Переработка отходов пищевой промышленности. Учебное пособие

Казахский национальный аграрный университет

Тимурбекова А.К.

ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Учебное пособие

Алматы 2014

УДК 664 (075.8) ББК 36.81я73 Т41

Тимурбекова А.К.

Т41 Переработка отходов пищевой промышленности: Учебное пособие.

– Алматы: ТОО "Нур-Принт", 2014. – 57 с.

ISBN 978-601-278-389-6

Рассмотрены основные вопросы комплексного использования сырья и отходов производства в сахарной, масложировой, крахмалопаточной, мясной, молочной и других отраслях пищевой промышленности. Определены пути рационального использования отходов.

Для студентов вузов, обучающихся по специальностям "Технология продовольственных продуктов" и "Технология перерабатывающих производств"

ББК 36.81 я 73

Рецензенты:

Чоманов У.Ч. – главный научный сотрудник Алматинского филиала НИИ переработки сельскохозяйственной продукции, академик НАН РК, доктор технических наук, профессор

Узаков Я.М. – д.т.н., профессор Алматинского технологического университета

Рекомендовано к изданию на заседании УМС при Алматинском технологическом университете РУМС МОН РК (протокол № 2 от " 26 " ноября 2009 г.)

-2-

Предисловие

Задача рационального использования огромных и всевозрастающих масс отходов, получаемых при переработке сельскохозяйственного сырья, чрезвычайно актуальна.

Пищевая промышленность, как правило, перерабатывает сырье, содержащее широкий ассортимент полезных веществ. В то же время технологические процессы перерабатывающих предприятий организованы таким образом, что из сырья извлекается лишь основной компонент, да и то не полностью. Например, при переработке сахарной свеклы, в 100 кг которой содержится 25 кг сухих веществ, получаемый сахар составляет лишь 12-15 % от массы сырья. Остальная ее часть 85-88 % (10-13 кг сухих веществ), на получение которой был затрачен значительный труд, переходит в так называемые отходы и побочные продукты. Аналогичное положение и в других отраслях.

Во многих случаях использование этих отходов и побочных продуктов, которые имеют потребительную стоимость, осуществляется недостаточно рационально. Между тем современные достижения науки и техники в области утилизации отходов производства позволяют получать из них различные необходимые продукты.

Рациональное использование отходов пищевой промышленности приводит не только к более широкому применению их в качестве корма для скота (свекловичный жом, спиртовая барда, картофельная мезга, жмых и т. д.) или выработке из них биологически активных добавок к кормам, но и, что не менее важно, к увеличению выпуска ряда продуктов питания и медицинских препаратов. Примером этого может служить в мясной промышленности производство колбас, зельцев, паштетов; в молочной – сухого обезжиренного молока, пахты и т. д.

Несмотря на прогрессивные сдвиги в развитии отраслей пищевой промышленности и в переработке их отходов, необходимо все же отметить, что отрасли пищевой промышленности располагают еще значительными резервами повышения уровня комплексного использования сырья и отходов производства. Это в первую очередь относится к таким отраслям, как сахарная, спиртовая, масложировая, консервная, крахмалопаточная, мясная, молочная и др.

Повышение уровня комплексной переработки сырья и отходов производства пищевой промышленности будет способствовать решению такой важной задачи, как более полное удовлетворение потребностей населения в продуктах питания с меньшими затратами труда.

-4-

Пути повышения эффективности комплексного использования сырья и отходов пищевой промышленности

Вструктуре совокупного общественного продукта затраты на сырье и материалы постоянно возрастают. В настоящее время их доля в издержках производства достигает 75 %. Тенденция повышения доли затрат на сырье, материалы, топливо является объективной закономерностью расширенного воспроизводства.

Впищевой промышленности важнейшим направлением снижения материалоемкости производства является комплексное использование сырья

иутилизация отходов производства. Пищевая промышленность перерабатывает многокомпонентное сырье сельскохозяйственного происхождения с целью извлечения из него, как правило, одного какого-либо компонента: сахара – из сахарной свеклы, крахмала – из картофеля и зерна, растительного и эфирных масел – из масличных культур и т. п. Так, при переработке на масло семян подсолнуха выход готовой продукции составляет в среднем 30 %, а при переработке сахарной свеклы – не более 15 % от массы исходного сырья. Остальная его часть, которая содержит ценные вещества и на производство которой был затрачен большой труд в сельском хозяйстве, в данном производственном процессе не используется и переходит в так называемые отходы производства.

К отходам производства можно отнести образующиеся в производственном процессе остатки сырья, материалов, топлива, которые, во-первых, утратили качество исходного материала (полностью или частично); во-вторых, не могут быть использованы в том же производственном процессе, где были получены, и, в-третьих, требуют для использования дополнительной обработки.

Особенностью пищевой промышленности является то, что величина получаемых здесь отходов производства является практически постоянной по отношению к массе перерабатываемого сырья. Добиться полного использования сырья сокращением количества отходов в основном производстве до минимума, как например, в машиностроении, в пищевой промышленности, невозможно даже теоретически. Ежегодно этих отходов получают десятки миллионов тонн. В этих отходах содержатся десятки и сотни тысяч тонн таких необходимых народному хозяйству продуктов, как сахар, белок, пищевые кислоты, витамины, пищевые масла и многие другие продукты. Большинство из них может быть использовано в качестве кормов для сельскохозяйственных животных и птицы. При современном уровне развития науки и техники из отходов производства пищевой промышленности можно получать свыше 100 наименований различных продуктов. Однако возможности эти пока еще не используются в полной мере. Круг извлекаемых при переработке сырья компонентов все еще мал. Значительная часть отходов вообще не используется. При этом они усложняют основные процессы производства, некоторые из них быстро

-5-

портятся и продуктами своего разложения загрязняют атмосферу, окружающую местность и близрасположенные водоемы.

В настоящее время в отраслях пищевой промышленности созданы и внедрены новые виды производства на базе использования отходов. Так, например меласса (отход сахарной промышленности), наряду с использованием в основном производстве для получения спирта и хлебопекарных дрожжей, находит применение для получения из нее глютаминовой, лимонной кислоты, при производстве антибиотиков, витаминов и других ценных продуктов. Комплексное использование мелассы в спиртовой промышленности позволяет получать аналогичные продукты без привлечения дополнительного сырья. Возникает задача определения экономически целесообразных направлений использования тех или иных отходов производства.

Особую актуальность приобретает изыскание способов и направлений утилизации отходов, получаемых при переработке "кожурных семян" (подсолнечной лузги, оболочки соевых бобов и т. д.) и других полисахаридсодержащих отходов (зерновой лузги, стержня кукурузных початков и т. д.). В настоящее время значительная часть этих отходов сжигается или вывозится к местам свалки, другая часть используется, но крайне нерационально. В то же время методами химической переработки из них можно получить ряд ценных продуктов и прежде всего технические и пищевые углеводы, различные спирты, растворители, глицерин, кормовые дрожжи, органические кислоты, альдегиды, фенолы и т. д.

Значительные перспективы и дополнительные возможности открываются и при использовании отходов производства пищевой промышленности на кормовые цели. В настоящее время накоплен большой опыт в сельском хозяйстве и в ряде отраслей пищевой промышленности, в частности, в сахарной, спиртовой, крахмалопаточной, масложировой и других отраслях, как по непосредственному скармливанию отходов скоту, так и по переработке их в корма. Однако значительная часть отходов этих отраслей все еще используется нерационально или не используется вообще. Между тем химическая и биологическая переработка отходов производства пищевой промышленности позволяет получать из них ряд ценных продуктов технического, пищевого и кормового назначения.

Народнохозяйственная эффективность комплексного использования отходов в пищевой промышленности заключается в снижении общих затрат на производство выпускаемой продукции (за счет перераспределения материальных расходов на несколько продуктов); повышении производительности труда; экономии дефицитного сырья за счет комплексного использования компонентов его, что ведет к эффективному использованию земельных ресурсов; расширении кормового баланса; сокращении удельных капитальных вложений; повышении продуктивности животноводства за счет рационального использования кормовых добавок; охране окружающей среды.

-6-

Отраслевая эффективность комплексного использования отходов заключается в снижении себестоимости выпускаемой продукции за счет экономии на условно-постоянных расходах, более полном использовании основных фондов и увеличении прибыли за счет роста объема реализации продукции из отходов в общей массе реализуемых товаров.

Нахождение путей решения задачи рационального использования отходов связано прежде всего с определением номенклатуры получаемых в пищевой промышленности отходов и возможных путей их утилизации.

Использование отходов производства пищевой промышленности

Отходы свеклосахарного производства

Из всех отраслей пищевой промышленности наибольшую массу отходов получают в свеклосахарном производстве.

Свекловичный жом. Среди используемых в настоящее время отходов свеклосахарного производства наибольшим по массе является свекловичный жом. Он представляет собой высоложенную свекловичную стружку, выход которой в зависимости от технологии составляет 70-90 % к массе перерабатываемого сырья. В нем содержится около 7 % сухих веществ, в том числе до 0,4 % сахара. По своему составу (0,5 % белка, 0,3 золы, 1,3 клетчатки, 1,2 гемицеллюлозы, 2,7 % пектиновых веществ и др.) и кормовым достоинствам жом является ценным кормом для сельскохозяйственных животных. В него при сахароварении переходят почти все содержащиеся в сахарной свекле вещества, за исключением извлеченного сахара. В 100 кг свежего жома содержится 8-9 корм. ед., кислого – 10-11, отжатого – 15-16, сухого – 83-85 корм. ед. По питательности и кормовым достоинствам жом стоит выше лугового сена, ценнее силоса из подсолнечника, почти равен силосу из кукурузы и немного уступает овсу. Характерной особенностью жома является то, что клетчатка его в отличие от клетчатки других растительных кормов (соломы, мякины, цветочных пленок и т. д.) отличается хорошей переваримостью, обусловливающей значительный удельный вес свекловичного жома в кормовом балансе животноводства.

Однако, несмотря на свои кормовые достоинства, большие количества и дешевизну, жом в кормовых целях используется все еще недостаточно рационально.

Из общей массы получаемого свекловичного жома примерно 95 % используют непосредственно на корм скоту, а около 5 % направляют на высушивание. Из сухого жома примерно 85 % приходится на жом рассыпной обыкновенный, около 10 % – гранулированный паточный и около 5 % – гранулированный амидный.

Сравнительный анализ использования жома за последние десятилетия показал, что понижается доля жома, направляемая на промышленную

-7-

переработку. Так, удельный вес жома, который подвергается промышленной переработке, не превышает 11 % от общей его массы. Основная же его масса до настоящего времени направляется непосредственно на корм скоту. В свежем виде скоту скармливается примерно 40 %, в кислом – 50 % и сухом – 10 % от общего его количества.

Такая структура потребления жома вызывает большие потери питательных веществ, так как при закисании жом теряет их до 50 %. Кроме больших потерь питательных веществ при скисании жома ухудшаются и его кормовые достоинства. В кислом жоме содержатся в значительных количествах органические кислоты, избыток которых отрицательно влияет на перевариваемость сухих веществ всего кормового рациона.

По существующему положению примерно половину жома, образующегося при выработке сахара, получают в свое распоряжение свеклосдатчики. Нередко поставщики сырья находятся на значительных расстояниях от сахарных заводов. В результате около 80 % свекловичного жома транспортируется на расстояние свыше 10 км, а в некоторых случаях – даже на 150 км и более. Дальние перевозки крайне нетранспортабельного продукта (в сыром даже хорошо отжатом жоме содержится 82-83 % воды) требуют значительных затрат на его транспортировку и сопровождаются большими физическими потерями жома – до 25 % от общей его массы.

Большие потери питательных веществ при хранении и транспортировке жома усугубляются часто нерациональным использованием его непосредственно в процессе скармливания. Свежий и кислый жом во многих случаях скармливают скоту в натуральном виде без белково-витаминных добавок, что приводит к перерасходу кормов и недобору продукции.

По поводу того, в каком виде следует скармливать жом, существуют две точки зрения. Первая заключается в том, что наиболее целесообразным является использование жома в свежем виде и хранение или высушивание оставшейся части жома. Вторая точка зрения заключается в том, что весь получаемый жом следует подвергать сушке и включать в качестве компонента в комбикорма и только после этого скармливать скоту. Хранение жома в открытых жомовых ямах вследствие больших потерь питательных веществ всеми специалистами считается недопустимым.

Существует способ биологического консервирования жома с помощью молочнокислых бактерий. Эффективным методом консервирования жома является применение химических препаратов, в состав которых вводят дефицитные для организма животных компоненты – азот, фосфор, натрий, сера и пр. Это улучшает процесс консервирования жома и повышает его питательную ценность. Кроме того, целесообразно консервирование жома соляной, фосфорной или смесью других кислот (уксусной, муравьиной), что способствует уменьшению потерь питательных веществ в 2-2,5 раза и увеличению привеса откармливаемых животных до 10 %.

Вследствие небольшого содержания в жоме белковых веществ и витаминов, его целесообразно скармливать скоту в смеси с белково-

-8-

витаминными и минеральными добавками. Современный уровень развития химии открывает широкие возможности повышения питательности жома за счет обогащения его карбамидом, дрожжами и другими синтетическими добавками. Однако следует отметить, что хотя при консервировании свежего жома и сокращаются потери питательных веществ, все же оно является временным мероприятием. Окончательное решение вопроса рационального использования жома заключается в его высушивании. Многочисленная практика показала, что наиболее рациональным способом сохранения жома с наименьшими потерями питательных веществ является его сушка. Каким бы способом (или путем прессования, или путем силосования) не оберегался жом от потери питательных веществ, все же от одной трети до половины их теряется.

При сушке жома удаляется только вода, а питательные вещества остаются в неизменном виде в высушенной массе, которая содержит 87-88 % сухих веществ. Высушенный жом, если он защищен от непосредственного попадания воды, при хранении не теряет своих питательных веществ, его кормовые свойства не ухудшаются. Перевозка сухого жома обходится значительно дешевле эквивалентного количества свежего. Кроме того, он обладает и другим преимуществом – кормоприготовление на основе сухого жома легче поддается механизации, его легко дозировать и обогащать различными добавками.

Меласса – ценный побочный продукт свеклосахарного производства. Мелассу используют в самых разнообразных целях: для получения этилового спирта, производства L-лизина, пищевых кислот, в качестве кормовой добавки и пр.

Наибольшая часть мелассы (свыше 50 %) используется для производства этилового спирта, 15-20 % возвращается свеклосдатчикам. На другие цели (производство дрожжей и пищевых кислот) используется пока не более 5 % мелассы.

Наличие в мелассе большого количества сахара (около 50 % ее массы), а также несахаристых веществ (35 %), которые практически полностью усваиваются организмом животных, определяет основную ее питательную ценность. При использовании мелассы для откорма скота наиболее полно утилизируются все ее составные части. В этом случае меласса косвенно в качестве корма для скота становится средством увеличения такого ценного продукта питания, как мясо.

Общая питательность 100 кг мелассы (влажность 20,3 %) составляет 76,8 корм. ед. В составе мелассы имеется важнейший микроэлемент – кобальт, недостаток которого в корме приводит к заболеванию животных.

Из мелассы также можно получить дрожжи, молочную, лимонную и глютаминовую кислоты. Однако выработка из нее кормовых дрожжей нерентабельна.

Наличие более дешевого сырья обусловливает нецелесообразность производства из мелассы и глютаминовой кислоты. Научными

-9-

исследованиями установлено, что глютаминовую кислоту более эффективно производить из отхода спиртового производства – барды. Использование дешевого сырья для производства глютаминовой кислоты весьма эффективно, кроме того, будет сохранено для других целей то количество мелассы, которое надо было бы направить на выработку глютаминовой кислоты.

Потребности в лимонной кислоте сравнительно невелики, количество мелассы, используемой на эти цели, не превышает 3-5 % общих ее ресурсов. Более перспективным в этом отношении является использование мелассы в качестве сырья для производства кормового концентрата L-лизина. Исследованиями установлено, что добавка L-лизина в корм дает дополнительный привес свиней, птицы, молодняка крупного рогатого скота, а также повышает яйценосность птицы. Применение этого концентрата позволяет экономить значительное количество молока при выпойке телят и поросят.

До настоящего времени нет научно обоснованных норм потребления L- лизина. Однако многочисленные исследования показывают, что для получения значительного экономического эффекта расход концентрата L- лизина должен составлять 2-2,5 % от массы кормов растительного происхождения, предусмотренных кормовыми рационами.

Меласса является хорошим сырьем для производства витамина В12. Меласса представляет собой многокомпонентное сырье. Однако

комплексное использование ее еще не получило широкого распространения. Дефекационный шлам (дефекат) получают при очистке диффузионного сока в количестве 8-12 % к массе перерабатываемой свеклы. Дефекат состоит в основном из углекислого кальция и других солей, несахаров и красящих веществ, от которых очищают сахарный сироп. Физико-химический состав дефекосатурационного осадка позволяет использовать его в качестве минеральной добавки в корм сельскохозяйственным животным и птице. Но на эти цели может быть использована лишь очень небольшая его часть. Основную массу дефеката представляется целесообразным использовать как удобрение для

известкования кислых почв.

Использование дефеката для получения удобрений позволит экономить большое количество средств, затрачиваемых на развитие карьеров добывающей промышленности и промышленности, вырабатывающей удобрения, а также за счет экономии средств на устройство, содержание сооружений и удаление дефеката.

Применение дефеката в качестве известкового удобрения предполагает создание при сахарных заводах производств по приданию ему свойств, позволяющих вносить его в почву с наименьшими затратами труда. Для этого необходимо дефекат высушивать.

Существует три варианта сушки дефеката: естественный – на открытых площадках (до содержания 75 % сухих веществ), искусственный – в

-10-