天然麝香ATR-FTIR紅外指紋圖譜的比較1)

敖艷霖 劉闖 金煜

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

麝香(musk)為鹿科(Cervidae)動物林麝(M.berezovskiiFlerov)、馬麝(M.chrysogasterHodgson)或原麝(M.moschiferusLinnaeus)成熟雄體香囊中的干燥分泌物[1]。源動物在我國的地理分布，涉及西南、西北、東北多個省份，食物構(gòu)成多樣，在物種、季節(jié)及地區(qū)間有明顯差異[2-6]。目前，以人工養(yǎng)殖為主[7]。麝香是重要的中藥材，其化學(xué)成分比較復(fù)雜，主要含有大環(huán)酮化合物(主要為麝香酮)、G9雄甾類成分以及氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)，還有尿囊素、膽茲醇以及酯類、無機(jī)成分等[8]。

傅里葉紅外光譜法(FTIR)是一種無需對被檢測物進(jìn)行單一化學(xué)成分提取，可獲取物質(zhì)整體化學(xué)信息的方法。獲得的紅外指紋圖譜中，包含物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及含量變化、分子間相互作用等信息，其在中藥材鑒別、質(zhì)量檢測及評價(jià)等方面發(fā)揮的作用已得到廣泛認(rèn)可[9-10]。衰減全反射(ATR)技術(shù)的應(yīng)用，使FTIR的適用范圍更加廣泛，ATR-FTIR法已成為一種重要實(shí)驗(yàn)手段[10]。本文采用衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)，結(jié)合雙指標(biāo)序列法[11-13]，對來自不同產(chǎn)地、不同生活狀態(tài)的3個物種的22份天然麝香樣本進(jìn)行了檢測，分析了樣本的紅外原始圖譜及其共有峰率、變異峰率等，旨在為日后麝香的快速鑒定提供參考。

1 材料與方法

樣本共采集了3個物種的天然麝香樣本22份(見表1)，其中原麝麝香樣本直接來自野外，其余樣本均來自國內(nèi)主要的麝人工養(yǎng)殖基地。

儀器設(shè)備：美國Thermo Fisher Scientific的Nicolet 6700 FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀。DTGS中紅外檢測器；光譜范圍為4 000～650 cm-1，分辨率為4 cm-1。

全部樣本在30 ℃(不超過30 ℃)條件下烘至絕干，研成細(xì)粉，密封備用。

處理好的樣本粉末置于金剛石ATR附件上。調(diào)節(jié)壓力塔至合適的位置，設(shè)置儀器掃描次數(shù)為32次，扣除大氣背景的干擾。獲得的紅外光譜導(dǎo)入ominc 8.0，進(jìn)行13點(diǎn)平滑，基線校正，縱坐標(biāo)歸一化等處理。

表1 天然麝香樣本及來源

注：林麝樣本均采于同一年份，為各養(yǎng)殖場的混合樣；原麝樣本來自不同個體；馬麝樣本均來自同一養(yǎng)殖基地，但采收年份不同。

共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列鑒別指標(biāo)[14]：

共有峰率(P)=(共有峰數(shù)(Ng)/兩個紅外圖譜中的獨(dú)立峰數(shù)(Nd))×100%。共有峰數(shù)(Ng)為比較的兩個紅外圖譜中都會出現(xiàn)的吸收峰的個數(shù)；獨(dú)立峰為a、b兩個圖譜中相對于共有峰的非共有峰數(shù)(na、nb)，獨(dú)立峰數(shù)(Nd)為相互比較的兩個紅外圖譜中的獨(dú)立峰的總個數(shù)(Nd=Ng+na+nb)。

變異峰率(Pv)，指紅外圖譜中相對于共有峰的變異峰數(shù)與共有峰的比值。指紋圖譜a的變異峰率(Pva)=(na/Ng)×100%；指紋圖譜b的變異峰率(Pvb)=(nb/Ng)×100%。

指紋圖譜中a的總峰數(shù)(Na)=Ng+na；指紋圖譜中b的總峰數(shù)(Nb)=Ng+nb。

全部數(shù)據(jù)利用Excel軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 天然麝香圖譜基本特征

由圖1、表2可見：22份受檢樣本的ATR-FTIR紅外指紋圖譜，峰位、峰形和峰強(qiáng)均存在明顯差異，表明不同物種、不同地區(qū)、不同采收時間以及同一物種不同個體獲取的麝香樣本，在成分構(gòu)成上均存在差異。

林麝麝香樣本差異：在1 800～1 700 cm-1之間，BL-3在1 740 cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度明顯低于其余樣本；在1 700～1 500 cm-1之間，BL-1、BL-2的峰強(qiáng)比I(1 644 cm-1)/I(1 596 cm-1)<1，BL-3的I(1 625 cm-1)/I(1 596 cm-1)<1，BL-4、BL-5、BL-6、BL-7均為I(1 644 cm-1)/I(1 596 cm-1)>1；在1 200～1 100 cm-1之間，BL-2樣本的I(1 173 cm-1)/I(1 153 cm-1)>1，其余樣本相反，且BL-2在1 173 cm-1附近的吸收峰峰形較其它樣本相對尖銳；在1 100～1 000 cm-1之間，BL-1、BL-2樣本的峰強(qiáng)I(1 076 cm-1)/I(1 034 cm-1)>1，其余樣本或無1 076 cm-1附近的吸收峰，或1 076 cm-1吸收峰強(qiáng)度不及1 034 cm-1附近，且峰形與BL-1、BL-2樣本不相同。

原麝麝香樣本差異：在1 700～1 600 cm-1之間，BY-6樣本在1 625 cm-1附近的峰強(qiáng)比其余樣本都小，峰形比其余樣本寬，其余樣本在此處的吸收峰相對較為尖銳，說明該樣本組成較為復(fù)雜，出現(xiàn)了峰的重疊現(xiàn)象；在1 100～1 000 cm-1之間，樣本的強(qiáng)峰峰位在1 043.74～1 006.61 cm-1之間變化，BY-1、BY-2、BY-4樣本在強(qiáng)峰的左邊出現(xiàn)一小的肩峰，其余均無此肩峰，且各樣本在此強(qiáng)峰的峰強(qiáng)大小均不同。

馬麝麝香樣本差異：在1 700～1 600 cm-1之間，BM-4、BM-7樣本的峰強(qiáng)I(1 644 cm-1)/I(1 540 cm-1)>1，其余樣本均小于1；在1 550～1 350 cm-1之間，存在2個相鄰峰，除BM-7樣本I(1 454 cm-1)/I(1 402 cm-1)<1外，其余樣本的2個相鄰峰比值均大于1；在1 100～1 000 cm-1之間，BM-4、BM-7樣本在1 040.87～1 006.61 cm-1附近的吸收強(qiáng)峰無左邊的肩峰，其余均存在肩峰；BM-4在720～650 cm-1之間的峰強(qiáng)比其余都小，且峰形與其余樣本存在差異。

圖1 天然麝香樣本的ATR-FTIR紅外指紋圖譜

2.2 共有峰

若一組吸收峰的組內(nèi)吸收峰波數(shù)最大差異，顯著小于相鄰組之間的平均波數(shù)差，則可確定該組峰為一組共有峰[14]。光譜的共有峰一般為某一波長范圍內(nèi)的峰[15]，由表2數(shù)據(jù)可以總結(jié)出麝香共有峰區(qū)段(見表3)。

表2 22份天然麝香紅外指紋圖譜出峰位置

編號出峰位置的波數(shù)/cm-1BL-11436.311392.311310.411279.231267.331244.59BL-21435.361411.191308.861279.021238.57BL-31438.831401.991314.401242.92BL-41434.541401.891317.171279.651265.751244.82BL-51434.041402.331314.401279.521266.021244.90BL-61434.831392.021314.401279.621266.021245.05BY-11462.661454.211378.421235.42BY-21461.151454.621383.571311.471272.871236.10BY-31445.741408.241376.431238.07BY-41446.521384.361306.101232.24BY-51463.351453.651383.051306.701235.49BY-61445.401375.951317.171233.74BM-11437.021401.941317.171242.53BM-21435.991402.451308.861278.411264.561245.17BM-31435.681402.701315.401242.85BM-41454.511402.321379.481321.071238.51BM-51435.921413.811402.701314.961281.181264.561244.37BM-61435.801414.171403.031314.571281.181267.331243.59BM-71454.601402.721321.871240.63BM-81434.521402.721314.401279.351266.051243.95BM-91434.541403.091317.171278.411264.561244.22BM-101434.811402.601316.401279.401265.801244.49

編號出峰位置的波數(shù)/cm-1BL-11197.721178.291154.491076.561034.98923.64883.07BL-21196.791173.831153.811076.551034.69924.00881.23BL-31173.191154.101070.751025.61924.00BL-41197.741178.381152.031027.04924.00BL-51197.731178.731153.221110.581067.981027.11924.00BL-61197.651178.331152.321110.111027.06924.00BY-11172.861150.751109.511062.441043.74879.01BY-21171.091151.341034.751006.61876.93BY-31036.73BY-41106.741034.751006.61BY-51173.571153.011107.401040.87BY-61146.071012.05

續(xù)(表2)

編號出峰位置的波數(shù)/cm-1BL-1842.78778.55766.19715.47676.56BL-2842.75781.30766.20714.34676.96BL-3842.54777.64766.68715.44698.42676.67BL-4843.58779.58766.18711.67677.52BL-5843.66777.29766.13711.28678.06BL-6843.22779.25766.25715.52677.58BY-1814.99781.77719.13699.82671.80BY-2846.18811.96769.40745.90719.70698.23677.00BY-3856.72821.83766.43718.77698.49673.17BY-4815.70778.80745.24718.43698.30674.51BY-5829.71780.11762.12719.11699.05676.14BY-6829.58763.82718.58699.41672.20BM-1842.62778.93766.23713.69698.01676.85BM-2842.77778.93766.22713.69676.98BM-3842.99779.70766.40712.53677.34BM-4831.35743.67719.89697.57678.22BM-5842.74777.99766.24713.54676.82BM-6842.88779.63766.27713.30695.94677.23BM-7847.18770.37719.32699.63674.26BM-8843.23780.01766.13711.82677.68BM-9843.26779.11766.28711.73677.47BM-10843.41777.33766.17712.01677.69

表3 麝香共有峰區(qū)段

2.3 雙指標(biāo)序列

表4為22份天然麝香的共有峰率表，表5為22份天然麝香的變異峰率表，兩者組合為天然麝香的雙指標(biāo)序列表。

由表4、表5可見：林麝麝香共有峰率為71.4%～96.2%，變異峰率在4.0%～25.0%之間，區(qū)別不大，相似度較高。這是由于這些樣本均來自陜西和四川等麝香的傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)，地理位置臨近，氣候、生長環(huán)境十分相似，且樣本采收時間比較接近。BL-4、BL-5、BL-6樣本出于同一公司，養(yǎng)殖手段相似，其共有峰率較高，相互之間達(dá)到90%以上；推測，麝香成分構(gòu)成除受地理位置、氣候和生長環(huán)境等因素影響，也受養(yǎng)殖方式、養(yǎng)殖條件的影響，相同養(yǎng)殖方式下產(chǎn)生的麝香化學(xué)成分更為相似。

原麝麝香共有峰率在55.6%～76.9%之間，變異峰率在5.6%～44.4%之間。其中：僅BY-5與BY-1、BY-2之間，BY-6與BY-2、BY-3、BY-4、BY-5之間，共有峰率達(dá)到70%以上，相似度相對較高，化學(xué)性質(zhì)相對接近。其余樣本相互之間的共有峰率多在61.5～69.0%之間，BY-1與BY-6的共有峰率甚至低于60%，說明對于原麝麝香而言，個體因素對紅外指紋圖譜影響比較大。又因這批樣本來自野生原麝，每個個體具有客觀不確定因素，所以推測，樣本共有峰率較低也與其個體生活環(huán)境、攝食成分以及樣本保存方式、保存時間等一系列因素有關(guān)。

馬麝麝香共有峰率在48.4%～100%之間，變異峰率在3.7%～68.8%之間。其中：BM-2、BM-9和BM-10相互之間共有峰率達(dá)到100%，變異峰率為0；BM-2、BM-5、BM-8、BM-9和BM-10樣本相互之間，BM-6與BM-9、BM-10之間的共有峰率在90%以上；除BM-4、BM-7之外，其余樣本共有峰率均在80%以上，變異峰率極低，化學(xué)成分相似；說明同場產(chǎn)出的同種麝香，在相同保存方式下，只要保存得當(dāng)，一定時間內(nèi)麝香的成分不會發(fā)生較大的變化。而BM-4、BM-7與其余樣本的共有峰率在48.4%～58.6%之間，全部低于60%；變異峰率在29.4%～68.8%之間。BM-4、BM-7樣本相對于其余樣本峰位較少，缺失了諸如1 270～1 070 cm-1、780 cm-1附近的吸收峰，說明麝香中存在一些保存時間過長或保存不當(dāng)便易揮發(fā)或變質(zhì)的物質(zhì)。麝香的采集存放時間，對麝香的成分存在一定影響，但并非決定性因素，成分變化的差異也與麝香樣本本身性質(zhì)有關(guān)。

針對不同種類的麝香，林麝與原麝麝香之間的共有峰率在42.4%～70.4%之間，變異峰率在18.8%～85.7%之間，變異峰主要集中在1 625～924 cm-1；而原麝與馬麝麝香之間的共有峰率在45.2%～66.7%之間，變異峰率在15.0%～85.7%，變異峰主要集中在1 595～924 cm-1；林麝與馬麝麝香之間的共有峰率在43.8%～100%之間，變異峰率在3.8%～78.6%之間，變異峰主要集中在1 625、1 281～1 264、1 109 cm-1。不同種類麝香共有峰率普遍比同種麝香的共有峰率低，且出現(xiàn)變異的峰也有差異，顯示不同種麝香在多肽及蛋白質(zhì)、大環(huán)酮類物質(zhì)和酯類物質(zhì)等物質(zhì)組成中存在差異，說明麝種類對麝香化學(xué)成分有較大的影響，使用天然麝香時需注意區(qū)分不同種類的麝香。

綜合上述分析，麝香的種類、產(chǎn)地、個體、采收時間等因素會對麝香化學(xué)成分有一定影響，天然麝香的紅外指紋圖譜基本不會出現(xiàn)完全相同的情況。而共有峰率、變異峰率的雙指標(biāo)序列的分析，顯示了麝香樣本之間的相似程度，從中容易找到最相似和差異最大的樣本，直觀展示了不同因素的影響程度。

表4 22份天然麝香共有峰率 %

2.4 特征峰

根據(jù)構(gòu)成麝香的主要化學(xué)成分的相關(guān)基團(tuán)，從22個受檢樣本中的共有峰中篩選出天然麝香固定存在的特征吸收峰(見表6)。參照文獻(xiàn)[16]～[18]分析，2 919.25～2 916.27、2 850.49～2 849.40、1 645.41～1 622.50 cm-1代表麝香中如麝香酮一類的大環(huán)酮類物質(zhì)；3 275.58～3 260.86、1 645.41～1 622.50、1 557.85～1 536.80 cm-1代表天然麝香中含有大量的多肽以及蛋白質(zhì)類物質(zhì)成分；3 072.55～3 053.20、1 454.62～1 434.04、1 040.87～1 006.61、843.66～695.64 cm-1代表麝香中的吡啶類物質(zhì)；1 742.89～1 724.18、1 245.17～1 104.08、1 043.74～1 006.61 cm-1表明麝香中存在酯類物質(zhì)；3 275.58～3 260.86、2 919.25～2 916.27、2 850.49～2 849.40、678.22～666.71 cm-1表明天然麝香中存在甾體類物質(zhì)。

表5 天然麝香變異峰率 %

注：某一行中的數(shù)據(jù)表示某個樣本與其余樣本比較時其自身的變異峰率；某一列中的數(shù)據(jù)表示某個樣本與其余樣本比較時另一樣本的變異峰率。例如：BL-1行與BL-2列的值為BL-1的變異峰率；BL-3列與BL-4行的值為BL-4的變異峰率。

表6 天然麝香特征峰

3 結(jié)論與討論

天然麝香紅外指紋圖譜較為復(fù)雜，其共同的特征峰范圍為：3 275.58～3 260.86、3 072.55～3 053.20、2 919.25～2 916.27、2 850.49～2 849.40、1 742.89～1 724.18、1 645.41～1 622.50、1 557.85～1 536.80、1 454.62～1 434.04、1 411.19～1 375.95、1 245.17～1 232.24、1 178.79～1 171.18、1 155.57～1 104.08、1 043.74～1 006.61、843.66～695.64、678.22～666.71 cm-1。

原始圖譜可直接觀察到不同因素影響下天然麝香之間峰位、峰強(qiáng)以及峰形的差異。通過雙指標(biāo)序列法，可準(zhǔn)確判定樣本之間的相似程度。林麝麝香樣本，共有峰率在71.4%～96.2%之間，變異峰率在4.0%～25.0%之間；原麝麝香樣本共有峰率在55.6%～76.9%之間，變異峰率在5.6%～44.4%之間；馬麝麝香樣本，共有峰率在48.4%～100%之間，變異峰率在3.7%～68.8%之間。當(dāng)麝香品種不同時，林麝與原麝麝香之間的共有峰率在42.4～70.4%之間，變異峰率在18.8%～85.7%之間；原麝與馬麝麝香之間的共有峰率在45.2%～66.7%之間，變異峰率在15.0%～85.7%；林麝與馬麝麝香之間的共有峰率在43.8%～100%之間，變異峰率在3.8%～78.6%之間。這種方法可以快速找出樣本中最為相似和差異度最大的麝香，對于麝香鑒別以及質(zhì)量評價(jià)具有重要意義。

利用紅外指紋圖譜的方法鑒別天然麝香，需要建立紅外標(biāo)準(zhǔn)圖譜。紅外標(biāo)準(zhǔn)圖譜的建立，需充分考慮各種差異的影響，比如麝香的養(yǎng)殖方式、產(chǎn)地、個體、不同采集時間以及種類等因素。應(yīng)盡量擴(kuò)大樣本量，充分考慮各種因素影響，通過分析天然麝香樣本的共有特性，進(jìn)行麝香標(biāo)準(zhǔn)圖譜的建立。也需要了解不同因素會對麝香指紋圖譜產(chǎn)生的影響，以便日后鑒定時，能相對準(zhǔn)確判別麝香是受何因素影響以及麝香化學(xué)成分的變化情況。這對于其余物質(zhì)，如靈芝、犀牛角和羚羊角等已有紅外指紋圖譜相關(guān)研究的動物產(chǎn)品[19-21]，后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜的建立具有借鑒意義。

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