Экологические аспекты технологических процессов

ISSN 1812-9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2006. № 3 (32)
Экологические аспекты
технологических процессов
УДК 664.768:664.8.034
С. В. Золотокопова
Астраханский государственный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ КРУПЯНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КОПТИЛЬНЫХ ЭКСТРАКТОВ
Введение
В обстановке все возрастающего антропогенного воздействия на
природную среду важнейшими задачами являются охрана и рациональное
использование природных ресурсов. Сегодня природопользование построено на базе экстенсивных технологических процессов без серьезного
учета экологических факторов. Необходим принципиально новый подход,
основанный на цикличности использования материальных потоков, что
должно стать основой перспективного малоотходного и ресурсосберегающего производства.
При производстве крупы образуется огромное количество отходов,
главным образом лузги. Лузга как отход крупяного производства представляет собой шелуху, отделяемую от зерна в процессе его переработки.
Химический состав лузги представлен органическими соединениями углеводного и в незначительной степени – белкового происхождения. Лузга
не представляет непосредственной опасности для жизни и здоровья человека, но косвенно влияет на его организм и окружающую природную среду.
Лузга образуется в очень больших количествах. Если она не подвергается утилизации, то происходит замусоривание близлежащих территорий. Это подразумевает бурное развитие организмов, использующих органические отходы в качестве пищи. Среди них могут быть микроорганизмы, которые при своем развитии вырабатывают токсины. Бурный рост
микроорганизмов при протекании процесса естественного разложения
лузги приводит к смещению экологического равновесия в данной экосистеме, изменению химического состава почв прилегающих территорий [1].
В процессе копчения образуется большое количество выбросов, которые загрязняют окружающую среду. В состав коптильного дыма входят различные органические вещества, обладающие бактерицидными, бактериостатическими, антиоксидантными свойствами, придающие продукту привлекательный аромат и вкус. Композиционный аромат копченого продукта создают более 1 000 летучих соединений. Содержание отдельных компонентов
может быть ничтожно мало, но без них аромат резко меняется. Уловленные
выбросы можно использовать для бездымного копчения, экономя сырье
и обеспечивая экологическую безопасность производства и продуктов.
224
ЭКОЛОГИЯ
Некоторые исследователи предлагают улавливать коптильные выбросы, пропуская их через водную среду, получая тем самым коптильные препараты на водной основе. Однако в данном случае в основном улавливаются гидрофильные компоненты дыма, которые обусловливают цвет продукта,
но не обеспечивают приятный коптильный аромат. Мы предлагаем улавливать коптильные выбросы с помощью фильтров, используя в них в качестве
загрузки лузгу, из которой в дальнейшем можно извлекать ароматические
коптильные компоненты с помощью диоксида углерода. После экстракции
лузгу можно смешивать с опилками и подвергать процессу пиролиза.
Схема использования лузги представлена на рисунке.
Лузга
Загрузка
в фильтр
Адсорбция
Адсорбция
дымовых
дымовых
выбросов
выбросов
Пиролиз
Экстракция
6
Коптильные
экстракты
Схема использования лузги при получении коптильных экстрактов
Согласно современным взглядам на пищевые добавки и препараты
для обработки различных видов сырья, предпочтение отдается концентратам, полученным в безводной среде или при полном отсутствии растворителя. Одним из путей их получения является экстракция сжиженными газами. Этот метод позволяет получать экстракты, в которых полностью отсутствуют даже следы растворителя [2].
Наиболее подходящим, доступным и недорогостоящим растворителем является жидкий диоксид углерода. Его преимущества: низкая температура экстракции, легкость создания растворителя путем сброса давления, возможность селективного извлечения коптильных компонентов.
Материал и методы исследований
Нами проводились исследования по определению зависимости
фильтрационной способности лузги от высоты загрузки, насыпной массы,
пористости. Для экстрагирования коптильных компонентов применялись
различные экстрагенты: вода, сатурированная вода, диоксид углерода.
У полученных экстрактов оценивалось содержание ароматобразующих
и цветообразующих компонентов. Для оценки аромата использовались
современные органолептические методы, для определения цветообразующих компонентов – фотоколориметрические методы.
225
ISSN 1812-9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2006. № 3 (32)
Результаты и обсуждение
Осаждение частиц газового потока на фильтрах происходит под
влиянием броуновской диффузии, эффекта зацепления, инерционных
и электростатических сил. Уловленные в процессе фильтрации частицы по
мере накопления образуют в объеме фильтрующего материала пылевой
слой и становятся для вновь поступивших частиц также фильтрующей
средой. С одной стороны, это повышает эффективность пылеулавливания,
с другой – приводит к постепенному снижению газопроницаемости
фильтра. Лузга обладает высокой пористостью и за счет этого большой
удельной поверхностью сорбции, что обеспечивает большую эффективность очистки выбросов.
Важнейшими факторами, влияющими на процесс экстракции, являются: время, температура, давление, степень измельчения сырья, скорость
перемешивания, набухание сырья. При математическом описании кинетики извлечения коптильных компонентов из лузги нами использовались
эмпирические зависимости, в первом приближении адекватно описывающие этот процесс.
При этом можно использовать следующее уравнение:
ln x0 x  Km  b ,
(1)
где x0 и x – исходная и текущая концентрация веществ, извлекаемых из
сырья; К – коэффициент пропорциональности; m – величина, учитывающая отношение растворитель-сырье;  – время экстракции; b – свободный
член, характеризующий измельчение сырья.
Переменными величинами в уравнении являются Х и t, К и b – экспериментальные данные, обрабатываемые по методу наименьших квадратов. Значения показателя степени n находятся в пределах от 0,1 до 0,6.
Принимая в уравнении (1) n = 1, получим
ln x0 x  K  b.
(2)
Решая это уравнение относительно , получим
  ln x0 x  b  K .
(3)
С помощью этого уравнения с достаточной степенью точности можно рассчитать время экстракции, необходимое для достижения заданной
степени истощения сырья.
Результаты лабораторных экспериментов по экстракции коптильных
компонентов из лузги с применением в качестве растворителя жидкой СО2
позволили непосредственно определить при температуре окружающей среды
выход экстрагируемых веществ в зависимости от длительности процесса.
Заключение
В результате проведенных исследований можно сделать следующие
выводы: лузга обладает высокой пористостью и за счет этого большой
удельной поверхностью сорбции, что обеспечивает большую эффектив226
ЭКОЛОГИЯ
ность очистки выбросов; экстракцию целесообразно проводить при температуре +15–25 оС при давлении 5,0–6,0 МПа. Измельчение лузги – 0,8–1,2 мм.
Соотношение массы растворителя и сырья составляло 6:1. Время экстракции – 90 мин.
Предложенный способ позволил получить высококачественные экстракты, обладающие высокими ароматическими, антиоксидантными и бактерицидными свойствами, не содержащие полициклические ароматические
углеводороды, и обеспечить защиту окружающей среды при производстве
продуктов с ароматом копчения.
Наиболее оптимальными по наличию цветообразующих признаны
экстракты, полученные при экстракции лузги сатурированной водой с содержанием диоксида углерода 1,23 г/л.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инженерная экология: Учеб. / Под ред. проф. В. Т. Медведева. – М.: Гардарики, 2002. – 687 с.
2. Касьянов Г. И. Технологические основы СО2-обработки растительного сырья.
Статья поступила в редакцию 24.03.06
UTILIZATION OF GROATS PRODUCTION WASTES
IN THE PROCESS OF GETTING SMOKING EXTRACTS
S. V. Zolotokopova
The smoking components of husk, used for catching smoke ovens wastes, were extracted by liquid carbon dioxide. The procedure of
extraction was worked through. There were received the smoking extracts of high quality with strong aromatic characteristics.
227