Хлебопечки получают много

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 проникает 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.