Отходы перерабатывающей промышленности

Отходы сахарной промышленности — меласса, свекловичный жом, фильтрационный осадок (дефекат), рафинадная патока, свекловичный «бой» и хвостики свеклы. Меласса содержит 70-75% сухих веществ и до 50% сахарозы. В ней содержится около 2% азотистых веществ, 6% золы, аминокислоты (в наибольшем количестве аспарагиновая и глутаминовая), бетаин (азотистое основание, образующееся при декарбоксилировании аминокислот), амины и амиды, витамины. Мелассу широко используют для получения различных продуктов микробиологического синтеза. Жом содержит 6,0—7,5% сухих веществ, в том числе 0,2—0,4% сахара. Он может быть переработан силосованием (при внесении молочнокислых заквасок или молочной сыворотки).

Отходы от переработки злакового и крупяного производств (табл. 5.1) — солома, фуражное зерно, отруби, лузга и др. [1, 150].

Ежегодно в нашей стране образуются сотни тысяч тонн отходов зернопроизводства и некондиционного зерна, которые в ряде случаев нельзя напрямую использовать в кормовых целях. Одним из возможных путей утилизации этих отходов служит их микробиологическая переработка с получением ценной белково-витаминной добавки. Во многих странах источником дополнительного белка для кормопроизводства служат соевые бобы или шрот, содержащие большое количество полноценного белка, аминокислотный состав которого принят за стандарт. В России, как известно, основная часть пахотных земель находится в зоне рискованного земледелия и непригодна для выращивания сои. Получение микробной биомассы как источника полноценного белка, вводимого в корма сельскохозяйственным животным, очень актуально, так как компенсирует его недостаток в традиционных для нашей страны растительных кормах.

Отходы крахмало-паточной промышленности — картофельная мезга и клеточный сок, образующийся при получении крахмала из картофеля, кукурузный экстракт и мезга кукурузно-крахмального производства, фильтрационный осадок паточного и глюкоз- ного производства, мальтозный жмых, гидрол (содержит продукты реверсии и разложения глюкозы, соли и другие примеси, содержащиеся в крахмальных гидролизатах). Мезгу скармливают скоту; клеточный сок, содержащий белки, аминокислоты, углеводы, органические кислоты, микроэлементы, ферменты, витамины, —

Состав отходов крупяного производства

Таблица 5.7

Наименование отхода крупяного производства

Содержание, % от сухого вещества

Белковые

вещества

Клетчатка

Крахмал

Редуцирующие вещества без гидролиза

Липиды

Зольные

вещества

Просяная лузга

2,8-4,4

62-65

14-20

0,5-3,8

0,6-0,7

6,0-9,8

Просяная мучка

25-28

2,8-5,1

36-45

0,1-0,5

16-21

5,9-6,3

Гречневая лузга

4,0-5,0

53-60

24-27

Следы

0,6-0,9

5,2-6,0

Гречневая сполка

7,6-9,2

12-14

57-62

0,3-0,7

1,6-2,1

3,0-4,2

Овсяная лузга

3,0-4,5

49-55

17-19

Следы

1,0-1,5

11-14

Овсяная мучка

23-30

5,4-7,5

28-35

0,1-0,15

21-27

5,8-8,7

Ячменная лузга

2,9-4,8

62-71

14-17

0,1-0,3

0,5-1,2

9,3-10,5

Ячменная мучка

31-33

2,9-3,5

35-45

0,1-0,2

9,1-11,5

Рисовая лузга

2,7-3,4

43-50

21-25

Следы

0,6-1,3

4,0-4,9

Рисовая мучка

18-24

2,1-3,0

39-43

Следы

25-30

11-14

Гороховая лузга

5,6-6,4

61-67

13-17

0,2-0,4

Следы

4,8-5,3

Гороховая мучка

30-35

2,0-2,5

40-44

0,05-0,15

13-18

4,8-5,7

Пшеничные зародыши

30-32

3,8-4,2

31-32

0,1-0,2

10-13

1,9-2,5

Отход шлифовки зерностоев, мучек или их смесь с лузгой — «кормосмесь»

10-14

20-31

8,6-10,7

1,2-5,1

2,8-3,0

Пшеничные отруби

15,0

22,9

4,75

3,2

Ржаные отруби

16,9

21,0

5,4

3,25

Солодовые ростки

4,0

20,6

8,1

1,8

ценная питательная среда для выращивания микроорганизмов. Кукурузный экстракт, получаемый упариванием до 45—50% сухих веществ, используют в пищевой промышленности и как субстрат в микробиологической промышленности.

Отходы спиртового, винодельческого и пивоваренного производств — первичная барда (зерно-картофельная, мелассная), которая образуется после отгонки спирта, вторичная барда, получаемая после выращивания кормовых дрожжей на зерно-картофельной или мелассной барде, лютерная вода, головная (эфиро-альдегидная) фракция, сивушное масло, виноградные выжимки и гребни, винный камень, зерновые отходы, сплав зерна, пивная дробина, хмелевая дробина, солодовые ростки, белковый отстой, осадочные дрожжи, углекислый газ брожения и др.

Барда содержит органические кислоты — до 20% от сухих веществ (СВ), редуцирующие вещества — до 7% от СВ, аминокислоты — до 3% от СВ, глицерин и другие спирты — до 6% от СВ, твердую фазу (биомасса дрожжей, часть дробленого солода). Поскольку содержание окисляемых веществ в барде велико (табл. 5.2), сброс ее в водоемы приводит к их сильному загрязнению.

Высокое содержание окисляемых веществ не позволяет сбрасывать барду непосредственно в сооружения аэробной биологической очистки. Однако ее можно обезвреживать двухступенчатой анаэробно-аэробной переработкой, удаляя до 95% содержащихся в барде веществ на анаэробной стадии с последующей доочисткой на аэробной. Такая обработка получила распространение во многих странах.

Таблица 5.2

Типичный состав барды различного происхождения как источника загрязнений

Показатель

Происхождение барды

Спиртовая

Коньячная

Ликеро-водочная

ХПК, мг 02

60 000-70 000

20 000-25 000

35 000-45 000

БПК5, мг 02

27 000-33 000

12 000-15 000

19 000-23 000

Взвешенные вещества, мг/л

50 000-60 000

1500-3100

4000-55 000

pH

4,9-5,0

4,6-4,7

3,7-3,8

Азот, мг/л общий аммонийный

  • 1300-1500
  • 300-500

260-280 2,5-3,0

  • 700-850
  • 140-160

Фосфор, РО^, мг/л

250-350

250-350

220-380

Барда, особенно ее твердая фаза, имеет высокую кормовую ценность. В ряде стран Западной Европы зерно-картофельная барда считается основным продуктом небольших спиртовых заводов, а спирт вырабатывается как побочный продукт.

Объемы барды, образующейся на крупных российских спиртовых заводах, велики. Весь объем барды в натуральном виде полностью скармливать сельскохозяйственным животным не удается. Для уменьшения объемов барду упаривают либо возвращают в производство (на стадию замеса) после выделения из нее твердой фазы (объем образующейся барды сокращается на 40—50%) или дополнительной микробиологической обработки, например, пропионо- вокислыми бактериями.

Упаренную барду можно использовать как кормовой продукт и в качестве удобрения. Как удобрение по содержанию азота и калия она в 10 раз превосходит навоз, а по содержанию фосфора — в 2 раза. Во Франции средняя норма внесения упаренной 70%-й барды составляет 3 т/га. Для ее внесения применяется специальная высокоэффективная техника. В качестве удобрения также эффективно использование нативного (бардяного) осадка без очистки и переработки. Имеются примеры использования барды в химической промышленности, строительстве для приготовления пластификаторов к бетонам.

Лютерная вода спиртзаводов, содержащая в своем составе высоко кипящие сложные эфиры и кислоты, выделяется при отгонке и концентрировании спирта в ректификационной и сивушной колоннах. Лютерная вода имеет кислую реакцию, агрессивна по отношению к обычной стали. С лютерной водой отводятся труднолетучие примеси спирта. Основное количество лютерной воды не используется и отводится со сточными водами.

Суммарное количество головной и сивушной фракций составляет 3—4% от вырабатываемого количества этанола. Головная фракция этилового спирта представляет собой водно-спиртовую жидкость с легколетучими примесями: альдегидами, эфирами, кислотами, метанолом и др. Сивушное масло является побочным продуктом, который образуется при промывке на маслопромывателе концентрата из ректификационной или сивушной колонны.

Головная и сивушная фракции используются лишь на 3—5% в связи с высокими энергозатратами и сложными схемами их переработки. Первая частично утилизируется перегонкой на специальных ректификационных установках с целью получения пищевого этилового спирта, а также производства технического и денатурированного спиртов. Вторая используется в основном в виде топлива для сжигания в котельных спиртовых заводов. Но при более сложной переработке из сивушного масла получают чистые высшие спирты (амиловый, бутиловый и пропиловый), которые применяются как растворители, в органическом синтезе, в качестве высокооктановых присадок, для приготовления лаковых покрытий, при изготовлении медицинских препаратов и душистых веществ, как компоненты низкозамерзающих жидкостей.

Одно из направлений переработки осадочных дрожжей заключается в получении из них биосорбентов. Также из биомассы извлекают различные внутриклеточные компоненты и получают аминокислоты, препараты нуклеотидной и белковой природы, ростовые факторы для микробиологии, биологически активные добавки и биологически активные вещества для медицинских целей, косметологии. В России в настоящее время разработаны технологии такой комплексной переработки. Один из вариантов включает деструкцию дрожжей методом автолиза или ферментолиза, отделение аминокислот от балластных веществ на ионитах, фильтрацию, упаривание и сушку. К основной технологической линии примыкают вторичные — по получению нуклеотидов и кофакторов.

Диоксид углерода образуется в основном на двух стадиях спиртового производства: в процессе дрожжегенерирования и непосредственно при брожении в бродильных аппаратах. На стадии брожения содержание С02 в отходящих газах составляет 98—99%. Теоретический выход С02 составляет 95,5% к массе спирта или 7,53 кг на 1 дал выработанного спирта.

Качество твердого или жидкого С02, получаемого на спиртовых заводах, относительно низкое, что обусловлено присутствием в нем значительного количества сопутствующих летучих продуктов брожения, таких как спирты, эфиры, альдегиды, органические кислоты. Без предварительной очистки при утилизации С02 из газов брожения все они остаются в готовом продукте, придавая ему характерный запах. Использование неочищенного газа в пищевых производствах приводит к помутнению карбонизированных напитков и их скисанию, способствует биологическому разложению продуктов.

Применение некачественного диоксида углерода в машиностроении (в сварочном производстве) также недопустимо, так как наличие посторонних примесей вызывает пористость сварного шва.

Поэтому в последние годы все большее предпочтение отдается диоксиду углерода, получаемому из дымовых газов котелен, что объясняется отсутствием в готовой продукции запахов и примесей, характерных для С02, утилизируемого из газов брожения. Одна из наиболее современных технологий очистки газообразного С02 основана на каталитическом окислении сопутствующих органических примесей до исходных компонентов — С02 и воды.

Отходы плодоовощного производства — плоды, плодовые косточки, некондиционные соки, выжимки и т.п. с помощью микроорганизмов можно перерабатывать в кормовой продукт, обогащенный микробным белком.

Отходы мясной, птицеперерабатывающей, рыбной, кожевенной и меховой промышленности — белок- и жиросодержащие отходы, коллагенсодержащее (шквара, фасции, шкурка, жилка) и кератинсодержащее (рога, копыта, шерсть, щетина, малоценное перо, пух, волос) сырье, мясокостная мука, рыбная мука, хитин и другие отходы перерабатываются в различные пищевые и кормовые добавки, аминокислотные гидролизаты и пептидные композиции. Они могут использоваться в пушном звероводстве для кормления пушных зверей, в микробиологической промышленности в качестве компонента в составе питательных сред для культивирования микроорганизмов, в косметической промышленности в составе лосьонов, шампуней, питательных кремов и т.п., а также перерабатываться в органоминеральные удобрения.

Хитин — главный компонент клеточной стенки грибов, опорного скелета многих беспозвоночных, рачков представляет собой полимерную цепь, состоящую из остатков глюкозы, в которых гидроксильные группы при втором атоме углерода замещены ацетили- рованными аминогруппами. Используется он в медицине, пищевой промышленности, косметике.

Отходы масло-жировой промышленности — это жмыхи и шроты, подсолнечная мезга, фосфатные концентраты, соапсоки, получаемые в результате нейтрализации растительных масел и жиров, отходы, образующиеся при рафинации, гидрогенизации и переэте- рификации растительных масел и жиров, гудрон.

Отходы табачной промышленности образуются при выращивании и ферментации табака, на табачных фабриках.

Отходы эфиро-масличного производства получаются в результате переработки зернового эфиро-масличного, цветочно-травянистого сырья, эфирных масел, производства абсолютных масел.

Отходы производства пищевых кислот — это мицелий, фильтрат цитрата кальция, гипсовый шлам, известковый осадок от производства молочной кислоты. Фильтрат цитрата кальция образуется при фильтровании суспензий, нейтрализованных известковым молоком ферментированных мелассных растворов (7 м3 на 1 т кристаллической лимонной кислоты при поверхностном и около

15м3 — при глубинном способах производства). Содержит 10% СВ, из которых органических веществ — 80%, аминокислот — до 6%. Фильтрат цитрата кальция используется для стимулирования роста хлебопекарных дрожжей и биосинтеза лизина из мелассы, а также для кормления животных (в упаренном виде).

Отходы молочной промышленности — молочная сыворотка (творожная, подсырная, казеиновая), обезжиренное молоко (обрат), пахта. Содержание основных компонентов в цельном, обезжиренном молоке, пахте и молочной сыворотке приведено в табл. 5.3. Ультрафильтрацией из сыворотки выделяют пищевой белок и получают безбелковый ультрафильтрат. При выделении белков молока биополимерами в остатке получают бесказеиновую фазу молока [1].

Таблица 5.3

Содержание основных компонентов в цельном, обезжиренном молоке, пахте и молочной сыворотке

Показатель

Молоко

цельное

Молоко

обезжиренное

Пахта

Сыворотка

молочная

Сухие вещества, %

12,5

8,9

9,0

6,2

Жир, %

3,8

0,05

0,5

од

Белок, %

3,3

3,3

3,3

1,0

Лактоза, %

4,7

4,8

4,7

4,7

Минеральные соли, %

0,7

0,7

0,7

0,6

Калорийность, кДж

2805

1440

1590

1013

Обезжиренное молоко, образующееся при сепарировании цельного молока с целью выделения жира, перерабатывают в молочные продукты для непосредственного потребления — напитки, сгущенное молоко, молочно-картофельное пюре и др. Обезжиренное молоко содержит высокоценный белок, который может быть выделен и использован для пищевых целей, в детском питании, в диетических продуктах и для кормовых целей.

Пахта образуется как отход при получении сливочного масла. Содержание жира в пахте в 10 раз больше, чем в обезжиренном молоке. Она используется для нормализации цельного молока по жиру. Из нее производят молочные продукты пониженной энергетической ценности, свежие и сквашенные напитки, добавки в молочные и пищевые продукты, мороженое, концентраты, сыры, белковые продукты. Как кормовые продукты пахту и обрат используют в качестве заменителя цельного молока для выпойки молодняка и кормления животных.

зю

Остающаяся при производстве сыра, творога или казеина молочная сыворотка в зависимости от способа ее получения подразделяется на подсырную, творожную и техническую (казеиновую). В среднем при производстве 1 кг творога высвобождается 1,5—4 кг молочной сыворотки, 1 кг сыра — 8—10 кг, 1 кг казеина — до 30 кг. Мировое производство молочной сыворотки составляет 80 млн т в год. Значительное ее количество приходится на страны, в которых имеется промышленное производство сыра.

Состав сыворотки подвержен значительным колебаниям в зависимости от исходного сырья (цельное или обезжиренное молоко) и способа отделения белка (действием органических и минеральных кислот, ферментативным способом, ультрафильтрацией). В среднем сыворотка содержит до 48—52% сухих веществ молока. При выработке твердых сыров в сыворотку переходит 9—14% жира, 20—25% белка, 88-94% лактозы, 59—65% минеральных веществ. Особенно высоко в ней содержание лактозы — до 5% от массы сыворотки. В ее состав входят также органические кислоты — до 1%, белок — около 1%, небелковые азотистые вещества, минеральные вещества, микроэлементы, витамины. При производстве некоторых видов сыров часть сыворотки (около 30%) получают соленой. Содержание поваренной соли в соленой сыворотке составляет 0,5—1,5%, иногда — до 4%. Состав различных видов молочной сыворотки приведен в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Состав различных видов сыворотки, %

Компонент

Сыворотка

подсырная

творожная

казеиновая

Сухие вещества

4,5-7,3

4,2-7,4

4,5-7,5

Белок

0,4-1,1

0,5-1,4

0,5-1,5

Жир

0,04-0,6

o'

1

in

о

o'

о

  • 0 ю
  • 1

о

Лактоза

3,9-5,2

3,2-5,1

3,5-5,2

Минеральные вещества

0,3-0,8

0,3-0,8

0,3-0,9

Сброс молочной сыворотки в сточные воды приводит к сильному загрязнению водоемов. Тонна молочной сыворотки, слитая в сточные воды, загрязняет водоем также, как 100 м3 хозяйственнобытовых стоков. Органические кислоты (в основном молочная), образующиеся в процессе скисания молока, подкисляют сточные воды до pH 4—5. Затраты на очистку сточных вод, загрязненных сывороткой, которую получают на сыродельном заводе при переработке 50 т молока в смену, равноценны затратам на очистку сточных вод в городе с населением 80 тыс. человек. Экологические показатели сыворотки как источника загрязнений при сбросе в стоки приведены в табл. 5.5 [1].

Таблица 5.5

Показатели молочной сыворотки как источника загрязнений

Показатель

Значение показателя

ХПК, мг 02

65 000-77 000

БПКп, мг 02

52 000-58 000

Взвешенные вещества, мг/л

2000-5000

pH

4,4-6,3

Жир, мг/л

1000-4000

Во многих странах утилизируется до 80—90% молочной сыворотки. Из этого количества 50-90% скармливается скоту, 0,5—4% направляется на технические нужды, 7—50% перерабатывается в пищевые и кормовые продукты. В России утилизируется не более 30—40% сыворотки, котоая используется в основном для выпойки телят и в рационе откармливаемого мясного скота. Остальное сбрасывается в стоки. При сбросе в очистные сооружения неутилизиро- ванная сыворотка сильно затрудняет очистку сточных вод из-за ее высоких значений ХПК (более 60 000 мг/л) [1].

Недостатки сыворотки как кормового продукта — низкое содержание питательных веществ (до 5—7% по сухому веществу), несбалансированность состава (высокое содержание лактозы и низкое — белка), короткий срок хранения. Как скоропортящийся продукт сыворотка должна быть скормлена животному в течение ближайших суток после ее получения. Это сложно реализовать крупным молокозаводам, на которых образуется ежесуточно 50-100 тонн и более молочной сыворотки, так как зона возможного скармливания такого количества продукта может достигать 100 км и более. Кроме того, при откорме нативной сывороткой возможно распространение различных инфекций, в связи с чем в ряде стран запрещено отправлять сыворотку на фермы без предварительной пастеризации. Поэтому на многих предприятиях сыворотку подвергают различной обработке с целью выделения отдельных составных частей (жира, белков, молочного сахара) или повышения в ней содержания сухих веществ. Сгущенную или высушенную сыворотку можно перевозить, хранить и перерабатывать в другие продукты, но получение ее в таком виде требует больших затрат энергии или тепла на удаление влаги. Другим энергоэкономичным способом утилизации сыворотки является ее метаногенное сбраживание с получением биогаза.

В настоящее время из молочной сыворотки получают кормовой микробный белок, пищевые продукты (молочный сахар — лактозу, лечебно-профилактические и столовые напитки, сгущенные и сухие концентраты, мороженое, продукты биологической обработки, белковые продукты и т.п.), галактозу (после гидролиза лактозы с образованием глюкозы и галактозы и ферментации на глюкозе), этанол, молочную кислоту, пропионовую кислоту (на подсырной сыворотке), бутиленгликоль, полисахарид ксантан, лактулозу, лактинол, лактобиновую кислоту. Перечень продуктов из молочной сыворотки насчитывает более 1000 наименований и постоянно пополняется [1]. Биотехнологические методы считаются одними из наиболее привлекательных при промышленной переработке молочной сыворотки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >