Характеристика фильтрующих свойств природных цеолитов

сти дальнейшего увеличения длительности процесса экстрагирования.

Количество экстрагируемых веществ коллоидной дисперсности топинамбура положительно зависит от массовой доли вносимого источника в интервале исследуемых концентраций 0-5%. Увеличение массовой доли вносимого топинамбура обеспечивает более высокие концентрации биологически активных ингредиентов в молочной системе, однако при выборе оптимальной концентрации следует учитывать изменения органолептических показателей молочно-растительной композиционной системы, что может стать причиной возникновения специфического нетрадиционного для молочных продуктов привкуса топинамбура. Обогащение молочной системы макро- и микроэлементами иллюстрируется данными табл. 2 на примере обезжиренного молока.

Проведенные исследования и систематическая обработка полученных результатов позволяют определить рациональные режимы экстрагирования биологически активных ингредиентов из измельченных клубней топинамбура в различное молочное сырье, что может служить исходными данными для разработки технологического регламента про-

изводства молочных продуктов повышенной пищевой и биологической ценности, а также специальных продуктов с модифицированным углеводным составом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Перспективные направления использования топинамбура в пищевой промышленности / Л.Д. Бобровник, В.Г. Высоцкий, И.С. Гулый и др. // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1990. — № 4. — С. 12-13.

2. Технологические свойства топинамбура и возможность использования его в производстве консервов / К.А. Варламова и др. // Пищевая пром-сть. — 1992. — № 3. — С. 19-21.

3. Химический состав и пищевая ценность клубней некоторых сортов топинамбура / К.А. Варламова и др. // Там же. — № 6. — С. 18-19.

4. Родионова Н.С., Глаголева Л.Э., Полянский К.К. Лечебно-профилактические белковые продукты с модифицированным углеводным составом // Молочная пром-сть. — 1998. — № 2. — С. 13.

5. Полянский К.К., Родионова Н.С., Глаголева Л.Э. Топинамбур в молочных продуктах лечебно-профилактиче-ского назначения // Молочная пром-сть. — 1997. — № 4. — С. 25.

6. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. — М.: Химия, 1985. — 444 с.

Кафедра технологии молока и молочных продуктов

Поступила 06.10.99 г.

663.46:66.067.01

ХАРАКТЕРИСТИКА ' ФИЛЬТРУЮЩИХ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ

Т.С. МИЛЕНЬКАЯ, С.И. ХОРУНЖИНА,

Л.В. ПЕРМЯКОВА

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Для обеспечения стабильной прозрачности пива на практике применяют различные технологические и специальные приемы [1]. Одним из основных технологических способов эффективного осветления пива является фильтрование [2]. Из широко применяемых в отрасли фильтрующих веществ высокой адсорбционной способностью к компонентам пива обладает лишь асбест. Однако использование его в качестве добавок к фильтровальным материалам для пищевых сред в последнее время ставится под сомнение, поскольку появились данные об отрицательном влиянии волокон асбеста на здоровье человека.

В связи с этим актуальна проблема поиска новых эффективных фильтровальных материалов, которые обладали бы достаточным сорбционным эффектом, были бы доступными и недорогими.

Среди таковых перспективными являются природные цеолитсодержащие туфы ЦТ.

В СНГ открыто более 50 месторождений цеоли-товых пород, свыше 20 — в Сибири и на Дальнем Востоке. Наиболее изучены цеолиты Закавказья и Закарпатья, тогда как природные цеолиты различных месторождений Сибири и Дальнего Востока исследованы в меньшей степени как относительно их свойств, так и практического использования.

Крупнейшими месторождениями Сибири являются Пегасское (Кемеровская обл.), Хонгуруу (Республика Саха), Шивыртуйское (Читинская обл.) и Холинское (Республика Бурятия).

Химический состав цеолитовых пород — одна из важных характеристик, в существенной мере определяющих их термическую устойчивость, адсорбционные, ионообменные и другие ценные свойства и области их применения.

В табл. 1 [3-5] приведен химический состав ЦТ различных месторождений Сибири. Основные отличия между образцами ЦТ касаются состава обменных ионов. Для пегасина характерен кальцие-

Таблица 1

ЦТ БЮз АІ-2О3 ТЮ2 Ре203 МпО МйО СаО Ка20 к2о Потери при прокаливании

Пегасин 69,11 13,17 0,37 3,34 0,04 1,75 4,26 0,38 1,00 7,5

Хонгурин 71,19 12,98 0,21 1,29 0,08 1,19 1,87 1,75 1,33 8,3

Холинский 67,00 12,60 0,10 1,05 — 1,17 2,47 1,85 3.26 10,57

Шивыртуин 67,35 13,46 0,39 0,32 0,19 1,15 2,64 0,80 1,75 —

ЇЩЄ-

іаль-

;ным

і

йбура

Вы-

ехно-

ность , Вар-,3* — ‘КОТО

f Там

К.К.

аифи-

м-сть.

[ТЙЧЄ-

еской

в

7.01

ЕРОД-

І

слизнем ья и лич-тока льно ЗЯ. [ВЛЯ-

(Ре-

)бл.)

рдна иере і ад-[ные

! ЦТ : от-I об-цие-

ща 1

іри

1НИЙ

вый состав катионной части цеолита» для хонгури-на максимальная роль среди обменных катионов принадлежит натрию и кальцию, для шивыртуина и холинского цеолита — калию и кальцию.

Сравнительный анализ химического состава туфов и традиционно используемых для намывной фильтрации диатомитов [2] показал, что ЦТ характеризуется меньшим содержанием кремния и более высокой концентрацией алюминия, что на практике может отрицательно сказаться на качестве процесса фильтрования.

Многообразие аспектов использования ЦТ Сибири в производстве напитков с целью улучшения их гигиенических, органолептических показателей, коллоидной и биологической стойкости исследовано в работе [3].

Применение ЦТ как вспомогательного фильтрующего вещества ВФВ для намывной фильтрации практически мало изучено, хотя имеются работы, в которых показана возможность использования туфов в таком качестве [6—8].

Нами исследована возможность применения ЦТ как самостоятельного ВФВ, так и в сочетании с диатомитом для намывного фильтрования.

С этой целью была проведена оценка туфов по таким показателям, как объемно-насыпная масса, плотность, водопроницаемость, толщина слоя, пористость [9, 10]. Для исследования использовали образцы ЦТ крупнейших месторождений Сибири, а также диатомитов сортов А и Б Инзенского завода фильтровальных порошков.

Таблица 2

Материал Размер частиц, мкм Плотность, кг/м3 Объемно-насыпная масса, кг/м3

Диатомит:

сорт А <100 2000,0 470,0

сорт Б <50 2110,0 400,0

Цеолит:

пегасин >140 1880,1 990,3

50-140 1973,5 917,7

<50 2018,3 875,6

холинский >140 1985,6 740,4

50-140 1820,4 714,2

<50 — 710,3

шивыртуин >140 1794,8 990,3

50-140 1805,6 917,7

<50 1863,3 875,6

хонгурин >140 2030,0 750,6

50-140 2008,5 727,0

<50 1990,4 713,0

Изучение основных характеристик вспомогательных фильтрующих средств проводили на лабораторной установке. Площадь фильтрации составляла 0,017 м2.

Анализ отдельных физических свойств ВФВ (табл. 2) показывает, что по плотности диатомиты и ЦТ отличаются между собой незначительно. В

то же время величина объемно-насыпной массы ЦТ в 1,5-2,3 раза превышает этот показатель для диатомитов, причем наибольшим значением характеризуется пегасин, наименьшим — холинский ЦТ. Во всех случаях объемно-насыпная масса исследуемых материалов не соответствует оптимальной для фильтровальных порошков (130-230 кг/м ) [2], что может вызвать затруднения при фильтровании пива через намывной слой с использованием ЦТ.

Основную информацию о возможности применения того или иного материала для фильтрования дает водопроницаемость. Чем выше этот показатель, тем крупнее частицы, проходящие через слой порошка, и тем менее прозрачным будет отфильтрованное пиво. С другой стороны, тонкодисперсная смесь с низкой водопроницаемостью значительно повышает сопротивляемость слоя осадка. На практике следует выбирать оптимальный вариант между скоростью фильтрования и степенью осветления среды. Импортные диатомитовые порошки имеют водопроницаемость 120-870 дм3/(м2-мин), отечественные — 100-500 дм3/(м2-мин) [2, 11].

Результаты исследований (табл. 3) свидетельствуют, что водопроницаемость цеолитовых порошков ниже, чем диатомитовых. Из всех исследуемых ЦТ шивыртуин характеризуется самой низкой величиной водопроницаемости, которая в 24 и 28 раз меньше, чем для диатомита сортов Б и А соответственно. Очевидно, такое различие объясняется структурой шивыртуина, который в своем составе содержит больше глинистой по структуре фракции монтмориллонита по сравнению с пегасином и холинским ЦТ, имеющими более жесткую каркасную структуру гейландита и клиноптилолита [3,

41.

Низкое значение водопроницаемости имеют также все ЦТ с размером частиц меньше 50 мкм, что может создать серьезные трудности при фильтровании пива, связанные с резким возрастанием давления.

Так как в практике намывного фильтрования обычно используется двойной фильтрующий слой диатомитов с разными размерами частиц (сорт А — крупная фракция, сорт Б — мелкая фракция), то представляло интерес изучить некоторые характеристики композиционных смесей диатомитов и ЦТ. При этом исследовали возможность замены при фильтровании пива диатомита сорта Б цеолитами с близкой по значению водопроницаемостью, но с большим размером частиц минерала (50-140 мкм), чем у диатомита Б.

Водопроницаемость двухкомпозиционных слоев оказалась значительно меньше, чем одинарных (табл. 3). Так, водопроницаемость слоя диатомит А + пегасин на 43% ниже значения этого показателя для диатомита Л и на 32% — для пегасина.

Полученные результаты по использованию ЦТ для намыва второго слоя показали, что применение их приводит к снижению водопроницаемости и образованию более плотных слоев. Можно предположить, что здесь существенную роль сыграл гранулометрический состав ЦТ, где имеются частицы, размер которых больше, меньше или равен диаметру пор первого слоя. Так как в порошке находится достаточное количество мелких частиц, то они забивают каналы большого сечения между крупными частицами и в результате образуется слой, обладающий большим удельным сопротивлением.

Таблица 3

Материал Водопроницаемость, дм3/(мин -м2) Толщина намывного слоя, мм Пористость слоя, %

Диатомит:

сорт А 280,5 3,10 82,6

сорт Б 245,9 2,39 78,0

Цеолит:

пегасин (50-140 мкм) 236,2 2,12 73,0

пегасин (<50 мкм) 89,5 1,54 63,8

холинский (50-140 мкм) 219,0 1,55 60,1

холинский (<50 мкм) 75,9 1,21 50,0

шивыртуин (50-140 мкм) 10,2 0,99 39,0

Композиционные слои:

диатомит А + + диатомит Б 175,4 5,01 —

диатомит А + пегасин (50-140 мкм) 159,6 3,91 —

диатомит А + холинский (50-140 мкм) 152,6 3,55

подтверждается самым низким значением водопроницаемости шивыртуина.

Сравнивая толщину намывных слоев ЦТ различных фракций, следует отметить, что с увеличением размера частиц туфов возрастает толщина слоя. Например, величина этого показателя для пегаси-на фракции 50-140 мкм на 27% больше, чем для фракции менее 50 мкм, для холинского ЦТ — соответственно на 22% больше.

Качественные фильтровальные материалы должны иметь высокую пористость, порядка 85~90% [9].

Результаты наших исследований показали, что пористость цеолитовых осадков меньше диатоми-товых. Причем, если пегасин образует слой с пористостью в среднем на 15% ниже, чем у диатомитов А и Б, то шивыртуин — меньше на 51%, что объясняется разной толщиной намывных слоев.

ВЫВОДЫ

Показана принципиальная возможность применения в качестве ВФВ при намывном фильтровании пива цеолитсодержащих туфов различных месторождений Сибири.

По своим физическим характеристикам цеолит Пегасского месторождения наиболее приемлем в качестве ВФВ.

ЛИТЕРАТУРА

Пористость предварительно нанесенного слоя ВФВ оказывает существенное влияние на скорость фильтрования. Ее увеличение может быть достигнуто за счет создания слоя с высокой пористостью, получение которого определяется сортом ВФВ, формой и размером частиц, обусловливающих структуру образуемых осадков.

Из данных табл. 3 видно, что одно- и двухкомпозиционные слои имеют большую толщину для диатомитовых порошков, чем для цеолитовых. Вероятно, более плотная укладка частиц ЦТ происходит за счет значительного разброса в размерах частиц туфов внутри одной фракции, а также более высокого процентного содержания мелких частиц в сравнении с крупными. Кроме того, причиной может быть также сжимаемость слоев ЦТ, что наглядно проявляется в поведении шивыртуина.

Данный минерал образует самый тонкий слой: на 68% меньше толщины слоя для диатомита сорта Л и на 59% — сорта Б. Плотная укладка шивыртуина связана, как указано выше, со значительным содержанием в его составе легко набухающей фракции Монтмориллонита, а также с забиванием пор опорного картона частицами ЦТ. Последнее

Покровская Н.В., Кеданер Я.Д. Биологическая и коллоидная стойкость пива. — М.: Пищевая пром-сть, 1978. — 272 с.

Каглер М., Воборский Я. Фильтрование пива. — М.: Агропромиздат, 1986. — 279 с.

Хорунжина С.И., Позняковский В.М. Природные цеолиты в производстве напитков. — Кемерово: АО ”Куз-бассвузиздат”, 1994. — 240 с.

Перспективы применения цеолитсодержащих туфов Забайкалья. — Чита, 1990. — 184 с.

Кемпендяйский цеолитоносный район / К.Е. Колодезников, П.Г. Новгородов и др. — Якутск, 1992. — 68 с. Стабилизация соков и вин природными цеолитами / Н.А. Кудряшов и др. //Виноделие и виноградарство СССР. — 1987. — № 5. — С. 38-40.

Гонджилашвили Т.Г. Способ применения цеолитовых сорбентов при производстве продуктов переработки винограда: Дис. ... канд. техн. наук. — Тбилиси, 1991. — 203 с. ’Quimind” 90: I Symp. int. corros. prot. trop: La Habana, 9-12 mayo, 1990: Resumenes. — La Habana, 1990. — P. 197.

Лейчкис И.М. Фильтрование с применением вспомогательных веществ. — Киев: Техника, 1975. — 192 с.

10. Малиновская Т.А. Разделение суспензий в промышленности органического синтеза. — М.: Химия, 1971. — 320 с.

11. Балашов В.Е., Рудольф В.В. Техника и технология производства пива и безалкогольных напитков. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. — 248 с.

Кафедра технологии бродильных производств Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 07.04.99 г.

9.

А.Т. Ї P.M. Ъ

Ташке>

Всеросі

Те> работ: на ор ника, охват основ по ЭР шнею ботк^ кция гичес сипо; жащ^ ется

ЩЄСТІ

OCHOE

тельв руем! прои, схем? чени: УДОВ.! с соді госси испо, из-за

0с

ГИИ обезі При во в: ми, (< с учг ла и осно:

Г0ССІ

[3-5

ХИМІ

ным ного для г лотьі дейс пень дена ноки цело шрот прод1 меди

Ра по Д] пере созд; (тем; пола1 каем жані