Máy rung sàng siêu âm giúp nâng cao hiệu quả sàng lọc – Một nghiên cứu điển hình

Quá trình sàng lọc cơ học truyền thống đối với bột mịn thường bị cản trở do sự hình thành nhanh chóng của các cụm kết tụ – thường do tính dính của tinh bột gây ra – điều này nhanh chóng làm tắc nghẽn lưới rây và làm giảm đáng kể hiệu suất phân tách. Máy rây siêu âm giải quyết thách thức quan trọng này bằng cách sử dụng các dao động cơ học tần số cao để liên tục làm thông thoáng bề mặt lưới rây.
Kết quả của nghiên cứu được trình bày ở đây cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất tách so với các phương pháp truyền thống; trong khi phương pháp sàng lọc truyền thống chỉ thu được dưới 55% vật liệu trong khoảng kích thước tối ưu 200–450 μm, thì thiết bị siêu âm đã nâng cao đáng kể tỷ lệ thu hồi của phân đoạn mong muốn. Đáng chú ý nhất, một chu kỳ sàng lọc kéo dài 10 phút với biên độ siêu âm 75% đã tách thành công 83,79% bột ngô nằm trong khoảng kích thước mục tiêu, chứng minh rằng phương pháp tách bằng siêu âm là một phương pháp xử lý hiệu quả cao và hợp lý để đảm bảo phân bố kích thước hạt chính xác.

Ai là người được hưởng lợi từ việc sử dụng máy rây rung siêu âm?

• Kiểm soát chất lượng & Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: Các nhà khoa học và kỹ thuật viên thực hiện phân tích kích thước hạt có thể thu được kết quả chính xác, có thể lặp lại mà không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tắc lưới.
• Công nghiệp thực phẩm & Bộ xử lý: Các ngành công nghiệp sử dụng nguyên liệu từ tinh bột như bột ngô, bột lúa mì và bột lúa mạch đen đều được hưởng lợi từ kích thước hạt đồng đều, yếu tố thiết yếu để tối ưu hóa các sản phẩm như sản phẩm ép đùn giãn nở trực tiếp.
• Hoạt động sản xuất: Các cơ sở sản xuất sử dụng quy trình đùn hoặc các quy trình tương tự giúp nâng cao chất lượng sản phẩm thành phẩm, bởi kích thước hạt đồng đều đảm bảo khả năng truyền nhiệt tốt hơn và mang lại các đặc tính kết cấu mong muốn trong quá trình chế biến.

Nghiên cứu điển hình: Máy rung sàng siêu âm để loại bỏ cặn bám trên lưới trong quá trình sàng bột ngô

Nghiên cứu điển hình của Brnčić và các cộng sự (2009) đánh giá việc sử dụng máy rây rung siêu âm Hielscher để cải thiện quá trình rây bột ngô trong sản xuất thực phẩm ép đùn giãn nở trực tiếp, bao gồm các loại đồ ăn nhẹ được bổ sung protein whey hoặc protein đậu nành. Kích thước hạt đóng vai trò quan trọng trong quá trình ép đùn vì nó ảnh hưởng đến quá trình trộn nguyên liệu, truyền nhiệt, quá trình nở và kết cấu của sản phẩm cuối cùng. Do đó, các nhà nghiên cứu đã đặt mục tiêu tách các hạt bột ngô có kích thước nằm trong khoảng từ 200 đến 450 μm – phạm vi ưu tiên cho ứng dụng này.

Quá trình rây lọc thông thường đã được thử nghiệm trong 5, 10 và 15 phút. Do bột ngô chứa tinh bột dính, các hạt va chạm vào nhau và tạo thành các cụm kết tụ làm tắc nghẽn lưới rây, đặc biệt là lưới có kích thước mắt lưới 450 μm. Tình trạng tắc nghẽn bắt đầu xuất hiện ngay trong phút đầu tiên hoặc phút thứ hai và trở nên nghiêm trọng hơn khi thời gian xử lý kéo dài. Do đó, tỷ lệ bột nằm trong khoảng kích thước mong muốn đã giảm từ 55,58% sau 5 phút xuống còn 54,11% sau 10 phút và chỉ còn 49,37% sau 15 phút.

Các thử nghiệm đã được lặp lại bằng cách sử dụng một hệ thống siêu âm có công suất định mức tối đa 250 W và hoạt động ở tần số 24 kHz. Ba biên độ siêu âm – 25%, 50% và 75% – đã được đánh giá tại từng khoảng thời gian sàng. Các dao động cơ học tần số cao truyền qua lưới sàng, phá vỡ các khối kết tụ và giữ cho các lỗ lưới luôn thông thoáng.

Các rây rung bằng sóng siêu âm đã mang lại sự cải thiện đáng kể:

• Sau 5 phút, tỷ lệ phần có thể sử dụng tăng theo biên độ, đạt 79,57% khi biên độ là 75%.
• Sau 10 phút với biên độ 75%, 83,79% lượng bột nằm trong phạm vi mục tiêu, so với 54,11% khi sử dụng phương pháp rây truyền thống – mức tăng gần 30 điểm phần trăm.
• Sau 15 phút ở biên độ 75%, tỷ lệ mục tiêu vẫn duy trì ở mức cao tương tự là 83,4%, so với chỉ 49,37% khi không sử dụng siêu âm.

Hai kết quả tốt nhất đã vượt qua ngưỡng 75% của nghiên cứu về khả năng chế biến có hiệu quả kinh tế.

Kết quả sàng bột ngô bằng máy sàng rung siêu âm sau 10 phút
Nghiên cứu và đồ họa: ©Brnčić và cộng sự, 2009.

Do đó, ưu điểm chính của phương pháp sàng siêu âm là khả năng ngăn ngừa hiện tượng tắc sàng đồng thời mang lại sản lượng vật liệu có kích thước phù hợp lớn hơn và ổn định hơn. Phương pháp này còn giúp duy trì công suất sàng, giảm sự phụ thuộc vào các phương pháp làm sạch thủ công hoặc cơ học, đồng thời hạn chế các rủi ro liên quan đến hư hỏng lưới sàng và ô nhiễm sản phẩm.

Nhìn chung, nghiên cứu đã xác định rằng quá trình rây trong 10 phút ở biên độ siêu âm 75% là điều kiện thử nghiệm hiệu quả nhất. Phần bột thu được giúp quá trình trộn với các chất cô đặc protein diễn ra đồng đều hơn và dự kiến sẽ góp phần mang lại kết quả ép đùn, nở và kết cấu sản phẩm ổn định hơn. Phương pháp này cũng có thể phù hợp để phân tách theo kích thước hạt đối với các vật liệu dạng bột khác.

Tại sao tôi nên sử dụng máy rây rung siêu âm?

• Loại bỏ hiện tượng tắc rây: Quá trình sàng lọc thông thường đối với các loại bột mịn và dính (như bột ngô) thường dẫn đến tình trạng tắc lưới nhanh chóng do sự kết tụ của các hạt gây ra bởi độ dính của tinh bột. Dao động siêu âm liên tục phá vỡ các cụm kết tụ này, giúp giữ cho các lỗ lưới luôn thông thoáng trong suốt quá trình.
• Sự gia tăng đáng kể về năng suất và độ chính xác: Bằng cách ngăn ngừa hiện tượng tắc nghẽn, phương pháp sàng siêu âm có thể cải thiện đáng kể hiệu suất thu hồi phân đoạn hạt mong muốn. Ví dụ, trong nghiên cứu điển hình này, tỷ lệ phân đoạn mục tiêu (200–450 μm) đã tăng từ dưới 55% khi sử dụng phương pháp sàng truyền thống lên hơn 83% khi áp dụng công nghệ siêu âm.
• Tối ưu hóa quy trình chế biến sau thu hoạch: Phân bố kích thước hạt chính xác có vai trò quyết định đối với công tác phân tích, kiểm soát chất lượng và các ứng dụng công nghiệp.
• Hiệu suất vượt trội khi xử lý các hạt mịn: Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả khi sử dụng lưới có mắt lưới rất mịn (ví dụ: 450 μm hoặc nhỏ hơn) do hiện tượng tắc nghẽn nhanh chóng. Công nghệ làm sạch lưới bằng sóng siêu âm đảm bảo rằng ngay cả những loại lưới có mắt lưới mịn nhất vẫn duy trì được hiệu quả, từ đó cho phép tách các loại bột mịn và dung dịch lơ lửng với độ chính xác cao.
• Tăng cường độ bền của lưới, giảm tần suất vệ sinh: Việc sử dụng đĩa gỡ cặn cơ học hoặc can thiệp thủ công có thể kém hiệu quả và có nguy cơ làm hỏng lưới sàng mỏng manh. Máy rung sàng siêu âm giúp giảm thiểu sự mài mòn của lưới sàng.
• Hiệu quả về thời gian và chi phí: Phương pháp sàng siêu âm mang lại năng suất cao hơn trong thời gian ngắn hơn so với phương pháp sàng truyền thống kéo dài, vốn cho tỷ lệ thu hồi thấp hơn. Hiệu quả này giúp giảm chi phí nhân công và tăng năng suất của phòng thí nghiệm.
• Khả năng ứng dụng đa dạng trong các ngành: Mặc dù đã được chứng minh trên các nguyên liệu thực phẩm như bột ngô, bột lúa mì và bột lúa mạch đen, công nghệ này có thể áp dụng cho nhiều loại bột mịn và hạt lơ lửng trong chất lỏng khác nhau, nhờ đó mang lại giá trị lớn cho các nghiên cứu trong lĩnh vực dược phẩm, hóa học và khoa học vật liệu.
• Nâng cao khả năng tái hiện: Nhờ cung cấp một cơ chế gỡ mù nhất quán và được kiểm soát, phương pháp sàng siêu âm giúp giảm thiểu độ biến thiên liên quan đến việc sàng thủ công hoặc gõ cơ học, từ đó mang lại kết quả phân tích đáng tin cậy và có tính lặp lại cao hơn.

Văn học / Tài liệu tham khảo