質(zhì)含葡萄糖，甘露糖、半乳糖占比較大，建議在尋找抗氧化活性藥物時重點研究蟲草石斛。(3)四種石斛莖紅外光譜多糖指紋吸收區(qū)都有特有的吸收峰(蟲草石斛806 cm-1、鐵皮石斛867 cm-1、紫皮石斛921 cm-1、大包鞘石斛781 cm-1)，表明可以利用這些各自特有的峰將四種石斛鑒別出來。

分析四種石斛莖的紅外光譜得到價格較高，用藥經(jīng)驗認(rèn)可的蟲草石斛所含糖類物質(zhì)單一，單糖和雙糖占比較大，或其中多糖通過咀嚼容易分解為單糖或雙糖，這個結(jié)論是否具有普遍意義，還將分析研究更多種類的石斛進(jìn)行驗證。四種石斛在多糖的指紋吸收圖譜區(qū)的二階導(dǎo)數(shù)譜各自有特有的吸收峰，可利用這樣特有的吸收峰對四種石斛進(jìn)行鑒定，這種鑒定方法是否具有普適性，還將進(jìn)一步的探索研究。

3 結(jié) 論

(1)石斛莖含豐富的糖類物質(zhì)，鐵皮、紫皮及大包鞘三種石斛的糖類物質(zhì)的組成成分比較復(fù)雜，糖單元是半乳吡喃糖、葡萄吡喃糖、甘露吡喃糖、阿拉伯吡喃糖、木吡喃糖；蟲草石斛莖的糖類物質(zhì)組成成分比較簡單，主要是類型較單一，單糖和雙糖占比較大，或它的多糖通過咀嚼容易分解為單糖或雙糖，糖單元是半乳吡喃糖、葡萄吡喃糖、甘露吡喃糖，建議在尋找抗氧化活性藥物時重點研究蟲草石斛。

(2)石斛莖紅外光譜多糖指紋吸收區(qū)都有特有的吸收峰，可將四種石斛鑒別出來。