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团状雪灵芝三种提取工艺的红外光谱跟踪分析



全 文 :第34卷,第10期             光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol.34,No.10,pp2833-2838
2 0 1 4年1 0月             Spectroscopy and Spectral Analysis  October,2014  
团状雪灵芝三种提取工艺的红外光谱跟踪分析
马 晶1,伍贤学1*,台 希1,徐留仙1,朱金兰1,秦 尧1,周 群2,孙素琴2*
1.玉溪师范学院资源环境学院,云南 玉溪 653100
2.清华大学化学系,北京 100084
摘 要 为了建立一种基于红外光谱跟踪分析的过程分析方法用于团状雪灵芝(AP)提取分离过程的宏观指
导,从同一工艺不同提取物及不同工艺同一提取物两个方面,对三种提取工艺各四种提取物进行红外光谱
跟踪测试,并对红外光谱及相应二阶导数谱进行了深入的对比分析研究。光谱分析结果显示,同一工艺的不
同提取物具有明显不同的光谱吸收特征;不同工艺同一提取物的吸收特征总体相似,但彼此之间也存在明
显的光谱差异。1 603和1 123cm-1的特征峰表明,提取法一中,黄酮类及其糖苷主要进入了酯提物,余者
进入了醇提物。相反,方法二、三中,大部分黄酮类进入了醇提物,水提物中还存在微量黄酮苷。此外,根据
2 850cm-1峰强可知,方法二酯提物中苷元及高级饱和烃基含量较高。类似的,1 066和2 927cm-1等特征
吸收峰表明方法三的醇提物中糖苷及多糖含量较高。研究结果表明,AP组分在不同提取工艺中的迁移规律
不尽相同,提取过程中的物质迁移信息可以通过各提取物红外光谱的跟踪分析进行记录和直观解析。红外
光谱跟踪分析法是一种快速、有效、低碳、环保的过程分析方法,对于诸如AP等植物提取分离过程的质量
控制或工艺优化具有宏观指导意义。
关键词 团状雪灵芝;红外光谱;跟踪分析;提取物
中图分类号:O657.3  文献标识码:A   DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2014)10-2833-06
 收稿日期:2014-01-16,修订日期:2014-05-15
 基金项目:国家自然科学基金项目(31370556)和玉溪师范学院国家级大学生创新实验项目(201211390003)资助
 作者简介:马 晶,1992年生,玉溪师范学院资源环境学院化学系助教  e-mail:1010528844@qq.com
*通讯联系人  e-mail:xxw@yxnu.net;sunsq@mail.tsinghua.edu.cn
引 言
  团状雪灵芝(Arenaria polytrichoides,AP)系石竹科
(Caryophyllaceae)蚤缀属植物,是一种宝贵的传统藏药资
源,具有治疗肺炎、免疫调节、抗缺氧及抑菌等广泛生理活
性[1,2]。文献报道的蚤缀属植物化学成分涉及生物碱、环肽、
黄酮、皂苷等[3-5]。研究结果表明,AP中含量较高的化学成
分有黄酮、皂苷、二十八烷醇等化合物,同时富含多糖及神
经酰胺[4,5]。
提取分离是药用植物研发中的重要一环。提取过程的质
量监控对于药用植物的高效利用十分重要,常通过指标成分
进行控制,主要涉及 TLC,HPLC,GC,EP等色谱技术和
GC-MS和 HPLC-MS等联用技术[6]。指标成分法对植物药
质量控制及评价起到了非常重要作用。然而,植物提取物是
一个多组分复杂体系,指标成分只能反映其部分信息。利用
指标成分分析结果去监控提取过程存在着“以部分评价整体”
的嫌疑,评价结果的科学性值得商榷。此外,投入较大、操
作复杂、有机污染及严重依赖指标成分也是指标评价法存在
的共同问题。因此,寻求一种不依赖指标成分、低碳环保、
便捷有效的过程分析方法对提取分离过程进行有效监控,对
于促进植物药业发展具有重要意义。
红外光谱是一种经典的有机结构解析方法。近年来,孙
素琴等以红外光谱为主要分析手段对中药等复杂体系进行系
统研究并取得一系列重要成果,奠定了混合物红外光谱分析
的理论基础[7-10]。最近有关肉苁蓉、丹参的研究报道也表明
红外光谱分析法在中药质量控制中将大有可为[11,12]。
全面反映组分的整体信息是混合物红外光谱的一种固有
属性。本研究拟对藏药AP的三种提取工艺各四种提取物的
红外光谱进行对比分析,旨在建立一种基于红外光谱跟踪分
析的过程分析方法,对雪灵芝提取分离过程进行宏观指导。
1 实验部分
1.1 样品处理
2008年8月团状雪灵芝采购于西藏拉萨市药材市场,由
中科院昆明植物所李锡文研究员鉴定,凭证标本保存于中科
院昆明植物所植物化学国家重点实验室。
AP样品经手工破碎除尘后于80℃烘24h,粉碎过200
目筛得药材粉末,分别按如下三种方法制备AP提取物供红
外测试用,提取所用各种试剂均为分析纯。
方法一(简记为 M1):20g药材粉末甲醇索氏提取3h,
旋转蒸发浓缩提取液,分液漏斗中水悬后,依次用石油醚
(PE,60~90℃)、乙酸乙酯(EtOAc)、正丁醇(n-BuOH)萃
取各3次,滤液合并,旋蒸浓缩后冷冻干燥得醚提物(PE-E-
M1)、酯提物(EtOAc-E-M1)、醇提物(n-BuOH-E-M1)及水
提物(H2O-E-M1)。
方法二(简记为M2):20g药材粉末依次用PE,EtOAc,
n-BuOH及 H2O索氏提取3h,同前处理得PE-E-M2,EtO-
Ac-E-M2,n-BuOH-E-M2及 H2O-E-M2。
方法三(简记为 M3):将方法二改为加热回流提取制备
得PE-E-M3,EtOAc-E-M3,n-BuOH-E-M3及 H2O-E-M3。
1.2 测定方法及数据处理
AP原样粉末样品红外光谱(FTIR)由溴化钾压片法测
定,各种提取物FTIR由衰减全反射法测定。Frontier型傅里
叶变换红外光谱仪(Perkin-Elmer,USA);DTGS检测器;
UATR采样附件;扫描范围:4 000~650cm-1;分辨率,4
cm-1;累计扫描32次;扫描时自动扣除 H2O和CO2 的干
扰。
FTIR由Spectrum 10.0(Perkin Elmer)光谱软件处理,
二阶导数红外光谱(SDIR)经13点平滑得到。需比较分析的
同一组谱图都处理成了相同的横纵坐标。
2 结果与讨论
2.1 AP原药材的FTIR及SDIR分析
图1中,FTIR谱的~3 341及~1 029cm-1吸收带归属
于纤维素、半纤维素等细胞壁支架成分以及AP多糖等活性
成分。2 919和2 851cm-1的极强吸收及SDIR中720cm-1
峰(长链CH2 的特征吸收)说明AP中含较为丰富的饱和长
链烃基。FTIR的~1 728cm-1吸收带表明AP含较丰富的酯
类官能团组。FTIR中1 636cm-1吸收带及SDIR中1 621,
1 592,1 512,1 469cm-1等吸收峰表明样品含较丰富的黄酮
类物质。表1给出了AP的红外光谱主要吸收峰的归属。
Fig.1 FTIR and SDIR spectra of Arenaria polytrichoides
(3 700~650cm-1)
Table 1 Preliminary assignment of main absorption peaks of Arenaria polytrichoides
Wavenumber/cm-1  Vibration mode  Main contribution
3 341(vs,brs) νas(O—H,N—H) Polysacharides and nitrogen-containing compounds
2 919(s)
2 851(m)
νas(—CH—H)
νa(—CH—H)
Saturated alkyls,triterpenes and steroids,ect
1 728(m,brs) νa( C O ) Esters,organic acids and flavonoids,ect
1 636(m,brs)
1 512(w)
νa( C O ),νa( Ar C C )
νa( Ar.C C ),δ(N—H)
Flavonoids,peptides and amino acids ect
1 454(w)
1 422(w)
δ(—CH2—H,—CH—H) Saturated alkyls,triterpenes and steroids,ect
1 369(w)
1260(w) δ
(—O—H,—C—CO) Flavonoids,ect
1 029(vs,brs) ν(C—OH),νdf(C—C) Glycosides,Arenaria polysaccharides,etc
  Note:vs:very strong;s,strong;m,medium;w,weak;brs,broad;ν,stretching mode;δ,bending mode;df:deforma-
tion;s,symmetric;as,asymmetric
2.2 同种提取方法之不同提取物的FTIR及SDIR分析
图2为各种提取物的FTIR及SDIR,表2为 M2四种提
取物FTIR特征峰的初步归属。
首先以 M2为例进行同种提取法之不同提取物的红外光
谱解析。总体来看,各提取物的红外光谱吸收特征随提取溶
剂极性的增加而呈现出规律性的变化。ν(O—H)吸收带强度
逐渐增 强,峰 位 向 低 波 数 方 向 移 动,ν(C—O)吸 收 带
(~1 050cm-1)同步增强,表明提取物中的糖类物质含量逐
渐增加,且糖—OH间的缔合程度也逐渐增加。ν(—CH2)
(2 850,2 920cm-1)的峰强减弱,但ν(—CH3)(2 873,2 957
cm-1)相对增强,表明提取过程中低极性的长链烃基主要进
入了PE-E和EtOAc-E。结合AP化学成分研究结果可推断,
M2的PE-E主要成分为高级脂肪醇、脂肪酸及脂肪酸酯等,
EtOAc-E主要成分为神经酰胺、有机酸、甾体及三萜苷元、
黄酮苷元及各种简单糖苷;n-BuOH-E的FTIR与EtOAc-E
的总体相似,但3 366和1 044cm-1显著增强,—CH2 峰相
对减弱,主要成分为各种皂苷、黄酮苷及多糖;H2O-E主要
成分为雪灵芝多糖、氨基酸及少量水溶性皂苷、黄酮苷等。
4382 光谱学与光谱分析                    第34卷
Table 2 Preliminary assignment of main absorption peaks of FTIR spectra
from different extractions of APextracted by method 2
Samples
Assignment:Wavenumber/cm-1
ν(O—H) ν(—CH—H)δ(—CH—H)ν( C O )δ( C O ) ν(C—O) ν(aromatic ring) ρ(CH2)n,n>4
PE-E-M2
3 447(w,brs) 2 919(s)
2 851(m)
1 464(w)
1 378(vw)
1 739(m)
1 712(w)
1 168(w) 721(vw)
EtOAc-E-M2  3 406(m,brs)
2 917(s)
2 850(m)
1 464(m)
1 375(w)
1 734(m)
1 710(m)
1 239(m) 1 168(w)
1 121(w)
1 044(w)
1 607(w)
1 517(w)
721(vw)
n-BuOH-E-M2  3 366(s,brs)
2 919(s)
2 851(m)
1 456(m)
1 377(w)
1 738(m)
1 713(m)
1 235(w) 1 121(m)
1 072(m)
1 044(m)
1 613(m)
1 517(m)
H2O-E-M2  3 318(vs,brs) 2 935(w) 1 424(vw) 1 719(w) 1 068(vs,brs) 1 516(vw)
Main
contribution
Saccharides,
alcohol,etc
Saturated
alkyls,ect
Carboxylic acid,
ester,etc
    Saccharides,
    alcohol,etc
Flavonoids,
etc
  Note:vs:very strong;s,strong;m,medium;w,weak;brs,broad;ν,stretching mode;δ,bending mode;ρ:rock out of plane
Fig.2 FTIR(Left)and SDIR(Right)spectra of different extracts of APfrom a same extraction processes
5382第10期                    光谱学与光谱分析
  三种方法对比分析表明,M3各种提取物与 M2的具有
更为相似的规律性。M1的FTIR中,EtOAc-E在1 300~
1 000cm-1的吸收比n-BuOH-E的强,表明 M1的EtOAc-E
中的糖类物质及酯类物质的相对含量较高,而 M2和 M3中
的情况则刚好相反。M2与 M3更相近的光谱变化规律说明
两种极性递增的梯度提取法的提取效果比较相似。
为了直观比较AP的不同组分在提取过程中的迁移去向
异同,图3给出了不同提取法之同种提取物的FTIR及SDIR
谱图。
2.3 不同提取方法之同种提取物的FTIR及SDIR分析
不同提取法之同种提取物的FTIR谱在峰位、峰强或峰
形方面都存在一定差异,这种差异在SDIR谱上变得更明显
(图3)。
Fig.3 FTIR(left)and SDIR(right)spectra of the same extracts of APfrom three different extraction processes
  三种PE-E的FTIR中ν(—CH2)峰轻微移动向低波数方
向,M3的波数最小。M2和 M3的1739cm-1峰比1 712
cm-1明显更强,但 M1中两峰强度相当。1 300~1 100cm-1
的ν(C—O)吸收特征也存在明显差异。上述红外吸收特征在
SDIR中更明显。
从EtOAc-E的FTIR看,M1在3 374,1 610~1 540和
1 300~1 000cm-1的吸收峰明显比 M2和 M3的更强;SDIR
还表明 M1的1517cm-1峰比 M2和 M3的强得多。然而,
M2的2 917和2 850cm-1峰显著强于 M1和 M3。上述吸收
特征表明 M1酯提物中糖类和黄酮含量更高,而 M2酯提物
中直链烃基含量更高。
n-BuOH-E的FTIR在3 365和1 300~1 000cm-1的吸
收峰呈递增趋势,M1的最弱。与 M1和 M2相比,M3的ν
(—CH2)和ν(—CH3)的峰位、峰强都存在显著差异,该差异
在SDIR的2 970~2 840cm-1更明显,表明 M3的n-BuOH-
E中含较丰富的糖类物质。SDIR中1 517cm-1峰强差异表
明 M1的n-BuOH-E中黄酮相对含量明显低于M2和M3,这
与EtOAc-E中的情况刚好相反。上述结果说明AP中黄酮类
6382 光谱学与光谱分析                    第34卷
物质在 M1中主要进入了EtOAc-E而 M2和 M3中则主要进
入了n-BuOH-E。
最后,H2O-E的FTIR中,M3的3 309,2 930和1 032
cm-1的吸收峰相对于 M1和 M2的偏向低波数区,表明 M3
的 H2O-E组分与 M1和 M2的明显不同。此外,相比于 M1,
M2和 M3的1 517cm-1峰还明显可见,这提示梯度提取法
(M2,M3)可能从AP中提取出更多的水溶性黄酮苷。
3 结 论
  从同一工艺不同提取物及不同工艺同一提取物两个角
度,对团状雪灵芝各种提取物的红外光谱进行了深入对比分
析研究,获得了提取过程中及不同方法间较丰富的物质迁移
信息差异。一般而言,AP中高级脂肪醇、脂肪酸及脂肪酸酯
等主要进入了PE-E;甾体、三萜、黄酮苷元及其简单糖苷、
神经酰胺、有机酸等进入了EtOAc-E;各种多糖苷及多糖主
要进入了n-BuOH-E;H2O-E的主要成分为雪灵芝多糖、氨
基酸及少量水溶性皂苷、黄酮苷等。同时,部分组分在不同
提取工艺中具有不同迁移行为。M1中,黄酮及各类糖苷主
要进入了EtOAc-E,少部分黄酮苷进入了n-BuOH-E,而 M2
和 M3中的情况刚好相反。然而,M2的EtOAc-E中各种苷
元和高级饱和烃基含量较高而 M3的n-BuOH-E中各种糖苷
及多糖含量比较高。
  研究结果表明,AP组分在不同提取工艺中的迁移规律
不尽相同,提取过程中的物质迁移信息可以通过各提取物红
外光谱的跟踪分析进行记录和直观解析。红外光谱跟踪分析
法是一种快速、有效、低碳、环保的过程分析方法,对于诸
如AP等植物提取分离过程的质量控制或工艺优化具有宏观
指导意义。
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Tracking Analysis of Three Extraction Processes of Arenaria
Polytrichoides by Fourier Transform Infrared Spectrocopy
MA Jing1,WU Xian-xue1*,TAI Xi 1,XU Liu-xian1,ZHU Jin-lan1,QIN Yao1,ZHOU Qun2,SUN Su-qin2*
1.Colege of Resources and Environment,Yuxi Normal University,Yuxi 653100,China
2.Department of Chemistry,Tsinghua University,Beijing 100084,China
Abstract In order to develop aprocess analysis method to guide extraction process of Arenaria polytrichoides(AP)based on
tracking analysis by Fourier transform infrared(FTIR),IR spectra of petroleum ether extracts(PE-E),ethyl acetate extracts
(EtOAc-E),n-butanol extracts(n-BuOH-E)and water extracts(H2O-E)of APfrom three extraction methods were recorded.
The FTIR and corresponding second derivative infrared(SDIR)spectra were analyzed comparatively from two aspects,namely,
different extracts from a same extraction process and the same extracts from different methods.The spectral analysis results
show that different extracts obtained from a same extraction process have distinctly different spectral absorbance character.Al-
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though the IR spectral absorption characteristics of the same extracts from different methods are rather similar in holistic,some
explicit spectral differences stil could be found among each other.In extraction process one(M1),main flavonoids and their gly-
cosides of APmigrated to EtOAc-E and the rest part of them shift to n-BuOH-E according to FTIR peaks such as 1 603and
1 123cm-1.However,the circumstances in method two(M2)and method three(M3)were just the reverse.Moreover,a few
flavonoid glycosides got into H2O-E.The relative content of al kinds of aglycones and higher saturated alkyl are much higher in
EtOAc-E of M2than that of M1and M3according to the relative absorption intensive of peak at 2 850cm-1.Similarly,
n-BuOH-E of M3has relative rich contents of glycosides and polysaccharides than those of M1and M2by peaks such as 1 066
and 2 927cm-1.These results demonstrate that the migration rules of APcomponents are not always same in different extrac-
tion process.The substance migration information during the extraction process could be recorded and disclosed in an intuitive
way by FTIR tracking analysis of corresponding extracts.Consequently,FTIR tracking analysis is a fast,efficient,low-carbon
and environment-friendly process analysis method.The method has important macro guiding significance for quality control and
process optimization of extraction and isolation process of medicinal plant including AP.
Keywords Arenaria polytrichoides;Fourier transform infrared spectrocopy(FTIR);Tracking analysis;Extract
(Received Jan.16,2014;accepted May 15,2014)  
*Corresponding authors
8382 光谱学与光谱分析                    第34卷