АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ ОТБЕЛЬНЫХ ГЛИН

АННОТАЦИЯ

Растительные масла содержат различные сопутствующие вещества, которые необходимо удалять с целью повышения пищевой ценности и технологических свойств масел. Для этого их подвергают многостадийным процессам очистки – рафинации. В процессе адсорбционной рафинации масел образуются отходы – невостребованная отработанная отбельная глина, которая содержит до 35 % жира. Такие вещества, скапливаясь в больших количествах на маслозаводах без переработки, наносят большой вред окружающей среде.

Отбельные глины, являясь хорошим адсорбентом, могут восстанавливать свои сорбционные свойства. С целью поиска рациональных путей использования и регенерации отработанной отбельной глины были изучены промышленные способы её переработки для последующего применения в качестве сорбентов, а также приведены результаты использования глин в качестве добавок для обогащения кормового шрота.

ABSTRACT

Vegetable oils contain various accompanying substances that must be removed to improve the nutritional value and technological properties of oils. For this purpose, they are subjected to multi-stage purification processes – refining. During the process of adsorption refining of oils, waste is generated – unclaimed spent bleaching earth, which contains up to 35% fat. These wastes accumulate in large quantities at oil factories without being processed, causing great harm to the environment.

Bleaching earth, being a good adsorbent, can restore its sorption properties. In order to find rational ways of using and regenerating spent bleaching clay, industrial methods of processing it for subsequent use as sorbents were studied, and the results of using it as additives for enriching feed meal were presented.

Ключевые слова: рафинация, отходы, отбельные глины, адсорбенты, бентониты, жирная глина, регенерация.

Keywords: refining, waste, bleaching earth, adsorbents, bentonites, fatty clay, regeneration.

Введение. Растительные масла – это сложные многокомпонентные системы, содержащие разнообразные примеси. Они имеют в своём составе наряду с такими полезными веществами, как эссенциальные полиненасыщенные жирные кислоты, необходимые для нормального роста и развития организма, жирорастворимые витамины А, D, Е, К, фосфолипиды, регулирующие жировой обмен в организме и другие, ряд веществ, снижающих пищевую и физиологическую ценность продуктов, а также затрудняющие их переработку. Количество и состав примесей, находящихся в сырых маслах, колеблется в широком интервале и зависит от вида масла, качества использованного сырья и способа его переработки. Некоторые масла (подсолнечное), вырабатываемые методом прессования из зрелых семян, можно применять в пищу без очистки. Такие масла, как, например, хлопковое или соевое, из-за наличия токсических примесей, темного цвета, повышенной кислотности в сыром виде в пищу не применяются, они должны быть предварительно очищены.

Для удаления этих примесей (сопутствующих веществ) масла подвергают рафинации. Рафинация – это сложный многостадийный процесс на основе физических, физико-химических методов обработки масел с целью повышения их качества, пищевой и физиологической ценности, улучшения технологических свойств.

Для очистки жиров от ряда примесей используется процесс рафинационной адсорбции. Такой способ очистки применяется для удаления из масел главным образом окрашенных веществ (пигментов) и называется отбелкой. При рафинации растительных масел для их отбелки широко применяют отбельные земли, получаемые из природных бентонитовых глин –алюмосиликатов: асканит, гумбрин, фуллерову землю и другие. В качестве адсорбентов-поглотителей при отбелке масел используют также смеси различных отбельных глин и активированные угли [1].

Отбельные глины представляют собой продукты минерального происхождения силикатной (SiO₂) или алюмосиликатной (Al₂O₃⋅nSiO₂) природы. Основными компонентами бентонитовых глин являются монтмориллонит, который после модификации используется в нефтегазовой, пищевой, косметической, фармакологической и строительной промышленностях, минеральные соли алюминия, кремния, кальция и им подобные. Бентонит является биологически активным веществом, добавление его в корм и с удобрениями в почву повышает продуктивность животных и урожайность сельскохозяйственных культур.

В процессе адсорбционной рафинации (отбелки) масла выдерживают в контакте с отбельными порошками, а затем отделяют отработанный адсорбент фильтрацией. Количество вводимого порошка колеблется в пределах 0,5–2,0 % от массы отбеливаемого масла. Отработанные отбельные порошки вместе с поглощенными красящими веществами и другими примесями содержат значительное количество масла. Кроме того, известно, что природные адсорбенты хорошо поглощают каротиноиды, обладающие высокой биологической ценностью. В конце технологического процесса с каждой тонны отходит в среднем около 60 кг жирной глины с содержанием до 35 % жира и калорийностью до 265 ккал/100 г.

Отработанные отбеливающие порошки представляют собой малотранспортабельную массу. Их можно обрабатывать для утилизации оставшегося в них жира, подвергать переработке с извлечением поглощенного масла. На некоторых предприятиях из отработавших отбельных порошков готовят специальные мыльные пасты. Однако такие способы довольно трудоёмкие и на предприятиях не используются [2]. По этой причине на маслоперерабатывающих предприятиях скапливается большое количество отработанной отбельной земли.

Способы утилизации отбельных глин предполагают последующее её применение в производстве кирпича, керамзита, цемента, газобетона, используют в качестве добавки дорожные битумы [4]. Большое количество отработанной отбельной земли хранится на территории самих предприятий либо размещается на полигонах [6]. Отбельные глины, содержащие большое количество жира, на открытом воздухе способны самовозгораться, поэтому хранение их на полигонах опасный метод [2; 6]. 

Целью работы является разработка наиболее экологически и экономически целесообразных способов применения и регенерации отработанных отбельных глин. На данном этапе задачей исследования является анализ существующих способов их утилизации.

Материалы и методы. Объектом исследования являлись образцы отработанных отбельных глин (производство Пакистан), полученных при отбелке хлопкового масла на различных маслоэкстракционных предприятиях Кашкадарьинской области (Республика Узбекистан). Отобранные пробы были исследованы в основном на маслоемкость по стандартной методике [3].

Основная часть. На маслоперерабатывающих предприятиях Узбекистана отработанные отбельные глины не обезжиривают и достаточно ценный продукт вывозится на свалку. В зависимости от качества хлопкового масла и его назначения расходуются различные количества адсорбента, в среднем его норма составляет 1,5 % от массы отбеливаемых масел и жиров. Количество отработанных отбельных жирных глин в Узбекистане достигает 1,0–2,0 тыс. т (в пересчете на жиры) в год [5].

На масложировых предприятиях для отбелки растительных масел применяются импортные адсорбенты. В тоже время в Узбекистане имеется ряд крупных месторождений природных адсорбентов, использование которых значительно снизит себестоимость получаемых рафинированных масел. К их числу относятся бентонитовые глины, палыгорскиты и каолин [7; 9]. Эти природные глины были исследованы нами в качестве адсорбентов в процессе адсорбционной рафинации хлопкового масла, а также в качестве адсорбентов-детоксикантов в процессе его гидрирования. Исследования показали, что данные адсорбенты по своим осветляющим и адсорбционным свойствам не уступают импортным аналогам [7].

Для предварительного осветления сырых масел, получаемых из низкосортных и нестандартных семян хлопчатника, глинистые адсорбенты модифицировали раствором карбамида. Модифицикация карбамидом глинистых адсорбентов необходима для повышения их осветляющей способности при рафинации темных сырых хлопковых масел, получаемых из низкосортных и нестандартных хлопчатниковых семян. Образующиеся при этом отходы рафинации в виде использованной отбельной глины мы применяли в качестве добавок для обогащения шрота. Учитывая, что в животноводстве карбамид используют для обогащения кормов небелковым азотом, наличие его в составе шрота является положительным моментом.

Шроты являются вторичными продуктами при получении растительных масел экстракционным способом. Они образуются в результате обезжиривания масличного сырья и содержат от 25 до 40 % растворителя и воды. Растворитель находится в шроте в связанном состоянии, в виде мисцеллы. Его удаляют путем отгонки. Отгонка растворителя из шрота в перемешиваемом слое проводится в чанных испарителях (тостерах), в которых шрот обрабатывают острым паром при перемешивании. В процессе пропаривания шрота создаются условия для влаготермической обработки, при которой обезвреживаются токсические вещества, содержащиеся в хлопковом, соевом и арахисовом шротах. В результате такой обработки повышается пищевая и кормовая ценность шротов.

Шроты применяются в основном для кормовых и пищевых целей, он является высокоценным кормовым продуктом, в котором приблизительно 95 % азота приходится на белковый азот. Содержание сырого протеина достигает 50 %, а по общей питательности он близок к лучшим зерновым кормам. Поэтому шрот особенно необходим для дойных коров, нуждающихся в большом количестве белка. Содержащийся в шроте протеин полноценен по аминокислотному составу, особенно в сравнении со злаковыми кормами. Находящаяся в них клетчатка влияет на перевариваемость пищи и необходима в рационах всех животных, особенно жвачных.

Пищевая ценность шрота заключается не только в большом количестве белков (35…50 %), но и высоком содержании жиров, углеводов, фосфорсодержащих веществ, наличии зольных элементов (6…7 %), присутствии значительного количества витаминов группы В, бета-каротина (провитамин А) [8].

В таблице 1 представлен химический состав хлопкового шрота.

Таблица 1.

Химический состав хлопкового шрота

Чтобы увеличить кормовую ценность шрота, на маслодобывающих предприятиях его обогащают, используя отходы рафинационного производства – соапсток и фосфатидную эмульсию. Благодаря этому шрот обогащается липидами, фосфатидами, токоферолами, стеринами. В настоящее время наиболее широко подвергают обогащению подсолнечный и хлопковый шрот. Жиры и растительное масло как источник энергии занимают первое место по калорийности в составе полноценных комбикормов. В последние годы в рационах кормов всё чаще стали применять продукты промышленной переработки и нетрадиционные кормовые средства. Для оптимизации состава и уровня обменной энергии в корма включают жиры и растительные масла.

Актуальным является изыскание новых источников кормовых жиров и энергии, одним из которых является отработанная отбельная глина – продукт обработки бентонитовой глиной рафинированного хлопкового масла или другие адсорбенты, используемые в рафинационном производстве. В бентонитовых глинах содержатся практически все макро- и микроэлементы, необходимые живому организму, в связи с этим бентонитовые глины применяются в медицине и ветеринарии в качестве адсорбентов для борьбы с заболеваниями желудочно-кишечного тракта. Считается, что эти глины обладают способностью адсорбировать яды, бактерии и токсины, обволакивать воспаление слизистой оболочки пищеварительного тракта. Целенаправленное использование отработанных бентонитовых глин в животноводстве и птицеводстве позволяет не только повысить продуктивность животных и птиц, но и обеспечить профилактику болезней.

Для обогащения шротов в  их состав вводится до 3–5 % жирной глины. Однако основная часть отработанной отбельной глины, скапливаясь в больших количествах, представляет серьезную экологическую опасность. При изучении способов переработки и утилизации отработанных глин следует помнить, что они являются хорошими адсорбентами с высокоразвитой поверхностью. Переработку глин подобного рода необходимо проводить таким образом, чтобы восстановить их первоначальные сорбционные свойства. Немаловажным фактором является также экономическая целесообразность способов регенерации.

Существуют методы флотационной очистки, экстракции растворителями. Для применения этих методов необходимы специальные установки, доступные экстрогенты. Это связано с дополнительными затратами, что, в конечном итоге, сказывается на себестоимости сорбентов.

Для обезжиривания отработанных отбельных глин на Касанском маслоэкстракционном заводе (Кашкадарьинская область) перед разгрузкой фильтров их продували паром. Однако при этом происходит увлажнение глины, в результате образуется вязкая масса. В связи с чем вместо пара применяли воздух. Это позволило снизить содержание масла в отработанной отбельной глине до 10–15 %. Были предприняты попытки извлечения масла из отбельных глин методом вываривания в котлах с водой. При охлаждении масла всплывают на поверхность, собираются в специальный бак и направляются в мыловаренный цех.

Однако это не позволяет применять отбельные глины в качестве сорбентов например, для очистки воды – после обработки в отработанных глинах еще содержится значительное количество жира.

Природные бентонитовые глины малоактивны и для повышения активности их подвергают специальной обработке. Для активации их обрабатывают кислотой, затем подвергают термообработке при температуре 200–300 ⁰С. Это способствует увеличению удельной поверхности и активности адсорбента.

Заключение. Отработанные отбельные глины, скапливаясь в больших количествах, представляют собой большую опасность для окружающей среды. При контакте с воздухом возможно самовозгорание. В то же время они обладают потенциальными сорбционными свойствами. 

Анализ методов применения и переработки отработанных отбельных глин показал, что их можно использовать для увеличения кормовой ценности шрота, в результате он обогащается липидами, фосфатидами, токоферолом, минеральными элементами.

Основную часть отработанных глин можно подвергать термообработке после предварительного обезжиривания путем продувки. Термообработку целесообразно проводить при температуре около 300 ⁰С, при этом будут разрушаться триглицериды и другие органические соединения. Однако для применения данного метода восстановления сорбционных свойств отбельных глин, учитывая, что природные бентонитовые глины имеют различный химический состав, необходимо изучить их физико-химические свойства. В настоящее время для выявления наиболее рационального способа регенерации отработанных глин изучаются различные свойства отбеливающих глин, применяемых на маслозаводах, а также природных глин, добываемых в республике.

Список литературы:

1. Арутюнян Н.С., Корнена Е.П. Технология переработки жиров. – М.: Пищепромиздат,  1998. – 452 с.
2. Горелова О.М., Куртукова Л.В.  Поиск путей утилизации отходов в производстве масел // Известия КГТУ им. И. Раззакова. – 2019. – №2 (50). – Ч. 2. – С. 232–237.
3. ГОСТ 21119.8-75 Общие методы испытаний пигментов и наполнителей. Определение маслоемкости. –  М., С. 32–36.
4. Доценко С.П.,  Губанова Н.Я., Боровский А.Б., Арустамова И.С., Касьянова О.А. Переработка отходов предприятия как элемент системы экологического менеджмента качества // Тенденции и перспективы развития современного научного знания : сб. науч. ст. V междунар. науч.-практ. конф. – М.: Спецкнига, 2012. – С. 135–140.
5. Масложировая промышленность Республики Узбекистан: современное состояние, перспективы развития и инвестиционные возможности // АПК-Информ. – 2023. – № 2.
6. Мустафаев С.К., Смычагин Е.О. Разработка комплексной технологии переработки отходов масложирового производства // Научные труды КубГТУ. – 2019. – № 3. – С. 883–895.
7. Суванова Ф.У., Икромов О.А. Файзиева У.М. Исследование свойств природных адсорбентов, используемых при отбелке хлопкового масла // Химический журнал Казахстана. – Алматы. – Спец. выпуск. – 2012. – С. 370-373.
8. Щербаков В.Г. Технология получения растительных масел. – М.: Колос, 1992. – 207 с.
9. Suvanova F., Ikromov O., Axmedov A., Farmonov J. Changing the cotton oil factors and miscell in process adsorbtion refining // CBU international conference on integration and innovation in science and education. Prague, Czech Republic.  – 2013. –  Pp. 7-14.