Технологии фильтрации

 Получение максимальной прибыли – цель каждого коммерческого предприятия. Анализ конкурентной среды, постоянный поиск новых технических и технологических решений, расширение ассортимента выпускаемой продукции – шаги, на которые идут предприятия для того, что бы снизить себестоимость продукции и предложить рынку востребованную продукцию. Одним из фактором, оказывающим самое непосредственное влияние на себестоимость выпускаемой продукции является составляющая, вносимая инженерными системами: стоимостью воды, энергией всех видов, канализованием стоков, потреблением моющих средств. Очевидно, что на физически устаревшем оборудовании при изношенных инженерных системах невозможно получить рентабельный продукт, поэтому любая реконструкция и модернизация производства должна включать в себя полный пересмотр этих систем. Одной из таких систем, на которую стоит уделить особое внимание, является система мойки оборудования, так называемая, СИП-станция (англ. CIP – cleaning in place). Она являются одновременно потребителями всех ресурсов предприятия: чистой воды, тепла, электрической энергии, является источником образования основных производственных стоков предприятия, потребителем моющих компонентов. СИП-станции являются обязательным «атрибутом» любого современного производства: производства напитков, например, пива, биотехнологического, молокоперерабатывающего и многих иных. Молокоперерабатывающая отрасль является крупным потребителем воды, где на производство 1 л молока затрачивается не менее 3,5 лводы. Величина технологических потерь молока при переработке составляет 0,5-4 % от принятого на переработку молока в зависимости от уровня оснащенности предприятия и выпускаемого ассортиментного ряда. Сточные воды молокозаводов представляют собой сложную коллоидную и физико-химическую систему, которая формируется из остатков молока и молочных продуктов при ополосе оборудования и отработанных моющих растворов. Сбросы отработанных моющих веществ предприятия, различны, и для современного завода перерабатывающего 1500 т/сутки молока достигают в пересчете на активный моющий компонент 3,5 т/сутки щелочи, 1 т азотной кислоты и до 1 т дезинфицирующих сред. Для современного завода меньшей производительности характерно большее относительное потребление щелочи: на заводе мощностью 100 т/сутки по молоку расход щелочи может составлять 120 т/год.

 Потребление щелочных моющих растворов на предприятиях, зачастую, преобладают над кислотными. Кроме этого, часто в качестве кислотных растворов используются растворы с комплексными моющими добавками, которые характерны для какого-то конкретного участка и оборот такого раствора на производстве относительно невелик. В этой связи системы регенерации моющих растворов, в основном, ориентированы на регенерацию однокомпонентного раствора щелочи.

 К восстановленному моющему раствору предъявляется главное требование – сохранение его моющей способности. Так на предприятиях молокоперерабатывающей индустрии в процессе мойки оборудования в моющий раствор попадают все компоненты, которые остались на поверхности оборудования: белок в нативном или скоагулированном виде, жир, лактоза и соли молока, компоненты, привнесенные при производстве кисло-молочных продуктов и продуктов с фруктово-ягодными наполнителями. При производстве пива в моющий раствор на разных стадиях производства попадают специфические загрязнения. В варочном отделении моющий раствор преимущественно загрязняется органическими соединениями с преобладанием белков, целлюлозы. Содержание неорганических загрязнителей невелико. В отделении брожения и дображивания моющий раствор загрязняется органическими соединениями с преобладанием белков, полифенолов. В раствор так же попадают дрожжи и неорганические соединения – в основном пивной камень. В фильтрационном отделении органические загрязнители практически отсутствуют. Из неорганических можно выделить кизельгур. Удалив из отработанного моющего раствора попавшие в него загрязнения можно восстановить моющий раствор. Стадию восстановления (регенерации) моющих растворов проводят на селективнопроницаемых химически и термически устойчивых мембранах.

Читать далее...

 Творог - национальный кисломолочный продукт стран Восточной Европы. Традиционный творог, вырабатываемый путем сквашивания молока под действием молочнокислых культур с последующим формированием сгустка, отделением сыворотки и прессованием сгустка, имеет содержание сухих веществ, в зависимости от жирности получаемого продукта, 30-35 % масс. и крупчатую структуру.

 Производство творога классическим способом сопровождается большим отходом сыворотки (80-85 % от первоначального объема молока), с которой теряются часть жира и казеиновых белков, а также значительное количество ценных сывороточных белков. Сократить потери жира и белков с сывороткой, а следовательно, увеличить выход творога, сделав одновременно его более физиологически ценным продуктом возможно используя метод ультрафильтрации сквашенного молока (калье).

 Увеличение выхода творога при использовании ультрафильтрации по сравнению с другими методами можно продемонстрировать на примере количества молока, необходимого для получения 1 кг творога с содержанием сухих веществ 18 %:

• при центробежном сепарировании – 4,6-4,7 кг;

• при центробежном сепарировании с добавлением концентрата сыворотки, полученного ультрафильтрацией – 3,9-3,95 кг;

• при ультрафильтрации сквашенного молока – 3,2-3,5 кг.

 Творог, получаемый метом ультрафильтрации, представлен на локальном рынке более 20 лет, впервые появившись в ассортименте молочных кухонь крупных городов СССР. На сегодняшний день ультрафильтрованный творог является любимым продуктом детей и взрослой группы потребителей. Старшее поколение оценило гомогенную структуру продукта, в него нет необходимости добавлять молоко, сливки или сметану что бы он не казался «сухим» как классический творог, этот продукт имеет прекрасную нежную консистенцию и может быть дополнен любым фруктовым наполнителем. В последнее время отмечается устойчивый рост потребительского спроса на этот продукт.

Читать далее...

 Пектины - широко используемые в промышленности природные соединения. В пищевой промышленности их применяют в производстве зефира, мармелада, конфитюров, джемов, колбасных изделий, соков, йогуртов и других продуктов. В медицине и фармацевтике - в производстве детских гранул, суспензий, гелей, для придания вязкости эмульсиям, связывания ионов тяжелых металлов, лечения ран, выработки питательных сред и т.д. В косметической промышленности их применяют при производстве специализированных масок для лица и гелей.

 Производство пектина на территории стран бывшего СССР имеет свою историю. В СССР было построено ряд предприятий по производству яблочного пектина: в Бендерах и Калининске в Молдавии, в Баре на Украине, в Газалкенте (Узбекская ССР), в Таджикистане на ПАПО «Шахринав», был организован цех по производству жидкого пектинового концентрата на Солдатском консервном заводе в Кабардино-Балкарии. Производство свекловичного пектина было отлажено в Краснодаре, на Меркенском сахарном заводе в Казахстане, в Гайсине (Украина).

 В 1993 году Летичевским заводом продтоваров (Украина, Хмельницкая область) и Яреськовским заводом (Украина, Полтавская область) осуществлен выпуск опытных партий ряда пектинопродуктов - пектиновых экстрактов и концентратов, жидкого пектинсодержащего сахара из яблочных выжимок и свекловичного жома.

Флагманы пектиновой промышленности СССР - заводы по производству пектина в Бендерах, Калининске и Баре были однотипные, в схему были заложены устаревшие технические приемы, что дало о себе знать при их эксплуатации – качество пектина было низким, потери продукта на производстве были значительными, заводы не работали на проектную мощность.

 Проблема выпуска пектина была настолько значима, что была создана Межреспубликанская межотраслевая научно-производственная ассоциация «Пектин», в которую вошли ведущие специалисты СССР, работающие по вопросам химии, технологии и применения пектина.

Распад СССР, последующая экономическая нестабильность, локальные военные конфликты привели к закрытию производств пектина, которые в большинстве случаев были энергоемкими, а производимый пектин неконкурентноспособным на рынке.

 Пектин относят к биологически активным веществам, не имеющим пищевой и энергетической ценности. Это отрицательно влияло при планировании мощностей в прошлом, когда главной задачей пищевой промышленности считалось производство высококалорийных пищевых продуктов. Отсутствие отечественного пектина приводило к закупке его за рубежом. Техника и технология производства, научные исследования в этой отрасли развивались слабо, не велась направленная подготовка кадров. Однако были и другие важные причины.

 Технология производства пектина предусматривала использование минеральных кислот, щелочей, этилового спирта, что не обеспечивало экологической безопасности и малоотходности производства, повышало требования к оборудованию и производственным помещениям.

 Одной из наиболее энергоемкой стадией производства пектина является концентрирование осветленного пектинового экстракта. Многокорпусные выпарные установки, в том числе и с механической рекомпрессией пара, имеют высокие показатели по капитальным и эксплуатационным затратам для удаления влаги из экстракта. При выпаривании удаляется только вода, уходящая в виде пара. Использование мембранной фильтрации позволяет проводить удаление влаги вместе с низкомолекулярными балластными веществами. При осуществлении дополнительной очистки экстракта методом диафильтрации можно достичь существенного уменьшения балластных веществ, что положительно сказывается на следующих операциях по производству сухого пектина. 

Читать далее...

 Лактоферрин и лактопероксидаза относятся к важнейшим минорным белкам молока, потребность в которых у человека появляется с первых часов жизни. Для удовлетворения потребности человека в этих белках природа предусмотрела выделение в течение первых дней жизни младенца из молочных желез матери молока, насыщенного этими белками, так называемого молозива. Содержание лактоферрина и лактопероксидазы в молозиве в несколько раз превышает их содержание в молоке, которым идет дальнейшее вскармливание ребенка. По мере формирования собственной иммунной системы у ребенка содержание лактоферрина и лактопероксидазы в материнском молоке уменьшается. Для поддержания иммунной системы на должном уровне человек испытывает потребность в этих белках всю жизнь. И получить их возможно только потребляя молочные продукты, непрошедшие высокотемпературную обработку или же употребляя в пищу продукты, которые обогащены белками непосредственно перед упаковкой.

 Лактоферрин - полифункциональный белок из семейства трансферринов. Лактоферрин является глобулярным гликопротеином с молекулярной массой около 78 кДа и широко представлен в различных секреторных жидкостях, таких как молоко, слюна, слёзы, секреты носовых желез. Лактоферрин является одним из компонентов иммунной системы организма, принимает участие в системе неспецифического гуморального иммунитета, регулирует функции иммунокомпетентных клеток.

 Исследование химической структуры, основных иммунных свойств и защитных механизмов белков было начато в 1930-е годы. А в 1984 году в эксплуатацию был введен первый в мире завод по производству лактоферрина и лактопероксидазы. На сегодняшний день в мире функционирует более 20 заводов по производству лактоферрина и лактопероксидазы, выпускающих белки в сухой форме. Они расположены в разных странах: в Голландии, Японии, Новой Зеландии, Австралии, Китае. Сырьевыми источниками для производства лактоферрина и лактопероксидазы являются молоко и сыворотка. В некоторых странах не запрещено использовать в качестве сырья молоко и молочную сыворотку генно-модифицированных животных.

 Лактоферрин признан белком, безопасным для использования в продуктах питания и решением Европейской комиссии по пищевым добавкам №258/97 от 22.11.2012 (опубликовано в Official Journal of the European Union от 27.11.2012) введены допустимые концентрации лактоферрина в продуктах питания. В зависимости от конечного продукта, в который вносится лактоферрин, дозировка составляет до 20 г/кг готовой продукции. Ассортимент выпускаемой продукции, обогащенной лактоферрином на сегодняшний день большой и постоянно расширяется. Покупателю уже предложены всевозможные молочные продукты, напитки, мороженое, кондитерские изделия, средства по уходу за кожей и гигиеной полости рта, и даже жевательная резинка с лактоферрином.

 Растущий спрос на продукты здорового питания, в производстве которых используется лактоферрин, привел к росту объемов производства лактоферрина. В 2001 году мировые объемы производства составляли 45.000 кг/год, в 2012 году уже 185.000 кг/год, а на 2017 год прогноз объемов производства лактоферрина составляет 262.000 кг/год. Стоимость лактоферрина в зависимости от компании-производителя, объемов и периодичности поставок, а так же сложившихся деловых отношений между компанией-производителем и покупателем составляет 500-1.000 USD/кг.  

Читать далее...

 В процессе производства этилового спирта образуется значительное количество отходов основного производства – послеспиртовой барды, которая вызывает сильное загрязнение окружающей среды при отсутствии должной переработки. Барда обладает высокой питательной ценностью, поскольку именно в барде содержится весь белок зерна. В сельском хозяйстве технологически развитых стран широко применяются различные продукты переработки барды.

 В мировой практике переработки барды долгое время традиционно использовалась, как правило, технология «выпаривания фугата» на выкуум-выпарных установках. Высокие капитальные и эксплуатационные затраты, свойственные этой технологии, отрицательно сказываются на себестоимости готовой продукции - сухой барды.

Некоторое снижение стоимости можно обеспечить, если использовать технологию аэробной микробиологической переработки барды с получением концентрированных кормовых дрожжей. В России уже реализовано несколько проектов по выпуску сухих кормовых дрожжей работающих на послеспиртовой барде. Однако, все подобные решения связаны со значительными инвестициями и решением большого круга специфичных задач.

 Одной из основных задач, на решении которой надо сфокусироваться при разработке концепции по переработке барды, является выбор оптимального технологического процесса. Это необходимо сделать с учетом имеющихся энергетических мощностей, производственных площадей, потенциального рынка сбыта продуктов переработки барды, возможностями имеющихся очистных сооружений.

 Основной трудностью в утилизации послеспиртовой барды является переработка жидкой фазы, так называемого фугата, которого на спиртзаводе мощностью 3000 дал образуется до 350 м3/сутки. Фактически, в фугате содержится весь тот «букет» веществ, которые и вызывают загрязнение окружающей среды (ХПК и БПК фугата около 60 000 мг О2/л).

 Для эффективного решения задачи по переработке барды в комплексную схему переработки интегрируется оборудование мембранной фильтрации. В основу комплексной схемы положены известные и уже успешно зарекомендовавшие себя, в том числе и в России, технологические приемы – получение жидкой (фугат) и твердой (кек) фазы на декантерных центрифугах, фильтрация фугата на керамических мембранах, сушка кека и концентрата с фильтрационной установки в сушилках. 

Читать далее...

 На металлообрабатывающих, химических, нефтехимических предприятиях происходит образование, так называемых, «прямых» эмульсий в результате производственных необходимостей, например, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей при механической обработке металла или при несовершенстве технологического процесса, например, неисправности оборудования.

 Мировой объем потребления целевых смазочно-охлаждающих жидкостей постоянно увеличивается и на сегодняшний день составляет более 2,5 млн. тонн концентратов в год. Наряду с ростом потребления смазочно-охлаждающих жидкостей наблюдается все большая их специализация, заключающаяся в ориентировании на конкретные технологические операции и обрабатываемые материалы. В результате, с одной стороны, расширяется номенклатура выпускаемых жидкостей, усложняется химический состав и увеличивается стоимость как самих смазочно-охлаждающих жидкостей, так и их обслуживания и утилизации, а с дру­гой стороны, - усложняются  и обособляются технологии их применения. Между тем, именно высокоэффективные специализированные, содержа­щие, как правило, наиболее химически активные присадки создают большую опасность для окружающей среды и здоровья работающих.

 Утилизация отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей или удаление частиц масла из жидких сред в случаях, когда речь идет об образовании устойчивых эмульсий, неразделяемых центробежными методами, производится методами мембранной фильтрации. Мембранное разделение стабильных эмульсий преимущественно производится на керамических мембранах в следствии их большого срока эксплуатации, высокой химической и термической стойкости, высокой удельной производительности, устойчивости к абразивному воздействию. 

Читать далее...

 В биотехнологической промышленности традиционно используется культивация биомассы с целью получения клеток микроорганизмов или продуктов микробного синтеза. Причем целевой продукт может находиться как вне клеток микроорганизмов, так и внутри них. Для получения требуемого продукта на практике используются различные технологические приемы. Получаемые продукты микробного синтеза нашли широкое применение в пищевой, фармацевтической, химической промышленности, сельском хозяйстве. Перечень выпускаемых на сегодняшний день продуктов микробного синтеза исчисляется не одной сотней наименований, среди которых значительную нишу занимают заквасочные культуры.

 Производство молочнокислых бактерий производится в соответствии со следующей последовательностью технологических операций: ферментация, охлаждение, концентрирование, добавление защитной среды, замораживание или сублимационная сушка. В результате получается продукт, закваска прямого внесения, содержащий живых клеток молочнокислых бактерий порядка 1010 КОЕ/г.

 Жесткая конкуренция на рынке заквасочных культур прямого внесения, сложившаяся на сегодняшний день, диктует необходимость выпуска заквасок безупречного качества, а именно – содержащих максимальное количество живых клеток молочнокислых бактерий, ведь именно живые клетки понижают рН молока при сквашивании вызывая тем самым коагуляцию казеина.

 Гибель клеток молочнокислых бактерий возможна на всех стадиях технологического процесса: в ферментере при перемешивании, на стадии замораживания, при перекачке насосами, и особенно на стадии концентрирования.

 Содержание живых клеток молочнокислых бактерий в биомассе, получаемой по завершении экспоненциальной фазы роста, составляет порядка 108 КОЕ/г, при том, что закваски прямого внесения  должны содержать живые клетки молочнокислых бактерий в количестве 1010 КОЕ/г. Следовательно, задачей стадии концентрирования является повышение активности заквасочных культур, т.е. увеличение содержания в них живых клеток молочнокислых бактерий перед сублимационной сушкой. При этом гибель клеток при их концентрировании должна быть минимальна, что гарантирует высокое качество выпускаемой продукции.

 На сегодняшний день отделение биомассы клеток от культуральной жидкости и их концентрирование осуществляется двумя способами, такими как, центрифугирование, являющееся традиционной технологией, и микрофильтрация, осуществляемая с применением микробиологически стойких мембран с размером пор от 0,1 до 1,0 мкм. 

Читать далее...

 Сыворотка является вторичным молочным сырьем, состав которой преимущественно представлен молочным сахаром (лактозой), сывороточными белками, остаточным жиром и солями. В молочной индустрии образуется несколько видов сыворотки: творожная, подсырная и казеиновая. Каждой из них свойствен свой типичный физико-химический состав и микробиологический фон.

 Состав сыворотки колеблется в значительных пределах и  зависит для подсырной сыворотки от вида вырабатываемого сыра и его жирности; для творожной - от способа производства творога и его жирности; казеиновой - от вида выпускаемого  казеина. При выработке сыров расходуется в основном казеин и молочный жир, а остальные компоненты в значительном количестве переходят в сыворотку. Основным требованием при производстве сыра является максимальное использование казеинового белка, жира - в соответствии с жирностью производимого сыра, лактозы и минеральных солей - в необходимых для созревания сыра количествах.

 Основным компонентом в составе сыворотки является лактоза, которая составляет в сухом веществе сыворотки 70-75% масс. За счет сбраживания лактозы в молочную кислоту в творожной сыворотке лактозы меньше, чем в подсырной, что отражается на кислотности сыворотки.

  Молочный жир в сыворотке диспергирован больше, чем в молоке-сырье. Так, например, количество жировых шариков размером менее 2 мкм в сыворотке составляет порядка 70-75 %, а в молоке всего около 50 %.

 Сывороточные белки являются очень термолабильными - температура денатурации находится около 60°С. Сnепень денатурации белков в сыворотке зависит от температуры, продолжительности ее воздействия и pH раствора.

 Содержание казеиновой крошки в сыворотке зависит от множества производственных факторов. В ряду «казеиновая-подсырная-творожная» сыворотка содержание крошки растет. Крупную крошку отделяют на виброситах, а казеиновую пыль с размером частиц более 1,0 мкм эффективно удаляют с помощью сепараторов-осветлителей и используют в выработке молочных продуктов.

 Остаточное количество молочного жира в сыворотке также зависит от вида вырабатываемого продукта, от содержания жира в нем и технологии производства. Независимо от массовой доли жира наибольшее число жировых шариков имеет диаметр 1-2 мкм, а основной объем жира заключен в шариках размером 2-6 мкм. Молочный жир удаляют из сыворотки с помощью сепараторов в виде, так называемых, подсырных сливок.

 В сыворотке быстро развиваются различные группы микроорганизмов, происхождение которых тесно связано как с остаточной термостойкой и термофильной микрофлорой пастеризованного молока, так и с микрофлорой заквасок, используемых в производстве. К тому же из основного производства сыворотка поступает с температурой около 30оС, что соответствует точке провокации роста большинства молочнокислых бактерий.

 Кроме перечисленных групп микроорганизмов, в сыворотке, как правило, имеется значительное количество представителей так называемого вторичного обсеменения, возникающего в ходе технологического процесса. Среди микрофлоры вторичного обсеменения встречаются представители молочнокислых и уксуснокислых бактерий, бактерии группы кишечных палочек, плесневые грибы, дрожжи, а так же различные группы споровых микроорганизмов.

 Из молочной сыворотки производят различные сухие продукты с различным физико-химическим составом и, как следствием, маржинальностью. Одной из наиболее востребованной на рынке группой производимой продукции являются концентраты сывороточных белков. В зависимости от содержания балластных соединений чистота концентрата градируется в интервале от 35 до 90 %. Концентрат сывороточных белков с максимальной степенью чистоты – 90 % называется изолят. Он характеризуется очень низким содержанием остаточного жира и микробиологическим фоном. Обеспечить эти два важнейших показателя возможно применяя оборудование микрофильтрации сыворотки. Поры микрофильтрационных керамических мембран обеспечивают эффективную задержку мельчайших частиц казеиновой пыли, жира, бактерий и спор. Полученную осветленную сыворотку отправляют на концентрирование или на глубокую переработку. Благодаря высокой пористости мембран обеспечивается высокая удельная производительность мембран, что снижает требуемую площадь фильтрации и соответственно капитальные и эксплуатационные затраты на микрофильтрацию сыворотки. Возможность к эксплуатации при высоких температурах и жестких режимах рН позволяют успешно регенерировать мембраны по окончании производственного цикла.

Читать далее...