将谷物研磨成面粉，然后加水并压力制成面团，然后将其切成煮沸；意大利面似乎是非常基本的东西。然而，关于它似乎激发了创造力，而不仅仅是在厨房里。我们也喜欢讲故事。您是否听说过Marco Polo在13中发现了意大利面Th- 中国，然后将其介绍给意大利？事实并非如此，因为在古罗马和希腊已经吃了基于小麦的意大利面（参考。1）。
Here’s another dubious tale, this one a lesson from my childhood on not believing everything we hear: According to one of my grade school teachers, “Italian mamas” would test pasta’s doneness by pulling some from the pot and throwing it at the wall to see if it stuck.真的吗？在我一生中的所有九年中，我从未见过我的意大利人 - 美国祖母扔一个面条！
是什么使如此湿滑的叙事如此粒度？可以简单地说，面食像人一样比表面上看起来更复杂吗？在我们弄清楚制作面食的事实的帮助下，请继续阅读，并在商用意大利面挤出机的教程模型的帮助下。
面食流变性的平衡行为
艺术和科学，面粉和水，Aglio E Olio;无论我们是制造面条还是将它们制成晚餐，我们都必须平衡互补元素之间的紧张局势。将意大利面粉含有淀粉和蛋白质的谷物。要制作面团，我们将水加入面粉，然后用手或工具将其搅拌。此过程的增加的水分和压力将使湿粉变成粘稠的弹性斑点。
左：女性在15的意大利插图中制作意大利面Th世纪。通过公共领域的图像通过Wikimedia Commons。在右边：一个男人在中国借着的达利安的手动面条。摄影摄于Cephoto，Uwe Aranas，根据CC BY-SA 4.0的许可Wikimedia Commons。
生面面团看起来可能均匀，但其组成淀粉和蛋白质的分布均匀分布。这些杂色的分子有助于定义面食面团流变学，它描述了它如何响应施加的水分，机械应力和热量而流动和变形。是否最终成为炒粉或者Campanelle，面团的流变学受到其在生产的每个阶段的处理方式的影响。
挤出机如何将食材变成面条
当我们从头开始制作面食时，我们可以根据面团的外观和感觉来调整面团。在这里加一点水，然后在那里揉一些水。当以工业规模制作意大利面时，这种动手的流变学调整不再是一种选择。面条工厂使用机器（例如挤出机）混合和揉成生面面团。以下是典型的面食挤出机设计的示例：
在教程模型中呈现的面食挤出机内部的组件的插图。
挤出机的心脏是挤出螺钉或蠕虫，这是旋转轴与螺丝叶片结合的。（看起来像个巨人Fusilli面条！）水和面粉被馈入所示挤出机设计的左侧。随着挤出蠕虫的转弯，它将成分朝右侧迫使。蠕虫运动产生的热量，运动和压力将混合物转化为面团，然后将其通过机器右侧的插头喷嘴中的孔推动。附件可以安装到插座上以创建各种面条形状，其他设备将切割和干燥最终产品。
挤出过程的潜在问题
即使类似机器已经制造了数百年的意大利面，这项技术仍然远非完美。那不勒斯大学研究人员的研究（参考。2）指出，挤出过程涉及复杂的“由压力和温度组合驱动的聚合现象”。挤出机内可能发生的问题包括：
- 面粉和水的混合不完整
- 压力分布和挤出速度不平
- 面团循环不良，可以使霉菌形成
这些问题可能会影响最终产品的外观和口味，甚至会使食用不安全。为了预测可能引起此类问题的条件，我们可以使用COMSOLMultiphysics®软件对面食挤出过程进行建模。
建模热量和速度的不均匀分布
comsol Multiphysics 6.0显示的教程模型显示如何通过面食挤出机建模面团的非等热流动。该模型可用于预测挤出机内部的条件如何影响最终产品。
由于温度的升高，由机械搅拌产生，意大利面面团的粘度随着挤出机的移动而降低。
注意：为简单起见，假定水分水平在模型中是常数，在此不描述。
这非等热流动，层流接口，在爬行流和流体中的传热接口，使我们能够以粘度来解释这种耗散。挤出螺钉的移动被捕获在旋转域内，其角速度为20 rpm。冷冻的转子分析提供了螺钉动作的记忆和时间效率的近似值以及面团的产生流场。
挤出机模型的仿真结果显示了加热和剪切应力对面团的综合作用。粘性加热是最大的剪切速率最大的，这是螺钉表面与外壁相遇的地方。在通往挤出出口的螺旋路径中连续地延伸墙附近产生的热量。由于面团的剪切变薄，粘度随着剪切速率的增加而降低。随着温度的升高，粘度也会下降。这些不均匀分布的效应导致粘度几乎变化的数量级。面团的一部分靠近刀片中部，剪切速率很低，几乎像刚体一样旋转。这会导致垂直于流量的混合非常差，从而导致面团质量不均匀。
面食挤出机模型内的模拟温度曲线（左）和明显的粘度（右）。
另外，面团的温度在靠近出口的附近不均匀。这些仿真结果表明，对挤出机进行热绝缘会导致螺钉截面出口处的温度更均匀，从而确保在面团到达喷嘴之前更均匀的面团特性。
面食挤出机模型内的模拟速度曲线（左）和剪切速率（右）。
提供您自己的面食模拟
虽然我祖母的意大利面可能无法尝试，但上面描述的面食挤出机模型肯定是。下载它，并通过下面的链接尝试自己的模拟 - 但是，如果所有这些意大利面谈话使您感到饥饿，也许会先带一些意大利面条！
渴望更多食品科学？
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参考
- S. Marchetti，“中国面条不是意大利面的灵感，历史学家说，它的根源在古希腊 - 他们有文本可以证明这一点”，”南中国早晨，2020年4月23日；https://www.scmp.com/lifestyle/food-drink/article/3080891/chinese-noodles-nodles-not-inot-simpiration-pasta-hista-historians-say-say-iss-roots-roots
- F. Sarghinia，A。Romano和P. Masi，“意大利面面团挤出过程的实验分析和数值模拟”，食品工程杂志，卷。176，第56-70页，2016年5月；https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.09.029
评论（4）
Sohan Birla
2022年2月21日艾伦（Allan）：将comsol用于真正复杂问题的绝佳例子。如果我们可以共同旋转双螺钉模型，将会更有用
艾伦·佩特里洛（Alan Petrillo）
2022年2月22日你好sohan，
感谢您的评论！我将通过您的建议进行考虑。
Saeid Kheirandish
2022年3月5日最后，在应用程序库中有一个示例，其中包含精美的挤出机模型。这是个好消息，尤其是在这里，除了在非等温条件下使用非牛顿流体模型外，在螺丝区域中，该流量不仅在螺钉区域中进行了模拟，而且还通过模拟模拟。这几乎就像挤出机的示例一样一般，它可以澄清许多问题（例如，针对网格元素的选择或如何实现粘度的温度依赖性）。
但是，在聚合物或橡胶挤出的情况下，该示例的某些特征看起来不熟悉。食品工程师（我认为谁是本文的主要受众）对温度有正当的痴迷，因为它对它们的质量具有重大影响（也就是说，味道，味道，气味，颜色和一致性）加工成成品。乐动体育app无法登录如果出现任何问题，他们会立即知道，因为客户会说明，此示例成功地表明了如何预测沿螺钉和模具中的温度发展，以避免过度（甚至可能）过度加热。然而，对于聚合物和橡皮工程师来说，对于这个示例的边界条件的选择似乎很奇怪：对经典（等温）挤出器问题的解决方案可以追溯到19世纪Boussinesq [1]的工作[1]，以及第一个解决方案和对该的解决方案。格里菲斯[2]和zamodits [3]提供了非等温病例。从那以后，无数的作品都遵循了用实验数据验证这些早期作品的预测，或者试图对这些方法进行较小的修改，但是边界条件始终保持不变：
（1）固定的质量吞吐量（或者给定的速度轮廓）在螺丝通道的入口处
（2）来自螺钉旋转速度的恒定壁速度，
（3）出口处的零压力
在试图重现有关面食挤出的论文的结果[4]时，此示例掉落了第一个边界条件，并在入口处采用固定压力为20 bar的入口处。根据论文的说法，这种压力已被认为是从“粉状水合Semolina”过渡到面团的实验阈值（边界条件2和3与经典示例相似，并且热边界条件也与文献相似）。Being partial to measuring what can be measured and modelling what can’t, I would rather imagine an extruder operator standing at the die outlet and collecting extrudate samples (then weighing them at known time intervals, then calculating the mass flow rate) than measuring pressure at the point where powder turns into dough.
另一个较小的特殊性是功率定律指数的异常依赖性：它会下降，上升，然后再次下降，温度从35°C上升到80°C。使用聚合物，温度必须足够高才能产生熔体，但不会太高而无法开始降解，好消息是，没有任何由温度触发的不良反应，粘度随温度升高而单调降低。参考的作者。[4]将其归因于各种温度下的面团成分之间的复杂相互作用。当然，这可能是面食或谷物生产中的合理解释，但在更广泛的挤出机宇宙中仍然是异常。但是，也许无意间，这可以证明可以在非等温CFD模型中考虑材料参数的温度依赖性的轻松性，这只是comsol的众多独特优势之一。
[1] M. J. Boussinesq，J。MathematiquePures et Aptrique。13：377-424（1868）。
[2] R. M. Griffith，Ind。＆Eng。化学基金。1：180-187（1962）。
[3] H. J. Zamodits和J. R. A. Pearson，Trans。Soc。鼠。13：357-385（1969）。
[4] F. Sarghini，A。Romano和P. Masi，J。FoodEng。176：56-70（2016）
艾伦·佩特里洛（Alan Petrillo）
2022年3月7日你好saeid，
感谢您的阅读以及您的信息评论！我敢肯定，其他建模者也会发现它有见地和乐于助人。
艾伦