Ultrazvukový třídič pro efektivnější prosévání – Případová studie

Tradičnímu mechanickému prosévání jemných prášků často brání rychlá tvorba aglomerátů – často způsobené lepkavostí škrobu – které rychle ucpávají oka síta a výrazně snižují účinnost separace. Ultrazvukový třepač sít řeší tento zásadní problém tím, že využívá vysokofrekvenční mechanické vibrace k neustálému odstraňování nánosů z povrchu síta.
Výsledky zde prezentované studie ukazují dramatické zlepšení účinnosti separace ve srovnání s konvenčními metodami; zatímco tradiční prosévání poskytlo méně než 55 % materiálu v optimálním rozmezí 200–450 μm, ultrazvukové zařízení výrazně zvýšilo výtěžnost požadované frakce. Zejména 10minutový cyklus prosévání při 75% amplitudě ultrazvuku úspěšně izoloval 83,79 % kukuřičné mouky v cílovém rozmezí velikostí, což dokazuje, že ultrazvukové odstraňování ucpání je vysoce účinná a opodstatněná metoda zpracování pro zajištění přesného rozložení velikosti částic.

Kdo má prospěch z používání ultrazvukového sítovacího stroje

• Kontrola kvality & Laboratorní výzkum: Vědci a technici provádějící analýzu velikosti částic získávají přesné a reprodukovatelné výsledky bez rušivého vlivu ucpávání sít.
• potravinářský průmysl & Procesory: Odvětví zabývající se materiály na bázi škrobu, jako jsou kukuřičná, pšeničná a žitná mouka, těží z konzistentní velikosti částic, která je nezbytná pro optimalizaci výrobků, jako jsou přímo expandované extrudáty.
• Výrobní činnosti: Zařízení využívající extruzi nebo podobné procesy zvyšují kvalitu svých finálních výrobků, neboť jednotná velikost částic zajišťuje lepší přenos tepla a požadované texturní vlastnosti během zpracování.

Případová studie: Ultrazvukový třásací stroj pro odstraňování usazenin z sít při prosévání kukuřičné mouky

Případová studie autorů Brnčić a kol. (2009) hodnotí využití ultrazvukového prosévacího stroje Hielscher ke zlepšení prosévání kukuřičné mouky pro výrobu přímo expandovaných extrudovaných potravin, včetně snacků obohacených o syrovátkové nebo sójové bílkoviny. Velikost částic je při extruzi rozhodující, protože ovlivňuje míchání surovin, přenos tepla, expanzi a texturu konečného produktu. Cílem výzkumníků proto bylo izolovat částice kukuřičné mouky o velikosti mezi 200 a 450 μm. – doporučený rozsah pro tuto aplikaci.

Bylo provedeno testování konvenčního prosévání po dobu 5, 10 a 15 minut. Vzhledem k tomu, že kukuřičná mouka obsahuje lepkavý škrob, docházelo ke srážkám částic a tvorbě aglomerátů, které ucpávaly síto, zejména síto s okem 450 μm. K ucpávání docházelo již během první nebo druhé minuty a s prodlužující se dobou zpracování se situace zhoršovala. V důsledku toho podíl mouky v požadovaném rozmezí klesl z 55,58 % po 5 minutách na 54,11 % po 10 minutách a na pouhých 49,37 % po 15 minutách.

Pokusy byly zopakovány s použitím ultrazvukového systému o jmenovitém výkonu až 250 W, pracujícího na frekvenci 24 kHz. Tři amplitudy ultrazvuku – 25 %, 50 % a 75 % – byly vyhodnocovány při každé délce prosévání. Vysokofrekvenční mechanické vibrace procházely sítem, rozbíjely aglomeráty a udržovaly otvory ok čisté.

Značné zlepšení přinesla síta s ultrazvukovým vibrováním:

• Po 5 minutách se podíl využitelné části zvyšoval s amplitudou a při amplitudě 75 % dosáhl hodnoty 79,57 %.
• Po 10 minutách při amplitudě 75 % se 83,79 % mouky vešlo do cílového rozmezí, zatímco při použití konvenčního prosévání to bylo 54,11 % – nárůst o téměř 30 procentních bodů.
• Po 15 minutách při amplitudě 75 % zůstala cílová frakce na podobně vysoké úrovni 83,4 %, zatímco bez ultrazvuku činila pouhých 49,37 %.

Tyto dva nejlepší výsledky překročily 75% referenční hodnotu stanovenou ve studii pro ekonomicky rentabilní zpracování.

Výsledky prosévání kukuřičné mouky pomocí ultrazvukového prosévače po 10 minutách
Studie a graf: ©Brnčić et al., 2009.

Hlavní výhodou ultrazvukového prosévání je tedy jeho schopnost zabránit ucpávání sít a zároveň zajistit větší a rovnoměrnější výtěžek materiálu správné velikosti. Umožňuje také udržet prosévací kapacitu, snížit závislost na ručních či mechanických metodách čištění a omezit související rizika poškození ok sít a kontaminace produktu.

Studie celkově určuje jako nejúčinnější z testovaných podmínek 10 minut prosévání při 75 % amplitudy ultrazvuku. Získaná frakce mouky umožňuje rovnoměrnější míchání s bílkovinnými koncentráty a měla by přispět k konzistentnější extruzi, expanzi a struktuře produktu. Tato metoda může být vhodná také pro separaci jiných práškových materiálů podle velikosti částic.

Proč bych měl používat ultrazvukový sítovací stroj?

• Odstranění ucpávání síta: Při běžném prosévání jemných, lepkavých prášků (jako je kukuřičná mouka) dochází často k rychlému ucpávání ok síta v důsledku shlukování částic způsobeného lepkavostí škrobu. Ultrazvukové vibrace tyto shluky průběžně rozbíjejí, čímž udržují otvory síta volné po celou dobu procesu.
• Výrazné zvýšení výnosu a přesnosti: Díky tomu, že ultrazvukové prosévání zabraňuje ucpávání, může výrazně zvýšit výtěžnost požadované frakce částic. Například v uvedené případové studii se podíl cílové frakce (200–450 μm) zvýšil z méně než 55 % při tradičním prosévání na více než 83 % při použití ultrazvuku.
• Optimalizace následného zpracování: Přesné rozložení velikosti částic má zásadní význam pro analýzu, kontrolu kvality a průmyslové aplikace.
• Vynikající výkon při čištění jemných částic: Tradiční metody často selhávají u jemných sít (např. 450 μm nebo menších) kvůli jejich rychlému ucpávání. Ultrazvukové čištění sít zajišťuje, že i ta nejjemnější síta zůstávají funkční, což umožňuje vysoce přesnou separaci jemných prášků a suspenzí.
• Zvýšená odolnost síťoviny, méně časté čištění: Mechanické odstraňovače ucpání nebo ruční zásahy mohou být neefektivní a mohou potenciálně poškodit jemná síta. Ultrazvukové třídiče snižují opotřebení sít.
• Úspora času a nákladů: Ultrazvukové prosévání umožňuje dosáhnout vyšších výtěžků v kratším čase ve srovnání s prodlouženými dobami tradičního prosévání, které vedou k nižším výtěžnostem. Tato efektivita snižuje náklady na pracovní sílu a zvyšuje propustnost laboratoře.
• Všestrannost napříč odvětvími: Ačkoli byla tato technologie předvedena na potravinářských surovinách, jako jsou kukuřičná, pšeničná a žitná mouka, je použitelná pro různé jemné prášky a částice suspendované v kapalinách, což z ní činí cenný nástroj pro výzkum v oblasti farmacie, chemie a materiálových věd.
• Zlepšená reprodukovatelnost: Díky tomu, že ultrazvukové prosévání zajišťuje konzistentní a řízený mechanismus odhalení, snižuje variabilitu spojenou s ručním proséváním nebo mechanickým poklepáváním, což vede ke spolehlivějším a lépe opakovatelným analytickým výsledkům.

Literatura / Reference