автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка метода электрохимического воздействия на молочную сыворотку для интенсификации процесса брожения в технологии спирта

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Отходы производства - экологические проблемы пищевой и перерабатывающей отрасли.

1.2. Использование отходов производства в качестве вторичного сырья - одно из направлений реализации экологической политики на предприятиях.

1.3. Виды и характеристика сырья, применяемого при производстве спирта.

1.3.1. Растительное сырье.

1.3.2. Муниципальные отходы.

1.3.3. Переработка сельскохозяйственной продукции и отходов в этанол.

1.3.4. Производство этанола из биологических отходов.

1.3.5. Себестоимость спирта в зависимости от используемого сырья.

1.4. Методы гидролиза сырья и различных субстратов, применяемых в спиртовом производстве.

1.5.1. Ферментативный гидролиз.

1.5.2. Метод электрохимического воздействия, его характеристика и применение.

1.6. Молочная сыворотка, характеристика состава, методы переработки и утилизации.

1.6.1. Характеристика и особенности состава молочной сыворотки.

1.6.2. Методы переработки молочной сыворотки.

1.6.2.1 .Кислотный метод гидролиза молочной сыворотки.

1.6.2.2.Ферментативный метод гидролиза молочной сыворотки.

1.6.3. Методы утилизации молочной сыворотки.

1.6.3.1.Утилизация молочной сыворотки в различных отраслях и производствах.

1.6.3.2.Утилизация молочной сыворотки с помощью микроорганизмов.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Материалы и методы исследований.

2.1.1. Материалы исследований.

2.1.2. Методы исследований.

2.2. Результаты и обсуждение.

2.2.1. Исследование влияния электрохимического воздействия на степень гидролиза лактозы.

2.2.1.1 .Исследование влияния длительности электрохимического воздействия на степень гидролиза лактозы.

2.2.2. Исследование эффективности процесса ферментативного гидролиза лактозы.

2.2.3. Исследование эффективности применения различных методов обработки молочной сыворотки сырья для производства спирта.

2.2.3.1. Исследование влияния электрохимического воздействия на степень гидролиза молочной сыворотки.

2.2.3.1.1 .Исследование влияния величины рН молочной сыворотки на длительность гидролиза.

2.2.3.1.2.Исследование влияния состава молочной сыворотки на степень гидролиза.

2.2.3.1.3.Исследование влияния плотности тока при электрохимическом воздействии на степень гидролиза молочной сыворотки.

2.2.3.1.4. Исследование влияния длительности процесса электрохимического воздействия на степень гидролиза молочной сыворотки.

2.2.3.1.5.Исследование динамики процесса гидролиза молочной сыворотки при электрохимическом воздействии.

2.2.3.1.6.Влияние термической обработки на степень гидролиза лактозы молочной сыворотки.

2.3.3. Влияние ферментативной обработки на степень гидролиза молочной сыворотки.

2.2.4. Сравнение эффективности применения методов электрохимического, термического и ферментативного воздействия на лактозу молочной сыворотки.

2.2.5. Исследование влияния электрохимической обработки сырья - молочной сыворотки на выход спирта.

2.2.5.1. Исследование зависимости бродильной активности посевного материала от длительности процесса.

2.2.5.2.

Исследование влияния электрохимической обработки молочной сыворотки на длительность сбраживания ее дрожжами Kluyveromyces lactis шт.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Описание аппаратурной схемы процесса.

3.2. Расчет объемов основного оборудования для осуществления технологии спирта.

3.3. Общая схема и системный подход к экологизации производства путем реализации мероприятий, направленных на осуществление экологической политики предприятия.

4. ВЫВОДЫ.

В связи с увеличением объемов и ассортимента производства молока и молочных продуктов его переработки в России и за рубежом, стоит проблема утилизации молочной сыворотки - отхода переработки молока.

Объемы получаемой молочной сыворотки теоретически достигает 90% объема перерабатываемого молока: практически они несколько меньше из-за неполного сбора и технологических потерь. В сыворотку переходит около 50% сухих веществ молока.

По данным Международной молочной федерации (составная часть ФАО - международная производственная организация) из 120 млн. тонн молочной сыворотки, получаемой в мире (в России - более 15 млн. тонн), до 15% сливается в канализацию (частично по возможности в водоем), что приводит к безвозвратной потере около 2000 тыс. тонн лактозы, около 400 тысяч тонн молочного белка и ряда других ценных компонентов молочного сырья (минеральных солей, молочного жира, макро- и микроэлементов, витаминов). л

Очистка 1 м сточных вод с высоким содержанием молочной сыворотки приравнивается к очистке 400 м промышленных стоков. Возрастают проблемы охраны окружающей среды вследствие высокой биологической активности молочной сыворотки.

До недавнего времени молочную сыворотку считали отходом производства. В мировой печати, посвященной молочной промышленности, систематически публикуют материалы, из которых следует, что молочная сыворотка по своему составу, пищевой и биологической ценности, относится к ценнейшему сырью, из которого можно производить необычайно широкий ассортимент пищевых и кормовых продуктов, полученных в результате применения специфических методов ее переработки.

В последние годы, как в России, так и за рубежом, разрабатываются новые, более совершенные технологии переработки и утилизации молочной сыворотки (кормовые добавки - премиксы, белковые продукты, сывороточные пасты - пищевые добавки в кондитерской и хлебопекарной промышленности), а также безотходные и малоотходные технологии. Их широкое внедрение в производство даст должный экономический эффект при условии, если предприятия молочной промышленности владеют особенностями сбора, сохранения молочной сыворотки, организации ее рациональной переработки

Проблема утилизации молочной сыворотки стоит достаточно остро, т.к. руководители молочных предприятий считают, что вкладывать деньги в переработку отходов не рационально.

Но одним из условий вступления российских предприятий в ВТО являются: проведение экологической политики и осуществление мероприятий по экологизации производств в соответствии с Международной системой стандартов экологического управления ИСО 14000.

Для этой цели необходимо разрабатывать интенсивные экономически оправданные биотехнологии утилизации отходов пищевых предприятий, используя их в качестве вторичного сырья.

Одним из способов утилизации молочной сыворотки - является получение спирта на её основе, а одним из путей интенсификации биохимических процессов - электрохимическое воздействие на сырье.

Применение электрохимического воздействия перспективно не только для обработки молочной сыворотки с целью ее использования в качестве сырья при производстве спирта, безалкогольных напитков, в качестве кормовой добавки, но и на различные субстраты, в том числе для их обеззараживания (напитки, сточные воды).

В связи с вышеизложенным исследования в этом направлении являются актуальными и представляют большой практический интерес (сокращение длительности технологического процесса и увеличение выхода продукта).

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

4. ВЫВОДЫ

1. Определен физико-химический состав молочной сыворотки (подсырной и творожной), образующейся при переработке молока в широкий ассортимент продуктов.

2. Установлена возможность и определены параметры процесса деструкции лактозы при электрохимическом воздействии.

3. Впервые определены технологические параметры процесса электрохимической деструкции лактозы молочной сыворотки, обеспечивающие максимальную степень гидролиза (по выходу Л редуцирующих веществ): плотность тока - 60 А/м , длительность ЭХВ -120 секунд.

4. Впервые изучено и проведено сравнение эффективности применения электрохимического, термического и ферментативного воздействия на лактозу молочной сыворотки по степени гидролиза (количество редуцирующих веществ).

5. В процессе исследований при разработанных параметрах установлен эффект обеззараживания молочной сыворотки по КМАФАнМ в среднем на 99,5%.

6. Впервые изучено и проведена оценка эффективности применения электрохимического на лактозу молочной сыворотки по степени интенсификации процесса её сбраживания в спирт.

7. Показана возможность интенсификации процесса сбраживания лактозы на 25%, как на стадии получения посевного материала, так и при осуществлении процесса получения спирта путем электрохимического воздействия на нее.

8. Разработана технологическая схема интенсифицированного процесса производства спирта на основе молочной сыворотки, подвергнутой электрохимическому воздействию.

9. Определены основные технико-экономические показатели технологического интенсифицированного процесса производства спирта на основе молочной сыворотки, подвергнутой электрохимическому воздействию.

10. Определен заказчик разработанного метода.

1. Арор С.О. Развитие техники и технологии молочной промышленности в 2000 г. В кн. Материалы XXI ММК т.2 - М.: Агропромиздат.1985.

2. Анацкая А.Г. Создание новых молочных продуктов//Молочная промышленность. 2000. - №2. - С. 29-31.

3. Атраментов А. Г. Совершенствование первичной обработки молока. М.: ВО Агропромиздат, 1990. - 63 с.

4. Барабанщиков Н.В. Молочное дело. М.: Колос, 1983. - 413с.

5. Бейгельдруд Г.М., Габленко В.Г. Обеззараживание питьевой воды электрохимическим методом. Дубна, 1999.

6. Васильева Р.А. и др. Напитки из творожной сыворотки//Известия вузов. Пищевая технология. 1998. - №2-3. - С. 41-43.

7. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды. Справочник. Под общей ред. акад. РАСХН Е.И. Сизенко М.: Пищепромиздат, 1999. -468с.

8. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.- 344с.

9. Грановский М.Г., Лавров И.С., Смирнов О.В. Электрообработка жидкостей. Л.:Химия, 1979.-232с.

10. Грачева И.М., Иванова JI.A., Кантере В.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия. М.: Колос, 1992. - 384с.

11. Данченков М.В., Тарада А,Г. Экономическая эффективность комплексного и рационального использования сырьевых ресурсов в молочной промышленности. -М.: ЦНИИТЭИ мясомолпром, 1931. с.55.

12. Данченков М.В., Тарада А.Г., Басов Б.Г. Экономическая эффективность промышленной переработки сыворотки на молочный сахар. М.: Агропромиздат. 1979. с.35.

13. Дегтерев Г.П. Механизм образования молочных загрязнений и их классификация//Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. -№11.-С.41-43.

14. Евдокимов И.А. Современное состояние и перспективы использования лактозосодержащего сырья//Известия вузов. Пищевая технология. 1997. -№1. -С. 15-17.

15. Евелева В.В., Филимонова И.И. Лактат кальция кормовой из молочной сыворотки//Переработка молока. Информационный бюллетень. 2001. -№3.

16. Еремин Г.Е., Мешков Н.И. Технология этилового спирта из молочной сыворотки. В кн.: Новое в технике и технологии переработки молочной сыворотки. - Углич. 1981. с.59.

17. Жукова Л.П. Использование молочной сыворотки в производстве продуктов питания/Л. Пищевая промышленность. 1996. - № 12. - С. 24.

18. Залашко М.В. Биотехнология переработки молочной сыворотки. М. Агропромиздат. 1990. с. 190.

19. Залашко М.В., Капич А.Н., Мишин J1.T. Алкогольный напиток из молочной сыворотки//Молочная промышленность. 1997. - №3. - С.28.

20. Иванов А.И., Зотов В.Н. Оборудование спиртового производства М.: Пищевая промышленность. 1981. с.208.

21. Интенсификация электрохимических процессов. Сборник научных трудов. Томилов А.П. М.: Наука, -1998.

22. Использование отходов молочного производства в сельском хозяйстве//Ыа!гаис. D. Rev. Lait fr МФИШ] 1998. - №585. - С. 38-39. - Фр.

23. Калунянц К.А., Голгер Л.И., Баланов В.Е., Оборудование микробиологических производств, М.: Агропромиздат, 1987. с.228.

24. Кантере В.М., Мосичев М. С., Дорошенко М.И. Основы проектирования предприятий микробиологической промышленности. М.; Агропромиздат 1990. с. 21.

25. Кисилев Д.Н., Смирнов В.А., Стабников В.Н. Технология спирта, Л.: 1967. 452 с.

26. Ковальская JI. П., Шуб С. П., Мелькина Г. М. И др.: Под ред. J1. П. Ковальской Технология спирта - М.: Колос, 1999-752 с.

27. Комаров В.И., Лебедев Е. И., Мануйлова Т.А. Проблемы использования вторичных сырьевых ресурсов отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности и их влияние на окружающую среду//Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. - №2. - С. 6-10.

28. Королева Н.С. Основы микробиологии и гигиены молока и молочных продуктов.-М: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 168с.

29. Кравченко Э.Ф. Состояние и перспективы переработки и использования молочной сыворотки. М.: Агропромиздат, 1989. - 200с.

30. Красуля Н.Г., Силин В.М. Напитки из пахты//Молочная промышленность. -1996. №4.-С. 13.

31. Крусь Г.П., Чекулаева Л.В., Шалыгина Г.А., Ткаль Т.К. Технология молочных продуктов. М.: Агропромиздат, 1988. - 368с.

32. Кухаренко А.А. Ультразвуковая предподготовка растительного сырья в производстве этанола // Аграрная наука. 2000. №3. с.30-34.

33. Кухаренко А.А., Винаров А.Ю. Пищевые белковые добавки из молочных отходов//Экология и промышленность России. -2003. №3. -С. 10-11.

34. Кухаренко А.А., Винаров А.Ю. Безотходная биотехнология этилового спирта. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 272с.

35. Кухаренко А.А., Винаров А.Ю. Интенсификация микробиологического процесса получения этанола из крахмал- и целлюлозосодержащего сырья. М.: 1999,- с.-93.

36. Липатов Н.Н. Молочная промышленность XXI века АгроНИИТЭИММП, 1989.-56с.

37. Лисенкова Л.Л., Калугин Б.В. Экология АПК (Экологически чистые технологии переработки молочной сыворотки)//Инженерная экология. -1997.-№5.-С.29-37.

38. Мизякина А. М. Получение и использование продуктов микробного синтеза на молочной сыворотке. М.: Агропромиздат, 1991. с.32.

39. Молочников В.В., Орлова Т.А., Анисимов С.В. Безотходная технология переработки обезжиренного молока на основе безмембранного осмоса. -М.: АгроНИИТЭИММП, 1986.-36с.

40. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена. М: Деловая литература, 2001. -378с.

41. Нецепляев С.В., Панкратов А.Я. Лабораторный практикум по микробиологии пищевых продуктов животного происхождения. М Агропромиздат, 1990.-224с.

42. Новые методы защиты предприятий молочной промышленности от биозагрязнений//Роспег М Rev. lait fr МФИШ. 2000. - №598. - С.32-34. -Фр.

43. Новые условия использования отходов, образующихся при производстве молочных продуктов//Раиге О. Rev. Lait fr МФИШ. 1998. -№585.-С. 40-41.- Фр.

44. Пашков Е.В., Фомин Г.С., Красный Д.В. Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического управления. М: ИПК Издательство стандартов, 1997. 464 с.

45. Пащенко Л.П. и др. Новый продукт из молочной сыворотки//Пищевая промышленность. 1996. - №1. -С. 36.

46. Продукты из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки /А.Г.Храмцов, Э.Ф.Кравченко, К.С.Петровский и др.; под ред.

47. А.Г.Храмцова и П.Г.Нестеренко. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 296 с.

48. СанПиН 2.3.4.551-96 Производство молока и молочных продуктов. -М.:Минздрав России, 2000. 80с.

49. Сборник методических указаний МУК 4.1.646-4.1.660-96.- М.: Минздрав России, -1997.

50. Сенкевич Т., Ридель К.-Л. Молочная сыворотка: переработка и использование в агропромышленном комплексе. Пер.с нем. /под ред.Н.Н.Липатова. -М.: ВО «АГРОПРОМИЗДАТ», 1989,- 270с.

51. Сизенко Е.И. Актуальные проблемы развития молочной промышленности//Молочная промышленность. 2001. - №4. - С. 11-12.

52. Скобелева Н.В. "Чудо" продукт из молочной сыворотки//Молочная промышленность. - 1999. - №6 - С. 25.

53. Способ приготовления концентрата лактата кальция из молочной сыворотки: Заявка 96111572/13 Россия, МГЖ6 А23 С 21/02/ Полянский и др. № 96111572/13;3аявл. 4.06.1996;0публ. 10.10.1998. - Бюл. № 28.

54. Способ обработки молочной сыворотки: Пат. 2134992 Россия, МПК6 А23 Л/20/ Коновалов А.И. и др. № 98102300/13;3аявл. 6.02.1998;0публ. 27.08.1999.-Бюл. №24.

55. Способ переработки молочной сыворотки: Пат. 2154386 Россия, МПК7 А23 С 21/02/ Винаров А.Ю., Беляков Ю.И., Сидоренко Т.Е., Каравацкий А.И. №99126250/13;3аявл. 14.12.1999;Опубл. 20.08.2000.

56. Способ получения этанола из целлюлозосодержащего материала. №92000430/13 заявл.3.12.92.

57. Способ получения концентрата молочной сыворотки: Пат. 2144773 Россия, МПК6 А23 С 21/00/ Попова И.Д. и др. № 99104243/13;3аявл. 3.03.1999;0публ. 27.01.2000. -Бюл. № 3.

58. Способ получения молочной сыворотки в гранулах: Пат. 2144774 Россия, МПК6 А23 С 21/00/ Попова И.Д. и др. № 99104249/13;3аявл. 3.03.1999;0публ. 27.01.2000. -Бюл. № 3.

59. Способ получения сахаросодержащей сывороточной пасты: Пат. 2125376 Россия, МПК6 А23 С 21/00/ Подгорнова и др. № 97120031/13;3аявл. 2.12.1997;Опубл. 27.01.1999. Бюл. № 3.

60. Способ производства молочного сахара: Пат. 2128710 Россия, МГЖ6 С13 К 5/00/ Евдокимов И.А. и др. №97101635/13;3аявл. 3.02.1997;0публ. 10.04.1999.-Бюл. № 10.

61. Способ производства напитка "Ашна" на основе молочной сыворотки: Заявка 96111603/13 Россия, МПК6 А23 С 21/08/ Абдрашитов и др. №9611 1603/13;3аявл. 7.06.1996;0публ. 10.12.1998. Бюл. № 34.

62. Способ производства плодово-ягодного желе из молочной сыворотки: Заявка 96114293/13 Россия, МПК6 А23 С 21/08/ Абдрашитов и др. №96114293/13;3аявл. 16.07.1996;0публ. 20.12.1998. Бюл. № 35.

63. Способ производства экологически чистого моющего средства из молочной сыворотки: Пат. 2093039 Россия, МКИ6 А23 С 21/00, С 11

64. Dl/00/Торгов В.Д. и др. №95105200/13;3аявл. 6.04.1995;0публ. 20.10.1997. -Бюл. №29.

65. Степаненко П.П. Микробиология молока и молочных продуктов: Учебник для ВУЗов. Сергиев Посад: ООС'Все для Вас - Подмосковье", 1999. - 415с.

66. Технологическая линия для производства продуктов из молочной сыворотки: Пат. 2100438 Россия, МКИ6 С13 К 5/00/ Петров С.М. и др. -№95112221/13;3аявл. 18.07.1995;0публ. 27.12.1997. Бюл. № 36.

67. Технология спирта / Яровенко JI.B., Маринченко В. А., Смирнов В. А. И др.; Под ред. Проф. В. А. Яровенко.-М.:Колос, 1999-464 с. 1971 .-209с.

68. Храмцов А.Г. и др. Бифидогенный концентрат из молочной сыворотки//Молочная промышленность. 1996. - №8. -С. 16.

69. Храмцов А.Г. Вторичные сырьевые ресырсы и пути их рационального использования в условиях рыночной экономики //Известия вузов. Пищевая технология.-1999.-№5-6.-с. 14-17.

70. Храмцов А.Г. и др. Молочная сыворотка: переработка и использование/Сыроделие. 1999. - №2. - С. 23-25.

71. Храмцов А.Г. Состав и биологическая ценность подсырной сыворотки//Сыроделие. 1999. - №4. - С. 32-34.

72. Храмцов А,Г., Оноприйко А.В., Рябцева С.А., Трудова М.А., Храмцов А.А., Оноприйко В. А. Рациональное использование сырьевых ресурсов при переработке молока на мини-производствах//Известия вузов. Пищевая технология.- 1999. №2-3. - С. 11-13.

73. Храмцов А.Г. и др. Подсырная сыворотка: отходы или резерв//Сыроделие. 1999.-№3-С. 30-31.

74. Храмцов А.Г. Молочная сыворотка. М.; Агропромиздат. 1990. с.239.

75. Храмцов А.Г., Евдокимов И.А. Рациональная переработка молочной сыворотки//Молочная промышленность. 1996. - №4.-С. 10-12.

76. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Рациональная переработка и использование белково-углеводного молочного сырья. М.: Молочная промышленность, 1998.- 104с.

77. Храмцов А.Г., Павлов В.А., Нестеренко П.Г. и др. Переработка и использование молочной сыворотки: Технологическая тетрадь. М. :Росагропромиздат, 1989.-271с.

78. Храмцов, А.Г., Нестеренко П.Г. Производство продуктов из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки. М.; 1981. с.731.

79. Шалапугина Э.П. и др. Пудинги из молочной сыворотки//Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. - №5. - с. 43-44.

80. Шеховцев А.А. и др. Воздействие пищевых производств на окружающую среду//Хранение и переработка сельхозсырья. 1997. -№11. - с. 6-9.

81. Эрвольдер Т.М. Биопахта продукт повышенной пищевой и биологической ценности//Молочная промышленность. - 1999. - №1. - с. 17-18.

82. Barchankova J.Ferciarni astenimlekaren snych odpadnick vod membramoymi procey. Prum potravin 1986. - 37. - №8.

83. Belebungssustem mit geningem Energiebedarf. Umwelf- 1985, №4- p.382.

84. Chiesa S. C. Growth and central of filametous microbes in activated sludge an integrated hynothesis. Wate Research.- 1985. Vol.19 № 4.

85. Jenkins D. et. al. Causes and Control of activated- sludge bulling journal

86. W.P.C.F.- 1984. Vol.56 № 1.

87. Lan A.O. et. al. The competitive growth of bloc- forming and bilamentous bacteria model for activated sludge bulling journal W.P.C.F.- 1984. Vol.56 № 1.

88. Piccinini S. Rendimento depurutivo un impiantod: trattamento aerobico delle acque di la vaggio di un casificio.-Inquinamento- 1985. №6.

89. Proceedings of an IDF seminar on dairy effuents at Irillarney. Ireland 1983.1. Document № 184.

90. Wong H. Mechanisation des effluents a laiterie suint Habert. Energ.vert.1989.№26.