基于FTIR 的天南星及其混偽品鑒別

嚴(yán)福林，劉利平，杜富強，譚云飛，黃明喆，魏升華

（貴州中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

天南星是我國傳統(tǒng)大宗藥材之一，藥用歷史悠久，《神農(nóng)本草經(jīng)》中記載天南星實為虎掌，以天南星之名首載于《開寶本草》［1-2］。2015 年版《中國藥典》收載的天南星來源于天南星科植物天南星Arisaema erubescens（wall.）Schott.、異葉天南星A.heterophyllumBl.、東北天南 星A.amurenseMaxim.的塊莖。天南星性溫，味辣，具有消腫止痛、燥濕化痰、祛風(fēng)止痙等功效［3］，古代諸多本草及方劑典籍中均有記載，如《太平圣惠方》中朱砂丸、一字散，《普濟(jì)方》中的南星膏、桃紅撒等［4-5］?，F(xiàn)代研究表明，天南星含有豐富的多糖、黃酮及核苷類成分（腺苷、鳥苷、肌苷、胸苷、尿苷），具有廣泛的抗腫瘤、抗病毒、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗凝血、松弛支氣管平滑肌、心肌保護(hù)、鎮(zhèn)靜中樞神經(jīng)等生物活性［6-10］。

天南星藥材來源種類繁多，外形相似，同屬或同科混偽現(xiàn)象普遍。據(jù)考證，天南星在不同本草記載中來源各異。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各地民間的藥用天南星基源因地而異常用的有山珠南星、虎掌、半夏、銀南星、河谷南星、高原南星、普陀南星、象南星、象頭花、犁頭尖、三葉犁頭尖、鞭檐犁頭尖、馬蹄犁頭尖等二十余種天南星科天南星屬、犁頭尖屬、半夏屬、魔芋屬等植物［11］。

不同來源天南星藥材成分及含有量差異較大，對天南星及其偽品虎掌、半夏的研究較多，主要集中在性狀、顯微、理化鑒別等方面［12-14］。裴文菡等［15］建立了天南星薄層色譜鑒別方法；陸丹等［16］通過近紅外光譜法將天南星與虎掌進(jìn)行鑒別；高鴻彬等［17］通過近紅外漫反射光譜法建立天南星與不同產(chǎn)地半夏快速無損鑒別方法；李欣逸等［18］通過電子鼻技術(shù)建立了天南星與半夏、水半夏的鑒別方法；羅芬等［19］通過HPLC 獲得天南星藥材共有指紋圖譜，發(fā)現(xiàn)與虎掌、半夏圖譜比較有顯著區(qū)別，但以上方法均受到了樣本量的限制，其應(yīng)用上具有一定局限性。目前，關(guān)于天南星多來源，如山珠南星、棒頭南星、虎掌、半夏、滴水珠、綏陽雪里見等多種類、大樣本的混偽品研究尚未見報道。

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是中藥結(jié)構(gòu)分析和鑒定的現(xiàn)代方法之一，具有簡便、快速、準(zhǔn)確、無損等特點［20］，在黃芪、三七、八角蓮、羌活等中藥材鑒定中得到了廣泛應(yīng)用，效果較好［21-24］。據(jù)此，本研究運用該技術(shù)對天南星及其混偽品的紅外光譜圖進(jìn)行分析，以期豐富該藥材鑒定方法，并為其臨床應(yīng)用、挖掘開發(fā)提供參考。

1 材料

FW135 粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；DGF-6AB 電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；IRAffinity-1 s 傅里葉變換紅外分光光譜儀（日本島津公司）。

本研究共收集到不同產(chǎn)地10 種、30 批樣品，其中天南星屬7 種，半夏屬3 種，經(jīng)貴州中醫(yī)藥大學(xué)魏升華教授鑒定為正品，憑證標(biāo)本保存于貴州中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院中藥材種植與加工研究所，具體見表1。

2 方法

2.1 樣品預(yù)處理 采集天南星及其混偽品新鮮塊莖，洗凈，切片，60 ℃干燥，過6 號篩，密封，放于干燥器中保存。

2.2 光譜數(shù)據(jù)采集 將樣品粉末與溴化鉀混合，置于紅外光譜測定專用模具中壓片，傅里葉變換紅外光譜儀檢測，得到紅外光譜圖。采集條件為光譜范圍4 000～400 cm－1，每張光譜累加掃描次數(shù)32次，光譜分辨率4 cm－1。抽取5 個樣品（編號1、6、12、18、24）各進(jìn)行3 次制樣試驗，結(jié)果顯示方法穩(wěn)定，重復(fù)性較好。

2.3 數(shù)據(jù)處理 將30 批樣品的原始圖譜用OMNIC 9.0、TQ Anlyst 8.0 軟件進(jìn)行處理，消除基線漂移和噪音干擾后進(jìn)行圖譜分析。然后，將預(yù)處理過的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 16.0 軟件，通過組件連接和歐氏距離進(jìn)行聚類分析，繪制系統(tǒng)聚類分析樹狀圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅外光譜特征 30 批樣品的紅外光譜圖趨勢較為相似，在特征頻率區(qū)（波數(shù)4 000～2 000 cm－1）內(nèi)有2 個共同吸收峰，即在波數(shù)3 385 cm－1由醇類和酚類成分O-H（形成氫鍵）伸縮產(chǎn)生的吸收峰，以及在波數(shù)2 929 cm－1由烯烴的C-H 伸縮產(chǎn)生的吸收峰，見圖1。指紋區(qū)（波數(shù)2 000～400 cm－1）內(nèi)吸收峰較多，具有明顯吸收差異，見圖2。因此，本實驗選擇波數(shù)2 000～400 cm－1的光譜信息進(jìn)行后續(xù)比對分析。

3.2 不同產(chǎn)地的天南星紅外光譜 通過TQAnlyst 8.0 軟件，以貴州安順天南星的紅外光譜圖為參照峰，比較16 批不同產(chǎn)地樣品紅外光譜圖，圖譜間的相關(guān)系數(shù)分別為1.000、0.961 0、0.905 4、0.965 1、0.900 7、0.969 4、0.967 8、0.967 3、0.926 3、0.970 7、0.937 3、0.923 4、0.962 0、0.964 9、0.928 3，均大于0.9，表明它們之間非常相似，見圖3。

3.3 天南星與同屬混偽品的紅外光譜 天南星與同屬混偽品通過芳香酮類羧基化合物成分C-C 伸縮在波數(shù)1 323 cm－1的吸收，可將9（天南星）與18（異葉天南星）、20（棒頭南星）、30（花南星）區(qū)分，其中9 在這個波數(shù)的吸收尖銳，而18、20、30 在此波數(shù)較平坦、鈍圓。

酯類羧基化合物成分C＝O 雙鍵伸縮在波數(shù)1 736 cm－1的吸收可以將9（天南星）與28（象頭花）、29（綏陽雪里見）區(qū)分，9 在此波束處平坦，28、29 在此波數(shù)吸收峰小而堅挺，但無法將9（天南星）和19（山珠南星）區(qū)分，見圖4。

表1 樣品信息Tab.1 Information of samples

圖1 30 批樣品紅外光譜圖（4 000～400 cm－1）Fig.1 Infrared spectra of thirty batches of samples（4 000－400 cm－1）

3.4 天南星與半夏屬混偽品的紅外光譜 天南星與半夏屬混偽品通過芳香酮類羧基化合物成分C-C伸縮在波數(shù)1 323 cm－1的吸收，可以將9（天南星）與22（虎掌）、23（半夏）、26（滴水珠）區(qū)分，9 在這個波數(shù)有吸收尖銳，而22、23、26 在此波數(shù)吸收較弱，見圖5。

3.5 紅外光譜聚類分析 將天南星及其混偽品的紅外光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 16.0 軟件，通過組件連接和歐氏距離進(jìn)行聚類分析，建立30 批樣品的系統(tǒng)聚類分析樹狀圖，見圖6。

圖2 30 批樣品紅外光譜圖（2 000～400 cm－1）Fig.2 Infrared spectra of thirty batches of samples（2 000－400 cm－1）

圖3 16 批不同產(chǎn)地天南星紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectra of sixteen batches of Arisaematis Rhizoma from different growing areas

圖4 天南星與半夏屬混偽品的紅外光譜圖（Ⅰ）Fig.4 Infrared spectra of Arisaematis Rhizoma and adulterants belonging to genus Arisaema（Ⅰ）

圖5 天南星與半夏屬混偽品的紅外光譜圖（Ⅱ）Fig.5 Infrared spectra of Arisaematis Rhizoma and adulterants of genus Pinellia（Ⅱ）

圖6 30 批樣品聚類樹狀圖Fig.6 Dendrogram of thirty batches of samples

由此可知，將天南星及其混偽品分為3 大類，第1 大類包含18 批樣品，第2 大類包含6 批樣品，第3 大類包含6 批樣品。第一大類為16 批不同產(chǎn)地的天南星和2 批不同產(chǎn)地的異葉天南星。在2015 年版《中國藥典》一部中，將天南星與異葉天南星列為天南星藥材基源，本研究聚類分析結(jié)果表明兩者化學(xué)成分相近，支持傳統(tǒng)結(jié)論。但16 批不同產(chǎn)地的天南星和2 批不同產(chǎn)地的異葉天南星分為2 類，第一類，1（貴州安順）、2（貴州龍里）、3（貴州施秉）、4、7、8（貴州威寧）、5（貴州貴陽烏當(dāng)）、6（貴州龍里）、15（貴州貴陽花溪）、16（貴州六盤水）和2 個異葉天南星17（貴州貴陽下壩）、18（貴州貴陽花溪）共12 批樣品；第二類，9，12（貴州高坡）、10、11、13（貴州大方）、14（貴州凱里）共6 批樣品，由此表明，產(chǎn)地水分、土壤、海拔等環(huán)境因素對天南星成分含有量存在在一定程度的影響。第二大類為滴水珠、綏陽雪里見和4 批不同產(chǎn)地的象頭花，其中4 批不同產(chǎn)地的象頭花聚為一支，滴水珠和綏陽雪里見聚為一支。第三大類為山珠南星、棒頭南星、花南星、虎掌和半夏，其中棒頭南星和虎掌聚為一支，山珠南星和半夏聚為一支，而花南星單獨一支，從植物形態(tài)分析，棒頭南星和虎掌外形很相似，山珠南星和半夏葉片全三裂。本研究紅外光譜分析結(jié)果與植物形態(tài)分類具有一定的相似性，推測天南星科植物化學(xué)成分及其含有量構(gòu)成可能與植物形態(tài)具有一定相關(guān)性，但尚需進(jìn)一步研究。

4 討論

本實驗采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術(shù)對10 種、30 批天南星及其混偽品進(jìn)行分析，在波數(shù)4 000～400 cm－1范圍內(nèi)應(yīng)用樣品化學(xué)成分特征結(jié)合紅外光譜技術(shù)，進(jìn)行藥材的特征峰分析和聚類分析以鑒別天南星混偽品。結(jié)果表明，在波數(shù)1 736、1 323 cm－1的吸收可以將天南星與除山珠南星以外的混偽品區(qū)分，但是不能將混偽品進(jìn)行物種鑒別；通過聚類分析發(fā)現(xiàn)，可有效鑒別天南星和異葉天南星與其他混偽品，但不能將天南星和異葉天南星鑒別；紅外光譜特征和聚類分析綜合分析顯示，紅外光譜特征能將天南星不同基源物種天南星和異葉天南星區(qū)分，但不能把天南星和山珠南星區(qū)分；聚類分析能將天南星和異葉天南星與其他混偽品鑒別，卻不能將天南星和異葉天南星鑒別。兩者綜合分析，既能將天南星與其他混偽品區(qū)分開，又能將天南星的不同基源物種區(qū)分開。

本研究初步建立了天南星及其混偽品的紅外光譜鑒定方法，但由于條件限制，未能收集到全部混偽品，綏陽雪里見、花南星、山珠南星、棒頭南星、滴水珠等偽品樣本數(shù)較少，代表性較弱。因此，今后還需對天南星混偽品進(jìn)行多產(chǎn)地、大樣本深入研究，以期為FTIR 技術(shù)在相關(guān)鑒定中的應(yīng)用提供參考。