Проблема очистки сточных вод пищевых предприятий является актуальной задачей для
решения вопросов охраны окружающей среды и утилизации содержащихся в воде ценных веществ -
белков, жиров, углеводов. Сточные воды (СВ) пищевых предприятий представляют собой сложную
дисперсную систему, для нарушения устойчивости которой коллоидно-химические методы являются
наиболее эффективными. Применение коллоидно-химических методов способствует также
интенсификации процессов очистки воды флотацией и пенной сепарацией, интенсификации
процессов биологической очистки. Наиболее трудноудаляемыми в случае биологической очистки
являются жировые загрязнения, поскольку они гидрофобизируют поверхность активного ила и
затрудняют его контакт с биологически удаляемыми компонентами, содержащимися в воде.
Очистка СВ пищевых предприятий представляет собой трудоемкую задачу и заключается в
подборе условий и способов разрушения устойчивости этих систем.
Достаточно эффективным способом очистки воды, как от белковых, так и от жировых
загрязнений является метод флотации с предварительной коагуляцией белка неорганическими
солями и синтетическими флокулянтами, такими как активная кремниевая кислота, полиакриламид
и др. В качестве неорганических коагулянтов используют, как правило, соли железа и алюминия.
Для пищевых предприятий рекомендуется использовать соли кальция как менее токсичные.
Применение этих реагентов обладает следующими недостатками:
-невозможность во многих случаях обеспечить в воде нормируемое количество остаточного
алюминия или других токсичных катионов металлов;
-необходимость подщелачивания для осуществления гидролиза коагулянта, т.к. в публикациях последних лет указывается, что коагулирующим действием обладают, прежде всего, продукты гидролиза последнего;
-значительный расход коагулянтов, в результате чего повышается коррозионная активность
воды (увеличение скорости коррозии трубопроводов).
Применение синтетических флокулянтов как анионного, так и катионного типа затрудняет
возможность дальнейшей утилизации жиро-белковых отходов в качестве кормовых добавок, а это
является одним из основных направлений их использования.
В литературе имеются достаточно обширные сведения по очистке воды методами коагуляции
и флотации от белковых загрязнений. Однако, практически отсутствуют систематические
исследования о механизме и закономерностях взаимного влияния жировых и белковых компонентов
на качество очистки воды этими методами.
Сотрудниками нашей кафедры проведены систематические исследования кинетических
закономерностей процессов коагуляции белок-липидных компонентов, содержащихся в СВ,
неорганическими электролитами (хлорид кальция, сульфат алюминия, оксид кальция, карбонат
кальция, гексацианоферрат калия). На основе известных теоретических соотношений для
коагуляции электролитами ионстабилизированных систем были рассчитаны константы скорости
коагуляции, фактор стабильности исследуемых систем, оценен потенциальный барьер коагуляции.
Все эти величины в значительной степени зависят от природы электролитов и соотношения
жиро-белковых компонентов, содержащихся в воде. Следует подчеркнуть, что такие электролиты,
как сульфат алюминия оксид кальция, сульфат железа, изменяют величину рН растворов, что
сказывается на степени ионизации, заряд белковых молекул и, как следствие, влияет на
кинетические закономерности коагуляции белок-липидных компонентов. При коагуляции
жиро-белковых компонентов электролитами имеет место не только нейтрализация зарядов и, как
следствие, потеря устойчивости, а более сложные взаимодействия между белок-липидными
компонентами и электролитами, связанные, например, с солюбилизацией липидов белком и
разрушением устойчивой системы белок-солюбилизат. Солюбилизация, вероятно, может
осуществляться не только нативными белками, но и денатурированными или частично
денатурированными, о чем имеются сведения в литературе.
В связи с отсутствием универсальности традиционно используемых неорганических
электролитов мы предлагаем использовать природные полиэлектролиты для интенсификации
очистки воды от жиро-белковых компонентов, такие как альгинат натрия и хитозан.
Результаты изучения эффективности применения природных полиэлектролитов для
интенсификации флотационной очистки воды показали, что они способны обеспечить высокую
степень очистки воды от жиро-белковых компонентов (до 75%) даже при небольших концентрациях
полисахаридов (до 40-400 мг/л).
Нашей кафедрой совместно с ОАО "Протеин" разрабатывается электрохимическая технология
производства полисахаридов из гидробионтов.
Традиционное производство полисахаридов из бурых водорослей и панциря ракообразных
связано с определенными технологическими сложностями, обусловленными применением
концентрированных агрессивных реагентов. Предлагаемая к разработке электрохимическая
технология производства позволяет в значительной мере исключить их использование и,
соответственно, существенно уменьшить технологические и экологические проблемы
производства.
При производстве продуктов глубокой переработки гидробионтов для пищевой и
микробиологической промышленности, в первую очередь гидролизатов из рыбы, моллюсков,
панциря ракообразных, также существует комплекс проблем, связанных с потерями продуктов
гидролиза при фильтрациях и других технологических операциях. Применение полисахаридов в
качестве биологических сорбентов при производстве гидролизатов может существенно снизить
потери, повысить выход готового продукта, уменьшить его себестоимость.
Продукты электрохимической обработки гидробионтов (альгинаты, хитин, хитозан), как уже
отмечалось выше, способны интенсифицировать процесс очистки промышленных стоков
производств глубокой переработки гидробионтов, что также является серьезной задачей
таких производств.
Реализация предлагаемой технологии позволит производить полисахариды из того же сырья,
которое используется и при производстве гидролизатов, изолятов, концентратов из
морепродуктов, т.е. производить их на тех же производствах, где они могут быть применены
как непосредственно в основных технологиях, так и для очистки промстоков этих производств.
Это позволит не только эффективно модернизировать основные технологические процессы,
обеспечив более высокую экологическую эксплуатацию, но и значительно снизить общие
производственные затраты.
Как показали наши исследования, продукты электрохимической переработки гидробионтов
(альгинат натрия, хитин, хитозан) способны интенсифицировать процесс очистки воды от
жиро-белковых компонентов вследствие того, что природные полиэлектролиты, являясь
поверхностно-активными, влияют на межфазное натяжение, устойчивость жиро-белковых эмульсий,
изменяют гидрофобно-гидрофильные свойства поверхности раздела фаз, реологию межфазных слоев.
Они могут играть как роль коагулянтов, нейтрализуя заряды макромолекул, так и флокулянтов,
способствуя агрегации капель за счет гидрофобных взаимодействий. Т.е., с их помощью можно
научно обосновано регулировать качество очистки воды от жира и белка.