Ultraääniseulakone tehokkaampaan seulontaan – Tapaustutkimus

Hienojakoisten jauheiden perinteistä mekaanista seulontaa haittaa usein agglomeraattien nopea muodostuminen – johtuu usein tärkkelyksen tahmeudesta – jotka tukkivat seulaverkon nopeasti ja heikentävät erottelutehokkuutta huomattavasti. Ultraääniseulakone ratkaisee tämän kriittisen ongelman hyödyntämällä korkeataajuisia mekaanisia värähtelyjä, jotka puhdistavat seulapinnan jatkuvasti tukoksista.
Tässä esitellyn tutkimuksen tulokset osoittavat erottelutehokkuuden dramaattisen parantumisen verrattuna perinteisiin menetelmiin; kun perinteisellä seulonnalla saatiin alle 55 % materiaalista optimaaliseen 200–450 μm:n kokoluokkaan, ultraäänijärjestelmä paransi merkittävästi halutun fraktion talteenottoa. Erityisen huomionarvoista on, että 10 minuutin seulontakierros 75 %:n ultraääniamplitudilla eristi onnistuneesti 83,79 % maissijauhoista tavoitekokoluokkaan, mikä osoittaa, että ultraäänipuhdistus on erittäin tehokas ja perusteltu käsittelymenetelmä tarkan hiukkaskokojakauman varmistamiseksi.

Kuka hyötyy ultraääniseulakoneen käytöstä

• Laadunvalvonta & Laboratoriotutkimus: Hiukkaskokomittauksia suorittavat tutkijat ja teknikot saavat tarkkoja ja toistettavia tuloksia ilman, että silmäkokojen tukkeutuminen vaikuttaa tuloksiin.
• elintarviketeollisuus & Prosessorit: Maissin, vehnän ja rukiin jauhojen kaltaisia tärkkelyspohjaisia raaka-aineita käsittelevät teollisuudenalat hyötyvät tasaisesta raekokojakaumasta, joka on olennaisen tärkeää esimerkiksi suoraan paisutettujen ekstrudaattituotteiden optimoinnin kannalta.
• Tuotantotoiminta: Laitokset, joissa hyödynnetään suulakepuristusta tai vastaavia menetelmiä, parantavat lopputuotteidensa laatua, sillä tasaiset raekoot takaavat paremman lämmönsiirron ja halutut rakenneominaisuudet jalostuksen aikana.

Tapaustutkimus: Ultraääniseulakone seulojen puhdistamiseen maissijauhon seulonnan aikana

Brnčićin ja hänen kollegoidensa (2009) tekemässä tapaustutkimuksessa arvioidaan Hielscher-ultraääniseulakoneen käyttöä maissijauhon seulonnan tehostamiseksi suoraan paisutettujen ekstrudoitujen elintarvikkeiden tuotannossa, mukaan lukien hera- tai soijaproteiineilla rikastetut välipalat. Hiukkaskoko on ekstruusiossa ratkaisevan tärkeä tekijä, sillä se vaikuttaa ainesosien sekoittumiseen, lämmönsiirtoon, paisumiseen ja lopputuotteen tekstuuriin. Siksi tutkijoiden tavoitteena oli eristää maissijauhon hiukkaset, joiden koko oli 200–450 μm. – tämän sovelluksen suositeltu alue.

Perinteistä seulontaa testattiin 5, 10 ja 15 minuutin ajan. Koska maissijauho sisältää tahmeaa tärkkelystä, hiukkaset törmäsivät toisiinsa ja muodostivat agglomeraatteja, jotka tukkivat seulan, erityisesti 450 μm:n silmäkoon. Tukkeutuminen alkoi jo ensimmäisen tai toisen minuutin aikana ja paheni käsittelyn edetessä. Tämän seurauksena halutulla kokoluokalla olevan jauhon osuus laski 55,58 prosentista 5 minuutin kuluttua 54,11 prosenttiin 10 minuutin kuluttua ja vain 49,37 prosenttiin 15 minuutin kuluttua.

Kokeet toistettiin käyttämällä ultraäänijärjestelmää, jonka nimellisteho oli enintään 250 W ja taajuus 24 kHz. Kolme ultraääniamplitudia – 25 %, 50 % ja 75 % – arvioitiin kunkin seulontakeston aikana. Seulan läpi kulkeneet korkeataajuiset mekaaniset värähtelyt hajottivat agglomeraatteja ja pitivät silmäkokoa avoimina.

Ultraäänivärähtelevät seulat toivat mukanaan huomattavan parannuksen:

• Viiden minuutin kuluttua käyttökelpoinen osuus kasvoi amplitudin kasvaessa ja saavutti 79,57 % 75 %:n amplitudilla.
• Kun amplitudi oli 75 %:n tasolla 10 minuutin ajan, 83,79 % jauhoista sijoittui tavoitealueelle, kun taas perinteisellä seulonnalla vastaava osuus oli 54,11 % – lähes 30 prosenttiyksikön kasvu.
• 15 minuutin kuluttua 75 %:n amplitudilla tavoiteosuus pysyi yhtä korkeana, 83,4 %, kun se ilman ultraääntä oli vain 49,37 %.

Kaksi parasta tulosta ylittivät tutkimuksessa asetetun 75 prosentin vertailuarvon, joka määrittää jalostuksen taloudellisen kannattavuuden.

Maissijauhon seulontatulokset ultraääniseulakoneella 10 minuutin kuluttua
Tutkimus ja kaavio: ©Brnčić ym., 2009.

Ultraääniseulonnan suurin etu onkin sen kyky estää seulan tukkeutuminen ja tuottaa samalla suurempi ja tasaisempi saanto oikeankokoista materiaalia. Se voi myös ylläpitää seulontakapasiteettia, vähentää riippuvuutta manuaalisista tai mekaanisista puhdistusmenetelmistä sekä rajoittaa seulan vaurioitumiseen ja tuotteen saastumiseen liittyviä riskejä.

Yleisesti ottaen tutkimuksessa todettiin, että 10 minuutin kestoinen seulonta 75 prosentin ultraääniamplitudilla oli testatuista olosuhteista tehokkain. Tuloksena saatu jauhofraktio mahdollistaa tasaisemman sekoittumisen proteiinikonsentraattien kanssa ja sen pitäisi edistää yhtenäisempää ekstruusiota, paisumista ja tuotteen tekstuuria. Menetelmä saattaa sopia myös muiden jauhemaisten materiaalien hiukkaskoon mukaan tapahtuvaan erotteluun.

Miksi minun kannattaisi käyttää ultraääniseulakonetta?

• Seulan tukkeutumisen estäminen: Hienojen, tahmeiden jauheiden (kuten maissijauhon) perinteinen seulonta johtaa usein seulaverkon nopeaan tukkeutumiseen, mikä johtuu tärkkelyksen tahmeuden aiheuttamasta hiukkasten agglomeroitumisesta. Ultraäänivärähtelyt hajottavat näitä agglomeraatteja jatkuvasti, jolloin seulaverkon aukot pysyvät avoimina koko prosessin ajan.
• Tuoton ja tarkkuuden merkittävä kasvu: Estämällä tukkeutumisen ultraääniseulonta voi parantaa merkittävästi halutun hiukkasfraktion saantoa. Esimerkiksi esitetyllä tapaustutkimuksella kohdefraktion (200–450 μm) saanto nousi perinteisellä seulonnalla saavutetusta alle 55 prosentista yli 83 prosenttiin ultraääniseulonnan avulla.
• Jälkikäsittelyn optimointi: Tarkka hiukkaskokojakauma on ratkaisevan tärkeää analysoinnissa, laadunvalvonnassa ja teollisissa sovelluksissa.
• Erinomainen suorituskyky hienojakoisten hiukkasten kanssa: Perinteiset menetelmät epäonnistuvat usein hienojakoisilla seuloilla (esim. 450 μm tai pienemmillä) niiden nopean tukkeutumisen vuoksi. Ultraäänipuhdistus varmistaa, että myös hienojakoisimmat seulat pysyvät toimintakykyisinä, mikä mahdollistaa hienojakoisten jauheiden ja suspensioiden erittäin tarkan erottelun.
• Parannettu verkon kestävyys, vähemmän puhdistusta: Mekaaniset siivilän puhdistuslevyt tai manuaalinen puuttuminen voivat olla tehottomia ja mahdollisesti vahingoittaa herkkiä siiviläverkkoja. Ultraäänisiivilälaite vähentää siiviläverkon kulumista.
• Aika- ja kustannustehokkuus: Ultraääniseulonnalla saavutetaan suurempi saanto lyhyemmässä ajassa verrattuna perinteiseen seulontaan, jossa seulonta kestää kauemmin ja saanto on pienempi. Tämä tehokkuus alentaa työvoimakustannuksia ja lisää laboratorion tuotantoa.
• Monipuolisuus eri toimialoilla: Vaikka tekniikka on esitetty maissi-, vehnä- ja ruisjauhon kaltaisten elintarvikemateriaalien avulla, sitä voidaan soveltaa moniin erilaisiin hienoihin jauheisiin ja nesteissä leijuvien hiukkasiin, minkä vuoksi se on arvokas apuväline lääke-, kemian- ja materiaalitieteiden tutkimuksessa.
• Parannettu toistettavuus: Tarjoamalla johdonmukaisen ja hallitun peitteen poistomenetelmän ultraääniseulonta vähentää manuaaliseen seulontaan tai mekaaniseen ravisteluun liittyvää vaihtelua, mikä johtaa luotettavampiin ja toistettavampiin analyysituloksiin.

Kirjallisuus / Viitteet