Von der Wurst bis zum OP: Was passiert beim Schneiden weicher Gewebe?

Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) untersuchen Vorgänge beim Zerlegen weicher Matrialien, die noch einige Geheimnisse bergen.

Wer auf dem Weihnachts- oder Jahrmarkt in eine Bratwurst beißt oder sich ein Stück davon abschneidet, hat diese Technik meist von Kindesbeinen an geübt. Kaum jemand denkt über diesen alltäglichen Vorgang nach, Hauptsache es schmeckt. Dabei birgt das Zerlegen solcher weicher Materialen noch einige Geheimnisse, und die moderne Wissenschaft weiß bisher nur wenig über die Details beim Schneiden von Würsten, Gelatine oder synthetisch hergestellten Elastomeren, die Gummi ähneln. Genau das ändert mit triftigen Gründen Miguel Angel Moreno-Mateos vom Lehrstuhl für Technische Mechanik der FA) gerade: Lebensmittel-Hersteller und Chirurgen würden gerne mehr wissen, um ihre Technik zum Wohle von Verbrauchern und Patienten zu verbessern. Die Ergebnisse sind in „Nature Computational Materials“ erschienen.

Brot- oder Bratenmesser, oder doch lieber das Tortenmesser?

Schließlich überlegen nicht nur Hobby-Konditoren, ob sie ihre selbstgemachte Creme- oder Sahnetorte mit dem Brot- oder vielleicht doch besser mit dem Bratenmesser schneiden sollten. Da beide Möglichkeiten eher schlecht als recht funktionieren, bleibt das eigens dafür angebotene Tortenmesser wahrscheinlich die beste Wahl, lehrt die Erfahrung. Weshalb das so ist, untersucht Moreno-Mateos. Allerdings nicht an einer Torte, sondern an Gelatine, die reichlich Wasser enthält. Dadurch wird dieses aus Häuten und Knochen von Tieren hergestellte Material einerseits sehr weich, ist andererseits aber auch sehr widerstandsfähig. Ein weiteres Untersuchungsobjekt sind synthetisch hergestellte Elastomere, die sich wie Gummi leicht verformen lassen. Und Nürnberger Stadtwürste, die vereinfacht gesagt aus winzigen Fleisch-Stückchen und Fett bestehen.

Unterschiedliche weiche Materialen verhalten sich auch anders beim Schneiden

„Alle drei Materialien sind weich, verhalten sich beim Schneiden aber jeweils anders“, erklärt der FAU-Ingenieur. Das gleiche gilt auch für verschiedene Substanzen in der Natur. Deshalb haben Ameisen, die Blätter zerschneiden, völlig andere Kauwerkzeuge als das Gebiss eines Menschen, das Kartoffeln oder Erdbeeren zerlegt. Was beim Schneiden von weichen Materialien passiert, haben Moreno-Mateos und Lehrstuhlinhaber Paul Steinmann zunächst in Versuchen beobachtet und dann mit Computermodellen nachgestellt.

Drückt die Klinge auf die Gelatine, verformt sie erst einmal die Struktur sehr stark, bevor sie schließlich das Material abrupt durchschneidet, weil die inneren Widerstandskräfte plötzlich zusammenbrechen. Ganz anders verhält sich ein Messer, das auf ein Elastomer drückt und es sehr gleichmäßig immer weiter schneidet. Bei der Nürnberger Stadtwurst wiederum schmiert das weiche Fett den Kontakt zwischen der Klinge und den Fleischstückchen und erlaubt so ein gleichmäßiges Schneiden ohne schnelle Brüche und Veränderungen. Genau aus diesem Grund fühlen sich wohl auch Bratwürste beim Kauen viel weicher als Fleisch an: Die Zähne oder die Klinge öffnen nicht etwa eine relativ widerstandsfähige Oberfläche, sondern gleiten eher wie durch eine zähflüssige Substanz, die wenig Widerstand leistet.

Das Video zeigt einen Schnitt durch Nürnberger Stadtwurst. (Quelle: FAU)

Simulationen können Operationen sicherer machen

Was dabei im Detail vor sich geht, zeigen dann die Computermodelle: Wie beeinflussen Reibungskräfte das Schneiden solcher weichen Materialien? Wie lange verformt die Klinge das Material und wann genau beginnt sie es aufzuschneiden? Diese Simulationen zeigen dann nicht nur Lebensmittel-Herstellern, wie sie ihre Verfahren verbessern können und welche Klingen sie wie genau einsetzen sollen, um das beste Ergebnis zu erzielen.

Animation des Schnittverhaltens. (Quelle: FAU)

Sie können auch Chirurgen die Arbeit erleichtern und Operationen erheblich sicherer machen. Schneiden die Ärzteinnen und Ärzte mit ihren Skalpellen doch durch sehr unterschiedliche Schichten angefangen von der Haut bis zu Bindegewebe, bis sie am Ziel sind. Dabei soll der Schnitt möglichst sanft sein und wenige Verletzungen verursachen, die relativ rasch wieder heilen. Trotzdem beschädigt er leicht Adern, das austretende Blut unterbricht den Kontakt zwischen Skalpell und Gewebe. Deshalb wärmen Chirurginnen und Chirurgen ihre Klingen ein wenig an, beenden so die Blutung schneller und können rascher weiter operieren. Zusätzlich hat ein Skalpell winzig kleine Löcher, die so die Oberfläche verkleinern und das Risiko verringern, dass die Klinge stecken bleibt.

So ausgefeilt diese Techniken sind, lassen sie sich mit den Experimenten an weichen Materialien und den Computersimulationen doch weiter verbessern. Das mindert die Risiken von Operationen und verbessert die Heilung. Es sind also nicht nur die Chirurgen, sondern vor allem die Patienten, die von diesen und zukünftigen Versuchen von des Ingenieurs Moreno-Mateos profitieren – und bei ihren Besuchen auf Weihnachtsmärkten und Volksfesten viel besser verstehen, was genau passiert, wenn sie in eine Bratwurst beißen.

Originarbeit: Moreno-Mateos MA, Steinmann P. Cutting soft materials: how material differences shape the response. npj Comput Mater 6.1.2026. https://doi.org/10.1038/s41524-025-01869-y