CC BY
70
ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 663.4
Современные технологии рациональной переработки отходов пивоваренного производства
М.М.Аксенов, инженер по продажам; О.В. Дубровская, менеджер по маркетингу Flottweg Moscow
При работе любого предприятия происходит образование отходов, и пивоваренные заводы — не исключение.
В настоящее время многим пока удается утилизировать отходы со сравнительно низкими затратами, однако постоянно растущие расходы на утилизацию заставляют задуматься о самостоятельной переработке и(или) уменьшении количества образующихся отходов. Рассмотрим использование современных технологий на примере двух видов отходов: избыточных дрожжей и отработанного кизельгура, которые образуются в «холодной» части пивоваренного процесса.
Переработка
избыточных дрожжей
как способ извлечения прибыли
Примером прибыльного бизнеса может служить переработка избыточных дрожжей в высокобелковые пищевые добавки, применяемые как в комбикормовой, так и в пищевой и фармацевтической промышлен-ностях.
Еще буквально несколько лет назад пивзаводы были готовы бесплатно отдавать дрожжи или даже доплачивать за их утилизацию, но в последние годы ситуация кардинально поменялась: предприятия проводят тендеры на продажу данного вида отходов. Сами крупные пивоварен-
ные компании считают переработку дрожжей побочным бизнесом и по этой причине не вкладывают денег в их утилизацию.
Избыточные дрожжи образуются в танках брожения / дображивания (ЦКТ) на этапе основного брожения, а в конце процесса брожения происходит процесс осаждения дрожжей. Эта дрожжевая суспензия имеет в среднем 6-16 % масс. сухих веществ (СВ), то есть содержание пива в ней все еще очень значительно. Приблизительно 2-3 % пива от годовой производительности завода теряется вместе с дрожжами.
Использование современных технологий позволяет уменьшить
Сравнение технологий извлечения пива из избыточных дрожжей (для систем с эффективной производительностью в диапазоне 15-35 гл/ч)
Тип оборудования
Показатель
Sedicanter® Мембрана Декантер Сопловой сепаратор
Содержание СВ в подаче, % масс. 6-16 6-12 10-16 6-10
Качество фугата, % об. < 0,3 0 < 2 0,1
Содержание СВ в дрожжах на выходе, % масс. < 25 < 22 < 22 < 20
Энергопотребление, кВт 32 60 22 40-55
Удельное энергопотребление, кВт/гл центрата 1,6 4 1,3 3,7
Разведение исходного продукта Нет 1:2 Нет 1:2
Потребление воды, гл/ч 0,5 14 0,5 14
Дополнительное охлаждение Нет Да Нет Да
Стоимость обслуживания в год, % 2 4-6 2 5
Система безразборной мойки Общая Отдельная Общая Общая
потери за счет возврата восстановленного пива обратно в пивоваренный процесс.
Современные технологии переработки избыточных дрожжей
В таблице приводится сравнение технологий извлечения пива из избыточных дрожжей (для систем с эффективной производительностью в диапазоне 15-35 гл/час).
Рассмотрим две наиболее интересные технологии извлечения пива.
Использование мембранного фильтра
Самое высокое качество регенерированного пива получается при использовании мембранного фильтра, в котором поток жидкости движется сквозь фильтрующий слой не под прямым углом, а параллельно высокопористой керамической мембране, так что пиво диффундирует (проходит) сквозь нее, а дрожжи уносятся потоком дальше.
Такой вид фильтрования называется тангенциально-поточным (CF: Cross-Flow). Он не требует вспомогательных фильтрующих средств и довольно часто применяется для восстановления пива из дрожжей. Однако требует правильного подбора производительности установки, чтобы обеспечить приемлемые эксплуатационные расходы при хорошем качестве пива.
Альтернативная технология с использованием Sedicanter®*
Немецкий производитель Flottweg предлагает уникальное решение для переработки — Sedicanter® (рис. 1).
Запатентованная в разных странах торговая марка Flottweg
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2019
0 ОБОРУДОВАНИЕ
Оборудование представляет собой горизонтальную двухконусную центрифугу со сплошной стенкой для непрерывного разделения суспензий из жидкости и сложных для обезвоживания мелких твердых частиц. Осветленная жидкая фаза выгружается под давлением через импеллер в цилиндрическом конце барабана. Легко регулируемый импеллер дает возможность точной настройки глубины загрузки в барабане во время эксплуатации для адаптации машины к изменяющимся условиям работы. Обезвоженная твердая фаза движется к коническому концу барабана, где она выгружается через порты выгрузки благодаря гидравлическому давлению, внутреннему шнеку и высокой инерции.
Sedicanter® чрезвычайно универсален, так как способен работать с различными концентрациями избыточных дрожжей в подаче, а также может быть легко адаптирован и настроен для работы в диапазоне 6-16 % масс. СВ в подаче. Перед
подачей не требуется разбавления продукта водой, эффективность сепарации не снижается при меняющихся параметрах суспензии в подаче. Содержание СВ в дрожжевом «пироге» в момент выгрузки > 24 % масс. В фугате (регенерированном пиве) содержание дрожжей менее чем 0,3 % об. (< 1 млн дрожжевых клеток в 1 мл).
Отдельно необходимо отметить непрерывный процесс работы оборудования — не требуется обратная промывка для восстановления требуемого уровня производительности. Все параметры (дифференциальная скорость, позиция импеллера и т. д.) могут быть настроены во время работы без остановки подачи или всей системы. Температура при эксплуатации равна температуре хранения дрожжей (обычно 3...5°С). Не требуется дополнительного охлаждения. Весь барабан герметизирован с С02, чтобы избежать захвата воздуха.
Под корпусом расположена камера твердой фазы. При добавлении
Отвод жидкой фазы под давлением
- Подача
Выгрузка твердой фазы
Рис. 1. Sedicanter® в разрезе
И
Избыточные дрожжи из танков брожения / дображивания
Емкость хранения дрожжей
И
Емкость
восстановленного пива
Вирпул
г S
ка
Отвод дрожжей, СВ > 24% масс.
Кизельгуровый фильтр
Пастеризатор
щ
, .....,
J (ёЯЗ gT-'
Отгрузка дрожжей на переработку
для пищевой и комбикормовой промышленности
Рис. 2. Способы возврата восстановленного пива
Брожение
ПаСТеРИЗаТ0Р
воды на данном этапе через распылители, установленные на внутренней стороне корпуса, дрожжевой «пирог» разбавляют до получения пригодной для перекачки насосом консистенции и направляют в танки хранения дрожжей.
Sedicanter® и вспомогательное оборудование могут быть легко интегрированы в систему безразборной мойки. Промывка с использованием каустика, кислот и воды осуществляется через загрузочную трубу, и специальные дополнительные жидкости для мойки не требуются. Благодаря возврату моющих растворов через линию центрата и камеру выгрузки твердой фазы отсутствуют специфические потери моющих сред. При использовании Sedicanter® в режиме 24/7 интервалы промывки — максимум 4 часа 1-2 раза в неделю.
Вне зависимости от того, на каком оборудовании пиво было извлечено из дрожжей, данный продукт следует возвращать обратно в процесс, принимая меры предосторожности.
Регенерированное пиво может создать биологические и органо-лептические проблемы, если его не подвергнуть дополнительной обработке. Значение рН такого пива обычно выше 5,0, что ведет к выделению протеинов, горьких веществ и жирных кислот. Жирные кислоты со средней длиной цепи (продукты автолиза дрожжей) даже в незначительной концентрации оказывают отрицательное влияние на вкус и стойкость пены. Таким образом, при переработке избыточных дрожжей следует уделять особое внимание их физиологическому состоянию (отсутствию признаков автолиза). С увеличением количества мертвых дрожжевых клеток значительно снижается фильтруе-мость пива.
Восстановленное с помощью Sedi-саМег® пиво добавляется к исходному продукту в количестве 2-5 % от объема на одном из трех этапов производства:
1) в вирпул;
2) на этапе фильтрации готового пива (необходима дополнительная пастеризация);
3) перед началом процесса главного брожения (необходима дополнительная пастеризация) (рис. 2). Третий способ считается наиболее оптимальным, так как в этом
3•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
ОБОРУДОВАНИЕ1
случае дрожжи активно потребляют растворенные в восстановленном пиве продукты автолиза и используют их для строительства клеточных веществ. Таким образом, исключается негативное влияние восстановленного пива на качество готового продукта.
Дрожжи, сгущенные на Sedican-ter®, больше нельзя использовать в пивоваренном процессе. Они имеют консистенцию густой пасты с содержанием СВ около 24 %. В таком виде их перекачка насосом затруднена, так как для транспортировки нужно добавлять воду. Сами дрожжи сохранили свою жизнеспособность, поэтому для большей технологичности последующего процесса их бережно нагревают до 55...60 °С, проводя термолиз (разрушение клетки), после чего происходит сильное разжижение, и термолизованные дрожжи можно направлять на распылительную сушилку.
Снижение затрат на утилизацию отработанного кизельгура
Как было отмечено ранее, дрожжи оседают в конце процесса броже-ния/дображивания, однако полного осветления пива не происходит. Пиво перед фильтрацией должно содержать не более 2 млн дрожжевых клеток. При соблюдении технологического процесса это требование легко выполняется. Но летом, когда спрос на пиво колоссально возрастает (что приводит к сокращению времени дображивания), пиво не успевает осветлиться до требуемых фильтром показателей. Для стабильной работы кизельгурового фильтра перед ним устанавливают сепаратор, благодаря которому на фильтр попадает однородный по количеству дрожжей продукт. Также сепаратор позволяет избежать изменения количества дрожжей, которое может возникать из-за неоднородности их распределения в ЦКТ. Обычно в начале фильтрации продукт, находящийся в конической части ЦКТ, содержит значительно больше дрожжей по сравнению с продуктом из цилиндрической части. Кроме того, отмечается повторный скачок концентрации дрожжей в момент, когда объем продукта в ЦКТ снижается до уровня конической части.
Сепаратор не может сделать пиво кристально прозрачным. Для удаления остаточных дрожжей и веществ, придающих мутность, необходим этап фильтрации. В этом технологическом процессе в качестве вспомогательного фильтрующего элемента применяется кизельгур (рис. 3), который в последующем становится отходом производства. Кизельгур (диатомито-вая земля) представляет собой порошок, похожий на мел, имеющий окраску от светло-коричневой до темно-коричневой. Он состоит, прежде всего, из оксида кремния, большая часть которого находится в аморфной форме.
Частицы кизельгура представляют собой раковины морских водорослей (диатомиты) различной формы размером от 0,001 до 0,01 мм, имеющие многочисленные полости и поры, многие из которых достигают в размере только одной десятой доли микрометра. Природное происхождение, отсутствие токсичности, малый средний размер частиц в совокупности с очень большой удельной поверхностью делают кизельгур ценным продуктом для промышленности. Приблизительно 80 % добываемого кизельгура используют для фильтрации.
Главным потребителем кизельгура как фильтрующего материала выступает пивоваренная промышленность. Отработанный кизельгур — один из основных отходов этой отрасли. Основной объем выпускаемого в мире пива производится при помощи фильтрации с использованием кизельгура; исключение составляют только некоторые сорта нефильтрованного и крафтового пива. После фильтрования на 1 гл пива остается около 500 г кизель-
гурового шлама. По итогам 2018 г. общий объем производства пива и пивных напитков в России составил 77,47 млн гл. С учетом того, что основными являются фильтрованные сорта пива, количество данного отхода составит более 35 тыс. т в год.
Отработанный кизельгур содержит кизельгур и органические вещества, осевшие на нем в процессе фильтрации пива.
Органическая составляющая отработанного кизельгура представлена нерастворимыми веществами солода и несоложеных материалов, клетками пивных дрожжей, белками, высокомолекулярными полимерами глюкозы и другими органическими веществами, осевшими на кизельгур в процессе фильтрации пива. Органическая составляющая отработанного кизельгура изменяется в зависимости от разновидности пива.
Хранение и утилизация отработанного кизельгура — серьезная проблема. При высоких температурах происходит биологическое разложение органической составляющей отработанного кизельгура, при этом образуются сильные неприятные запахи. Споры плесневых грибов, размножающихся на поверхности осадка кизельгура, могут вызывать заболевания людей.
Долгое время пивоваренные заводы смывали отработанный кизельгур в канализацию, однако в настоящее время в большинстве стран это запрещено из-за опасности засорения канализационной сети и снижения эффективности очистительных установок в результате высокой минерализации сточных вод. Поэтому пивоваренные предприятия вынуждены вывозить отработанный кизельгур на свалки и платить за его утилизацию. Вывоз отработанного кизельгура на полигоны твердых бытовых отходов — самый простой способ его утилизации. При этом многие свалки принимают только пастообразный кизельгур с низкой влажностью.
Отработанный кизельгур содержит в среднем до 20 % масс. СВ, поэтому для снижения затрат на транспортировку и депонирование его количество нужно уменьшить. Наиболее современное оборудование для процесса обезвоживания — декантерная центрифуга.
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2019
Исходный продукт попадает в барабан декантера по подающей трубе с помощью насоса. Далее в барабане центрифуги под действием большой центробежной силы кизельгур осаждается на стенке барабана и перемещается шнеком к цилиндрическому концу барабана, где выгружается под действием центробежной силы через окна выгрузки. Осветленная жидкость (фугат) течет к цилиндрическому концу барабана, где отво-
дится без давления переливом через затворные пластины.
После декантера показатель влажности осадка кизельгура (рис. 4) составляет около 60 %. Таким образом, количество отхода снижается примерно в 2 раза!
Кизельгур — высокоабразивный материал, поэтому декантеры обязательно должны иметь улучшенную защиту от износа. Декантеры компании Flottweg обязательно включают
такую защиту для шнека твердосплавными пластинами, продольные планки внутри барабана декан-тера, вкладыши из твердого сплава в окнах выгрузки и т. д. (рис. 5).
Важно отметить, что рациональный подход к переработке отходов пивоваренного производства в сочетании с современными технологиями позволяют не только сэкономить на их утилизации, но и выручить значительную прибыль. <®
SETTING OUT
ЛЛГР.Е. TOGETHER.
ТЕХНОЛОГИИ FLOTTWEG В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИВА
ВСЕГДА ПО РАЗМЕРУ
• Автоматический режим работы
• Гигиенический дизайн
• Производительность от 15 до 600 гл/ч
• Отсутствуют потери СО;
• Размещение на платформе
• Made in Germany
moscow® flottweg .com »www.fi ottweg.com/m
^Flottweg
ISSN 2072=9650
3•2019
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 47
