Ultrazvučna tresilica sita za poboljšano prosijavanje – studija slučaja

Tradicionalno mehaničko prosijavanje finih prahova često otežava brzo stvaranje aglomerata – često uzrokovano ljepljivošću škroba – koji brzo začepljuju mrežicu sita i drastično smanjuju učinkovitost razdvajanja. Ultrazvučna tresilica sita rješava taj ključni problem primjenom visokofrekventnih mehaničkih vibracija koje kontinuirano uklanjaju začepljenja s površine sita.
Rezultati ovdje predstavljene studije pokazuju izrazito poboljšanje učinkovitosti razdvajanja u usporedbi s konvencionalnim metodama; dok je tradicionalnim prosijavanjem dobiveno manje od 55% materijala u optimalnom rasponu veličine od 200–450 μm, ultrazvučni sustav znatno je povećao iskorištenje željene frakcije. Posebno se ističe da je ciklus prosijavanja od 10 minuta pri ultrazvučnoj amplitudi od 75% uspješno izdvojio 83,79% kukuruznog brašna unutar ciljnog raspona veličine, čime je dokazano da je ultrazvučno uklanjanje začepljenja vrlo učinkovita i opravdana metoda obrade za osiguravanje precizne raspodjele veličine čestica.

Tko ima koristi od primjene ultrazvučne tresilice sita

• Kontrola kvalitete i laboratorijska istraživanja: Znanstvenici i tehničari koji provode analizu veličine čestica dobivaju točne, ponovljive rezultate bez ometanja uzrokovanog začepljenjem mrežice sita.
• Prehrambena industrija i prerađivači: Industrije koje obrađuju materijale na bazi škroba, poput kukuruznog, pšeničnog i raženog brašna, imaju koristi od ujednačene veličine čestica, koja je ključna za optimizaciju proizvoda poput izravno ekspandiranih ekstrudata.
• Proizvodni pogoni: Pogoni koji primjenjuju ekstruziju ili slične procese poboljšavaju kvalitetu svojih konačnih proizvoda jer ujednačene veličine čestica osiguravaju bolji prijenos topline i željena teksturna svojstva tijekom obrade.

Studija slučaja: ultrazvučna tresilica sita za uklanjanje začepljenja sita tijekom prosijavanja kukuruznog brašna

Studija slučaja koju su proveli Brnčić i suradnici (2009) procjenjuje primjenu ultrazvučne tresilice sita Hielscher za poboljšanje prosijavanja kukuruznog brašna namijenjenog proizvodnji izravno ekspandiranih ekstrudiranih prehrambenih proizvoda, uključujući grickalice obogaćene proteinima sirutke ili soje. Veličina čestica ključna je pri ekstruziji jer utječe na miješanje sastojaka, prijenos topline, ekspanziju i teksturu konačnog proizvoda. Istraživači su stoga nastojali izdvojiti čestice kukuruznog brašna veličine između 200 i 450 μm – što je poželjan raspon za ovu primjenu.

Konvencionalno prosijavanje ispitano je u trajanju od 5, 10 i 15 minuta. Budući da kukuruzno brašno sadržava ljepljivi škrob, čestice su se sudarale i stvarale aglomerate koji su začepljivali sito, osobito mrežicu s otvorima od 450 μm. Začepljivanje je počelo tijekom prve ili druge minute i pogoršavalo se s duljim trajanjem obrade. Zbog toga se udio brašna u željenom rasponu smanjio s 55,58% nakon 5 minuta na 54,11% nakon 10 minuta i samo 49,37% nakon 15 minuta.

Pokusi su ponovljeni primjenom ultrazvučnog sustava nazivne snage do 250 W koji radi na frekvenciji od 24 kHz. Za svako trajanje prosijavanja ispitane su tri ultrazvučne amplitude – 25%, 50% i 75%. Visokofrekventne mehaničke vibracije prolazile su kroz sito, razbijale aglomerate i održavale otvore mrežice prohodnima.

Sita pobuđivana ultrazvučnim vibracijama donijela su znatno poboljšanje:

• Nakon 5 minuta udio iskoristive frakcije povećavao se s amplitudom, dosegnuvši 79,57% pri amplitudi od 75%.
• Nakon 10 minuta pri amplitudi od 75%, 83,79% brašna bilo je unutar ciljnog raspona, u usporedbi s 54,11% pri konvencionalnom prosijavanju – povećanje od gotovo 30 postotnih bodova.
• Nakon 15 minuta pri amplitudi od 75%, udio ciljne frakcije ostao je slično visok, na 83,4%, u usporedbi sa samo 49,37% bez ultrazvuka.

Dva najbolja rezultata premašila su referentni prag od 75% koji je u studiji postavljen za ekonomski isplativu obradu.

Rezultati prosijavanja kukuruznog brašna ultrazvučnom tresilicom sita nakon 10 minuta
Studija i grafički prikaz: ©Brnčić et al., 2009.

Glavna je prednost ultrazvučnog prosijavanja stoga njegova sposobnost sprječavanja začepljenja sita uz veći i ujednačeniji prinos materijala odgovarajuće veličine čestica. Također može održavati kapacitet prosijavanja, smanjiti potrebu za ručnim ili mehaničkim metodama čišćenja te ograničiti s njima povezane rizike od oštećenja mrežice i kontaminacije proizvoda.

Sveukupno, studija utvrđuje da je 10 minuta prosijavanja pri ultrazvučnoj amplitudi od 75% najučinkovitiji ispitani uvjet. Dobivena frakcija brašna omogućuje ujednačenije miješanje s proteinskim koncentratima i trebala bi pridonijeti ujednačenijoj ekstruziji, ekspanziji i teksturi proizvoda. Metoda bi mogla biti prikladna i za razdvajanje drugih praškastih materijala prema veličini čestica.

Zašto bih trebao upotrebljavati ultrazvučnu tresilicu za sita?

• Uklanjanje začepljenja sita: Konvencionalno prosijavanje finih, ljepljivih prahova (poput kukuruznog brašna) često dovodi do brzog začepljenja mrežice zbog aglomeracije čestica uzrokovane ljepljivošću škroba. Ultrazvučne vibracije neprestano razgrađuju te aglomerate, održavajući otvore mrežice prohodnima tijekom cijelog postupka.
• Znatno povećanje prinosa i točnosti: Sprječavanjem začepljenja ultrazvučno prosijavanje može drastično poboljšati izdvajanje željene frakcije čestica. Primjerice, u studiji slučaja udio ciljne frakcije (200–450 μm) povećao se s manje od 55% pri tradicionalnom prosijavanju na više od 83% uz primjenu ultrazvuka.
• Optimizacija daljnje obrade: Precizna raspodjela veličine čestica ključna je za analizu, kontrolu kvalitete i industrijske primjene.
• Vrhunska učinkovitost s finim česticama: Tradicionalne metode često nisu uspješne pri upotrebi finih mrežica (npr. s otvorima od 450 μm ili manjima) zbog brzog začepljivanja. Ultrazvučno odčepljivanje osigurava učinkovitost čak i najfinijih mrežica, omogućujući vrlo precizno razdvajanje finih prahova i suspenzija.
• Veća trajnost mrežice, manje čišćenja: Mehanički diskovi za odčepljivanje ili ručni zahvati mogu biti neučinkoviti i potencijalno oštetiti osjetljive mrežice sita. Ultrazvučne tresilice za sita smanjuju trošenje i habanje mrežice sita.
• Vremenska i troškovna učinkovitost: Ultrazvučnim prosijavanjem postižu se veći prinosi u kraćem vremenu u usporedbi s produljenim tradicionalnim prosijavanjem kojim se postižu niži stupnjevi izdvajanja. Ta učinkovitost smanjuje troškove rada i povećava kapacitet obrade u laboratoriju.
• Svestranost u različitim industrijama: Iako je demonstrirana na prehrambenim materijalima poput kukuruznog, pšeničnog i raženog brašna, tehnologija je primjenjiva na različite fine prahove i čestice suspendirane u tekućinama, što je čini vrijednom za istraživanja u farmaciji, kemiji i znanosti o materijalima.
• Poboljšana reproducibilnost: Pružajući dosljedan i kontroliran mehanizam odčepljivanja, ultrazvučno prosijavanje smanjuje varijabilnost povezanu s ručnim prosijavanjem ili mehaničkim udaranjem, što dovodi do pouzdanijih i ponovljivijih analitičkih rezultata.

Literatura / Reference

• 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).