Блог

Jul 09, 2023

Хлебопечки получают много

Может ли физика помочь нам делать хлеб лучше? Да, говорят исследователи из Технического

Может ли физика помочь нам делать хлеб лучше? Да, говорят исследователи из Технического университета Мюнхена в Германии. Их результаты, основанные на 3D-моделировании замеса теста в промышленной месильной машине, показывают, что радиальные методы смешивания работают лучше, чем вертикальное, и что устройство с сильно изогнутым спиральным рычагом или двумя спиральными рычагами, имитирующими ручное замешивание, может приготовить тесто, хорошо аэрируется, хорошо впитывает воду и эластичен.

Хлебное тесто содержит четыре основных ингредиента: муку, воду, соль и разрыхлитель, например дрожжи. При замесе в тесте образуется сеть клейковины, и получается материал, который при деформации ведет себя где-то между вязкой жидкостью и эластичным твердым телом. При замесе в тесто также попадает воздух, что важно для того, чтобы оно поднялось после нахождения в духовке.

Как помнят постоянные читатели журнала «Мир физики», как профессиональные, так и опытные пекари-любители – физики или нет – знают, что тесто для хлеба необходимо месить в течение нужного времени и определенным образом, чтобы получить желаемую текстуру. В результате чрезмерного замеса получается плотное и тугое тесто, которое хуже впитывает воду и не поднимается в духовке. Недостаточное замешивание столь же катастрофично, поскольку снижает способность теста удерживать драгоценные пузырьки воздуха.

Хотя люди пекут хлеб уже 8000 лет, точные сведения об изменениях, происходящих при замесе, и их влиянии на качество теста до сих пор отсутствуют. Однако теперь исследователи под руководством Натали Германн выполнили компьютерное 3D-моделирование хлебного теста, в котором учитываются как его вязкие, так и эластичные свойства, а также учитывается свободная поверхность, которая образуется между воздухом и тестом при его замешивании в промышленной печи. 3D спиральный тестомес.

Для моделирования вязкости теста Германн и его коллеги использовали одномодовую модель Уайта-Метцнера, которая хорошо прогнозирует реологическое (текучее) поведение вязкоупругих материалов при высоких скоростях сдвига и во всех измерениях. Они объединили эту модель с модифицированной моделью Берда-Карро, которая описывает тесто в широком диапазоне скоростей сдвига. Эта последняя модель имитирует деформацию теста в зависимости от его вязкости, а также времени, необходимого для его расслабления.

Чтобы сделать прогнозы своей модели максимально реалистичными, команда применила их к компьютеризированной геометрии, основанной на размерах и конструкциях реальных промышленных тестомесильных машин. Они также провели эксперименты, направленные на создание реалистичных входных параметров модели и проверку ее прогнозов.

Эти эксперименты проводились с использованием промышленной месильной машины, состоящей из вращающегося спирального рычага и неподвижного стержня. Исследователи приготовили хлебное тесто, смешав 500 г пшеничной муки типа 550, 296 г декальцинированной воды и 9 г соли в спиральном миксере Diosna SP12. Они предварительно замешивали тесто в течение 60 секунд со скоростью 25 Гц, а затем замешивали его в течение 300 секунд с частотой 50 Гц. Месильная рука двигалась в том же направлении, что и чаша, но со скоростью вращения, которая была в 6,5 раз выше. Для предотвращения потери и испарения влаги готовое тесто накрывали полиэтиленовой пленкой и оставляли на 20 минут перед проведением реологических и тензиометрических измерений.

Хотя Германн и его коллеги смогли использовать коммерческий реометр (Anton Paar MCR 502) для измерения текучести теста при 24 °C, измерение поверхностного натяжения теста оказалось более трудным. Такие измерения невозможно провести напрямую, поскольку необходима граница раздела жидкость-воздух. Чтобы решить эту проблему, исследователи поместили слой жидкого раствора соли на поверхность теста и измерили поверхностное натяжение этого раствора, когда он диффундировал в жидкую фазу теста.

Полученное моделирование предоставило ценную информацию о процессах, происходящих внутри теста и на его поверхности, например, о том, как воздух попадает в тесто и как образуются и распадаются «карманы теста» или комки. Модель также воспроизвела некоторые макроскопические поведения теста, которые команда наблюдала в своих экспериментах. Например, эластичность теста позволяет ему преодолевать гравитационные и центробежные силы во время замеса, а это означает, что тесто «мигрирует» к вращающемуся стержню, прежде чем подняться по нему. Этот феномен лазания по стержням хорошо описан моделями мюнхенской команды.