CC BY
42
УДК 66.021.2.081.3
Ю. Л. Юрьев, Т. М. Панова
ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ДРЕВЕСНЫХ УГЛЕЙ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Ключевые слова: модифицированный древесный уголь, очистка воды.
Проведена модификация поверхности древесного угля с помощью водяного пара с применением нового аппарата. Проведена модификация активного угля с помощью горячего воздуха. Полученные материалы успешно протестированы с целью очистки воды в пищевой промышленности от катионов и анионов, а также при получении алкогольной продукции высокого качества.
Keywords: modified charcoal, water purification.
Charcoal surface modification carried out steam using a new device. Modification of active charcoal carried out using hot air. These materials have been successfully tested to clean up the water in the food industry from cations and anions, as well as in obtaining high-quality alcohol products.
Введение
Предприятия пищевой промышленности РФ являются одними из потребителей активных углей (АУ), производимых на основе сырья растительного происхождения [1]. В России основным сырьем для производства растительных АУ является древесина мягколиственных пород: береза (в основном) и осина. Площадь этих лесов в РФ составляет около 140 млн. га и непрерывно увеличивается [2].
По сравнению с хвойными, мягколиственные породы имеют весьма ограниченное применение, что создает проблемы для лесопромышленных предприятий, находящихся в обжитых районах, где хвойные леса в основном вырублены. По нашему мнению, одним из реальных вариантов повышения эффективности производства таких предприятий является организация производства древесного угля (ДУ) и продуктов на его основе [3].
Методические аспекты
Хотя сам ДУ является пористым материалом, в пищевой промышленности в качестве сорбента он не применяется, т.к. его удельная поверхность недостаточна. Для увеличения сорбционных свойств ДУ используется два варианта модификации - активация и окисление. Продукты модификации - активные угли (АУ) и древесный окисленный уголь (ДОУ) имеют высокие, часто уникальные сорбцион-ные свойства. Нами изучен [4, 5] и предложен [6] способ активации ДУ водяным паром во вращающемся аппарате барабанного типа с Ъ - образной вставкой, который обеспечивает получение АУ стабильного качества. При этом возможно получение АУ обоих типов - как дробленых типа БАУ (ГОСТ 6217), так и порошковых типа ОУ (ГОСТ 4453). Эти АУ разрешены к применению в пищевой промышленности.
Нами разработан способ окисления АУ типа БАУ горячим воздухом в непрерывном режиме [7]. Такой вариант получения ДОУ экологически безопасен и обеспечивает получение продукта стабильного качества.
Пристальное внимание в пищевой промышленности уделяется качеству воды. Например, вода для
производства пива и безалкогольных напитков должна соответствовать требованиям технологической инструкции ТИ-10-5031536-73-10 (в дальнейшем - ТИ). Лимитируется содержание в воде как анионов, так и катионов. Учитывая, что АУ проявляет свойства анионообменника, а ДОУ - катионо-обменника, имеет смысл для достижения требований ТИ использовать эти модифицированные угли совместно.
Экспериментальная часть
На Щербаковском пивзаводе (Свердловская область) вода характерна повышенным содержанием ионов железа, марганца, цинка, силикатов и нитратов (мг/м3) относительно нормативных требований ТИ. Нами проведены испытания установки [8], в состав которой входили фильтры с АУ и ДОУ, для получения воды, соответствующей требованиям ТИ. Результаты представлены в табл. 1.
Таблица 1
Название примеси Значение
Исходная вода Требование ТИ Вода после обработки
Железо 18,5 не более 0,1 0,08
Марганец 0,17 не более 0,1 0,02
Цинк 3,0 не более 0,5 0,15
Нитраты 27,0 не более 10 4,5
Силикаты 13,5 не более 2 1,4
Как видно из данных табл. 1, совместное применение АУ и ДОУ приводит к очистке воды как от катионов, так и от анионов. В результате очистки качество воды стало соответствовать нормативному уровню [9].
Предварительная обработка воды путем фильтрования через колонки с АУ и ДОУ снижает образование металл-белковых помутнений пива. Одновременно такая обработка впоследствии увеличивает скорость и глубину ферментативных процессов [10]. Также нами показано, что применение АУ марки ОУ-А (порошковый) повышает коллоидную стойкость пива [11].
Экономический эффект от применения обоих модификаций углей в пивоварении достигается за
счет появления возможности выпуска элитных сортов пива, что невозможно без высокого качества применяемой воды.
Проверена эффективность АУ, полученного по разработанной нами технологии [9] в ликеро-водочном производстве, на колонках с нижней подачей сортировки. В одной из колонок находился аналог БАУ-А, полученный по нашей технологии (А), в другой - стандартный БАУ-А (С). Продолжительность контакта обоих образцов с сортировкой соответствовала принятой в промышленности и составляла 5 часов. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
Содержание Значения, мг/дм безводного спирта после очистки
норма А С
Альдегидов 8 2,36 3,10
Сивушных масел 4 2,56 2,97
Из данных табл. 2 видно, что обработка сортировки как опытным АУ (А), так и стандартным БАУ-А (С) гарантирует ее качество.
Испытания показали:
• опытный АУ, полученный по технологии паровой активации с использованием Ъ - образной вставки, позволяет эффективно очищать сортировку от альдегидов и сивушных масел и улучшает органолептические свойства водки;
• после очистки опытным углем концентрация альдегидов и сивушных масел в сортировке составляет 76% и 86%, соответственно, от их концентрации после очистки промышленным углем БАУ-А;
• АУ, полученный с применением новой технологии активации, эффективно работает при очистке сортировки.
Литература
1. Юрьев Ю.Л. Технология лесохимических производств учебное пособие. Ч.1. Пиролиз древесины. Екатеринбург, 1997, 99 с.
2. http://www.lesonline.ru
3. Юрьев Ю.Л., Солдатов А.В. Термохимическая переработка древесины в условиях лесопромышленного предприятия Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2005. № 3. С. 113-118.
4. Дроздова Н.А., Юрьев Ю.Л. Активация березового и осинового угля. Вестник КНИТУ. 2012. Т. 15. № 13. С. 147-148.
5. Дроздова Н.А., Юрьев Ю.Л. Изучение сорбционных свойств активного угля в статических условиях Вестник КНИТУ. 2013. Т. 16. № 19. С. 83-84.
6. Панюта С.А., Юрьев Ю.Л., Стахровская Т.Е., Шишко И.И. Способ активации карбонизованных материалов. Пат. РФ 2051097 (1995)
7. Юрьев Ю.Л., Гиндулин И.К. Установка для получения окисленного древесного угля. Пат РФ. 71655 (2007)
8. Дроздова Н.А., Тропина К.Ю., Пономарев О.С., Панова Т.М., Юрьев Ю.Л. Устройство для подготовки воды. Пат. РФ. 96367 (2010)
9. Юрьев Ю.Л., Дроздова Н.А., Панова Т.М. Доочистка артезианской воды с применением модифицированных древесных углей Вестник КНИТУ. 2013. № 19. С. 85.
10. Юрьев Ю.Л., Панова Т.М., Дроздова Н.А. Применение модифицированных древесных углей для улучшения солевого состава воды в пивоварении Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2010. № 1. С. 134-138.
11. Юрьев Ю.Л., Панова Т.М., Дроздова Н.А., Тропина К.Ю. Исследование возможности применения древесного угля для стабилизации пива Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2010. № 5. С. 120124.
© Ю. Л. Юрьев - доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой химической технологии древесины, биотехнологии и нанома-териалов Уральского гос. лесотехнического университета, [email protected]; Т. М. Панова - доцент той же кафедры, [email protected].
© Y. L. Yuryev - Doctor of engineering sciences, Professor, head of the Department of chemical technology of wood, biotechnology and nanomaterials USFEU, [email protected]; T. M. Panova - Associate Professor, Department of chemical technology of wood, biotechnology and nanomaterials USFEU, [email protected].
