Máy lắc sàng siêu âm giúp cải thiện quá trình sàng – Một nghiên cứu điển hình

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

Những đối tượng được hưởng lợi từ việc sử dụng máy lắc sàng 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 thu được kết quả chính xác, có khả năng tái lập mà không bị ảnh hưởng bởi tình trạng bít tắc lưới sàng.
• Ngành công nghiệp thực phẩm & các cơ sở chế biến: Các ngành xử lý nguyên liệu có thành phần chính là tinh bột như bột ngô, bột mì và bột lúa mạch đen được hưởng lợi từ kích thước hạt đồng nhất, yếu tố thiết yếu để tối ưu hóa các sản phẩm như sản phẩm ép đùn nở trực tiếp.
• Hoạt động sản xuất: Các cơ sở sử dụng quy trình ép đùn hoặc các quy trình tương tự cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng, vì kích thước hạt đồng đều bảo đảm khả năng truyền nhiệt tốt hơn và các đặc tính cấu trúc mong muốn trong quá trình chế biến.

Nghiên cứu điển hình: Máy lắc sàng siêu âm để khử bít tắc lưới sàng trong quá trình sàng bột ngô

Nghiên cứu điển hình của Brnčić và các cộng sự (2009) đánh giá việc sử dụng máy lắc sàng siêu âm Hielscher để cải thiện quá trình sàng bột ngô phục vụ sản xuất thực phẩm ép đùn nở trực tiếp, bao gồm đồ ăn nhẹ được bổ sung protein whey hoặc protein đậu nành. Kích thước hạt có vai trò then chốt trong quá trình ép đùn vì ảnh hưởng đến việc phối trộn nguyên liệu, truyền nhiệt, độ nở và cấu trúc sản phẩm cuối cùng. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu phân tách các hạt bột ngô có kích thước từ 200 đến 450 μm – khoảng kích thước được ưu tiên cho ứng dụng này.

Phương pháp sàng thông thường được thử nghiệm trong 5, 10 và 15 phút. Do bột ngô chứa tinh bột có tính dính, các hạt va chạm và tạo thành các khối kết tụ gây bít tắc sàng, đặc biệt là lưới sàng 450 μm. Tình trạng bít tắc bắt đầu 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 trong khoảng kích thước mong muốn giảm từ 55,58% sau 5 phút xuống 54,11% sau 10 phút và chỉ còn 49,37% sau 15 phút.

Các thử nghiệm được lặp lại bằng một hệ thống siêu âm có công suất định mức lên đến 250 W và hoạt động ở tần số 24 kHz. Ba mức biên độ siêu âm – 25%, 50% và 75% – được đánh giá ở mỗi thời lượng sàng. Các dao động cơ học tần số cao truyền qua sàng, phá vỡ các khối kết tụ và giữ cho các lỗ lưới sàng thông thoáng.

Các sàng được rung bằng siêu âm mang lại sự cải thiện đáng kể:

• Sau 5 phút, tỷ lệ phân đoạn có thể sử dụng tăng theo biên độ, đạt 79,57% ở biên độ 75%.
• Sau 10 phút ở biên độ 75%, 83,79% lượng bột nằm trong khoảng kích thước mục tiêu, so với 54,11% khi sử dụng phương pháp sàng thông thường – tăng gần 30 điểm phần trăm.
• Sau 15 phút ở biên độ 75%, tỷ lệ phân đoạn mục tiêu vẫn cao tương tự, ở mức 83,4%, so với chỉ 49,37% khi không sử dụng siêu âm.

Hai kết quả tốt nhất vượt mức chuẩn 75% mà nghiên cứu đặt ra cho quá trình xử lý khả thi về mặt kinh tế.

Kết quả sàng bột ngô bằng máy lắc sàng siêu âm sau 10 phút
Nghiên cứu và đồ thị: ©Brnčić et al., 2009.

Vì vậy, ưu điểm chính của sàng siêu âm là khả năng ngăn ngừa tắc lưới sàng đồng thời thu được lượng vật liệu có kích thước phù hợp lớn hơn và ổn định hơn. Phương pháp này cũng có thể duy trì năng suất sàng, giảm sự phụ thuộc vào các phương pháp làm sạch thủ công hoặc cơ học, đồng thời hạn chế các nguy cơ hư hỏng lưới và nhiễm bẩn sản phẩm liên quan.

Nhìn chung, nghiên cứu xác định sàng trong 10 phút ở biên độ siêu âm 75% là điều kiện hiệu quả nhất trong số các điều kiện đã thử nghiệm. Phân đoạn bột thu được giúp trộn đồng đều hơn với các chế phẩm protein cô đặc và được kỳ vọng sẽ giúp quá trình đùn, sự nở và kết cấu sản phẩm ổn định hơn. Phương pháp này cũng có thể phù hợp để phân tách các vật liệu dạng bột khác theo kích thước hạt.

Tại sao nên sử dụng máy lắc sàng siêu âm?

• Loại bỏ tình trạng tắc lưới sàng: Sàng thông thường đối với các loại bột mịn, có tính dính (như bột ngô) thường dẫn đến tắc lưới nhanh chóng do các hạt kết tụ vì tính dính của tinh bột. Rung động siêu âm liên tục phá vỡ các khối kết tụ này, giữ cho các lỗ lưới thông thoáng trong suốt quá trình.
• Tăng đáng kể hiệu suất thu hồi và độ chính xác: Bằng cách ngăn ngừa tắc nghẽn, sàng siêu âm có thể cải thiện mạnh mẽ khả năng thu hồi phân đoạn hạt mong muốn. Ví dụ, trong nghiên cứu điển hình này, tỷ lệ phân đoạn mục tiêu (200–450 μm) tăng từ dưới 55% khi sàng truyền thống lên trên 83% khi sử dụng siêu âm.
• Tối ưu hóa các công đoạn xử lý tiếp theo: Phân bố kích thước hạt chính xác có vai trò then chốt đối với phân tích, kiểm soát chất lượng và các ứng dụng công nghiệp.
• Hiệu quả vượt trội với các hạt mịn: Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả với lưới sàng mịn (ví dụ: 450 μm hoặc nhỏ hơn) do tắc nghẽn nhanh chóng. Việc chống tắc bằng siêu âm bảo đảm ngay cả những lưới sàng mịn nhất vẫn hoạt động hiệu quả, cho phép phân tách bột mịn và huyền phù với độ chính xác cao.
• Tăng độ bền của lưới, giảm nhu cầu làm sạch: Các đĩa chống tắc cơ học hoặc thao tác can thiệp thủ công có thể kém hiệu quả và có nguy cơ làm hư hỏng các lưới sàng mỏng manh. Máy lắc sàng siêu âm làm giảm hao mòn lưới sàng.
• Hiệu quả về thời gian và chi phí: Sàng siêu âm đạt hiệu suất thu hồi cao hơn trong thời gian ngắn hơn so với sàng truyền thống kéo dài nhưng có tỷ lệ thu hồi thấp hơn. Hiệu quả này giúp giảm chi phí nhân công và tăng năng suất xử lý mẫu của phòng thí nghiệm.
• Tính linh hoạt trong nhiều ngành: Mặc dù được minh chứng với các nguyên liệu thực phẩm như bột ngô, bột 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, mang lại giá trị cho nghiên cứu dược phẩm, hóa học và khoa học vật liệu.
• Cải thiện độ tái lập: Nhờ cung cấp cơ chế chống tắc ổn định và có kiểm soát, sàng siêu âm làm giảm sự biến thiên liên quan đến sàng thủ công hoặc gõ cơ học, mang lại kết quả phân tích đáng tin cậy hơn và có độ lặp lại cao hơn.

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• 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).