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Jul 06, 2023

Industrielle Brotteigkneter könnten Phy nutzen

Für die Herstellung ist eine bestimmte Menge an Kneten erforderlich

Für die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Brotteigs ist ein bestimmtes Maß an Kneten erforderlich, und Forscher in Deutschland nutzen Physik und Simulationen, um dies vorherzusagen

Amerikanisches Institut für Physik

Bild: Beim Brotbacken ist es wichtig, den Teig nicht zu stark zu kneten, da dies zu einem dichten und festen Teig führt, da die Wasseraufnahmefähigkeit verringert ist und die Gehfähigkeit beeinträchtigt ist. Bäcker möchten aber auch ein Unterkneten vermeiden, da dies die Gasspeicherfähigkeit verringert. In „Physics of Fluids“ beschreiben Forscher in Deutschland ihre Arbeit zur Untersuchung der lokalen mechanischen und mikrostrukturellen Veränderungen, die während verschiedener Phasen des Knetprozesses auftreten, mittels numerischer Simulation. Dieses Bild ist ein Vergleich der Teigoberfläche, die mithilfe von Isoflächen der Teigmatrixfraktion (links) visualisiert wurde, mit Screenshots, die mit einer Hochgeschwindigkeitskamera während eines Laborknetexperiments aufgenommen wurden.mehr sehen

Bildnachweis: Thomas Goudoulas, Technische Universität München

WASHINGTON, DC, 26. November 2019 – Bäcker stellen seit mehr als 6.000 Jahren Brot aus vier einfachen Zutaten her: Mehl, Salz, Wasser und Hefe. Neben der Verwendung hochwertiger Zutaten entscheiden vor allem der Knetvorgang und die Gehzeit des Teigs über die Qualität des Brotes.

Beim Kneten wird Luft in die Teigmatrix eingearbeitet, wodurch das Glutennetzwerk entsteht, das die Struktur des Brotes bildet. Es ist wichtig, den Teig nicht zu stark zu kneten, da dies dazu führt, dass der Teig dichter und fester wird, da die Wasseraufnahmefähigkeit verringert wird und die Fähigkeit zum Aufgehen beeinträchtigt wird. Bäcker möchten aber auch vermeiden, den Teig zu stark zu kneten, da dies seine Gasspeicherkapazität verringert. Obwohl das Kneten genau richtig erfolgen muss, gibt es keine Werkzeuge zur automatischen Steuerung des Knetvorgangs.

In „Physics of Fluids“ von AIP Publishing beschreiben Forscher der Technischen Universität München ihre Arbeit zur Untersuchung der lokalen mechanischen und mikrostrukturellen Veränderungen, die während der verschiedenen Phasen des Knetprozesses auftreten, mittels numerischer Simulation.

Brotteig ist ein komplexes Material, dessen mechanische Eigenschaften irgendwo zwischen denen einer viskosen Flüssigkeit und denen eines elastischen Feststoffs liegen.

„Aufgrund seiner Elastizität überwindet der Teig beim Kneten die Schwerkraft, bewegt sich in Richtung der rotierenden Stange und klettert dann an dieser hinauf. Wenn Sie in Ihrer Küche schon einmal einen Kneter oder Mixer zur Teigzubereitung verwendet haben, haben Sie dieses Phänomen wahrscheinlich beobachtet.“ sagte Co-Autorin Natalie Germann.

Die Forscher nutzen 3D-Computersimulationen, die viskose und elastische Eigenschaften sowie die zwischen Luft und Teig gebildete freie Oberfläche berücksichtigen. Anschließend erstellen sie Computergeometrien auf der Grundlage von CAD-Zeichnungen realer Industriekneter, um möglichst realitätsnahe Vorhersagen zu erhalten.

Diese Simulationen liefern wichtige Informationen darüber, was im Laufe der Zeit im Inneren und auf der Oberfläche des Teigs geschieht, wie z. B. die Einbindung von Luft in die Matrix sowie die Bildung und das Aufbrechen von Teigtaschen.

Dies ist die erste bekannte 3D-Teigknetsimulation, die in einem industriellen Kneter durchgeführt wird.

„Frühere Arbeiten berücksichtigten nur die rein viskosen Eigenschaften des Brotteigs und beschränkten ihre Simulationen auf extrem vereinfachte Geometrien wie einen konzentrischen Zylinderaufbau“, sagte Germann.

In diesen anderen Arbeiten fehlen, ohne die Elastizität des Materials zu berücksichtigen, normale Spannungseffekte, die für das Phänomen des Stabkletterns verantwortlich sind.

„Unsere Computersimulationen haben gezeigt, dass das vertikale Mischen nicht so gut ist wie das radiale Mischen im Spiralkneter, den wir in unserer Arbeit betrachtet haben. In Zukunft könnte die Mischleistung durch die Verwendung eines stärker gebogenen Spiralarms oder zweier ähnlicher Spiralarme verbessert werden.“ mit der Hand kneten.

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Der Artikel „Numerische und experimentelle Untersuchung des Teigknetens in einem dreidimensionalen Spiralkneter“ wurde von Laila Abu-Farah, Thomas B. Goudoulas, Soroush Hooshyar und Natalie Germann verfasst. Es erscheint am 26. November 2019 in Physics of Fluids (DOI: 10.1063/1.5122261). Nach diesem Datum kann es unter https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5122261 abgerufen werden.

ÜBER DIE ZEITSCHRIFT

Physics of Fluids widmet sich der Veröffentlichung origineller theoretischer, rechnerischer und experimenteller Beiträge zur Dynamik von Gasen, Flüssigkeiten und komplexen oder mehrphasigen Flüssigkeiten. Siehe https://aip.scitation.org/journal/phf.

Physik der Flüssigkeiten

10.1063/1.5122261

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