Ultralydssigteapparat til forbedret sigtning – En casestudie

Traditionel mekanisk sigtning af fine pulvere bliver ofte forhindret af den hurtige dannelse af agglomerater – ofte forårsaget af stivelsens klæbrighed – som hurtigt tilstopper siget og drastisk nedsætter separeringseffektiviteten. Ultralydssigter løser dette kritiske problem ved at anvende mekaniske højfrekvente vibrationer til løbende at rense sigets overflade.
Resultaterne af den her præsenterede undersøgelse viser en markant forbedring af separeringseffektiviteten sammenlignet med konventionelle metoder; mens traditionel sigtning kun udvandt mindre end 55 % af materialet i det optimale størrelsesinterval på 200–450 μm, forbedrede ultralydsopsætningen udvindingen af den ønskede fraktion betydeligt. Især lykkedes det ved en 10-minutters sigtecyklus ved en ultralydsamplitude på 75 % at isolere 83,79 % af majsmelet inden for målsstørrelsesområdet, hvilket beviser, at ultralyds-deblinding er en yderst effektiv og velbegrundet forarbejdningsmetode til at sikre en præcis partikelstørrelsesfordeling.

Hvem har gavn af at bruge en ultralydssigte

• kvalitetskontrol & Laboratorieforskning: Forskere og teknikere, der udfører partikelstørrelsesanalyse, opnår nøjagtige og reproducerbare resultater uden at blive forstyrret af tilstopning af sigten.
• levnedsmiddelindustri & Processorer: Brancher, der arbejder med stivelsesbaserede materialer som majs, hvede og rugmel, drager fordel af en ensartet partikelstørrelse, hvilket er afgørende for optimeringen af produkter såsom direkte ekspanderede ekstrudater.
• Produktionsaktiviteter: Anlæg, der anvender ekstrudering eller lignende processer, forbedrer kvaliteten af deres færdige produkter, da ensartede partikelstørrelser sikrer bedre varmeoverførsel og de ønskede teksturegenskaber under forarbejdningen.

Casestudie: Ultralydssigteapparat til fjernelse af tilstopninger i sigter ved sigtning af majsmel

Casestudiet af Brnčić og kolleger (2009) vurderer brugen af Hielscher-ultralydssigter til at forbedre sigtningen af majsmel til fremstilling af direkte ekspanderede ekstruderede fødevarer, herunder snacks beriget med valle- eller sojaproteiner. Partikelstørrelsen er afgørende ved ekstrudering, da den påvirker blanding af ingredienser, varmeoverførsel, ekspansion og det færdige produkts tekstur. Forskerne havde derfor til formål at isolere majsmelpartikler mellem 200 og 450 μm – det anbefalede område til denne anvendelse.

Konventionel sigtning blev afprøvet i 5, 10 og 15 minutter. Da majsmel indeholder klæbrig stivelse, stødte partiklerne sammen og dannede klumper, der tilstoppede sigten, især maskevidden på 450 μm. Tilstopningen begyndte allerede i løbet af det første eller andet minut og blev værre, jo længere tid behandlingen varede. Som følge heraf faldt andelen af mel inden for det ønskede interval fra 55,58 % efter 5 minutter til 54,11 % efter 10 minutter og til kun 49,37 % efter 15 minutter.

Forsøgene blev gentaget ved hjælp af et ultralydssystem med en nominel effekt på op til 250 W og en frekvens på 24 kHz. Tre ultralydsamplituder – 25 %, 50 % og 75 % – blev vurderet ved hver sigtetid. De højfrekvente mekaniske vibrationer trængte igennem sigten, nedbrød klumper og holdt maskeåbningerne frie.

Sigte med ultralydsvibration medførte en betydelig forbedring:

• Efter 5 minutter steg den anvendelige andel i takt med amplituden og nåede op på 79,57 % ved en amplitude på 75 %.
• Efter 10 minutter ved 75 % amplitude lå 83,79 % af melet inden for målområdet, sammenlignet med 54,11 % ved konventionel sigtning – en stigning på næsten 30 procentpoint.
• Efter 15 minutter ved 75 % amplitude forblev målfraktionen på et tilsvarende højt niveau på 83,4 %, sammenlignet med blot 49,37 % uden ultralyd.

De to bedste resultater oversteg undersøgelsens 75 %-grænseværdi for økonomisk rentabel forarbejdning.

Resultater af sigtning af majsmel ved hjælp af ultralydssigteapparatet efter 10 minutter
Undersøgelse og figur: ©Brnčić et al., 2009.

Den største fordel ved ultralydssigtning er derfor, at den forhindrer tilstopning af sigterne og samtidig sikrer et større og mere ensartet udbytte af materiale i den rette størrelse. Den kan desuden opretholde sigtningskapaciteten, mindske afhængigheden af manuelle eller mekaniske rengøringsmetoder og begrænse de dermed forbundne risici for beskadigelse af sigtenes maskevidde og produktforurening.

Samlet set konkluderer undersøgelsen, at 10 minutters sigtning ved en ultralydsamplitude på 75 % er den mest effektive af de testede betingelser. Den resulterende melfraktion muliggør en mere ensartet blanding med proteinkoncentrater og bør bidrage til en mere ensartet ekstrudering, ekspansion og produkttekstur. Metoden kan også være velegnet til partikelstørrelsesadskillelse af andre pulverformige materialer.

Hvorfor bør jeg bruge en ultralydssigte?

• Fjernelse af sigetilstopning: Ved traditionel sigtning af fine, klæbrige pulvere (som majsmel) opstår der ofte hurtig tilstopning af sigtenes masker på grund af partikelklumpning forårsaget af stivelsens klæbrighed. Ultralydsvibrationer nedbryder løbende disse klumper, hvilket holder sigtenes maskeåbninger frie gennem hele processen.
• Betydelig stigning i udbytte og nøjagtighed: Ved at forhindre tilstopning kan ultralydssigtning forbedre udbyttet af den ønskede partikelfraktion markant. I casestudiet steg målfraktionen (200–450 μm) for eksempel fra under 55 % ved traditionel sigtning til over 83 % ved brug af ultralyd.
• Optimering af efterbehandlingen: En præcis partikelstørrelsesfordeling er af afgørende betydning for analyse, kvalitetskontrol og industrielle anvendelser.
• Fremragende ydeevne med fine partikler: Traditionelle metoder fungerer ofte ikke med fine masker (f.eks. 450 μm eller mindre) på grund af hurtig tilstopning. Ultralydsrensning sikrer, at selv de fineste masker forbliver effektive, hvilket muliggør højpræcis adskillelse af fine pulvere og suspensioner.
• Forbedret holdbarhed af masken, mindre rengøring: Mekaniske renseskiver eller manuel indgriben kan være ineffektive og risikerer at beskadige de sarte sigtenet. Ultralydssigteapparatet mindsker slitage på sigtenettet.
• Tids- og omkostningseffektivitet: Ultralydssigtning giver højere udbytter på kortere tid sammenlignet med de længerevarende traditionelle sigtningsprocesser, der resulterer i lavere udvindingsgrader. Denne effektivitet reducerer arbejdsomkostningerne og øger laboratoriets gennemstrømning.
• Alsidighed på tværs af brancher: Selvom teknologien er blevet demonstreret med fødevarer som majs, hvede og rugmel, kan den anvendes på en række forskellige fine pulvere og partikler, der er suspenderet i væsker, hvilket gør den værdifuld for forskning inden for farmaci, kemi og materialevidenskab.
• Forbedret reproducerbarhed: Ved at sikre en ensartet og kontrolleret mekanisme til fjernelse af blindningen mindsker ultralydssigtning den variabilitet, der er forbundet med manuel sigtning eller mekanisk bankning, hvilket fører til mere pålidelige og repeterbare analyseresultater.

Litteratur / Referencer