Розробка енергоефективних та екологічно безпечних технологій виробницива кавопродуктів

Автор(и)

  • Oleg Burdo Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-2630-1819
  • Igor Bezbakh Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-2353-1811
  • Aleksandr Zykov Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0001-8345-1015
  • Sergey Terziev Публічне акціонерне товариство «Енні Фудз» Бугаївська, 3, м. Одеса, Україна, 65005, Україна https://orcid.org/0000-0002-0460-4288
  • Aleksander Gavrilov Академія біоресурсів і природокористування «Кримський федеральний університет ім. В. I. Вернадського» вул. Наукова, 1, п. Аграрне, м. Сімферополь, Республика Крим, 295492, https://orcid.org/0000-0003-3382-0307
  • Ilya Sirotyuk Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039, Україна https://orcid.org/0000-0002-2081-0954
  • Igor Mazurenko Хунаньский Гуманітарний Університет, Науки й Технології м. Лоуді, провінція, Хунань, Китай, 417000, Китай https://orcid.org/0000-0003-2233-7563
  • Yunbo Li Сумський Національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021, Україна https://orcid.org/0000-0002-6590-6044

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194647

Ключові слова:

харчові концентрати, масло кави, кавовий шлам, мікрохвильове екстрагування, енергетичний моніторинг

Анотація

На основі енергетичного й екологічного аудиту проведено аналіз матеріальних потоків, конверсії енергії, викидів в атмосферу й літосферу при виробництві розчинної кави.

Для підвищення енергоефективності, зниження екологічного навантаження розроблені інноваційні технологічні схеми й устаткування по переробці відходів і виробництву нових кавових продуктів.

Проведено експериментальне моделювання: кінетики мікрохвильового екстрагування водорозчинних речовин і масла з кавового шламу; гідравліки плину экстрагента через касети мікрохвильового екстрактора. Експериментальні дані узагальнені у вигляді критериального рівняння.

У результаті експериментального моделювання кінетики екстрагування встановлено, що тривалість процесу в мікрохвильовому полі приблизно в 20 разів менше, ніж у термостаті. Дія мікрохвильового поля впливає на швидкість екстрагування більшою мірою, чим температура процесу. Підвищення потужності мікрохвильової енергії підвищує вихід екстрактивних речовин з кавового шламу більш ніж у два рази.

Визначено технічні характеристики мікрохвильового екстрактора масла. Випробування зразка екстрактора проводилися при питомій потужності 180…240 Вт/кг у режимі кипіння екстрагенту. У якості екстрагенту використовувався етанол (концентрація 93...96 %). У результаті випробувань отримане якісне кавове масло, що характеризується вираженим ароматом і смаком кави й інтенсивним темно-коричневим фарбуванням.

Розроблено технологічну схему передекстрагування кави зі шламу. Додатковий витяг зі шламу кави водорозчинних екстрактивних речовин, підвищує вихід екстракту на 10...12 %. Істотно знижено температурний режим екстрагування, зменшені тривалість і енергоємність процесу.

Розроблено інноваційну технологічну схему виробництва рідкого концентрату кави – основи для напоїв на базі кави, готових до безпосереднього вживання. Концентрація сухих речовин становить 50...65 %

Біографії авторів

Oleg Burdo, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, професор

Кафедра процесів, обладнання і енергетичного менеджменту

Igor Bezbakh, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра процесів, обладнання і енергетичного менеджменту

Aleksandr Zykov, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Доктор технічних наук

Кафедра процесів, обладнання і енергетичного менеджменту

Sergey Terziev, Публічне акціонерне товариство «Енні Фудз» Бугаївська, 3, м. Одеса, Україна, 65005

Доктор технічних наук, голова правління

Aleksander Gavrilov, Академія біоресурсів і природокористування «Кримський федеральний університет ім. В. I. Вернадського» вул. Наукова, 1, п. Аграрне, м. Сімферополь, Республика Крим, 295492

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології й устаткування виробництв і переробки продукції тваринництва

Ilya Sirotyuk, Одеська національна академія харчових технологій вул. Канатна, 112, м. Одеса, Україна, 65039

Асистент

Кафедра процесів, обладнання і енергетичного менеджменту

Igor Mazurenko, Хунаньский Гуманітарний Університет, Науки й Технології м. Лоуді, провінція, Хунань, Китай, 417000

Професор

Yunbo Li, Сумський Національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021

Аспірант

Кафедра технології харчових продуктів

Посилання

  1. Clapp, J., Newell, P., Brent, Z. W. (2017). The global political economy of climate change, agriculture and food systems. The Journal of Peasant Studies, 45 (1), 80–88. doi: https://doi.org/10.1080/03066150.2017.1381602
  2. Govindan, K. (2018). Sustainable consumption and production in the food supply chain: A conceptual framework. International Journal of Production Economics, 195, 419–431. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2017.03.003
  3. Huang, M., Zhang, M. (2013). Tea and coffee powders. Handbook of Food Powders, 513–531. doi: https://doi.org/10.1533/9780857098672.3.513
  4. Burdo, O. G., Terziev, S. G., Ruzhitskaya, N. V., Makievskaya, T. L. (2014). Protsessy pererabotki kofeynogo shlama. Kyiv: EnterPrint, 228.
  5. Terziev, S. G., Levtrinskaya, Yu. O., Burdo, O. G. (2015). Sovershenstvovanie teplotehnologiy proizvodstva kofe. Naukovi pratsi [Odeskoi natsionalnoi akademiyi kharchovykh tekhnolohiy], 2 (47), 81–87.
  6. Atabani, A. E., Al-Muhtaseb, A. H., Kumar, G., Saratale, G. D., Aslam, M., Khan, H. A. et. al. (2019). Valorization of spent coffee grounds into biofuels and value-added products: Pathway towards integrated bio-refinery. Fuel, 254, 115640. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.115640
  7. Sarno, M., Iuliano, M. (2018). Active biocatalyst for biodiesel production from spent coffee ground. Bioresource Technology, 266, 431–438. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.06.108
  8. Angelidaki, I., Treu, L., Tsapekos, P., Luo, G., Campanaro, S., Wenzel, H., Kougias, P. G. (2018). Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology Advances, 36 (2), 452–466. doi: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2018.01.011
  9. Jeguirim, M., Limousy, L., Dutournie, P. (2014). Pyrolysis kinetics and physicochemical properties of agropellets produced from spent ground coffee blended with conventional biomass. Chemical Engineering Research and Design, 92 (10), 1876–1882. doi: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.04.018
  10. Limousy, L., Jeguirim, M., Dutournié, P., Kraiem, N., Lajili, M., Said, R. (2013). Gaseous products and particulate matter emissions of biomass residential boiler fired with spent coffee grounds pellets. Fuel, 107, 323–329. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.10.019
  11. Javaid, A., Ryan, T., Berg, G., Pan, X., Vispute, T., Bhatia, S. R. et. al. (2010). Removal of char particles from fast pyrolysis bio-oil by microfiltration. Journal of Membrane Science, 363 (1-2), 120–127. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.07.021
  12. Edathil, A. A., Shittu, I., Hisham Zain, J., Banat, F., Haija, M. A. (2018). Novel magnetic coffee waste nanocomposite as effective bioadsorbent for Pb(II) removal from aqueous solutions. Journal of Environmental Chemical Engineering, 6 (2), 2390–2400. doi: https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.041
  13. Kida, K., Ikbal, Sonoda, Y. (1992). Treatment of coffee waste by slurry-state anaerobic digestion. Journal of Fermentation and Bioengineering, 73 (5), 390–395. doi: https://doi.org/10.1016/0922-338x(92)90285-3
  14. Passos, C. P., Rudnitskaya, A., Neves, J. M. M. G. C., Lopes, G. R., Evtuguin, D. V., Coimbra, M. A. (2019). Structural features of spent coffee grounds water-soluble polysaccharides: Towards tailor-made microwave assisted extractions. Carbohydrate Polymers, 214, 53–61. doi: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.02.094
  15. Tsukui, A., Santos Júnior, H. M., Oigman, S. S., de Souza, R. O. M. A., Bizzo, H. R., Rezende, C. M. (2014). Microwave-assisted extraction of green coffee oil and quantification of diterpenes by HPLC. Food Chemistry, 164, 266–271. doi: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.05.039
  16. Pavlović, M. D., Buntić, A. V., Šiler-Marinković, S. S., Dimitrijević-Branković, S. I. (2013). Ethanol influenced fast microwave-assisted extraction for natural antioxidants obtaining from spent filter coffee. Separation and Purification Technology, 118, 503–510. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2013.07.035
  17. Ranic, M., Nikolic, M., Pavlovic, M., Buntic, A., Siler-Marinkovic, S., Dimitrijevic-Brankovic, S. (2014). Optimization of microwave-assisted extraction of natural antioxidants from spent espresso coffee grounds by response surface methodology. Journal of Cleaner Production, 80, 69–79. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.05.060
  18. Oliveira, N. A. de, Cornelio-Santiago, H. P., Fukumasu, H., Oliveira, A. L. de. (2018). Green coffee extracts rich in diterpenes – Process optimization of pressurized liquid extraction using ethanol as solvent. Journal of Food Engineering, 224, 148–155. doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.12.021
  19. Araújo, M. N., Azevedo, A. Q. P. L., Hamerski, F., Voll, F. A. P., Corazza, M. L. (2019). Enhanced extraction of spent coffee grounds oil using high-pressure CO2 plus ethanol solvents. Industrial Crops and Products, 141, 111723. doi: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111723
  20. Su, Y., Zhang, M., Zhang, W., Liu, C., Bhandari, B. (2017). Low oil content potato chips produced by infrared vacuum pre-drying and microwave-assisted vacuum frying. Drying Technology, 36 (3), 294–306. doi: https://doi.org/10.1080/07373937.2017.1326500
  21. Kumar, C., Karim, M. A. (2017). Microwave-convective drying of food materials: A critical review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 59 (3), 379–394. doi: https://doi.org/10.1080/10408398.2017.1373269
  22. Burdo, O., Bezbakh, I., Kepin, N., Zykov, A., Yarovyi, I., Gavrilov, A. et. al. (2019). Studying the operation of innovative equipment for thermomechanical treatment and dehydration of food raw materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (11 (101)), 24–32. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.178937
  23. Burdo, O. G. (2008). Energeticheskiy monitoring pishchevyh proizvodstv. Odessa: Poligraf, 244.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-02-29

Як цитувати

Burdo, O., Bezbakh, I., Zykov, A., Terziev, S., Gavrilov, A., Sirotyuk, I., Mazurenko, I., & Li, Y. (2020). Розробка енергоефективних та екологічно безпечних технологій виробницива кавопродуктів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(11 (103), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.194647

Номер

Том 1 № 11 (103) (2020): Технології та обладнання харчових виробництв

Розділ

Технології та обладнання харчових виробництв

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Oleg Burdo, Oleg Burdo, Igor Bezbakh, Aleksandr Zykov, Sergey Terziev, Sergey Terziev, Aleksander Gavrilov, Aleksandr Zykov, Aleksander Gavrilov, Ilya Sirotyuk, Ilya Sirotyuk, Igor Mazurenko, Igor Mazurenko, Yunbo Li, Yunbo Li

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.