Екологія/6.Екологічний моніторинг

Малюжко О.В.

Національна Академія Аграрних Наук України, м.Київ

Професор Салюк А.І.

Національний Університет Харчових Технологій, м.Київ

Екологічні проблеми та шляхи їх вирішення у пивоварному виробництві

У харчовій промисловості на різних стадіях виробництва продукції утворюється велика кількість вторинних матеріальних ресурсів. Деякі з них використовуються як сировина для подальшого отримання корисних продуктів, але на жаль, певна частина не знайшла жодного застосування в будь-яких галузях виробництва. Тому, розробка технології утилізації вторинних матеріальних ресурсів, що утворюються в процесі виробництва продуктів і напоїв є однією з першочергових завдань галузі харчової промисловості.

У пивоварній промисловості утворюється велика кількість вторинних матеріальних ресурсів, а саме: надлишкові пивні дріжджі, солодова дробина, солодові паростки, зернові відходи, хмелева дробина, білковий відстій та велика кількість стічних вод, що мають різний ступінь органічного забруднення [5,6].

Відомо, що відходи пивоварної промисловості містять комплекс поживних, мінеральних та біологічно активних речовин [3].

Частина з них (пивні дріжджі, солодова дробина) використовуються у якості кормових добавок до раціону сільськогосподарських тварин у складі комбікормів або у нативному вигляді, але частина відходів не знайшла жодного застосування. До них відносяться хмелева дробина, білковий відстій та стічні води. Зазвичай вони ліквідуються з підприємства різними шляхами (хмелеву дробину спалюють у котельнях, незважаючи на її високу поживну цінність; білковий відстій разом зі стічними водами потрапляє до загального стоку, а звідти – до міської каналізації) та є причинами створення екологічної небезпеки [2,4].

Хмелева дробина має вологість 83-84%; вона містить безазотисті екстрактивні речовини, білкові речовини, нерозчинну частину шишок хмелю, значну кількість дубильних речовин, а також адсорбоване на поверхні пивне сусло. Незважаючи на високу кормову цінність, хмелева дробина не використовується на корм тваринам, через різко виражений гіркий смак, обумовлений наявністю α- та β- гірких смол. В процесі виробництва пива на стадії охолодження пивного сусла утворюється білковий відстій. Він являє собою комплекс скоагульованого білка з дубильними речовинами, зв’язаних гіркими речовинами хмелю та має високу поживну цінність. За своїм складом, білковий відстій містить 50-60% білку в перерахунку на суху речовину, до 20% гірких смол та до 30% дубильних речовин в окисленій формі [6,8].

Незважаючи на високу поживну цінність, білковий відстій не знайшов застосування через притаманний йому різкий гіркий смак.

Але приймаючи до уваги те, що хмелева дробина та білковий відстій утворюються в порівняно невеликих кількостях, ми прийняли за можливе розглянути процес утворення та комплексної утилізації хмелевої дробини, білкового відстою та стічних вод, що утворюються на різних стадіях виробництва пива.

Тому, нами було розроблено та запропоновано комплексну технологію утилізації вторинних матеріальних ресурсів пивоваріння, а саме, хмелевої дробини, білкового відстою та стічних вод за допомогою процесу метанового бродіння.

Метанове бродіння є біохімічним процесом, що відбувається під впливом мікроорганізмів роду Methanobacterium в анаеробних умовах, в результаті якого виділяється біогаз та утворюється екологічно чистий, збагачений вітаміном В₁₂ та незамінними амінокислотами (лізин, метіонін, триптофан) мікробний білок [1].

Було проведено серію дослідів з хмелевою дробиною, білковим відстоєм та зразками стічних вод пивоварного виробництва.

Концентрація посівного матеріалу становила 30%.

Дослідним шляхом встановлено оптимальний температурний режим метанової ферментації. Дослідження проводили у термофільному режимі при температурі 45⁰С. Повний цикл ферментації складав 20 діб.

Відомо, що одним з головних показників ведення процесу метанового бродіння є показник рН зброджуваного середовища. При вищеозначених параметрах процес метанової ферментації відбувався без відхилень; при цьому впродовж усього процесу значення рН залишалося постійним і було в межах 9,0 …9,2.

При досягненні сталого режиму ферментації, тобто стабільних показників значення рН та інших показників ведення процесу (хімічного споживання кисню (ХСК), летких жирних кислот (ЛЖК), молочної кислоти) проводили аналізи культуральної рідини з метою визначення змін ступеню забрудненості стічної води та деструкції гірких речовин, що містяться у білковому відстої та хмелевій дробині. Основні результати досліджень наведено в таблиці.

Таблиця 1

Динаміка основних показників очистки стічних вод пивоварного виробництва шляхом метанового бродіння

№ п/п	Показник	До зброджування	Після зброджування	Зміни, %
1.	ХСК, мг О2/л	2200	720	68
2.	ЛЖК, мг-екв/л	4,1	0,59	85
3.	Молочна кислота, мг/мл	1,3	1,6	35
4.	Значення рН	7,5	9,0	-

Кінцеве значення ХСК зброджених вод пивоварного виробництва становить 720 мг О₂/л. Однак, скидання стічних вод навіть з таким значенням ХСК є недопустимим.

Як спосіб доочистки стічних вод нами запропоновано аеробну ферментацію. Після 24 годин аерації ХСК стічних вод становило 300 мг О₂/л, а після 48 годин – 20 мг О₂/л. Це свідчить про високий ступінь очистки. В подальшому очищену воду можна використовувати для технічних потреб. Також в процесі метанового бродіння утворюється значна кількість біогазу з вмістом чистого метану біля 80%, частина якого може використовуватися для підігріву метантенку, а частина – на підігрів води для технологічних потреб.

Проведені досліди щодо вивчення впливу процесу метанового бродіння на структуру гірких речовин хмелевої дробини та білкового відстою, показали, що вміст гірких речовин по закінченню ферментації зменшився на 75%.

Висновки

1. Висококонцетровані стічні води пивоварного виробництва після очистки за запропонованою нами технологією, характеризуються високим ступенем розпаду органічних речовин, що дозволяє використовувати їх для побутових потреб виробництва.

2. За результатам досліджень визначено, що при утилізації хмелевої дробини та білкового відстою шляхом метанового бродіння, деструкція гірких речовин відбувається без застосування хімічних реагентів (мікробіологічним методом). Це дозволяє отримати білково-вітамінну добавку, що являє собою повноцінний мікробний білок, який на відміну від рослинного має високий ступінь засвоюваності організмом тварини. Також у процесі метанової ферментації відбувається збагачення добавки незамінними амінокислотами та вітаміном В₁₂ . Це дозволяє рекомендувати її як добавку до кормового раціону тварин.

3. На прикладі утилізації твердих відходів та стоків пивоварного виробництва доведено, що кількість біогазу, що може бути отриманий в процесі анаеробної ферментації є достатньою для покриття значних виробничих енерговитрат.

Література:

1. Никитин Г.А. Биохимические основы микробиологических производств, К., В.шк.- 1990, - 319 стр.

2. Мясная индустрия, №8, 2000 г., с.45-47, В.И.Фисинин, И.А.Егоров, А.И.Сницарь, Д.А.Мурачев – Белково-минеральная добавка на основе пивной дробины в рационах бройлеров.

3. «Вода и сточные воды в пищевой промышленности», Пер.с польського В.М.Каца, М., «Пищ. Промышленность», 1972 г., 384 стр.

4. Making money out of spent grains and byproducts. O’Rourke. “Brew.Guard.”, 1984, №1, 31.

5. Справочник вторичных материальных ресурсов пивоварения, М., 1988 г.

6. М.И. Булгаков Биохимия солода и пива, М., Пищ.пром., 1976 г. 358 стр.

7. В.Г. Тихомиров, Г.И.Фертман Водопоребление и сточные воды пивоваренной промышленности. М., 1976. – 32 с.

8. Н.И. Ляшенко Биохимия хмеля и хмелепродуктов, Житомир, «Полісся», 2002.-378 с.