Ultrazvučni tresač sita za poboljšano prosijavanje – studija slučaja

Tradicionalno mehaničko prosijavanje finih prahova često otežava brzo stvaranje aglomerata – koje najčešće uzrokuje ljepljivost škroba – a koji brzo začepe mrežicu sita i drastično smanje efikasnost separacije. Ultrazvučni tresač sita rješava ovaj ključni izazov primjenom visokofrekventnih mehaničkih vibracija za kontinuirano oslobađanje površine sita od začepljenja.
Rezultati ovdje predstavljene studije pokazuju dramatično poboljšanje efikasnosti separacije u odnosu na konvencionalne metode; dok je tradicionalno prosijavanje dalo manje od 55% materijala u optimalnom rasponu od 200–450 μm, ultrazvučna postavka značajno je povećala iskorištenje željene frakcije. Najvažnije je da je ciklus prosijavanja od 10 minuta pri ultrazvučnoj amplitudi od 75% uspješno izdvojio 83,79% kukuruznog brašna u ciljnom rasponu veličina, što dokazuje da je ultrazvučno oslobađanje sita od začepljenja vrlo efikasna i opravdana metoda obrade za osiguravanje precizne raspodjele veličine čestica.

Ko ima koristi od upotrebe ultrazvučnog tresača sita

• Kontrola kvaliteta i laboratorijska istraživanja: Naučnici i tehničari koji provode analizu veličine čestica dobijaju tačne, ponovljive rezultate bez smetnji zbog začepljenja mrežice.
• Prehrambena industrija i prerađivači: Industrije koje rade sa materijalima na bazi škroba, poput kukuruznog, pšeničnog i raženog brašna, imaju koristi od ujednačene veličine čestica, što je ključno za optimizaciju proizvoda kao što su direktno ekspandirani ekstrudati.
• Proizvodni pogoni: Pogoni koji koriste ekstruziju ili slične procese poboljšavaju kvalitet svojih finalnih proizvoda, jer ujednačene veličine čestica osiguravaju bolji prijenos topline i željena teksturalna svojstva tokom obrade.

Studija slučaja: ultrazvučni tresač sita za oslobađanje sita od začepljenja tokom prosijavanja kukuruznog brašna

Studija slučaja Brnčića i saradnika (2009) procjenjuje upotrebu Hielscher ultrazvučnog tresača sita za poboljšanje prosijavanja kukuruznog brašna u proizvodnji direktno ekspandiranih ekstrudiranih namirnica, uključujući grickalice obogaćene proteinima sirutke ili soje. Veličina čestica je presudna u ekstruziji jer utječe na miješanje sastojaka, prijenos topline, ekspanziju i teksturu finalnog proizvoda. Istraživači su stoga željeli izdvojiti čestice kukuruznog brašna između 200 i 450 μm – željeni raspon za ovu primjenu.

Konvencionalno prosijavanje testirano je 5, 10 i 15 minuta. Budući da kukuruzno brašno sadrži ljepljiv škrob, čestice su se sudarale i stvarale aglomerate koji su blokirali sito, naročito mrežicu od 450 μm. Začepljenje je počelo u prvoj ili drugoj minuti i pogoršavalo se s dužom obradom. Posljedično, udio brašna u željenom rasponu pao je s 55,58% nakon 5 minuta na 54,11% nakon 10 minuta i samo 49,37% nakon 15 minuta.

Pokusi su ponovljeni korištenjem ultrazvučnog sistema nazivne snage do 250 W, koji radi na 24 kHz. Tri ultrazvučne amplitude – 25%, 50% i 75% – ispitane su pri svakom trajanju prosijavanja. Visokofrekventne mehaničke vibracije prolazile su kroz sito, razbijale aglomerate i održavale otvore mrežice čistima.

Ultrazvučno vibrirana sita donijela su znatno poboljšanje:

• Nakon 5 minuta iskoristiva frakcija rasla je s amplitudom, dosegnuvši 79,57% pri amplitudi od 75%.
• Nakon 10 minuta pri amplitudi od 75%, 83,79% brašna palo je u ciljni raspon, u poređenju s 54,11% pri konvencionalnom prosijavanju – dobitak od gotovo 30 procentnih poena.
• Nakon 15 minuta pri amplitudi od 75%, ciljna frakcija ostala je slično visoka, na 83,4%, u poređenju sa samo 49,37% bez ultrazvuka.

Dva najbolja rezultata premašila su referentnu vrijednost studije od 75% za ekonomski isplativu obradu.

Rezultati prosijavanja kukuruznog brašna ultrazvučnim tresačem sita nakon 10 minuta
Studija i grafika: ©Brnčić et al., 2009.

Glavna prednost ultrazvučnog prosijavanja stoga je mogućnost sprječavanja začepljenja sita uz istovremeno postizanje većeg i ujednačenijeg prinosa materijala ispravne veličine. Ono također može održati kapacitet prosijavanja, smanjiti oslanjanje na ručne ili mehaničke metode čišćenja te ograničiti povezane rizike od oštećenja mrežice i kontaminacije proizvoda.

Ukupno gledano, studija kao najefikasniji ispitani uslov identificira 10 minuta prosijavanja pri ultrazvučnoj amplitudi od 75%. Dobivena frakcija brašna omogućava ujednačenije miješanje s koncentratima proteina i trebala bi doprinijeti ujednačenijoj ekstruziji, ekspanziji i teksturi proizvoda. Metoda bi također mogla biti prikladna za separaciju čestica po veličini kod drugih praškastih materijala.

Zašto bih trebao koristiti ultrazvučni tresač sita?

• Uklanjanje začepljenja sita: Konvencionalno prosijavanje finih, ljepljivih prahova (poput kukuruznog brašna) često dovodi do brzog začepljenja mrežice zbog aglomeracije čestica uzrokovane ljepljivošću škroba. Ultrazvučne vibracije kontinuirano razbijaju ove aglomerate, održavajući otvore mrežice čistima tokom cijelog procesa.
• Značajno povećanje prinosa i tačnosti: Sprječavanjem začepljenja ultrazvučno prosijavanje može drastično poboljšati iskorištenje željene frakcije čestica. Na primjer, u studiji slučaja ciljna frakcija (200–450 μm) porasla je s manje od 55% pri tradicionalnom prosijavanju na preko 83% uz upotrebu ultrazvuka.
• Optimizacija naknadne obrade: Precizna raspodjela veličine čestica ključna je za analizu, kontrolu kvaliteta i industrijske primjene.
• Vrhunske performanse s finim česticama: Tradicionalne metode često zakažu kod finih mrežica (npr. 450 μm ili manjih) zbog brzog začepljenja. Ultrazvučno oslobađanje od začepljenja osigurava da i najfinije mrežice ostanu efikasne, što omogućava visokoprecizno razdvajanje finih prahova i suspenzija.
• Veća trajnost mrežice, manje čišćenja: Mehanički diskovi za uklanjanje začepljenja ili ručna intervencija mogu biti neefikasni i potencijalno štetni za osjetljive mrežice sita. Ultrazvučni tresači sita smanjuju habanje i trošenje mrežice sita.
• Efikasnost u vremenu i troškovima: Ultrazvučno prosijavanje postiže veće prinose u kraćim periodima u poređenju s produženim tradicionalnim vremenima prosijavanja koja daju niže stope iskorištenja. Ova efikasnost smanjuje troškove rada i povećava laboratorijski protok uzoraka.
• Svestranost u raznim industrijama: Iako je demonstrirana na prehrambenim materijalima poput kukuruznog, pšeničnog i raženog brašna, tehnologija je primjenjiva na razne fine prahove i čestice suspendirane u tekućinama, zbog čega je vrijedna za farmaceutska, hemijska i materijalnoznanstvena istraživanja.
• Poboljšana ponovljivost: Pružanjem dosljednog i kontrolisanog mehanizma oslobađanja od začepljenja, ultrazvučno prosijavanje smanjuje varijabilnost povezanu s ručnim prosijavanjem ili mehaničkim lupkanjem, što vodi pouzdanijim i ponovljivijim analitičkim rezultatima.

Literatura / reference

• FactSheet Ultrasonic Sieve Shaker UP200TS – Hielscher Ultrasonics
• FactSheet Ultraschall-Siebsystem UP200TS – Hielscher Ultrasonics – deutsch
• Brnčić, Mladen; Ines, Bradač; Tripalo, Branko; Ježek, Damir; Obradović, Valentina; Sven, Karlović; Bosiljkov, Tomislav (2009): Ultrasonically Improved Sieving of Food Materials for Manufacturing of Direct Expanded Extrudates. Agriculturae Conspectus Scientificus (ACS) 74, 2009.
• Xu R., Hong J., Morse C.L., Pike V.W. (2010): Synthesis, structure-affinity relationships, and radiolabeling of selective high-affinity 5-HT4 receptor ligands as prospective imaging probes for positron emission tomography. Journal of Medicinal Chemistry Oct 14;53(19), 2010. 7035-7047.
• An, Y., Kim, K., Lee, YJ. et al. (2026): Binding properties of sulfur to enable solvent-free fabrication of high-performance polymer-free sulfur-carbon positive electrodes. Nature Communications 17, 2360 (2026).