Введение к работе
Актуальность работы. Пивоварение - это материалоемкое производство, где степень использования сырья для получения готового продукта составляет примерно 75 %, остальное переходит в технологические отходы, в большинстве своем являющиеся вторичными сырьевыми ресурсами, среди которых особое место занимает суспензия остаточных дрожжей, которая оседает в конусе цилиндроконического танка (ЦКТ) после главного брожения пивного сусла и дображивания пива.
На пивоваренных предприятиях в процессе производства пива образуется определенный объем суспензии остаточных дрожжей, в среднем от 1,5 до 2 % от общего количества произведенного пива (в реальности этот показатель может и превышать 2 %). На крупных и средних предприятиях утилизируется менее 50 % получаемой суспензии остаточных дрожжей, на малых же предприятиях суспензия остаточных дрожжей практически не используется.
В суспензии остаточных дрожжей содержание пива составляет от 45 % до 65 %, которое можно отделить и вернуть в технологическую линию производства, что представляет для пивоваренных заводов хорошую возможность снижения потерь экстракта и получения дополнительной прибыли. Кроме этого полученный концентрат остаточных дрожжей представляет большое пищевое значение, который можно применять в следующих направлениях:
в пищевой промышленности как ценные пищевые добавки;
для изготовления лекарств в медицине и ветеринарии;
для обогащения кормов для коров, свиней, птиц и рыб. Для достижения данной цели необходимы формирование и
последовательная реализация единой системы управления в области экологии и разработка новых ресурсосберегающих технологий, использующих вторичные сырьевые ресурсы.
Для отделения пива от суспензии остаточных дрожжей существуют различные методики и разработанные на протяжении ряда лет технологии, к которым относится использование отстойных центрифуг и сепараторов, но они не обеспечивают высокое качество отделенного пива, которое еще содержит значительное количество дрожжевых клеток, при этом происходит разрушение их целостной структуры, вследствие чего, клеточные мембраны разрушаются, и содержимое клетки поступает в пиво, в результате отделенное пиво необходимо направлять на начальные стадии технологического процесса, что экономически нецелесообразно.
В настоящее время для отделения пива от суспензии остаточных дрожжей все большую актуальность приобретают технологии мембранной фильтрации, исследования которых в последние годы ведутся в нашей стране и за рубежом. Следует отметить работы ученых Дытнерского Ю.И., Федоренко Б.Н., Старова
B.M., Лукавого Л.С., Лялина В.А., Брыка М.Т., Тимашева С.Ф., Шаяхмєтова А.Ш., Абарышева В.М., Черкасова А.Н., Свитцова А.А., Волгина В.Д., а также Т. Брока, М. Мак-Кечни, С. Хоффма-на, В. Кунце, Р. Шленкера.
Одной из технологий мембранной фильтрации является тангенциально - поточное фильтрование. Иногда тангенциальную фильтрацию называют еще фильтрацией в поперечных потоках, которая позволит сохранить целостную структуру дрожжевых клеток и тем самым высокое качество отделенного пива, которое не содержит дрожжевых клеток, вследствие чего возможно отправление такого пива сразу на розлив.
Использование с целью отделения пива от суспензии остаточных дрожжей метода тангенциально - поточного фильтрования обеспечивает значительные преимущества перед традиционными методами, что позволяет выйти на новый уровень производства.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является поиск наиболее рациональных энерго - и ресурсосберегающих технологических процессов и аппаратов, способных обеспечить эффективное отделение пива от суспензии остаточных дрожжей. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
исследование основных свойств суспензии остаточных дрожжей;
исследование свойств пива содержащегося в суспензии остаточных дрожжей;
исследование процесса мембранного разделения суспензии остаточных дрожжей;
разработка оптимальной схемы мойки и дезинфекции;
выработка рекомендаций для проведения технологических операций смешивания отделенного пива с основным потоком готового пива;
разработка и анализ математической модели процесса мембранного разделения суспензии остаточных дрожжей, создание инженерной методики расчета;
разработка инновационной технологии и оборудования для мембранного разделения суспензии остаточных дрожжей.
Научная новизна. Исследованы физико - химические свойства пива, содержащегося в суспензиях остаточных дрожжей рассматриваемых сортов пива, определяющие его качественные характеристики.
Изучены структурно - механические характеристики суспензий остаточных дрожжей, при различных концентрациях дрожжевых клеток, температурах и градиентах скорости сдвига.
Получены обобщенные реологические уравнения суспензий остаточных дрожжей по каждому рассматриваемому сорту пива.
Исследована кинетика и гидродинамика процесса мембранного разделения суспензий остаточных дрожжей.
Разработана математическая модель процесса мембранного разделения суспензии в трубчатом канале с пористыми стенками, позволяющая идентифицировать локальную концентрацию суспензии в фильтрующем элементе, учитывающая влияние геометрических размеров и физико - механических характеристик суспензии.
Практическая значимость работы. На основании лабораторных и производственных испытаний, показана целесообразность применения мембранного аппарата с трубчатыми керамическими мембранными фильтрами для отделения пива от суспензии остаточных дрожжей, новизна которого подтверждена патентом РФ на полезную модель № 85835.
Разработаны конструкции мембранного оборудования с пониженным уровнем концентрационной поляризации для эффективного отделения пива от суспензии остаточных дрожжей.
На основании разработанной математической модели усовершенствована инженерная методика расчета процесса микрофильтрации суспензий.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2367507, 2372974,2379097.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2008 по 2010 г.г.); Одиннадцатой международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (Барнаул, 2008); X и XI международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009, 2010); Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (Оренбург, 2009); IV международной научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Научный потенциал студенчества в XXI веке» (Ставрополь, 2010); отмечены дипломами межрегиональных выставок «Продторг» (Воронеж, 26-28 ноября 2008 г.), «Натуральные продукты питания» (Воронеж, 26 декабря 2008 г.), II Воронежского промышленного форума (16-17 февраля 2009 г.), Воронежского агропромышленного форума (28-30 октября 2009 г.), Межрегионального конгресса «Агропром-2010» (26-27 мая 2010 г.).
Результаты работы легли в основу инновационного проекта «Исследование и разработка инновационной технологии и оборудования для рекуперации пива из суспензии избыточных дрожжей с использованием микрофильтрации на композитных мембранах на неорганических носителях», реализуемого ВГТА по государственному контракту с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере № 7472р/10212
от 29 января 2010 г. по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК»).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 работ, из которых 6 в журналах, рекомендованных ВАК, 4 патента РФ и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 228 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 13 таблиц. Список литературы включает 118 наименований. Приложения к диссертации представлены на 63 страницах.
Похожие диссертации на Разработка и научное обоснование способа отделения пива от суспензии остаточных дрожжей с использованием микрофильтрации
