Ultrahelisõel, mis tagab parema sõelumise – Juhtumiuuring

Peenete pulbrite traditsioonilist mehaanilist sõelumist takistab sageli aglomeeraatide kiire tekkimine – sageli põhjustatud tärklise kleepuvusest – mis ummistavad sõela silmad kiiresti ja vähendavad eraldamisefektiivsust märkimisväärselt. Ultrahelisõelapuhasti lahendab selle olulise probleemi, kasutades kõrgsageduslikke mehaanilisi vibratsioone, et sõela pinda pidevalt puhastada.
Käesolevas uuringus esitatud tulemused näitavad eraldamisefektiivsuse märkimisväärset paranemist võrreldes tavapäraste meetoditega; kui traditsioonilise sõelumise puhul jäi optimaalsesse 200–450 μm vahemikku alla 55% materjalist, siis ultraheli seadmestik parandas oluliselt soovitud fraktsiooni saagikust. Eriti märkimisväärne on see, et 10-minutilise sõelumistsükli jooksul 75% ultraheli amplituudiga õnnestus eraldada 83,79% sihtsuurusvahemikku kuuluvast maisijahust, mis tõestab, et ultraheli abil toimuv sõelumine on väga tõhus ja põhjendatud töötlemismeetod täpse osakeste suurusjaotuse tagamiseks.

Kes saab kasu ultrahelisõelapuhasti kasutamisest

• Kvaliteedikontroll & Laboratoorsed uuringud: Osakeste suuruse analüüsi teostavad teadlased ja tehnikud saavad täpseid ja korratavaid tulemusi, ilma et võrgusilma ummistumine neid segaks.
• toiduainetööstus & Töötlejad: Tööstusharud, mis tegelevad tärklisel põhinevate materjalidega, nagu maisi-, nisu- ja rukkijahu, saavad kasu osakeste ühtlasest suurusest, mis on hädavajalik selliste toodete nagu otseselt paisutatud ekstrudaadid optimeerimiseks.
• Tootmistegevus: Ekstrusiooni või sarnaseid protsesse kasutavad tootmisettevõtted parandavad oma lõpptoodete kvaliteeti, kuna ühtlane osakeste suurus tagab töötlemise käigus parema soojusülekande ja soovitud tekstuurilised omadused.

Juhtumiuuring: ultrahelisõelapuhasti sõelade puhastamiseks maisijahu sõelumisel

Brnčići ja kolleegide (2009) juhtumiuuringus hinnatakse Hielscheri ultrahelisõelapuhasti kasutamist maisijahu sõelumise parandamiseks otseselt paisutatud ekstrudeeritud toiduainete tootmisel, sealhulgas vadaku- või sojavalgudega rikastatud suupistete valmistamisel. Osakeste suurus on ekstrusioonis otsustava tähtsusega, kuna see mõjutab koostisosade segunemist, soojusülekannet, paisumist ja lõpptoote tekstuuri. Seetõttu seadsid teadlased eesmärgiks eraldada maisijahu osakesed suurusvahemikus 200–450 μm – selle rakenduse jaoks soovitatav vahemik.

Tavapärast sõelumist katsetati 5, 10 ja 15 minutit. Kuna maisijahu sisaldab kleepuvat tärklist, põrkusid osakesed omavahel kokku ja moodustasid aglomeeraate, mis ummistasid sõela, eriti 450 μm silma. Ummistumine algas juba esimese või teise minuti jooksul ning süvenes töötlemise jätkudes. Selle tulemusena langes soovitud fraktsioonis oleva jahu osakaal 55,58%-lt 5 minuti pärast 54,11%-ni 10 minuti pärast ja vaid 49,37%-ni 15 minuti pärast.

Katsed korrati, kasutades kuni 250 W võimsusega ja 24 kHz sagedusel töötavat ultrahelisüsteemi. Kolm ultraheli amplituudi – 25%, 50% ja 75% – hinnati iga sõelumisperioodi jooksul. Sõela läbinud kõrgsageduslikud mehaanilised vibratsioonid purustasid aglomeeraadid ja hoidsid sõelaavad puhtana.

Ultraheli abil vibreeritud sõelad tõid kaasa märkimisväärse paranduse:

• 5 minuti möödudes suurenes kasutatav osa amplituudi kasvades, jõudes 75% amplituudi juures 79,57%ni.
• Pärast 10-minutilist sõelumist 75-protsendilise amplituudiga jäi 83,79% jahust sihtvahemikku, võrreldes 54,11%-ga tavapärase sõelumise puhul – peaaegu 30 protsendipunkti suurune kasv.
• Pärast 15-minutilist treeningut 75-protsendilise amplituudiga jäi sihtmäär samuti kõrge – 83,4% –, võrreldes vaid 49,37%-ga ilma ultraheliga.

Kaks parimat tulemust ületasid uuringus majanduslikult tasuva töötlemise jaoks kehtestatud 75-protsendilise künnise.

Maisijahu sõelumise tulemused ultrahelisõelumismasina abil 10 minuti möödudes
Uuring ja joonis: ©Brnčić jt., 2009.

Seega on ultrahelisõelumise peamine eelis võime vältida sõela ummistumist, tagades samal ajal suurema ja ühtlasema õige suurusega materjali saagise. See võimaldab säilitada ka sõelumisvõimsust, vähendada sõltuvust käsitsi või mehaanilistest puhastusmeetoditest ning piirata sellega seotud riske, nagu sõela kahjustumine ja toote saastumine.

Kokkuvõttes tuvastati uuringus, et kõige tõhusamaks katsetingimuseks on 10-minutiline sõelumine 75-protsendilise ultraheli amplituudiga. Saadud jahufraktsioon võimaldab ühtlasemat segamist valkukontsentraatidega ning peaks tagama ühtlasema ekstrusiooni, paisumise ja toote tekstuuri. Meetod võib sobida ka teiste pulbriliste materjalide osakeste suuruse järgi eraldamiseks.

Miks peaksin kasutama ultrahelisõelurit?

• Sõela ummistumise vältimine: Tavapärane peenete ja kleepuvate pulbrite (nagu maisijahu) sõelumine põhjustab sageli sõela kiiret ummistumist, kuna tärklise kleepuvus tekitab osakeste aglomeerumist. Ultrahelivibratsioonid lagundavad neid aglomeeraate pidevalt, hoides sõela avad kogu protsessi vältel puhtana.
• Saagikuse ja täpsuse märkimisväärne suurenemine: Ulatuslikult vähendades ummistumist, võib ultrahelisõelumine oluliselt parandada soovitud osakeste fraktsiooni saagikust. Näiteks tõusis juhtumiuuringus sihtfraktsiooni (200–450 μm) osakaal traditsioonilise sõelumise puhul alla 55% tasemelt üle 83%ni ultraheli kasutamisel.
• Järgneva töötlemise optimeerimine: Täpne osakeste suurusjaotus on äärmiselt oluline analüüsi, kvaliteedikontrolli ja tööstuslike rakenduste seisukohalt.
• Suurepärane toimivus peente osakeste puhul: Traditsioonilised meetodid ei toimi sageli peenete võrkude puhul (nt 450 μm või väiksemad) kiire ummistumise tõttu. Ultrahelipõhine võrgu puhastamine tagab, et isegi kõige peenemad võrgud jäävad tõhusaks, võimaldades peenete pulbrite ja suspensioonide ülitäpset eraldamist.
• Võrgu suurem vastupidavus, vähem puhastamist: Mehaanilised puhastuskettad või käsitsi sekkumine võivad olla ebatõhusad ja võivad õrnu sõelavõrke kahjustada. Ultrahelisõelaväristaja vähendab sõelavõrgu kulumist.
• Aja- ja kulutõhusus: Ultrahelisõelumine tagab lühema aja jooksul suurema saagise võrreldes pikema kestusega traditsioonilise sõelumisega, mille puhul saagis on madalam. Selline tõhusus vähendab tööjõukulusid ja suurendab laboratooriumi tootlikkust.
• Mitmekülgsus erinevates tööstusharudes: Kuigi tehnoloogiat on demonstreeritud selliste toiduainete puhul nagu mais, nisu ja rukkijahu, on seda võimalik rakendada mitmesuguste peenete pulbrite ja vedelikes hõljuvate osakeste puhul, mistõttu on see väärtuslik farmaatsia-, keemia- ja materjaliteaduse alases uurimistöös.
• Parem korratavus: Pakudes järjepidevat ja kontrollitud pimestuse eemaldamise mehhanismi, vähendab ultrahelisõelumine käsitsi sõelumise või mehaanilise koputamisega seotud varieeruvust, mis tagab usaldusväärsemad ja korratavamad analüüsitulemused.

Kirjandus / Viited