Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Fakulta potravinářské a biochemické technologie Ústav konzervace potravin
VYUŽITÍ A LIKVIDACE ODPADŮ ZEMĚDĚLSKOPOTRAVINÁŘSKÉHO KOMPLEXU (N324009) Praha, říjen 2015
Sylabus 5 ODPADY Z POTRAVINÁŘSKÝCH VÝROB Mlékárenský průmysl Tukový průmysl
Mlékárenský průmysl Odpad a odpadní hospodářství v MP Odpad je definován jako
“něco zbytečného nebo něco, co člověk nedokáže využít nebo něco, co se používá výstředně" (Hale et al., 2003)
Odpady týkající se mléka a mlékárenských výrobků – zdroje odpadů • Přeplnění výrobků (přetékání výrobků a jeho komponent) • Rozlití výrobku • Vlastní výrobek (jako odpad) • Kumulovaný (zadržený) odpad • Tepelně opracovaný (uložený) odpad • Vadné výrobky / vrácené výrobky • Laboratorní vzorky (jako nebezpečný odpad)
Odpady týkající se mléka a mlékárenských výrobků – důsledky I • Přeplnění výrobku: ekonomický, ale i ekologický význam • Rozlití výrobku: moderní mlékárny - minimalizace rozlití • Svařované potrubí: minimalizace počtu spojovacích armatur (kloubní spojení aj.) na potrubních cestách; úniky = okamžitá náprava • Únik, přetečení či rozlití výrobku: pokud jde o denní rutinu v MP = indikátor špatně designovaného výrobního zařízení a údržby zařízení • Kumulace pevného odpadu a jeho likvidace: hygienicky a ekologicky upřednostňována před likvidací odpadů do drenážního systému odpadních vod.
Odpady týkající se mléka a mlékárenských výrobků – důsledky II • Existence designově nestandardního výrobního zařízení: negativní vliv původních vad výrobního zařízení a pomůcek na standardní výrobu a výrobky • Čištění CIP: konec výroby nebo „najetí“ nového výrobku na identické lince zbytky výrobku přecházejí do oplachové vody rozhraní mezi výrobkem a vodou není dobré objem / množství odpadu se zvyšuje! • Kumulovaný (zadržovaný) odpad: nejčastěji např. tekutý odpad nebo jeho složka, která pravidelně neodtéká do další výrobní fáze výrobního procesu = problémový druh odpadu (mrtvý objem)
Odpady týkající se mléka a mlékárenských výrobků – důsledky III • Kumulace odpadu – viskózní výrobky (jogurty apod.): nevhodná a nebezpečná ulpívání (adheze) na stěnách potrubní a úchovných nádrží nutné mechanické odstraňování zbytků před čistěním, např. cirkulací PAL • Kumulace odpadu na tepelně namáhaných površích výrobních linek (pastery, odparky), uvnitř trubek tepelných výměníků nebo varných kotlů: odpad se nedá odstranit oplachem vodou, kontaminuje páru (pokud se odstraňuje za pomocí PAL) • Kontaminovaná vodní pára: potenciální kontaminant výrobního i přírodního prostředí • Jak nakládat s odpady v MP? Principy HACCP!
Mlékárenská prvovýroba a průmysl – zdroje nečistot Prvovýroba Hospodářská zvířata, zbytky krmiv, výkaly, stelivo, prach, úsady z tvrdé vody a čistících prostředků, zaschlé zbytky mléka apod.
Výrobní závod Zbytky mléka, zbytky potravinářských surovin, potravinové polotovary, mlékárenské výrobky, úsady z tvrdé vody, mléčný kámen, složky potravin ulpělé na strojním zařízení (např. desky pasteru, odparky).
Mlékárenská průmyslová MP výroba – zabránění vzniku nečistot • Design hygienicky standardních hal a místností v MP: - hygienický design výrobního zařízení a pomůcek - prostory / místa přinášející kontaminaci vzduchu • Čištění v halách a místnostech MP: - cíle čistění na výrobních závodech - čistící operace - sanitace a sterilace - tvorba, detekce, odstraňování a kontrola biofilmů
• Monitorování hygieny v MP - čistitelnost a sanitovatelnost povrchů výrobního zařízení a pomůcek - kvalita použité vody pro čistění
Mlékárenská prvovýroba a průmysl – charakter nečistot TUKY Špatně rozpustné a emulgované ve studené vodě, ve studených kyselých a alkalických prostředcích, dobře se emulgují a zmýdelňují horkými alkalickými prostředky BÍLKOVINY Špatně rozpustné ve vodě a středně kyselých roztocích, dobře pak v alkalických roztocích, nejlépe odstranitelné studenou nebo vlažnou vodou Pozor - horká média způsobují denaturaci!
CUKRY Dobře rozpustné ve studené a horké vodě, snadno odstranitelné (hůře např. zkaramelizovaná laktosa) ODSTRANĚNÍ NEČISTOT NA ZÁKLADĚ Posouzení fyzikálně-chemické povahy nečistoty Posouzení povahy vazby nečistoty na čištěném povrchu
Mlékárenské výrobky Mléko Smetana Fermentované mléčné výrobky (jogurty, podmáslí apod.) Máslo a mražené smetanové krémy Zahuštěné a sušené mléčné výrobky Sýry sladké (čerstvé, zrající, tavené) a sýry kyselé (tvaroh) Speciální výrobky (kasein, laktosa, kyselina mléčná, WPC aj.)
Mléko • Sekret mléčné žlázy savců • Složení kravského mléka: sušina: 12,5 %, voda: 87,5 % • Sušina kravského mléka tvořena: 3-5 % (hm.) mléčný tuk 3,2-3,3 % (hm.) bílkoviny 4,8 % (hm.) laktosa 0,7-1 % (hm.) minerální látky • • • •
Získávání mléka dojením dojnic v prvovýrobě Mléka kaseinová (kravské, kozí, ovčí aj.) Mléka albuminová (velbloudí, kobylí aj.) Přeprava mléka z prvovýroby do mlékáren (mlékárenská technologie)
Získávání mléka v prvovýrobě - dojení • Oplach vemene: teplá voda, utření čistou utěrkou • První střiky (speciální sběrná nádoba; první podíly nevyhovující z mikrobiálního hlediska a nevhodné pro lidskou výživu!) • Automatické dojení: dojící zařízení, speciální nástavce na struky, odsávání mléka pod tlakem, odvod mléka hadičkami do sběrné nádoby) • Chlazení mléka: teplota 4-7 °C
Obr. 1. Automatická dojící stanice: stav po sanitaci před dojením.
Obr. 2. Automatická dojící stanice: dojení krav I.
Obr. 3. Automatická dojící stanice: dojení krav II.
Prvovýroba mléka - sanitace • • • •
Sanitační plán: zásady SHP Sanitační prostředky: čistění, desinfekce Prostředky jednosložkové vs. vícesložkové Prostředky zásadité (NaOH, KOH; Na2CO3; Na3PO4 a jiné alkalické fosfáty; alkalické silikáty o vysokém poměru Na2O: SiO2 = křemičitany a vodní sklo v poměru 1:3, aj.)
• Prostředky kyselé (anorganické kyseliny: HNO3, H3PO4, HCl; organické kyseliny: octová, peroxyoctová, citronová, glukonová, glykonová (hydroxyoctová))
• Desinfekce (alkoholy, fenoly, kresoly, xylenoly, halogeny, jodofory, KAS, peroxidy a peroxosloučeniny, sloučeniny těžkých kovů, (aldehydy)) • Střídání kyselých a zásaditých prostředků
Přeprava mléka z prvovýroby do mlékárny • Přečerpání mléka z chladících (duplikátorových) nádrží do cisteren • Kontrola mléka na mlékárenském závodě (např. teplota, kyselost, termostabilita, výskyt ATB, somatické buňky) • Nevyhovující mléko je vráceno prvovýrobci (alternativa: zkrmování mléka; zcela nevyhovující mléko: kafilerie) • Čistění cisteren na mlékárnách
Obr. 4. Přeprava mléka z prvovýroby do mlékárny.
Mlékárenské průmyslové zpracování mléka • Předehřev a odstředění mléka • Homogenizace mléka (1-, 2-stupňová)
• Tepelné ošetření mléka: tepelný záhřev (termizace, pasterace, sterilace) • Standardizace tučnosti mléka (egalizace) • Chlazení mléka
Mléka a smetany • Pasterovaná mléka a smetany o různých tučnostech • Sterilovaná mléka a smetany o různých tučnostech Prodloužená trvanlivost mlék a smetan díky použité technologií ošetření UHT Vzniklé odpady pochází převážně z procesu čištění Případné meziprodukty (mikrobiologicky standardní!) se dají použít při další výrobě
Fermentované mléčné výrobky Fermentace: použití startovacích MO Výrobky: mléka, jogurty, kefíry, podmáslí, smetany (zakys.) Výroba FMV: bezodpadová technologie! Zakysané (fermentované) podmáslí • Obsah mléčného tuku cca 1 % (a i méně) • obsah bílkovin, fosfolipidů, laktosy = odpad • Využití podmáslí: - fermentované podmáslí a jiné FMV - mražené smetanové krémy - výrova kaseinu a kaseinátů - sušení: pekárenství, krmivářství
Máslo a mražené smetanové krémy Máslo • Emulze mléčného tuku typu: voda v oleji • Obsah tuku min. 82 % • Obsah vody max. 18 % Prací voda z máselného zrna: bílkoviny, zkrmování
Mražené smetanové krémy • Vyrábí se za současného mrazení a šlehání směsi: příprava krému
Zahuštěné a sušené mléčné výrobky Zahuštěné výrobky • zahuštění na odparkách • Slazené, neslazené
Sušené výrobky • Sušárny: sprejové, válcové • Výrobky: mléka, smetany, syrovátka, podmáslí • Využití: výrobky kojenecké a dětské výživy, přísady do krmných směsí pro dobytek
Sýry a tvarohy Sýry • Výroba z šetrně pasterovaného mléka (72 oC/15 s) • Sladké srážení (startovací MO + enzymy syřidla) • Zpracování sýřeniny (předkysání, fermentace, krájení, míchání, drobení, dohřívání / dosoušení) • Solení (na sucho, do těsta, solné lázně; obsah NaCl cca 16-18 % hm.)
Tvarohy • Kyselé srážení (startovací MO – produkce kyseliny mléčné, izolektrický bod pH 4,6 ) • Uvolnění a odkapání syrovátky
Obr. 5. Zpracování sýřeniny při tradiční výrobě sýru v měděných výrobních kotlích.
Obr. 6. Zpracování odkapané sýřeniny při tradiční výrobě sýru v tkaninových plachetkách.
Syrovátka • Složení syrovátky: laktosa (4,7 %), syrovátkové bílkoviny (0,9 %), minerální látky (0,6 %), kyselina mléčná aj. • Vitamíny: především vitaminy skupiny B • Izolace bílkovin (alfa-laktalbumin, beta-laktoglobulin a rozkladné produkty kaseinu) • Zkrmování syrovátky: tekutá, fermentovaná, zahuštěná, sušená • Lidská výživa a další průmyslové využití: a) sušená syrovátka (použití: obnovené syrovátkové nápoje, pečivo, cukrovinky, sýry, mléko aj.) b) laktosa: výroba: krystalizace syrovátky (použití: léčiva, dětská výživa, fermentační procesy) c) syrovátkové nápoje a limonády (typ: pasterované) d) syrovátkový tuk (výroba: syrovátkového másla)
Odpadní vody a jejich čištění • Výroba 1 l mléka = vznik 3 l odpadní vody
• Odpad v mlékárenství: zbytky mléka (1 %), desinfekční a čistící prostředky • Vody chladící: nebývají znečištěny, recirkulují
• Vody mycí a oplachové: velké znečištění! BSK5 900-3 000 mg/l - syrové mléko: 102 000 mg/l - syrovátka: 32 000 mg/l • Mlékárny: vlastní čistírny odpadních vod nebo městské čistírny odpadních vod • Čištění vod z mlékárenství: mechanické předčištění, čištění biologickými postupy
Odstředivkový kal • Viskózní slizovitá hmota • Složení: bílkoviny (18 %), mléčný tuk (2-3 %), minerální látky a organické látky • Mechanické nečistoty, MO mléka, somatické buňky, epitelové buňky • Zdravotně i technologicky rizikové MO – zákaz zkrmování (povoleno pouze po kyselé hydrolýze!)
• Likvidace: kafilerie, spalovny
Obr. 7. Odsmetaňovací odstředivka.
Sylabus 5 ODPADY Z POTRAVINÁŘSKÝCH VÝROB
Tukový průmysl
Výroba tuků a olejů • Majorita tuků a olejů: výživa lidí (¾ výroby) • Zbylý objem tuků a olejů: výroba mýdla, detergentů, barviv, krmiv • Získávání olejů z olejnatých semen a plodů (řepka olejná, podzemnice olejná, olivy, slunečnice, sója, bavlník, palmy olejná, palma kokosová)
Výroba olejů • Čistění a sušení • Loupáni • Mletí a zahřívání parou • Lisování nebo extrakce organickými rozpouštědly
• Oddestilování rozpouštědla • Filtrace • Odpad po lisování: pokrutiny • Odpad po extrakci: extrahovaný šrot
Rafinace olejů • Odstranění netukových složek a volných MK
• Hrubé nečistoty (usazování, filtrace, odstředění) • Odslizení (propírání vodou) • Propírání alkaliemi (odstranění VMK) • Neutralizace a oddělení mýdlového kalu (sedimentací)
• Propírání horkou vodou (odstranění zbytků mýdel) • Bělení (adsorbenty, hlinky)
• Deodorace (vakuová destilace oleje: 160 – 220 °C)
Hydrogenace olejů • Hydrogenace olejů: výrobky: margaríny a pokrmové zkužené tuky • Mýdelný kal: obsahuje MK • Živočišné tuky: škvaření tuku, tkání a kostní dřeně • Škvaření (otevřené kotle, uzavřené nádoby zvýšený tlak nebo podtlak)
Odpadní vody z výroby tuků • Vody z praní neutralizovaného oleje: 200-250 l/t, obsahují sodné a vápenaté soli MK • Vody ze štěpení soapstocku: 600 l/t • Kyselé odpadní vody se neutralizují vápenným mlékem
• Kaly z neutralizace se používají jako hnojivo • Kaly z kondenzace a deodorace = voda se vrací zpět do technologie výroby tuků • Odstranění tuku z odpadní vody: mechanické lapače – tuk se použije pro technické účely • Biologické čistění: aerobní způsob
Odpadní vody z výroby tuků a jejich čistění • Odpadní vody: nejčastěji vody z oplachů a mytí • Vody obsahují mechanické nečistoty • Biologické čistění odpadních vod • Místo čistění odpadních vod: komunální čistírny odpadních vod
37
Děkuji za pozornost
