§ 31.22. Перспективи ефективного використання відходів харчової промисловості

Нині підприємства харчової промисловості, переробляють ве­ликі обсяги рослинної сировини (цукрові буряки, насіння олій­них культур, картоплю, виноград, фрукти, ягоди, овочі тощо) і є потужним джерелом вторинних матеріальних ресурсів. Але для потреб людей, тварин і птиці використовуються лише не­значні частини рослин. Так, обсяги відбракованих плодів, гич­ки, листя картоплі, буряків сягають 65-70 т/га, пшениці та інших злакових — 8 т/га, овочевих культур — 10 т/га. Особли­во багато відходів утворюється у плодоовочевій галузі промис­ловості. Під час перероблення зеленого горошку відходи (ба­дилля та стулки) становлять близько 80% від маси сировини, томатів (бадилля, вичавки) — 45%.

Потреба в ширшому залученні в господарський оборот вторин­них сировинних ресурсів (відходів виробництва) та одержання з них додаткової продукції технічного, харчового та кормового призначення підкреслюється в урядовій «Програмі використан­ня відходів виробництва та споживання на період до 2005 року».

Сьогодні ефективність використання відходів рослинницт­ва дуже низька. Частково їх застосовують для потреб сільського господарства як підстилку, паливо, будівельний матеріал, си­ровину для інших галузей промисловості.

З огляду на це, слід знаходити інші екологічно чисті та еконо­мічно виправдані технології з утилізації таких відходів. Най- перспективнішою є технологія біохімічного перероблення відхо­дів рослинництва в метантенках, де їх обробляють анаеробними бактеріями.

Це складний біохімічний процес розпаду органічних речовин під впливом анаеробних мікроорганізмів. Метановому бродінню піддаються практично всі речовини, зокрема й шкідливі сполу­ки. Найшвидше розкладаються білок, амінокислоти, крохмаль, моносахариди тощо. Тому відходи від перероблення картоплі, томатів, винограду, зерна, плодово-ягідної сировини добре під­даються метановому збродженню; тим часом для соняшниково­го лушпиння, соломи, стебла кукурудзи потрібний триваліший період ферментації.

Метанове бродіння для розв’язання проблеми використан­ня відходів рослинництва має велике економічне й соціальне значення. Воно підвищує соціально-економічну ефективність процесу завдяки використанню енергії біогазу та нагромадже­ній біомасі.

Біогаз — цінне високоякісне паливо, його можна викорис­товувати для забезпечення тепловою енергією не тільки проце­су метанового бродіння, а й для потреб основного виробництва (пара, електроенергія).

Під час метанового оброблення картопляних відходів можна одержати 0,455 м³ біогазу з 1 кг сухої органічної речовини, ба­дилля цукрових буряків — 0,452, відходів томатів — 0,750 м³.

Одержаний біогаз характеризується досить високим уміс­том метану (до 60%).

Біомасу після бродіння можна використовувати як добриво або кормову добавку, адже зброджений шлам багатий на білки, вітаміни групи В. У біомасі відсутні будь-які шкідливі сполу­ки та речовини. Від них масу очистили спеціальні мікроор­ганізми.

Високу ефективність у роботі підприємств харчової промис­ловості можна одержати за раціонального використання тепла вторинної пари.

Характеристика основних відходів бродильних виробництв та їх раціональне використання

Солодові ростки. Кількість ростків, які одержують під час ви­робництва пива, залежить від тривалості й умов солодорощен- ня і становить у середньому 3,5-5% від маси готового світлого солоду та 6% — темного. Хімічний склад ростків залежить від складу вихідного ячменю та способу солодорощення.

Хімічний склад солодових ростків характеризується такими середніми даними:

• вода — 10%;

• азотисті речовини — 24%;

• жир — 2,0%;

• без азотисті екстрактивні речовини — 42,0%;

• клітковина — 14%;

• зола — 7,2%.

У солодових ростках містяться такі амінокислоти: аспарагі­нова, глютамінова, серин, глікокол, треонін, а-аланін, тирозин, валін, метіонін, лейцин, пролін тощо.

Із вуглеводів ростки містять клітковину, пентози та цукри. У них нагромаджується основна маса вітамінів групи В, що утво­рюються в зерні під час пророщування. З них вітамінів В₂, В₆, В₁₂, РР, Е значно більше в ростках, ніж у солоді.

Крім того, в солодових ростках є ферменти, про що свідчать результати визначення ферментативної активності ростків яч­мінного солоду. Це амілолітична здатність (АЗ), яка становить 0-0,65 од/год; мальтозна здатність (М3) у перерахунку на глю­козу — 12,6 од/год; показник декстринолітичної здатності (ДЗ) у перерахунку на мальтозу — 3,8 од/год протеолітична здатність (ПЗ) — 0,11-0,18 од/год; загальний уміст фосфору — 0,72 мг/кг. У ростках містяться також стимулятори росту — інозит та біотин.

Зернові відходи. Одержують зернові відходи під час очищен­ня, сортування та замочування зерна. їх хімічний склад залежить від якісних показників ячменю, що надходить у виробництво. При очищенні на сепараторі відокремлюються солоди, полова, а за допомогою трієрного циліндра — кулясті (кукіль, віка) та довші домішки (овес); сортувальний циліндр трієра також до­помагає виокремити дрібні, щуплі зерна (третій сорт).

Уміст щуплих зерен, які становлять основну частину відходів, коливається від 0,5 до 3%. Із неочищеного ячменю одержують приблизно таку кількість відходів: щуплих зерен — 0,5-3,0% ; половинок зерна і кулястих домішок — 0,2-0,5%; більших ку­лястих домішок і полови — 0,3-1,1% ; зернового пилу — 0,2%.

Зернові відходи, вміст яких становить близько 2%, при за­мочуванні зерна являють собою сплав. За особливостями склад відходів подібний відходам, що утворилися при очищенні та сортуванні ячменю.

Пивна солодово-зернова дробина. До складу дробини входять зернові оболонки, нерозчинні частини зерна, що містять, здебіль­шого, полісахариди, майже весь жир і значну частину білкових речовин вихідної сировини, а також органічні кислоти, пере­важно молочну. У сиру пивну дробину переходить 75-80% жи­ру, який був у вихідному солоді. Дробина містить 76% води.

Хімічний склад абсолютно сухої дробини характеризується такими показниками:

• жир — 10%;

• білок — 22% ;

• геміцелюлоза — 35% ;

• целюлоза — 20%;

• лігнін — 10% ;

• зола — 3%.

Хмелева дробина. Це менш цінний відхід, оскільки він по­ки що не набув ефективного застосування. Безводної хмелевої дробини одержують 60% від внесеного в сусло хмелю. Тобто, з 1 кг хмелю, який використовують для варіння сусла, одер­жують близько 4 кг хмелевої дробини вологістю 85%.

Хмелева дробина містить 4,5% сирого протеїну, 26,15% без- азотистих екстрактивних речовин, 3,24% екстракту ароматич­них речовин і 5,36% клітковини.

Білковий відстій. Одержують білковий відстій на пивоварно­му заводі під час охолодження та освітлення сусла на холодильній тарілці, у відстійному апараті, гідроциклоні або сепараторі. Він складається переважно з білково-дубильних сполук, що виділилися із сусла під час його кип’ятіння із хмелем та під час охолодження.

На 100 кг солоду і зернових культур одержують у середньо­му 2-3 кг білкового відстою вологістю 80%. Склад білкового відстою такий (%):

• водорозчинні екстрактивні речовини — 38;

• хмелеві смоли — 16;

• білкові речовини — 35;

• клітковина — 6,0;

• мінеральні речовини — 4.

Надлишкові пивні дріжджі. Це високоякісний харчовий про­дукт, що складається з легкозасвоюваних білків, вуглеводів, жирів та вітамінів. Дріжджі є одним із найкращих природних джерел одержання всіх вітамінів комплексу В. Антиневротич- ного вітаміну В_х у дріжджах міститься в 60 разів більше, ніж у шпинаті та салаті, а вітаміну В₂ — удвічі більше, ніж у молоці.

Крім того, у пивних дріжджах міститься вітамін Е (токофе­рол), вітамін Д₂, який регулює метаболізм кальцію і фосфору в живому організмі й впливає на ріст тварин.

Важливі й такі компоненти дріжджів, як лецитин, холін і глютатіон, які необхідні для нормального функціонування нервової системи, і впливають на жировий обмін організму.

Сухі дріжджі містять понад 50% білків, амінокислоти (ар­гінін, гістидин, лізин, триптофан і тирозин).

Діоксид вуглецю (С0₂). Маючи достатні ресурси С0₂, пиво­варні та спиртові заводи дуже мало використовують його через відсутність високоефективних установок потрібної потужності.

Розрахунки і результати досліджень показують, що із загаль­ної кількості С0₂, який утворюється при зародженні сусла, можна утилізувати 60% , а це становить 3 000 т для заводу потужніс­тю 11 млн дал пива на рік.

Установлено, що гази бродіння пивного сусла, крім основ­них продуктів бродіння — С0₂ й етилового спирту, містять знач­ну кількість інших продуктів бродіння, таких як органічні кис­лоти, ефіри, альдегіди.

Стічні води бродильних підприємств. Крім вуглеводів, біл­ків, жирів та мінеральних речовин, вони містять цілий комплекс шкідливих сполук, які категорично заборонено скидати у во­доймища або річки. Барду спиртових підприємств, які перероб­ляють мелясу, необхідно очищати за прогресивною техноло­гією, яку розробили вчені УкрНДІспиртбіопроду.

Усі відходи солодового, пивоварного та спиртового вироб­ництв слід використовувати раціонально та ефективно, щоб під­приємство від цього мало відповідні прибутки, а собівартість продукту зменшувалася.

У зв’язку з умістом у солодових ростках великої кількості азотистих речовин у перспективі їх можна використовувати як складову частину живильних середовищ для вирощування мік­роорганізмів. Доцільно солодові ростки відпускати тваринниць­ким господарствам, із метою введення їх до раціону худоби. Частково необхідно використовувати ростки у дріжджовому виробництві для збагачення живильного середовища органіч­ним білком, калієвими та фосфорними солями.

Зернові відходи, зокрема і сплав, які задовольняють вимоги на фуражне зерно, раціонально здавати в обмін на пивоварні зернові культури або продавати господарствам на корм худобі.

Пивну солодово-зернову дробину використовують переважно на корм худобі і птиці. Улітку, коли виробництво пива збільшу­ється, а у тваринницьких господарствах з’являються зелені

корми, попит на дробину для відгодівлі тварин значно змен­шується. Через високий уміст у ній вологи та білкових речовин її потрібно якомога швидше утилізувати. Сушіння дробини — надзвичайно енергоємний процес. Кращий спосіб її зберігання — зневоднення до вологості 60-70% за допомогою спеціального конічного шнекопреса. Таку дробину необхідно фасувати у по­ліетиленові мішки, які герметично закривають. Під час збері­гання її в мішках знижується рН за рахунок утворення молочної й оцтової кислот унаслідок дії молочнокислих та оцтовокислих бактерій. Отже, дробина самоконсервується і може зберігатися упродовж тривалого часу.

У розвинених країнах Європи при згодовуванні дробини тва­ринам одержують середньодобовий приріст живої маси 1,24 кг. Фізіологічний стан тварин, якість молока та м’яса є високими і відповідають вимогам держстандартів.

У Німеччині розроблений багатоступеневий процес перетво­рення відходів пивобезалкогольної промисловості у біогаз. На­ведено відповідну схему (див. рис. 31.8).

Оскільки тверді речовини (лігноцелюлоза), що важко підда­ється розкладу, є вузьким місцем у процесі, необхідно зменшити тривалість гідролізу лігноцелюлози за допомогою мікробіоло­гічних, хімічних та механічних методів.

Перетворення органічних відходів у газ-метан здійснюється за допомогою мікробіологічних анаеробних змішаних культур. Найбільше відповідають цій меті культури, одержані з рубця жуйних тварин.

Нижче наведено пераметри, що характеризують продуктив­ність способів зброджування відходів пивоварного виробницт­ва, розроблених у Німеччині.

Об’єкт утилізації	Відходи
1	2
Відходи	Дробина, хмелева дробина, картон, папір, фільт­рувальний матеріал; обмежено: білкові завислі часточки, відстій
Стічні води	Залишки пива, конденсат мокрої пари, вода, в якій замочують продукт, вода для БрН
Ефективність роз­кладу	80-85% сухої речовини
Тривалість, діб: гідролізу одержання метану	8 4,5

Рис. 31.8 — Схема одержання біогазу з відходів пивоварного вироб­ництва

Важливим є те, що досягнута сумарна тривалість процесів розпаду 80-85% сухої речовини протягом 12-13 діб.

За складом і засвоюваністю хмелеву дробину прирівнюють до сіна. В ній є близько 50% засвоюваних речовин, однак через яскраво виражений гіркий хмелевий смак худоба не їсть корму із хмелевою дробиною, навіть якщо її додавати в невеликій кіль­кості. Тому рекомендується хмелеву дробину спалювати в топці парових котлів або сушарок разом із вугіллям. Можна викорис­товувати її у сільському господарстві як підстилку для худоби або при виготовленні компосту. Кращий спосіб використання хмелевої дробини — це одержання з неї біогазу.

За хімічним складом білковий відстій можна було б викорис­товувати на корм худобі, але цьому перешкоджає така сама силь­на гіркота, як у хмелевої дробини. У цілому білковий відстій на всіх підприємствах будь-якої потужності доцільно додавати до пивної дробини і реалізувати разом із нею в сільських госпо­дарствах або переробляти у біогаз.

Надлишкові пивні дріжджі у пресованому вигляді можна продавати на кондитерські фабрики або хлібозаводи для виго­товлення спеціальних сортів печива чи хліба. Для медичних потреб дріжджі сушать і випускають як таблетки або порошок.

Дріжджі, призначені на корм худобі, не підлягають поперед­ньому обробленню, їх лише сушать. Завдяки великому вмісту вітамінів і засвоюваних білків вони є концентрованим кормо­вим засобом із високою засвоюваністю, що досягає 90%, а без азотистих екстрактивних речовин — 75%. У разі додавання до корму дріжджів підвищується засвоюваність інших речовин. Гарні результати одержують, відгодовуючи ними свиней.

Стічні води бродильних підприємств підлягають анаеробно­му та аеробному очищенню. У разі анаеробного очищення стічні води необхідно підігрівати за рахунок відпрацьованого тепла сус- ловарильних апаратів. Відомо, що з урахуванням потреб підпри­ємства в теплій воді, її використання для технологічних цілей становить близько 70%. Таким чином, понад 30% теплої води, одержаної під час використання відпрацьованої теплоти апа­ратів, необхідно спрямувати на станцію анаеробного очищення стічної води, яка ефективно функціонує у мезофільній (35-38° С) або термофільній (52-55° С) зонах, коли активність мікроорга­нізмів найвища.

У разі анаеробного очищення стічних вод із використанням залишків теплоти підприємство може одержати велику кіль­кість біогазу (метану). ХПК (хімічна потреба у кисні) у стічній

воді не повинна перевищувати 4,5 г/л. Розпад органічних речовин стічних вод у метан здійснюють змішані культури анаеробних та факультативно-анаеробних мікроорганізмів (бактерії, пліс­неві гриби та одноклітинні). Доочищення стічних вод відбува­ється в аеротанках за аеробних умов із подачею повітря.

До відходів слід віднести також С0₂.

Діоксид вуглецю утворюється під час збродження пивного сусла на стадії головного спиртового бродіння. Його утилізація потребує повної герметизації бродильних апаратів, що унемож­ливлює інфікування пива з приміщення, а також дає змогу до­сягти вищих дегустаційних показників.

Сьогодні пивоварні та спиртові заводи, володіючи достатніми ресурсами С0₂, дуже мало використовують їх через відсутність високоефективних вуглекислотних установок необхідної потуж­ності. А для задоволення своїх потреб купують рідкий діоксид вуглецю невисокої якості, одержаний із димових газів або інших джерел. Такий С0₂ використовують під час виробницт­ва Кока-Коли та Пепсі-Коли.

УкрНДІспиртбіопроду розробив установку для одержання діоксиду вуглецю з газів бродіння пивоварного і спиртового ви­робництв, яка включає каталітичне очищення С0₂ від органічних домішок. До комплекту установки входить компресор сухого ходу, який унеможливлює потрапляння в газ масла. Робота уста­новки передбачається під тиском 7,36 МПа (75 кгс/см²) із безпере­рвною подачею газоподібного діоксиду вуглецю до заводських споживачів. За відсутності споживачів або наявності надлиш­ку С0₂ він буде надходити на конденсацію, а потім на заповнен­ня балонів чи ізотермічних резервуарів-нагромаджувачів.

Використання компресора сухого ходу, застосування ефек­тивного способу сушіння й екологічно чистого каталітичного способу очищення від супутніх продуктів бродіння дають змо­гу одержати діоксид вуглецю високої чистоти, що забезпечить випуск високоякісних карбонізованих напоїв.

Виділений під час бродіння вуглекислий газ міститься у за­критих бродильних апаратах і відбирається з верхньої їх час­тини. У процесі бродіння, яке триває приблизно 4-6 днів, гене­рується до 3 кг С0₂ на 10 дал молодого пива.

Використання та утилізація С0₂ на пивоварних підприємст­вах дасть змогу знизити собівартість пива і збільшити прибуток для заводу.

Вторинна сировина та продукти, одержані з неї, у виноробстві

До вторинної сировини виноробства належать продукти, що залишаються від винограду під час перероблення його на вино. Продукти, одержані із вторинної сировини, називають вторин­ними продуктами виноробства.

Вторинна сировина на винзаводах становить близько 20% від кількості переробленого винограду. Із вторинної сировини виноробства можна одержати такі вторинні продукти, як етило­вий (харчовий і технічний) спирт, винну кислоту, виноградне масло, корми для тварин і птиці, добрива, коньячне масло, танін, ферментні і вітамінні препарати, амінокислоти, дріжджовий автолізат, кормові дріжджі, борошно (із кісточок), виноградне пиво тощо.

У середньому 3,5% від маси грона винограду становлять гре­бені, які можна виділити пресуванням або промиванням водою (вихід до 1 дал із 1 т). Виділений водяний розчин зброджують і використовують для одержання етилового спирту.

Найбільшу частку вторинної сировини виноробства станов­лять виноградні вичавки (до 17%). При виробництві виномате- ріалів без настоювання і бродіння на м’яззі всі вичавки одержу­ють солодкими, вміст у них сусла — до 50% від їх маси у разі переробленні їх на гвинтових пресах, до 40% — на гідравлічних і близько 30% — на шнекових. Цукристість солодких вичавок становить 50% від цукристості винограду, спиртуозність збро- джених вичавок — 55% від спиртуозності вина.

До вторинних продуктів виноробства належать і осади, які класифікують залежно від джерел їх отримання:

• при відстоюванні сульфітсусла;

• дріжджові осади, одержані в результаті бродіння сусла;

• у разі обклеювання виноматеріалів бентонітом, діоксидом кремнію та іншими матеріалами.

Вміст спирту в осадах значний, тому для його одержання їх акумулюють окремо.

Сульфітовані осади містять винний камінь, мікроорганізми, білкові речовини, полісахариди та фенольні сполуки. Вміст су­хих речовин в осадах становить 10-12%, а.цукристість 85-90% від цукристості сусла. Таким чином, осади у виноробстві є чу­довою сировиною для одержання етилового спирту.

Дріжджові осади після бродіння сусла становлять 5-8% від об’єму вина.

Крім дріжджів, такі осади містять солі винної кислоти, по­лісахариди (переважно пектинові речовини), фенольні сполу­ки, білки та продукти їх взаємодії, ліпіди, фосфати, сульфати та інші речовини.

Виходячи зі складу дріжджових осадів, їх переробляють на кормові білки, етиловий спирт, винно-кислотну сировину, енан- товий ефір, автолізат дріжджів тощо. їх також застосовують для приготування дріжджових концентратів під час виготовлення міцних і десертних вин, ферментних препаратів та амінокис­лот. Найкращим способом зберігання дріжджових осадів до пе­рероблення є сушіння і термічне оброблення за оптимальних режимів.

У процесі приготування міцних вин одержують осади після спиртування збродженого сусла. До складу таких осадів вхо­дять дріжджі, виннокислі солі, білкові речовини, полісахари­ди, фенольні сполуки тощо. їх цукристість становить 70% від цукристості вина, а спиртуозність — 85% від спиртуозності ви­на. Уміст амінокислотних сполук досягає 5-8% у перерахунку на винну кислоту. У цілому осади після спиртування зброджено­го сусла є чудовою сировиною для одержання етилового спирту (харчового і технічного) та винної кислоти.

Клеєві осади у виноробстві складаються із білкових речовин, полісахаридів, фенольних сполук і танінів. Спиртуозність цих осадів досягає 90% від спиртуозності вина. Разом з іншими оса­дами клеєвий осад переробляють на спирт.

Осади крейди одержують під час оброблення виноматеріа- лів і сусла крейдою (СаС0₃). Використовують такі осади для одержання спирту і виннокислотної сировини.

Винний камінь є цінною виннокислою сировиною. Він утво­рюється на внутрішній поверхні апаратів під час зберігання і охо­лодження вина (5-20 кг та 1 000 дал вина). До складу винного каменю входять кислий тартрат калію (40-80% ), тартрат каль­цію (2-5%), дріжджі, органічні та мінеральні речовини. Вихід винної кислоти із винного каменю становить 50-65%.

Після перегонки коньячних виноматеріалів на коньячний спирт утворюються відходи у вигляді коньячної барди, в якій містяться виннокислі сполуки, білки тощо. Переробляють бар­ду на різні концентрати.

На рис. 31.9 показана принципова технологічна схема комп­лексного перероблення солодких виноградних вичавок, а на рис. 31.10 — схема раціонального використання відходів та одер­жання вторинних продуктів виноробства.

Рис. 31.9 — Принципова технологічна схема комплексного перероблен­ня солодких виноградних вичавок

797

Рис. 31.10 — Схема раціонального використання відходів та одержання вторинних продуктів виноробства