Ultraheli sõela raputi paremaks sõelumiseks – juhtumiuuring

Peente pulbrite traditsioonilist mehaanilist sõelumist takistab sageli aglomeraatide kiire teke – mida põhjustab tihti tärklise kleepuvus –, mis ummistavad sõela võrgusilma kiiresti ja vähendavad drastiliselt eraldamise efektiivsust. Ultraheli sõela raputi lahendab selle kriitilise probleemi, kasutades kõrgsageduslikke mehaanilisi vibratsioone sõela pinna pidevaks ummistuste eemaldamiseks.
Siin esitatud uuringu tulemused näitavad eraldamise efektiivsuse märkimisväärset paranemist võrreldes tavapäraste meetoditega; kui traditsiooniline sõelumine andis optimaalses vahemikus 200–450 μm vähem kui 55% materjalist, siis ultraheli seadistus parandas soovitud fraktsiooni saagist oluliselt. Eriti tähelepanuväärne on, et 10-minutiline sõelumistsükkel 75% ultraheli amplituudil eraldas edukalt 83,79% maisijahust sihtosakeste suurusvahemikus, mis tõestab, et ultraheli abil ummistuste eemaldamine on väga tõhus ja õigustatud töötlusmeetod täpse osakeste suurusjaotuse tagamiseks.

Kes saab ultraheli sõela raputi kasutamisest kasu

• Kvaliteedikontroll ja laboriuuringud: Teadlased ja tehnikud, kes teevad osakeste suuruse analüüsi, saavad täpseid ja korratavaid tulemusi ilma võrgusilma ummistumise mõjuta.
• Toiduainetööstus ja töötlejad: Tärklisepõhiste materjalidega, nagu maisi-, nisu- ja rukkijahu, tegelevad tööstusharud saavad kasu ühtlasest osakeste suurusest, mis on oluline selliste toodete nagu otseekspandeeritud ekstrudaadid optimeerimisel.
• Tootmistegevus: Ekstrusiooni või sarnaseid protsesse kasutavad ettevõtted parandavad oma lõpptoodete kvaliteeti, sest ühtlase suurusega osakesed tagavad töötlemisel parema soojusülekande ja soovitud tekstuuriomadused.

Juhtumiuuring: ultraheli sõela raputi sõelade ummistuste eemaldamiseks maisijahu sõelumisel

Brnčići ja kolleegide (2009) juhtumiuuring hindab Hielscheri ultraheli sõela raputi kasutamist maisijahu sõelumise parandamiseks otseekspandeeritud ekstrudeeritud toiduainete, sealhulgas vadaku- või sojavalkudega rikastatud suupistete tootmisel. Osakeste suurus on ekstrusioonis kriitilise tähtsusega, sest see mõjutab koostisainete segunemist, soojusülekannet, paisumist ja lõpptoote tekstuuri. Seetõttu püüdsid teadlased eraldada maisijahu osakesed vahemikus 200 kuni 450 μm – selle rakenduse jaoks eelistatud vahemik.

Tavapärast sõelumist testiti 5, 10 ja 15 minutit. Kuna maisijahu sisaldab kleepuvat tärklist, põrkusid osakesed kokku ja moodustasid aglomeraate, mis ummistasid sõela, eriti 450 μm võrgusilma. Ummistus algas esimese või teise minuti jooksul ja süvenes pikema töötlemise korral. Seetõttu langes jahu osakaal soovitud vahemikus 55,58%-lt 5 minuti järel 54,11%-ni 10 minuti järel ja ainult 49,37%-ni 15 minuti järel.

Katseid korrati ultraheli süsteemiga, mille nimivõimsus on kuni 250 W ja mis töötab sagedusel 24 kHz. Iga sõelumisaja puhul hinnati kolme ultraheli amplituudi – 25%, 50% ja 75%. Kõrgsageduslikud mehaanilised vibratsioonid läbisid sõela, lõhkusid aglomeraadid ja hoidsid võrgusilma avad puhtad.

Ultraheliga vibreeritavad sõelad andsid olulise paranemise:

• 5 minuti järel suurenes kasutatav fraktsioon amplituudiga, ulatudes 75% amplituudil 79,57%-ni.
• 10 minuti järel 75% amplituudil jäi 83,79% jahust sihtvahemikku, võrreldes 54,11%-ga tavapärase sõelumise puhul – kasv ligi 30 protsendipunkti.
• 15 minuti järel 75% amplituudil püsis sihtfraktsioon sarnaselt kõrge, 83,4%, võrreldes vaid 49,37%-ga ilma ultrahelita.

Kaks parimat tulemust ületasid uuringus kasutatud 75% võrdlustaseme majanduslikult tasuva töötlemise jaoks.

Maisijahu sõelumise tulemused ultraheli sõela raputiga 10 minuti järel
Uuring ja graafika: ©Brnčić et al., 2009.

Ultrahelisõelumise peamine eelis on seega selle võime vältida sõela ummistumist ning pakkuda samal ajal suuremat ja ühtlasemat õige suurusega materjali saagist. See võib samuti säilitada sõelumisvõimsuse, vähendada sõltuvust käsitsi või mehaaniliselt tehtavatest puhastusmeetoditest ning piirata sellega kaasnevaid võrgusilma kahjustamise ja toote saastumise riske.

Kokkuvõttes tuvastab uuring 10-minutilise sõelumise 75% ultraheli amplituudil kõige tõhusama katsetatud tingimusena. Saadud jahufraktsioon toetab ühtlasemat segamist valgukontsentraatidega ning peaks soodustama ühtlasemat ekstrusiooni, paisumist ja toote tekstuuri. Meetod võib sobida ka teiste pulbriliste materjalide osakeste suuruse järgi eraldamiseks.

Miks peaksin kasutama ultraheli sõelrättat?

• Sõela ummistumise vältimine: Peente, kleepuvate pulbrite (nagu maisijahu) tavapärane sõelumine põhjustab sageli kiiret võrgusilmade ummistumist, mis tuleneb tärklise kleepuvusest tingitud osakeste aglomeratsioonist. Ultraheli vibratsioon lõhub need aglomeraadid pidevalt, hoides võrgusilmad kogu protsessi vältel puhtana.
• Saagise ja täpsuse oluline suurenemine: Ummistumist vältides võib ultraheliga sõelumine oluliselt parandada soovitud osakeste fraktsiooni saagist. Näiteks juhtumiuuringus suurenes sihtfraktsioon (200–450 μm) traditsioonilise sõelumise alla 55%-lt üle 83%-ni ultraheli kasutamisel.
• Järgneva töötluse optimeerimine: Täpne osakeste suuruse jaotus on analüüsi, kvaliteedikontrolli ja tööstuslike rakenduste jaoks kriitilise tähtsusega.
• Parem toimivus peente osakestega: Traditsioonilised meetodid ebaõnnestuvad sageli peente sõeltega (nt 450 μm või väiksemad) kiire ummistumise tõttu. Ultraheliga ummistuse eemaldamine tagab, et ka kõige peenemad sõelad jäävad tõhusaks, võimaldades peente pulbrite ja suspensioonide suure täpsusega eraldamist.
• Parem võrgusilma vastupidavus, vähem puhastamist: Mehaanilised ummistuse eemaldamise kettad või käsitsi sekkumine võivad olla ebatõhusad ja potentsiaalselt kahjustada õrnu sõelavõrke. Ultraheli sõelrätid vähendavad sõelavõrgu kulumist.
• Aja- ja kulutõhusus: Ultraheliga sõelumine annab suurema saagise lühema aja jooksul, võrreldes pikendatud traditsioonilise sõelumisajaga, mis annab madalama saagise. See tõhusus vähendab tööjõukulusid ja suurendab laboratooriumi läbilaskevõimet.
• Mitmekülgsus erinevates tööstusharudes: Kuigi tehnoloogiat on demonstreeritud toidumaterjalidega, nagu mais-, nisu- ja rukkijahu, on see rakendatav mitmesuguste peente pulbrite ja vedelikes hõljuvate osakeste puhul, mistõttu on see väärtuslik farmaatsia-, keemia- ja materjaliteaduse uuringutes.
• Parem korratavus: Pakkudes ühtlast ja kontrollitud ummistuse eemaldamise mehhanismi, vähendab ultraheliga sõelumine käsitsi sõelumise või mehaanilise koputamisega seotud varieeruvust, mis annab usaldusväärsemaid ja korratavamaid analüütilisi tulemusi.

Kirjandus / viited

• 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).