基于FTIR 的天南星及其混伪品鉴别

严福林，刘利平，杜富强，谭云飞，黄明喆，魏升华

（贵州中医药大学药学院，贵州 贵阳 550025）

天南星是我国传统大宗药材之一，药用历史悠久，《神农本草经》中记载天南星实为虎掌，以天南星之名首载于《开宝本草》［1-2］。2015 年版《中国药典》收载的天南星来源于天南星科植物天南星Arisaema erubescens（wall.）Schott.、异叶天南星A.heterophyllumBl.、东北天南 星A.amurenseMaxim.的块茎。天南星性温，味辣，具有消肿止痛、燥湿化痰、祛风止痉等功效［3］，古代诸多本草及方剂典籍中均有记载，如《太平圣惠方》中朱砂丸、一字散，《普济方》中的南星膏、桃红撒等［4-5］。现代研究表明，天南星含有丰富的多糖、黄酮及核苷类成分（腺苷、鸟苷、肌苷、胸苷、尿苷），具有广泛的抗肿瘤、抗病毒、镇痛、抗炎、抗凝血、松弛支气管平滑肌、心肌保护、镇静中枢神经等生物活性［6-10］。

天南星药材来源种类繁多，外形相似，同属或同科混伪现象普遍。据考证，天南星在不同本草记载中来源各异。经调查发现，各地民间的药用天南星基源因地而异常用的有山珠南星、虎掌、半夏、银南星、河谷南星、高原南星、普陀南星、象南星、象头花、犁头尖、三叶犁头尖、鞭檐犁头尖、马蹄犁头尖等二十余种天南星科天南星属、犁头尖属、半夏属、魔芋属等植物［11］。

不同来源天南星药材成分及含有量差异较大，对天南星及其伪品虎掌、半夏的研究较多，主要集中在性状、显微、理化鉴别等方面［12-14］。裴文菡等［15］建立了天南星薄层色谱鉴别方法；陆丹等［16］通过近红外光谱法将天南星与虎掌进行鉴别；高鸿彬等［17］通过近红外漫反射光谱法建立天南星与不同产地半夏快速无损鉴别方法；李欣逸等［18］通过电子鼻技术建立了天南星与半夏、水半夏的鉴别方法；罗芬等［19］通过HPLC 获得天南星药材共有指纹图谱，发现与虎掌、半夏图谱比较有显著区别，但以上方法均受到了样本量的限制，其应用上具有一定局限性。目前，关于天南星多来源，如山珠南星、棒头南星、虎掌、半夏、滴水珠、绥阳雪里见等多种类、大样本的混伪品研究尚未见报道。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）是中药结构分析和鉴定的现代方法之一，具有简便、快速、准确、无损等特点［20］，在黄芪、三七、八角莲、羌活等中药材鉴定中得到了广泛应用，效果较好［21-24］。据此，本研究运用该技术对天南星及其混伪品的红外光谱图进行分析，以期丰富该药材鉴定方法，并为其临床应用、挖掘开发提供参考。

1 材料

FW135 粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；DGF-6AB 电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；IRAffinity-1 s 傅里叶变换红外分光光谱仪（日本岛津公司）。

本研究共收集到不同产地10 种、30 批样品，其中天南星属7 种，半夏属3 种，经贵州中医药大学魏升华教授鉴定为正品，凭证标本保存于贵州中医药大学药学院中药材种植与加工研究所，具体见表1。

2 方法

2.1 样品预处理 采集天南星及其混伪品新鲜块茎，洗净，切片，60 ℃干燥，过6 号筛，密封，放于干燥器中保存。

2.2 光谱数据采集 将样品粉末与溴化钾混合，置于红外光谱测定专用模具中压片，傅里叶变换红外光谱仪检测，得到红外光谱图。采集条件为光谱范围4 000～400 cm－1，每张光谱累加扫描次数32次，光谱分辨率4 cm－1。抽取5 个样品（编号1、6、12、18、24）各进行3 次制样试验，结果显示方法稳定，重复性较好。

2.3 数据处理 将30 批样品的原始图谱用OMNIC 9.0、TQ Anlyst 8.0 软件进行处理，消除基线漂移和噪音干扰后进行图谱分析。然后，将预处理过的光谱数据导入SPSS 16.0 软件，通过组件连接和欧氏距离进行聚类分析，绘制系统聚类分析树状图。

3 结果与分析

3.1 红外光谱特征 30 批样品的红外光谱图趋势较为相似，在特征频率区（波数4 000～2 000 cm－1）内有2 个共同吸收峰，即在波数3 385 cm－1由醇类和酚类成分O-H（形成氢键）伸缩产生的吸收峰，以及在波数2 929 cm－1由烯烃的C-H 伸缩产生的吸收峰，见图1。指纹区（波数2 000～400 cm－1）内吸收峰较多，具有明显吸收差异，见图2。因此，本实验选择波数2 000～400 cm－1的光谱信息进行后续比对分析。

3.2 不同产地的天南星红外光谱 通过TQAnlyst 8.0 软件，以贵州安顺天南星的红外光谱图为参照峰，比较16 批不同产地样品红外光谱图，图谱间的相关系数分别为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，表明它们之间非常相似，见图3。

3.3 天南星与同属混伪品的红外光谱 天南星与同属混伪品通过芳香酮类羧基化合物成分C-C 伸缩在波数1 323 cm－1的吸收，可将9（天南星）与18（异叶天南星）、20（棒头南星）、30（花南星）区分，其中9 在这个波数的吸收尖锐，而18、20、30 在此波数较平坦、钝圆。

酯类羧基化合物成分C＝O 双键伸缩在波数1 736 cm－1的吸收可以将9（天南星）与28（象头花）、29（绥阳雪里见）区分，9 在此波束处平坦，28、29 在此波数吸收峰小而坚挺，但无法将9（天南星）和19（山珠南星）区分，见图4。

表1 样品信息Tab.1 Information of samples

图1 30 批样品红外光谱图（4 000～400 cm－1）Fig.1 Infrared spectra of thirty batches of samples（4 000－400 cm－1）

3.4 天南星与半夏属混伪品的红外光谱 天南星与半夏属混伪品通过芳香酮类羧基化合物成分C-C伸缩在波数1 323 cm－1的吸收，可以将9（天南星）与22（虎掌）、23（半夏）、26（滴水珠）区分，9 在这个波数有吸收尖锐，而22、23、26 在此波数吸收较弱，见图5。

3.5 红外光谱聚类分析 将天南星及其混伪品的红外光谱数据导入SPSS 16.0 软件，通过组件连接和欧氏距离进行聚类分析，建立30 批样品的系统聚类分析树状图，见图6。

图2 30 批样品红外光谱图（2 000～400 cm－1）Fig.2 Infrared spectra of thirty batches of samples（2 000－400 cm－1）

图3 16 批不同产地天南星红外光谱图Fig.3 Infrared spectra of sixteen batches of Arisaematis Rhizoma from different growing areas

图4 天南星与半夏属混伪品的红外光谱图（Ⅰ）Fig.4 Infrared spectra of Arisaematis Rhizoma and adulterants belonging to genus Arisaema（Ⅰ）

图5 天南星与半夏属混伪品的红外光谱图（Ⅱ）Fig.5 Infrared spectra of Arisaematis Rhizoma and adulterants of genus Pinellia（Ⅱ）

图6 30 批样品聚类树状图Fig.6 Dendrogram of thirty batches of samples

由此可知，将天南星及其混伪品分为3 大类，第1 大类包含18 批样品，第2 大类包含6 批样品，第3 大类包含6 批样品。第一大类为16 批不同产地的天南星和2 批不同产地的异叶天南星。在2015 年版《中国药典》一部中，将天南星与异叶天南星列为天南星药材基源，本研究聚类分析结果表明两者化学成分相近，支持传统结论。但16 批不同产地的天南星和2 批不同产地的异叶天南星分为2 类，第一类，1（贵州安顺）、2（贵州龙里）、3（贵州施秉）、4、7、8（贵州威宁）、5（贵州贵阳乌当）、6（贵州龙里）、15（贵州贵阳花溪）、16（贵州六盘水）和2 个异叶天南星17（贵州贵阳下坝）、18（贵州贵阳花溪）共12 批样品；第二类，9，12（贵州高坡）、10、11、13（贵州大方）、14（贵州凯里）共6 批样品，由此表明，产地水分、土壤、海拔等环境因素对天南星成分含有量存在在一定程度的影响。第二大类为滴水珠、绥阳雪里见和4 批不同产地的象头花，其中4 批不同产地的象头花聚为一支，滴水珠和绥阳雪里见聚为一支。第三大类为山珠南星、棒头南星、花南星、虎掌和半夏，其中棒头南星和虎掌聚为一支，山珠南星和半夏聚为一支，而花南星单独一支，从植物形态分析，棒头南星和虎掌外形很相似，山珠南星和半夏叶片全三裂。本研究红外光谱分析结果与植物形态分类具有一定的相似性，推测天南星科植物化学成分及其含有量构成可能与植物形态具有一定相关性，但尚需进一步研究。

4 讨论

本实验采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术对10 种、30 批天南星及其混伪品进行分析，在波数4 000～400 cm－1范围内应用样品化学成分特征结合红外光谱技术，进行药材的特征峰分析和聚类分析以鉴别天南星混伪品。结果表明，在波数1 736、1 323 cm－1的吸收可以将天南星与除山珠南星以外的混伪品区分，但是不能将混伪品进行物种鉴别；通过聚类分析发现，可有效鉴别天南星和异叶天南星与其他混伪品，但不能将天南星和异叶天南星鉴别；红外光谱特征和聚类分析综合分析显示，红外光谱特征能将天南星不同基源物种天南星和异叶天南星区分，但不能把天南星和山珠南星区分；聚类分析能将天南星和异叶天南星与其他混伪品鉴别，却不能将天南星和异叶天南星鉴别。两者综合分析，既能将天南星与其他混伪品区分开，又能将天南星的不同基源物种区分开。

本研究初步建立了天南星及其混伪品的红外光谱鉴定方法，但由于条件限制，未能收集到全部混伪品，绥阳雪里见、花南星、山珠南星、棒头南星、滴水珠等伪品样本数较少，代表性较弱。因此，今后还需对天南星混伪品进行多产地、大样本深入研究，以期为FTIR 技术在相关鉴定中的应用提供参考。