CC BY
0
УДК 637.1
DOI 10.52231/2225-4269_2023_4_180
Эмиссии в окружающую среду при производстве сыров и творога
Кузин Андрей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент
e-mail: pronich@molochnoe.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молоч-нохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Шохалов Владимир Алексеевич, кандидат технических наук, доцент
e-mail: v_shohalov@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молоч-нохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Ключевые слова: информационно-технический справочник, наилучшие доступные технологии, молочные продукты, энергозатратность производства, технологические процессы
Аннотация. В рамках работы по актуализации первого издания информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям в области переработки молока исследованы вопросы затрат электроэнергии, пара и холода для проведения технологических процессов, работы оборудования при производстве сыров и творога. Результаты работы будут учтены в новой редакции справочника.
Данная статья является продолжением публикаций по актуализации первого издания информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям «Производство напитков, молока и молочной продукции» [1-5]. Исследование направлено на формирование раздела 3 «Текущие уровни эмиссий в окружающую среду» справочника применительно к производству творога и сыра.
Производство молочных продуктов, в т. ч. сыров и творога, связано с потреблением энергии, воды и сбросами, выбросами в результате работы технологического оборудования. В зависимости от способа производства эмиссии в окружающую среду будут различны (эмиссии в окружающую среду - это прямой или опосредованный выпуск в воз-
душную и водную среды, над/под земную поверхность веществ, вибрации, шума, тепла, электромагнитных или прочих излучений) [6].
Одним из важнейших документов системы стандартизации РФ, где отражаются сведения об уровнях эмиссий в окружающую среду при производстве молочных продуктов, является информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (ИТС НДТ) «Производство напитков, молока и молочной продукции». Первое издание этого справочника было подготовлено и утверждено приказом Росстандарта 29 ноября 2017 г. № 2668 и введено в действие с 1 июня 2018 г. Утверждение второго издания справочника запланировано на 2024 год. К этому времени с учетом изменившегося законодательства [7] должен быть проведен предварительный сбор и анализ данных, необходимых для разработки справочника, анализ приоритетных проблем отрасли, информационный перечень применяемых технологий и показателей и др.
С учетом предыдущего опыта (подготовка первого издания справочника) для сбора информации было проведено анонимное анкетирование, в рамках которого с предприятий - производителей молочной продукции собирались сведения о способе производства, параметрах выполнения технологических операций и о технических характеристиках используемого технологического оборудования. Энергозатратность технологий оценивалась по параметрам процесса и техническим характеристикам задействованного оборудования. Расчет количества пара и холода проводился по стандартным методикам. В данном исследовании не были учтены расходы энергоносителей и воды на санитарную обработку технологического оборудования, хранение продукции в холодильных камерах, подготовку сжатого воздуха, вентиляцию и на другие, в т. ч. общезаводские нужды.
На основе анализа анкетных данных представлены чаще всего используемые эмиссионные схемы технологических процессов производства сыров и творога (табл. 1-4.).
Все входящие и выходящие потоки условно можно разделить на два вида эмиссий. Первый вид включает в себя воздействие, связанное с проведением общетехнологических операций - приёмки, транспортировки, резервирования, механической и тепловой обработки сырого молока, обезжиренного молока, сливок и других сырьевых компонентов.
Таблица 1 - Схема общетехнологических операций с указанием эмиссий в окружающую среду при производстве сыров (за исключением плавленых) и творога
Входной поток Этап процесса (подпроцесс) Выходной поток Основное оборудование Эмиссии
Сырое молоко, вода, электроэнергия Приемка молока Сырое молоко Насос, счетчик Смывные воды
Сырое молоко, вода, электроэнергия Механическая очистка молока Очищенное молоко Сепаратор-моло-коочиститель Шлам, смывные воды
Очищенное молоко, вода, электроэнергия Охлаждение молока Охлажденное молоко Охладитель пластинчатый Тепло, смывные воды
Охлажденное молоко, вода, электроэнергия Резервирование молока Охлажденное молоко Емкость Смывные воды
Охлажденное молоко Созревание молока Созревшее молоко Емкость Смывные воды
Созревшее молоко, вода, пар, электроэнергия Подогрев молока Подогретое молоко Подогреватель пластинчатый Смывные воды
Подогретое молоко вода, электроэнергия Очистка и нормализация молока Нормали-зо-ванная смесь, сливки Сепаратор-нормализатор Шлам, смывные воды
Сливки вода, электроэнергия Охлаждение сливок Охлажденные сливки Охладитель пластинчатый Тепло, смывные воды
Охлажденные сливки, вода, электроэнергия Резервирование сливок Охлажденные сливки Емкость Смывные воды
Охлажденные сливки, вода, электроэнергия, пар Пастеризация и охлаждение нормализованной смеси Пастеризованная и охлажденная нормализованная смесь Пастеризацион-но-охладитель-ная установка Тепло, смывные воды
Работа технологического оборудования по ведению этих операций сопровождается потреблением холодильной и тепловой энергии (пастеризаци-онно-охладительные установки), которая подается к оборудованию в виде холодоносителя и пара. Работа вспомогательных элементов установок обеспечивается за счет электроэнергии. Выходящий поток эмиссий составляют отработанная вода, шум, тепловые выбросы в атмосферу. На работу сепаратора затрачивается электрическая энергия и вода, а выходящий поток состоит из отработанной воды (гидросистема сепаратора), осадка (шлама) и шума.
Второй вид эмиссий связан с проведением специальных технологических операций в творого- и сыроизготовителях, сыроплавителях, прессах, упаковочном оборудовании и т. д. .
Таблица 2 - Технологическая схема с указанием эмиссий в окружающую среду при производстве творога на поточной механизированной линии
Входной поток Этап процесса (подпроцесс) Выходной поток Основное оборудование Эмиссии
Охлажденная пастеризованная нормализованная смесь, закваска, СаС12, мо-локосвертывающий ферментный препарат, вода, электроэнергия, пар Заквашивание, сквашивание, обработка сгустка (разрезка, подогрев), отделение части сыворотки Творог (творожное зерно), сыворотка (есбор и переработка) Творогоизго-то- витель, насос для откачки сыворотки Конденсат, смывные воды
Творожное зерно, электроэнергия Отделение сыворотки Творог, сыворотка (сбор и переработка) Отделитель сыворотки Смывные воды, сыворотка (сброс)
Творог, сыворотка, вода, электроэнергия Охлаждение творога, охлаждение сыворотки Охладитель творога, охладитель сыворотки Смывные воды
Творог, сжатый воздух, электроэнергия Упаковывание Творог в упаковке Фасовочный автомат Отходы упаковочных материалов
Творог в упаковке, хладагент, электроэнергия Доохлажде-ние, хранение творога Холодильная камера (2-6 °С) Тепло
Таблица 3 - Схема технологических операций с указанием эмиссий в окружающую среду при производстве сыров (за исключением плавленых)_
Входной поток Этап процесса (подпроцесс) Выходной поток Основное оборудование Эмиссии
Пастеризованная и охлажденная нормализованная смесь, вода, электроэнергия Выработка сыра Сырное зерно, сыворотка подсырная Сыроизготови-тель Сыворотка, смывные воды
Сырное зерно, вода, электроэнергия Формование сыра Головки сыра Формовочный аппарат Сыворотка (сбор и переработка), смывные воды
Сырное зерно, вода, сжатый воздух электроэнергия Прессование Отпрессованные головки сыра Пресс Сыворотка (сбор и переработка), смывные воды
Отпрессованные головки сыра, рассол Посолка сыра в рассоле (2-3 суток) Сыр Солильный бассейн
Соль, вода, электроэнергия пар Приготовление рассола для посолки сыра Рассол с концентрацией соли 18-20% Емкость, пастеризатор, охладитель Тепло, смывные воды, конденсат
Сыр после посол-ки, вода, сжатый воздух, электроэнергия Упаковка в пленку Сыр, упакованный в пленку Упаковочная машина Отходы упаковочных материалов (пленки), смывные воды
Сыр, упакованный в пленку, холод Созревание сыра Созревший сыр Камера созревания Тепло
Созревший сыр, холод Хранение сыра Сыр для реализации Холодильная камера (3-5°С) Сыр, не соответствующий требованиям, на утилизацию
Входными потоками при производстве сыров (за исключением плавленого) и творога в специальных технологических операциях являются электроэнергия, сжатый воздух, вода и продукты с промежуточными характеристиками.
К эмиссиям следует отнести смывные воды, сыворотку, тепло, отходы упаковочных материалов. Основным загрязняющим эмиссионным потоком является подсырная или творожная сыворотка.
Особенностью производства плавленых сыров является не только специализированное оборудование, но и состав сырья - полутвердые сыры, творог, сливочное масло. Поэтому если рассматривать всю цепочку производства, то оно будет включать и производство вместе с эмиссиями сыров, творога и масла.
Входными потоками при производстве плавленых сыров в специальных технологических операциях являются электроэнергия, пар, вода, сжатый воздух и компоненты для плавления.
К эмиссиям следует отнести зачистки сыра, масла (зачистки - это поверхностные части сырья, подверженные изменениям при хранении продукта), смывные воды, сыворотку, тепло, отходы упаковочных материалов.
Таблица 4 - Технологическая схема с указанием эмиссий в окружающую среду при производстве плавленых сыров_
Входной поток Этап процесса (подпроцесс) Выходной поток Основное оборудование Эмиссии
Сырье по рецептуре: сыры, творог, масло, пищевые продукты и добавки, вода, электроэнергия Предварительная обработка сырья Обработанное сырье для составления смеси Моечная маши-на для сыров, волчок для измельчения сыра и масла, просеиватель для сухих компонентов Зачистки сыра, масла и другие твердые отходы, смывные воды
Обработанное сырье для составления смеси Составление смеси Смесь по рецептуре Аппарат для измельчения и (или) плавления сырной массы Смывные воды
Смесь по рецептуре, пар, вода, электроэнергия Расплавленная сырная масса, вода, сжатый воздух, электроэнергия Плавление, гомогенизация смеси Фасование сыра Расплавленная сырная масса Сыр в потребитель- ской упаковке Аппарат для измельчения и плавления сырной массы Автомат фасовочно-упаковочный Конденсат, смывные воды Отходы упа-ко-вочных материалов, смывные воды
Сыр в упаковке, холод Хранение сыра Сыр для реализации Холодильная камера 4±2°С Сыр, не соответствующий требованиям, на утилизацию
В целом производство сыров и творога является энергозатратным (табл. 5). Это связано в том числе с тем, что на производство 1 кг сыра и творога расходуется от 7 до 11 л молока (нормализованной смеси).
Таблица 5 - Расход энергоносителей на производство (по результатам исследований)_
Средний удельный расход энергоносителей
Продукт (по данным анкетирования отечественных предприятий), на 1 кг продукта
Электроэнергия
Сыр полутвердый 0,19-0,25 кВт-ч
Сыр плавленый 0,17 кВт-ч
Творог в ваннах типа ВК 0,15 кВт-ч
Творог на линиях 0,92 кВт-ч
Тепловая энергия (пар)
Сыр полутвердый 0,31-0,55 кг
Сыр плавленый 0,26-0,5 кг
Творог в ваннах типа ВК 0,22 кг
Творог на линиях 0,52 кг
Холодильная энергия
Сыр полутвердый 0,12 кВт
Сыр плавленый -
Творог в ваннах типа ВК 0,17 кВт
Творог на линиях 0,335 кВт
Наибольшие затраты электрической энергии были при производстве творога на поточных линиях. По величине они в 4-5 раз больше, чем при производстве творога на маломеханизированном технологическом оборудовании и сыров.
Удельные затраты на тепловую энергию были выше при производстве полутвердых сыров и творога на поточных линиях.
К способам снижения тепловых затрат в ИТС НДТ рекомендована тепловая обработка молочного сырья с использованием высокоэффективных пластинчатых пастеризационно-охладительных установок и ги-бернация теплообменных установок.
К способам снижения энергозатрат при производстве белковых продуктов в ИТС НДТ рекомендовано: производство творога на поточных автоматизированных линиях; производство творога, мягких и полутвердых сыров на поточных линиях с предварительной ультрафильтрацией молока; производство творога и полутвердых сыров с использованием культур прямого внесения.
Расчетные значения энергозатрат, выполненные в работе, несколько отличаются от данных первого издания справочника НДТ (табл. 6) [8].
Таблица 6 - Расход тепловой и электрической энергии на производство молочных продуктов российских производителей молочной продукции (по данным анкетирования отечественных предприятий, ИТС НДТ)_
Продукт Удельный расход энергоносителей, на 1 кг продукта
Электроэнергия
Полутвердые сыры 0,13-1,1 кВт-ч
Творог 0,14-0,39 кВт-ч
Тепловая энергия (пар)
Полутвердые сыры 0,02-0,035 кг
Творог 0,08-0,66 кг
В частности, выше затраты на электрическую энергию по творогу, вырабатываемому на линиях (даже без учета затрат на санитарную обработку), выше затраты тепловой энергии на производство творога и сыров.
Аналогичные исследования будут проведены по всем молочным продуктам, так как именно на них должны ориентироваться производители продукции. Ведь в Европейском союзе, согласно Reference Document on Best Available Techniques in the Food, Drink and Milk Industries, European Comission Integrated Pollution Prevention and Control, удельное потребление энергии на производство молочных продуктов не должно превышать значений, указанных в справочнике.
Литература:
1. Энергозатратность технологий цельномолочных продуктов / А.А. Кузин [и др.] // Молочная промышленность. - 2021. - № 2. - С. 30-31.
2. Кузин, А. А. Эмиссии в окружающую среду при производстве сливочного масла / А.А. Кузин, В.А. Шохалов // Молочная промышленность. - 2021. - №7. - С. 16-19.
3. Шохалов В.А. Пути сокращения эмиссий в окружающую среду при производстве сухих молочных продуктов / В.А. Шохалов, А.А. Кузин // Молочная промышленность. - 2021. - №11. - С. 28-30.
4. Шохалов В.А. Энергозатраты в производстве мороженого / В.А. Шохалов, А.А. Кузин, В.Н. Шохалова // Молочная промышленность. -2022. - №6. - С. 38-40.
5. Кузин, А.А. Перспективы перехода на принципы наилучших доступных технологий / А.А. Кузин [и др.] // Молочная промышленность. - 2017. - №10. - С. 29-31.
6. ГОСТ Р 56828.15-2016 Наилучшие доступные технологии. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2019. - 44 с.
7. Кузин А.А., Грунская В.А. Некоторые изменения в законодательстве по справочникам НДТ // Переработка молока. - № 2 (244). -
2020. - С. 80-82.
8. ИТС 45-2017 Производство напитков, молока и молочной продукции. - М.: Бюро НДТ, 2017. -190 с.
References:
1. Kuzin A.A. Energy consumption of whole milk technologies. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2021, no. 2, pp. 30-31. -Text direct [In Russian]
2. Kuzin A. A., Shokhalov V.A. Environmental emission in the process of butter manufacture. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry],
2021, no.7, pp. 16-19. - Text direct [In Russian]
3. Shokhalov V.A., Kuzin A. A. Ways of reducing environmental emission in the process of dry dairy product manufacture. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2021, no.11, pp.28-30. - Text direct [In Russian]
4. Shokhalov V.A., Kuzin A.A., Shokhalova V.N. Energy consumption in the process of ice cream manufacture. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2022, no.6, pp.38-40. - Text direct [In Russian]
5. Kuzin A. A. Prospects for the transition to the best available technologies. Molochnaya promyshlennost' [Dairy Industry], 2017, no.10, pp. 29-31. - Text direct [In Russian]
6. State Standard 56828.15-2016. The best available technologies.
Terms and definitions. Moscow, Standartinform Publ., 2019. 44 p. - Text direct [In Russian]
7. Kuzin A.A., Grunskaya V.A. Legislation changes on BAT reference books. Pererabotka moloka [Milk processing], 2020, no. 2 (244), pp. 8082. - Text direct [In Russian]
8. Information And Technical Reference 45-2017. Manufacture of beverages, milk and dairy products. Moscow, Byuro NDT Publ., 2017. 190p. - Text direct [In Russian]
Environmental emission in the process of cheese and
cottage cheese manufacture
Kuzin Andrey Alekseevich, Candidate of Science (Technics), Associate Professor
e-mail: pronich@molochnoe.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Shokhalov Vladimir Alekseevich, Candidate of Science (Technics), Associate Professor
e-mail: v_shohalov@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Vologda State Dairy Farming Academy named after N.V. Vereshchagin
Keywords: information and technical reference book, the best available technologies, dairy products, energy consumption of production, technological processes.
Abstract. The researchers have studied the issues of energy, steam and cold costs for carrying out technological processes and the equipment operation involved in the process of manufacturing cheese and cottage cheese. The mentioned problems present a part of the work aimed at updating the first edition of the information and technical reference book, which is dedicated to the best available technologies in the field of milk processing. The results of the work will be taken into account in the new edition of the reference book.
