Bakkers maken al meer dan 6 jaar brood, 000 jaar met vier eenvoudige ingrediënten:meel, zout, water en gist. Naast het gebruik van hoogwaardige ingrediënten, het kneedproces en de hoeveelheid tijd die het deeg krijgt om te rijzen bepalen uiteindelijk de kwaliteit van het brood.

Tijdens het kneden, lucht wordt opgenomen in de deegmatrix, die het glutennetwerk ontwikkelt dat de structuur van het brood vormt. Het is belangrijk om het deeg niet te lang te kneden, omdat dit leidt tot een dicht en strak deeg vanwege een verminderde wateropnamecapaciteit die het vermogen om te rijzen belemmert. Maar bakkers willen ook voorkomen dat het deeg te lang wordt gekneed, omdat dit zijn gasretentiecapaciteit vermindert. Ondanks de noodzaak om precies goed te kneden, er zijn geen hulpmiddelen om het kneedproces automatisch te regelen.

In Fysica van vloeistoffen , onderzoekers van de Technische Universiteit van München beschrijven hun werk door de lokale mechanische en microstructurele veranderingen te onderzoeken die optreden tijdens de verschillende stadia van het kneedproces via numerieke simulatie.

Brooddeeg is een complex materiaal waarvan de mechanische eigenschappen ergens tussen die van een stroperige vloeistof en een elastische vaste stof liggen.

"Vanwege zijn elasticiteit, deeg overwint de zwaartekracht tijdens het kneden en beweegt naar de roterende staaf, klimt er dan op. Als je ooit een kneder of mixer hebt gebruikt om deeg te maken in je keuken, je hebt dit fenomeen waarschijnlijk waargenomen, ", aldus co-auteur Natalie Germann.

De onderzoekers gebruiken 3D-computersimulaties die rekening houden met viskeuze en elastische eigenschappen, evenals het vrije oppervlak gevormd tussen de lucht en het deeg. Vervolgens creëren ze computergeometrieën op basis van CAD-tekeningen van echte industriële kneedmachines om voorspellingen te verkrijgen die zo dicht mogelijk bij de werkelijkheid liggen.

Deze simulaties bieden essentiële informatie over wat er in de loop van de tijd in en op het deegoppervlak gebeurt, zoals de opname van lucht in de matrix, en deegzakvorming en uiteenvallen.

Dit is de eerste bekende 3D-simulatie van het kneden van deeg, uitgevoerd in een industriële kneedmachine.

"Vorige werken beschouwden alleen de puur viskeuze eigenschappen van het brooddeeg en beperkten hun simulaties tot extreem vereenvoudigde geometrieën zoals een concentrische cilinderopstelling, ' zei Germann.

In die andere werken zonder rekening te houden met de elasticiteit van het materiaal, normale spanningseffecten die verantwoordelijk zijn voor het fenomeen van het klimmen met de hengel zijn afwezig.

"Onze computersimulaties toonden aan dat verticale menging niet zo goed is als de radiale menging in de spiraalkneder die we in ons werk hebben overwogen. In de toekomst zullen mengprestaties kunnen worden verbeterd door een sterker gebogen spiraalarm of twee spiraalarmen te gebruiken die vergelijkbaar zijn met handmatig kneden."