बेहतर छनाई के लिए अल्ट्रासोनिक सीव शेकर – एक केस स्टडी

बारीक पाउडर की पारंपरिक यांत्रिक छनाई में अक्सर कणों के समूह तेजी से बनने के कारण बाधा आती है – ये समूह प्रायः स्टार्च की चिपचिपाहट के कारण बनते हैं – जो छलनी की जाली को जल्दी बंद कर देते हैं और पृथक्करण दक्षता को बहुत कम कर देते हैं। अल्ट्रासोनिक सीव शेकर उच्च आवृत्ति वाले यांत्रिक कंपनों से छलनी की सतह के अवरोध लगातार हटाकर इस गंभीर चुनौती का समाधान करता है।
यहाँ प्रस्तुत अध्ययन के परिणाम पारंपरिक विधियों की तुलना में पृथक्करण दक्षता में उल्लेखनीय सुधार दर्शाते हैं; पारंपरिक छनाई से जहाँ 200–450 μm की इष्टतम सीमा में 55% से कम सामग्री प्राप्त हुई, वहीं अल्ट्रासोनिक व्यवस्था ने वांछित अंश की प्राप्ति में काफी वृद्धि की। विशेष रूप से, 75% अल्ट्रासोनिक आयाम पर 10 मिनट के छनाई चक्र ने मक्के के आटे के 83.79% हिस्से को लक्षित आकार सीमा में सफलतापूर्वक अलग किया, जिससे सिद्ध होता है कि सटीक कण आकार वितरण सुनिश्चित करने के लिए अल्ट्रासोनिक विधि से जाली के अवरोध हटाना एक अत्यधिक प्रभावी और औचित्यपूर्ण प्रसंस्करण विधि है।

अल्ट्रासोनिक सीव शेकर के उपयोग से किसे लाभ होता है

• गुणवत्ता नियंत्रण और प्रयोगशाला अनुसंधान: कण आकार का विश्लेषण करने वाले वैज्ञानिकों और तकनीशियनों को जाली के अवरुद्ध होने से उत्पन्न व्यवधान के बिना सटीक और पुनरुत्पादनीय परिणाम मिलते हैं।
• खाद्य उद्योग और प्रसंस्करणकर्ता: मक्के, गेहूँ और राई के आटे जैसी स्टार्च आधारित सामग्रियों का उपयोग करने वाले उद्योगों को एकसमान कण आकार से लाभ मिलता है, जो सीधे प्रसारित एक्सट्रूडेट जैसे उत्पादों के अनुकूलन के लिए आवश्यक है।
• विनिर्माण कार्य: एक्सट्रूज़न या इसी तरह की प्रक्रियाओं का उपयोग करने वाली इकाइयाँ अपने अंतिम उत्पादों की गुणवत्ता में सुधार करती हैं, क्योंकि एकसमान कण आकार प्रसंस्करण के दौरान बेहतर ऊष्मा अंतरण और वांछित बनावट संबंधी गुण सुनिश्चित करते हैं।

केस स्टडी: मक्के के आटे की छनाई के दौरान जालियों के अवरोध हटाने के लिए अल्ट्रासोनिक सीव शेकर

Brnčić और सहकर्मियों (2009) की केस स्टडी में सीधे प्रसारित एक्सट्रूडेड खाद्य पदार्थों के उत्पादन के लिए मक्के के आटे की छनाई में सुधार हेतु Hielscher अल्ट्रासोनिक सीव शेकर के उपयोग का मूल्यांकन किया गया है। इन खाद्य पदार्थों में व्हे या सोया प्रोटीन से समृद्ध स्नैक्स भी शामिल हैं। एक्सट्रूज़न में कण आकार अत्यंत महत्वपूर्ण होता है, क्योंकि यह अवयवों के मिश्रण, ऊष्मा अंतरण, प्रसार और अंतिम उत्पाद की बनावट को प्रभावित करता है। इसलिए शोधकर्ताओं का उद्देश्य मक्के के आटे के 200 और 450 μm के बीच के कणों को अलग करना था – यह इस अनुप्रयोग के लिए पसंदीदा सीमा है।

पारंपरिक छनाई का परीक्षण 5, 10 और 15 मिनट तक किया गया। मक्के के आटे में चिपचिपा स्टार्च होने के कारण कण आपस में टकराए और उनके समूह बने, जिन्होंने छलनी, विशेष रूप से 450 μm की जाली, को अवरुद्ध कर दिया। अवरोध पहले या दूसरे मिनट के भीतर शुरू हो गया और प्रसंस्करण का समय बढ़ने के साथ बढ़ता गया। परिणामस्वरूप, वांछित सीमा में आने वाले आटे का अनुपात 5 मिनट के बाद 55.58% से घटकर 10 मिनट के बाद 54.11% और 15 मिनट के बाद केवल 49.37% रह गया।

250 W तक की निर्धारित शक्ति वाली और 24 kHz पर संचालित अल्ट्रासोनिक प्रणाली का उपयोग करके परीक्षण दोहराए गए। छनाई की प्रत्येक अवधि पर तीन अल्ट्रासोनिक आयामों – 25%, 50% और 75% – का मूल्यांकन किया गया। उच्च आवृत्ति वाले यांत्रिक कंपन छलनी से होकर गुजरे, कणों के समूहों को तोड़ा और जाली के छिद्रों को खुला रखा।

अल्ट्रासोनिक कंपन वाली छलनियों से उल्लेखनीय सुधार हुआ:

• 5 मिनट के बाद, आयाम बढ़ने के साथ उपयोग योग्य अंश बढ़ा और 75% आयाम पर 79.57% तक पहुँच गया।
• 75% आयाम पर 10 मिनट के बाद, आटे का 83.79% हिस्सा लक्षित सीमा में आया, जबकि पारंपरिक छनाई से 54.11% प्राप्त हुआ – यह लगभग 30 प्रतिशत अंकों की वृद्धि है।
• 75% आयाम पर 15 मिनट के बाद, लक्षित अंश इसी तरह उच्च स्तर पर 83.4% बना रहा, जबकि अल्ट्रासाउंड के बिना यह केवल 49.37% था।

दो सर्वोत्तम परिणाम आर्थिक रूप से व्यवहार्य प्रसंस्करण के लिए अध्ययन के 75% मानदंड से अधिक थे।

अल्ट्रासोनिक सीव शेकर का उपयोग करके 10 मिनट तक मक्के के आटे की छनाई के परिणाम
अध्ययन और चित्र: ©Brnčić et al., 2009.

इसलिए अल्ट्रासोनिक छनाई का मुख्य लाभ यह है कि यह छलनी की जाली को बंद होने से रोकते हुए सही आकार वाली सामग्री की अधिक और अधिक सुसंगत प्राप्ति सुनिश्चित कर सकती है। यह छनाई की क्षमता को बनाए रख सकती है, हाथ से या यांत्रिक तरीकों से सफाई पर निर्भरता कम कर सकती है, और इनसे जुड़े जाली को नुकसान पहुँचने तथा उत्पाद के संदूषण के जोखिमों को सीमित कर सकती है।

समग्र रूप से, अध्ययन में 75% अल्ट्रासोनिक आयाम पर 10 मिनट की छनाई को परीक्षण की गई सबसे दक्ष स्थिति के रूप में पहचाना गया है। इससे प्राप्त आटे का अंश प्रोटीन सांद्रों के साथ अधिक समान मिश्रण में सहायक होता है और इससे एक्सट्रूज़न, प्रसार तथा उत्पाद की बनावट में अधिक सुसंगतता को बढ़ावा मिलना चाहिए। यह विधि अन्य चूर्णित सामग्रियों को भी कण आकार के आधार पर अलग करने के लिए उपयुक्त हो सकती है।

मुझे अल्ट्रासोनिक छलनी शेकर का उपयोग क्यों करना चाहिए?

• छलनी की जाली का बंद होना समाप्त करना: महीन, चिपचिपे पाउडरों (जैसे मक्के के आटे) की पारंपरिक छनाई में अक्सर स्टार्च की चिपचिपाहट के कारण कणों के समूह बनने से जाली तेजी से बंद हो जाती है। अल्ट्रासोनिक कंपन इन समूहों को लगातार तोड़ते रहते हैं, जिससे पूरी प्रक्रिया के दौरान जाली के छिद्र खुले रहते हैं।
• प्राप्ति और सटीकता में उल्लेखनीय वृद्धि: अवरोध को रोककर, अल्ट्रासोनिक छनाई वांछित कण अंश की प्राप्ति में बहुत अधिक सुधार कर सकती है। उदाहरण के लिए, इस केस स्टडी में लक्षित अंश (200–450 μm) पारंपरिक छनाई में 55% से कम था, जो अल्ट्रासाउंड का उपयोग करने पर बढ़कर 83% से अधिक हो गया।
• बाद की प्रसंस्करण प्रक्रियाओं का अनुकूलन: विश्लेषण, गुणवत्ता नियंत्रण और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए सटीक कण आकार वितरण अत्यंत महत्वपूर्ण है।
• महीन कणों के साथ श्रेष्ठ प्रदर्शन: महीन जालियों (जैसे 450 μm या उससे छोटी) के साथ पारंपरिक विधियाँ अक्सर तेजी से अवरोध उत्पन्न होने के कारण विफल हो जाती हैं। अल्ट्रासोनिक विधि से जाली का अवरोध हटाना सुनिश्चित करता है कि सबसे महीन जालियाँ भी प्रभावी बनी रहें, जिससे महीन पाउडरों और निलंबनों का अत्यंत सटीक पृथक्करण संभव होता है।
• जाली का बेहतर टिकाऊपन, सफाई की कम आवश्यकता: जाली का अवरोध हटाने वाली यांत्रिक डिस्क या हाथ से किया जाने वाला हस्तक्षेप अक्षम हो सकता है और छलनी की नाजुक जालियों को नुकसान पहुँचा सकता है। अल्ट्रासोनिक छलनी शेकर छलनी की जाली की टूट-फूट और घिसाव कम करते हैं।
• समय और लागत की दक्षता: लंबे समय तक की जाने वाली पारंपरिक छनाई, जिसमें प्राप्ति दर कम होती है, की तुलना में अल्ट्रासोनिक छनाई कम समय में अधिक प्राप्ति देती है। यह दक्षता श्रम लागत कम करती है और प्रयोगशाला की नमूना प्रसंस्करण क्षमता बढ़ाती है।
• विभिन्न उद्योगों में बहुउपयोगिता: यद्यपि इस तकनीक का प्रदर्शन मक्के, गेहूँ और राई के आटे जैसी खाद्य सामग्रियों के साथ किया गया है, यह विभिन्न महीन पाउडरों और द्रवों में निलंबित कणों पर भी लागू होती है, जिससे यह औषधीय, रासायनिक और पदार्थ विज्ञान अनुसंधान के लिए उपयोगी बनती है।
• बेहतर पुनरुत्पादकता: जाली का अवरोध हटाने की एक सुसंगत और नियंत्रित क्रियाविधि प्रदान करके, अल्ट्रासोनिक छनाई हाथ से की जाने वाली छनाई या यांत्रिक थपथपाहट से जुड़ी परिवर्तनशीलता को कम करती है, जिससे अधिक विश्वसनीय और दोहराने योग्य विश्लेषणात्मक परिणाम मिलते हैं।

साहित्य / संदर्भ

• 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.
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