響應面法優化密蒙花黃色素染制黃米飯工藝研究

曹昌偉，楊越超，張建躍，楊汝菊，黃慧福，王瑞，葛長榮，谷大海，*

（1.大理大學公共衛生學院，云南大理671003；2.云南農業大學食品學院，云南昆明650201；3.曲靖師范學院，云南曲靖655011）

響應面法優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.大理大學公共衛生學院，云南大理671003；2.云南農業大學食品學院，云南昆明650201；3.曲靖師范學院，云南曲靖655011）

介紹響應曲面法在優化密蒙花黃色素染制黃米飯工藝上的運用。選取對染色效果影響較大的染色時間、染色溫度、料液比3個因素，在單因素試驗的基礎上以黃米飯的總色差值之和作為響應值進行三因素三水平的響應試驗并進行響應分析。結果顯示：運用密蒙花黃色染液染制黃米飯的最佳工藝條件為染色時間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，實際試響應值為90.29，并且該結論基本符合傳統布依族制作五彩飯工藝。

響應曲面；優化；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的降血脂、抗炎、護肝和獨特的生理活性作用[6-8]，是大多數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[10]。

五彩飯是云南、廣西、四川、貴州等地方的布依族、壯族、彝族、傣族等少數民族的特色美食。在每年農歷的三月初三，人們用楓葉、密蒙花、紅藍草、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，產自黑龍江。

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

1.2 試驗方法

1.2.1 技術路線

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

1.2.2 單因素試驗

染色溫度試驗：準確稱量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個溫度條件下染色3 h，濾干蒸制15 min冷卻后測定各組總色差值。溫度范圍是結合布依族制作工藝參數設定。

染色時間試驗：準確稱量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冷卻后測定各組色差值。

料液比試驗：準確稱量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冷卻后測定總色差值。

1.2.3 響應曲面試驗

根據單因素試驗的試驗結果，利用Box-Behnken中心組合試驗設計原理設計三因素三水平響應面試驗組，用色差儀測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數據，確定最佳染色工藝。

2 結果與分析

2.1 提取試驗結果

通過單因素染色試驗發現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判染色效果。試驗發現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越黃亮，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試驗設計見圖1。

圖1 不同染色因素對染色效果的影響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間增加先增大后減小后趨于平緩，到3 h時達到最大值90.87。這是由于隨著染色時間的延長，染料著色效果逐漸加深，糯米的黃度趨于穩定而亮度大幅下降變得黃暗，故選擇3 h作為響應設計的基準時間。

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℃時達到最大值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動提升了染色效果，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℃作為響應設計的基準溫度。

由圖 1（c）知，隨著從料液比 1∶1（g/mL）到 1∶2（g/mL）的時候染色飯的總色差值逐漸增大，料液比為1∶2（g/mL）時達到最大值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）作為后續響應設計試驗的參考值。

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 響應設計及結果

根據單因素試驗得出的結果，采用響應曲面法對影響提取效率的主要因素進行響應優化，根據中心組合設計原理，選擇料液比 A（g/mL）、染色時間 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值做三因素三水平響應試驗設計，響應面分析因素與水平見表1，響應試驗結果如表2。

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

表2 響應曲面試驗方案及試驗結果Table 2 Response surface test program and test results

續表2 響應曲面試驗方案及試驗結果Continue table 2 Response surface test program and test results

2.2.2 方差分析

利用Design-Expert統計分析軟件對表2的試驗結果做回歸擬合后，得到料液比A（g/mL）、染色時間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個因素對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；染色時間（B）、染色溫度（C）、兩個變量因素的P值都小于0.05，表明這兩個因素與響應值之間的關系顯著。這些都表明該試驗設計的模型的擬合程度較好，能進行準確地分析預測。對回歸方程的系數進行方差分析和F值檢驗表明B、C、AB、BC、A2、C2、B2都與響應值關系顯著，其中染色時間B和 B2的 P值小于 0.000 1，F值為 194.55和124.81表明染色時間與染色效果影響極顯著。3個影響因素的主次關系為：染色時間（B）＞染色溫度（C）＞料液比（A）。

2.2.3 響應面分析

運用Design-Expert軟件分析（表2）中的試驗結果，得到染色溫度、染色時間、料液比之間的響應面3D結果見圖2～圖4。

從圖中可以直觀的看出3個因素對染色飯響應值的作用關系，由曲線的平緩程度比較三者對吸光度值的影響大小為：染色溫度（B）＞染色時間（C）＞料液比（A）與方差分析結果一致。

根據3組影響因素與染色效果的響應面圖和等高線圖中可以直觀的反映出各因素對染色效果的影響。通過對響應方程R求導，令導數為0得到響應曲面的最高點，分別是染色時間2.15 h，染色溫度63℃，料液比為1∶1.95（g/mL），為了便于實際操作略做修改為染色時間 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理論值是91.44。

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

圖3 染色時間和染色溫度響應面圖和等高線圖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 結果驗證

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

表4 響應試驗驗證結果Table 4 Response test results

3 結論

通過響應試驗優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，實際試響應值為90.29。該結論與傳統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染色的效果。

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[11]張來,劉寧．貴州黔西南地區布依族染料植物調查初報[J]．貴州師范大學學報,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項目“云南省特殊資源風味調料產品開發及產業化”（2013IB010）；云南農業大學2017年云南省大學生創新創業訓練計劃建設項目“密蒙花成分分析及其在五彩飯中染色應用研究”（201754）

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

*通信作者：谷大海（1980—），男，講師，研究方向：農產品加工與貯藏。