一種新型三唑類化合物的設(shè)計(jì)、化學(xué)合成與抑菌活性

王思清

摘要：為了可以用響應(yīng)曲面法優(yōu)化一種桔梗皂苷提取工藝，將提取率作為優(yōu)化指標(biāo)對(duì)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(tǒng)方法可以達(dá)到節(jié)能、省時(shí)、高提取率的方法優(yōu)勢(shì)，為提升桔梗皂苷提取率意義重大，且為開發(fā)保健食品提供參考。 本研究是一個(gè)積極探索發(fā)現(xiàn)新桔梗皂苷提取工藝的過程，實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果對(duì)發(fā)現(xiàn)新的保健食品和結(jié)根皂苷藥用創(chuàng)新有一定的科研借鑒。

關(guān)鍵詞：桔梗皂苷;響應(yīng)曲面法;超聲提取

第一章 前言

（一）項(xiàng)目背景

由于皂苷能夠達(dá)到抗炎、高干、降血脂的藥用機(jī)理，所以在臨床用藥研究中引起廣泛關(guān)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(duì)桔梗皂苷提取率優(yōu)化研究有重要實(shí)際意義。

（二）同類研究

在他人同類研究中，將桔梗作為實(shí)驗(yàn)材料，分析提取時(shí)間、提取溫度、料液比相關(guān)單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究了桔梗皂苷的提取條件，發(fā)現(xiàn)在38.03料液比、49.43min提取時(shí)間、1.09%提取液鹽濃度下，高達(dá)0.899%桔梗皂苷提取率。

（三）研究創(chuàng)新

為了可以用響應(yīng)曲面法優(yōu)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(fā)保健食品提供參考。

第二章 研究方法

（一） 科學(xué)方法

1.實(shí)驗(yàn)與觀察

通過采用實(shí)驗(yàn)觀察法，超聲提取桔梗皂苷并計(jì)算桔梗皂苷總提取率，將桔梗皂苷總提取率作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，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(shí)間，和超聲功率所造成的桔梗皂苷提取率影響規(guī)律。并進(jìn)行相應(yīng)曲面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，基于單因素實(shí)驗(yàn)分析所獲結(jié)果基礎(chǔ)上，運(yùn)用了中心組合實(shí)驗(yàn)Box-Behnken方案，超聲時(shí)間、超聲溫度、料液比作為自變量。

2.分析與討論

首先對(duì)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，包括料液比、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率所造成桔梗皂苷總提取率的影響，其次對(duì)響應(yīng)曲面的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析討論，再者建立了回歸分析模型檢驗(yàn)顯著性獲得實(shí)驗(yàn)自變量和桔梗皂苷提取率之間的回歸分析結(jié)果，最后運(yùn)用水提法提取桔梗皂苷的響應(yīng)面進(jìn)行分析討論。

3.演繹與歸納

在本次研究中，通過實(shí)驗(yàn)循環(huán)往復(fù)的加深認(rèn)知，并歸納每一個(gè)認(rèn)知思維，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行演繹歸納，并進(jìn)行驗(yàn)證獲得桔梗皂苷的提取工藝參數(shù)，和優(yōu)化桔梗皂苷總提取率結(jié)果。

（二）科學(xué)原理

①分子構(gòu)效原理;②有機(jī)化學(xué);③生物學(xué);④響應(yīng)曲面法。

（三）實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)蒸發(fā)儀（R-205）、紫外可見分光光度儀、雙頻數(shù)控超聲波清洗儀（KQ-500VDE）、高速離心機(jī)（TG16）。

2.實(shí)驗(yàn)方法

（1） 超聲輔助提取桔梗皂苷和計(jì)算桔梗皂苷總提取率

在10.0g桔梗粉末內(nèi)加入適量蒸餾水，運(yùn)用超聲波振蕩輔助完成中皂苷提取，并過濾提取液對(duì)濾液進(jìn)行收集。再次提取濾渣，對(duì)兩次提取的提取液進(jìn)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(nèi)，直至干燥恒定質(zhì)量，根據(jù)桔梗皂苷總提取率計(jì)算公式，所得桔梗皂苷總提取率。

（2）單因素試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為桔梗皂苷總提取率，對(duì)桔梗粉末和水比例，超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率所造成指標(biāo)變化的影響規(guī)律。

（3） 響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)

基于單因素實(shí)驗(yàn)所獲結(jié)果基礎(chǔ)上，運(yùn)用中心組合試驗(yàn)Box-Behnken設(shè)計(jì)方案，設(shè)定料液比（X1）、超聲溫度（X2）、超聲時(shí)間（X3）作為實(shí)驗(yàn)自變量，分別以+1、0、-1表示自變量高中低水平（見表1）。根據(jù)響應(yīng)曲面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)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(shí)值用表示，實(shí)驗(yàn)中心點(diǎn)自變量真實(shí)值用表示，自變量變化步長用X表示。

（四）結(jié)果與分析

1.單因素實(shí)驗(yàn)分析

（1）料液比影響桔梗皂苷總提取率

經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)30min超聲時(shí)間、40℃超聲溫度、40W超聲功率實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)料液比影響桔梗皂苷提取效果考察發(fā)現(xiàn)，1：10情況下可以獲得最大的桔梗皂苷提取率

（2）超聲時(shí)間影響桔梗皂苷提取率

經(jīng)試驗(yàn)設(shè)定1：10料液比、40℃超聲溫度、40W超聲功率實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)超聲時(shí)間影響桔梗皂苷提取率，發(fā)現(xiàn)超聲時(shí)間和桔梗皂苷總提取率之間呈正相關(guān)，隨時(shí)間延長隨之增加總提取率。但是過長的超聲時(shí)間，也會(huì)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(zhì)溶出量，所以根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)30min作為最佳桔梗皂苷總提取率的超聲時(shí)間。

（3）超聲溫度影響桔梗皂苷總提取率

對(duì)于1：10料液比、30min超聲時(shí)間、40W超聲功率實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)超聲溫度影響桔梗皂苷總提取率，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(shì)。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(fā)現(xiàn)桔梗皂苷總提取率逐漸降低。在高溫長時(shí)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(duì)1：10料液比、30min超聲時(shí)間和40℃超聲溫度實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)超聲功率影響桔梗皂苷總提取率，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超聲功率的不斷變動(dòng)，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(shè)定實(shí)驗(yàn)超聲功率在60W。

2.響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

（見表2）作為因素水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行多元回歸分析擬合多項(xiàng)式回歸模型Box-Behnken。

3.建立回歸分析模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)

運(yùn)用Design Expert軟件多元回歸擬合上表數(shù)據(jù)，建立超聲波·水提取法，對(duì)桔梗皂苷提取率設(shè)定Y，料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度三個(gè)自變量分別設(shè)定為X1、X2、X3的二次多項(xiàng)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(yàn)結(jié)果，根據(jù)該檢驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本次響應(yīng)曲面優(yōu)化分析模型的顯著性較高（P<0.0001），殘差也對(duì)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(shí)了該回歸模型達(dá)到和實(shí)際實(shí)驗(yàn)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(yīng)值二者存在顯著線性關(guān)系，證實(shí)能夠運(yùn)用于理論層面預(yù)測桔梗皂苷總提取率研究中。

4. 水提法桔梗皂苷提取響應(yīng)面優(yōu)化分析

根據(jù)多元回歸方程響應(yīng)面，并繪制等高線圖對(duì)比任何兩個(gè)影響因素，所影響的水提法桔梗皂苷提取量效應(yīng)分析評(píng)價(jià)，對(duì)最佳水平范圍確定發(fā)現(xiàn)，其中最為顯著的兩個(gè)影響因素交互效應(yīng)，為超聲溫度和料液比交互效應(yīng)，最優(yōu)點(diǎn)與40℃超聲溫度、1：10料液比較接近，且在該點(diǎn)附近作為最大值。根據(jù)等高線圖能夠發(fā)現(xiàn)，料液比變化所影響提取率較超聲溫度要更加敏感。

超聲時(shí)間和料液比達(dá)到顯著交互效應(yīng)，最優(yōu)點(diǎn)與30min超聲時(shí)間和1：10料液比十分接近，并在改點(diǎn)達(dá)到最大值。也根據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)超聲時(shí)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(shí)間和超聲溫度同樣達(dá)到顯著交互效應(yīng)，最優(yōu)點(diǎn)與30min超聲時(shí)間、40℃超聲溫度比較接近，且該點(diǎn)附近達(dá)到最大值。根據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲時(shí)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(xiàn)在較陡的曲線，各因素間存在交互作用相關(guān)桔梗皂苷總提取率效應(yīng)為曲面，再者就是來哦也比表現(xiàn)為較平緩曲線，該結(jié)果符合回歸分析結(jié)果。

結(jié)論

通過本次實(shí)驗(yàn)計(jì)算，能夠發(fā)現(xiàn)在1：9.75g/mL料液比、35℃超聲溫度、31min超聲時(shí)間下獲得最優(yōu)化的桔梗皂苷提取工藝，并運(yùn)用優(yōu)化工藝提取桔梗皂苷，達(dá)到4.64%提取率。

特色與創(chuàng)新

該研究創(chuàng)新在運(yùn)用實(shí)驗(yàn)觀察法、演繹歸納法、歸納以往研究成果基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化分析超聲輔助提取桔梗皂苷工藝，對(duì)揭示皂苷藥用機(jī)理，做到皂苷資源的充分利用，開發(fā)保健類食品有借鑒參考價(jià)值。

展望

本項(xiàng)目在進(jìn)展中認(rèn)真執(zhí)行《XXXX項(xiàng)目管理方法》，重視每一個(gè)研究步驟的科學(xué)、規(guī)范化，建立科學(xué)合理指標(biāo)體系基礎(chǔ)之上，完善各實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，確保能夠順利完成本次項(xiàng)目。

致謝

本研究是在西安理工大學(xué)理學(xué)院**教授、西北大學(xué)生命科學(xué)院**博士、西安秦凱生物科技有限公司技術(shù)部**博士、以及西安高新一中**老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，在這一年間，從理論學(xué)習(xí)到論文設(shè)計(jì)、撰寫都傾注了幾位老師無數(shù)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(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和兢兢業(yè)業(yè)、一絲不茍的工作精神以及對(duì)本學(xué)科發(fā)展的洞察力和不斷創(chuàng)新、開拓進(jìn)取的精神深深的影響我、鼓勵(lì)我、指引我，并從他們身上學(xué)到很多寶貴的知識(shí)和做人的道理，我想，這些都將成為我此生最寶貴的財(cái)富！

謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給敬愛的老師們、 親愛的爸爸媽媽，以及培養(yǎng)我的高新一中。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]王玄源， 時(shí)慶欣， 劉夢(mèng)君，等. 響應(yīng)曲面法優(yōu)化苦丁茶總皂苷的提取工藝[J]. 湖南中醫(yī)雜志， 2018， 034（003）：167-170.

[4]楊長花， 劉峰， 戶憲珍，等. 響應(yīng)曲面法優(yōu)化絞股藍(lán)中總皂苷和總黃酮的提取工藝研究[J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2018， 064（007）：52-56.

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

[6]郗艷麗， 周旋， 馬鵬，等. 響應(yīng)面法優(yōu)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(fā)， 2018， 039（011）：42-47.