CC BY
20
Александр Кравцов Сергей Зотов Николай Савицкий Михаил Барановский Александр Латышев
заместитель председателя Президиума Гомельского филиала НАН Беларуси, доктор технических наук
старший научный сотрудник Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси, кандидат технических наук
директор ООО «Полимер»
заведующий лабораторией технологии машинного доения и качества молока НПЦ НАН Беларуси по животноводству, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
индивидуальный предприниматель
Тонкая очистка молока отечественными полимерными фильтрами
Наша страна традиционно является крупным центром пищевой промышленности, причем значительную долю в экспортно ориентированном производстве составляют молоко и молочные продукты. Растущая конкуренция на продовольственных рынках требует постоянного поддержания в оптимальном состоянии баланса «цена — качество». В этой связи следует отметить, что качество молочных продуктов во многом зависит не столько от своевременности их обработки и переработки, сколько от показателей свежевыдоенного молока. Соответственно, не нуждается в комментариях актуальность совершенствования технологий, связанных с получением в условиях Беларуси качественного цельного молока, а также закрепления за новыми техническими решениями приоритета отечественных разработчиков.
При операции доения в молоко могут попасть различные загрязнения, например бактерии, существенно снижа-
ющие показатели качества. Опыт молочных ферм Гомельской области свидетельствует, что причиной попадания в молоко бактерий (размеры — доли или единицы микрометров) или более крупных (десятки и сотни микрометров) частиц механических загрязнений могут быть несоблюдение санитарных условий содержания крупного рогатого скота, распространение у животных различных форм маститов, а также засасывание пульсатором и коллектором доильного аппарата загрязненного воздуха коровника. Поэтому традиционная схема первичной обработки цельного молока предусматривает операцию его фильтрования. Обычно фильтр располагают после молокопри-емника, счетчика и молочного насоса, что не всегда позволяет предотвратить преждевременное закисание. Из-за недостаточной обеспеченности большинства молочно-товарных предприятий средствами защиты цельного молока от загрязнений в Беларуси значительная доля произведенного продукта не
соответствует стандартам «высший сорт» или «экстра». Более половины выдоенного молока перерабатывается на масло, 35% — на питьевое молоко и кисломолочные продукты, из остальной части вырабатывают сыры, брынзу, мороженое, сгущенное консервированное и сухое молоко, сливки и др. Эффективное фильтрование молока непосредственно после операции доения — важное условие повышения его качества и срока сохранности.
Для очистки некоторых пищевых продуктов применяют допущенные нормативными документами к контакту с ними адсорбционно-активные фильтрующие материалы (гранулы кварцевого песка, оксидов алюминия, титана, циркония или их сплавов с открытой пористостью), имеющие ограниченный срок службы. К тому же эти материалы, как и бумажные, и картонные фильтры, не обеспечивают удаления малых по величине механических и биологических примесей. Для первичной очистки цель-
В МИРЕ НАУКИ
ного молока также используют различные полиэфирные и полипропиленовые ткани, хлопчатобумажную марлю, фланель, «вафельную» ткань и вату. Однако эти материалы не производят качественную очистку в соответствии с требованиями стандартов, например ГОСТ Р 52054. Еще одним их недостатком является быстрая «забиваемость» механическими примесями.
Более перспективной представляется очистка молока от загрязнений в потоке, для чего перед каждым доением следует оснащать доильный аппарат специальными фильтрами. Среди технических решений в этой области — одно- или двухступенчатые фильтры, имеющие жесткий цилиндрический каркас и фильтрующую поверхность в виде навитой на каркас пружины из нержавеющей проволоки треугольного сечения с фильтрующим зазором между витками пружины, причем зазор увеличивается в сторону выхода молока [1, 2]. Эти фильтры позволяют очищать молоко от крупных и мелких механических примесей, но не пригодны для удаления из цельного молока продуктов мастита.
В НИИ нетканых материалов и ВНИИ жира (Россия) проведены комплексные исследования нетканых фильтроэле-ментов производства «Комитекс» российского производства и полиэфирных рукавных фильтров производства Дании при фильтровании молока коров, среди которых отмечалось значительное распространение субклинических маститов [3]. Использование фильтроэлемен-тов разной поверхностной плотности (до 160 г/м2) не сказывалось отрицательно на изменении содержания жира, белка, лактозы и сухого вещества. Количество мезофильных анаэробных и факультативно анаэробных мезофильных микроорганизмов составляло около 135,7— 138,2 тыс./см3. В среднем по показателю количества бактериальных клеток (не выше 500 тыс./см3) молоко отвечало требованиям высшего сорта. Повышение поверхностной плотности фильтроэ-лементов способствовало снижению
количества соматических клеток в молоке на 48— 54,6 тыс./см3 и увеличению вероятности получения молока высшего сорта до 88,8% против 66,6% при плотности фильтра 140 г/м2 и 120 г/м2. Таким образом, нетканые волокнистые филь-троэлементы — эффективное средство повышения санитарного качества и сортности сырого молока при условии удачного сочетания структурных параметров фильтроэлемента и конструкции фильтра. Одна из попыток достичь этого — техническое решение, согласно которому устройство фильтрации пищевых жидкостей, преимущественно молока, содержит фильтрующий элемент, выполненный в виде трубчатого патрона из полипропилена с уменьшающимися в радиальном направлении от периферии к центру размерами пор, образующими радиальные диффузорные каналы [4].
Определенное значение придается созданию в фильтроэлементе градиента структурных характеристик. Эта идея применительно к другим типам полимерных фильтроэлементов ранее развита отечественными авторами в работах, посвященных технологии аэродинамического формования волокнисто-пористых материалов из расплавов термопластичных полимеров [5—7]. В ходе промышленной апробации данной технологии на ряде предприятий Гомельской области уста-
новлено, что по критерию эффективности фильтрования многофазных сред от загрязнений волокнисто-пористые системы, сформированные этим методом, существенно превосходят иглопробивные материалы, фильтромате-риалы типа спанбонда и ряд других [8]. Однако попытки применить разработанные материалы в пищевой промышленности до сих пор носили характер единичных экспериментальных исследований. На сегодня в Беларуси отсутствует производство современных фильтроэлементов, конструкция которых была бы адаптирована к специфической задаче очистки молока в доильных установках. Молочные фильтры, присутствующие на рынке, являются импортными, в основном российскими. Однако дооснащение доильного оборудования импортными фильтрами нецелесообразно, поскольку обусловливает невыгодные для отечественных производителей молока механизмы ценообразования.
Авторами данной публикации предложен комплекс технических решений в области фильтров тонкой очистки цельного молока. Идея разработки полностью базируется на отечественном опыте изготовления и применения волокнисто-пористых фильтроэлементов [9, 10]. Достигаемый технический результат здесь определяется возможностью подбора
1 5. 0к V К150' ' ' ' ВВвит
Рис. 1. Схематическое изображение конструкции фильтра тонкой очистки молока (а) и электронно-микроскопический снимок структуры волокнисто-пористого фильтроэлемента (б): 1 — крышка с патрубками «вход» и «выход»; 2 — стакан; 3 — фильтрующий патрон; 4 — уплотнение
70
НАУКА И ИННОВАЦИИ №3(97)_2011
необходимой пористости и плотности упаковки волокон фильтроэлемента, удерживающего форму и сохраняющего прочностные и фильтрационные характеристики. Нами установлено, что адаптация технологии аэродинамического формования волокнисто-пористых систем из расплавов полимеров открывает широкие перспективы для целевого регулирования пористости и плотности упаковки волокон. Эти свойства можно использовать для обеспечения качественной очистки молока от комплекса загрязнений. В созданном в Беларуси фильтре тонкой очистки молока (рис. 1, а) в полимерном цилиндрическом корпусе находится формоустойчивый фильтроэлемент в виде цилиндра из волокнисто-пористого нетканого материала из полипропиленовых волокон, диаметр и плотность упаковки которых изменяются по ходу протекания фильтруемой жидкости. Волокна обладают высокой степенью извитости и придают это качество каналам фильтроэлемента (рис. 1, б), а при протекании по ним жидкости становится возможным захват дополнительных загрязнений [5, 7]. Благодаря этому фильтр, имеющий компактную легко монтируемую конструкцию, эффективен по отношению не только к механическим частицам, но и к микроорганизмам.
Фильтры в составе экспериментальных и опытных партий, выпущенные в нескольких рабочих вариантах, прошли испытания на более чем 400 молочных фермах в Гомельской области и за ее пределами. Они были установлены на напорной линии насоса молочного контура и работали в процессе доения. Условия испытаний соответствовали нормативной документации, действующей в Республике Беларусь и Российской Федерации. В результате был сделан вывод: новый фильтр способен обеспечить получение молока наивысших категорий качества — «высший сорт» и «экстра». Такая вероятность для него во всех случаях составляет приблизительно 90%, в то время как для ана-
логичной продукции российского производства («Комитекс», «Гера» и т.д.), как показали сравнительные натурные испытания, находится около 80%. Повышение качества обеспечивается за счет нескольких компонентов, среди которых — увеличение номинальной тонкости фильтрования молока (в норме 25—50 мкм, в ряде случаев достигает 15 мкм), сохранение группы чистоты не менее I, снижение количества мезо-фильных анаэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (в норме до уровня не более 100 тыс./см3), снижение количества соматических клеток в молоке после фильтроэлемента (в норме примерно на 40%), а также недопущение изменения в жирности и белковом составе молока, его кислотности и плотности. В дополнение к этому новый фильтр обладает меньшей стоимостью в сравнении с российскими аналогами. Тем самым разработка отвечает критерию инновационных технологий. В настоящее время идут мероприятия по патентованию в рамках СНГ вновь созданных технических решений. Внедрение разработки возможно в молочной промышленности, животноводстве, а также на предприятиях, специализирующихся на выпуске полимерной продукции для этих отраслей.
Тот факт, что новый фильтр как эффективное средство улучшения качества молока, является не только импортозамещающей, но и экспортно ориентированной продукцией, подтвержден в ходе состоявшегося в 2010 г. VII Гомельского экономического форума. К разработке проявлен большой интерес гостей мероприятия. Задание на НИОКР, связанное с адаптацией технологии изготовления фильтров и организацией их полноценного промышленного производства, включено в Региональную программу «Научно-техническое обеспечение социально-экономического развития Гомельской области». Представляется, что объем выпуска в 300 тыс. шт. в год — цифра, способная не только удовлетворить потребности мо-
лочных ферм Гомельской области, но и позволяющая распространить инновационную разработку на территорию всей страны. В период выполнения НИОКР будут отработаны схемы утилизации полимерных фильтроэлемен-тов с учетом принятой практики однодневной эксплуатации каждого из них. Разработка будет осуществлена на отечественной научно-технической и сырьевой базе и станет образцом наукоемкой, конкурентоспособной, импортозамещающей продукции.
Литература
1. Российская Федерация, патент №2229794, A01J9/02, A01J11/06, B01D27/06, B01D29/48 (2004).
2. Российская Федерация, патент №2229795, A01J9/02, A01J11/06, B01D27/06, B01D29/48 (2004).
3. Мухамеджанов Г.К. Использование нетканых фильтрующих элементов для очистки молока на фермах / Г.К. Мухамеджанов, С.В. Кузьмин, Н.В. Сивкин. // Технический текстиль. №14, 2006.
4. Российская Федерация, патент №2317841, B01D27/08 , A01J11/06 (2008).
5. Полимерные волокнистые melt-blown материалы / Гольдаде В.А. [и др.]; под науч. ред. Л.С. Пинчука. - Гомель, 2000.
6. Кравцов А.Г. Полимерные электретные фильтроматериалы для защиты органов дыхания / А.Г. Кравцов, В.А. Гольдаде, С.В. Зотов; под науч. ред. Л.С. Пинчука. — Гомель, 2003.
7. Кравцов А.Г. Полимерные волокнистые фильтры для преодоления экологических последствий чрезвычайных ситуаций / А.Г. Кравцов, С.А. Марченко, С.В. Зотов; под общ. ред. А.Г. Кравцова. — Гомель, 2008.
8. Кравцов А.Г. Электрические и магнитные поля в полимерных волокнистых фильтромате-риалах для тонкой очистки многофазных сред: автореф. ... дис. д-ра техн. наук: 01.04.07. — Гомель, 2007.
9. Республика Беларусь, патент на полезную модель №6031, B01D27/06 (2009).
10. Российская Федерация, патент на полезную модель №88575, B01D27/06 (2009).
V Международный форум «ОТ НАУКИ К БИЗНЕСУ»
Современные подходы взаимодействия вузов
с наукоемким бизнесом
11 — 13 мая 2011 г. Санкт-Петербург
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ
КОМПАНИЯ «МОНОМАКС» КОНГРЕСС-СЕРВИС ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МАРКЕТИНГОВЫЙ ЦЕНТР «ОТ НАУКИ К БИЗНЕСУ» МЮНСТЕРСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ПРИКЛАДНЫХ НАУК
НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ПАРТНЕРСТВО «РУССОФТ» ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИИ» ПРИ ПОДДЕРЖКЕ АДМИНИСТРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
Основные темы для обсуждения:
• ИНТЕРНАЦИОНАЛИЗАЦИЯ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ;
• ОПЫТ СОЗДАНИЯ ВУЗАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ МАЛОГО И СРЕДНЕГО НАУКОЕМКОГО БИЗНЕСА, СОТРУДНИЧЕСТВО ИННОВАЦИОННОГО БИЗНЕСА С НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИМИ ИНСТИТУТАМИ И ВУЗАМИ РОССИИ;
• ВОПРОСЫ ПАТЕНТНОЙ ЗАЩИТЫ, СЕРТИФИКАЦИИ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИБЫЛИ
МЕЖДУ ВУЗОМ, НАУКОЕМКИМ БИЗНЕСОМ И АВТОРОМ ИДЕИ;
• МЕХАНИЗМЫ ПРОДВИЖЕНИЯ НАУКОЕМКОГО ПРОДУКТА НА ВНЕШНИЕ РЫНКИ;
• ОПЫТ ВЕДУЩИХ СТРАН МИРА ПО СОЗДАНИЮ МАЛЫХ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ КОМПАНИЙ.
Регистрация. Желающие принять участие в работе форума должны зарегистрироваться на сайте www.fs2b.ru
Тезисы докладов будут опубликованы в сборнике «Материалы V Международного форума «ОТ НАУКИ К БИЗНЕСУ». Официальные языки форума — русский и английский. Все участники имеют возможность разместить информацию о своей организации/компании на сайте мероприятия в разделе «Виртуальная выставка»
Важные даты. 15.10.2010-01.05.2011 — регистрация участников; 01.04.2011 — последний срок предоставления тезисов докладов; 15.03.2011 — окончание ранней регистрации
Дополнительная информация на сайте: http://fs2b.ru/fs2b/1.pdf
