વધુ સારી ચાળણ પ્રક્રિયા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી શેકર – એક કેસ સ્ટડી

બારીક પાઉડરની પરંપરાગત યાંત્રિક ચાળણ પ્રક્રિયામાં કણસમૂહોની ઝડપી રચનાને કારણે વારંવાર અવરોધ ઊભો થાય છે – આ રચના ઘણીવાર સ્ટાર્ચની ચીકાશને કારણે થાય છે – જે ચાળણીની જાળીને ઝડપથી બંધ કરી દે છે અને વિભાજનની કાર્યક્ષમતામાં ભારે ઘટાડો કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી શેકર ઉચ્ચ આવૃત્તિનાં યાંત્રિક કંપનોનો ઉપયોગ કરીને ચાળણીની સપાટી પરનાં અવરોધોને સતત દૂર કરે છે અને આ ગંભીર પડકારનો ઉકેલ લાવે છે.
અહીં રજૂ કરેલા અભ્યાસનાં પરિણામો પરંપરાગત પદ્ધતિઓની સરખામણીમાં વિભાજનની કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો દર્શાવે છે; પરંપરાગત ચાળણ પ્રક્રિયાથી શ્રેષ્ઠ 200–450 μm કદની શ્રેણીમાં 55% કરતાં ઓછી સામગ્રી પ્રાપ્ત થઈ હતી, જ્યારે અલ્ટ્રાસોનિક વ્યવસ્થાએ ઇચ્છિત અંશની પ્રાપ્તિમાં નોંધપાત્ર વધારો કર્યો હતો. સૌથી નોંધપાત્ર રીતે, 75% અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તાર પર 10 મિનિટના ચાળણ ચક્રે મકાઈના લોટના 83.79% ભાગને લક્ષિત કદની શ્રેણીમાં સફળતાપૂર્વક અલગ પાડ્યો હતો, જે સાબિત કરે છે કે કણોના કદનું ચોક્કસ વિતરણ સુનિશ્ચિત કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક કંપનોથી જાળીના અવરોધો દૂર કરવા એ અત્યંત અસરકારક અને વાજબી પ્રક્રિયા પદ્ધતિ છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી શેકરના ઉપયોગથી કોને લાભ થાય છે

• ગુણવત્તા નિયંત્રણ અને પ્રયોગશાળા સંશોધન: કણોના કદનું વિશ્લેષણ કરતા વૈજ્ઞાનિકો અને ટેકનિશિયનોને જાળી બંધ થવાથી ઊભા થતા વિક્ષેપ વિના ચોક્કસ અને પુનરુત્પાદનીય પરિણામો મળે છે.
• ખાદ્ય ઉદ્યોગ અને પ્રોસેસરો: મકાઈ, ઘઉં અને રાઈના લોટ જેવી સ્ટાર્ચ આધારિત સામગ્રી સાથે કામ કરતા ઉદ્યોગોને કણોનું કદ સુસંગત રહેવાથી લાભ થાય છે, જે સીધા ફુલાવેલા એક્સ્ટ્રુડેટ્સ જેવાં ઉત્પાદનોને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે આવશ્યક છે.
• ઉત્પાદન કામગીરી: એક્સ્ટ્રુઝન અથવા સમાન પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરતાં એકમો તેમનાં અંતિમ ઉત્પાદનોની ગુણવત્તા સુધારે છે, કારણ કે કણોનું સમાન કદ પ્રક્રિયા દરમિયાન વધુ સારું ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ અને ઇચ્છિત રચનાત્મક ગુણધર્મો સુનિશ્ચિત કરે છે.

કેસ સ્ટડી: મકાઈનો લોટ ચાળતી વખતે જાળીઓના અવરોધો દૂર કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી શેકર

Brnčić અને સહકર્મીઓ (2009)ની કેસ સ્ટડીમાં વ્હે અથવા સોયા પ્રોટીનથી સમૃદ્ધ કરેલા નાસ્તા સહિત સીધા ફુલાવેલા એક્સ્ટ્રુડેડ ખાદ્યપદાર્થોના ઉત્પાદન માટે મકાઈના લોટની ચાળણ પ્રક્રિયા સુધારવા Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી શેકરના ઉપયોગનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું છે. એક્સ્ટ્રુઝનમાં કણોનું કદ અત્યંત મહત્વનું છે, કારણ કે તે ઘટકોનું મિશ્રણ, ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ, ફૂલવાની પ્રક્રિયા અને અંતિમ ઉત્પાદનની રચનાને અસર કરે છે. તેથી સંશોધકોનો હેતુ 200 અને 450 μm વચ્ચેના મકાઈના લોટના કણોને અલગ પાડવાનો હતો – આ ઉપયોગ માટે આ પસંદગીની શ્રેણી છે.

પરંપરાગત ચાળણ પ્રક્રિયાનું 5, 10 અને 15 મિનિટ માટે પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. મકાઈના લોટમાં ચીકણો સ્ટાર્ચ હોવાથી કણો એકબીજા સાથે અથડાયા અને કણસમૂહો બન્યા, જેણે ચાળણીને, ખાસ કરીને 450 μmની જાળીને, બંધ કરી દીધી હતી. પ્રથમ કે બીજી મિનિટમાં જ અવરોધ શરૂ થયો હતો અને પ્રક્રિયાનો સમય વધતાં તે વધુ ગંભીર બન્યો હતો. પરિણામે, ઇચ્છિત શ્રેણીમાં આવતા લોટનું પ્રમાણ 5 મિનિટ પછીના 55.58%થી ઘટીને 10 મિનિટ પછી 54.11% અને 15 મિનિટ પછી માત્ર 49.37% થયું હતું.

250 W સુધીની નિર્ધારિત શક્તિ ધરાવતી અને 24 kHz પર કાર્ય કરતી અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને પરીક્ષણો ફરી કરવામાં આવ્યાં હતાં. ચાળણ પ્રક્રિયાના દરેક સમયગાળા માટે ત્રણ અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તારો – 25%, 50% અને 75% –નું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું. ઉચ્ચ આવૃત્તિનાં યાંત્રિક કંપનો ચાળણીમાંથી પસાર થયાં, કણસમૂહોને તોડી નાખ્યા અને જાળીનાં છિદ્રોને ખુલ્લાં રાખ્યાં હતાં.

અલ્ટ્રાસોનિક કંપનો આપવામાં આવેલી ચાળણીઓથી નોંધપાત્ર સુધારો થયો હતો:

• 5 મિનિટ પછી, કંપનવિસ્તાર વધવાની સાથે ઉપયોગી અંશનું પ્રમાણ વધ્યું હતું અને 75% કંપનવિસ્તાર પર તે 79.57% સુધી પહોંચ્યું હતું.
• 75% કંપનવિસ્તાર પર 10 મિનિટ પછી, લોટનો 83.79% ભાગ લક્ષિત શ્રેણીમાં આવ્યો હતો, જ્યારે પરંપરાગત ચાળણ પ્રક્રિયામાં આ પ્રમાણ 54.11% હતું – એટલે કે લગભગ 30 ટકાવારી બિંદુઓનો વધારો થયો હતો.
• 75% કંપનવિસ્તાર પર 15 મિનિટ પછી, લક્ષિત અંશનું પ્રમાણ એ જ રીતે ઊંચું, 83.4%, રહ્યું હતું, જ્યારે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વિના તે માત્ર 49.37% હતું.

બે શ્રેષ્ઠ પરિણામો આર્થિક રીતે વ્યવહારુ પ્રક્રિયા માટે અભ્યાસમાં નિર્ધારિત 75%ના માપદંડથી વધુ હતાં.

અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી શેકરનો ઉપયોગ કરીને મકાઈનો લોટ ચાળ્યાનાં 10 મિનિટ પછીનાં પરિણામો
અભ્યાસ અને આલેખ: ©Brnčić et al., 2009.

આથી, અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણીકરણનો મુખ્ય લાભ એ છે કે તે યોગ્ય કદની સામગ્રીની વધુ અને વધુ સુસંગત ઉપજ આપવાની સાથે ચાળણીનાં છિદ્રો બંધ થતાં અટકાવી શકે છે. તે ચાળણીકરણની ક્ષમતા જાળવી પણ શકે છે, હાથથી અથવા યાંત્રિક રીતે સફાઈ કરવાની પદ્ધતિઓ પરની નિર્ભરતા ઘટાડી શકે છે અને જાળીને નુકસાન તથા ઉત્પાદનમાં દૂષણ થવાનાં સંબંધિત જોખમોને મર્યાદિત કરી શકે છે.

એકંદરે, અભ્યાસ મુજબ પરીક્ષણ કરેલી પરિસ્થિતિઓમાં 75% અલ્ટ્રાસોનિક કંપવિસ્તાર પર 10 મિનિટનું ચાળણીકરણ સૌથી કાર્યક્ષમ છે. તેનાથી મળતો લોટનો અંશ પ્રોટીન સાંદ્ર પદાર્થો સાથે વધુ એકસમાન મિશ્રણ કરવામાં સહાય કરે છે અને તેનાથી એક્સ્ટ્રુઝન, વિસ્તરણ તથા ઉત્પાદનની સંરચનામાં વધુ સુસંગતતા આવવાની અપેક્ષા છે. આ પદ્ધતિ અન્ય પાઉડર સ્વરૂપની સામગ્રીને કણોના કદ પ્રમાણે અલગ કરવા માટે પણ યોગ્ય હોઈ શકે છે.

મારે અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી કંપકનો ઉપયોગ શા માટે કરવો જોઈએ?

• ચાળણીનાં છિદ્રો બંધ થવાની સમસ્યાનું નિવારણ: બારીક, ચીકણા પાઉડર (જેમ કે મકાઈનો લોટ)નું પરંપરાગત ચાળણીકરણ કરતી વખતે સ્ટાર્ચની ચીકાશને કારણે કણોના સમૂહો બને છે, જેના લીધે ઘણી વાર જાળી ઝડપથી બંધ થઈ જાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક કંપનો આ કણસમૂહોને સતત તોડે છે અને સમગ્ર પ્રક્રિયા દરમિયાન જાળીનાં છિદ્રો ખુલ્લાં રાખે છે.
• ઉપજ અને ચોકસાઈમાં નોંધપાત્ર વધારો: અવરોધ અટકાવીને, અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણીકરણ ઇચ્છિત કણ અંશની પુનઃપ્રાપ્તિમાં બહુ મોટો સુધારો કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આ કિસ્સા અભ્યાસમાં લક્ષિત અંશ (200–450 μm) પરંપરાગત ચાળણીકરણમાં 55%થી ઓછો હતો, જે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરતાં વધીને 83%થી વધુ થયો હતો.
• અનુગામી પ્રક્રિયાઓનું શ્રેષ્ઠીકરણ: વિશ્લેષણ, ગુણવત્તા નિયંત્રણ અને ઔદ્યોગિક ઉપયોગો માટે કણોના કદનું ચોક્કસ વિતરણ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.
• બારીક કણો સાથે શ્રેષ્ઠ કામગીરી: ઝડપથી છિદ્રો બંધ થઈ જવાને કારણે પરંપરાગત પદ્ધતિઓ બારીક જાળીઓ (દા.ત., 450 μm અથવા તેનાથી નાની) સાથે ઘણી વાર નિષ્ફળ જાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે અવરોધ દૂર કરવાથી સૌથી બારીક જાળીઓ પણ અસરકારક રહે છે, જેનાથી બારીક પાઉડર અને નિલંબનોનું અત્યંત ચોકસાઈપૂર્વક વિભાજન શક્ય બને છે.
• જાળીના ટકાઉપણામાં સુધારો, સફાઈની જરૂરિયાતમાં ઘટાડો: અવરોધ દૂર કરતી યાંત્રિક ડિસ્કો અથવા હાથથી કરવામાં આવતી કામગીરી બિનકાર્યક્ષમ હોઈ શકે છે અને ચાળણીની નાજુક જાળીઓને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણી કંપક ચાળણીની જાળીના ઘસારાને ઘટાડે છે.
• સમય અને ખર્ચની કાર્યક્ષમતા: ઓછી પુનઃપ્રાપ્તિ આપતા લાંબા સમયના પરંપરાગત ચાળણીકરણની સરખામણીમાં અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણીકરણ ઓછા સમયમાં વધુ ઉપજ આપે છે. આ કાર્યક્ષમતા શ્રમ ખર્ચ ઘટાડે છે અને પ્રયોગશાળામાં એકમ સમય દીઠ પ્રક્રિયા કરી શકાય તેવા નમૂનાઓની સંખ્યા વધારે છે.
• વિવિધ ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગની બહુમુખીતા: મકાઈ, ઘઉં અને રાઈના લોટ જેવી ખાદ્ય સામગ્રી સાથે આ ટેકનોલોજીનું નિદર્શન કરવામાં આવ્યું છે, પરંતુ તે વિવિધ બારીક પાઉડર અને પ્રવાહીમાં નિલંબિત કણો માટે પણ લાગુ પડે છે, તેથી તે ઔષધ, રસાયણ અને પદાર્થવિજ્ઞાનના સંશોધન માટે મૂલ્યવાન છે.
• પુનરુત્પાદકતામાં સુધારો: અવરોધ દૂર કરવા માટે સુસંગત અને નિયંત્રિત કાર્યપદ્ધતિ પૂરી પાડીને, અલ્ટ્રાસોનિક ચાળણીકરણ હાથથી ચાળવા અથવા યાંત્રિક રીતે ટકોરા મારવા સાથે સંકળાયેલી પરિવર્તનશીલતા ઘટાડે છે, જેનાથી વધુ વિશ્વસનીય અને પુનરાવર્તનીય વિશ્લેષણાત્મક પરિણામો મળે છે.

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• 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).