Ултразвучни тресач сита за побољшано просејавање – студија случаја

Традиционално механичко просејавање финих прахова често је отежано брзим формирањем агломерата – често изазваним лепљивошћу скроба – који брзо зачепљују мрежу сита и драстично смањују ефикасност раздвајања. Ултразвучни тресач сита решава овај кључни проблем применом високофреквентних механичких вибрација за непрекидно одчепљивање површине сита.
Резултати овде представљене студије показују драстично побољшање ефикасности раздвајања у поређењу са конвенционалним методама; док је традиционалним просејавањем добијено мање од 55% материјала у оптималном опсегу величине 200–450 μm, ултразвучна поставка је значајно повећала издвајање жељене фракције. Посебно се истиче то што је циклус просејавања од 10 минута при ултразвучној амплитуди од 75% успешно издвојио 83,79% кукурузног брашна у циљном опсегу величине, чиме је доказано да је ултразвучно одчепљивање веома ефикасна и оправдана метода обраде за обезбеђивање прецизне расподеле величине честица.

Ко има користи од употребе ултразвучног тресача сита

• Контрола квалитета и лабораторијска истраживања: Научници и техничари који врше анализу величине честица добијају тачне, поновљиве резултате без сметњи услед зачепљења мреже сита.
• Прехрамбена индустрија и прерађивачи: Индустрије које обрађују материјале на бази скроба, попут кукурузног, пшеничног и ражаног брашна, имају користи од уједначене величине честица, што је неопходно за оптимизацију производа као што су директно експандирани екструдати.
• Производни погони: Погони који користе екструзију или сличне процесе побољшавају квалитет својих крајњих производа, јер уједначене величине честица обезбеђују бољи пренос топлоте и жељена текстурна својства током обраде.

Студија случаја: ултразвучни тресач сита за одчепљивање мрежа сита током просејавања кукурузног брашна

Студија случаја коју су спровели Brnčić и сарадници (2009) процењује употребу ултразвучног тресача сита Hielscher за побољшање просејавања кукурузног брашна за производњу директно експандиране екструдиране хране, укључујући грицкалице обогаћене протеинима сурутке или соје. Величина честица је од пресудног значаја за екструзију јер утиче на мешање састојака, пренос топлоте, експанзију и текстуру крајњег производа. Стога су истраживачи настојали да издвоје честице кукурузног брашна величине између 200 и 450 μm – пожељног опсега за ову примену.

Конвенционално просејавање је испитано у трајању од 5, 10 и 15 минута. Пошто кукурузно брашно садржи лепљив скроб, честице су се сударале и формирале агломерате који су зачепљивали сито, посебно мрежу са отворима од 450 μm. Зачепљивање је почело током првог или другог минута и погоршавало се са дужом обрадом. Последично, удео брашна у жељеном опсегу опао је са 55,58% након 5 минута на 54,11% након 10 минута и само 49,37% након 15 минута.

Огледи су поновљени коришћењем ултразвучног система називне снаге до 250 W, који ради на 24 kHz. За свако трајање просејавања испитане су три ултразвучне амплитуде – 25%, 50% и 75%. Високофреквентне механичке вибрације преносиле су се кроз сито, разбијале агломерате и одржавале отворе мреже проходним.

Сита побуђена ултразвучним вибрацијама донела су значајно побољшање:

• Након 5 минута, употребљива фракција се повећавала са амплитудом, достижући 79,57% при амплитуди од 75%.
• Након 10 минута при амплитуди од 75%, 83,79% брашна налазило се у циљном опсегу, у поређењу са 54,11% при конвенционалном просејавању – повећање од скоро 30 процентних поена.
• Након 15 минута при амплитуди од 75%, циљна фракција је остала на слично високом нивоу од 83,4%, у поређењу са само 49,37% без ултразвука.

Два најбоља резултата премашила су референтни праг од 75% који је у студији постављен за економски исплативу обраду.

Резултати просејавања кукурузног брашна коришћењем ултразвучног тресача сита након 10 минута
Студија и графички приказ: ©Brnčić et al., 2009.

Главна предност ултразвучног просејавања је, дакле, његова способност да спречи зачепљење сита, уз већи и уједначенији принос материјала одговарајуће величине честица. Оно такође може да одржи капацитет просејавања, смањи ослањање на ручне или механичке методе чишћења и ограничи повезане ризике од оштећења мрежице и контаминације производа.

У целини, студија утврђује да је просејавање у трајању од 10 минута при ултразвучној амплитуди од 75% најефикаснији испитани услов. Добијена фракција брашна омогућава уједначеније мешање са протеинским концентратима и требало би да допринесе уједначенијој екструзији, експанзији и текстури производа. Метода може бити погодна и за раздвајање других прашкастих материјала према величини честица.

Зашто треба да користим ултразвучни тресач сита?

• Елиминисање зачепљења сита: Конвенционално просејавање финих, лепљивих прахова (попут кукурузног брашна) често доводи до брзог зачепљења мрежице услед агломерације честица изазване лепљивошћу скроба. Ултразвучне вибрације непрекидно разбијају ове агломерате, одржавајући отворе мрежице проходним током целог процеса.
• Значајно повећање приноса и тачности: Спречавањем зачепљења, ултразвучно просејавање може драстично да побољша издвајање жељене фракције честица. На пример, у студији случаја, удео циљне фракције (200–450 μm) повећао се са мање од 55% при традиционалном просејавању на преко 83% уз примену ултразвука.
• Оптимизација наредних фаза обраде: Прецизна расподела величине честица од пресудног је значаја за анализу, контролу квалитета и индустријске примене.
• Врхунске перформансе са финим честицама: Традиционалне методе често нису успешне код мрежица са малим отворима (нпр. 450 μm или мањим) због брзог зачепљења. Ултразвучно спречавање зачепљења обезбеђује да чак и мрежице са најмањим отворима остану ефикасне, омогућавајући високопрецизно раздвајање финих прахова и суспензија.
• Већа трајност мрежице, мања потреба за чишћењем: Механички дискови за одчепљивање или ручне интервенције могу бити неефикасни и потенцијално оштетити осетљиве мрежице сита. Ултразвучни тресач сита смањује хабање мрежице сита.
• Временска и трошковна ефикасност: Ултразвучним просејавањем постижу се већи приноси за краће време у поређењу са продуженим традиционалним просејавањем, које даје мањи степен издвајања. Ова ефикасност смањује трошкове рада и повећава број узорака које лабораторија може да обради у јединици времена.
• Свестраност у различитим индустријама: Иако је демонстрирана на прехрамбеним материјалима попут кукурузног, пшеничног и ражаног брашна, технологија је применљива на различите фине прахове и честице суспендоване у течностима, што је чини вредном за истраживања у фармацији, хемији и науци о материјалима.
• Побољшана репродуктивност: Обезбеђивањем уједначеног и контролисаног механизма спречавања зачепљења, ултразвучно просејавање смањује варијабилност повезану са ручним просејавањем или механичким лупкањем, што доводи до поузданијих и поновљивијих аналитичких резултата.

Литература / Референце

• 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).