Ultraljudssiktskakare för förbättrad siktning – en fallstudie

Traditionell mekanisk siktning av fina pulver hindras ofta av att agglomerat snabbt bildas – ofta på grund av stärkelsens klibbighet – vilka snabbt täpper igen siktduken och drastiskt minskar separationseffektiviteten. Ultraljudssiktskakaren hanterar denna avgörande utmaning genom att använda högfrekventa mekaniska vibrationer för att kontinuerligt hålla siktytan fri från igensättningar.
Resultaten från den här presenterade studien visar en dramatisk förbättring av separationseffektiviteten jämfört med konventionella metoder; medan traditionell siktning gav mindre än 55% av materialet i det optimala intervallet 200–450 μm, ökade ultraljudsuppställningen avsevärt utbytet av den önskade fraktionen. Mest anmärkningsvärt var att en siktningscykel på 10 minuter vid en ultraljudsamplitud på 75% lyckades isolera 83,79% av majsmjölet inom det avsedda storleksintervallet, vilket visar att rensning med ultraljud är en mycket effektiv och motiverad bearbetningsmetod för att säkerställa en exakt partikelstorleksfördelning.

Vilka har nytta av att använda en ultraljudssiktskakare

• Kvalitetskontroll och laboratorieforskning: Forskare och tekniker som utför partikelstorleksanalyser får exakta, reproducerbara resultat utan störningar från igensättning av siktduken.
• Livsmedelsindustri och förädlingsföretag: Industrier som hanterar stärkelsebaserade material som majs-, vete- och rågmjöl drar nytta av en enhetlig partikelstorlek, vilket är avgörande för att optimera produkter som direktexpanderade extrudat.
• Tillverkningsverksamheter: Anläggningar som använder extrudering eller liknande processer förbättrar kvaliteten på sina slutprodukter, eftersom enhetliga partikelstorlekar säkerställer bättre värmeöverföring och önskade texturegenskaper under bearbetningen.

Fallstudie: Ultraljudssiktskakare för rensning av siktdukar vid siktning av majsmjöl

Fallstudien av Brnčić och kollegor (2009) utvärderar användningen av Hielschers ultraljudssiktskakare för att förbättra siktningen av majsmjöl för tillverkning av direktexpanderade extruderade livsmedel, inklusive snacks berikade med vassle- eller sojaproteiner. Partikelstorleken är avgörande vid extrudering eftersom den påverkar ingrediensblandning, värmeöverföring, expansion och slutproduktens textur. Forskarna ville därför isolera majsmjölspartiklar mellan 200 och 450 μm – det föredragna intervallet för denna tillämpning.

Konventionell siktning testades under 5, 10 och 15 minuter. Eftersom majsmjöl innehåller klibbig stärkelse kolliderade partiklarna och bildade agglomerat som täppte igen sikten, särskilt siktduken med en maskvidd på 450 μm. Igensättningen började redan under den första eller andra minuten och förvärrades vid längre bearbetning. Följaktligen minskade andelen mjöl i det önskade intervallet från 55,58% efter 5 minuter till 54,11% efter 10 minuter och endast 49,37% efter 15 minuter.

Försöken upprepades med ett ultraljudssystem med en märkeffekt på upp till 250 W och en driftfrekvens på 24 kHz. Tre ultraljudsamplituder – 25%, 50% och 75% – utvärderades för varje siktningstid. De högfrekventa mekaniska vibrationerna fortplantades genom sikten, bröt upp agglomerat och höll siktöppningarna fria.

Siktar som vibrerades med ultraljud gav en avsevärd förbättring:

• Efter 5 minuter ökade den användbara fraktionen med amplituden och nådde 79,57% vid 75% amplitud.
• Efter 10 minuter vid 75% amplitud låg 83,79% av mjölet inom det avsedda intervallet, jämfört med 54,11% vid konventionell siktning – en ökning med nästan 30 procentenheter.
• Efter 15 minuter vid 75% amplitud låg den önskade fraktionen kvar på en liknande hög nivå, 83,4%, jämfört med endast 49,37% utan ultraljud.

De två bästa resultaten översteg studiens riktvärde på 75% för ekonomiskt lönsam bearbetning.

Resultat från siktning av majsmjöl med ultraljudssiktskakaren efter 10 minuter
Studie och grafik: ©Brnčić et al., 2009.

Den främsta fördelen med ultraljudssiktning är därför dess förmåga att förhindra igensättning av sikten samtidigt som den ger ett större och jämnare utbyte av material med rätt partikelstorlek. Den kan också bibehålla siktningskapaciteten, minska beroendet av manuella eller mekaniska rengöringsmetoder och begränsa de därmed förknippade riskerna för skador på siktduken och produktkontaminering.

Sammantaget identifierar studien 10 minuters siktning vid 75% ultraljudsamplitud som den effektivaste av de testade betingelserna. Den resulterande mjölfraktionen underlättar jämnare blandning med proteinkoncentrat och bör främja jämnare extrudering, expansion och produkttextur. Metoden kan även vara lämplig för separation efter partikelstorlek av andra pulverformiga material.

Varför ska jag använda en siktskakare med ultraljud?

• Eliminering av siktigensättning: Konventionell siktning av fina, klibbiga pulver (som majsmjöl) leder ofta till snabb igensättning av siktduken på grund av partikelagglomerering orsakad av stärkelsens klibbighet. Ultraljudsvibrationer bryter kontinuerligt sönder dessa agglomerat och håller siktöppningarna fria under hela processen.
• Betydande ökning av utbyte och noggrannhet: Genom att förhindra igensättning kan ultraljudssiktning drastiskt förbättra utbytet av den önskade partikelfraktionen. I fallstudien ökade till exempel målfraktionen (200–450 μm) från under 55% med traditionell siktning till över 83% med ultraljud.
• Optimering av efterföljande bearbetning: En exakt partikelstorleksfördelning är avgörande för analys, kvalitetskontroll och industriella tillämpningar.
• Överlägsen prestanda med fina partiklar: Traditionella metoder fungerar ofta inte med finmaskiga siktdukar (t.ex. 450 μm eller mindre) på grund av snabb igensättning. Rensning med ultraljud säkerställer att även de finaste siktdukarna förblir effektiva, vilket möjliggör separation med hög precision av fina pulver och suspensioner.
• Förbättrad hållbarhet hos siktduken, minskat rengöringsbehov: Mekaniska siktrensningsskivor eller manuella ingrepp kan vara ineffektiva och potentiellt skadliga för ömtåliga siktdukar. Siktskakare med ultraljud minskar slitaget på siktduken.
• Tids- och kostnadseffektivitet: Ultraljudssiktning ger högre utbyten på kortare tid jämfört med förlängda traditionella siktningstider som ger lägre utbyte. Denna effektivitet minskar arbetskostnaderna och ökar laboratoriets provgenomströmning.
• Mångsidighet inom olika branscher: Tekniken har demonstrerats med livsmedelsmaterial som majs-, vete- och rågmjöl, men är även tillämplig på olika fina pulver och partiklar suspenderade i vätskor, vilket gör den värdefull för läkemedelsforskning, kemisk forskning och materialvetenskaplig forskning.
• Förbättrad reproducerbarhet: Genom att tillhandahålla en jämn och kontrollerad mekanism för siktrensning minskar ultraljudssiktning den variation som är förknippad med manuell siktning eller mekanisk knackning, vilket leder till mer tillförlitliga och repeterbara analysresultat.

Litteratur / Referenser

• 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).