乳菇的二维相关红外光谱的分析与鉴别

马殿旭

（昭通学院物理与信息工程学院，云南 昭通657000）

乳菇属（Lactarius）真菌系担子菌亚门（Basidiomycetes）层菌纲（Hymenomycetes）伞菌目（Agari·cales）红菇科（Russulaceae）[1]。乳菇的种类繁多，全世界已知乳菇属真菌约500 余种，我国共报道140 种，分布涵盖全国32 个省（直辖市、自治区）[1-2]。本文选取了野生乳菇属中的辣乳菇、绒白乳菇和香乳菇来进行研究。

辣乳菇别名石灰罗，分布广泛[3]。新鲜菌体伤后有白色乳汁，味道很辣[4]。辣乳菇中含含有丰富的维生素，有很高的食用价值[3]。辣乳菇可广泛用于配制中成药[5]。

绒白乳菇新鲜菌体成白色，味道苦，菌体受伤同样有白色乳汁。绒白乳菇记载有毒，但经过加工处理后可食用，或制成药物，对小白鼠肉瘤S-180 及艾氏癌的抑制率均为60%。

香乳菇是一种高营养美味佳肴，具有味道柔和，气味香的特点，而野生香乳菇由于长在深山茂林中更被称为山珍。除了提供丰富的营养外，香乳菇还具有一定的抗癌的功能[3]。

乳菇具有很高的营养价值和药用价值，但乳菇菌属种类较多，很难从形态上进行分辨。而且乳菇不易保存，都是风干存贮，由于风干后乳菇的形态特征消失，更难进行区分，因此快速准确地鉴别乳菇对物种的多样性、自然资源的开发利用有着非常重要的作用。目前对乳菇的研究主要是运用化学分析方法分离、提取乳菇中的复杂成分并研究其生物活性；而对乳菇的鉴别研究更多是通过外观、形态和特征来区分，这存在一定的差异。但应用傅里叶红外光谱结合二维相关红外光谱来对单属乳菇的区分研究均未见报道。

随着二维相关红外光谱技术的发展，提高了红外光谱图的分辨率，在中草药分析鉴别的技术领域已经获得了很好的应用。本文采用傅里叶变换红外光谱结合二维相关红外光谱技术的指纹鉴定方法对乳菇属的3 种不同乳菇进行鉴别研究。

1 实验部分

1.1 仪器设备与测试条件

红外光谱仪为Perkin Elmer 公司生产的Frontier 型傅里叶变换红外光谱仪，装备DTGS 探测器，测定范围为4000～400cm-1，分辨率为4cm-1，扫描次数为16 次。另附有变温附件：Love Control 公司的Portable Controller 可编程温度控制单元（50-886 型），控温范围50～120℃。

1.2 样品制备和光谱数据预处理

三种野生乳菇均由野外采集获得。将三种乳菇烘干保存待测，实验时将样品放入玛瑙研钵中磨为细粉，再加入适量的溴化钾搅磨均匀，然后压片待测。使用红外光谱数据处理软件（OMNIC 8.0）对所采集的红外光谱进行基线校正、5 点平滑，归一化预处理，利用Origin 8.5 软件进行原始光谱数据处理。并利用清华大学的二维相关分析软件进行二维相关光谱数据处理。

2 结果与讨论

2.1 三种乳菇的红外光谱特征

图1 是三种样品的FTIR 原始图，从光谱图中可以到的主要波峰相似，并分析如下表。

所有这些光谱典型的特征吸收峰反映了三种乳菇的主要成分为蛋白质和碳水化合物。

2.2 三种乳菇的二维相关红外光谱特征

二维相关技术起源于核磁共振（NMR）领域[5]。它是日本化学家Isao Noda（野田勇夫）提出的理论。二维相关光谱可以提高谱图分辨率，简化含有许多重叠峰的复杂光谱，阐明官能团之间的各种相互作用，是研究分子内、分子间相互作用的一种强有力的手段[5]。对乳菇样品的红外光谱进行二维相关红外光谱处理，得到1200～1800cm-1和800～1200cm-1的二维相关红外同步光谱如图2 和图3 所示，2D-IR 光谱表明：3 种乳菇样品的自动峰和交叉峰差异很大。图中红色相关强度等高线所形成的峰为正相关峰，蓝色相关强度等高线所形成的峰为负相关峰。按照二维相关光谱理论，同步谱是关于主对角线对称的谱图，处于主对角线位置上的峰，是动态红外光谱信号自身相关而得到的，称为自动峰，自动峰总是正峰，它们代表了样品中各化学基团对温度微扰的敏感程度。对温度微扰越敏感，自动峰强度越高。位于非主对角线位置处的峰称为交叉峰，交叉峰的出现说明在官能团之间可能存在着分子内或分子间的相互作用，表示两个相应频率的光谱强度变化的相似性。当两个独立波数处的动态红外信号彼此相关或者负相关时，就会出现交叉峰，交叉峰有正峰和负峰之分。当两个不同官能团在温度变化过程中振动方向一致时，出现一对正交叉峰；如果两个不同官能团在温度变化过程中振动方向相反，则出现一对负交叉峰[5]。

图2 三种乳菇在1200～1800cm-1 范围内的二维相关同步红外光谱

图3 三种乳茹在800～1200cm-1 范围内的二维相关同步红外光谱

基于以上原理，分析图2，辣乳菇（a）、绒白乳菇（b）、香乳菇（c）三种乳菇在1200～1800cm-1波数范围的二维相关光谱，在辣乳菇二维相关光谱中出现明显的3 个自动峰两个正交叉峰，自动峰分别为1649，1550，1468cm-1，其中1649cm-1波数的自动峰最强；交叉峰分别是（1468，1649cm-1），（1550，1649cm-1）；因此在受到热微扰时1649cm-1，1550cm-1和1468cm-1波段处对应的官能团变化很大，而在变化中，自动峰对应的官能团是沿着相同方向振动的，具有协同性。而在绒白乳菇中也出现明显的3 个自动峰三个正交叉峰以及两个负交叉峰，自动峰分别为1649，1556，1460cm-1，其中1649cm-1和1460cm-1波数的自动峰最强；正交叉峰分别是（1460，1649cm-1），（1556，1649cm-1）和（1460，1556cm-1），负交叉峰为（1220，1649cm-1），（1220，1460cm-1）；而负交叉峰表明1220，1460，1649cm-1所对应的官能团沿着相反的方向振动；香乳菇中出现明显的3 个自动峰、3 个正交叉峰和1个负交叉峰，自动峰分别是1649，1556 和1460cm-1，其中最强的自 动 峰 为1460cm-1，正 交 叉 峰 分 别 是（1460，1649cm-1），（1556，1649cm-1）和（1460，1556cm-1），负交叉峰为（1220，1460cm-1）。三种乳菇不仅在自动峰上的强度存在明显的差别，而且在交叉峰中正交叉峰和负交叉峰强度、位置都存在显著的区别。

在波段800～1200cm-1范围内，如图3，在辣乳菇二维相关光谱中出现明显的4 个自动峰1 个正交叉峰，自动峰分别为1018，1080，948，929cm-1，其中1018cm-1和1080cm-1波数的自动峰最强；交叉峰为（1018，1080cm-1）；因此在受到热微扰时1018cm-1，1080cm-1，948，929cm-1波段处对应的官能团变化很大，而在变化中，自动峰1018cm-1和1080cm-1对应的官能团是沿着相同方向振动的，具有协同性。而在绒白乳菇中出现明显的 3 个自动峰三个正交叉峰， 自动峰分别为1089，1024，930cm-1，其中1089cm-1波数的自动峰最强；正交叉峰分别是（930，1089cm-1），（1024，1089cm-1）和（930，1024cm-1）；香乳菇中也出现3 个自动峰、3 个正交叉峰，自动峰分别是1089，1018 和930cm-1，其中最强的自动峰为1089cm-1，正交叉峰分别是（930，1089cm-1），（1019，1089cm-1）和（930，1019cm-1）。所以从二维光谱中的自动峰交叉峰的明显差异可以清楚的鉴别三种乳菇。

3 结论

本文利用红外光谱技术结合二维相关红外光谱技术可以将3 种乳菇样品进行鉴定分析。从光谱中可知：3 种乳菇中主要成分为蛋白质和碳水化合物，波峰和波峰位置差异不明显，为此应用二维相关红外光谱进一步对乳菇加以鉴别，不同波段同步谱差异明显，可以很快分析鉴别三种分析乳菇，该方法简单快速有效。