Sigteryster med ultralyd til forbedret sigtning – et casestudie

Traditionel mekanisk sigtning af fine pulvere hæmmes ofte af den hurtige dannelse af agglomerater – ofte forårsaget af stivelsens klæbrighed – som hurtigt tilstopper sigtenettet og reducerer separationseffektiviteten drastisk. Sigterysteren med ultralyd løser denne kritiske udfordring ved at anvende højfrekvente mekaniske vibrationer til løbende at holde sigteoverfladen fri for tilstopning.
Resultaterne af det her præsenterede studie viser en markant forbedring af separationseffektiviteten sammenlignet med konventionelle metoder; mens traditionel sigtning gav mindre end 55% af materialet i det optimale interval på 200–450 μm, øgede ultralydsopstillingen udvindingen af den ønskede fraktion betydeligt. Mest bemærkelsesværdigt isolerede en sigtecyklus på 10 minutter ved en ultralydsamplitude på 75% med succes 83,79% af majsmelet inden for det ønskede størrelsesinterval, hvilket beviser, at fjernelse af tilstopning med ultralyd er en yderst effektiv og berettiget behandlingsmetode til at sikre en præcis partikelstørrelsesfordeling.

Hvem har gavn af at bruge en sigteryster med ultralyd

• Kvalitetskontrol og laboratorieforskning: Forskere og teknikere, der udfører partikelstørrelsesanalyse, opnår nøjagtige, reproducerbare resultater uden forstyrrelser fra tilstopning af sigtenettet.
• Fødevareindustrien og forarbejdningsvirksomheder: Industrier, der arbejder med stivelsesbaserede materialer som majs-, hvede- og rugmel, har gavn af ensartet partikelstørrelse, hvilket er afgørende for at optimere produkter som direkte ekspanderede ekstrudater.
• Produktionsvirksomheder: Anlæg, der anvender ekstrudering eller lignende processer, forbedrer kvaliteten af deres slutprodukter, da ensartede partikelstørrelser sikrer bedre varmeoverførsel og de ønskede teksturegenskaber under forarbejdningen.

Casestudie: Sigteryster med ultralyd til fjernelse af tilstopning i sigter under sigtning af majsmel

Casestudiet af Brnčić og kolleger (2009) evaluerer brugen af sigterysteren med ultralyd fra Hielscher til at forbedre sigtningen af majsmel til produktion af direkte ekspanderede, ekstruderede fødevarer, herunder snacks beriget med valle- eller sojaproteiner. Partikelstørrelsen er afgørende ved ekstrudering, fordi den påvirker blandingen af ingredienser, varmeoverførsel, ekspansion og slutproduktets tekstur. Forskerne havde derfor til formål at isolere majsmelpartikler mellem 200 og 450 μm – det foretrukne interval til denne anvendelse.

Konventionel sigtning blev afprøvet i 5, 10 og 15 minutter. Da majsmel indeholder klæbrig stivelse, kolliderede partiklerne og dannede agglomerater, der tilstoppede sigten, især sigtenettet med en maskevidde på 450 μm. Tilstopningen begyndte inden for det første eller andet minut og blev værre ved længere behandling. Som følge heraf faldt andelen af mel i det ønskede interval fra 55,58% efter 5 minutter til 54,11% efter 10 minutter og kun 49,37% efter 15 minutter.

Forsøgene blev gentaget med et ultralydssystem med en nominel effekt på op til 250 W og en driftsfrekvens på 24 kHz. Tre ultralydsamplituder – 25%, 50% og 75% – blev evalueret ved hver sigtevarighed. De højfrekvente mekaniske vibrationer forplantede sig gennem sigten, nedbrød agglomerater og holdt maskeåbningerne fri.

Sigter, der blev sat i vibration med ultralyd, gav en væsentlig forbedring:

• Efter 5 minutter steg den anvendelige fraktion med amplituden og nåede 79,57% ved en amplitude på 75%.
• Efter 10 minutter ved en amplitude på 75% lå 83,79% af melet inden for det ønskede interval sammenlignet med 54,11% ved konventionel sigtning – en stigning på næsten 30 procentpoint.
• Efter 15 minutter ved en amplitude på 75% forblev den ønskede fraktion tilsvarende høj på 83,4% sammenlignet med blot 49,37% uden ultralyd.

De to bedste resultater oversteg studiets referenceværdi på 75% for økonomisk rentabel behandling.

Resultater af sigtning af majsmel med sigterysteren med ultralyd efter 10 minutter
Studie og grafik: ©Brnčić et al., 2009.

Den største fordel ved ultralydssigtning er derfor dens evne til at forhindre tilstopning af sigten og samtidig give et større og mere ensartet udbytte af materiale med den korrekte størrelse. Den kan også opretholde sigtekapaciteten, reducere afhængigheden af manuelle eller mekaniske rengøringsmetoder og begrænse de tilknyttede risici for beskadigelse af sigtenettet og produktforurening.

Samlet set identificerer studiet 10 minutters sigtning ved en ultralydsamplitude på 75% som den mest effektive af de afprøvede betingelser. Den resulterende melfraktion understøtter en mere ensartet blanding med proteinkoncentrater og bør fremme mere ensartet ekstrudering, ekspansion og produkttekstur. Metoden kan også være egnet til separation efter partikelstørrelse af andre pulvermaterialer.

Hvorfor bør jeg bruge en sigteryster med ultralyd?

• Eliminering af tilstopning af sigten: Konventionel sigtning af fine, klæbrige pulvere (som majsmel) fører ofte til hurtig tilstopning af sigtenettet på grund af partikelagglomeration forårsaget af stivelsens klæbrighed. Ultralydsvibrationer nedbryder løbende disse agglomerater og holder maskeåbningerne fri gennem hele processen.
• Betydelig stigning i udbytte og nøjagtighed: Ved at forhindre tilstopning kan ultralydssigtning drastisk forbedre udvindingen af den ønskede partikelfraktion. I casestudiet steg den ønskede fraktion (200–450 μm) for eksempel fra under 55% ved traditionel sigtning til over 83% med ultralyd.
• Optimering af efterfølgende forarbejdning: Præcis partikelstørrelsesfordeling er afgørende for analyse, kvalitetskontrol og industrielle anvendelser.
• Overlegen ydeevne ved fine partikler: Traditionelle metoder svigter ofte ved fine sigtenet (f.eks. 450 μm eller mindre) på grund af hurtig tilstopning. Fjernelse af tilstopning med ultralyd sikrer, at selv de fineste sigtenet forbliver effektive, hvilket muliggør separation af fine pulvere og suspensioner med høj præcision.
• Forbedret holdbarhed af sigtenettet, mindre rengøring: Mekaniske skiver til fjernelse af tilstopning eller manuelle indgreb kan være ineffektive og potentielt beskadige sarte sigtenet. Sigterystere med ultralyd reducerer sliddet på sigtenettet.
• Tids- og omkostningseffektivitet: Ultralydssigtning opnår højere udbytter på kortere tid sammenlignet med længerevarende traditionel sigtning, der giver lavere udvindingsgrader. Denne effektivitet reducerer lønomkostningerne og øger laboratoriets prøvekapacitet.
• Alsidighed på tværs af industrier: Selvom teknologien er demonstreret med fødevarematerialer som majs-, hvede- og rugmel, kan den anvendes til forskellige fine pulvere og partikler suspenderet i væsker, hvilket gør den værdifuld for farmaceutisk, kemisk og materialevidenskabelig forskning.
• Forbedret reproducerbarhed: Ved at tilvejebringe en ensartet og kontrolleret mekanisme til fjernelse af tilstopning reducerer ultralydssigtning den variation, der er forbundet med manuel sigtning eller mekaniske slag, hvilket fører til mere pålidelige og gentagelige analyseresultater.

Litteratur / referencer

• 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).