铁皮石斛不同部位生药红外光谱分析

张志信，张仕秀，谭福能

（文山学院 化学与工程学院，云南 文山 663099）

铁皮石斛Dendrobium catenatum（D.officinale Kimure et Migo）为兰科（Orchidaceae）石斛属（Dendrobium）多年生附生草本植物，其茎具有益胃生津，滋阴清热等功效[1]。据文献报道，铁皮石斛主要含有多糖、生物碱、黄酮类、酚类等化合物，现代药理研究表明，铁皮石斛具有抗肿瘤、抗衰老、增强机体免疫力、护肝、降血糖等作用[2]。

我国有74种石斛属植物和2个变种，其中可作药用的有30多种，而《中华人民共和国药典》2005年版收载的药用石斛有铁皮石斛Dendrobium officinaleKimure et Migo、金钗石斛（D.nibileLindl）、和马鞭石斛Dendrobium fimbriatumHook.[3]。2010 版《中华人民共和国药典》特将铁皮石斛从药材石斛中划出，单独收载。铁皮石斛多糖是目前为止铁皮石斛中研究最多的一类活性成分，其抗氧化、降血压、降血糖等药理活性被广泛报道，然而，针对其叶和花的研究较少，2010、2015版《中国药典》规定茎为铁皮石斛的药用部位，而叶和花不能被合理开发利用，造成了资源的极大浪费[4]，而铁皮石斛的叶、花中多糖含量也比较高，尤其是花色苷、黄酮类化合物较茎中高，天然黄酮类化合物C6-C3-C6为基本结构骨架，单体结构多样，生物活性广泛，一直是药物研发的热点领域。

目前市场上流通的商品铁皮石斛中混杂较多，枫斗加工的材料也是五花八门，更有30余种石斛属及部分石仙桃属、金石斛属和石豆兰属植物在市场上冒充铁皮石斛和其它药用石斛，来源不同的铁皮石斛在化学成分上也有较大差异[5]，严重影响了商品铁皮石斛质量的稳定性。许多商家利用铁皮石斛的叶、花加工铁皮石斛酒等保健品，冒充铁皮石斛的药用部位茎，因此建立系统有效的中药铁皮石斛不同部位生药鉴定方法具有十分重要的意义。

傅里叶变换红外光谱法（FTIR）是一种常用的分析技术，已被广泛应用在各个研究领域。其快速、整体、直观分析的新方法也适应于中药结构研究，尤其对中草药真伪、优劣、不同产地的快速鉴别、复方整体成分配伍规律变化的研究[6]，而将其应用于中药材种质资源亲缘关系比较的研究鲜为少见。不同物质其红外光谱图中的吸收峰峰位、峰形及相对峰吸收强度不同，均有其各自的宏观指纹特征。本实验依次采用红外光谱、二阶导数谱对铁皮石斛的茎、叶、花进行分析，二者分辨率依次增大，可将各物质间图谱差异逐渐放大，为铁皮石斛不同部位的鉴别及药用评价提供技术支持。

1 实验部分

1.1 实验仪器

傅立叶变换红外光谱仪（IRPresting-21型，日本岛津公司生产）；液压片机、粉碎机（XA-1型）；电子天平（Precisa XT220A 瑞士生产）；恒温干燥箱（202型）。

1.2 样材

铁皮石斛采自砚山县昆明德鑫农业科技有限公司文山分公司石斛种苗基地。铁皮石斛的花、茎、叶于105℃干燥至恒重，粉碎过200目筛备用，用于红外光谱分析。

1.3 光谱测试

采用KBr压片制样，测定红外光谱图。利用傅立叶变换红外光谱仪（IRPresting-21型）分别测量铁皮石斛花、茎、叶的粉末，为确保图谱的可比性，每一次取样量必须相同。

2 结果与讨论

2.1 铁皮石斛花、茎、叶生药红外光谱分析

图1所示为铁皮石斛花、茎、叶的红外光谱图。从图1可以看出，3个样品在3 385 cm-1、3 352 cm-1附近均有吸收峰，且峰形宽大，吸收峰强度较强的羟基伸缩振动，表明三个样品都含有活泼-OH，存在糖或酚羟基，并且以铁皮石斛茎在此处的吸收强度最大，表明茎中的糖羟基化合物含量最高；在2 918 cm-1附近有吸收峰，表明含有-CH3、-CH2-。1 737 cm-1为羰基C=O伸缩振动吸收峰，1 610、1 560、1 516 cm-1附近为芳香环骨架振动吸收峰，芳香环振动在1415 cm-1附近也产生吸收峰。1 247、1 201、1 149、1 105、1 047、1 035、1 010 cm-1主要为各类C-O伸缩振动吸收峰。在921 cm-1以下，还有糖环骨架振动吸收等多个指纹特征峰。

3 401 cm-1处的吸收峰是-OH的伸缩振动吸收峰，2 922 cm-1处的吸收峰是C-H的伸缩振动吸收峰，1 725 cm-1处为羰基吸收，1 645 cm-1处的吸收峰是-OH的弯曲振动吸收峰，1 414、1 380 cm-1处是-CH2的变形吸收峰。在1 322 cm-1处则是C-H弯曲振动吸收峰。1 151 cm-1处的吸收峰是环上（C-O）吸收峰，其吸收强度的高低与糖类成分的含量相关。而在1 080、1 031 cm-1处则是醇羟基的变角振动吸收峰。867、819 cm-1是甘露糖的特征吸收峰[7]。

图1 铁皮石斛不同部位的红外光谱图石斛花A、石斛茎B、石斛叶C

铁皮石斛花在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处有吸收峰；铁皮石斛茎在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处有吸收峰；铁皮石斛叶在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处有吸收峰，其中在1 737 cm-1处吸收峰较强，说明铁皮石斛叶中酯类成分较多；铁皮石斛花、茎、叶在2 900、1 737、1 371、1 242、1 149、1 029 cm-1附近有相同的吸收峰，茎和叶的红外光谱图相似度高，铁皮石斛花在1 730、1 714 cm-1附近显示强吸收峰，1 591、1 566、1 554 cm-1附近显示苯环的共轭双键吸收峰，这是香豆素内酯环的羰基吸收峰，叶在1 743 cm-1附近显示香豆素内酯环羰基的强吸收峰，并在1 643 cm-1附近有吸收，这是α，β不饱和双键的吸收峰，1 606、1 593 cm-1附近显示苯环的共轭双键吸收峰，表明叶中也含有香豆素内酯环；而铁皮石斛茎在1 743、1 610、1 560，1 517 cm-1附近有吸收峰，表明铁皮石斛茎中含有香豆素内酯环。

铁皮石斛茎在1 610～1 473 cm-1处有一强吸收峰并带有两个肩峰；1 438～1 111 cm-1之间有1 375、1 313、1 240、1 151 cm-1四重峰，中间（1 313、1 240 cm-1）二峰吸收强度较接近；1 000 cm-1～700 cm-1处有一高笔架峰,即由867、819、767 cm-1三个吸收峰组成，867、767 cm-1两峰较强，而819 cm-1处的吸收峰较弱，呈笔架形状，其两侧有肩峰[8]。铁皮石斛花在1 600～1 480 cm-1处有一强吸收峰并带有两个肩峰；1 450 cm-1～1 105 cm-1之间有1 415、1 371、1 359、1 317、1 247、1 201、1 149 cm-1七重峰，1 000～700 cm-1仅在781 cm-1处有吸收峰；铁皮石斛叶在1 600～1 480 cm-1处有一强吸收峰并带有两个肩峰；1 450～1 105 cm-1之间有1 425、1 415、1 325、1 242、1 149 cm-1五重峰，1 000～700 cm-1之间在921、812、767 cm-1处有吸收峰，其两侧无肩峰；从铁皮石斛花、茎、叶红外光谱图可以看出，在1 151 cm-1附近的吸收强度茎的最强，叶的吸收强度次之，花的吸收强度最弱，这一现象反映出，铁皮石斛茎中的多糖类成分含量最高，叶中多糖成分含量次之，花中的多糖成分含量最少，总体来看，三者的多糖成分含量差别显著，这一结果与曹雪原等的测定结果相吻合[8]。

铁皮石斛的花在1 105、1 047、1 035 cm-1附近有吸收峰，铁皮石斛茎在1 111 cm-1、1 031 cm-1附近有吸收峰，铁皮石斛的叶在1 099、1 049、1 029 cm-1附近有吸收峰，这些吸收峰的存在表明铁皮石斛的花茎叶中均含有石斛碱[9]，并且铁皮石斛茎中的石斛碱含量最高，叶中石斛碱含量次之，花中的石斛碱含量最低，但铁皮石斛花茎叶中石斛碱的含量差异不显著。

铁皮石斛的茎、叶、花在1 750～400 cm-1内吸收峰比较密集，其中900cm-1以下波段主要为烯的碳氢弯曲振动，苯环环弯曲振动和面外弯曲振动等；1 317～900 cm-1是单键的伸缩振动区和部分含氢基团的弯曲振动；1 500～1 310 cm-1主要代表了C-H的弯曲振动；1 750～1 500 cm-1主要表征苯环的碳骨架环呼吸振动以及C=N，C=O，C=C等伸缩振动；2 918 cm-1附近主要为烷烃C-H的伸缩振动；3 385 cm-1附近主要为O-H伸缩振动。反映出样品中黄酮类化合物O-H，C-O、C=C、苯环等化学键结构信息，可用于红外光谱快速预测铁皮石斛茎、叶、花中总黄酮含量[4]。在1 714 cm-1（C=O）、1 651 cm-1（C=O、C=C）附近均有羰基的伸缩振动吸收峰，这些吸收峰的存在表明铁皮石斛的花茎叶中均含有黄酮类化合物[10]，该处吸收峰强度叶的最强，花的吸收强度次之，茎的吸收强度最弱；表明铁皮石斛叶中黄酮类化合物含量最高，花中次之，茎中黄酮类化合物含量最低。

2.2 铁皮石斛花、茎、叶生药二阶导数红外光谱分析

二阶导数谱最大的优势是把复杂体系中原本重叠在一起的峰区分开来，提高图谱的表观分辨率。运用二阶导数法对铁皮石斛花、茎、叶进行归属，如表1及图2至图10所示，在1 650～700 cm-1范围内，二阶导数谱分辨出的吸收峰最多，铁皮石斛花、茎、叶的二阶导数红外光谱图在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处均有相同的吸收峰，进一步说明了铁皮石斛花茎叶中的化学成分具有一定的相似性；在此基础上，铁皮石斛的花与茎在1 384、1 292、1 274、1 213、1 205、1 168、1 138、993、966、935、883、802、705、621 cm-1处还有相同的吸收峰；铁皮石斛花与叶在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附近还有相同的吸收峰；铁皮石斛的茎与叶在1 186、1 178、1 039、1 024、1 010、881、854、844、746、648、418 cm-1附近还有相同的吸收峰；从而可以判断，铁皮石斛的花与叶的吸收峰的相似度高，即花与叶所含的化学成分类似，而铁皮石斛的茎与花和叶的差异较大。

铁皮石斛茎叶花在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，主要表征苯环的碳骨架环呼吸振动以及C=N，C=O，C=C等伸缩振动，再加上一维红外光谱图中于1 454 cm-1附近有吸收峰，推测三者均含有苯环结构，1 078 cm-1（C-O）特征吸收峰最强，结合1 714 cm-1、1 651 cm-1（C=O）处的吸收峰，表明铁皮石斛花、茎、叶中均含黄酮类成分；

表1 铁皮石斛花、茎、叶的二阶导数红外光谱特征峰

图2 铁皮石斛花的二阶导数红外光谱图（2 025～1 275 cm-1）

图3 铁皮石斛花的二阶导数红外光谱图（1 275～900 cm-1）

图4 铁皮石斛花的二阶导数红外光谱图（900～400 cm-1）

图5 铁皮石斛茎的二阶导数红外光谱图（2 025～1275 cm-1）

图6 铁皮石斛茎的二阶导数红外光谱图（1 275～900 cm-1）

图7 铁皮石斛茎的二阶导数红外光谱图（900～400 cm-1）

图8 铁皮石斛叶的二阶导数红外光谱图（2 025～1 275 cm-1）

图9 铁皮石斛叶的二阶导数红外光谱图（1 275～900 cm-1）

图10 铁皮石斛叶的二阶导数红外光谱图（900～400 cm-1）

3 结论

铁皮石斛茎、叶、花红外光谱相似度较高，吸收峰明显且较多，1 750～400 cm-1波段内吸收峰比较密集。铁皮石斛茎、叶、花中的多糖、石斛碱、黄酮类化合物含量呈现规律性递变，铁皮石斛茎中的多糖类成分含量最高，叶中含量次之，花中含量最少，总体来看，多糖成分含量差别显著；铁皮石斛茎中的石斛碱含量最高，叶中含量次之，花中含量最低，石斛碱的含量差异不显著；铁皮石斛叶中的黄酮类物质含量最高，花中次之，茎中最低，总黄酮类含量差异显著；傅里叶变换红外光谱能实现铁皮石斛不同部位中多糖、石斛碱、总黄酮含量准确预测，为铁皮石斛不同生药部位质量评价提供快速、有效的方法。从铁皮石斛地上部分花、茎、叶的生药量来考察，茎的生药量最大，故选择铁皮石斛的茎作为主要的药用部位，但铁皮石斛的花和叶同样具有与茎相似的药效，可根据叶和花的生物活性成分特点加以开发利用。