Валоризация (оползотворяване) на отпадащо смляно кафе – Нов подход
| Добавена от: | Химикотехнологичен и металургичен университет |
| Тип на офертата: | Търси - Партньорство |
Контакт
Предпочитани
В последните десетилетия се увеличи консумацията на кофеин за производство на напитки (меки, енергийни и др.) и фармацевтични продукти (кофеин, лосиони срещу косопад и др.) Нарастна интересът към природните антиоксиданти като продукти забавящи стареенето и увеличаващи дълготрайността на редица хранителни продукти. Наред с традиционните кафеени напитки прием намери и дългото кафе.
Засиленият интерес към нанотехнологиите доведе до създаване на набор от наномембрани за разделяне на вещества с различна молекулна маса.
Тези промени създават предпоставки за нови подходи към оползотворяване на отпадащото смляно кафе. През 2015 г., португалски учени предложиха технология за получаване на сух екстракт с високо съдържание на кофеин. Тя комбинира твърдо-течна екстракция с нанофилтруване на екстракта и последващо довеждане на пермеата до прахообразен продукт чрез обратна осмоза и сушене в разпръсквателна сушилня. Изчисленията за нейната ефективност, проведени от авторите, показват, че внедряването и ще възвърне направените капиталовложения за 3.5 години. Причините за тази ниска възвръщаемост са главно две:
- използването на обратна осмоза и енергоемкото сушене с горещ въздух;
- не се оползотворява ефективно ретентата от нанофилтруването на екстракта от отпадъчното кафе.
Отстраняването на тези две причини представлява същността на предлаганата иновативна технология:
1. Чрез подходящ подбор на параметрите на двата сепарационни процеса (твърдо-течната екстракция с топла вода на отпадащото смляно кафе и наномембранното филтруване на получения екстракт) се получават пермеати, които представляват водни разтвори на кофеин. Неговата концентрация в тях е по-висока от тази в меките напитки (soft drinks) и шампоаните срещу косопад, и по-ниска от тази в енергийните напитки (energy drinks). Според търсенето, в тези водни разтвори ще се добавя вода или твърд кофеин до получаване на желана концентрация и с тях ще се приготвя търсения продукт.
2. Подборът на параметри и най-вече изборът на наномембраната и степента на обемно намаляване на захранването при нанофилтруване се правят така, че едновременно се получава ретентат с основни характеристики (съдържание на кофеин, антиоксиданти и водно-разтворими продукти на карамелизацията на кафеените сурови зърна) близки до тези на дългото кафе, предлагано в търговската мрежа. Този ретентат ще има разширено поле за реализация: не само за увеличаване на дълготрайността на хранителни продукти, но и като бутилирана кафеена напитка, която може да се консумира като горещо дълго кафе и в домашни условия. Голямо предимство на предлаганото решение е, че и двата продукта на нанофилтруването, пермеатът и ретентатът, могат да се използват за получаване на напитки и оползотворяването на отпадащото смляно кафе да се осъществява в специализирано за такива производства предприятие. То ще има изгода да събира „суровината“ и да я преработва. То ще може да предлага екстрахираната суровина за производство на брикети, биогорива или адсорбенти, ако такива производители се появят или да я депонира. Последното ще има и екологичен ефект, тъй като понастоящем отработеното смляно кафе често се изхвърля нерегламентирано.
Някои видове гъби много добре виреят на почва от такъв вид отпадък, така че кръгът на потенциалните потребители на екстрахираното кафе може да бъде увеличен и с производители на гъби. Съществува и алтернатива предприятието за напитки да разширява производствената си номенклатура.
Възможността за реализация на иновативната технология беше потвърдена експериментално в лабораторни условия. В три научни публикации (D. Mitev, D. Peshev, G. Peev, L. Peeva, J. Phys. Conf. Ser. 764 (2016) 012007; D. Mitev, D. Peshev, G. Peev, L. Peeva, J. Phys. Conf. Ser. 780 (2017) 012005; D. Peshev, D. Mitev, L. Peeva, G. Peev, Sep. Pur. Technol. 192 (2018) 271–277) са подробно описани проведените експерименти и получените резултати.
В приложеното изображение е представена технологичната схема на производство основано на разработената идея. От нея може да се оценят очакваните ефекти от внедряването ѝ: развитие на местната и регионална икономика, частично намаляване на вноса на кофеин и смляно кафе, частично заместване на синтетичен кофеин с природен, създаване на нови работни места. В перспектива се виждат по-здравословният начин на живот поради използването на храни, стабилизирани с природни антиоксиданти и самият прием на антиоксиданти с храните, оползотворяването на екстрахираното смляно кафе като гориво, тор или суровина за други производства. Решението може да се внедри в по-големите градове, където консумацията на кафе е голяма и събирането на отпадащото е улеснено във висока степен.
Засиленият интерес към нанотехнологиите доведе до създаване на набор от наномембрани за разделяне на вещества с различна молекулна маса.
Тези промени създават предпоставки за нови подходи към оползотворяване на отпадащото смляно кафе. През 2015 г., португалски учени предложиха технология за получаване на сух екстракт с високо съдържание на кофеин. Тя комбинира твърдо-течна екстракция с нанофилтруване на екстракта и последващо довеждане на пермеата до прахообразен продукт чрез обратна осмоза и сушене в разпръсквателна сушилня. Изчисленията за нейната ефективност, проведени от авторите, показват, че внедряването и ще възвърне направените капиталовложения за 3.5 години. Причините за тази ниска възвръщаемост са главно две:
- използването на обратна осмоза и енергоемкото сушене с горещ въздух;
- не се оползотворява ефективно ретентата от нанофилтруването на екстракта от отпадъчното кафе.
Отстраняването на тези две причини представлява същността на предлаганата иновативна технология:
1. Чрез подходящ подбор на параметрите на двата сепарационни процеса (твърдо-течната екстракция с топла вода на отпадащото смляно кафе и наномембранното филтруване на получения екстракт) се получават пермеати, които представляват водни разтвори на кофеин. Неговата концентрация в тях е по-висока от тази в меките напитки (soft drinks) и шампоаните срещу косопад, и по-ниска от тази в енергийните напитки (energy drinks). Според търсенето, в тези водни разтвори ще се добавя вода или твърд кофеин до получаване на желана концентрация и с тях ще се приготвя търсения продукт.
2. Подборът на параметри и най-вече изборът на наномембраната и степента на обемно намаляване на захранването при нанофилтруване се правят така, че едновременно се получава ретентат с основни характеристики (съдържание на кофеин, антиоксиданти и водно-разтворими продукти на карамелизацията на кафеените сурови зърна) близки до тези на дългото кафе, предлагано в търговската мрежа. Този ретентат ще има разширено поле за реализация: не само за увеличаване на дълготрайността на хранителни продукти, но и като бутилирана кафеена напитка, която може да се консумира като горещо дълго кафе и в домашни условия. Голямо предимство на предлаганото решение е, че и двата продукта на нанофилтруването, пермеатът и ретентатът, могат да се използват за получаване на напитки и оползотворяването на отпадащото смляно кафе да се осъществява в специализирано за такива производства предприятие. То ще има изгода да събира „суровината“ и да я преработва. То ще може да предлага екстрахираната суровина за производство на брикети, биогорива или адсорбенти, ако такива производители се появят или да я депонира. Последното ще има и екологичен ефект, тъй като понастоящем отработеното смляно кафе често се изхвърля нерегламентирано.
Някои видове гъби много добре виреят на почва от такъв вид отпадък, така че кръгът на потенциалните потребители на екстрахираното кафе може да бъде увеличен и с производители на гъби. Съществува и алтернатива предприятието за напитки да разширява производствената си номенклатура.
Възможността за реализация на иновативната технология беше потвърдена експериментално в лабораторни условия. В три научни публикации (D. Mitev, D. Peshev, G. Peev, L. Peeva, J. Phys. Conf. Ser. 764 (2016) 012007; D. Mitev, D. Peshev, G. Peev, L. Peeva, J. Phys. Conf. Ser. 780 (2017) 012005; D. Peshev, D. Mitev, L. Peeva, G. Peev, Sep. Pur. Technol. 192 (2018) 271–277) са подробно описани проведените експерименти и получените резултати.
В приложеното изображение е представена технологичната схема на производство основано на разработената идея. От нея може да се оценят очакваните ефекти от внедряването ѝ: развитие на местната и регионална икономика, частично намаляване на вноса на кофеин и смляно кафе, частично заместване на синтетичен кофеин с природен, създаване на нови работни места. В перспектива се виждат по-здравословният начин на живот поради използването на храни, стабилизирани с природни антиоксиданти и самият прием на антиоксиданти с храните, оползотворяването на екстрахираното смляно кафе като гориво, тор или суровина за други производства. Решението може да се внедри в по-големите градове, където консумацията на кафе е голяма и събирането на отпадащото е улеснено във висока степен.