铁皮石斛、 紫皮石斛、 虫草(梳唇或珍虫石斛)石斛及大包鞘石斛的茎采自云南省德宏州芒市千斛园石斛基地, 经专家鉴定。 四种石斛的茎分别如图1(a— d)所示, 虫草(梳唇或珍虫石斛)石斛生长状态如图2所示。 将这四种石斛的茎凉干粉碎后过100目筛加工成石斛干粉。

图1

Fig.1

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	图1 四种石斛的茎 (a): 铁皮石斛; (b): 紫皮石斛; (c): 虫草石斛; (d): 大包鞘石斛Fig.1 Stems of four species of Dendrobium (a): Dendrobium officinale Kimura et Migo; (b): Dendrobium devonianum Paxt; (c): Dendrobium strongylanthum Rchb. f.; (d): Dendrobium wardianum Warner

图2

Fig.2

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	图2 栽培的虫草石斛Fig.2 The cultivated Dendrobium strongylanthum Rchb. f.

按1:200取样品(石斛干粉)加入KBr, 用玛瑙研钵研细后压片, 进行FTIR光谱测定, 光谱扫描范围4 000~600 cm^-1, 采用Perkin-Elemer公司的Spectrum v6.3.1操作软件进行数据采集及谱图处理。 红外光谱测试采用Perkin-Elemer公司的Spectrum 100傅里叶变换红外光谱仪, 分辨率为4 cm^-1, 扫描累加16次。

石斛具有不同药理功能的多糖、 生物碱、 氨基酸等化学成分 ^{[10, 11, 12]}。 石斛多糖的含量与品种及石斛的生长环境有关, 不同品种、 不同的生长环境多糖含量差异较大, 最高可达干茎的38.6%, 最低只有干茎的2.6%; 石斛干茎中氨基酸的含量约为0.4%~2%; 石斛碱含量约为0.1%~0.8%^[13]。 多糖的糖单元(糖单元是指构成多糖的单糖)主要是甘露糖、 半乳糖醛酸、 葡萄糖、 木糖, 阿拉伯糖^[14]。

四种石斛茎干粉的红外光谱分别如图3a— d所示。 铁皮、 紫皮及大包鞘石斛除1 200~750 cm^-1谱峰稍有差别外, 其余峰位及峰形十分相似, 表明它们的化学成分差异较小; 虫草石斛在3 338, 2 974, 2 894, 1 090, 1 050和880 cm^-1处有区别于另外三种石斛的特征吸收峰(峰位及峰形差异较大), 表明虫草石斛与另外三种石斛组成成分差异较大。 在3 417与3 368 cm^-1处吸收峰为多糖类物质O— H伸缩振动吸收; 2 974和2 894 cm^-1对应甲基C— H反对称和对称伸缩振动吸收; 2 925 cm^-1对应的是亚甲基的C— H反对称伸缩振动吸收; 1 736 cm^-1为糖类物质羰基C＝O的伸缩振动吸收; 1 632 cm^-1表征羟基— OH的弯曲振动与酰胺Ⅰ 带的吸收; 1 507 cm^-1表征苯环骨架伸缩振动和N— H的面内弯曲振动吸收; 1 447 cm^-1和1 400(1 385) cm^-1表征甲基C— H反对称和对称变形振动吸收; 1 318 cm^-1表征羟基— O— H弯曲振动与酰胺Ⅲ 带特征吸收; 1 270, 1 252和1 245 cm^-1表征糖类物质的C— O— C伸缩振动与酰胺Ⅲ 带特征吸收; 1 155(1 151) cm^-1表征纤维素、 淀粉等多糖类物质C— O— C的不对称伸缩振动; 1 090和1 050 cm^-1表征吡喃环的特征吸收峰, 分别来自于吡喃环的C— O— H伸缩振动和C— O— C糖苷键的非对称振动吸收^[15]; 959, 925, 890, 880和811(806) cm^-1表征糖环骨架振动的特征吸收^[16]。

图3

Fig.3

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	图3 四种石斛茎干粉的红外光谱 a: 铁皮石斛; b: 紫皮石斛; c: 虫草石斛; d: 大包鞘石斛Fig.3 Infrared spectra of four Dendrobium stem dry powders a: Dendrobium officinale Kimura et Migo; b: Dendrobium devonianum Paxt; c: Dendrobium strongylanthum Rchb. f.; d: Dendrobium wardianum Warner

四种石斛茎的红外光谱呈现了甘露糖、 半乳糖醛酸、 葡萄糖、 木糖, 阿拉伯糖的多种官能团的宽吸收带, 峰出现在1 151, 1 078和1 053 cm^-1, 表明构成糖类物质的组成成分比较复杂, 表现在单糖、 双糖的类型以及构成多糖的糖单元和连接糖单元间的糖苷键类型较多; 而虫草石斛茎的光谱在此区间仅在1 090和1 050 cm^-1处有两个很强且半峰宽非常窄的两个吸收峰, 表明构成虫草石斛茎的糖类物质组成成分比较简单, 表现在单糖、 双糖的类型以及构成多糖的糖单元和连接糖单元间的糖苷键类型较少, 从新鲜的虫草石斛茎胶质占比较大, 嚼之发粘无渣且甜味较浓, 可推知, 虫草石斛茎的糖类物质中单糖和双糖占比较大, 或其多糖通过咀嚼容易分解为单糖或双糖, 单糖和双糖口感好, 且容易被人体吸收利用, 药效较优, 这与人们利用用医经验将虫草石斛推崇为药用上品是相吻合的。 在多糖物质的指纹振动吸收区950~700 cm^-l 范围谱图呈现的吸收情况也表明了上述结论。

2.3.1 石斛茎多糖物质振动吸收带(1 300~1 000 cm^-1)的二阶导数谱

石斛茎多糖物质的振动吸收带(1 300~1 000 cm^-1)的红外光谱谱峰重迭严重, 为此采用Perkin-Elemer公司的Spectrum v6.3.1操作软件, 先对石斛茎的红外光谱进行基线自动校准处理, 然后再求出1 300~1 000 cm^-1的二阶导数谱, 二阶导数谱平滑点数为13, 求出的四种石斛茎红外光谱吸收带(1 300~1 000 cm^-1)的二阶导数谱分别如图4(a— d)所示。

图4

Fig.4

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图4 四种石斛茎干粉红外光谱的多糖特征吸收带(1 300~1 000 cm-1)的二阶导数谱 (a): 虫草石斛; (b): 铁皮石斛; (c): 紫皮石斛; (d): 大包鞘石斛Fig.4 The second-derivative spectra of polysaccharide characteristic absorption band (1 300~1 000 cm-1) in infrared spectra of the dry powder of four Dendrobium stem (a): Dendrobium officinale Kimura et Migo; (b): Dendrobium devonianum Paxt; (c): Dendrobium strongylanthum Rchb. f.; (d): Dendrobium wardianum Warner

从图4可看出: (1)铁皮、 紫皮及大包鞘石斛相对较强的吸收峰较多, 至少有六个, 而虫草石斛仅有两个, 表明虫草石斛茎的糖类物质成分类型较少, 而另外三种石斛糖类物质成分种类较复杂, 多糖类物质占比较大, 由于构成多糖的糖单元以及糖苷键类型多, 导致出现相对较强的、 数量较多的吸收峰; (2)铁皮、 紫皮及大包鞘石斛1 160, 1 127和1 105 cm^-1处的(淀粉、 纤维素)多糖的特征吸收峰的峰位相同, 相对强度以及峰形十分相似, 虫草石斛没有(淀粉、 纤维素)多糖的这三个特征吸收峰, 表明铁皮、 紫皮及大包鞘石斛茎的多糖类(淀粉、 纤维素)物质占比较大且这三种石斛的多糖类物质化学结构基本相同; 虫草石斛的茎多糖类(淀粉、 纤维素)物质含量很少, 糖类物质单糖和双糖占比较大; (3)大包鞘石斛与虫草石斛在1 091(1 076)和1 050 cm^-1处的吸收峰峰形十分相似, 相对峰强趋势一致, 即1 050 cm^-1处的吸收峰强度大于1 091(1 076) cm^-1处的吸收峰, 大包鞘石斛有与虫草石斛化学结构相同的糖环物质, 这也可能是咀嚼这两种石斛口感相似的原因, 铁皮鞘石斛与紫皮石斛在1 077(1 076)和1 050 cm^-1处的吸收峰峰形十分相似, 相对峰强度趋势一致, 即1 050 cm^-1处的吸收强度小于1 077(1 076) cm^-1, 铁皮石斛有与紫皮石斛化学结构相同的糖环物质, 这可能是这两种石斛可以互相替代作为医用药材使用的原因。

2.3.2 石斛茎多糖的指纹振动吸收带(1 000~700 cm^-1)的二阶导数谱

四种石斛茎红外光谱的多糖指纹吸收带(1 000~700 cm^-1)的二阶导数谱分别如图5(a— d)所示。 吸收带(930~700 cm^-1)的谱峰统计如表1所示。

图5

Fig.5

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	图5 四种石斛茎红外光谱多糖指纹吸收带(1 000~700 cm-1)的二阶导数谱 (a): 铁皮石斛; (b): 紫皮石斛; (c): 虫草石斛; (d): 大包鞘石斛Fig.5 Second derivative spectra of polysaccharide fingerprint absorption bands (1 000~700 cm-1) in FTIR spectra of the dry powder of four Dendrobium stem (a): Dendrobium officinale Kimura et Migo; (b): Dendrobium devonianum Paxt; (c): Dendrobium strongylanthum Rchb. f.; (d): Dendrobium wardianum Warner

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 四种石斛茎干粉红外光谱多糖指纹吸收带(930~700 cm-1)的谱峰统计 Table 1 Spectral peak statistics of polysaccharide fingerprint absorption bands (930~700 cm-1) in stem dry powder of four species of Dendrobium 石斛种类 峰位/cm-1 921 916 897 880 867 861 838 814 806 781 767 718 帖皮石斛 √ √ √ √ √ √ √ 紫皮石斛 √ √ √ √ √ 虫草石斛 √ √ √ 大包鞘石斛 √ √ √ √ √ √ √ √

表1 四种石斛茎干粉红外光谱多糖指纹吸收带(930~700 cm-1)的谱峰统计 Table 1 Spectral peak statistics of polysaccharide fingerprint absorption bands (930~700 cm-1) in stem dry powder of four species of Dendrobium

由图5(a— d)及表1可知: (1)虫草石斛茎有3个峰, 814和806 cm^-1处的峰相对很弱, 而铁皮、 紫皮及大包鞘石斛相对较强的吸收峰不少于8个, 虫草石斛的糖单元单一, 而另外三种石斛的糖单元类型较多且占比均衡。 (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]}。 铁皮、 紫皮及大包鞘石斛茎在897, 838和767 cm^-1处均有峰且峰形十分相似, 表明这三种石斛茎中含有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木吡喃糖单糖单元; 而虫草石斛茎在880 cm^-1峰很强, 表明虫草石斛茎主要含有β -2-D-2半乳吡喃糖、 β -2-D-2葡萄吡喃糖、 β -2-D-2甘露吡喃糖单元。 20种具有抗氧化活性的石斛多糖中, 其单糖组成大都以葡萄糖、 甘露糖及半乳糖为主, 石斛多糖有无抗氧化活性影响最大的单糖为葡萄糖, 甘露糖是关键因素^[18]。 虫草石斛糖类物质含葡萄糖, 甘露糖、 半乳糖占比较大, 建议在寻找抗氧化活性药物时重点研究虫草石斛。 (3)四种石斛茎红外光谱多糖指纹吸收区都有特有的吸收峰(虫草石斛806 cm^-1、 铁皮石斛867 cm^-1、 紫皮石斛921 cm^-1、 大包鞘石斛781 cm^-1), 表明可以利用这些各自特有的峰将四种石斛鉴别出来。

分析四种石斛茎的红外光谱得到价格较高, 用药经验认可的虫草石斛所含糖类物质单一, 单糖和双糖占比较大, 或其中多糖通过咀嚼容易分解为单糖或双糖, 这个结论是否具有普遍意义, 还将分析研究更多种类的石斛进行验证。 四种石斛在多糖的指纹吸收图谱区的二阶导数谱各自有特有的吸收峰, 可利用这样特有的吸收峰对四种石斛进行鉴定, 这种鉴定方法是否具有普适性, 还将进一步的探索研究。