As máquinas de pão ganham muito

A física poderia nos ajudar a fazer pão melhor? Sim, dizem pesquisadores da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha. Suas descobertas – baseadas em uma simulação 3D de amassamento de massa em uma amassadeira 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 poderia produzir 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 fermentador 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 da Physics World recordarão, tanto os padeiros profissionais como os amadores qualificados – físicos ou não – sabem que a massa do pão deve ser amassada durante o tempo certo e de uma forma particular, para produzir a textura desejada. Amassar demais produz uma massa densa e compacta que absorve menos água e não cresce no forno. Amassar mal é igualmente catastrófico, reduzindo a capacidade da massa de reter essas preciosas bolhas de ar.

Embora o homem já faça pão há 8.000 anos, ainda faltam informações precisas sobre as mudanças que ocorrem durante o amassamento e seus efeitos na qualidade da massa. Agora, no entanto, investigadores liderados por Natalie Germann realizaram simulações computacionais 3D de massa de pão que têm em conta tanto as suas propriedades viscosas como elásticas, ao mesmo tempo que têm em conta a superfície livre que se forma entre o ar e a massa quando esta é amassada num processo industrial. Amassadeira espiral 3D.

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

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

Esses experimentos foram realizados utilizando um amassador industrial que consiste em um braço espiral giratório 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 amassador moveu-se na mesma direção da tigela, mas a uma velocidade de rotação 6,5 vezes maior. Para evitar perda de umidade e evaporação, a massa finalizada foi coberta com filme plástico e deixada em repouso por 20 minutos antes de serem realizadas medições de reologia e tensiometria.

Embora Germann e colaboradores tenham conseguido usar um reômetro comercial (um Anton Paar MCR 502) para medir como a massa fluía a 24 °C, medir a tensão superficial da massa revelou-se mais difícil. Tais medições não puderam ser feitas diretamente porque é necessária uma interface líquido-ar. Para superar esse problema, os pesquisadores colocaram uma camada de solução salina líquida na superfície da massa e mediram a tensão superficial dessa solução à medida que ela se difundia na fase líquida da massa.

As simulações resultantes forneceram informações valiosas sobre os processos que ocorrem dentro e na superfície da massa, como a forma como o ar é incorporado à massa e como “bolsas de massa” – ou grumos – se formam e se desfazem. O modelo também reproduziu alguns comportamentos macroscópicos da massa que a equipe observou em seus experimentos. Por exemplo, a elasticidade da massa permite-lhe superar as forças gravitacionais e centrífugas durante a amassadura, o que significa que a massa “migra” em direcção à haste rotativa antes de subir nela. Este fenômeno da escalada em vara é bem descrito pelos modelos da equipe de Munique.