曹昌偉，楊越超，張建躍，楊汝菊，黃慧福，王瑞，葛長榮，谷大海，*

（1.大理大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，云南大理671003；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，云南昆明650201；3.曲靖師范學(xué)院，云南曲靖655011）

響應(yīng)面法優(yōu)化密蒙花黃色素染制黃米飯工藝研究

曹昌偉1，楊越超2，張建躍2，楊汝菊2，黃慧福3，王瑞3，葛長榮2，谷大海2，*

（1.大理大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，云南大理671003；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，云南昆明650201；3.曲靖師范學(xué)院，云南曲靖655011）

介紹響應(yīng)曲面法在優(yōu)化密蒙花黃色素染制黃米飯工藝上的運(yùn)用。選取對(duì)染色效果影響較大的染色時(shí)間、染色溫度、料液比3個(gè)因素，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上以黃米飯的總色差值之和作為響應(yīng)值進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)試驗(yàn)并進(jìn)行響應(yīng)分析。結(jié)果顯示：運(yùn)用密蒙花黃色染液染制黃米飯的最佳工藝條件為染色時(shí)間135 min，染色溫度63℃，料液比為1∶2（g/mL），該條件下染色飯的總色差理論值為91.44，實(shí)際試響應(yīng)值為90.29，并且該結(jié)論基本符合傳統(tǒng)布依族制作五彩飯工藝。

響應(yīng)曲面；優(yōu)化；密蒙花；黃米飯

Abstract：The application of response surface method in the optimization of yellow rice with yellow flower of dimoniaceae was studied.Three factors including three factors（dyeing time，dyeing temperature，and solidliquid ratio）were selected to study the effect of dyeing.The single factor test was used to evaluate the response of yellow rice to the three-factor and three-level response.Response analysis：The results showed that the best dyeing conditions were as follows：dyeing time 135 min，dyeing temperature 63℃，ratio of solid to liquid 1∶2 （g/mL），the yellow brightness of rice dyed with this condition The theoretical value was 91.44，the actual test response value was 90.29，and the conclusion is basically in line with the traditional Buyi production of rice color rice craft.

Key words：response surface；optimization；dense flowers；multicolored rice

密蒙花是馬錢科醉魚草屬植物密蒙花的干燥花蕾及其花序，又名黃飯花。我國分布較廣，主產(chǎn)于陜西、甘肅及云南貴州四川等地[1-2]，以其制作黃色米飯又名染飯花[3-4]，米飯色澤鮮亮、自然，具有密蒙花花朵的清香[5]。研究顯示，密蒙花中的黃酮類化合物具有很強(qiáng)的降血脂、抗炎、護(hù)肝和獨(dú)特的生理活性作用[6-8]，是大多數(shù)藥用植物的主要活性成分之一[9]，所以密蒙花也是良好的藥食兩用具有良好保健作用的天然活性物質(zhì)[10]。

五彩飯是云南、廣西、四川、貴州等地方的布依族、壯族、彝族、傣族等少數(shù)民族的特色美食。在每年農(nóng)歷的三月初三，人們用楓葉、密蒙花、紅藍(lán)草、高粱皮等植物制作成黒、黃、紅、紫的染色液，用糯米淘去灰塵晾干后于染色液中浸泡3 h～5 h后慮干蒸制而成[11]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

密蒙花：云南省曲靖市羅平縣魯布革布依族村莊；糯米：沃爾瑪，產(chǎn)自黑龍江。

ME分析天平：上海梅特勒-托利多國際貿(mào)易公司；AJF-1001-U型基礎(chǔ)性純水器：艾科浦公司；HH-W4超級(jí)循環(huán)恒溫水浴鍋：上海赫田科學(xué)儀器有限公司；CR-400色差分析儀：柯尼卡美能達(dá)辦公系統(tǒng)（中國）有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 技術(shù)路線

制備染色液→糯米淘洗濾干→染色→濾干→蒸制15 min→測(cè)定染色飯色差→選擇黃米飯黃亮度值做響應(yīng)分析

1.2.2 單因素試驗(yàn)

染色溫度試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱量5份淘洗晾干的糯米50 g 于燒杯中，料液比為 1∶2（g/mL），10、30、50、70、90℃5個(gè)溫度條件下染色3 h，濾干蒸制15 min冷卻后測(cè)定各組總色差值。溫度范圍是結(jié)合布依族制作工藝參數(shù)設(shè)定。

染色時(shí)間試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱量5份淘洗晾干的糯米50 g于燒杯中，料液比為 1∶2（g/mL），70℃條件下分別染色 0.5、1、3、5、7 h，濾干蒸制 15 min 冷卻后測(cè)定各組總色差值。選擇料液比1∶2（g/mL）溫度70℃染色，濾干蒸制15 min冷卻后測(cè)定各組色差值。

料液比試驗(yàn)：準(zhǔn)確稱量4份淘洗晾干的糯米20 g于燒杯中 70℃條件下按料液比為 1∶1、1∶2、1∶5、1∶10（g/mL）添加染色液染色 3 h，濾干蒸制15 min冷卻后測(cè)定總色差值。

1.2.3 響應(yīng)曲面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，利用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)組，用色差儀測(cè)定各染色組米飯的總色差值，最后利用Design-expert軟件分析處理各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定最佳染色工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取試驗(yàn)結(jié)果

通過單因素染色試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)密蒙花黃色素提取液染色后的糯米總體的黃度變化不大，亮度差異大，不能從單一的黃度或者亮度來評(píng)判染色效果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)黃度值和亮度值的和值最能反映染色效果，兩者和值越大染色飯?jiān)近S亮，和值越小染色飯感官效果不佳，所以選擇黃度和亮度的和值做接下來的響應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 不同染色因素對(duì)染色效果的影響Fig.1 Effect of Different Dyeing Factors on Dyeing

從圖1（a）可知，染色飯的黃亮度和值隨染色時(shí)間增加先增大后減小后趨于平緩，到3 h時(shí)達(dá)到最大值90.87。這是由于隨著染色時(shí)間的延長，染料著色效果逐漸加深，糯米的黃度趨于穩(wěn)定而亮度大幅下降變得黃暗，故選擇3 h作為響應(yīng)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)時(shí)間。

從圖1（b）可知，染色飯的黃亮度和值隨染色溫度增加先增大后減小，到70℃時(shí)達(dá)到最大值90.47。這是由于隨著染色溫度的升高，加速染色液中顆粒的熱運(yùn)動(dòng)提升了染色效果，而溫度再升高以后，隨著染色程度的不斷加深糯米的亮度下降，故選擇70℃作為響應(yīng)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)溫度。

由圖 1（c）知，隨著從料液比 1∶1（g/mL）到 1∶2（g/mL）的時(shí)候染色飯的總色差值逐漸增大，料液比為1∶2（g/mL）時(shí)達(dá)到最大值89.44；而后染色飯的總色差值隨染色液比例的增大而減小，可能的原因同樣是著色程度加深，樣品亮度值下降幅度大于黃度值增大幅度導(dǎo)致，而染色的效果好壞是由染色飯的總色差值大小決定，總色差值越大染色飯黃度和亮度最好，反之越差，故將料液比1∶2（g/mL）作為后續(xù)響應(yīng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)的參考值。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)得出的結(jié)果，采用響應(yīng)曲面法對(duì)影響提取效率的主要因素進(jìn)行響應(yīng)優(yōu)化，根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，選擇料液比 A（g/mL）、染色時(shí)間 B（h）和染色溫度C（℃）為自變量，濾干蒸制15min冷卻后以染色飯的黃度值和亮度值的和作為響應(yīng)值做三因素三水平響應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)面分析因素與水平見表1，響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平Table 1 Factors and levels of response methodology

表2 響應(yīng)曲面試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Response surface test program and test results

續(xù)表2 響應(yīng)曲面試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果Continue table 2 Response surface test program and test results

2.2.2 方差分析

利用Design-Expert統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)表2的試驗(yàn)結(jié)果做回歸擬合后，得到料液比A（g/mL）、染色時(shí)間B（h）和染色溫度 C（℃）為：R=90.30-0.29A-5.31B-1.13C-1.52AB-0.54AC+1.17BC-2.41A2-5.86B2-1.41C2，R2=0.982 0，表明3個(gè)因素對(duì)染色效果的影響顯著，回歸模型方差分析見表3。

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance in regression model

由表3可知，模型的P值小于0.0001和F值為42.45，表示模型極其顯著；染色時(shí)間（B）、染色溫度（C）、兩個(gè)變量因素的P值都小于0.05，表明這兩個(gè)因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系顯著。這些都表明該試驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型的擬合程度較好，能進(jìn)行準(zhǔn)確地分析預(yù)測(cè)。對(duì)回歸方程的系數(shù)進(jìn)行方差分析和F值檢驗(yàn)表明B、C、AB、BC、A2、C2、B2都與響應(yīng)值關(guān)系顯著，其中染色時(shí)間B和 B2的 P值小于 0.000 1，F(xiàn)值為 194.55和124.81表明染色時(shí)間與染色效果影響極顯著。3個(gè)影響因素的主次關(guān)系為：染色時(shí)間（B）＞染色溫度（C）＞料液比（A）。

2.2.3 響應(yīng)面分析

運(yùn)用Design-Expert軟件分析（表2）中的試驗(yàn)結(jié)果，得到染色溫度、染色時(shí)間、料液比之間的響應(yīng)面3D結(jié)果見圖2～圖4。

從圖中可以直觀的看出3個(gè)因素對(duì)染色飯響應(yīng)值的作用關(guān)系，由曲線的平緩程度比較三者對(duì)吸光度值的影響大小為：染色溫度（B）＞染色時(shí)間（C）＞料液比（A）與方差分析結(jié)果一致。

根據(jù)3組影響因素與染色效果的響應(yīng)面圖和等高線圖中可以直觀的反映出各因素對(duì)染色效果的影響。通過對(duì)響應(yīng)方程R求導(dǎo)，令導(dǎo)數(shù)為0得到響應(yīng)曲面的最高點(diǎn)，分別是染色時(shí)間2.15 h，染色溫度63℃，料液比為1∶1.95（g/mL），為了便于實(shí)際操作略做修改為染色時(shí)間 135 min、溫度 63℃、料液比為 1∶2（g/mL），在該條件下染色的染色飯的響應(yīng)理論值是91.44。

圖2 染色時(shí)間和料液比的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.2 Response time and material-liquid ratio response surface and contour plots

圖3 染色時(shí)間和染色溫度響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.3 Dyeing time and staining temperature response surface and contour plots

圖4 染色溫度和料液比的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.4 Response surface and contour plot of dyeing temperature and solid-liquid ratio

2.2.4 結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本響應(yīng)試驗(yàn)的可重復(fù)性，按照染色時(shí)間135 min，染色溫度 63℃，料液比 1∶2（g/mL）的條件進(jìn)行了3組相同的平行試驗(yàn)見表4，實(shí)際測(cè)得染色后樣品的總色差平均值為90.29，實(shí)際值和理論值誤差為1.3%，說明該工藝條件適合應(yīng)用于密蒙花黃色素染制黃米飯工藝上。

表4 響應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Table 4 Response test results

3 結(jié)論

通過響應(yīng)試驗(yàn)優(yōu)化后的密蒙花黃色素染制黃米飯的最佳工藝條件為染制時(shí)間135 min，染制溫度63℃，料液比為1∶2（g/mL），該條件下染色飯的黃亮度理論值為91.44，實(shí)際試響應(yīng)值為90.29。該結(jié)論與傳統(tǒng)布依族制作黃米飯工藝鍥合。利用染色飯的黃度值和亮度值和值的大小能較好的反應(yīng)染色的效果。

[1]許龍,彭清華.HPLC法測(cè)定密蒙花中3種黃酮類成分的含量[J].湖南中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(5):21-23

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[11]張來,劉寧．貴州黔西南地區(qū)布依族染料植物調(diào)查初報(bào)[J]．貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào),2004,22(3):30-33

Study on Optimization of Colorful Rice Dyed with Yellow Pigment by Response Surface Methodology

CAO Chang-wei1，YANG Yue-chao2，ZHANG Jian-yue2，YANG Ru-ju2，HUANG Hui-fu3，WANG Rui3，GE Chang-rong2，GU Da-hai2，*
（1.College of Public Health，Dali University，Dali 671003，Yunnan，China；2.College of Food Science and Technology，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，Yunnan，China；3.Qujing Normal University，Qujing 655011，Yunnan，China）

2017-02-18

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.20.015

云南省科技廳省院省校合作專項(xiàng)項(xiàng)目“云南省特殊資源風(fēng)味調(diào)料產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”（2013IB010）；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)2017年云南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目“密蒙花成分分析及其在五彩飯中染色應(yīng)用研究”（201754）

曹昌偉（1991—），男（漢），助教，碩士研究生，研究方向：食品安全與質(zhì)量控制。

*通信作者：谷大海（1980—），男，講師，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。