Bagare har tillverkat bröd i mer än 6, 000 år med fyra enkla ingredienser:mjöl, salt, vatten och jäst. Förutom att använda ingredienser av hög kvalitet, knådningsprocessen och den tid som degen får jäsa bestämmer slutligen brödets kvalitet.

Under knådning, luft införlivas i degmatrisen, som utvecklar glutennätverket som bildar brödets struktur. Det är viktigt att inte överknåda degen, eftersom detta leder till en tät och tät deg på grund av en minskad vattenupptagningsförmåga som försämrar dess förmåga att jäsa. Men bagare vill också undvika att knåda degen, eftersom detta minskar dess gasretentionskapacitet. Trots behovet av att få knåda precis lagom, inga verktyg finns för att automatiskt styra knådningsprocessen.

I Vätskans fysik , forskare från tekniska universitetet i München beskriver sitt arbete med att utforska de lokala mekaniska och mikrostrukturella förändringarna som sker under de olika stadierna av knådningsprocessen via numerisk simulering.

Bröddeg är ett komplext material vars mekaniska egenskaper ligger någonstans mellan de hos en viskös vätska och ett elastiskt fast ämne.

"På grund av dess elasticitet, degen övervinner gravitationskrafterna under knådning och rör sig mot den roterande stången, klättrar sedan upp den. Om du någonsin har använt en knådare eller mixer för att göra deg i ditt kök, du har förmodligen observerat detta fenomen, säger medförfattaren Natalie Germann.

Forskarna använder 3D-simuleringar som tar hänsyn till viskösa och elastiska egenskaper, liksom den fria ytan som bildas mellan luften och degen. De skapar sedan datorgeometrier baserade på CAD -ritningar av riktiga industriella knådare för att få förutsägelser så nära verkligheten som möjligt.

Dessa simuleringar ger viktig information om vad som händer inuti och på degens yta över tid, såsom införlivande av luft i matrisen, och degfickbildning och uppbrott.

Detta är den första kända 3-D deg-knådningssimulering som utförs inom en industriell knådare.

"Tidigare arbeten beaktade endast bröddegens rent viskösa egenskaper och begränsade deras simuleringar till extremt förenklade geometrier som en koncentrisk cylinderuppställning, sa Germann.

I de andra verken, utan att beakta materialets elasticitet, normala stresseffekter som är ansvariga för fenomenet stavklättring är frånvarande.

"Våra datorsimuleringar visade att vertikal blandning inte är lika bra som den radiella blandningen i spiralknidaren som vi övervägde i vårt arbete. I framtiden, blandningsprestanda kan förbättras genom att använda en mer mycket krökt spiralarm eller två spiralarmar som liknar knådning för hand. "