为了给机器揉的馒头和面包注入灵魂,物理学家出动了-浦北新闻

                                                                      2019年12月08日 14:27 来源:浦北新闻 编辑:网上那个app可以购彩

                                                                      网上那个app可以购彩

                                                                      【印度新德里火灾】

                                                                      图 2⊿┊⌒。 面团搅拌过程解析?▽。图片来自论文◇♂,DOI:10.1063/1.5122261

                                                                      他们的研究结果表明▽⌒﹡,垂直混合面团的方式不如螺旋捏合机的径向混合效果♂♂。因此〇♀,未来的自动揉面机可通过使用更弯曲的螺旋臂或附加的螺旋捏合器代替中心固定棒?♀,来进一步改善面团混合效果〇。再加上非等温过程控制π↑∟,机器揉制面团的“手艺”很可能会有质的飞跃π↑∟。

                                                                      最近♂,一群来自慕尼黑工业大学的物理学家们通过数值模拟π?∵,探索了面团揉制过程中不同阶段所发生的局部机械和微观结构的变化⊙〇,为进一步优化并获得最佳面团揉制策略指出了方向∟。该研究发表在美国物理联合会(AIP)出版的《流体物理学》(Physics of Fluids)上〇。

                                                                      机器难以模仿手工口感的原因之一⊿,就是和面的过程非常依靠制作者的经验♂☆。为了让机器更好地和面♀♂,几位德国物理学家对进行了细致的建模♂,并探索可能的优化方案〇⌒?。

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                                                                      为厨师机“注入灵魂”格尔曼表示:“以往的相关研究通常只考虑面团的纯粘性特性□┊┊,并将模拟的模型限定在极为简化的几何形状上▽∴?,例如同心圆柱结构☆。”此外?,上述研究几乎没有考虑材料的弹性◇▽,因而忽略了引起攀缘现象的正应力﹡。

                                                                      揉面过程中的流变问题在物理学家眼中﹡∴,揉面是一个典型的流变学(rheology)问题:在外力作用下物体如何流动和形变◇。看起来白白净净、简单纯朴的面团□♂﹡,其实是一种复杂多相材料□□,其机械性能介于粘性液体和弹性固体之间□∟,研究起来较为困难♀⌒。

                                                                      图 4┊。 揉制 200s 时∵⊿,不同轴向位置上面团的速度分布﹡。(a) y=120mm;(b) y=160mm;(c) y=190mm;(d) y=210mm〇。图片来自论文↑,DOI:10.1063/1.5122261

                                                                      来源:科研圈我们常说机器制作的东西“没有灵魂”☆,以面食为例♂,手工面条、手工面包吃起来特别香☆,而机器做的总让人觉得还缺点啥……究竟是缺点啥呢↑?

                                                                      网上那个app可以购彩

                                                                      揉面团到底是在揉什么∟?揉面看似是一连串简单重复的动作⊙◇π,其实内藏玄机↑〇。在反复抬起、揉捏、压实面团的过程中﹡∟△,空气、水与面粉中的面筋蛋白交互作用π,形成面团的内部网络;这个网络和其他成分紧密结合在一起☆┊﹡,才慢慢形成了我们手中的这一坨光滑的小面团∴?。

                                                                      慕尼黑工业大学助理教授娜塔莉·格尔曼(Natalie Germann)带领团队〇,采用 ICEM CFD 仿真软件♂,结合 White-Metzner 求解模型与 Bird-Carreau 剪切模型⊿♀∴,对面团形成、延展以及破裂的过程进行了详细建模分析▽┊□。通过与高速相机拍摄的粘弹性材料爬杆实验结果进行对比♀,验证了该仿真模型的有效性?△。

                                                                      从中国的面条、包子、馒头◇△,到欧美的意面、吐司、汉堡□♂,面食养育着全世界约 45 亿人口∴。这些面食各具风味〇,有的筋道爽口∟,有的柔软蓬松⊿,而产生不同口感的奥秘正在于最初那一坨面团的揉制过程↑。

                                                                      当然?△◇,为了顺利求解π◇,模型也进行了一些简化处理□□。例如♂∴,团队在模拟中使用了低于实验转速的转速⊙△,使面团保持在剪切率范围内?◇♂,以免发生断裂☆△☆,这样的面团才能被视为宏观连续体〇〇☆。

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                                                                      图 3〇。 在旋转臂的作用下∴△♂,小面块更容易互相联结⊿⌒,形成大面团⊿﹡◇。图片来自论文△﹡,DOI:10.1063/1.5122261

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                                                                      进一步地⌒∟,研究团队对面团的流变特性、表面张力特性也分别进行了测量∴,这些参数都是仿真模拟过程所需的重要输入参量;模拟时采用的几何模型也与实际实验中采用的机械结构保持一致↑。

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                                                                      揉面绝不是“面多了加水⌒,水多了加面”?,原材料配比、揉制手法、发酵时间都会影响最终成品的口感∟▽,糕点师傅和厨艺高手们都凭借经验来调整这些参数⊿∟。现在的厨师机、面包机虽然也能和面☆↑,但揉面时间、搅拌频率等参数仍然依赖人工调整﹡♀☆。如果希望用机器实现规模化生产﹡▽∵,或是轻松在家就能炮制如同手工打造的美味⊙□∴,怎样确保面团揉得恰到好处呢∟△⊙?

                                                                      想到未来能够拥有一台揉面机∵⊙〇,自己按几个按钮、编几个程序就能做出口感精美的馒头、面包、花卷、面条、饺子……还真是令人期待呢☆∴〇。

                                                                      图 1↑□π。 Germann 团队采用的几何模型(与实验一致)及边界条件设置♀♀▽。图片来自论文◇∵↑,DOI:10.1063/1.5122261

                                                                      为了确保仿真结果更加接近实际♀☆,需要通过实验进行对比以及参数获取∴☆。研究团队精选了来自德国的小麦粉 500g♂,纯净水 296g□∵∟,食盐 9g♂,混合置于螺旋搅拌机中∴♂,并进行 60s 的低速预混合;接着⊿♂,以 2 倍的速度继续搅拌面团 300s 并辅以捏合臂的挤压♂,捏合臂的挤压速度约为旋转混合速度的 6.5 倍;最后┊⊿□,揉好的面团需要静置 20 分钟〇⊿∟,这个过程俗称“醒面”⌒♂。

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                                                                      如果单独将这些面筋蛋白提取出来△,就做成了面筋□,想必大家都吃过π。由于这些高分子蛋白质的存在?⊙♂,过度揉搓面团不仅会导致水分吸收能力下降△∴,还会导致面筋结构过于紧实缠绕?,从而影响面团的膨起;相反∵↑⌒,如果缺乏力道或揉制时间不够□,面筋结构就会过于松散↑,面团不容易留住空气⌒,做出来的面食难以成形或是容易破裂⊿∴♂。

                                                                      如何让小面团聚成大面团┊∟π?从生活经验我们可以知道♂〇〇,在开始和面的时候﹡,往面粉中加入少量的水□△,稍一搅拌就会形成许多个小面团⌒π。如果用机器和面∴,怎么让小面团聚集起来▽,成为一个大面团∟?

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