乳菇的二維相關(guān)紅外光譜的分析與鑒別

馬殿旭

（昭通學(xué)院物理與信息工程學(xué)院，云南 昭通657000）

乳菇屬（Lactarius）真菌系擔(dān)子菌亞門（Basidiomycetes）層菌綱（Hymenomycetes）傘菌目（Agari·cales）紅菇科（Russulaceae）[1]。乳菇的種類繁多，全世界已知乳菇屬真菌約500 余種，我國(guó)共報(bào)道140 種，分布涵蓋全國(guó)32 個(gè)?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）[1-2]。本文選取了野生乳菇屬中的辣乳菇、絨白乳菇和香乳菇來進(jìn)行研究。

辣乳菇別名石灰羅，分布廣泛[3]。新鮮菌體傷后有白色乳汁，味道很辣[4]。辣乳菇中含含有豐富的維生素，有很高的食用價(jià)值[3]。辣乳菇可廣泛用于配制中成藥[5]。

絨白乳菇新鮮菌體成白色，味道苦，菌體受傷同樣有白色乳汁。絨白乳菇記載有毒，但經(jīng)過加工處理后可食用，或制成藥物，對(duì)小白鼠肉瘤S-180 及艾氏癌的抑制率均為60%。

香乳菇是一種高營(yíng)養(yǎng)美味佳肴，具有味道柔和，氣味香的特點(diǎn)，而野生香乳菇由于長(zhǎng)在深山茂林中更被稱為山珍。除了提供豐富的營(yíng)養(yǎng)外，香乳菇還具有一定的抗癌的功能[3]。

乳菇具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，但乳菇菌屬種類較多，很難從形態(tài)上進(jìn)行分辨。而且乳菇不易保存，都是風(fēng)干存貯，由于風(fēng)干后乳菇的形態(tài)特征消失，更難進(jìn)行區(qū)分，因此快速準(zhǔn)確地鑒別乳菇對(duì)物種的多樣性、自然資源的開發(fā)利用有著非常重要的作用。目前對(duì)乳菇的研究主要是運(yùn)用化學(xué)分析方法分離、提取乳菇中的復(fù)雜成分并研究其生物活性；而對(duì)乳菇的鑒別研究更多是通過外觀、形態(tài)和特征來區(qū)分，這存在一定的差異。但應(yīng)用傅里葉紅外光譜結(jié)合二維相關(guān)紅外光譜來對(duì)單屬乳菇的區(qū)分研究均未見報(bào)道。

隨著二維相關(guān)紅外光譜技術(shù)的發(fā)展，提高了紅外光譜圖的分辨率，在中草藥分析鑒別的技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了很好的應(yīng)用。本文采用傅里葉變換紅外光譜結(jié)合二維相關(guān)紅外光譜技術(shù)的指紋鑒定方法對(duì)乳菇屬的3 種不同乳菇進(jìn)行鑒別研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備與測(cè)試條件

紅外光譜儀為Perkin Elmer 公司生產(chǎn)的Frontier 型傅里葉變換紅外光譜儀，裝備DTGS 探測(cè)器，測(cè)定范圍為4000～400cm-1，分辨率為4cm-1，掃描次數(shù)為16 次。另附有變溫附件：Love Control 公司的Portable Controller 可編程溫度控制單元（50-886 型），控溫范圍50～120℃。

1.2 樣品制備和光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理

三種野生乳菇均由野外采集獲得。將三種乳菇烘干保存待測(cè)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將樣品放入瑪瑙研缽中磨為細(xì)粉，再加入適量的溴化鉀攪磨均勻，然后壓片待測(cè)。使用紅外光譜數(shù)據(jù)處理軟件（OMNIC 8.0）對(duì)所采集的紅外光譜進(jìn)行基線校正、5 點(diǎn)平滑，歸一化預(yù)處理，利用Origin 8.5 軟件進(jìn)行原始光譜數(shù)據(jù)處理。并利用清華大學(xué)的二維相關(guān)分析軟件進(jìn)行二維相關(guān)光譜數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種乳菇的紅外光譜特征

圖1 是三種樣品的FTIR 原始圖，從光譜圖中可以到的主要波峰相似，并分析如下表。

所有這些光譜典型的特征吸收峰反映了三種乳菇的主要成分為蛋白質(zhì)和碳水化合物。

2.2 三種乳菇的二維相關(guān)紅外光譜特征

二維相關(guān)技術(shù)起源于核磁共振（NMR）領(lǐng)域[5]。它是日本化學(xué)家Isao Noda（野田勇夫）提出的理論。二維相關(guān)光譜可以提高譜圖分辨率，簡(jiǎn)化含有許多重疊峰的復(fù)雜光譜，闡明官能團(tuán)之間的各種相互作用，是研究分子內(nèi)、分子間相互作用的一種強(qiáng)有力的手段[5]。對(duì)乳菇樣品的紅外光譜進(jìn)行二維相關(guān)紅外光譜處理，得到1200～1800cm-1和800～1200cm-1的二維相關(guān)紅外同步光譜如圖2 和圖3 所示，2D-IR 光譜表明：3 種乳菇樣品的自動(dòng)峰和交叉峰差異很大。圖中紅色相關(guān)強(qiáng)度等高線所形成的峰為正相關(guān)峰，藍(lán)色相關(guān)強(qiáng)度等高線所形成的峰為負(fù)相關(guān)峰。按照二維相關(guān)光譜理論，同步譜是關(guān)于主對(duì)角線對(duì)稱的譜圖，處于主對(duì)角線位置上的峰，是動(dòng)態(tài)紅外光譜信號(hào)自身相關(guān)而得到的，稱為自動(dòng)峰，自動(dòng)峰總是正峰，它們代表了樣品中各化學(xué)基團(tuán)對(duì)溫度微擾的敏感程度。對(duì)溫度微擾越敏感，自動(dòng)峰強(qiáng)度越高。位于非主對(duì)角線位置處的峰稱為交叉峰，交叉峰的出現(xiàn)說明在官能團(tuán)之間可能存在著分子內(nèi)或分子間的相互作用，表示兩個(gè)相應(yīng)頻率的光譜強(qiáng)度變化的相似性。當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立波數(shù)處的動(dòng)態(tài)紅外信號(hào)彼此相關(guān)或者負(fù)相關(guān)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)交叉峰，交叉峰有正峰和負(fù)峰之分。當(dāng)兩個(gè)不同官能團(tuán)在溫度變化過程中振動(dòng)方向一致時(shí)，出現(xiàn)一對(duì)正交叉峰；如果兩個(gè)不同官能團(tuán)在溫度變化過程中振動(dòng)方向相反，則出現(xiàn)一對(duì)負(fù)交叉峰[5]。

圖2 三種乳菇在1200～1800cm-1 范圍內(nèi)的二維相關(guān)同步紅外光譜

圖3 三種乳茹在800～1200cm-1 范圍內(nèi)的二維相關(guān)同步紅外光譜

基于以上原理，分析圖2，辣乳菇（a）、絨白乳菇（b）、香乳菇（c）三種乳菇在1200～1800cm-1波數(shù)范圍的二維相關(guān)光譜，在辣乳菇二維相關(guān)光譜中出現(xiàn)明顯的3 個(gè)自動(dòng)峰兩個(gè)正交叉峰，自動(dòng)峰分別為1649，1550，1468cm-1，其中1649cm-1波數(shù)的自動(dòng)峰最強(qiáng)；交叉峰分別是（1468，1649cm-1），（1550，1649cm-1）；因此在受到熱微擾時(shí)1649cm-1，1550cm-1和1468cm-1波段處對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)變化很大，而在變化中，自動(dòng)峰對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)是沿著相同方向振動(dòng)的，具有協(xié)同性。而在絨白乳菇中也出現(xiàn)明顯的3 個(gè)自動(dòng)峰三個(gè)正交叉峰以及兩個(gè)負(fù)交叉峰，自動(dòng)峰分別為1649，1556，1460cm-1，其中1649cm-1和1460cm-1波數(shù)的自動(dòng)峰最強(qiáng)；正交叉峰分別是（1460，1649cm-1），（1556，1649cm-1）和（1460，1556cm-1），負(fù)交叉峰為（1220，1649cm-1），（1220，1460cm-1）；而負(fù)交叉峰表明1220，1460，1649cm-1所對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)沿著相反的方向振動(dòng)；香乳菇中出現(xiàn)明顯的3 個(gè)自動(dòng)峰、3 個(gè)正交叉峰和1個(gè)負(fù)交叉峰，自動(dòng)峰分別是1649，1556 和1460cm-1，其中最強(qiáng)的自 動(dòng) 峰 為1460cm-1，正 交 叉 峰 分 別 是（1460，1649cm-1），（1556，1649cm-1）和（1460，1556cm-1），負(fù)交叉峰為（1220，1460cm-1）。三種乳菇不僅在自動(dòng)峰上的強(qiáng)度存在明顯的差別，而且在交叉峰中正交叉峰和負(fù)交叉峰強(qiáng)度、位置都存在顯著的區(qū)別。

在波段800～1200cm-1范圍內(nèi)，如圖3，在辣乳菇二維相關(guān)光譜中出現(xiàn)明顯的4 個(gè)自動(dòng)峰1 個(gè)正交叉峰，自動(dòng)峰分別為1018，1080，948，929cm-1，其中1018cm-1和1080cm-1波數(shù)的自動(dòng)峰最強(qiáng)；交叉峰為（1018，1080cm-1）；因此在受到熱微擾時(shí)1018cm-1，1080cm-1，948，929cm-1波段處對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)變化很大，而在變化中，自動(dòng)峰1018cm-1和1080cm-1對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)是沿著相同方向振動(dòng)的，具有協(xié)同性。而在絨白乳菇中出現(xiàn)明顯的 3 個(gè)自動(dòng)峰三個(gè)正交叉峰， 自動(dòng)峰分別為1089，1024，930cm-1，其中1089cm-1波數(shù)的自動(dòng)峰最強(qiáng)；正交叉峰分別是（930，1089cm-1），（1024，1089cm-1）和（930，1024cm-1）；香乳菇中也出現(xiàn)3 個(gè)自動(dòng)峰、3 個(gè)正交叉峰，自動(dòng)峰分別是1089，1018 和930cm-1，其中最強(qiáng)的自動(dòng)峰為1089cm-1，正交叉峰分別是（930，1089cm-1），（1019，1089cm-1）和（930，1019cm-1）。所以從二維光譜中的自動(dòng)峰交叉峰的明顯差異可以清楚的鑒別三種乳菇。

3 結(jié)論

本文利用紅外光譜技術(shù)結(jié)合二維相關(guān)紅外光譜技術(shù)可以將3 種乳菇樣品進(jìn)行鑒定分析。從光譜中可知：3 種乳菇中主要成分為蛋白質(zhì)和碳水化合物，波峰和波峰位置差異不明顯，為此應(yīng)用二維相關(guān)紅外光譜進(jìn)一步對(duì)乳菇加以鑒別，不同波段同步譜差異明顯，可以很快分析鑒別三種分析乳菇，該方法簡(jiǎn)單快速有效。