Industrielle Brotteigkneter könnten ein physikalisches Redesign nutzen
Um einen hochwertigen Brotteig herzustellen, ist eine bestimmte Menge Kneten erforderlich, und die Forscher in Deutschland verwenden Physik und Simulationen, um ihn vorherzusagen.
Bei der Herstellung von Brot ist es wichtig, den Teig nicht zu stark zu kneten, da dies zu einem dichten und festen Teig führt, da die Wasseraufnahmekapazität reduziert ist und die Aufstiegsfähigkeit beeinträchtigt. Aber auch Bäcker wollen ein Unterkneten vermeiden, da dies die Gasrückhaltekapazität verringert. In der Physik der Flüssigkeiten beschreiben Forscher in Deutschland ihre Arbeit, die die lokalen mechanischen und mikrostrukturellen Veränderungen, die in verschiedenen Phasen des Knetprozesses auftreten, mittels numerischer Simulation untersucht. Dieses Bild ist ein Vergleich der Teigoberfläche, die mit Isoflächen von Teigmatrixfraktionen (links) visualisiert wurde, mit Screenshots, die mit einer Hochgeschwindigkeitskamera während des Laborknetversuchs aufgenommen wurden.
Thomas Goudoulas, Technical University of Munich
Seit mehr als 6.000 Jahren stellen Bäcker Brot mit vier einfachen Zutaten her: Mehl, Salz, Wasser und Hefe. Neben der Verwendung hochwertiger Zutaten bestimmen der Knetprozess und die Zeit, die der Teig für den Aufstieg benötigt, letztendlich die Qualität des Brotes.
Beim Kneten wird Luft in die Teigmatrix eingebracht, die das Glutennetzwerk entwickelt, das die Struktur des Brotes bildet. Es ist wichtig, den Teig nicht zu stark zu kneten, da dies zu einem dichten und engen Teig führt, da die Wasseraufnahmekapazität reduziert ist und die Aufstiegsfähigkeit beeinträchtigt. Aber auch Bäcker wollen vermeiden, dass der Teig unterknetet wird, da dies seine Gasrückhaltekapazität verringert. Trotz der Notwendigkeit, das Kneten genau richtig zu gestalten, gibt es keine Werkzeuge, die den Knetvorgang automatisch steuern.
In Physics of Fluids, vom AIP Publishing, beschreiben Forscher der Technischen Universität München ihre Arbeit, die die lokalen mechanischen und mikrostrukturellen Veränderungen, die während der verschiedenen Phasen des Knetprozesses auftreten, mittels numerischer Simulation untersucht.
Brotteig ist ein komplexes Material, dessen mechanische Eigenschaften irgendwo zwischen denen einer viskosen Flüssigkeit und eines elastischen Feststoffes liegen.
"Aufgrund seiner Elastizität überwindet der Teig beim Kneten die Schwerkraft, bewegt sich auf den rotierenden Stab zu und steigt ihn dann hoch. Wenn Sie in Ihrer Küche schon einmal mit einem Kneter oder Mixer Teig hergestellt haben, haben Sie dieses Phänomen wahrscheinlich beobachtet", sagt Co-Autorin Natalie Germann.
Die Forscher verwenden 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 echter Industriekneter, um Vorhersagen so realitätsnah wie möglich zu erhalten.
Diese Simulationen liefern wesentliche Informationen darüber, was sich im Laufe der Zeit im Inneren und auf der Oberfläche des Teigs abspielt, wie z.B. die Einarbeitung von Luft in die Matrix, die Bildung von Teigtaschen und die Auflösung.
Dies ist die erste bekannte 3D-Teigknetsimulation, die in einem industriellen Kneter durchgeführt wurde.
"Bisherige Arbeiten betrachteten nur die rein viskosen Eigenschaften des Brotteigs und beschränkten ihre Simulationen auf extrem vereinfachte Geometrien wie eine konzentrische Zylinderanordnung", sagt Germann.
In diesen anderen Arbeiten fehlen ohne Berücksichtigung der Elastizität des Materials 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, das wir bei unserer Arbeit berücksichtigt haben. In Zukunft kann die Mischleistung durch den Einsatz eines stärker gekrümmten Spiralarms oder zweier Spiralarme ähnlich dem Kneten von Hand verbessert werden."
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