一種新型三唑類化合物的設計、化學合成與抑菌活性

王思清

摘要：為了可以用響應曲面法優化一種桔梗皂苷提取工藝，將提取率作為優化指標對比不同提取方法，最終篩選獲得最理想效果的方法。相較傳統方法可以達到節能、省時、高提取率的方法優勢，為提升桔梗皂苷提取率意義重大，且為開發保健食品提供參考。 本研究是一個積極探索發現新桔梗皂苷提取工藝的過程，實驗所得結果對發現新的保健食品和結根皂苷藥用創新有一定的科研借鑒。

關鍵詞：桔梗皂苷;響應曲面法;超聲提取

第一章 前言

（一）項目背景

由于皂苷能夠達到抗炎、高干、降血脂的藥用機理，所以在臨床用藥研究中引起廣泛關注，并且桔梗皂苷具備了高溫、抗毒、抗腫瘤、抗肥胖、利尿等作用，所以對桔梗皂苷提取率優化研究有重要實際意義。

（二）同類研究

在他人同類研究中，將桔梗作為實驗材料，分析提取時間、提取溫度、料液比相關單因素實驗基礎上，運用響應曲面實驗設計研究了桔梗皂苷的提取條件，發現在38.03料液比、49.43min提取時間、1.09%提取液鹽濃度下，高達0.899%桔梗皂苷提取率。

（三）研究創新

為了可以用響應曲面法優化一種桔梗皂苷提取工藝，為提升桔梗皂苷提取率意義重大，且為開發保健食品提供參考。

第二章 研究方法

（一） 科學方法

1.實驗與觀察

通過采用實驗觀察法，超聲提取桔梗皂苷并計算桔梗皂苷總提取率，將桔梗皂苷總提取率作為實驗指標，觀察研究了料液比，桔梗粉末和水的比例，超聲溫度與超聲時間，和超聲功率所造成的桔梗皂苷提取率影響規律。并進行相應曲面優化實驗，基于單因素實驗分析所獲結果基礎上，運用了中心組合實驗Box-Behnken方案，超聲時間、超聲溫度、料液比作為自變量。

2.分析與討論

首先對單因素實驗結果進行分析討論，包括料液比、超聲溫度、超聲時間、超聲功率所造成桔梗皂苷總提取率的影響，其次對響應曲面的設計結果進行分析討論，再者建立了回歸分析模型檢驗顯著性獲得實驗自變量和桔梗皂苷提取率之間的回歸分析結果，最后運用水提法提取桔梗皂苷的響應面進行分析討論。

3.演繹與歸納

在本次研究中，通過實驗循環往復的加深認知，并歸納每一個認知思維，對實驗結論進行演繹歸納，并進行驗證獲得桔梗皂苷的提取工藝參數，和優化桔梗皂苷總提取率結果。

（二）科學原理

①分子構效原理;②有機化學;③生物學;④響應曲面法。

（三）實驗部分

1.主要儀器及試劑

采用市面出售的桔梗根，正丁醇蒸餾水。多功能食品攪拌器（SJ260）、電子分析天平（ALC-1100.2）、旋轉蒸發儀（R-205）、紫外可見分光光度儀、雙頻數控超聲波清洗儀（KQ-500VDE）、高速離心機（TG16）。

2.實驗方法

（1） 超聲輔助提取桔梗皂苷和計算桔梗皂苷總提取率

在10.0g桔梗粉末內加入適量蒸餾水，運用超聲波振蕩輔助完成中皂苷提取，并過濾提取液對濾液進行收集。再次提取濾渣，對兩次提取的提取液進行合并，正丁醇蒸餾水飽和溶液萃取濃縮濾液，并濃縮上清液后回收正丁醇飽和溶液，將所獲淡黃色固體回收置入60°～70°恒溫干燥箱內，直至干燥恒定質量，根據桔梗皂苷總提取率計算公式，所得桔梗皂苷總提取率。

（2）單因素試驗

在單因素實驗中，實驗指標為桔梗皂苷總提取率，對桔梗粉末和水比例，超聲溫度、超聲時間、超聲功率所造成指標變化的影響規律。

（3） 響應曲面優化試驗

基于單因素實驗所獲結果基礎上，運用中心組合試驗Box-Behnken設計方案，設定料液比（X1）、超聲溫度（X2）、超聲時間（X3）作為實驗自變量，分別以+1、0、-1表示自變量高中低水平（見表1）。根據響應曲面優化實驗的方程式完成自變量編碼，式中自變量編碼值用表示，自變量真實值用表示，實驗中心點自變量真實值用表示，自變量變化步長用X表示。

（四）結果與分析

1.單因素實驗分析

（1）料液比影響桔梗皂苷總提取率

經實驗發現30min超聲時間、40℃超聲溫度、40W超聲功率實驗條件下，對料液比影響桔梗皂苷提取效果考察發現，1：10情況下可以獲得最大的桔梗皂苷提取率

（2）超聲時間影響桔梗皂苷提取率

經試驗設定1：10料液比、40℃超聲溫度、40W超聲功率實驗條件下，對超聲時間影響桔梗皂苷提取率，發現超聲時間和桔梗皂苷總提取率之間呈正相關，隨時間延長隨之增加總提取率。但是過長的超聲時間，也會在一定程度上破壞桔梗皂苷的部分成分生物活性，無法溶解有效成分，并增加雜質溶出量，所以根據實驗發現30min作為最佳桔梗皂苷總提取率的超聲時間。

（3）超聲溫度影響桔梗皂苷總提取率

對于1：10料液比、30min超聲時間、40W超聲功率實驗條件下，對超聲溫度影響桔梗皂苷總提取率，實驗發現超聲溫度的不斷增加，桔梗皂苷總提取率呈先增后減的變化趨勢。在40℃超聲溫度下獲得了最高桔梗皂苷總提取率，在40℃之后仍然升溫，發現桔梗皂苷總提取率逐漸降低。在高溫長時間條件下，破壞了活性成分欠缺充分考慮，所以最佳超聲溫度為40℃。

（4）超聲功率影響桔梗皂苷總提取率

對1：10料液比、30min超聲時間和40℃超聲溫度實驗條件下，對超聲功率影響桔梗皂苷總提取率，經實驗發現超聲功率的不斷變動，并未有明顯的桔梗皂苷總提取率變化幅度，所以超聲功率并未很大程度影響桔梗皂苷總提取率，所以設定實驗超聲功率在60W。

2.響應曲面優化設計分析

（見表2）作為因素水平實驗設計結果，進行多元回歸分析擬合多項式回歸模型Box-Behnken。

3.建立回歸分析模型進行顯著性檢驗

運用Design Expert軟件多元回歸擬合上表數據，建立超聲波·水提取法，對桔梗皂苷提取率設定Y，料液比、超聲時間、超聲溫度三個自變量分別設定為X1、X2、X3的二次多項回歸模型方程式如下：

（見表3）獲得回歸方差分析顯著性檢驗結果，根據該檢驗結果證實了本次響應曲面優化分析模型的顯著性較高（P<0.0001），殘差也對該模型有較高影響顯著，X1、X2和同樣顯著（P<0.00001），之間又顯著（P<0.05）。證實了該回歸模型達到和實際實驗之間的較好擬合度，在回歸分析方程中，超聲溫度該自變量作為顯著影響因素，很大程度影響了桔梗皂苷的中提取率。自變量、響應值二者存在顯著線性關系，證實能夠運用于理論層面預測桔梗皂苷總提取率研究中。

4. 水提法桔梗皂苷提取響應面優化分析

根據多元回歸方程響應面，并繪制等高線圖對比任何兩個影響因素，所影響的水提法桔梗皂苷提取量效應分析評價，對最佳水平范圍確定發現，其中最為顯著的兩個影響因素交互效應，為超聲溫度和料液比交互效應，最優點與40℃超聲溫度、1：10料液比較接近，且在該點附近作為最大值。根據等高線圖能夠發現，料液比變化所影響提取率較超聲溫度要更加敏感。

超聲時間和料液比達到顯著交互效應，最優點與30min超聲時間和1：10料液比十分接近，并在改點達到最大值。也根據結果可以發現超聲時間改變影響提取率，較料液比改變影響提取率要更加敏感。

超聲時間和超聲溫度同樣達到顯著交互效應，最優點與30min超聲時間、40℃超聲溫度比較接近，且該點附近達到最大值。根據結果發現超聲時間改變所影響提取率，較超聲溫度改變影響提取率要更加敏感。

超聲溫度同樣較顯著的影響桔梗皂苷總提取率，具體表現在較陡的曲線，各因素間存在交互作用相關桔梗皂苷總提取率效應為曲面，再者就是來哦也比表現為較平緩曲線，該結果符合回歸分析結果。

結論

通過本次實驗計算，能夠發現在1：9.75g/mL料液比、35℃超聲溫度、31min超聲時間下獲得最優化的桔梗皂苷提取工藝，并運用優化工藝提取桔梗皂苷，達到4.64%提取率。

特色與創新

該研究創新在運用實驗觀察法、演繹歸納法、歸納以往研究成果基礎上，實驗運用響應面法優化分析超聲輔助提取桔梗皂苷工藝，對揭示皂苷藥用機理，做到皂苷資源的充分利用，開發保健類食品有借鑒參考價值。

展望

本項目在進展中認真執行《XXXX項目管理方法》，重視每一個研究步驟的科學、規范化，建立科學合理指標體系基礎之上，完善各實驗細節，確保能夠順利完成本次項目。

致謝

本研究是在西安理工大學理學院**教授、西北大學生命科學院**博士、西安秦凱生物科技有限公司技術部**博士、以及西安高新一中**老師的悉心指導和關懷下完成的，在這一年間，從理論學習到論文設計、撰寫都傾注了幾位老師無數的心血和汗水。在此向我敬愛的老師致以衷心的感謝和最誠摯的祝福！老師嚴謹的治學態度和兢兢業業、一絲不茍的工作精神以及對本學科發展的洞察力和不斷創新、開拓進取的精神深深的影響我、鼓勵我、指引我，并從他們身上學到很多寶貴的知識和做人的道理，我想，這些都將成為我此生最寶貴的財富！

謹以此文獻給敬愛的老師們、 親愛的爸爸媽媽，以及培養我的高新一中。

參考文獻：

[1] 莊星光， 韓春然， 邵金華，等. 響應曲面法優化提取虎舌紅皂苷及抗脂質過氧化研究[J]. 食品工業， 2019， 040（002）：138-143.

[2]王艷艷， 汪郁琦， 閆金銘，等. Box-Behnken響應曲面法優化藥對生-炒酸棗仁中總黃酮及總皂苷的提取工藝[J]. 化學工程師， 2020， v.34;No.292（01）：14-19.

[3]王玄源， 時慶欣， 劉夢君，等. 響應曲面法優化苦丁茶總皂苷的提取工藝[J]. 湖南中醫雜志， 2018， 034（003）：167-170.

[4]楊長花， 劉峰， 戶憲珍，等. 響應曲面法優化絞股藍中總皂苷和總黃酮的提取工藝研究[J]. 陜西農業科學， 2018， 064（007）：52-56.

[5]趙大偉， 王浩博， 李佳麗， et al. Box-Benhnken響應曲面法優化五味子中木脂素的微波提取工藝[J]. 吉林農業， 2019， 447（06）：52-54.

[6]郗艷麗， 周旋， 馬鵬，等. 響應面法優化女貞子多酚提取工藝條件及其抑菌活性研究[J]. 食品研究與開發， 2018， 039（011）：42-47.