Научная статья на тему 'Разработка процессов утилизации отходов пивоварения с получением гранулированного продукта'

Разработка процессов утилизации отходов пивоварения с получением гранулированного продукта Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
1047
225
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Пиво и напитки
ВАК
Ключевые слова
ПИВНАЯ ДРОБИНА / КИЗЕЛЬГУР / ОТХОДЫ ПИВОВАРЕНИЯ / BREWING WASTE / КОРМОВАЯ ДОБАВКА / FODDER ADDITIVE / ПИВО / BEER / ЯЧМЕНЬ / BARLEY / BEER PELLET / KISELGUR

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Назаров В.И., Бичев М.А.

Статья посвящена проблеме утилизации отходов пивоварения. В ней рассмотрены: схема пивоваренного производства, свойства и состав основных отходов, методы по их утилизации, описаны трудности, с которыми сталкиваются современные пивоварни.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Engineering processes of brewing wastes recycling with obtaining granulated product

Presented article is devoted to the problem of recycling brewing wastes. In it considered: the scheme of brewing industry, properties and composition of the main wastes, methods of their recycling, described the difficulties which modern brewery face with.

Текст научной работы на тему «Разработка процессов утилизации отходов пивоварения с получением гранулированного продукта»

УДК 663.482

Разработка процессов утилизации отходов пивоварения с получением гранулированного продукта

В. И. Назаров, канд. техн. наук, доцент; М. А. Бичев, аспирант Московский государственный университет инженерной экологии

Ключевые слова: пивная дробина; кизельгур; отходы пивоварения; кормовая добавка; пиво; ячмень.

Keywords: beer pellet; kiselgur; a brewing waste; a fodder additive; beer; barley.

На предприятиях пивоваренной промышленности России ежегодно скапливается огромное количество сырых влажных отходов, таких как пивная дробина (ПД) и кизельгур. Они практически не утилизируются, а их переработка требует значительных затрат как на транспортировку, так и на перевод в товарный продукт.

Пивная дробина — гуща светло-коричневого цвета со специфическим запахом и вкусом ячменного солода. Твердая часть дробины — оболочка и нерастворимая часть зерна. На предприятиях она образуется как остаток после отделения жидкой фазы — пивного сусла — в процессе фильтрации затора (рис. 1). Представляет собой суспензию влажностью 70-80%, в сухом остатке которой большое количество протеина, в 3 раза превышающее содержание в ячмене. Кроме того, ПД содержит 70-75% белковых веществ и 80% жира, имевшихся в исходном солоде. Это обусловливается тем, что при изготовлении сусла используют в основном растворимые сахара из сердцевины зерна. Из 100 кг перерабатываемых зернопродуктов образуется 125-170 кг сырой пивной дробины влажностью 88% с выходом 2,4-2,6 т на 1000 дал (1 дал = 10 л) полученного пива. От технологии производства на разных заводах зависят фракционный состав ПД, количество оставшихся клейких веществ, плотность шелухи (оболочки зерна) и, как следствие, меняется характер ее поведения при прессовании. В дробине содержатся оболочки зерна, неосахаренный крахмал и другие нерастворимые вещества с витаминами

(табл. 1 и 2). Также находятся белки, осажденные в результате кипячения затора, и продукты взаимодействия

белка с дубильными веществами. Из сахаров в пивной дробине обнаружены манноза, ксилоза, арабиноза, глюкоза, и галактоза. В жидкой фракции пивной дробины имеются липидные вещества, представленные в основном триглицеридами, свободными жирными кислотами и фосфолипидами. Большая часть витаминов, содержащихся в ячменном солоде, переходит в дробину: витамины Е (токоферол), В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), В6 (пиридоксин), РР (никотиновая кислота), витамин Н (биотин), фолиевая и пантотеновая кислоты.

Существуют различные способы переработки ПД: получение ксилита, производство кормовых добавок и комбикормов на ее основе, использование в качестве топливного компонента, а также мелиоранта почв.

Пока что ПД часто применяют в качестве корма для жвачных живот-

Солод

Ячмень Пшеница

Очистка солода и ячменя

Шелуха, пыль, ростки

Дробление солода и ячменя

Приготовление затора

Вода

Фильтрование затора

Хмель

Дробина

Кипячение сусла с хмелем

J

Отделение сусла от хмелевой дробины

Хмелевая дробина

Осветление и охлаждение сусла

Главное брожение сусла

Отработанные дрожжи

Дображивание молодого пива

J

Осветление пива

Кизельгур

Т

Розлив пива

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема производства пива, показывающая, на каких стадиях образуются отходы

32 ПИВО и НАПИТКИ 3 • 2011

ных и птиц. Однако в жидком виде она быстро прокисает (за трое суток) и долго не хранится. Для перевода ПД в порошки или гранулы часто используют сушку с помощью распылительных сушилок или сушилок в кипящем слое. В гранулированном виде она не слеживается, хранится долго и сохраняет свои питательные свойства. Однако эти процессы энергоемкие и при высокой стоимости требуют больших площадей для размещения собственного оборудования. При многотоннажности производства отходов гранулирование целесообразно проводить методами прессования на валковых прессах или роторных грануляторах с кольцевой или плоской матрицей. Поэтому стоит вопрос о подборе связующих и создании легкопрессуемых композиций, образующих прочные гранулы.

Что касается кизельгура, то его можно использовать в промышленности в качестве адсорбента или добавки при производстве цемента, обычных и силикатных кирпичей, а также в сельском хозяйстве в качестве удобрения, вспомогательного материала для улучшения почвы или добавки к комбикормам. При введении кизельгура в почву происходит ее разрыхление, увеличивается объем ее пор, улучшается микробиологическое действие почвы, повышается количество удерживаемой влаги и питательных веществ и десорбция фосфатов; при обработке кизельгуром растений облегчается попадание в них Н^Ю3, повышаются прочность стеблей и устойчивость растений к повреждениям и их урожайность.

Отработанный кизельгур, впитав в себя белок, сахара, прочие вещества и микроорганизмы из пива, как и дробина, не может долго храниться. При комнатных температурах он уже на второй день начинает неприятно пахнуть, затем расслаивается и зарастает плесенью. Таким образом, чтобы добавлять его в комбикорма, его необходимо подсушить, сграну-лировать и дезинфицировать.

В Московском государственном университете инженерной экологии (МГУИЭ) на кафедре ЮНЕСКО «Техника экологически чистых производств» был исследован процесс получения гранул из ПД методом компактирования на роторном грану-ляторе. Исследование проводили при прессовании в закрытой матрице с различными связующими и добавка-

Таблица 1

Показатель Пивная дробина, в 1 кг

жидкая сухая

Сухое вещество, г 232 887

Сырой протеин, г 58 217

Сырая клетчатка, г 39 140

Безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ), г 107 406

Сырой жир, г 17 60

Витамин Е (токоферол), мг 14 23

Витамин В1 (тиамин), мг 0,2 0,6

Витамин В2 (рибофлавин), мг 0,3 0,9

Витамин В4 (холин), мг 510 1300

Витамин В5 (никотиновая кислота), мг 13 36

Таблица2

Показатель Содержание Показатель Содержание

1 Общий химический состав 1 Аргинин , % 1,07

Влага,% 8,67 Аспарагиновая кислота , % 1,35

Сырой протеин, % 23,44 Треонин , % 0,77

Сырой жир,% 7,75 Серин , % 0,89

Сырая зола , % 2,5 Глутаминовая кислота , % 4,57

Сырая клетчатка , % 14,3 Пролин , % 2,05

Безазотистые 43,44 Глицин , % 0,79

экстрактивные вещества , % Аланин , % 0,94

Микроэлементы Цистин , % 0,46

Кальций,% 0,37 Валин , % 1,06

Фосфор , % 0,5 Метионин,% 0,5

Марганец, мг/кг 52 Изолейцин,% 0,79

Цинк, мг/кг 105 Лейцин , % 0,57

Железо, мг/кг 205 Тирозин,% 0,61

Медь, мг/кг 15 Фенилаланин,% 1,23

Аминокислоты Всего аминокислот , % 19,17

Лизин , % 0,86 В том числе незаменимых 7,51

Гистидин , % 0,66 аминокислот,%

ми (табл. 3). В качестве связующих использовали отходы целлюлозно-бумажной промышленности (лигно-сульфанат и водные растворы ПВА) и пищевые продукты. При гранулировании, после увлажнения все смеси нагревали до температуры 80 °С. Таким образом, моделировалась технология процесса, осуществляемого на ОАО «ПК «Балтика». Плотность и прочность получаемых прессовок сравнивали с заводскими гранулами. Некоторые смеси подвергали дополнительной механоактивации в барабанах с металлическими шарами. Прессовки из смесей № 1, 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 служат питательными кормовыми добавками, а также гранулированными компонентами, которые можно добавлять в комбикорма различного назначения. Кроме этого получали прессовки с добавками кальцийсодержащих отходов, которые можно использовать в строительных смесях, удобрениях,

а также в качестве наполнителей для бетона и вспомогательного материала для улучшения свойств почвы.

Получаемые гранулы в качестве пищевых добавок имели плотность рпр = 800-1400 кг/м3 (рис. 2) и прочность на раскалывание стр= 0,4-1 МПа (рис. 3) при удельном давлении прессования 50200 МПа. Прессовки строительного назначения соответственно имели рпр = 1200-1400 кг/м3 (рис. 4), стр = = 0,8-1,8 МПа (рис. 5) при том же удельном давлении прессования. Влажность шихты колебалась в диапазоне 5-12%. Полученные данные легли в основу создания линии для гранулирования ПД, кизельгура как по отдельности, так и в сочетании с другими отходами. В качестве гра-нулятора применяли высокопроизводительный роторный гранулятор с плоской матрицей.

На основании проводившихся исследований предложена технологи-

3 • 2011

ПИВО и НАПИТКИ

: ^ -5-

« ц

■е-о

й ® го ь

п си

ь

о

8 5 го

и.

ш

Ж л> о „> Д -е-и С 5 ш £ 1 -3 ° ы

ш л ш н 1

§ § 1 8 г §

о о ^

го о н 1=

" к

н го

го ь

<< а>

5 =

Си

о = 2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

п> Ж -а о

си

О О

О □

со

п а щ

1 =

^ г

Плотность прессовок, кг/м^

-9 ^ - ы ч ^ 4 ^ | 1

1 ^

1 ]

1. . I

Предел прочности на раскалывание, МПа

Ж

о О С5\ Ж=

к ^

СЛ

к

х

Со ф

Еа С4

а ся Э *

05

Л

ф

о ч ся

со О ся

05

ж

05

ся £

X

ся о ч Ж о ся

ьн °

Ж }Я

Ф о

1э Л

О Ф

СЛ о

05 РЧ

СЯ 05

РЧ а

К ь,

о ж

2 Я

о »

"О я

05 чз

33 о ж

2

ьй 05

чз д

& е

о тз

4 Ф

05 рЧ

ж о

Я Й

йз Ф

VI РЧ

05

СЯ Ф Еа н

05 ся 05 Е

ж

Е рч ^ со

Ж

2 я= я

о ф " о

3 СЛ • ><!

^ я

ы %

Ж "О

ф ^

о Й

V ся

X о

ф }я

ч о ® ®

Е 05

£ §

Ж ТЗ

Й э

о о

§ 03

Я о

7 Ж,:

1э ж

-в- ж

Ж

Еа ' с-

4 тз

05

я ж ж

РЧ

05 33

я

я ся ж

05 со а 05

4 }э О "73

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

тз о

05 СЛ

ж ж

05

я

о

2 о

™ 05

я о я

05 "73 43

Н Я 1>

РЧ » о

05 Ж О

Ж 05

£ 1-е-

о к § §

ся "о

Ф 05

05

СЛ о ф

Еа ся

ц

я 03

- ф

ж °

С ф

ч "V,

ч

о

Я ч ся Я "О

я 05 Я

Ё ж ф

3 3 3

О 43

дчз ж

О £ -е-

я 1-1

о °

Еа э -

5 я 05

О

2 £ *

£ ф 05

я £ 3

о К 33 й 2

33 ^ й

ф ^

2 СЯ СЛ

о к

ж <3 ж

СО , 05

от ^ г\5 1Л ^ о

£ » ч ° 5 а

^ ХЗ г- Ч м I

Ьэ =1

П со ^

»1111111°

»+111111°

ООО

I I I I К I I

+ I I ё I I I

I I I К I I I

+ 18 1111

г\з о

I ё | ё | |

о о го ■0

т ^

т X X [Г т

ч т

X X

о ь о

13

ь

31 □

го

о ?

[ а

11111

I £ I £ I I I

18 11111

I йй I I I I

ч

с

Пивная дробина

Очищенный воздух в атмосферу

Очищенный воздух в атмосферу

Воздух для продувки

Сырая дробина потребителю

Вода после фильтрации

Конденсат

Гранулированный продукт

1

18

Рис. 6. Технологическая схема переработки отходов пивоварения в кормовую добавку:

1 — бункер-накопитель с мешалкой; 2 — шнековый пресс; 3 — центрифуга; 4 — бункер для кизельгура; 5 — шнековый транспортер; 6 — контактная сушилка; 7 — блок циклонов; 8 — нория; 9 — рукавный фильтр; 10 — промежуточный бункер; 11 — шнековый смеситель; 12 — бункер для связующего; 13 — роторный гранулятор; 14 — ленточный транспортер; 15 — охладитель; 16 — цепной транспортер; 17 — нория; 18 — бункер готовой продукции; 19 — паровой калорифер

он пропускается через центрифугу. В ней под действием центробежной силы жидкость прогоняется через фильтрующую поверхность и таким образом улавливается большая часть примесей. Осветленная отфильтрованная жидкость сливается в канализацию.

На входе в сушилку смешиваются кизельгур (отход при фильтровании пива), отжатая пивная дробина и остаток с центрифуги. Сушка осуществляется контактным методом с помощью вращающегося внутри теплообменника. Высушенная смесь высыпается из сушилки и норией поднимается в промежуточный бункер. Из него смесь падает в смеситель, в котором к шихте добавляются связующие: меласса и лигносульфа-нат технический (возможно использование аналогичных заменителей). Смесь транспортируется в роторный гранулятор с плоской матрицей. В нем вращающиеся ролики проталкивают шихту через матрицу. Про-

ходя через каналы в матрице, смесь прессуется и выходит в виде гранул. Эти гранулы ленточным транспортером поднимаются в охладитель и в нем они обдуваются воздухом. При достижении определенного уровня срабатывают решетки и гранулы пересыпаются в цепной транспортер. Транспортер сдвигает гранулы на норию, и она поднимает их в бункер готовой продукции (рис. 6).

На основании проведенных исследований предложена технологическая линия производства питательной кормовой добавки, которая может быть использована в животноводстве. Были определены прочностные характеристики полученных прессовок и построены компрессионные кривые. Установлено, что таблетки из смесей № 10 и № 14 при прессовании имели максимальную прочность при конечной влажности после подсушивания 9-11%, т. е. композиция из лигносульфа-ната и мелассы имела наилучшее

вяжущее действие. Определено, что предел прочности прессовок на раскалывание (0,8-1,2 МПа) и их плотность (1000-1200 кг/м3) при удельном давлении прессования 70100 МПа позволяют прогнозировать их поведение при транспортировке и хранении. На основе экспериментальных данных выбраны режимные параметры процесса гранулирования и разработана конструкция роторного гранулятора с плоской матрицей. Даны рекомендации по использованию отработанной дробины и кизельгура в качестве добавки к почвенным смесям. Выявлено, что при добавлении к дробине кизельгура и связующих заданная прочность гранул достигается при меньшем удельном давлении прессования. Таким образом, можно говорить о снижении энергозатрат на переработку отходов пивоварения. Кормовую добавку с примесью кизельгура рекомендуется использовать в кормлении домашней птицы.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3 • 2011

ПИВО и НАПИТКИ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.