CC BY
801
УДК 664.292
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
© 2016 М. В. Протасова1, С. Ю. Миронов2, О. В. Лукьянчикова3, Л. А. Бабкина4
1 канд. с/х. наук, доцент кафедры общей биологии и экологии 2канд. биол. наук, с.н.с. НИЛ «Мониторинг объектов окружающей среды» 3канд. биол. наук, доцент кафедры общей биологии и экологии
4канд. биол. наук, доцент кафедры общей биологии и экологии
e-mail: kaf-eсolbiol@yandex.ru Курский государственный университет
В статье описана проблема образования и накопления побочных продуктов сахарного производства - одной из самых материалоемких и энергоемких отраслей АПК. Представлены проблемы экологической безопасности, связанные с производством сахара. Рассмотрены перспективные направления использования отходов сахарного производства.
Ключевые слова: сахарная отрасль, отходы сахарного производства, технология переработки, жом, меласса, фильтрационный осадок.
Сахарная отрасль относится к материалоемким и энергоемким видам производства, в которых объем сырья и вспомогательных материалов в несколько раз превышает выход готовой продукции. Благодаря особенностям технологии переработки свеклы свеклосахарное производство является крупным источником образования вторичных сырьевых ресурсов и отходов. При среднем выходе сахара 1012 % к массе переработанной свеклы образуется около 83 % свежего свекловичного жома, 5,4 % мелассы, 12 % фильтрационного осадка, 15 % транспортерно-моечного осадка, 1,4 % отсева известнякового камня, до 350 % сточных вод, около 10% свекловичного «боя» и хвостиков [Савостина, Крицкая 2008].
В современных условиях большинство отходов сахарного производства практически не утилизируются, что приводит к их многотоннажному накоплению, неконтролируемому разложению с образованием токсичных продуктов, которые загрязняют почву, грунтовые и поверхностные воды, воздух. В связи с особенностями производства, наиболее актуальными вопросами экологической безопасности сахарного производства являются: утилизация отходов, уменьшение объема образующихся сточных вод, сокращение размеров земельных площадей, занятых под очистные сооружения, организация системы водного хозяйства, лимитирующей количество потребляемой свежей воды [Салтык, Горобец, Болохонцева 2008].
Перспективны! направления утилизации отходов сахарного производства 1. Производство гранулированного жома. В связи с низкой объемной массой сушеного жома, которая в рассыпном виде не позволяет рационально использовать объемы складов и грузоподъемность транспорта, ее целесообразно гранулировать. В результате объемная масса жома увеличивается в 2-3 раза, значительно сокращаются
ее потери при погрузочно-разгрузочных работах, облегчается механизация раздачи корма. При этом для повышения кормовой ценности жом обогащают мелассой (источником микроэлементов), карбамидом (источником протеина) и обесфторенным фосфатом (источником фосфора). Таким образом, можно получить данный вид гранулированного корма с различными добавками.
2. Производство пищевого пектина, который находит широкое применение в медицине, фармакологии и кондитерской промышленности. Следует отметить, что в настоящее время в России нет ни одного завода или предприятия, производящего данное вещество. Кондитерские и фармацевтические предприятия удовлетворяют в нем свои потребности лишь частично за счет импорта данного продукта. Технология получения пищевого пектина из свекловичного жома включает следующие стадии:
- измельчение высушенного свекловичного жома, поступающего со склада, до 1,5-2,0 мм, что необходимо для интенсификации процессов извлечения пектиновых веществ;
- гидролиз-экстрагирование жома двадцатикратным количеством 1,3%-й соляной кислоты. При этом процесс протекает 2 часа при рН = 0,6-0,8 и температуре 75 °С. Полученная смесь направляется в фильтр-прессы для проведения грубой и тонкой очистки экстракта.
Прогидролизованный жом после нейтрализации аммиачной водой направляют на корм скоту. Экстракт тонкой фильтрации поступает в катионитно-анионитный фильтр, в котором происходит удаление из него красящих веществ, специфического свекловичного привкуса, катионов металлов. В дальнейшем он поступает в отстойник для осаждения пектина 94%-м этиловым спиртом (соотношение экстракта к спирту -1:2). Из осадка удаляют лишнюю влагу и измельчают его. Полученный измельченный пектин направляют на очистку от спирторастворимых веществ: промывают 70%-м этиловым спиртом и затем коагулят обезвоживают 96%-м спиртом. В дальнейшем в нем в вальцовой сушилке снижают влажность до 12%. Высушенный пектин измельчают и упаковывают [Донченко, Ковалева, Демина 2006].
3. Производство пектинового клея, который получают путем гидролиза протопектина жома соляной кислотой. В данном случае жом размешивают с водой в соотношении 1:20 для его сухой массы и 1:2 для свежей. К полученной смеси прибавляют раствор соляной кислоты и проводят гидролиз (1-2 час.) при температуре около 1000С. Затем гидролизат нейтрализуют раствором аммиака до рН = 7-7,2. Полученный раствор фильтруют и осаждают пектин 20%-м раствором хлористого алюминия, снижая рН. Осадок, завернутый в салфетки, отжимают на гидравлическом прессе до сухих веществ (25%) и высушивают до влажности 15-18%. Полученный клей размалывают и в дальнейшем используют в текстильной и полиграфической промышленности [Спичак, Вратский 2011].
4. Производство пищевых волокон. В настоящее время разработаны современные технологии получения их из свекловичного жома. В связи с тем что они содержат в своем составе достаточно большое количество пектиновых веществ, такие волокна могут применяться в качестве добавки при производстве продуктов питания. Пищевые волокна способствуют снижению потребления энергии, подавлению аппетита, увеличению насыщения, изменению степени абсорбции жира [Давидович 2009; Лосева, Путилина, Матвиенко, Шестова 2007].
5. Получение полуфабрикатов из свекловичного жома для пищевой промышленности. Готовый порошкообразный полуфабрикат (ППСЖ) с размерами частиц 20-40 мкм имеет белый цвет и нейтральный вкус, нехарактерные для исходного сырья. Содержание сухих веществ ППСЖ составляет 95-98%, из них 24% приходится на клетчатку, 22 - на гемицеллюлозу, 46 - на пектиновые вещества, по 2% занимают
лигнин и белки, 1 - липиды, 2 - минеральные вещества, 0,5 - растворимые сахара, 0,5% - органические кислоты. С применением ППСЖ был разработан способ получения помадных конфет функционального назначения, обладающих повышенной пищевой ценностью, пониженной сахароемкостью, продолжительностью структурообразования и устойчивостью к черствению в процессе хранения. Рациональная дозировка ППСЖ составила 9% [Голубев, Шванская, Коноваленко, Лопатников 2011].
6. Производство нанокристаллической целлюлозы (НКЦ). Разработками использования свекловичного жома для ее производства занимается группа компаний «ЭФКО», ЗАО «ЭФКО-НТ» (Белгородская обл.). НКЦ сопоставима по прочности с углеродными нанотрубками и способна к формированию армирующих сеток в полимерах. Покрытия для дражирования семян на основе НКЦ обладают требуемым сочетанием механических, барьерных и сорбционных свойств. Обработанные НКЦ семена не слипаются, выдерживают машинную обработку при посеве и не разрушаются до внесения в почву. Внесение в процессе дражирования семян защитно-стимулирующих препаратов с НКЦ обеспечивает их ускоренное прорастание в условиях неустойчивого увлажнения, повышает урожайность, способствует снижению общего расхода органо-минеральных удобрений и, следовательно, экологической нагрузки на почву.
Одним из перспективных направлений применения НКЦ является создание биоразлагаемых материалов для производства пищевой упаковки. В наноструктурированной упаковке один компонент является синтетическим, другой -природного происхождения. Такая упаковка обладает быстрой биодеструкцией и возможностью саморазложения. Основными областями ее применения могут являться: одноразовая посуда, мешки для мусора и органических отходов, пленки сельскохозяйственного назначения и др.
Перспективно применение нанокомпозитной целлюлозы в клеевых изделиях из модифицированной древесины в узлах мостовых башенных кранов, кран-балок, лебедок; узлах трения конвейеров, транспортеров, шнеков, рольгангов; узлах трения насосов и компрессоров; в кузнечно-прессовом оборудовании; литейном и металлопрокатном оборудовании; узлах трения машин, работающих в агрессивных средах; в дорожно-строительной технике; сельскохозяйственной технике; машинах и механизмах морского и речного флота [Там же].
7. Получение биогумуса. В настоящее время разработана биотехнология переработки свекловичного жома методом вермикультивирования (использование культуры красного калифорнийского червя), позволяющая извлечь из этого отхода экологически безопасное, высокоэффективное удобрение - биогумус [Ручин 2013].
Образование биогумуса из жома сахарной свеклы - сложный биохимический процесс, состоящий из двух стадий: ресинтеза и синтеза. На первой стадии под действием ферментов микроорганизмов нарушается анатомическое строение свеклы, а сложные органические соединения распадаются на простые или промежуточные продукты превращения (белки расщепляются до аминокислот, полисахариды до моносахаридов, лигнин до фенолов и др.). При этом образование гумусовых соединений связано с пищеварительной деятельностью красного калифорнийского червя, а также с процессом конденсации различных веществ ароматической природы при присоединении к ним аминокислот и белка. Оптимальные условия вермикультивирования: продолжительность ферментации - 1 месяц, значение влажности субстрата - 70-80%, плотность заселения субстрата вермикультурой Eisenia foetida - 5-30 тыс. шт. на 1 м2.
Решение проблемы утилизации сахарных отходов при применении современной биотехнологии (вермикультивирования) способствует, с одной стороны, улучшению
экологической ситуации, а с другой - получению значительного количества эффективного органического удобрения, внесение которого в почву позволит одновременно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур и восстанавливать и поддерживать на высоком уровне плодородие почвы.
6. Получение компоста из свекловичного жома с каныгой. Для этого свекловичный жом переслаивают негашеной известью (20:1), а также вносят воздушно-сухой дефекат в соотношении 1:1 по массе к жому и добавляют биоактиватор (компостную закваску). Последнюю готовят из свекловичной каныги, в результате культивирования из вермикомпоста микроорганизмов. Аэробное компостирование проходит при температуре от 20 до 50°С и влажности 50-70% на протяжении 2 месяцев и заключается в послойном распределении 0,3 м жома (0,3 м), дефеката, а между ними размещают каныгу. Такой способ компостирования дает возможность получить агрохимически ценный компост [Патент РФ 2514401 Проценко Е.П., Проценко А.А, Кузнецов А.Е., Клеева Н.А., Тригуб Н.И., Сидорова Ю.А., Маркова М.В.; Житин, Стекольникова 2015].
8. Получение извести из фильтрационного осадка. Сухое вещество осадка очень близко по составу к природным известнякам, в связи с чем оно используется на сахарных заводах для получения извести и сатурационного газа. Для этого предварительно спрессованный осадок в виде кирпичей подвергают обжигу и хорошо подсушивают. Таким образом, известь получается достаточно хорошего качества.
Однако, в связи со значительным расходом топлива, большой затратой рабочей силы и высокой себестоимостью получаемого продукта, данный способ переработки отхода сахарного производства ни в России, ни за рубежом не нашел широкого применения в промышленности [Зелепукин, Бирюков, Бирюкова, Зелепукин 2011].
9. Получение брикетной гидравлической извести из осадка, собранного в отвалы на сахарных заводах. Для этого к последнему добавляют 75 кг топлива, 50 кг глины и 14 кг технической поваренной соли в виде водного раствора. Полученную смесь подвергают прессованию на обычных кирпично-делательных прессах. Брикеты после предварительного подсушивания обжигают в шахтных известково-газовых печах. При этом в них происходит частичное образование силикатов кальция, предохраняющих его от рассыпания в период обжига и выгрузки. Полученная из осадка известь обладает гидравлическими свойствами и пригодна для кладочных и штукатурных растворов как в сухих, так и влажных условиях без добавки цемента. Ее используют для изготовления шлакобетонных, грунтобетонных блоков и побелочной извести.
10. Использование дефеката (фильтрационного осадка) в производстве цемента и газобетона. При этом в процессе ежегодного получения 120 тысяч тонн цемента перерабатывается 135 тысяч тонн дефеката. Таким образом, одновременно с производством цемента один, максимум два таких завода эффективно решают проблему утилизации фильтрационного осадка в районах промышленного производства сахара. С учетом того, что на этих же заводах можно выпускать газобетонные плиты с использованием этого же сырья, эффективность проекта увеличивается еще больше.
Проект, совмещающий в себе безвредную утилизацию дефеката и получение экологически чистого бетона, является высокоэффективным как в плане производства, так и в плане сохранности окружающей среды. Сроки окупаемости проекта являются рекордно низкими за счет дешевизны сырья, являющегося побочным продуктом сахарного производства. Такая переработка уже функционирует в нескольких странах мира, в частности в США.
11. Использование осадка в качестве минеральной подкормки для сельскохозяйственных животных и птицы. Установлено, что введение его в
состав рациона последних, способствует увеличению содержания эритроцитов и гемоглобина, а также кальция и фосфора в крови и увеличению их интенсивности роста [Barjol, Chavanes 2003; Славянский, Кирейчева, Пузанова 2009].
Актуальны на сегодняшний день и исследования в области определения его качественных показателей как сырья для комбикормовой промышленности и разработки технологических приемов его подготовки к использованию в производстве данной продукции.
12. Использование фильтрационного осадка в качестве удобрения. Так, содержащийся в осадке карбонат кальция устраняет вредную кислотность почвы, улучшает ее структуру, делает тяжелые глинистые почвы более рыхлыми, а легкие -более связными, активизирует деятельность полезных микроорганизмов почвы, способствует мобилизации питательных элементов растениями и лучшему использованию ими органических и минеральных удобрений. Как показали работы французских, английских и других исследователей, внесение в почву такого вида удобрения эффективно не только для кислых почв, но и для суглинистых, поскольку оно увеличивает усвояемость других неорганических удобрений [Korres, O'Kiely, Benzie, West 2013].
13. Получение сахара из мелассы. Меласса содержит около 50% ценного питательного вещества - сахарозы, ради получения которой и выращивают сахарную свеклу. Поэтому целесообразно использовать всю мелассу для получения данного продукта питания, при условии что метод получения будет не слишком дорог и сложен. В настоящее время имеется несколько таких способов:
- выделение сахара из мелассы методом известковой сепарации;
- стронциевый метод обессахаривания мелассы;
- баритовый метод обессахаривания мелассы;
- осаждение сахара уксусной кислотой.
Получение сахара из мелассы методом известковой сепарации. Данный метод основан на реакции взаимодействия сахарозы в определенных условиях с оксидом кальция с образованием труднорастворимого трехкальциевого сахарата. Несахара мелассы остаются в растворе. В дальнейшем их удаляют из последнего путем фильтрования, а отфильтрованный сахарат с промоями направляют в виде «сахаратного молока» на дефекацию вместо известкового молока. При нагревании до температуры 850 С происходит гидролиз сахарата и в раствор переходит сахароза и гидроксид кальция, который играет свою обычную роль при очистке сока.
Разработано несколько схем получения сахара из мелассы методом известковой сепарации. Сущность одной из них заключается в следующем: мелассу, поступающую на сепарацию, разбавляют до содержания сухих веществ 10-12% и подают в реактор-холодильник. Раствор охлаждают до температуры около 100°С. Затем в реактор постепенно при энергичном перемешивании и охлаждении подают свежеобожженную тонкоизмельченную известь в течение 15-20 мин. При этом в осадок выпадает труднорастворимый трехкальциевый сахарат. Его отфильтровывают и промывают на вакуум-фильтре, размешивают с промоями, подогревают до температуры 850С и подают на дефекацию в виде «сахаратного молока». Фильтрат (черный щелок) нагревают до 85-900С. В полученном горячем сахарате дополнительно выпадает трехкальциевый сахарат, образовавшийся из остатков сахарозы. Суспензию сгущают в многоярусном отстойнике, фильтруют на вакуум-фильтре, промывают и смешивают с «сахаратным молоком». Фильтрат и промой являются отбросным щелоком.
На дефекации сахарат гидролизуется с образованием сахарозы и гидроксида кальция, который реагирует с несахарами, а сахароза идет в основной поток сока. Однако данный метод имеет существенные недостатки: при известковой сепарации
наряду с сахарозой осаждается также содержащаяся в мелассе раффиноза. При смешивании сахарата с соком раффиноза остается в нем. Накапливаясь на верстате, она мешает процессу кристаллизации сахарозы. Поэтому периодически (через 25-30 суток) выводят мелассу из производства. В это время необходимо делать перерыв в работе цеха или брать мелассу с завода, где нет известковой сепарации. С сахаратом возвращаются в сок и другие несахара (особенно красящие вещества).
Кроме известковой сепарации, обессахаривание мелассы проводят по баритовому и стронциевому методам, которые также основаны на способности сахарозы при определенных условиях образовывать нерастворимые сахараты. Однако метод известковой сепарации выгодно отличается от других методов тем, что для обессахаривания мелассы используется та же известь, которая применяется на сахарном заводе для очистки соков. При использовании вышеуказанных методов требуются дорогостоящие реагенты и тем самым осложняется процесс их регенерации.
14. Использование мелассы в производстве этилового спирта, основой которого является сбраживание сахаров мелассы при температуре 20-250С дрожжами и превращение их в спирт и углекислый газ. Сахароза при помощи инвертазы дрожжей преращается в смесь глюкозы и фруктозы, которые затем другим ферментом - зимазой дрожжей - сбраживается в спирт и углекислый газ. Из 100 кг сахарозы мелассы получается 58-60 л спирта. Спирт легко выделяется из сбродившего мелассового раствора перегонкой, причем имеющаяся примесь несахаров нисколько не мешает данному процессу. В дальнейшем он подвергается очистке (ректификации) в колонных аппаратах. После его отгонки остается барда, в которой накаливаются все несахара мелассы. Такая барда может быть использована для получения ценных продуктов: минеральных солей, аминокислот, глицерина, витамина В12, бетаина и др [Шарипова, Салимзянова, Ор-Рашид 2013; Текутьева, Сон, Ященко 2015].
15. Использование мелассы в производстве дрожжей. Получение последних основано на размножении дрожжей на жидких питательных средах, с последующим их выделением в прессованном виде. При этом, для более полного их выхода мелассу разбавляют до СВ =5%. В результате дрожжи получают необходимые питательные вещества, но не имеют избытка сахара для его превращения в спирт.
Для получения максимального количества данного вида продукции требуется энергичное продувание воздуха через питательную среду, так как кислород воздуха способствует расщеплению сахара и сильно ускоряет брожение и рост дрожжевых клеток. Выделение дрожжей проводится на сепараторах. Полученное дрожжевое молоко промывают и направляют на фильтры. После фильтра дрожжевая масса формуется и упаковывается. Выход прессованных дрожжей составляет 100 кг на 100 кг мелассы [Poonam, Vogel 1991, Barjol, Chavanes 2003].
16. Производство из мелассы лимонной кислоты. Биохимический способ ее получения основан на превращении сахара в лимонную кислоту плесневым грибом Aspergillus nigrum с помощью ферментных систем. Такой вид гриба обладает высокой активностью и способен превращать в лимонную кислоту свыше 90% всего сахара, содержащегося в питательной среде, в состав которой входят углеводы, азот, кадмий, фосфор, сера, цинк, железо и магний.
Углеводы, являющиеся основным сырьем в данном процессе, применяются в виде сахарозы, содержащейся в мелассе. Концентрация в сбраживаемой среде сахара 7,5%. Азот добавляется в количестве 0,07% в виде соли хлористого аммония (NH4Cl) -3,5 г/л среды. Фосфор 0,016 - 0,021%, Р2О5 - в виде однозамещенного фосфорнокислого калия (0,5 г/л). Сера - 71,1 мг/л в виде сернокислых солей железа, цинка и магния: FeSO4 • 7Н2О - 0,005 г/л, ZnSO4 • 7H2O - 0,05 г/л (цинка) 1,5 мг и
MgSO4 • 7H2O - 0,5 г/л (магния - 49,5 мг). Среда подкисляется до рН = 3-4 соляной кислотой р = 1,19 г/см в количестве 0,075 мл/л. Брожения ведут при t =31-320 С.
Существует два варианта получения лимонной кислоты из мелассы: поверхностный и глубинный. Первый требует больших производственных площадей, второй же является более рациональным. Глубинный способ получения лимонной кислоты заключается в следующем: мелассу разбавляют до содержания 2,5-3% сахара и в питательный раствор добавляют 1,7-2,5 г/л азотнокислого аммония, 0,165 г/л однозамецинного фосфорнокислого калия или фосфорной кислоты, 0,245 г/л сернокислого магния и 0,0155 г/л сернокислого цинка. В течение процесса для подкормки погруженного мицелия в исходный раствор добавляют мелассу с СХ = 2528 %, чтобы общее содержание сахара в растворе составляло 12,5%.
Меласса подается в емкость для взвешивания, а затем самотеком поступает в варочный котел, где разбавляется водой. Для установления рН 7,0 - 7,2 в ее раствор добавляют 10% H2SO4. Затем разбавленная меласса обрабатывается 10%-м раствором желтой кровяной соли. Полученный таким образом раствор фильтруют и направляют в стерилизатор непрерывного действия, после чего его охлаждают до t = 350С и направляют в ферментатор. После заполнения последнего до заданного объема исходной питательной средой её засевают смоченными спорами гриба. При этом за 1012 ч до посева навеска сухих спор замачивается в 2 л питательной среды, в 1 л которого содержится 100 г сахара, 2,5 г NH4NO3, 0,16 г КН2РО4 и 0, 25 г MgSO4 • 7H2O.
Через определенное время для подкормки в исходный питательный раствор дается определенное количество раствора мелассы, подготовленного аналогичным способом. Воздух для аэрации погруженной культуры гриба очищается в фильтре, температурный режим поддерживается с помощью змеевиков, в которые подается холодная или теплая вода.
По окончании процесса раствор переводится в запарник, где нагревается до t = 600 С и поступает на вакуум-фильтр. Фильтрат поступает в нейтрализатор, куда подают 20%-й раствор Са^Н)2. В осадок выпадают кальциевые соли лимонной и щавелевой кислот. Нейтрализованный сироп фильтруют на вакуум-фильтрах, хорошо промывают осадок и направляют на разложение. К осадку кальциевых солей добавляют расчетное количество раствора серной кислоты. После разложения соли в растворе образуется лимонная кислота, а в осадок выпадает СаSO4 (гипс) и оксалат кальция. Гипс и оксалат кальция отфильтровывают на вакуум-фильтрах, хорошо промывают и удаляют. Раствор лимонной кислоты уваривают до р = 1,24-1,26г/см3. После этого еще раз фильтруют для более полного удаления гипса, выпавшего в осадок при сгущении. Затем раствор лимонной кислоты уваривают до р= 1,35-1,36 г/см3 и направляют в кристаллизаторы, в которых раствор медленно охлаждают и получают кристаллическую массу. Кристаллы лимонной кислоты отделяют на центрифугах, высушивают до W = 0,2-0,3%, обрабатывают в сушильном отделении и упаковывают. На получение 1 т кристаллической лимонной кислоты расходуется до 4,85 т мелассы.
17. Производство из мелассы молочной кислоты. Молочная кислота весьма ценна для пищевой (кондитерской, консервной, хлебопекарной, при производстве безалкогольных напитков и др.) и фармацевтической промышленности.
Ее получение из мелассы основано на сбраживании сахарозы посредством молочнокислых бактерий при 50° С [Полянский, Шуваева, Деменко, Яковлев 1997]. При этом данный углевод сначала расщепляется на глюкозу и фруктозу, которые затем сбраживаются в молочную кислоту.
Брожение осуществляется в растворах мелассы, имеющих концентрацию около 15% СВ. В течение данного процесса, длящегося в течение 6 дней, понемногу добавляют мел. Это необходимо для нейтрализации образующейся молочной кислоты,
поскольку иначе она останавливает дальнейшее сбраживание. В результате молочная кислота накапливается в растворе в виде её кальциевой соли (10-12%), а ее выход составляет 90% от теоретического. Раствор фильтруют, очищают активным углем, концентрируют и при охлаждении выкристаллизовывают из него молочно-кальциевую соль. Маточный раствор можно вторично сгущать и кристаллизовать. Выделенную молочно-кальциевую соль разлагают, прибавляя серную кислоту. При этом образуется и выпадает в осадок серно-кальциевая соль (гипс), а молочная кислота переходит в раствор. После отфильтровывания осадка получается довольно чистый раствор молочной кислоты, имеющий концентрацию около 25%. Для дальнейшего сгущения его выпаривают под разрежением в кислотоупорных вакуум-аппаратах, до концентрации 50-75%. Для получения чистой молочной кислоты её перегоняют с перегретым острым паром под разрежением.
18. Производство из мелассы витамина В12. Ряд микроорганизмов, особенно актиномицеты и бактерии, образуют в процессе биосинтеза витамин В12. В качестве основной питательной среды для них используется меласса. Последняя предварительно гидролизуется для превращения сахарозы в инвертный сахар. В среду добавляется также кукурузный экстракт и хлористый кобальт. Технология производства В12 включает приготовление питательной среды; выращивание культуры бактерии, ферментацию, сопровождаемую выделением в среду витамина В12, отделение биомассы от жидкости сепарированием, сушку биомассы, размол и упаковку готового продукта [Barjol, Chavanes 2003].
19. Производство из мелассы глутаминовой кислоты, глутамата натрия, бетаина. Глутаминовая кислота играет огромную роль в организме человека. Она является единственной кислотой, интенсивно потребляемой нервными клетками при окислительных процессах в мозгу (при детских нервных заболеваниях, эпилепсии, шизофрении и т. д., при усталости). Глутамат натрия же используется как добавка в продуктах питания. В ряде стран мира (Италия, Франция, Япония) разработано несколько способов получения данных веществ. Один из них - это получение глутаминовой кислоты и глутамата натрия с применением ионообменных смол (Франция).
Мелассу разбавляют примерно в 7 раз, охлаждают и направляют на катионообменник для отделения ионов калия, натрия и бетаина. В таком виде она поступает на анионообменник. Здесь из мелассы задерживается глютаминовая и пиромидокарбоновая кислоты. После насыщения смол солями реакторы переключают на процесс регенерации. Катионообменник обрабатывают разбавленной серной кислотой. Из полученного раствора можно выделять бетаин. Анионообменик обрабатывают раствором соды. Полученный промой сгущают, обрабатывают NaOH, фильтруют и обрабатывают НС1. Образовавшиеся кристаллы солянокислой глутаминовой кислоты отделяют на фильтре и затем растворяют в реакторе. Полученный раствор фильтруют, осветляют, нейтрализуют раствором соды и направляют в кристаллизаторы. Выкристаллизовавшаяся глутаминовая кислота отфильтровывается, сушится, упаковывается [Хейкки, Геран, Ярмо RUS 2054045].
20. Производство из мелассы комбикормов и премиксов. Этот вид отхода сахарного производства применяют в данном случае из-за его свойства связывать пыль, то есть «склеивать» мелкие частицы. Мелассу включают в комбикорма для коров в размере 5-10%. При этом, чтобы избежать образования в них комков, очень густую мелассу нагревают и домешивают 10% воды. [Егорова 2010].
Целесообразно также применять ее при производстве соломенных гранул или смесей из концентратов и соломы. В некоторых странах в кормлении КРС меласса, кроме жидкой формы, применяется также в форме спрессованных блоков (с
добавлением минеральных веществ, витаминов, эрготропных компонентов, небелковых соединений азота).
Таким образом, сахарное производство одна из самых материалоемких перерабатывающих отраслей АПК, так как в процессе получения сахара образуется большое количество побочной продукции при незначительном выходе конечного продукта. Так, в сахарной промышленности образуются такие побочные продукты как жом, дефекат и меласса. Жом - ценный корм для крупного рогатого скота. Сухой жом почти равноценен концентрированным кормам. При этом 30-35 % жома используется в свежем виде, 25-27% подвергается сушке, остальная часть остается невостребованной, что наносит вред окружающей среде при неправильной утилизации.
Наиболее перспективным направлением рационального и полного использования свекловичного жома является биотехнология переработки жома методом вермикультивирования, которая позволяет извлечь из этого отхода экологически безопасное, высокоэффективное удобрение - биогумус, а также промышленное производство пектина, которое позволит предприятиям сахарной промышленности повысить экономическую эффективность и решить экологическую проблему, связанную с утилизацией жома.
Дефекат используют для производства извести, цемента, в качестве минеральных подкормок для сельскохозяйственных животных. Данный отход содержит органическое вещество, что позволяет рассматривать его как источник пополнения органического вещества в почве.
Меласса служит сырьем для получения сахара, лимонной и молочной кислот, дрожжей, витамина В12, используется при изготовлении комбинированных кормов.
Таким образом, в настоящее время необходим поиск методов утилизации многотонажного отхода сахарного производства - свекловичного жома. Одним из наиболее приемлемых в экологическом отношении и целесообразных экономически является утилизация методом компостирования.
Библиографический список
Голубев И.Г., Шванская И.А., Коноваленко Л.Ю., Лопатников М.В. Рециклинг отходов в АПК: справ. М.: ФГБНУ Росинформагротех, 2011. 296 с.
Давидович Е.А. Пищевые свекловичные волокна: производство и использование // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. 2009. № 1. С. 232.
Донченко Л.В., Ковалева С.Е., Демина Н.В. Возможность использования вторичных сырьевых ресурсов свеклосахарного производства для дальнейшей переработки // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2006. №21. С. 438-446.
Егорова М.И. Свеклосахарная меласса - сырье для производства кормопродуктов // Сахар. 2010. №2. С. 18-22.
Житин Ю.И., Стекольникова Н.В. Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Воронеж: ВГАУ, 2015. 218 с.
Зелепукин Ю.И., Бирюков И.И., Бирюкова Н.И., Зелепукин С.Ю. Утилизация фильтрационного осадка // Сахар. 2011. № 6. С. 41.
Лосева В.А., Путилина Л.Н., Матвиенко Н.А., Шестова С.М. Способ получения пищевого волокна из свекловичного жома. Патент на изобретение RUS 2340678 08.05.2007.
Полянский К. К., Шуваева Г. П., Деменко Н. Д., Яковлев В. Ф. Производство молочной кислоты // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1997. №1. URL:
http://cyberleninka.ru/article/n/proizvodstvo molochnoy kisloty (дата обращения: 27.04.2016).
Ручин А. Б. Применение метода вермикультивирования для биодеградации твердых отходов // Молодой ученый. 2013. №3. С. 168-171.
Савостина О.А., Крицкая Е.Б. Отходы сахарного производства // Успехи современного естествознания. 2008. №7. С. 68.
Салтык И.П., Горобец Ж.А., Болохонцева Ю.И. Внедрение ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий и организация вторичной переработки отходов в свеклосахарном производстве // Региональная экономика: теория и практика.2008. № 31. С. 51-65.
Славянский А. А., Кирейчева Л. В., Пузанова Л. Н. Отходы сахарного производства и их использование в сельском хозяйстве // Сахар. 2009. № 10. С. 48-49.
Спичак В.В., Вратский А.М. Современные направления использования и утилизации свекловичного жома // Сахар. 2011. № 9. С. 60-64.
Текутьева Л.А., Сон О.М., Ященко А.С. Проблемы использования свекловичной мелассы в российском кормопроизводстве // APRIORI. Серия: Естественные и технические науки. 2015. № 2. С. 31.
Хейкки Х., Геран Х., Ярмо К. Способ получения бетаина и сахарозы из мелассы. Патент на изобретение RUS 2054045.
Шарипова Л.Д., Салимзянова А.А., Ор-Рашид Х.М. Использование мелассы как сырья для получения биоэтанола // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе. Тюмень, 2013. С. 193-196.
Barjol J.L., Chavanes H. Beet growing and sugar production in Europe: environmental report. CIBE. Paris, Bruxelles, 2003. 41 p.
Korres N., O'Kiely P., Benzie J., West J. Bioenergy production by anaerobic digestion. Using agricultural biomass and organic wastes. London and New York: Earthscan from Routledger, 2013. P. 127-128.
Poonam N., Vogel M. Bioconversion of sugar industry by-products - molasses and sugar beet pulp for single cell protein production by yeasts // Biomass and Bioenergy, 1991. Vol. 1. №6. P. 339-345.
