Ultraljudssiktmaskin för förbättrad siktning – En fallstudie

Traditionell mekanisk siktning av fina pulver hindras ofta av att agglomerat bildas snabbt – orsakas ofta av stärkelse som klibbar – vilka snabbt täpper till siktnätet och drastiskt minskar separationsverkningsgraden. Ultraljudssiktmaskinen löser detta allvarliga problem genom att använda högfrekventa mekaniska vibrationer för att kontinuerligt rensa siktytan.
Resultaten från den här presenterade studien visar en dramatisk förbättring av separationsverkningsgraden jämfört med konventionella metoder; medan traditionell siktning gav mindre än 55 % av materialet inom det optimala intervallet 200–450 μm, förbättrade ultraljudsmetoden utvinningen av den önskade fraktionen avsevärt. Särskilt anmärkningsvärt är att en 10-minuters siktcykel vid en ultraljudsamplitud på 75 % framgångsrikt isolerade 83,79 % av majsmjölet inom målstorleksintervallet, vilket bevisar att ultraljudsavsiktning är en mycket effektiv och motiverad bearbetningsmetod för att säkerställa en exakt partikelstorleksfördelning.

Vem har nytta av att använda en ultraljudssiktmaskin?

• kvalitetskontroll & Laboratorieforskning: Forskare och tekniker som utför partikelstorleksanalyser får exakta och reproducerbara resultat utan att nätets igensättning påverkar mätresultaten.
• livsmedelsindustri & Processorer: Branscher som arbetar med stärkelsebaserade råvaror som majs, vete och rågmjöl drar nytta av en jämn partikelstorlek, vilket är avgörande för att optimera produkter såsom direktexpanderade extruderade produkter.
• Tillverkningsverksamhet: Anläggningar som använder extrudering eller liknande processer förbättrar kvaliteten på sina slutprodukter, eftersom enhetliga partikelstorlekar säkerställer bättre värmeöverföring och önskade konsistensegenskaper under bearbetningen.

Fallstudie: Ultraljudssiktmaskin för att avlägsna ansamlingar på siktar vid siktning av majsmjöl

I fallstudien av Brnčić och kollegor (2009) utvärderas användningen av Hielschers ultraljudssikt för att förbättra siktningen av majsmjöl vid tillverkning av direktutvidgade extruderade livsmedel, däribland snacks berikade med vassle- eller sojaproteiner. Partikelstorleken är avgörande vid extrudering eftersom den påverkar blandningen av ingredienser, värmeöverföringen, expansionen och slutproduktens konsistens. Forskarna strävade därför efter att isolera majsmjölspartiklar mellan 200 och 450 μm – det rekommenderade intervallet för denna tillämpning.

Konventionell siktning testades under 5, 10 och 15 minuter. Eftersom majsmjöl innehåller klibbig stärkelse kolliderade partiklarna och bildade klumpar som blockerade sikten, särskilt maskorna på 450 μm. Igensättningen började redan under den första eller andra minuten och förvärrades ju längre bearbetningen pågick. Följaktligen sjönk andelen mjöl inom det önskade intervallet från 55,58 % efter 5 minuter till 54,11 % efter 10 minuter och till endast 49,37 % efter 15 minuter.

Försöken upprepades med ett ultraljudssystem med en nominell effekt på upp till 250 W och en frekvens på 24 kHz. Tre ultraljudsamplituder – 25 %, 50 % och 75 % – utvärderades vid varje siktningstid. De högfrekventa mekaniska vibrationerna trängde igenom sikten, bröt upp klumpar och höll maskorna fria.

Siktar med ultraljudsvibrationer ledde till en avsevärd förbättring:

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

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

Resultat av siktning av majsmjöl med hjälp av ultraljudssiktmaskinen efter 10 minuter
Studie och diagram: ©Brnčić m.fl., 2009.

Den största fördelen med ultraljudssiktning är därför att den förhindrar att siktarna täpps igen, samtidigt som den ger ett större och mer jämnt utbyte av material i rätt storlek. Den kan dessutom upprätthålla siktkapaciteten, minska behovet av manuella eller mekaniska rengöringsmetoder och begränsa de därmed förknippade riskerna för skador på siktnätet och produktföroreningar.

Sammantaget visar studien att 10 minuters siktning vid 75 % ultraljudsamplitud är det mest effektiva av de testade förhållandena. Den resulterande mjölfraktionen möjliggör en mer enhetlig blandning med proteinkoncentrat och bör bidra till en mer jämn extrudering, expansion och produktkonsistens. Metoden kan även vara lämplig för partikelstorleksseparering av andra pulverformiga material.

Varför ska jag använda en ultraljudssikt?

• Undvikande av siktblockering: Vid konventionell siktning av fina, klibbiga pulver (som majsmjöl) blockeras ofta siktmaskorna snabbt på grund av att partiklarna klumpar ihop sig till följd av stärkelsens klibbighet. Ultraljudsvibrationer bryter kontinuerligt ned dessa klumpar, vilket håller siktmaskorna fria under hela processen.
• Betydande ökning av avkastning och noggrannhet: Genom att förhindra igensättning kan ultraljudssiktning avsevärt förbättra utvinningen av den önskade partikelfraktionen. I fallstudien ökade till exempel målfraktionen (200–450 μm) från under 55 % vid traditionell siktning till över 83 % vid användning av ultraljud.
• Optimering av efterföljande bearbetning: En exakt partikelstorleksfördelning är avgörande för analys, kvalitetskontroll och industriella tillämpningar.
• Överlägsen prestanda med fina partiklar: Traditionella metoder misslyckas ofta vid användning av fina nät (t.ex. 450 μm eller mindre) på grund av att de snabbt sätts igen. Rengöring med ultraljud säkerställer att även de finaste näten förblir effektiva, vilket möjliggör högprecisionsseparation av fina pulver och suspensioner.
• Förbättrad hållbarhet hos nätet, mindre behov av rengöring: Mekaniska avslamningsskivor eller manuellt ingrepp kan vara ineffektiva och riskera att skada känsliga siktnät. Ultraljudssiktmaskiner minskar slitaget på siktnätet.
• Tids- och kostnadseffektivitet: Ultraljudssiktning ger högre utbyten på kortare tid jämfört med de längre siktningstiderna vid traditionell siktning, som ger lägre utvinningsgrader. Denna effektivitet minskar arbetskraftskostnaderna och ökar laboratoriets genomströmning.
• Mångsidighet inom olika branscher: Tekniken har visserligen demonstrerats med livsmedelsråvaror som majs-, vete- och rågmjöl, men den kan tillämpas på olika finpulver och partiklar som är suspenderade i vätskor, vilket gör den värdefull för forskning inom läkemedels-, kemikalie- och materialvetenskap.
• Förbättrad reproducerbarhet: Genom att tillhandahålla en konsekvent och kontrollerad mekanism för avblindning minskar ultraljudssiktningen den variabilitet som är förknippad med manuell siktning eller mekanisk knackning, vilket leder till mer tillförlitliga och repeterbara analysresultat.

Litteratur / Referenser