Ultrasone zeefschudder voor een beter zeefresultaat – Een casestudie

Het traditionele mechanische zeven van fijne poeders wordt vaak bemoeilijkt door de snelle vorming van agglomeraten – vaak veroorzaakt door de kleverigheid van zetmeel – die het zeefoppervlak snel verstoppen en de scheidingsefficiëntie drastisch verminderen. De ultrasone zeefschudder lost dit cruciale probleem op door middel van hoogfrequente mechanische trillingen, waardoor het zeefoppervlak voortdurend wordt ontstopt.
De resultaten van het hier gepresenteerde onderzoek laten een aanzienlijke verbetering van de scheidingsefficiëntie zien in vergelijking met conventionele methoden; terwijl bij traditioneel zeven minder dan 55% van het materiaal in het optimale bereik van 200–450 μm werd verkregen, zorgde de ultrasone opstelling voor een aanzienlijke verbetering van de opbrengst van de gewenste fractie. Het meest opvallend was dat een zeefcyclus van 10 minuten bij een ultrasone amplitude van 75% erin slaagde 83,79% van het maïsmeel binnen het beoogde groottebereik te isoleren, wat aantoont dat ultrasoon ontblinden een zeer effectieve en gerechtvaardigde verwerkingsmethode is om een nauwkeurige deeltjesgrootteverdeling te waarborgen.

Voor wie is het gebruik van een ultrasone zeefschudder interessant?

• kwaliteitscontrole & Laboratoriumonderzoek: Wetenschappers en technici die deeltjesgrootteanalyses uitvoeren, verkrijgen nauwkeurige, reproduceerbare resultaten zonder dat de maaswanden de meting verstoren.
• voedingsmiddelenindustrie & Processors: Bedrijven die werken met op zetmeel gebaseerde grondstoffen, zoals maïs-, tarwe- en roggemeel, hebben baat bij een consistente deeltjesgrootte, wat essentieel is voor het optimaliseren van producten zoals direct geëxpandeerde extrudaten.
• Productieactiviteiten: Bedrijven die gebruikmaken van extrusie of soortgelijke processen verbeteren de kwaliteit van hun eindproducten, aangezien uniforme deeltjesgroottes zorgen voor een betere warmteoverdracht en de gewenste textuureigenschappen tijdens de verwerking.

Praktijkvoorbeeld: Ultrasone zeefschudder voor het ontstoppen van zeven bij het zeven van maïsmeel

In de casestudie van Brnčić en collega’s (2009) wordt het gebruik van de Hielscher-ultrasone zeefschudder geëvalueerd ter verbetering van het zeven van maïsmeel voor de productie van direct geëxpandeerde geëxtrudeerde voedingsmiddelen, waaronder snacks verrijkt met wei- of soja-eiwitten. De deeltjesgrootte is van cruciaal belang bij extrusie, omdat deze van invloed is op het mengen van ingrediënten, de warmteoverdracht, de expansie en de textuur van het eindproduct. De onderzoekers streefden er daarom naar om maïsmeeldeeltjes met een grootte tussen 200 en 450 μm te isoleren – het aanbevolen bereik voor deze toepassing.

Het conventionele zeven werd getest gedurende 5, 10 en 15 minuten. Omdat maïsmeel kleverig zetmeel bevat, botsten de deeltjes tegen elkaar en vormden ze agglomeraten die de zeef verstopten, met name de zeef met een maaswijdte van 450 μm. De verstopping begon al binnen de eerste of tweede minuut en werd erger naarmate de verwerking langer duurde. Bijgevolg daalde het aandeel meel binnen het gewenste bereik van 55,58% na 5 minuten tot 54,11% na 10 minuten en tot slechts 49,37% na 15 minuten.

De proeven werden herhaald met behulp van een ultrasoon systeem met een nominaal vermogen van maximaal 250 W en een werkfrequentie van 24 kHz. Drie ultrasone amplitudes – 25%, 50% en 75% – werden bij elke zeefduur geëvalueerd. De mechanische trillingen met hoge frequentie drongen door de zeef heen, braken agglomeraten af en hielden de maasopeningen vrij.

Zeefmachines met ultrasone trillingen zorgden voor een aanzienlijke verbetering:

• Na 5 minuten nam het bruikbare aandeel toe naarmate de amplitude toenam, en bereikte het 79,57% bij een amplitude van 75%.
• Na 10 minuten bij een amplitude van 75% viel 83,79% van het meel binnen het streefbereik, tegenover 54,11% bij conventionele zeefbehandeling – een stijging van bijna 30 procentpunten.
• Na 15 minuten bij een amplitude van 75% bleef het streefpercentage met 83,4% eveneens hoog, terwijl dit zonder echografie slechts 49,37% bedroeg.

De twee beste resultaten overtroffen de benchmark van 75% die in het onderzoek was vastgesteld voor economisch haalbare verwerking.

Resultaten van het zeven van maïsmeel met behulp van de ultrasone zeefschudder na 10 minuten
Onderzoek en grafiek: ©Brnčić et al., 2009.

Het belangrijkste voordeel van ultrasoon zeven is dan ook dat het verstopping van de zeef voorkomt en tegelijkertijd een grotere en consistentere opbrengst aan materiaal met de juiste korrelgrootte oplevert. Bovendien kan het de zeefcapaciteit op peil houden, de afhankelijkheid van handmatige of mechanische reinigingsmethoden verminderen en de daarmee samenhangende risico’s op schade aan de zeef en productverontreiniging beperken.

Over het geheel genomen wijst het onderzoek uit dat 10 minuten zeven bij een ultrasone amplitude van 75% de meest efficiënte geteste conditie is. De verkregen meelfractie zorgt voor een gelijkmatigere menging met eiwitconcentraten en zou moeten leiden tot een consistentere extrusie, expansie en producttextuur. De methode kan mogelijk ook geschikt zijn voor de scheiding op basis van de deeltjesgrootte van andere poedervormige materialen.

Waarom zou ik een ultrasone zeefschudder gebruiken?

• Voorkomen van zeefverstopping: Bij het traditionele zeven van fijne, kleverige poeders (zoals maïsmeel) raken de zeefopeningen vaak snel verstopt doordat de deeltjes gaan klonteren als gevolg van de kleverigheid van het zetmeel. Ultrasone trillingen breken deze klonters voortdurend af, waardoor de zeefopeningen gedurende het hele proces vrij blijven.
• Aanzienlijke toename van de opbrengst en de nauwkeurigheid: Door verstopping te voorkomen, kan ultrasoon zeven de opbrengst van de gewenste deeltjesfractie aanzienlijk verbeteren. In de casestudy steeg de doelfractie (200–450 μm) bijvoorbeeld van minder dan 55% bij traditioneel zeven tot meer dan 83% bij gebruik van ultrasoon zeven.
• Optimalisatie van de verdere verwerking: Een nauwkeurige deeltjesgrootteverdeling is van cruciaal belang voor analyse, kwaliteitscontrole en industriële toepassingen.
• Uitstekende prestaties bij fijne deeltjes: Traditionele methoden schieten vaak tekort bij fijne maaswijdtes (bijvoorbeeld 450 μm of kleiner) vanwege snelle verstopping. Ultrasone ontverstopping zorgt ervoor dat zelfs de fijnste maaswijdtes effectief blijven, waardoor een uiterst nauwkeurige scheiding van fijne poeders en suspensies mogelijk is.
• Verbeterde duurzaamheid van het gaas, minder schoonmaakwerk: Mechanische ontstoppingsschijven of handmatig ingrijpen kunnen inefficiënt zijn en mogelijk schade toebrengen aan de kwetsbare zeefgaasjes. Ultrasone zeefschudders verminderen de slijtage van het zeefgaas.
• Tijd- en kostenefficiëntie: Met ultrasoon zeven worden in kortere tijd hogere opbrengsten behaald, in tegenstelling tot de langere traditionele zeeftijden die lagere terugwinningspercentages opleveren. Deze efficiëntie verlaagt de arbeidskosten en verhoogt de doorvoercapaciteit van het laboratorium.
• Veelzijdigheid in diverse sectoren: Hoewel de technologie is gedemonstreerd met voedingsmiddelen zoals maïs-, tarwe- en roggemeel, is ze toepasbaar op diverse fijne poeders en deeltjes die in vloeistoffen zweven, waardoor ze van grote waarde is voor onderzoek op het gebied van de farmacie, de chemie en de materiaalkunde.
• Verbeterde reproduceerbaarheid: Door een consistent en gecontroleerd mechanisme voor het opheffen van de blindering te bieden, vermindert ultrasoon zeven de variabiliteit die gepaard gaat met handmatig zeven of mechanisch kloppen, wat leidt tot betrouwbaardere en beter herhaalbare analyseresultaten.

Literatuur / Referenties