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(tǒng)方法可以達到節(jié)能、省時、高提取率的方法優(yōu)勢，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。 本研究是一個積極探索發(fā)現(xiàn)新桔梗皂苷提取工藝的過程，實驗所得結(jié)果對發(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(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，所以對桔梗皂苷提取率優(yōu)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(guān)單因素實驗基礎(chǔ)上，運用響應(yīng)曲面實驗設(shè)計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(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(guī)律。并進行相應(yīng)曲面優(yōu)化實驗，基于單因素實驗分析所獲結(jié)果基礎(chǔ)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(jié)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(yīng)曲面的設(shè)計結(jié)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(jié)果，最后運用水提法提取桔梗皂苷的響應(yīng)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(huán)往復(fù)的加深認知，并歸納每一個認知思維，對實驗結(jié)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(shù)，和優(yōu)化桔梗皂苷總提取率結(jié)果。

（二）科學原理

①分子構(gòu)效原理;②有機化學;③生物學;④響應(yīng)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(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（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(nèi)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(nèi)，直至干燥恒定質(zhì)量，根據(jù)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(guī)律。

（3） 響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗

基于單因素實驗所獲結(jié)果基礎(chǔ)上，運用中心組合試驗Box-Behnken設(shè)計方案，設(shè)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(jù)響應(yīng)曲面優(yōu)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(jié)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(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，1：10情況下可以獲得最大的桔梗皂苷提取率

（2）超聲時間影響桔梗皂苷提取率

經(jīng)試驗設(shè)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(fā)現(xiàn)超聲時間和桔梗皂苷總提取率之間呈正相關(guān)，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(zhì)溶出量，所以根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)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(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。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(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)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(shè)定實驗超聲功率在60W。

2.響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計分析

（見表2）作為因素水平實驗設(shè)計結(jié)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(shù)據(jù)，建立超聲波·水提取法，對桔梗皂苷提取率設(shè)定Y，料液比、超聲時間、超聲溫度三個自變量分別設(shè)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(jié)果，根據(jù)該檢驗結(jié)果證實了本次響應(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(yīng)值二者存在顯著線性關(guān)系，證實能夠運用于理論層面預(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(yīng)分析評價，對最佳水平范圍確定發(fā)現(xiàn)，其中最為顯著的兩個影響因素交互效應(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(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。

超聲時間和料液比達到顯著交互效應(yīng)，最優(yōu)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(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)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(yīng)，最優(yōu)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(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(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

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

特色與創(chuàng)新

該研究創(chuàng)新在運用實驗觀察法、演繹歸納法、歸納以往研究成果基礎(chǔ)上，實驗運用響應(yīng)面法優(yōu)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(fā)保健類食品有借鑒參考價值。

展望

本項目在進展中認真執(zhí)行《XXXX項目管理方法》，重視每一個研究步驟的科學、規(guī)范化，建立科學合理指標體系基礎(chǔ)之上，完善各實驗細節(jié)，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(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，從理論學習到論文設(shè)計、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！老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和兢兢業(yè)業(yè)、一絲不茍的工作精神以及對本學科發(fā)展的洞察力和不斷創(chuàng)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(yǎng)我的高新一中。

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