不同产地桔梗的红外光谱整体成分鉴别研究

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210化学试剂2021年2月DOI: 10.13822/ki.hxsj.2021007846 化学试剂,2021,43(2) ,210^215不同产地桔梗的红外光谱整体成分鉴别研究
司雨柔,高韵,解玫莹,李欢欢,程旺兴*
(安徽中医药大学药学院现代中药安徽省工程技术研究中心,安徽合肥230012)
摘要:采用傅里叶变换红外光谱法和显微红外光谱技术对不同产地桔梗进行鉴别。

结果表明,不同产地桔梗的一阶红外光谱图整体上差别并不明显,二阶导数处理后,各产地的特征峰差异得以显现,显微红外光谱图则进一步直观清晰地显现出桔梗皂苷d的含量多少与分布区域,进一步佐证了不同产地桔梗间桔梗皂苷d的含量差异的结果。

根据不同产地地理远近来分析,不同省之间的桔梗的物质含量与分布的差距比较明显;同省不同市之间几乎没有太大的差距,可能原 因是同省不同市的地理距离太小。

因此,红外光谱法和显微红外光谱技术提供了大量桔梗的整体化学成分信息,递进式 地验证了不同产地桔梗之间的所含物质的量及分布有差异,可以初步鉴别不同产地桔梗,为今后系统完整的选择桔梗人药产地提供依据。

关键词:桔梗;傅里叶红外光谱技术;二阶导数谱;显微红外光谱技术
中图分类号:0657.33 文献标识码:A 文章编号:0258-3283 ( 2021) 02-0210-06
Analysis and Discrimination of Platycodon G randiflorum from Different Origins by Infrared Spectroscopy SI Yu-rou ,G A0 Yun ,X IE M ei-ying, LI H uan-huan, CHENG W ang-xing*(Anhui Engineering Technology Research Center of Modern Chinese M edicine, School of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230012, China) , Huaxue Shiji, 2021,43 ( 2), 210 〜215
Abstract : Fourier transform infrared spectroscopy ( FT-IR) and Fourier transform infrared micro spectroscopy ( Mic ro-FTIR) were used for the identification of Platycodon grandiflorum from different origins. The difference in the FT-IR spectra of Platycodon grandiflorum from different origins was not obvious. After the secondary derivative infrared spectra (SD-IR) ,the difference of the characteristic peaks of each origin can be revealed.Moreover, Micro-FTIR spectroscopy visually and clearly showed the difference of content and distribution area of platycod on from different producing areas,which further testified the differences in the content of platycodin d from different origins.Based on the analysis of the geographical distance of different origins,the difference in the content and distribution of Platycodon grandiflorum between different provinces was obvious.However, there was almost no big gap between different cities in the same province, which may be due to the close geographical distance of different cities in the same province.A lot information of Platycodon grandiflorum.can be provided by FT-IR spectra and Micro-FTIR spectroscopy which can testify that the content and structure of substance of Platycodon grandiflorum from different origins were different.The method can also be used for analysis and identification of Platycodon grandiflorum from different sources which can make a good foundation for further research.
Key w ords :Platycodon grandiflorum ;Fourier transform infrared spectroscopy ;second derivative infrared spectroscopy;Fourier transform infrared micro spectroscopy
桔梗为桔梗科植物桔梗/^(7««/〇;1/^6^1;/7〇-「■(扣叫)A.DC•的干燥根m,在我国长期用于食品和药品中。

桔梗的根含有多种生物活性成分,其中主要活性成分为三萜皂苷。

此外,还含有多糖、氨基酸、留醇类等化学成分。

据报道,桔梗皂苷具有多种功效,例如缓解哮喘、缓解皮炎、抗肥 胖、抗癌、改善血糖和胆固醇代谢等[2_5]。

結梗资源丰富,是我国销量较大的中药材之一,在全国各地均有种植。

习惯上将产于江苏、安徽、浙江的商品桔梗称为“南桔梗”;产于吉林、河北、山西、山东、黑龙江、辽宁及内蒙古的称为“北桔梗”[6]。

最近几年,内蒙赤峰在栽培生产桔梗药材方面发
收稿日期:2020-09-02;网络首发日期:2020-12-09
基金项目:安徽高校自然科学研究项目(W20I8A0300);安 徽省重点研究与开发计划项目(201904a07020073);国家重 点研发计划项目(2017YFC1701601)。

作者简介:司雨柔(1996-),女,安徽合肥人,硕士生,主要研 究方向为中药质量控制。

通讯作者:程旺兴,E-mail:*****************.cn。

引用本文:司雨柔,高韵,解玫莹,等.不同产地桔梗的红外
光谱整体成分鉴别研究[J] •化学试剂,2021,43(2) : 210-
2150
第43卷第2期司雨柔等:不同产地桔梗的红外光谱整体成分鉴别研究211
展较快,总共的种植面积已接近于8万亩,跃升为 我国主要的桔梗产区之一t7]。

桔梗为常用中药,分布区域非常广泛,其市场混乱导致临床疗效降低,为避免“医好、方好、药不灵”的情况,对不同产地桔梗进行鉴别显得尤为重要。

目前对桔梗的研究主要集中在利用高效液相色谱仪(HPLC)、高效液相色谱-蒸发光散射检测仪(HPLC-ELSD)、反相高效液相色谱仪(RP-HPLC)、超高效液相色谱飞行时间质谱仪(UPLC-QTOF-MS/MS)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)等仪器对桔梗进行鉴别分析[8_14]。

中药的疗效是由中草药中富含的多种成分进行协同作用的共同结果,因此单单只选择中药中的某一种活性成分进行含量分析,是无法全面、客观、真实地反映中药材质量的h5]。

随着现代仪器分析技术的快速发展,药材鉴定技术也越发的多元化。

显微红外成像是将显微技术与傅里叶变换红外光谱相结合,此项检测技术具有快速、无损、无污染的特点,且具有多项优点,如高精度、高灵敏度、制样简单、图谱合一、可视化、微区化等[16~,可以鉴别出样品的不同地区不同组织上的官能团信息。

本文采 用“红外光谱三阶鉴别法”(红外一阶光谱、二阶导数谱及显微红外光谱图结合),递进式地对桔梗的化学成分含量及分布进行分析鉴定,为鉴别研究不同产地桔梗提供一种新方法。

1实验部分
11主要仪器与试剂
Nicolet iS10 M X型傅里叶红外光谱仪(配有 DTGS检测器)、Nicolet iN10 M X型显微红外光谱仪(配有MCT/A检测器)(美国Thermo Fisher Scientific公司);BJ-150型粉碎机、BaF2窗片、LEICA CM1850型U V冰冻切片机(德国Leica公 司);冷冻包埋剂(美国SAKU RA公司)。

本文所采用的桔梗药材均经安徽中医药大学谢冬梅副教授采集并鉴定。

所有样品均按药典规定方法处理,即采挖后,清洗干净,除去桔梗的枝干与须根,不除去外皮,使用烘干机进行干燥,药材信息见表1〇
表1样品信息表
T a b.l Samples information
编号采集地点采集时间
N M1内蒙古赤峰市营子村2019年9月
NM2内蒙古赤峰市横道子村2019年9月
续表编号采集地点采集时间
HN1湖南省张家界市杉木桥村2019年10月
HN2湖南省张家界市季风合作社2019年10月
SX陕西宵商洛市古城镇2019年9月
AH1安徽省合肥市2019年9月
AH2安徽省亳州市2019年10月
AH3安徽省阜阳市2019年9月
AH4安徽省安庆市2019年9月
1.2 样品制备
将不同产地的桔梗药材样品分别干燥粉碎,过80目筛,备用。

取样品粉末适量,置于SMART ITR附件的金刚石表面,旋转附件旋钮将样品粉末固定,并压成透明薄片,利用傅里叶变换红外光谱仪得到相应的红外光谱图。

将不同产地的新鲜桔梗根茎洗净,选取合适的部分置于组织支承器上,滴加冷冻包埋剂O C T,在-20 t环境下迅速冷冻至凝固,然后将带有样品的组织支承器夹紧于莱卡切片机的持承器上进行切片,将获得的样品切片转移至窗片上,每 个产地均制样3次,取最优。

将带有样品的窗片转移到三孔板上,并安装到载物台上,优化聚光镜高度,选择透射方式,光谱范围选择为4 000 ~ 675 c m'显微镜光栏为100 jimxlOO p m,每点的扫描次数为8次,光谱分辨率为8 cnT1,红外成像对选定的样品区域进行点对点作图,进而对样品进行扫描。

1.3 数据处理
红外图谱采用Origin分析软件进行分析。

显 微红外图像利用0MNIC9.0软件对不同官能团及化合物微区分布进行分析。

2结果与讨论
2.1 一阶红外光谱分析
图1为9个产地桔梗药材粉末的红外光谱图。

桔梗根药材粉末的红外光谱的主要吸收峰在3280、2933、1 720、1 629、1 574、1415、1 317、
1 065、丨023、780附近,糖类化合物中含有分子内或分子间氢键,使得3280附近出现较
宽的0—H伸缩振动吸收峰:22i;2923crtT1附近出现的中等强度的峰为饱和C—H伸缩振动[23];在 1 629、1 318、780cm—附近为草酸钙草酸根负离子中C—0键的反对称、对称伸缩振动与弯曲振动的特征峰:24);1720cnT1附近出现明显的酯
212化学试剂2021年2月
类羰基吸收峰,从桔梗中分离鉴定出含有酯键的三萜类皂苷化合物,故为三萜皂苷类化合物特征峰|25: ; 1411 cm」附近为C—H弯曲振动[26;
1 023 及其两侧肩峰为多个峰重叠而成的宽峰,是C—0伸缩振动吸收峰,950 以下为糖环骨架振动吸收等多个指纹特征峰:27],显微鉴别中可以观察到桔梗的薄壁细胞中的菊糖:25],应为 拮梗中菊糖产生的。

以上特征吸收峰的存在说明桔梗中含有丰富的多糖及留体皂苷类物质。

1.N M1 ;
2.N M2;
3.H N1;
4.H N2;
5.S X;
6.A H1;
7.A H2;
8.A H3;9.A H4
图1不同产地桔梗的红外光谱图
F ig.l FT-IR spectra of Platycodon grandiflorum
from different origins
9个产地桔梗药材的红外光谱在整体上比较相似,说明不同产地的桔梗药材之间物质种类和含量具有一定的相似性,然而不同产地桔梗药材特征吸收峰的位置、形状和强度存在一定的差异。

从不同产地地理位置远近来分析,安徽省内4个 市之间的红外图谱整体上比较相似,但相比于另外3个市的产地,安庆在2 900 crrT1附近只有一处峰,并在1 733 crrT1处偏移了17、20个波位;阜 阳在2 974 cm—1处的峰强度最高,并在I 022 cm—1处分裂成两个峰,合肥在2 882 cnT1处的吸收峰强度最低,亳州在1 714 cnT1处峰形最为平缓;内蒙两个产地和湖南两个产地都是同省同市,之间 距离更近,故各自之间的出峰位置与峰形峰强基本相似,只有个别几个峰位置偏移1、2个波位;内蒙、湖南、陕西、安徽4个省之间吸收峰的位置差别较大,陕西在3 274 cm—处出峰,与其他3个产 地相比,峰位置相差7、10个波位;湖南两个产地在3 285 crrT1附近的吸收峰强度明显高于其他7 个产地;在2 900 cn,附近,内蒙两个产地和安庆只出现了一个吸收峰,而其他6个产地均出现大小不一的两个吸收峰;安庆在1607 cnT1附近只有一个单峰,而其他8个产地均出现双峰;在 1 630~1 200 cm」附近这一峰群中不同产地桔梗吸收峰的形状和强度均存在差异,说明不同产地桔梗所含有化合物的成分和含量均存在差异。

《中国药典》2020版规定桔梗按干燥品计算,含桔梗皂苷d(C57H92028)不得少于0. 10%⑴,以桔梗皂苷d上酯类羰基吸收峰的强度作为桔梗皂苷d含量高低的判断依据。

由图1可知,在1720 cnT1附近为酯类羰基吸收峰,阜阳的出峰位置为1 733 C nT\较其他产地出峰位置分别向右偏移了10、15个波位,其吸收峰强度也最高;内蒙两个产地的出峰位置为1 724、1 723 cm'较其他产地出峰位置偏移了5、10个波位;其他6个产地在1 720 cnT1附近的吸收峰的峰位偏移不大,但其强 度存在差异;安庆、阜阳吸收峰强度最高,陕西、内蒙吸收峰较高,由此可推测,9个产地桔梗中,拮 梗皂苷d的含量为安庆、阜阳最高,陕西和内蒙的含量较多,湖南、合肥、亳州的桔梗皂苷d含量最少。

2.2 二阶导数谱分析
图2为不同产地桔梗的二阶导数红外光谱图。

利用二阶导数图谱剥离谱图中的重叠峰,鉴 别高度相似的样本[22'25]。

1.N M1 ;
2.N M2;
3.H N1;
4.H N2;
5.S X;
6.A H1;
7.A H2;
8.A H3;9.A H4
图2不同产地桔梗的二阶导数红外光谱图
Fig.2 Second derivative infrared spectrum of
Platycodon grandiflorum from different origins
由图2可以看出,不同产地拮梗在丨400 ~ 1100 cm”区域内的谱峰有明显差异,安徽4个产 地的谱峰差距比较小,均在1116 crn^处有明显吸收峰;在1 600~1 400 cnT1范围内,最强吸收峰出现在1 468 cn^附近;其中合肥、阜阳、安庆在1287 cnT1附近均有明显吸收峰,亳州出峰也在1 287 cnT1附近。

内蒙两个产地为同省同市不同村,地理位置近,谱峰基本相同;湖南两个产地也基本相似。

内蒙、湖南、陕西、安徽4个省之间距离远,吸收峰的位置差别较大,除内蒙外,其他
3
第43卷第2期司雨柔等:不同产地桔梗的红外光谱整体成分鉴别研究
213
14000
17000
20000
-2000
-500
洋m
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
a.NMl ;
b.NM2;
c.H N l ;
d.HN2;
e.SX ;
f.AHl ;
g.AH2;
h.AH3;i.AH4

3不同产地桔梗的显微红外图
Fig .3 Infrared micrograph of Platycodon grandiflorum
from different origins
根据图谱分析结果可以看出,同为安徽省的 不同市之间的图谱却有差异,阜阳和安庆的拮梗 阜苷d 含量要多于合肥和亳州;同为内蒙古赤峰 市的两个村相距不远,故图谱差距不大,湖南张家 界市的两个产地的图谱也是如此。

而内蒙、湖南、 陕西、安徽4个不同省之间距离远,在含量和分布
个省均在1 116 c n T 1处出峰;内蒙、湖南和陕西在
1 287 c n T 1附近均有明显吸收峰,而安徽省大多出
峰在 1 231 c m -1 附近;在 1 600 ~ 1 400 cm _l 范围 内,内蒙和湖南的最强吸收峰出现在I 576 c n T 1 附近,而其他省则出现在1 468 cirT 1附近。

各产地在1 728 cnT 1附近均有明显吸收峰, 其中安庆、阜阳的吸收峰最强,陕西、内蒙吸收峰 较高,湖南、亳州、合肥的吸收峰较弱,进一步验证 了各产地桔梗中桔梗皂苷d 含量的差异;各产地 在1 613 cnT 1附近均有吸收峰,安庆、陕西、阜阳 的吸收峰较其他6个产地的明显,说明安庆、陕 西、阜阳产地的桔梗中草酸钙含量较其他6个产 地高;在1 200~900 cm 」区域内,各产地均有在
1 16丨、1 13丨、1 061、1 015 cm 1附近的糖类特征吸
收峰和984、926、900 c n r 1附近的甾体皂苷类特征 吸收峰,但各产地吸收峰的强度与峰形有明显差 异,更加证明了各产地桔梗中均含有丰富的糖类 及甾体皂苷类物质,但其种类与含量存在一定差 异。

与普通红外光谱图相比,二阶导数红外光谱 图能够更加清楚地反映问题。

2.3
显微红外光谱图分析
桔梗植物中含有的主要化学成分与有效成分 为桔梗皂苷d 。

桔梗皂苷d 的酯类羰基特征吸收 峰在红外图谱1 720
附近,故以1 720 cm 」附
近的吸收峰强度作为桔梗皂苷d 含量高低的判断 依据。

图3中的颜色由灰到白表示透光率由低到 高,颜色越偏灰表示含量越高。

因此,由图可以看 出9个产地的桔梗植物根茎的显微红外图像均有 鲜明直观的区别。

从不同产地地理位置远近来分 析各产地桔梗皂苷d 的分布情况,内蒙两个产地 的桔梗皂苷d 集中分布于周皮,呈线状分布于韧
皮部与木质部,且分布均匀;湖南两个产地的桔梗 皂苷d 大多分布在周皮,韧皮部分布较少,仅在木 质部中心处呈点状分布但含量较少;陕西产地的 桔梗皂苷d 分布于周皮,内部其含量由中心至皮 层逐渐递减;合肥和亳州产地的桔梗皂苷d 含量 较少,呈点状分布于周皮和木质部处,阜阳和安庆 产地的桔梗皂苷d 含量较多,周皮居多,内部含量 由中心至皮层逐渐递减,呈点状和线状不均匀分 布。

由此得出9个产地的桔梗中,桔梗皂苷d 的 含量为安庆、阜阳最高,陕西和内蒙的较多,湖南、 合肥、亳州的最少。

214化学试剂2021年2月
上的差异就更为明显了。

由此可以得出,显微红
外图谱可直观的区分出不同产地桔梗的含量与分
布差异,为之后的研究提供了新方法。

3结论
从結梗粉末的红外光谱中可以看出9个产地的桔梗都含有草酸钙、桔梗皂苷和菊糖的特征峰,从峰的强弱推断出,不同产地桔梗中桔梗皂苷d 的含量为安庆、阜阳最高,陕西和内蒙的含量较多,湖南、合肥、亳州的桔梗皂苷d含量最少;但不 同产地草酸钙特征峰差异并不明显。

二阶导数处理后,不同产地草酸钙特征峰的
差异得以显现,安庆、陕西、阜阳产地的桔梗中草
酸钙含量较其他6个产地高;并进一步佐证了不
同产地桔梗中桔梗皂苷d含量的差异,也证明了
各产地桔梗中均含有丰富的糖类及留体皂苷类物质,但其种类与含量存在一定差异。

通过显微红外光谱图中颜色差异,可以直观清晰地观察到桔梗皂苷d在不同产地桔梗中含量与分布区域的差异,得出9个产地的桔梗中,桔梗 皂苷d的含量为安庆、阜阳最高,陕西和内蒙的较多,湖南、合肥、亳州的最少,进一步佐证了不同产地桔梗皂苷d的含量差异的结果。

根据不同产地地理远近来分析,不同省之间的桔梗的物质含量
与分布的差距最鲜明,同省不同市之间也会有小
部分差距,而同省同市内的不同村之间的地理距
离小,几乎没有太大的差距。

实验采用红外一阶光谱、二阶导数谱及显微
红外光谱图结合,递进式地对桔梗的化学成分含
量及分布进行分析鉴定,获得了不同产地桔梗的
整体结构信息,验证了不同产地所含物质含量和
分布的差异,初步鉴别不同产地桔梗,为今后不同中药不同产地的鉴定研究工作打下系统完整的基础,也为鉴别易混淆、基源相近的中药提供了新思路,是一个可发展的方向。

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