Phân tích kích thước hạt bột sấy phun bằng CAMSIZER X2 PLUS

Bột sấy phun được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm. Sữa bột, bột kem và nhiều vật liệu khác có thể được sản xuất bằng công nghệ sấy phun. Phương pháp này giúp giảm hàm lượng nước và tạo ra sản phẩm dạng bột. Bột có thời hạn sử dụng dài hơn và thuận tiện hơn trong quá trình bảo quản.

Trong sản xuất sữa bột, sữa hoặc kem được xử lý trước khi đưa vào tháp sấy phun. Nguyên liệu được phân tán qua các vòi phun nhỏ vào dòng khí nóng. Các giọt nguyên liệu nhanh chóng mất phần lớn lượng nước còn lại. Theo kết quả thử nghiệm, hàm lượng nước có thể giảm từ 87,5% xuống khoảng 3%. Sản phẩm thu được là bột mịn.

Kích thước hạt ảnh hưởng đến chất lượng bột

Phân bố kích thước hạt là một đặc tính quan trọng của bột sấy phun. Với sữa bột, kích thước hạt thường nằm trong khoảng 20 μm đến 500 μm. Kích thước hạt có liên quan đến các đặc tính như khả năng hòa tan, khả năng hoàn nguyên và tính chảy của bột. Vì vậy, phân tích kích thước hạt là một bước quan trọng trong đánh giá chất lượng.

Tuy nhiên, phân tích kích thước hạt sữa bột không phải lúc nào cũng đơn giản. Bột sữa có thể dễ dàng kết tụ. Hiện tượng này đặc biệt rõ ở những vật liệu có hàm lượng chất béo cao.

Hạn chế của phương pháp sàng

Sàng rung có thể gặp khó khăn khi phân tích các loại bột sấy phun. Các hạt có xu hướng kết tụ trong quá trình phân tích. Việc kêt tụ này có thể làm tắc các lỗ sàng. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích kích thước hạt.

Sàng khí có thể cải thiện khả năng tách hạt trong một số trường hợp. Tuy nhiên, phương pháp này cũng không phải lựa chọn tối ưu cho mọi loại vật liệu. Với bột có cấu trúc mảnh, áp suất phân tán quá cao có thể làm phá vỡ các cấu trúc của hạt.

Đối với bột kem, vấn đề còn rõ rệt hơn. Hàm lượng chất béo cao khiến vật liệu dễ kết tụ. Kết quả thí nghiệm cho thấy sàng rung không phù hợp với mẫu bột kem. Ngay cả sàng khí cũng có thể không tạo ra sự phân tán đủ tốt. Mẫu có thể bám vào nắp và khung của sàng. Các kết tụ lớn vẫn có thể tồn tại trên sàng.

Sự phân bố kích thước hạt của sữa bột. CAMSIZER X2 (màu đỏ), sàng rây dòng khí (màu xanh dương) và sàng rây rung (màu đen)

CAMSIZER X2 PLUS và phân tích hình ảnh động học

CAMSIZER X2 PLUS sử dụng công nghệ phân tích hình ảnh động học để xác định phân bố kích thước và hình dạng hạt. Sau khi được phân tán, các hạt được ghi nhận dưới dạng hình chiếu bóng. Hình ảnh được phân tích theo thời gian thực.

Hệ thống có thể phân tích khoảng 300 hình ảnh mỗi giây. Trong một chu kỳ phân tích kéo dài khoảng 2–3 phút, hệ thống có thể kiểm tra hàng triệu hạt riêng lẻ. Đây là cơ sở giúp kết quả phân tích kích thước hạt có thống kê lớn.

CAMSIZER X2 PLUS đồng thời xác định chiều dài và chiều rộng của hạt. Hệ thống cũng cung cấp nhiều thông số về hình dạng như: tỷ lệ chiều dài/chiều rộng, độ cầu, độ tròn, v.v.

Thiết bị phân tích hình ảnh động học CAMSIZER X2 PLUS với công nghệ camera kép

X-Jet giúp phân tán bột sấy phun

Một yếu tố quan trọng khi phân tích bột sấy phun là quá trình phân tán mẫu. CAMSIZER X2 PLUS sử dụng module phân tán khô X-Jet. Module này sử dụng vòi Venturi với áp suất phân tán có thể điều chỉnh.

Áp suất cần được lựa chọn phù hợp với từng loại mẫu. Mục tiêu là tách các hạt khỏi nhau nhưng không làm phá vỡ cấu trúc của hạt. Trong thử nghiệm với bột sữa, áp suất tương đối thấp 30 kPa là đủ để phân tán mẫu.

Sau khi được phân tán, các hạt được đưa vào dòng khí. Hạt được gia tốc và đi qua vùng quan sát của hệ thống camera. Quá trình này giúp giảm ảnh hưởng của sự kết tụ đến kết quả phân tích kích thước hạt.

Module phân tán khô X-Jet của CAMSIZER X2 PLUS đảm bảo quá trình phân tán hiệu quả nhưng vẫn nhẹ nhàng

Phân tích hình dạng hạt của sữa bột

Một ưu điểm khác của CAMSIZER X2 PLUS là khả năng phân tích hình dạng hạt. Hạt sữa bột có thể có hình dạng rất khác nhau. Một số hạt có hình dạng tương đối tròn. Một số hạt khác có cấu trúc không đều.

Thông số độ tròn có thể được sử dụng để mô tả hình dạng của hạt. Theo kết quả phân tích, SPHT được tính từ tỷ lệ giữa diện tích và chu vi của hình chiếu hạt. Giá trị SPHT bằng 1 tương ứng với một hình tròn hoàn hảo. Các hạt có hình dạng không đều sẽ có giá trị thấp hơn.

Hệ thống camera kép của CAMSIZER X2 PLUS cũng hỗ trợ phân tích các hạt có kích thước khác nhau. Camera BASIC được sử dụng cho các hạt lớn. Camera ZOOM hỗ trợ quan sát các hạt nhỏ hơn. Hai camera cùng tham gia quá trình phân tích.

So sánh với phương pháp sàng

Trong trường hợp bột sữa có hàm lượng chất béo tương đối thấp, kết quả của CAMSIZER X2 và sàng khí có thể tương đồng. Tài liệu cho thấy hai phương pháp cho kết quả giống nhau trong trường hợp mẫu được phân tán tốt.

Tuy nhiên, kết quả từ sàng rung có thể khác biệt. Tại khoảng 100 μm, tỷ lệ phần trăm hạt đi qua sàng thấp hơn đáng kể. Nguyên nhân được tài liệu giải thích là các hạt kết tụ trên sàng và làm tắc các lỗ sàng.

Với bột kem, sự khác biệt càng rõ hơn. CAMSIZER X2 có thể sử dụng X-Jet để phá kết tụ trước khi phân tích. Điều này giúp tạo ra phân bố kích thước hạt có ý nghĩa hơn.

Giải pháp phân tích bột sấy phun

CAMSIZER X2 PLUS được thiết kế để phân tích kích thước và hình dạng của nhiều loại bột sấy phun. Hệ thống có thể xử lý các vật liệu dễ kết tụ như bột kem. Quá trình phân tích có thể hoàn thành trong vài phút.

CAMSIZER X2 PLUS có thời gian phân tích khoảng 2–3 phút. Khoảng đo của hệ thống là 0,9 μm đến 8 mm. Hệ thống hỗ trợ phân tích tự động và có khả năng phân tích cả mẫu khô và mẫu ướt.

Ngoài phân tích kích thước hạt, CAMSIZER X2 PLUS còn cung cấp thông tin về hình dạng hạt. Hệ thống có độ phân giải cao và khả năng phân tích số lượng lớn hạt. Kết quả có tính thống kê cao và ít phụ thuộc vào người vận hành.

Đối với các ứng dụng kiểm soát chất lượng, khả năng phân tích hàng triệu hạt trong một chu kỳ giúp đánh giá phân bố kích thước một cách toàn diện hơn. Hệ thống cũng hỗ trợ lưu hình ảnh hạt trong quá trình đo để phục vụ việc kiểm tra và đánh giá.

CAMSIZER X2 là một giải pháp phù hợp cho phân tích kích thước hạt bột sấy phun, đặc biệt khi mẫu có xu hướng kết tụ. Với module phân tán khô X-Jet, mẫu có thể được phân tán trước khi đi qua hệ thống camera. Kết hợp công nghệ phân tích hình ảnh động học, phân tích kích thước và phân tích hình dạng, hệ thống cung cấp nhiều thông tin về đặc tính của bột trong cùng một phép đo.

Nguồn: Application Note Dynamic Image Analysis of Powdered Milk (and other spray dried materials) của Microtrac.