Установка очистки водосодержащих пищевых жидкостей цеолитом шивыртуйского месторождения
Техническое решение относится к области приготовления пищевых продуктов, в состав которых входят водосодержащие жидкости, и может быть использовано при обработке молока и соков, используемых для приготовления различных продуктов питания. Установка очистки водосодержащих пищевых жидкостей цеолитом Шивыртуйского месторождения содержит колонку, заполненную шивыртуйским цеолитом с размером частиц 1,0-2,50 мм, при этом к колонке подключены система подачи очищаемой жидкости и система отвода очищенной жидкости. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.
Техническое решение относится к области пищевой промышленности, а именно, к области приготовления пищевых продуктов, в состав которых входят водосодержащие жидкости, и может быть использовано при обработке молока и соков, используемых для приготовления различных продуктов питания.
Техногенная деятельность человека в различных областях промышленности и сельском хозяйстве привели к глобальному повышению техногенного загрязнения земли.
Большинство образовавшихся техногенных загрязнений через почву и затем растительность попадают в пищу первоначально жвачных животных, а затем через мясные и молочные продукты питания в организм человека. Кроме того, организм человека получает нежелательные примеси к пище и непосредственно через употребляемые им растительные продукты.
При этом современный арсенал лекарственных средств, предназначенных для выведения из организма депонированных в нем техногенных загрязнений, весьма ограничен и достаточно мало эффективен, несмотря на чрезвычайную социальную значимость задачи.
Гораздо проще и эффективнее предотвращать попадание в организм человека указанных техногенных загрязнений (ионов металлов, анионов, органических соединений типа пестицидов и гербицидов и т.д.). Наиболее просто и эффективно эта задача может быть решена для продуктов, значительную часть которых составляет жидкая фаза (вода). К таким продуктам относятся, в частности, молоко и пищевые продукты на его основе, а также растительные соки (фруктовые и овощные).
Наиболее общим приемом очистки подобных пищевых продуктов является обработка их сорбентами, в частности цеолитами.
Цеолиты представляют собой алюмосиликаты и отличаются регулярной пористой структурой. Как и другие адсорбенты, цеолиты используются для очистки продуктов пищевой промышленности, сточных вод и промышленных газовых выбросов от органических примесей. Цеолиты обладают ионообменными свойствами, которые в настоящее время широко используются в промышленности и сельском хозяйстве.
Природные цеолиты являются минералами естественного происхождения, что очень важно для пищевых продуктов. Они характеризуются значительными запасами на территории России, относительной дешевизной, доступностью и простотой добычи, переработки, модификации в нужном направлении, уникальным комплексом свойств - ионообменных, адсорбционных, молекулярно-ситовых. Поэтому представляло интерес использовать природные цеолиты с целью извлечения вредных и токсичных соединений, ионов из сырья для получения молочных продуктов, а также регулирования их макро, микроэлементного состава.
Известен (RU, патент 2148425) способ фильтрации, включающий пропускание жидкой среды через фильтрационную систему, содержащую, по меньшей мере, один слой фильтровального материала, изготовленного путем пропитки нетканого иглопробивного полотна дисперсией, содержащей частицы цеолита, латекс и воду при их массовом отношении (0,8-1,2):(0,8-1,2):(2-3) соответственно, при этом масса осевшей дисперсии к массе нетканого иглопробивного полотна составляет 150-200, или 280-300, или 350-400, или 30-40, или 75-80, или 100-150 процентов. В качестве цеолита используют обычно шеелит или клиноптилолит. При изготовлении фильтровального материала предпочтительно используют полиакриловый латекс на основе сополимеров бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты или бутадиеновый латекс на основе сополимеров бутадиена, стирола, акрилонитрила и метакриловой кислоты, или безэмульгаторный латекс на основе сополимеров бутилакрилата, метилметакрилата, метакриловой кислоты и N-додецил-2-аминоэтансульфоната натрия.
При реализации заявляемого способа изготавливают систему фильтрации, в которой один из фильтров, как правило, последний, содержит, по меньшей мере, один слой фильтровального материала, изготовленный в соответствии с приведенными выше данными. В зависимости от назначения фильтровального материала используют один из вышеуказанных материалов с определенным отношением осажденной дисперсии к основе.
В каждом конкретном случае в зависимости от вида очищаемой жидкой среды и от целей очистки используют соответствующий материал, подбираемый, как правило, опытным путем. Учитывая, что основу фильтровального материала изготавливают из нетканого иглопробивного материала, который широко используют для отделения от жидких сред механических примесей, предлагаемый фильтровальный материал можно использовать для дополнительного извлечения микропримесей, представляющих механические частицы, что важно при очистке больших объемов жидких сред.
Недостатком известной системы следует признать ее малую ионную емкость, обусловленную незначительным количеством иммобилизованного фильтровальным материалом цеолита.
Известен также (RU, патент 2195146) способ осветления сока, предусматривающий внесение в продукт осветляющего вещества с последующим отстаиванием осадка и декантацией осветленного сока, причем в качестве осветляющего вещества используют пылевидную фракцию цеолита, которую вносят в количестве 30-70 г/дм3.
Недостатком известного технического решения следует признать малую ионную емкость системы жидкая фаза - цеолит, обусловленную незначительным количеством используемого цеолита, при этом дополнительная сложность способа состоит в необходимости отделения жидкой фазы (сока) от осадка.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2075994) устройство для очистки жидкостей, содержащее корпус, в котором размещены сорбент и электроды, создающие поле электрического тока, причем электроды размещены в сорбенте, при этом электроды выполнены из материалов, образующих при контакте друг с другом химический источник тока, а частицы сорбента выполнены из материала, поляризующегося в поле электрического тока, причем размер частиц не превышает половины расстояния между соседними электродами. В качестве сорбента может быть использован и цеолит.
Недостатком известного технического решения является его сложность.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в создании простого и эффективного средства очистки жидкостей от нежелательных примесей.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в улучшении качества молока и молочных продуктов, в том числе, и сокосодержащих, при одновременном регулировании микро- и макро элементного состава молочных продуктов для экологически напряженных районов Сибири.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать колонку, заполненную цеолитом Шивыртуйского месторождения (Читинская область). Предпочтительно использовать цеолит фракции с размером частиц от 1,0 до 2,5 мм. При этом колонка содержит систему подачи очищаемой жидкости и систему отвода очищенной жидкости. Предпочтительно соотношение диаметра к высоте колонки составляет от 1:2 до 1:3. Колонка может быть выполнена из любого химически стойкого полимерного материала (фторопласт, полиметилметакрилат, полистирол).
При использовании частиц цеолита Шивыртуйского месторождения размером менее 1,0 мм, а также частиц размером более 2,50 мм, удаление нежелательных ионов и вирусов происходит менее эффективно и коммерческая реализация разработанного технического решения нецелесообразна. Указанное соотношение диаметра колонки к ее высоте облегчает выбор скорости прохода жидкости через слой цеолита.
Шивыртуйское месторождение находится в Забайкальском районе вблизи ст.Даурия Читинской области и содержит цеолит клиноптилолит и глинистый минерал слоистого строения - монтмориллонит. Суммарные запасы и прогнозные ресурсы цеолитсодержащих туфов оценены около 1 млрд. тонн при среднем содержании суммы клиноптилолита и монтмориллонита 75%.
Порода содержит наряду с высококачественным клиноптилолитом большое количество не менее качественного монтмориллонита. Оба ведущих полезных компонента имеют сходные физико-химические свойства и близкие области применения.
Отношение кремния к алюминию варьируется в пределах от 3,40 до 4,83.
В туфах месторождения наряду с цеолитом и монтмориллонитом присутствуют вулканическое стекло, полевые шпаты, кварц, слюда, биотит, кальцит.
Содержание токсичных элементов в этих минералах находится в пределах нормы, удельные активности природных радионуклидов уранового и ториевого рядов не превышают кларковых.
Степень извлечения ионов кальция уже через час после начала обработки минералом, помещенным в указанную колонку, достигает 50-55% в зависимости от фракции, а через 2,5 часа контакта раствора с шивыртуином в среде устанавливается ионообменное равновесие. Максимальное количество ионов кальция, извлекаемое из воды минералом фракции 1,2 мм - 74%, 1,7 мм - 70%.
В динамических условиях ионов жесткости из раствора извлекается модифицированными цеолитами на 13% больше, чем природным туфом.
Дополнительно изучены адсорбционные свойства шивыртуина по отношению к микроорганизмам.
Установлено, что применение для обработки водосодержащей жидкости природного цеолита позволяет существенно снизить (на 69%) общую обсемененность воды. Однако на этот процесс оказывает влияние скорость пропускания воды через минерал и размер частиц туфа.
Активная сорбция микроорганизмов происходит при использовании фракций цеолита от 1,0 до 2,0 мм. При этом наиболее эффективной сорбции способствовала скорость фильтрования воды в пределах 5-15 см3/мин.
Изучение свойств цеолита Шивыртуйского месторождения показало его высокую способность к извлечению из воды ионов жесткости и микроорганизмов.
Исходный цеолит Шивыртуйского месторождения до помещения в колонку измельчают и промывают.
Установку разработанной конструкции использовали для очистки воды, молока и соков от солей жесткости, тяжелых металлов и микроорганизмов следующим образом.
Колонку, выполненную из полиметилметакрилата высотой 1 м и диаметром 0,25 м заполнили предварительно подготовленным, как указано выше, цеолитом Шивыртуйского месторождения, причем цеолит использован в виде частиц размером 1,0-2,5 мм. Система подачи очищаемой жидкости представляет собой штуцер, соединенный шлангом из силиконовой резины с резервуаром, в который наливают очищаемую жидкость. Система отвода очищенной жидкости представляет собой штуцер с краном, соединенный шлангом из силиконовой резины с емкостью для очищенной жидкости. Для побуждения движения жидкости через колонку использован миникомпрессор, выполненный с возможностью регулирования давления воздуха, выход которого подключен к резервуару с очищаемой жидкостью.
При использовании охарактеризованной выше системы из цельного молока были удалены в среднем:
ионы кальция 38%;
ионы магния 19%;
микроорганизмы 81%.
Кроме того, уменьшено содержание и других ионов
Из восстановленного молока в среднем:
ионы кальция 41%;
ионы магния 19%;
микроорганизмы 88%.
Кроме того, уменьшено содержание и других ионов
Из яблочного сока в среднем:
ионы кальция 56%;
ионы магния 41%;
микроорганизмы 91%.
Кроме того, уменьшено содержание и других ионов.
Таким образом, при реализации разработанного устройства обеспечивается улучшение качества молока, в том числе, и восстановленного, и молочных продуктов, в том числе, и сокосодержащих, при одновременном регулировании микро - и макро элементного состава молочных продуктов для экологически напряженных районов Сибири.
1. Установка очистки водосодержащих пищевых жидкостей цеолитом Шивыртуйского месторождения, отличающаяся тем, что она содержит колонку, заполненную шивыртуйским цеолитом с размером частиц 1,0-2,50 мм, при этом к колонке подключены система подачи очищаемой жидкости и система отвода очищенной жидкости.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что соотношение диаметра и высоты колонки составляет от 1:2 до 1:3.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена из химически стойкого полимерного материала.
