เครื่องทำขนมปังได้รับการแปลงโฉมฟิสิกส์ที่ผ่านการนวดมาก

การทดลองนวดในห้องปฏิบัติการ เครดิต: Thomas Goudoulas มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิก ฟิสิกส์สามารถช่วยเราทำขนมปังได้ดีขึ้นหรือไม่? ใช่ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิกในเยอรมนีกล่าว การค้นพบของพวกเขา – จากการจำลอง 3 มิติของการนวดแป้งในเครื่องนวดอุตสาหกรรม – เปิดเผยว่าเทคนิคการผสมในแนวรัศมีทำงานได้ดีกว่าการผสมในแนวตั้ง และอุปกรณ์ที่มีแขนเกลียวโค้งสูงหรือแขนเกลียวสองแขนที่เลียนแบบการนวดด้วยมือสามารถทำให้แป้งที่ 

มีอากาศถ่ายเทได้ดี ดูดซับน้ำได้ดี และมีความยืดหยุ่น

แป้งขนมปังมีส่วนผสมหลักสี่อย่าง: แป้ง น้ำ เกลือ และหัวเชื้อเช่นยีสต์ การนวดจะพัฒนาเครือข่ายกลูเตนของแป้งและผลิตวัสดุที่มีลักษณะที่อยู่ระหว่างของเหลวหนืดกับของแข็งยืดหยุ่นเมื่อเปลี่ยนรูป การนวดยังรวมอากาศเข้าไปในแป้งด้วย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำให้แป้งขึ้นเมื่อเข้าเตาอบ

ตามที่ผู้อ่านทั่วไปของPhysics Worldจะจำได้ว่าทั้ง นัก ทำขนมปังมือสมัครเล่น และมือสมัครเล่นที่มีทักษะ ไม่ว่าจะเป็นนักฟิสิกส์หรือไม่ต่างก็รู้ว่า ต้อง นวดแป้ง ในระยะเวลาที่เหมาะสม และด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง เพื่อให้ได้เนื้อสัมผัสที่ต้องการ การนวดมากเกินไปจะทำให้ได้แป้งที่แน่นและแน่นซึ่งดูดซับน้ำได้ไม่ดีและไม่ขึ้นในเตาอบ Underkneading เป็นหายนะเช่นเดียวกับการลดความสามารถของแป้งในการจับฟองอากาศอันมีค่าเหล่านั้น

แม้ว่ามนุษย์จะทำขนมปังมาเป็นเวลา 8,000 ปีแล้ว แต่ยังไม่มีข้อมูลที่ชัดเจนเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างการนวดและผลกระทบต่อคุณภาพของแป้ง อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน นักวิจัยที่นำโดยNatalie Germannได้ทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ 3 มิติของแป้งขนมปัง โดยพิจารณาทั้งคุณสมบัติความหนืดและความยืดหยุ่นของแป้ง ในขณะเดียวกันก็แยกเอาพื้นผิวอิสระที่ก่อตัวขึ้นระหว่างอากาศกับแป้งเมื่อนวดในโรงงานอุตสาหกรรม เครื่องนวดแป้งแบบเกลียว 3 มิติ

ส่วนประกอบโมเดล

เพื่อจำลองความหนืดของแป้ง Germann และเพื่อนร่วมงานได้ใช้แบบจำลอง White-Metzner แบบโหมดเดียว ซึ่งดีในการทำนายพฤติกรรมการไหล (การไหล) ของวัสดุที่มีความหนืดภายใต้อัตราเฉือนสูงและในทุกมิติ พวกเขารวมโมเดลนี้เข้ากับโมเดล Bird-Carreau ที่ดัดแปลง ซึ่งอธิบายแป้งโดด้วยอัตราเฉือนที่หลากหลาย รุ่นหลังนี้จำลองว่าแป้งเปลี่ยนรูปอย่างไรโดยขึ้นอยู่กับความหนืดของแป้งตลอดจนเวลาที่ใช้ในการคลายตัว

เพื่อให้การคาดการณ์ของแบบจำลองมีความสมจริงมากที่สุด ทีมงานจึงนำแบบจำลองนี้ไปใช้กับเรขาคณิตที่ใช้คอมพิวเตอร์โดยพิจารณาจากขนาดและโครงสร้างของเครื่องนวดแป้งในโลกแห่งความเป็นจริง พวกเขายังทำการทดลองเพื่อสร้างพารามิเตอร์อินพุตที่เหมือนจริงสำหรับแบบจำลองและทดสอบการคาดการณ์

การทดลองเหล่านี้ดำเนินการโดยใช้เครื่องนวดแป้งอุตสาหกรรมที่ประกอบด้วยแขนหมุนเกลียวหมุนและแกนอยู่กับที่ นักวิจัยเตรียมแป้งขนมปังโดยผสมแป้งสาลี type-550 500 กรัม น้ำรูปลอกแคลเซียม 296 กรัม และเกลือ 9 กรัมในเครื่องผสมเกลียว Diosna SP12 พวกเขาผสมแป้งล่วงหน้าเป็นเวลา 60 วินาทีที่ความเร็ว 25 Hz ก่อนผสมแป้งเป็นเวลา 300 วินาทีที่ 50 Hz แขนนวดเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกับชาม แต่ด้วยความเร็วรอบที่สูงกว่า 6.5 เท่า เพื่อป้องกันการสูญเสียความชื้นและการระเหย แป้งที่ทำเสร็จแล้วจะถูกคลุมด้วยฟิล์มพลาสติกและปล่อยให้พักเป็นเวลา 20 นาทีก่อนที่จะทำการวัดค่ารีโอโลยีและเทนซิโอเมทรี

แม้ว่า Germann และเพื่อนร่วมงานสามารถ

ใช้เครื่องวัดความดันเชิงพาณิชย์ (Anton Paar MCR 502) เพื่อวัดว่าแป้งของพวกเขาไหลที่ 24 °C อย่างไร การวัดแรงตึงผิวของแป้งนั้นยากขึ้น การวัดดังกล่าวไม่สามารถทำได้โดยตรง เนื่องจากจำเป็นต้องมีส่วนต่อประสานระหว่างอากาศกับของเหลว เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิจัยได้วางชั้นของสารละลายเกลือเหลวไว้บนพื้นผิวของแป้งและวัดแรงตึงผิวของสารละลายนี้ในขณะที่มันกระจายไปในสถานะของเหลวของแป้ง

พฤติกรรมการโยกย้ายถิ่นฐานและการปีนเขาการจำลองที่ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในแป้งและบนพื้นผิวของแป้ง เช่น วิธีที่อากาศเข้าไปในแป้ง และวิธีที่ “กระเป๋าแป้ง” – หรือก้อน – ก่อตัวและแตกตัว แบบจำลองนี้ยังจำลองพฤติกรรมแป้งโดด้วยขนาดมหึมาบางอย่างที่ทีมสังเกตเห็นในการทดลอง ตัวอย่างเช่น ความยืดหยุ่นของแป้งช่วยให้สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางในระหว่างการนวด ซึ่งหมายความว่าแป้งจะ “เคลื่อนตัว” ไปทางแกนหมุนก่อนที่จะปีนขึ้นไป ปรากฏการณ์การปีนป่ายนี้ได้รับการอธิบายอย่างดีจากแบบจำลองของทีมมิวนิก

อ่านเพิ่มเติมหนังสือของ Nathan Myhrvold สำรวจทุกรายละเอียดของการทำขนมปัง รวมถึงส่วนผสมพื้นฐานของแป้ง ยีสต์ น้ำ และเกลือ (ซ้าย) รวมถึงวิธีการทำอาหารและเตาอบต่างๆ  (เครดิต: The Cooking Lab LLC)

ฟิสิกส์ของขนมปัง

ในขั้นตอนสุดท้าย ทีมงานได้เปรียบเทียบผลลัพธ์จากการจำลองกับภาพหน้าจอจากกล้องวิดีโอความเร็วสูงที่บันทึกกระบวนการนวดแป้งในห้องปฏิบัติการ ในภาพเหล่านี้ พวกเขาสังเกตเห็นแป้งที่ไหลเวียนอยู่รอบๆ แกนที่อยู่นิ่งด้านในด้วยการหมุนของชามทรงกระบอกด้านนอก พวกเขายังสังเกตรูปแบบการไหลของเกลียวที่สร้างขึ้นโดยแขนนวดเกลียวซึ่งอยู่ระหว่างก้านที่อยู่กับที่และชาม

ในบทความของพวกเขาซึ่งได้รับการตีพิมพ์ในPhysics of Fluidsนักวิจัยรายงานว่าแบบจำลองของพวกเขาทำนายค่าความโค้งของพื้นผิวอิสระของรูปแบบการไหลของเกลียวเหล่านี้ได้อย่างถูกต้องจากการทดลอง พวกเขายังรายงานว่าสามารถทำนายการก่อตัว การขยาย และการแตกของกระเป๋าแป้งโดยใช้วิธีการเชิงตัวเลข

Credit : indragostiti.info iufc252.com iufc252live.com iustinabazu.com jogosdecorridaonline.net