Очистка сточных вод производств пищевой промышленности

Для осветления, стабилизации и концентрирования соков, безалкогольных напитков и вин используют процессы обратного осмоса, ультрафильтрации и электродиализа. Мембранные процессы особенно целесообразно использовать в случаях, когда разделяемая смесь содержит лабильные легкоразрушающиеся вещества. Такими являются чаще всего жидкие пищевые среды, например, соки, экстракты, белковые растворы и т. д. Разработка мембранных процессов их разделения дает возможность создавать принципиально новые технологические схемы и оборудование для комплексной переработки растительного сырья, снизить загрязнение окружающей среды за счет применения безотходных технологий, а также получать пищевые продукты с новыми функциональными свойствами и высокой пищевой ценностью.

Мембранные процессы в технологии производства фруктовых соков в настоящее время используются в основном для их осветления и концентрирования.

Свежеотжатый плодовый сок представляет собой сложную коллоидную систему, образованную частицами растительной ткани размером 10~⁶— 10~⁷ см, нерастворимыми в воде. Кроме частиц плодовой ткани и мякоти, соки содержат дрожжевые клетки, балластные примеси, которые являются причиной образования помутнений и осадков. Такие частицы в процессе хранения соков агрегируют и выпадают в осадок. Устойчивость гетерогенной системе придают стабилизаторы, образующие на поверхности частиц ионный или молекулярный адсорбционный слой. Наличие одноименного электрического заряда, а также гидратных оболочек препятствует агрегированию частиц, что затрудняет процесс самоосветления. Кроме того, в соках содержатся высокомолекулярные соединения сложного химического строения, например, пектиновые и белковые, полифенольные и красящие, которые также участвуют в образовании коллоидов. Так как поверхность раздела фаз в этом случае отсутствует, то молекулярно-дисперсные системы, образованные этими биополимерами, отличаются повышенной устойчивостью и обратимостью.

Осветление плодовых, спиртованных соков и вин связано не только с удалением взвешенных частиц, но и частичным разрушением коллоидной системы, неустойчивости при температурных колебаниях и при длительном хранении. Коллоидную систему необходимо разрушить лишь в такой мере, чтобы обеспечить быструю седиментацию взвешенных частиц, хорошую фильтруемость сока и достаточную устойчивость отфильтрованного сока при его дальнейшем хранении.

Осветление должно вызывать коагуляцию необратимых коллоидов и в минимальной степени влиять на обратимые гидрофильные коллоиды.

Таким образом, в осветленном соке должна оставаться большая часть природных соединений, в частности, полифенолов, белков, витаминов, минеральных веществ, образующих коллоидную систему и определяющих во многом пищевую и биологическую ценность продукта.

Для удаления из соков нерастворимых взвешенных веществ, включая бактерии, грибы и дрожжи, весьма эффективно использование микрофильтрации, при которой задерживаются частицы вплоть до размеров 10^-7 нм, поскольку микрофильтрационные мембраны имеют высокую производительность (3,6—20 м³/м²-ч), причем процесс фильтрации протекает при малых давлениях (0,01—0,05 МПа). Поскольку микрофильтрационные мембраны задерживают бактерии, дрожжи и плесневые грибы, то микрофильтрацию используют для холодной стерилизации пива, соков и других жидких пищевых сред, а также в микробиологическом контроле пищевых продуктов.

В отличие от микрофильтрации ультрафильтрационная обработка соков, пива, вин и других пищевых коллоидно-дисперсных сред позволяет устранять из них не только нерастворимые, но и растворимые вещества, в частности, пектин, крахмал, белки, конденсированные формы полифенолов. Ультрафильтрационное осветление соков более полное и эффективное, поэтому находит широкое применение в промышленности для осветления и стабилизации качества яблочного, виноградного, вишневого, лимонного, апельсинового и других соков.

В процессе ультрафильтрации вина из него удаляются также и частицы растительных тканей, дрожжи и грибы, что приводит к достаточно быстрому засорению пор в мембранах и, естественно, к снижению их производительности. Поэтому в последнее время используется тангенциальная фильтрация, когда поток фильтрующейся жидкости подается параллельно мембране со скоростью 1,3— 2,3 м/с, обеспечивая самоочистку ее поверхности, и тем самым сохраняя производительность процесса на исходном уровне. Тангенциальная фильтрация дает возможность интенсифицировать процессы осветления соков и вин при использовании полимерных полупроницаемых мембран, но все же не способствует увеличению сроков их эксплуатации из-за низких механических свойств мембран.

В настоящее время резко увеличивается потребление концентрированных соков, характеризующихся химической и микробиологической стабильностью. Они — хорошее сырье для производства разнообразных фруктовых, овощных коктейлей, соков и безалкогольных напитков. Концентрирование фруктовых и овощных соков во многих отношениях гораздо сложнее, чем других жидких продуктов, поскольку качество концентрата определяется не только физическими, химическими и биохимическими показателями, но и органолептическими.

Необходимо учитывать высокую чувствительность фруктовых соков и к термической обработке.

Даже умеренные (40—50 °С) температуры могут вызвать необратимые изменения компонентов сока. Качество концентрированного сока определяется, главным образом, его вкусом и запахом, однако все ароматические вещества его — летучие соединения и в процессе выпаривания могут утеряться. Поэтому при технологической переработке соков их высокие вкусовые качества будут сохраняться лишь при соблюдении следующих условий: низкая температура и кратковременное пребывание сока во всех технологических аппаратах; избирательное удаление воды, то есть все компоненты за исключением воды должны сохраняться в концентрированном соке.

Эти условия соблюдаются и выполняются при концентрировании соков методом обратного осмоса. Как следует из данных многих авторов, использование для этих целей мембранного процесса предпочтительнее, чем выпаривание или вымораживание, поскольку процесс протекает при комнатной температуре, что резко снижает эксплуатационные расходы, а также сводит до минимума тепловую и окислительную деградацию продуктов, сохраняя при этом полный спектр веществ аромата сока.

Для сокового производства были использованы томаты, кабачки, перец сладкий, капуста, ревень, сельдерей, тыква, шпинат и другие овощи, которые обрабатывали по стандартной технологической схеме, принятой для отдельных видов овощей. В результате этих процессов получался овощной гомогенат или овощной сок с наличием большого количества взвешенных частиц мякоти.

Дальнейшая обработка этих полуфабрикатов включала ультрафильтрацию или ультрафильтрацию с последующим обратноосмотическим концентрированием.

В некоторых случаях для регулирования ионного состава жидких пищевых продуктов (вин, напитков, соков) оказывается наиболее эффективным электродиализный процесс. Так, электродиализная обработка белых столовых вин не только снижает их кислотность, но и предупреждает кристаллические помутнения, что в большинстве случаев благоприятно влияет на качество вин.

Другой пример успешного применения электродиализа в пищевой промышленности — снижение кислотности цитрусовых соков.

Электродиализная стабилизация виноградного сока от выпадения избытка винного камня успешно используется на ряде сокопроизводящих предприятий Молдовы.Используемыми для этойцели катионитовыми (МК-40) и анионитовыми (МА-40) мембранами можно регулировать содержание в виноградном соке калия и винной кислоты без нарушения гармоничности состава сока.

Другое интересное направление применения мембранных процессов в пивоварении и виноделии — изготовление слабоалкогольных и безалкогольных напитков. Использованием селективных мембран можно целенаправленно изменять состав напитков, обеспечивая желаемое содержание в них спирта.