CC BY
13Вестник АПК
Ставрополья
№ 4(16), 2014
УДК 664.3.033
Бабенышев С. П., Емельянов С. А., Жидков В. Е., Мамай Д. С., Спектор Л. А., Шапаков Н. А.
Babenyshev S. P., Emelyanov S. A., Zhidkov V. Е., Mamay D. S., Spektor L. A., Shapakov N. A.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ФРИТЮРНЫХ МАСЕЛ
TECHNOLOGICAL AND LEGAL ASPECTS OF THE DEVELOPMENT OF AN INTEGRATED TECHNOLOGY OF FRITURNYH REGENERATION OF USED OILS
Множество отечественных предприятий быстрого питания предлагают потребителям блюда, приготовленные во фритюре. Но перед каждым таким производителем неизбежно возникает вопрос утилизации отработанного фритюрного масла (ОФМ), а точнее, масложировой смеси, которая в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (код 30114801394) может быть отнесена к IV классу опасности.
Все используемые для фритюра масла традиционно принято делить на профессиональные (используют шеф-повара в ресторанах, кафе и столовых) и обычные (т. е. бытовые). Основное отличие профессионального масла - возможность использования в течение 5-7 дней без потери потребительских свойств и доливки.
При многократном или продолжительном нагревании фритюрных масел или жиров выше 200 °С происходит значительное снижение их исходных физико-химических и других не менее важных показателей из-за образования различных токсических продуктов термического окисления: перекисных радикалов, низкомолекулярных жирных кислот. Включение в рацион кормления подопытных животных перегретых жиров вызывало у подавляющего большинства особей торможение роста, нарушение липидного обмена, снижение активности щелочной фосфатазы, дистрофические изменения в печени, поражение и атрофию слизистой оболочки желудка и тонкого кишечника, канцерогенез. Это дает основание полагать, что вопрос регенерации ОФМ и обоснования путей его последующего использования можно считать весьма актуальным.
Анализ результатов исследований показал, что использование комплексной технологии, включающей ба-ромембранные процессы, позволяет разделять сложные высокомолекулярные полидисперсные системы, сохраняя нативные свойства их компонентов. Это может послужить основой создания замкнутых производств, обеспечивающих практически безотходную переработку сырья растительного и животного происхождения.
Ключевые слова: отработанное фритюрное масло, охрана окружающей среды, загрязнения, мембраны, пер-меат, ретентат.
Many domestic fast-food outlets offer consumers dishes, deep-fried. But before each manufacturer the question inevitably arises disposal of waste frying oil (FMR), but rather a mixture of oil and fat, which is in line with the Federal Waste Catalogue Classification (code 30114801394) can be assigned to hazard class IV.
All the used frying oils are conventionally be divided into professional (using chef in restaurants, cafes and canteens) and conventional (ie, household). The main difference professional oils - can be used for 5-7 days without loss of consumer properties and refilling.
With repeated or prolonged heating frying oil or fat above 200 °C leads to a significant reduction in their original physical, chemical and other important indicators of the formation of various toxic products of thermal oxidation: peroxide radicals, low molecular weight fatty acids. Inclusion in the diet of the experimental animals feeding overheated fats cause the vast majority of individuals inhibition of growth, lipid metabolism, decrease in alkaline phosphatase activity, degenerative changes in the liver, damage and atrophy of the mucosa of the stomach and small intestine, carcinogenesis. This suggests that the issue of regeneration RPM and substantiation of ways it later can be considered very important.
Analysis of the results of studies have shown that the use of complex technology, including baromembrane processes allows multiple complex macromolecular polydisperse system, preserving the native properties of their components. This can serve as a basis for the creation of closed facilities, providing virtually waste-free processing of raw materials of plant and animal origin.
Key words: waste frying oil, membranes, permeate, retentat.
environment, pollution,
Бабенышев Сергей Петрович -
доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения и технологического оборудования
Северо-Кавказский федеральный университет г. Ставрополь Тел.: 8(8652) 33-06-60 E-mail: stmemb@yandex.ru
Емельянов Сергей Александрович -
доктор технических наук, начальник отдела аспирантуры и докторантуры, профессор кафедры экологии и ландшафтного строительства Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь Тел.: 8(8652) 35-64-98 Е-mail: sergemelyan@mail.ru
Babenyshev Sergey Petrovich -
Doctor of Technical Sciences, Professor of Department
of technology engineering and technological equipment
North-Caucasus Federal University
Stavropol
Tel.: 8(8652) 33-06-60 Е-mail: stmemb@yandex.ru
Emelyanov Sergei Aleksandrovich -
Doctor in Technical Sciences, Head of Department of Postgraduate Study, Professor of the Department of Ecology and Landscape Construction Stavropol State Agrarian University Stavropol
Теl.: 8(928) 810-52-81 Е-mail: sergemelyan@mail.ru
18
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
Жидков Владимир Евдокимович -
доктор технических наук, профессор, директор
Технологический институт сервиса (филиал)
«Донского государственного технического университета»
г. Ставрополь
Тел.: 8(8652) 39-69-96
Е-таИ; mail@stis.su
Мамай Дмитрий Сергеевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения и технологического оборудования
Северо-Кавказский федеральный университет
г. Ставрополь
Тел: 8(8652) 33-06-60
Е-т^1: dima-mamai@yandex.ru
Спектор Людмила Александровна -
кандидат экономических наук, доцент, заведующая кафедрой «Теория государства и права» Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал)
«Донского государственного технического университета» г. Шахты
Тел.: 8(8652) 39-69-96 Е-mail: mail@stis.su
Шапаков Николай Андреевич -
аспирант
Технологический институт сервиса (филиал) «Донского государственного технического университета» г. Ставрополь Тел.: 8(8652) 39-69-96 Е-mail: www.brendan@mail.ru
Zhidkov Vladimir Evdokimovich -
Doctor in Technical Sciences, Professor,
Director of Technological Institute of Service (branch)
of Don State Technical University
Stavropol
Tel.: 8(8652) 39-69-96 Е-mail: mail@stis.su
Mamay Dmitry Sergeevich -
PhD in Technical Sciences, Docent of Department
of technology engineering and technological equipment
North-Caucasus Federal University
Stavropol
Tel.: 8(8652) 33-06-60 Е-mail: dima-mamaj@yandex.ru
Spector Lydmila Aleksandrovna -
Ph.D in Economics,
head chair of «The Theory of State and Law» Institute Service sector and business (branch) of Don State Technical University Shahty
Tel.: 8(8652) 39-69-96 Е-mail: mail@stis.su
Shapakov Nicholay Andreevich -
postgraduate student of Technological Institute of Service (branch) of Don State Technical University Stavropol
Tel.: 8(8652) 39-69-96 Е-mail: www.brendan@mail.ru
Предприятия быстрого питания всё чаще сталкиваются с проблемой утилизации отработанного фритюрного масла (ОФМ), которое в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (код 30114801394) может быть отнесено к IV класс опасности. Кроме этого, необходимо принять во внимание то, что [1]:
- примерно 15 % территории нашей страны занимают зоны экологического бедствия и чрезвычайных экологических ситуаций;
- только 15-20 % жителей городов и поселков дышат воздухом, отвечающим установленным нормативам качества;
- около 50 % потребляемой населением питьевой воды не отвечает гигиеническим требованиям.
С такой точки зрения становится вполне понятным, почему Федеральный закон № 7-ФЗ от 10 января 2002 г. с изменениями от 21 июля 2014 г № 219-ФЗ за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды устанавливает имущественную, дисциплинарную, административную и уголовную ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации. Следует отметить, что если Кодекс РФ об административных нарушениях (статья 8.2) ограничивается штрафными санкциями, то уголовный за совершение экологических преступлений (статья 246) предусматривает наказание вплоть до лишения свободы [10]. Очевидно, что времена нерегулируемого бездумного пользования окружающей
средой безвозвратно ушли. Природные ресурсы в плане поглощения отходов жизнедеятельности человеческого сообщества необходимо восстанавливать за счет денежных средств путем введения жестких ограничений, привлечения к ответственности. В противном случае человечеству придется расплачивается своим здоровьем и благополучием следующих поколений, так как дальнейшее продолжение сбросов различных, в том числе и масложировых отходов, в окружающую среду есть не что иное, как преступное уничтожение самой биологической основы жизни людей. Основные отличия отходов данного типа от так называемых бытовых заключаются в следующем:
- они практически не растворимы в воде;
- легко осаждаются на поверхностях трубопроводов;
- способствуют механической блокировке сливных систем другими видами загрязнений;
- при сбросе масложировых отходов в канализацию снижается эффективность работы очистных сооружений.
Исходя из этого, следует принять за методологическую основу разработки технологии регенерации ОФМ, прежде всего, изучение физико-химических свойств исходного сырья и конечного продукта как объектов комплексной очистки.
Все используемые для фритюра масла традиционно принято делить на профессиональные (используют шеф-повара в ресторанах, кафе и столовых) и обычные (то есть бытовые).
естник АПК
Ставрополья
№ 4(16), 2014
Любое фритюрное масло, как правило, представляет собой смесь сырья растительного и животного происхождения и должно отвечать следующим требованиям: при рабочей температуре не пениться, не гореть и не дымиться; быть пригодным для использования во фри-тюрницах как закрытого, так и открытого типа; при многократном использовании не темнеть и не окисляться.
Основным компонентом масла (точнее мас-ложировой смеси) для фритюра является пальмовый олеин или пальмовое масло средней фракции, которое содержит большое количество антиоксидантов и обладает высокой окислительной стабильностью и соответственно реже требуется его замена в процессе приготовления пищи. Это существенно уменьшает себестоимость готовых блюд [2]. Пальмовое масло, получаемое из мясистой части плодов масличной пальмы, имеет оранжево-красный цвет, запах и вкус, свойственные плодам масличной пальмы. Но в процессе фракционирования консистенция фракций масла меняется от жидкой до полутвёрдой, приобретает желтоватый цвет. Обычно выделяют следующие основные компоненты пальмового масла:
Фракция масла Точка плавления (оС) Содержание твёрдых жиров (%, при 20 оС) Йодное число
Олеин 18-24 до 10 56-63
Средняя 32-39 около 25 49-55
Стеарин 47-55 25-70 28-48
Достаточно давно установлено, что при многократном или продолжительном нагревании фритюрных масел или жиров выше 200 оС происходит значительное снижение их исходных физико-химических и других не менее важных показателей из-за образования различных токсических продуктов термического окисления: перекисных радикалов, низкомолекулярных жирных кислот, альдегидов. Включение в рацион кормления подопытных животных перегретых жиров вызывало у подавляющего большинства особей торможение роста, нарушение липидного обмена, снижение активности щелочной фосфатазы, дистрофические изменения в печени, поражение и атрофию слизистой оболочки желудка и тонкого кишечника, канцерогенез [3]. Это дает основание полагать, что вопрос регенерации ОФМ и обоснование путей его последующего использования можно считать весьма актуальным.
С увеличением стоимости углеводородного топлива всё больший интерес вызывает использование его аналогов. Так, известная во всём мире сеть ресторанов McDonalds поставляет ОФМ для переработки их в биодизель и заправляет им свои грузовики [4]. Экономическая и технологическая целесообразность такого подхода к решению вопроса утилизации
ОФМ может быть обоснована тем, что практически любое растительное масло в своей основе содержит триглицериды, теплота сгорания которых близка к обычному дизельному топливу.
Технология очистки ОФМ может основываться на различных химических, физических и физико-химических процессах, целью реализации которых является удаление из него различных загрязнений и продуктов окисления. При этом целесообразно соблюдать следующую последовательность технологических операций: выделение в поле центробежных или сил тяжести свободной воды и механических загрязнений, удаление остаточной влаги и летучих компонентов путем нагревания под вакуумом, окончательная очистка с применением коагулянтов и адсорбентов.
Отстаивание, то есть процесс естественного осаждения под действием гравитационных сил воды частиц механических примесей - наиболее простой метод предварительной очистки ОФМ перед последующей грубой, а затем тонкой фильтрацией или центрифугированием. Основные недостатки метода отстаивания -большая длительность процесса, возможность выделения частиц дисперсной фазы размером до 50-100 мкм, с удельным весом больше соответствующего показателя для дисперсионной среды.
Фильтрация, то есть процесс выделения смолистых соединений и механических примесей путем последовательного пропускания ОФМ через пористые перегородки с постепенно уменьшающимся диаметром пор, позволяет, как и центрифугирование, обеспечить обезвоживание до 0,6 %, а очистку от механических примесей до 0,005 % по массе.
Интенсифицировать процессы отстаивания, фильтрации и центрифугирования ОФМ можно с помощью предварительной коагуляции частиц загрязнений, которые находятся в масле в мелкодисперсном или коллоидном состоянии. Этой же цели может служить и адсорбционная очистка ОФМ, основанная на способности адсорбентов (отбеливающие глины, бокситы, цеолиты, окись алюминия, силикагель, алю-мосиликатные соединения и т. п.) удерживать частицы загрязнений на своей поверхности. К недостаткам такого способа предварительной очистки ОФМ следует отнести дороговизну регенерируемых адсорбентов и (или) неизбежность их утилизации, что загрязняет окружающую среду.
Анализ результатов исследований [4-7, 8] показал, что использование комплексной технологии, включающей баромембранные процессы, позволяет разделять сложные высокомолекулярные полидисперсные системы, сохраняя на-тивные свойства их компонентов [8, 9]. Это может послужить основой создания замкнутых производств, обеспечивающих практически безотходную переработку сырья растительного и животного происхождения. Однако баромембранные
Ежеквартальн"й^
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
процессы в большинстве случаев их применения оказываются всё еще низкоэффективными [6, 7]. Есть основания полагать, что, с одной стороны, это связано, прежде всего, с несоответствием степени предварительной очистки обрабатываемой в баромембранном аппарате системы и разделяющей способностью самих мембран. А с другой стороны, эффективность процесса баро-мембранного разделения обусловливается его проведением при оптимальных значениях рабочих параметров, которые определяются, как правило, путем проведения исследований в каждом конкретном случае [9, 11, 8].
Способы предварительной очистки перед баромембранным разделением различных по-
Литература
1. Ответственность за экологические правонарушения. URL: http://www.tutdvoek.net/ kontrolnye/ekologicheskoe-pravo/otvetst-vennost-za-ekologicheskie-pravonarush-eniya.html (дата обращения: 04.10.2014).
2. Фритюрное масло // Пальмовое масло. URL: http://palmoff.ru/palma (дата обращения: 04.10.2014).
3. Carroll K. K. Dietary fats and energy in relation to cancirogenesis // New Era Global Harmony Nutr.: Proc. 14 th Int. Congr. Nutr., Seoul, Aug. 20-25, 1989, Vol. 1: Seoul, 1989. P. 493-496.
4. Утилизация фритюрного масла // Вывоз отходов. URL: http://www.musor-com.ru/ ut/utilizatsiya_frityurnogo_masla.php (дата обращения: 04.10.2014).
5. Бабенышев С. П. Научно-технические аспекты совершенствования процесса ба-ромембранного разделения жидких высокомолекулярных полидисперсных систем : дис. ... д-ра техн. наук. Ставрополь, 2007.
6. Бабенышев С. П., Евдокимов И. А. Мембранная технология очистки растительного масла // Хранение и переработка сельхозсырья. 2008. № 4. С. 78-80.
7. Ультрафильтрация молочного сырья на аппаратах рулонного типа / В. Е. Жидков, С. П. Бабёнышев, Д. С. Мамай, В. П. Уткин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 78. С. 217-226. URL: http
8. Скороходов А. Г., Бабенышев С. П., Ви-танов Г. А. Расчет радиальной скорости частицы дисперсной фазы в канале ба-ромембранного аппарата со спиралевидным турбулизатором потока // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 7. С. 7-8.
9. Мамай Д. С., Бабёнышев С. П., Чернов П. С. Моделирование процесса мембранной фильтрации жидких систем // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 76. С. 484-494. URL: http
лидисперсных систем достаточно хорошо известны (коагуляция, осаждение, центрифугирование и т. д.), а вот их подбор осложняется необходимостью учитывать влияние сразу многих факторов: свойства системы как объекта баромембранного разделения, тип аппарата и марки мембран, условия проведения баромембранного процесса и т. п.
Следует отметить, что весь комплекс «предварительная очистка разделяемой системы -баромембранный аппарат - мембрана - ба-ромембранный процесс - мойка мембраны и аппарата» должен проектироваться при соблюдении условия минимальности энергетических затрат на получение готового продукта.
References
1. Liability for environmental offenses // URL: http://www.tutdvoek.net/kontrolnye/ ekologicheskoe-pravo/otvetstvennost-za-ekologicheskie-pravonarusheniya. html (date accessed: 04.10.2014).
2. Frying oil// Palm Oil. URL: http://palmoff.ru/ palma (date accessed: 10.04.2014).
3. Carroll K. K. Dietary fats and energy in relation to cancirogenesis // New Era Global Harmony Nutr.: Proc. 14 th Int. Congr. Nutr., Seoul, Aug. 20-25, 1989, Vol. 1: Seoul, 1989. P. 493-496.
4. Recycle frying oil // Waste Disposal. URL: http://www.musor-com.ru/ut/utilizatsiya_ frityurnogo_masla.php (date accessed: 04.10.2014).
5. Babenyshev S. P. Scientific and technical aspects of improving the separation of liquid baromembrane macromolecular polydisperse systems: dis. ... the doctor tehn. Sciences. Stavropol, 2007.
6. Babenyshev S. P., Evdokimov I. A. Membrane technology for cleaning oil // Storage and processing of agricultural raw materials. 2008. № 4. P. 78-80.
7. Ultrafiltration of raw milk on the devices roll type / V. E. Zhidkov, S. P. Babenyshev, D. S. Mamay, V. P. Utkin // Multidisciplinary Network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University. 2012. № 78. Р. 217-226. URL: http
8. Skorohodov A. G., Babenyshev S. P., Vi-tanov G. A. Calculation of the radial velocity of the particles of the dispersed phase in the channel baromembrane apparatus with a spiral baffle flow // Mechanization and electrification of agriculture. 2007. № 7. P. 7-8.
9. Mamay D. S., Babenyshev S. P., Chernov P. S. Simulation of the process of membrane filtration of liquid systems // Multidisciplinary network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University. 2012. № 76. Р. 484-494. URL: http
10. Zhidkov V. E., Mamay D. S., Babenyshev S. P. Theoretical aspects of forecast-
естник АПК
Ставрополья
№ 4(16), 2014
10. Жидков В. Е., Мамай Д. С., Бабены-шев С. П. Теоретические аспекты прогнозирования производительности баро-мембранных установок для разделения жидких полидисперсных систем // Научное обозрение. 2012. № 5. С. 465.
11. Мамай Д. С., Бабенышев С. П. Некоторые аспекты моделирования процесса мембранной фильтрации жидких полидисперсных систем // Научное обозрение. 2012. № 1. С. 90.
12. Юридическая ответственность за экологические правонарушения // Основы российского права. Ши ИМр://1в^с. ¡^о/ргауоу/гоэр137.htm (дата обращения: 04.10.2014).
ing performance baromembrane plants for the separation of liquid polydisperse systems // Scientific Review. 2012. № 5. P. 465.
11. Mamay D. S., Babenyshev S. P. Some aspects of the modeling process of membrane filtration of liquid polydisperse systems // Scientific Review. 2012. № 1. P. 90.
12. Legal liability for environmental offenses // Fundamentals of Russian law. URL: http://isfic.info/pravov/rosp137.htm (date accessed: 04.10.2014).
