Backvorgänge im Simulator nachgestellt

Heute noch ein Informationshäppchen, welches die Welt der Technik mit der Kulinarik kombiniert. Forschern ist es gelungen, die Abläufe beim Backen oder Erhitzen durch mathematische Modelle zu beschreiben. Der so entstandene Simulator hilft bei der Beurteilung, wie sich manche Lebensmittel beim Backen und danach verhalten.

Ein guter Bäcker versucht natürlich seine Produkte bestmöglich zuzubereiten. Wissen, Erfahrung und Glück helfen den Spitzenleuten dabei unglaubliche Ergebnisse zu zaubern. Aber was geht eigentlich beim Backen eines Brötchens oder eines Brots im Teigs vor sich, und wie wird sich das Produkt verhalten? Über einen Tweet bin ich auf eine interessante Geschichte, den 'Back-Simulator', gestoßen.

Ein Video zeigt fotorealistische Animationen, die Produkte beim Backen und im nachfolgenden Verhalten zeigen. Dabei wird der ganze Vorgang in einem Computer über eine Material Point-Methode simuliert. Diese Methode simuliert visuell, wie sich ein bestimmter Punkt eines Materials beim Erhitzen verhält. Die Methode eignet sich zur visuellen Simulation des Backens von Brot, Keksen, Pfannkuchen und ähnlichen Materialien, die aus Teig (Mischungen aus Wassermehl, Eiern, Fett, Zucker und Treibmitteln) bestehen.

Dazu haben die Mathematiker ein ein neuartiges thermomechanisches Modell mit Hilfe der Mischungstheorie entwickelt. Dieses dient dazu, Wechselwirkungen zwischen einzelnen Wasser-, Gas- und Teigsorten aufzulösen.

• Die Wärmeübertragung mit thermischer Ausdehnung wird zur Modellierung von thermischen Variationen der Materialeigenschaften genutzt.
• Der wasserbasierte Stofftransport wird durch die poröse Mischung aufgelöst, das Gas stellt das Kohlendioxid dar, das durch die Treibmittel beim Backen entsteht und der Teig wird als viskoelastoplastischer Feststoff modelliert, um seine vielfältigen und komplexen rheologischen Eigenschaften darzustellen.
• Der Wassergehalt in der Mischung reduziert sich während des Backvorgangs nach dem Fick'schen Gesetz, was zur Trocknung und zum Aufbrechen der Kruste an der Materialgrenze beiträgt. Das durch Treibmittel beim Backen entstehende Kohlendioxidgas erzeugt einen Innendruck, der zum Aufsteigen führt.
• Das viskoelastoplastische Modell für den Teig ist temperaturabhängig und wird zur Modellierung von Schmelzen und Erstarrung verwendet.

Die Wissenschaftler diskretisieren die maßgebenden Gleichungen mit Hilfe einer neuartigen Materialpunktmethode, die darauf ausgelegt ist, die feste Phase der Mischung zu verfolgen. Das Ganz läuft in der mathematischen Fakultät der kalifornischen Universität UCLA in einer Gruppe um Professor Joseph M. Teran, der sich mit der Mechanik von Festkörpern und Flüssigkeiten, Vernetzung, Kollisionserkennung, Kontaktmodellierung und mehr befasst. Die Simulation von Lawinen gehört da auch dazu. Auf der verlinkten Webseite finden sich weitere faszinierende Videos.

Wenn nun jemand fragt: Was habe ich davon – klar Antwort 'Nichts'. Ein Könner unter den Bäckern wird seine Brote und Brötchen auch so knackfrisch herstellen können. Aber solche Modelle liefern möglicherweise neue Erkenntnisse, wie man bestimmte Backvorgänge verbessern könnte. Man kann 'was wäre wenn' simulieren. Und außerdem fand ich das Thema irgendwie spannend – nun ja, ich bin zu alt für so was, wäre aber vor 40 Jahren etwas gewesen, was mich interessiert hätte – nur gab es damals noch nicht die Computer in der entsprechenden Leistungsfähigkeit.