火龙果茎和昙花茎的红外光谱差异分析

李雕，杨静慧，秦艳筠，黄唯子，王洪妹，杨仁杰

（1天津农学院 a.工程技术学院，b.园艺园林学院，天津 300384）

火龙果茎和昙花茎的红外光谱差异分析

李雕1a，杨静慧1b，通信作者，秦艳筠1b，黄唯子1b，王洪妹1b，杨仁杰1a

（1天津农学院 a.工程技术学院，b.园艺园林学院，天津 300384）

为了比较火龙果与昙花的成分差异，以火龙果与昙花的茎为试验材料，采用红外光谱、二阶导数光谱和二维相关同步光谱技术对其成分进行了分析。结果表明：红外光谱图显示火龙果茎有5个明显的特征峰，昙花茎有4个；其中两者相同的吸收峰对应的官能团为C—O—C（脂肪烃）、C—O—C、N—H、O—H（二聚体），不同的吸收峰为1 041 cm-1（火龙果）、1 077 cm-1（火龙果）、1 033 cm-1（昙花）；667～1 866 cm-1区间的二阶导数红外光谱图显示，火龙果茎有14个吸收峰，昙花茎有16个，955 cm-1为火龙果茎特有的吸收峰，对应的官能团为酸酐C—O；1 520 cm-1为昙花茎特有的吸收峰，对应的官能团为胺N—H；890～1 800 cm-1区间的二维相关同步红外光谱图显示，火龙果茎和昙花茎的交叉峰相同，其中1 321 cm-1与1 630 cm-1形成了较强正交叉峰，1 046 cm-1与1 634 cm-1、1 049 cm-1与1 329 cm-1形成了较弱的正交叉峰，无负交叉峰；二维相关红外光谱图显示的自动峰位置与红外光谱的一致。

火龙果；昙花；红外光谱；二阶导数；二维相关

火龙果（Hylocereus undlatus）和昙花（Epiphyllum oxypetalum）同属仙人掌科，火龙果为量天尺属植物，昙花为昙花属植物。火龙果的茎多为三棱形肉质，茎上长有剌，花呈漏斗状[1-2]，茎中含黄酮、甾醇、α族维生素E和乙酰化β-D-吡喃甘露聚糖混合物等[3-4]。昙花为多年生常绿肉质植物，主茎圆柱状，无刺，花呈漏斗状[5]，主要成分为黄酮类化合物，并含有丰富的Fe、Zn、Mn和Cu等微量元素[6-8]。目前国内外对昙花与火龙果的研究主要集中在栽培与食用上，对其成分研究较少，尤其是昙花[9-10]；火龙果的成分分析主要在其花上[11-12]，未见火龙果茎的成分组成报道，也未见火龙果茎和昙花茎的红外光谱分析报道。

红外光谱（FTIR）分析技术是20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术，因其快速、高效、制样简单、无污染等特点被广泛应用[13]。如武晓丹等采用红外光谱、二阶导数红外光谱以及二维相关红外光谱分析方法对7种不同产地的仙鹤草原药材及其总鞣酸提取物进行了鉴别分析[14]。本文通过红外光谱分析技术对火龙果茎与昙花茎的成分进行分析，其目的是找出火龙果茎与昙花茎成分的差异，为以后开发和利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为温室栽培的生长一致的二年生火龙果和昙花盆栽植株，试验于2015年5月进行。每处理为1盆，3次重复。选取植株上部茎段进行测定，每株取3个样，从不同方位的枝条上选取。

1.2 方法

样品采集后，用蒸馏水洗净，立即放入电热鼓风干燥箱中烘干（80 ℃，48 h），用FW-5压片机（天津博天胜达科技发展有限公司）进行压片，用傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪（PerkinElmer公司生产，Frontier型，光谱范围400～4 000 cm-1）进行红外光谱扫描。运用Omnic8.0软件对原始数据进行自动基线校正，5点平滑处理。运用Origin7.5软件进行红外光谱与二阶导数红外光谱分析。运用Matlab与2Dshige进行二维相关红外光谱分析。

2 结果与分析

2.1 火龙果茎和昙花茎的红外光谱分析

图1为火龙果茎和昙花茎的红外光谱图，从图1中可以看出，火龙果茎与昙花茎的吸收峰基本一致；火龙果茎有 5个明显特征峰，分别为1 041、1 077、1 319、1 630、2 926 cm-1；昙花茎有4 个明显特征峰，为 1 033、1 321、1 627、2 922 cm-1。两个茎中1 041、1 077、1 033 cm-1为醚 C—O—C（脂肪烃）伸缩振动峰，1 319、1 321 cm-1为酸C—O—C伸缩振动峰，1 630、1 627 cm-1为胺N—H变形振动峰，2 926、2 922 cm-1为酸O—H（二聚体）伸缩振动峰；两者均含有C—O—C（脂肪烃）、C—O—C、N—H、O—H（二聚体）等相同的官能团，不同的是在1 030～1 080 cm-1谱区，火龙果有双峰，为1 041、1 077 cm-1，而昙花为单峰1 033 cm-1。

图1 火龙果茎与昙花茎红外光谱图

2.2 火龙果茎与昙花茎二阶导数红外光谱分析

尽管火龙果、昙花的红外光谱图上出现了多个吸收峰，但是谱峰的重叠现象比较严重，故又进行了二阶导数分析。从图1中可以看出，火龙果与昙花在 667～1 866 cm-1波谱范围内有重叠峰，因此，对火龙果茎和昙花茎的红外光谱图的667～1 866 cm-1波谱范围进行了二阶导数分析，如图2所示。

图2 火龙果茎和昙花茎二阶导数红外光谱（667～1 866 cm-1）图

从图 2中可以看出，在二阶导数红外光谱667～1 866 cm-1波数范围内，火龙果茎与昙花茎的二阶导数红外光谱曲线存在差异，火龙果有14个特征峰，昙花有16个特征峰，昙花比火龙果多两个峰，分别为720、1 520 cm-1。相同波段内，红外光谱火龙果有4个峰，昙花有3个峰，说明二阶导数光谱技术能分辨出更多的重叠峰。二阶导数红外光谱分离出的重叠峰为火龙果778、836、888、955、1 100、1 160、1 240、1 380 cm-1，昙花720、782、845、892、1 100、1 160、1 240、1 380、1 520 cm-1，其中720～892 cm-1为芳烃C—H（间位、对双取代）面外变形振动峰，955 cm-1为酸酐C—O伸缩振动峰，1 100、1 160、1 240 cm-1为酮C—C伸缩振动峰，1 380、1 450 cm-1为—CH3、—CH2反对称与变形振动峰，1 520 cm-1为胺 N—H变形振动峰，1 740 cm-1为酸C＝O伸缩振动峰。但是，两种植物都有其特有的吸收峰，如955 cm-1为火龙果特有的吸收峰，对应的官能团为酸酐C—O；1 520 cm-1则是昙花特有的吸收峰，对应的官能团为胺N—H。

2.3 火龙果茎和昙花茎的二维相关同步红外光谱分析

从图3中可以看出，在890～1 800 cm-1范围内的火龙果茎和昙花茎的二维相关同步红外光谱的交叉峰相同，其中1 321 cm-1与1 630 cm-1、1 046 cm-1与 1 634 cm-1、1 049 cm-1与 1 329 cm-1形成了正交叉峰，无负交叉峰，其自动峰对应的官能团在890～1 800 cm-1范围内都是沿着相同方向振动的。

A火龙果，B昙花图3 火龙果茎和昙花茎（890～1 800 cm-1）二维相关同步红外相关谱图

890～1 800 cm-1区间的二维相关红外光谱图显示（图4），火龙果有4个自动峰，昙花有3个自动峰，与红外光谱图显示的一致（图1）。

图4 火龙果茎和昙花茎（890～1 800 cm-1）二维相关同步红外光谱自动峰图

3 结论

本文通过红外光谱、二阶导数红外光谱、二维相关同步红外光谱对火龙果茎与昙花茎的成分进行分析，结论如下：

（1）火龙果茎与昙花茎的红外光谱图显示，火龙果茎有5个明显的特征峰，昙花茎有4个；两者有相同的吸收峰，并含有相同的官能团，分别为C—O—C（脂肪烃）、C—O—C、N—H、O—H（二聚体）；也有不同的特征峰，如在 1 030～1 080 cm-1处，火龙果茎有双峰为1 041、1 077 cm-1，昙花茎有单峰，为1 033cm-1。

（2）667～1 866 cm-1区间的二阶导数红外光谱图显示，火龙果茎有14个特征峰，昙花茎有16个，955 cm-1为火龙果茎的特有峰，对应的官能团为酸酐C—O；1 520 cm-1为昙花茎的特有峰，对应的官能团为胺N—H；而该区间红外光谱图仅显示火龙果茎有4个峰，昙花茎有3个。说明采用二阶导数红外光谱分析法能分辨出更多的吸收峰。

（3）890～1 800 cm-1区间的二维相关同步红外光谱图显示，火龙果茎和昙花茎的交叉峰相同，其中1 321 cm-1与1 630 cm-1形成了较强的正交叉峰，1 046 cm-1与1 634、1 049 cm-1与1 329 cm-1形成了较弱的正交叉峰，无负交叉峰；二维相关红外光谱图显示的自动峰位置与红外光谱的一致。

[1] 黎舒. 火龙果不同品系品种植物学形态和生物学特性研究[D]. 桂林：广西大学，2014.

[2] 马媛媛，党璇，杨柳. 火龙果药学研究概况[J]. 安徽农业科学，2011，39（35）：21629-21630.

[3] 邓仁菊，范建新，蔡永强．国内外火龙果研究进展及产业发展现状[J]. 贵州农业科学，2011，39（6）：188-192.

[4] 高慧颖，王琦，余亚白．火龙果花的研究现状与开发前景[J]. 热带生物学报，2012，3（3）：281-286.

[5] 孙广东. 昙花开花特性及环境关系研究[D]. 杨凌：西北农业科技大学，2013.

[6] Meng L Q，Tang J W，Wang Y. et al．Astragaloside IV synergizes with ferulic acid to inhibit renaltubulointerstitial fibrosis in rats with obstructive nephropathy[J]. British Journal of Pharmacology，2011，162：1805－1818．

[7] Zhu S H，Wang Y，Jin J，et al．Endoplasmic reticulum stress mediates aristolochic acid I－induced apoptosis in human renal proximal tubular epithelial cells[J]. Toxicology in Vitro，2012，26（5）：663－671．

[8] Gorostizaga A，Carcía M M M S，Acquier A，et al. Modulation of albumin－induced endoplasmic reticulum stress in renal proximal tubule cells by upregulation of mapk phosphatase-1[J].Chemico－Biological Interactions，2013，206：47-54．

[9] 张振国，邹翔，徐阳，等. 昙花总黄酮提取工艺研究[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2015，31（2）：129-131.

[10] 张振国，邹翔. 昙花中槲皮素、异鼠李素和山奈酚量的测定[J]. 哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2015，31（2）：513-515.

[11] 罗小艳，郭璇华. 紫外-可见分光光度法测定火龙果花中总黄酮的含量[J]. 食品研究与开发，2014，35（23）：108-111.

[12] 高慧颖，王琦. 微波辅助提取火龙果花多糖的工艺研究[J]. 福建农业学报，2014，29（9）：909-912.

[13] 彭星星，陈文敏. 近红外光谱技术鉴别核桃油中掺入菜籽油、大豆油及玉米油的研究[J]. 中国粮油学报，2015，30（12）：106-112.

[14] 武晓丹. 七种不同产地仙鹤草原药材及提取物的红外光谱与二维相关红外光谱的分析与鉴定[J]. 光谱学与光谱分析，2010，30（12）：3221-3227.

责任编辑：杨霞

Variance of Infrared Spectra between Hylocereus undlatus and Epiphyllum oxypetalum Stem

LI Diao1a, YANG Jing-hui1b,CorrespondingAuthor, QIN Yan-jun1b, HUANG Wei-zi1b,WANG Hong-mei1b, YANG Ren-jie1a
（1. Tianjin Agricultural University, a. College of Engineering and Technology, b. College of horticulture and landscape, Tianjin 300384,China）

In order to explore the component difference between Hylocereus undlatus and Epiphyllum oxypetalum, fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）, second derivative infrared spectroscopy and two-dimensional correlation infrared spectroscopy（2D-IR）were analysed with their stems. The infrared spectrogram showed that there were five absorption peaks in stem of H undlatus, and four in E. oxypetalum; The similar peaks of both represent the same functional groups which were C—O—C（aliphatic hydrocarbon）、C—O—C、N—H、O—H（dimer）. But the differences were 1 041 cm-1 H. undlatus, 1 077 cm-1 H.undlatus, 1 033cm-1 E. oxypetalum. The fourteen intensities absorptionpeaks was shown in stem of H. undlatus and sixteenin E.oxypetalum according to the second derivative infrared spectroscopy in the range of 667-1 866 cm-1. An obvious characteristic peak was 955 cm-1 in H. undlatus corresponded to the functional group of acid anhydride C—O, and 1 520 cm-1 in E. oxypetalum corresponded to the functional group of amine N—H. There were same cross peaks between H. undlatus and E. oxypetalum,on map of 2D-IR spectroscopy in the range of 890-1 800 cm-1 especially a strong positive cross peaks in the wave number of 1 321 cm-1and 1 630 cm-1, weaker positive cross peaks in the wave number of 1 046 cm-1 &1 634 cm-1 , 1 049 cm-1 &1 329 cm-1, without negative cross peak.The positions of automatic spectrum peak was same with the fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）on two-dimensional correlation infrared spectroscopy（2D-IR）.

Hylocereus undlatus; Epiphyllum oxypetalum; infrared spectrum; second derivative spectrometry; two-dimensional correlation spectroscopy

S682.33；O657.32

：A

2016-05-11

天津市农业科技成果转化与推广项目“彩叶树优良品种繁殖、栽培技术示范与推广”（201502100）；天津市科技成果转化及产业化推进计划项目“优质彩叶北美海棠新品种种苗的规模化繁育”（14ZXNZNC0040）

李雕（1992-），男，云南大理人，硕士在读，主要从事农业环境与能源工程研究。E-mail：1429980690@qq.com。

杨静慧（1961 -），女，甘肃兰州人，教授，博士，主要从事园艺植物栽培、抗逆生理和分子育种研究。E-mail：jinghuiyang2@aliyun.com。

1008-5394（2017）02-0030-04