基于分形理论的粤式杏仁饼干燥特性研究

基于分形理论的粤式杏仁饼干燥特性研究阮征1,2，洪漫兴1，梁兰兰3，李汴生1,2（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510640）（2.广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室，广东广州 510640）（3.广州城市职业学院食品系，广东广州 510405）摘要：利用洞道干燥设备模拟工业化的焙烤环境，测定粤式杏仁饼的干燥特性，采用扫描电镜和图像分析法测定粤式杏仁饼的孔隙微观结构，基于分形理论探究粉料粒度对粤式杏仁饼干燥及其品质的影响。

研究表明：对于低水分含量的杏仁饼而言，其内部为多孔结构，具有明显的分形特征。

随着粒度的减小，杏仁饼孔隙结构变得更加复杂。

在100 ℃或120 ℃下焙烤时，140目粉料制饼的干燥速率都明显高于60目和100目粉料制饼的干燥速率。

成品质构分析表明，随着粉料粒度的减小（60目→100目→140目），杏仁饼的硬度、内聚性和咀嚼性都分别有显著减低（p <0.05）。

从感官评价结果来看，140目粉料制饼要优于60目、100目粉料制饼。

因此，在制备杏仁饼粉料时，在一定范围内减小粉料的粒度，既可以提高干燥速率又可以保证产品品质。

关键词：粤式杏仁饼；粒度；扫描电镜；分形维数文章篇号：1673-9078(2016)9-167-173 DOI: 10.13982/j.mfst.1673-9078.2016.9.025Drying Characteristics of Cantonese Almond Cookie Based on FractalRUAN Zheng 1,2, HONG Man-xing 1, LIANG Lan-lan 3, LI Bian-sheng 1,2(1.School of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China) (2.Guangdong Province Key Laboratory for Green Processing of Natural Products and Product Safety, Guangzhou 510640,China) (3.Department of Food, Guangzhou City Polytechnic, Guangzhou 510405, China)Abstract: A tunnel drying equipment was used to simulate the industrial tunnel oven and determine the drying characteristics of Cantonese almond cookie. Scanning electron microscopy (SEM) followed by image analysis were done to determine the pore microstructure of almond cookie. The effect of particle size on the drying properties and quality of Cantonese almond cookie was explored based on fractal theory. The results showed that the almond cookie with low moisture content had an internal porous structure and an apparent fractal feature. The smaller the particle size was, the more complex the pore structure was. Under the same baking temperature of 100 ℃ or 120 ℃, the drying rate of almond cookies made of 140-mesh powder were significantly higher than that of almond cookies made of 60-mesh and 100-mesh powders. Texture property analysis (TPA) indicated that with a decrease in particle sizes (60 mesh →100 mesh →140 mesh), the hardness, cohesiveness, and chewiness of almond cookies decreased significantly (p <0.05). According to the sensory evaluation, the almond cookie made of 140-mesh powder had better quality than those made of 60 mesh and 100 mesh. Therefore, the drying rate and quality of Cantonese almond cookie can be improved by reducing particle size within a certain range during the production of almond cookie powder.Key words: Cantonese almond cookie; particle size; scanning electron microscopy; fractal dimension粤式杏仁饼是将绿豆经清洗、浸泡、萌发、杀青、脱壳、烘干、碾磨、过筛和静置等一系列复杂工序制成精制绿豆粉，再伴以适量糖、油、水分和其他配料，经过成型、低温焙烤制成的，湿基含水率低于3%的一类传统糕点[1~2]，极具广东特色。

此类产品的粉料在焙烤前由于经过高温杀青、长时间烘干等热处理，其167收稿日期：2015-08-08基金项目：广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室项目资助 作者简介：阮征（1972-），女，博士，副教授，主要从事食品加工与保藏，传统食品产业化等研究通讯作者：李汴生(1962-)，男，博士，教授，主要从事食品科学与工程，食品加工与保藏等方面研究中的淀粉、蛋白质等组成成分性质都已发生变化，拌料过程中没有面筋形成；同时混料成型后的杏仁饼饼坯含水率较低（湿基含水率≤10%），表现为低水分含量的多孔组织结构。

目前对于杏仁饼的研究，多集中在配方研究上面。

脱水干燥是杏仁饼焙烤过程的重要环节。

影响干燥过程的因素除工艺、设备、环境等外部条件外，还有杏仁饼自身的内部因素，包括组成成分、规格大小、产品形状、比表面积、孔隙率和孔隙结构等，其中饼体孔隙特性的影响显著。

孔隙特性特征参数包括孔隙率，孔隙截面边界和孔隙尺寸分布等。

分形是指各个组成部分的形态以某种方式与整体相似的一类形体。

分形维数可以被用来描述孔隙分布的分形特征[3]。

杏仁饼表现为低水分含量的多孔组织结构，内部孔隙结构比较复杂，粉料粒度的差异也会对杏仁饼内部孔隙结构造成影响，很难被定义和区分。

目前有很多方法被用来描述孔隙结构，应用比较广泛的是图像分析法，如扫描电镜。

分形理论在多孔介质中应用较多，大多数研究的对象都集中在建筑材料，如水泥基材料、碳酸盐岩储层[4]，污泥[5]，煤[6-7]和活性炭[8]中，在医用合金[9]上也有应用，研究均发现这些多孔介质有着明显的分形特征。

但是对杏仁饼孔隙结构的研究几乎没有。

本文以粤式杏仁饼为研究对象，运用扫描电镜和图像分析技术测试分析杏仁饼的微观结构，测试不同粒度杏仁饼的孔隙基础结构、孔隙截面边界和孔隙尺寸分布分形维数，利用洞道干燥设备模拟工业化的焙烤环境，测定不同粒度粉料制粤式杏仁饼在100 ℃和120 ℃下的干燥特性曲线，从宏观和微观角度探究粒度对杏仁饼干燥及其品质的影响。

1 材料和方法 1.1 材料绿豆、猪油、绵白糖等原辅料均购于广州五山正丰超市。

1.2 仪器和设备10 g 杏仁饼模具；DFY -500型摇摆式高速万能粉碎机，温岭市林大机械有限公司；PL 203型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；国家标准检验筛，浙江省上虞市华丰五金仪器有限公司；TF-GZ/DD 型洞道干燥设备，湘潭市腾飞仪器科技有限公司；EVO 18型扫描电镜，德国卡尔蔡司公司。

1.3 方法1.3.1 不同粒度粉料的制备绿豆粉的精制熟化：绿豆→清洗→浸泡→萌发→沥干→杀青→脱壳→烘干→焙烤→碾磨将碾磨后的绿豆熟粉用标准检验筛筛分成粒径为151~300 μm ，106~150 μm ，89~105 μm 三个粒级，分别定义为60目，100目，140目。

1.3.2 杏仁饼制作杏仁饼制作的工艺流程为：绿豆熟粉+绵白糖+油+水（5:4:1:0.6）→充分混合均匀→用模具压模成型→焙烤→成品用60目、100目和140目的粉料制成了规格重量保持一致（±0.5 g ）的三种杏仁饼试样，分别命名为60目杏仁饼、100目杏仁饼和140目杏仁饼。

1.3.3 样品扫描电镜拍摄将焙烤后的杏仁饼在25 ℃环境中冷却15 min ，用刀片将样品切成长宽高为4 mm×4 mm×3mm 的长方体，在SEM 样品台上涂上一层导电胶，将切好的样品粘于此胶上，轻轻吹去多余的粉末，对样品横断面喷金后采用扫描电镜拍摄仪进行测试。

加速电压为10 kV ，选择放大×200倍拍摄显微照片。

1.3.4 图像分析将扫描电镜拍摄的×200倍显微照片转换为8级灰度图，运用Image J 对其进行黑白二值处理和孔隙分析，计算出样品的平均孔隙面积、平均等效孔隙直径、平均孔隙周长、孔隙率和面积为1~100 μm 2的孔隙所占比例。

1.3.5 孔隙截面和截面边界分形维数杏仁饼孔隙截面边界分形维数算法见式(1)[10])(lg 2)(lg 2)(lg )(lg ξξξαξA DC AD D L D +=+=(4) 式中：L 为孔隙周长，A 为孔隙面积，D 为分形维数，C 为常数。

在杏仁饼电镜图片中分别测量每个孔隙的周长和面积，面积和周长的双对数绘图所得斜率的两倍即为截面边界分形维数D 值。

1.3.6 孔隙尺寸分布分形及分形维数杏仁饼孔隙尺寸分布分形维数算法见式（2）r D r N lg lg )(lg −=α （2）式中：r 为孔隙的等效半径，N(r)为孔径大于r 的孔隙个数，α为常数。