田贵芬，唐 冲，王昌敏，罗 鹏，宋 娟，黄继明

(铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300)

天麻为兰科植物天麻(Gastrodia elata Blume)的干燥根茎，另外人们还称其为挡风草神草等[1]。在贵州，有人把其称作山萝卜、水洋芋等。天麻作为中国药食同源产品，主要产区分布在我国的中部及西南地区，例如陕西汉中、贵州德江、湖北宜昌、云南昭通等地[2]。近年来，随着经济的发展以及人们对药食同源产品的需求，野生天麻因为数量少、质量参差不齐，不能满足商业大规模开发利用。因此，需要人工种植大规模天麻，以满足人们对天麻产品的需求。

天麻主要由天麻素、天麻苷元构成，此外天麻还含有酚类、酸类、甾醇糖类等有效成分[3]。根据中国药典(2010年版)，天麻的质量控制主要基于天麻素和天麻多糖这两种物质。而2015年版《中华人民共和国药典》则是对天麻素和对羟基苯甲酸两种成分的总和来控制天麻的质量。天麻价格较高、药用价值大，故市场上天麻伪品出现，在国内市场，出现了天麻的掺假物质，如粉末或提取物，加入具有相似的外观的一些较便宜的原料，达到以次充好的目的。冒充天麻常见的伪品有：马铃薯，紫茉莉的根，大丽菊的块根，巴蕉芋根茎；芋，商陆的根等等[4]。这些伪品与天麻外形十分相似，但科属不同，作用天然之别，必须仔细加以鉴别；而且其主要活性成分与天麻不同，药理作用也不同，临床疗效迥异。天麻作为我国名贵药材，其主要用于治疗头痛，神经痛，头晕，高血压，小儿惊厥等相关疾病，而伪品则没有此效果[5]。

目前，用于检测天麻真伪主要通过感官分析和化学分析方法(含仪器分析)[6]。感官分析主要通过个人经验和对物质的熟悉程度，缺少客观判断和科学依据。而化学分析受限于检测方法，如HPLC(LC-MS)，GC(GC-MS)和毛细管电泳分析，此方法需要从大量活性成分中分离出几种物质(如天麻素等)检测，不仅仪器昂贵，而且分析方法复杂、耗时、消耗有机溶剂。

红外光谱是一种快速、直接、易于操作、非破坏性的检测方法，同时它灵敏度高、特征性强等独特的优点，故广泛应用于咖啡，奶粉、中药材等定性及质量控制。然而，很少有研究探讨天麻真伪的鉴定。一些研究证明，红外光谱可以适用于一些物质的定性评估，而选择最合适的方法仍然值得考虑[7-8]。天麻类原材料含有多种活性成分，各化学物质的成分含量的虽然偏差较大，但物质的组成相似，官能团更是相同，那物质的吸收峰的位置在红外光谱光谱区域内。可将不同化合物分子中同一类官能团作为一个整体，根据混合物红外光谱上表现出的叠加峰进行整体成分鉴定，给出混合物所含物质群组的信息，红外光谱可反映天麻的整体化学特性，据此可予以鉴别[9]。对于半湿半干物质，红外光谱对其定性和定量分析也是一个不错的选择。

德江县作为贵州天麻的主要产区之一，天麻的稳定性和可靠性需要保障，因此研究德江天麻的化学成分，建立本地天麻的真伪鉴别对德江具有重大的现实意义。本研究收集了德江高山天麻和伪品紫茉莉花根、芋、马铃薯等，测定其红外光谱，通过傅里叶变换分析，比较天麻正伪品的之间的差异，找出鉴别不同点，为天麻的快速鉴别提供科学依据。

1 傅里叶自解卷积

红外分光光度法，又称红外吸收光谱法，简称“IR”，属于分子吸收光谱。当连续波长的红外线照射样品，分子吸收能量，从振动能级基态跃迁到激发态，振幅增大，分子位能增大，在吸收曲线，就产生了一个峰，进而形成一个完整的红外吸收谱图[10]。但是物质的分子在微观上不是静止的，它们之间相互作用力，分子发生振动收集的光谱中具有一定的宽度，也就是说谱线具有一定线形，谱图中的线较宽，而非无限细的谱线组成。而得到的谱图中的光谱图是由理想光谱与线形函数卷积得到的，或者说是无限细的谱线(Dirac三角函数)和展宽函数卷积叠加后得到的。有的时候，谱峰线性较宽，当彼此靠近时，谱线重叠，因此很难区分辨别这些谱峰。为了去掉这个展宽的卷积效果，将重叠的谱线分辨开来，就需要使用傅里叶自解卷积(Fourier Self-deconvolution，FSD)[11-13]。

己知实测光谱可以表示成一个线形函数与真实光谱的卷积

B1(σ)=B(σ)*H(σ)

B(σ)表示真实光谱，H(σ)表示线性函数，对上式反傅里叶变换后：

I1(x)=F-1{B1(σ)}=F-1{B(σ)}F-1{H(σ)}=I(x)h(x)

然后，对其进行傅里叶变换就能得到真实的光谱图：

B(v)=F{I(x)}=F{I1(x)h-1(x)}

然而，采集到干涉图中总包含一定的噪声，假定这些是加性的白噪声，则含有噪声的干涉图可表示为：

I2(x) = I1(x) + n(x)

因此，自解卷积后得到的干涉为：

I2(x)h-1(x)=I1(x)h-1(x)+n(x)h-1(x)=I(x)+n(x)h-1(x)

通常自解卷积函数h-1(x)，都是指数型的函数，上面的自解卷积过程虽去除了线性函数的影响。对一个光谱进行自解卷积时，首要的是得到干涉图，然后将其与一个截断函数相乘，最后再进行傅里叶变换，就完成了全部自解卷积运算。自解卷积运算操作简单，几乎不需要复杂的参数运算，优化过程迅速，在分离重叠谱带方面具有很高的实效性，最重要的是可以提高光谱的分辨率[14]。

2 实 验

2.1 试剂及仪器

样品：天麻，采自贵州省德江县；天麻为兰科植物天麻的干燥块根，晒干备用，产地贵州省德江县(种植)；芭蕉芋为美人蕉科植物芭蕉芋的干燥块茎。

傅里叶变换红外光谱仪(ThermoFisher Nicolet iS50，USA)，光谱范围4000～650 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描累加次数32次。图谱修正：水和二氧化碳；背景光谱管理：采集样品前采集背景。

2.2 实验方法

将KBr于玛瑙研钵中研磨至面粉感觉，取适量的KBr粉末压片得KBr空白窗片。将各药材粉碎与KBr按照1:100的比例研磨，将研磨好的粉末压片得到含药窗片。控制湿度，以空气为背景，采集背景吸收光谱后，采集药物吸收图谱，将图谱平滑处理后，在经过傅里叶变换，比较其原始光谱和自解卷积转化处理后光谱存在差异。

2.3 傅里叶自解卷积变换分析

通过测定，得到天麻及其伪品共4个样品的FTIR。根据吸收峰，采用 OMNIC软件进行自解卷积变换分析。在各种峰宽及增强下观察德江高山天麻的与其伪品自解卷积红外光谱的的区别，选出差异程度最为明显的带宽因子和增强因子来区分天麻的真伪。本实验中通过比较自解卷积变换后的红外光谱图，取峰宽为40，增强为3作为自解卷积变换标准。

3 结果与讨论

自解卷积由于技术参数少，容易完成优化过程，在分离重叠谱带方面具有其优越性，且可以提高光谱的分辨率。为了去除线性函数对真实光谱的影响，减少干扰物的光散射和吸收的影响，提高光谱的分辨率，本试验对得到的红外图谱进行傅里叶自解卷积转化处理。在各种带宽因子及增强因子下观察天麻正品、伪品的自解卷积红外光谱的差异程度，从中选择一个差异程度最为明显的带宽因子及增强因子来区分两者，具体见图1～图4。

图1 天麻的红外光谱图以及傅里叶自解卷积红外光谱

图2 紫茉莉花根的红外光谱图以及傅里叶自解卷积红外光谱

图3 马铃薯的红外光谱图以及傅里叶自解卷积红外光谱

图4 芋头的红外光谱图以及傅里叶自解卷积红外光谱

比较图1～图4，只是从红外光谱图观察，由于几种物质的峰型较杂，比较接近，很难只从这一种图谱观察到他们之间的差异。通过图1～图4可知，未经过傅里叶自解卷积的变换，在2933、2367、2148、1646、1504、1458、1418、1371、1238、1151、1089、1017、924、853、767、712、571 cm-1附近的峰比较接近，很难区分天麻与伪品之间的区别。

比较为了更好地区别种植天麻与伪品之间的区别，图1～图4中进行了傅里叶自解卷积的变换。从图1可以发现，经过傅里叶变换后，在1200～1000 cm-1红外吸收区域，种植天麻有几个明显的吸收峰，其他的伪品在这段波数的范围内没有发现明显的吸收峰。天麻1200～1000 cm-1红外吸收区域的吸收峰具有特征性强的特点，差异特征明显，可以作为鉴别时的判断标准，更好地指导食药产品的额开发。另外，对于天麻而言，出现较明显的特征差异吸收峰，说明两者体内的化学物质或结构基因等方面存在着差异。

4 结 论

利用红外光谱具有直接、快速，不破坏样品，需样量少的特点，将其应用于鉴别天麻的真伪，具有较强的实用性。天麻及其伪品的红外吸收光谱通过傅里叶自解卷积的变换后，可以很容易地鉴别其真伪，为产品的真伪分析提供一个方向性参考。