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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 楚雄 675000

引 言

石斛是蘭科中最大的一個(gè)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(qiáng)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(jià)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(jià)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(jià)主要受人們長期積累的石斛藥效經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(jià)較高的、憑用藥經(jīng)驗(yàn)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(bào)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(jià)十分懸殊的幾種石斛品種主要成分的對比分析尚未見報(bào)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(diǎn)，應(yīng)用于中藥主要成分的對比分析研究已有比較多的報(bào)道[8-9]。本工作測試了市場售價(jià)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(shí)驗(yàn)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(gè)很強(qiáng)且半峰寬非常窄的兩個(gè)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(yàn)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(diǎn)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(qiáng)的吸收峰較多，至少有六個(gè)，而蟲草石斛僅有兩個(gè)，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(qiáng)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(qiáng)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(gè)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(qiáng)趨勢一致，即1 050 cm-1處的吸收峰強(qiáng)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(qiáng)度趨勢一致，即1 050 cm-1處的吸收強(qiáng)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(jì)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(jì)

由圖5(a—d)及表1可知：(1)蟲草石斛莖有3個(gè)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(qiáng)的吸收峰不少于8個(gè)，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(qiáng)，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(shí)重點(diǎn)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(jià)格較高，用藥經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(yàn)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(shí)重點(diǎn)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。