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Jul 09, 2023

As máquinas de pão ganham muito

A física poderia nos ajudar a fazer um pão melhor? Sim, dizem os pesquisadores do Technical

A física poderia nos ajudar a fazer um pão melhor? Sim, dizem pesquisadores da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha. Suas descobertas - baseadas em uma simulação 3D de amassamento de massa em um amassador industrial - revelam que as técnicas de mistura radial funcionam melhor do que a mistura vertical e que um dispositivo com um braço espiral altamente curvo ou dois braços espirais que imitam o amassamento manual podem fazer uma massa que é bem arejado, absorve bem a água e é elástico.

A massa de pão contém quatro ingredientes principais: farinha, água, sal e um agente de fermentação, como o fermento. Amassar desenvolve a rede de glúten da massa e produz um material que se comporta de uma forma que fica entre um líquido viscoso e um sólido elástico quando é deformado. Amassar também incorpora ar à massa, o que é importante para fazê-la crescer quando estiver no forno.

Como os leitores regulares do Physics World devem se lembrar, tanto os padeiros profissionais quanto os amadores qualificados – físicos ou não – sabem que a massa de pão deve ser amassada pelo tempo certo e de uma maneira particular para produzir a textura desejada. Amassar demais produz uma massa densa e firme que absorve menos a água e não cresce no forno. Amassar mal é igualmente catastrófico, reduzindo a capacidade da massa de segurar aquelas preciosas bolhas de ar.

Embora os humanos façam pão há 8.000 anos, ainda faltam informações precisas sobre as mudanças que ocorrem durante o amassamento e seu efeito na qualidade da massa. Agora, no entanto, pesquisadores liderados por Natalie Germann realizaram simulações de computador em 3D de massa de pão que levam em conta tanto suas propriedades viscosas quanto elásticas, além de levar em consideração a superfície livre que se forma entre o ar e a massa quando ela é amassada em um forno industrial. Amassador espiral 3D.

Para simular a viscosidade da massa, Germann e seus colegas usaram um modelo de modo único de White-Metzner, que é bom para prever o comportamento reológico (fluxo) de materiais viscoelásticos sob altas taxas de cisalhamento e em todas as dimensões. Eles combinaram esse modelo com um modelo Bird-Carreau modificado, que descreve a massa em uma ampla gama de taxas de cisalhamento. Este último modelo simula como a massa se deforma em função da sua viscosidade e do tempo que demora a relaxar.

Para tornar as previsões de seu modelo o mais realista possível, a equipe o aplicou a geometrias computadorizadas com base nas dimensões e estruturas de amassadeiras industriais do mundo real. Eles também conduziram experimentos destinados a gerar parâmetros de entrada realistas para o modelo e testar suas previsões.

Esses experimentos foram realizados usando um amassador industrial que consiste em um braço espiral rotativo e uma haste estacionária. Os pesquisadores prepararam a massa do pão misturando 500 g de farinha de trigo tipo 550, 296 g de água descalcificada e 9 g de sal em uma batedeira espiral Diosna SP12. Eles pré-misturaram a massa por 60 segundos a uma velocidade de 25 Hz antes de misturá-la por 300 segundos a 50 Hz. O braço de amassar moveu-se na mesma direção da tigela, mas a uma velocidade de rotação 6,5 vezes maior. Para evitar a perda de umidade e evaporação, a massa pronta foi coberta com filme plástico e deixada em repouso por 20 minutos antes de serem realizadas as medições de reologia e tensiometria.

Embora Germann e seus colegas de trabalho pudessem usar um reômetro comercial (um Anton Paar MCR 502) para medir como sua massa fluía a 24 ° C, medir a tensão superficial da massa provou ser mais difícil. Tais medições não podem ser feitas diretamente porque uma interface líquido-ar é necessária. Para superar esse problema, os pesquisadores colocaram uma camada de solução salina líquida na superfície da massa e mediram a tensão superficial dessa solução conforme ela se difundia na fase líquida da massa.

As simulações resultantes forneceram informações valiosas sobre os processos que ocorrem dentro da massa e em sua superfície, como a forma como o ar é incorporado à massa e como as "bolsas de massa" - ou grumos - se formam e se quebram. O modelo também reproduziu alguns comportamentos macroscópicos da massa que a equipe observou em seus experimentos. Por exemplo, a elasticidade da massa permite que ela supere as forças gravitacionais e centrífugas durante o amassamento, fazendo com que a massa "migre" em direção à haste giratória antes de subir por ela. Esse fenômeno de escalada é bem descrito pelos modelos da equipe de Munique.