19/06/2018

Темная сторона пивоварения: как отходы производства пива влияют на экологию + БОНУС

19/06/2018
ТЕМНАЯ СТОРОНА ПИВОВАРЕНИЯ: КАК ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА ПИВА ВЛИЯЮТ НА ЭКОЛОГИЮ + БОНУС
Чемпионат мира по футболу только начался, а мы уже готовы предсказать его победителей. В тройке призеров точно окажутся производители пива. Компании наращивают производство, а значит, миллионы тонн отходов будут вывезены на поля, слиты в ближайшие реки или в канализацию. Отработанные пивные дрожжи оказывают серьезное давление на экологию, вероятно, приводя к ухудшению качества питьевой воды. ИХТЦ провел исследование пивного производства в России и готов предложить свои варианты решения проблемы утилизации отходов.

Победители ЧМ-2018: общепит, гостиницы, пиво

Чемпионат мира по футболу в России с успехом стартовал. Агентство Moody's считает, что экономический эффект от проведения Мундиаля будет не так силен, как во время проведения Олимпиады в Сочи. В несомненном выигрыше окажутся финансовый сектор, розничная торговля, общепит и гостиничный бизнес. Немного выдохнет и наш многострадальный рубль.

Активная пора наступает у пивоваренных компаний. По прогнозам аналитиков, российский рынок пива может показать положительную динамику впервые за последние 10 лет. Даже, несмотря на частичный запрет продажи алкоголя в городах, принимающих матчи ЧМ в день проведения и накануне игр, за пивоваров играют два важных фактора — высокий сезон и любовь футбольных болельщиков к пенному напитку.
Кстати, немцы, ставшие чемпионами в 2014 году в Бразилии, выпили в месяц проведения соревнований рекордное количество пива за всю историю (порядка 10 млн. гектолитров). Навряд ли это как-то коррелируется с качеством игры сборной. Но само совпадение примечательно.
Производство пива может вредить экологии, поскольку огромное количество отходов зачастую выливают либо в канализацию, либо в ближайший водоем, запуская процессы брожения и гниения там, где этого совсем не нужно. В результате получается серьезная нагрузка на работу очистных сооружений и, вероятно, снижение качества питьевой воды. В нашей стране об этом по ряду причин не принято говорить:
В некоторых регионах пивоваренные компании входят в список главных налогоплательщиков.
Производителей пива и так «ущемляют» по многим направлениям — то акцизы поднимут, то введут запрет на продажу в пластиковой таре свыше 1,5 литров.
Низкий уровень экспертизы по этим вопросам: в стране хорошо бы как-то решить проблему мусорных свалок, до остального руки пока не дотягиваются.
Инжиниринговый центр привык просчитывать все риски наперед. Когда производителей пива начнут муштровать по этому вопросу, будет уже поздно. Мы предлагаем разработку эффективной технологии переработки отходов пивоварения, которая позволит снять экологические риски и сократить расходы на утилизацию. Производители, которые первыми озаботятся этим вопросом, получат несомненные конкурентные преимущества.

Дрожжи: от банковского хранилища до канализации

Пивные дрожжи — ключевой элемент пивоварения, во многом отвечающий за вкус, цвет и запах напитка. Отработанные дрожжи — главная головная боль технологов и экологов предприятий-производителей, отвечающих за утилизацию отходов производства пива.

Дрожжи (дрожжевые грибки) — это высшие одноклеточные немицелиальные неподвижные грибы. Выделение их в отдельную группу объясняется исключительно широким применением в ряде производств (хлебопечение, виноделие, производство спирта, пивоварение и т. д.).

Группа дрожжей объединяет около 1500 видов. На практике используется множество рас и штаммов дрожжей, принадлежащих определенному виду и имеющих собственное название или обозначение. Каждым производителем пива используются уникальные чистые расы или штаммы дрожжей для производства отдельного сорта или марки пива. Уникальный штамм дрожжей является секретом пивоваренных заводов.

Наиболее популярные виды пивных дрожжей относятся к семейству сахаромицетовых: для верхового брожения пива (при 14−25°С) — Saccharomyces cerevisiae, для низового (при 4−12°С) — Saccharomyces carlsbergensis.

Ведущие пивоваренные компании России в основном приобретают чистые культуры дрожжей из-за рубежа (из Германии, Голландии, Бельгии, Чехии, Финляндии, Дании). Компания «Балтика» разработала собственный штамм дрожжей.

На крупные заводы дрожжи обычно поставляются в пробирке с жидкой средой. На небольших пивоварнях используются сухие дрожжи.

В условиях пивоваренного предприятия дрожжи выращивают до промышленных масштабов и добавляют в сусло на этапе брожения. После брожения часть дрожжей погибает, часть используется повторно.

Подцарство высших грибов. Дрожжи
Систематика Дрожжей (для пытливых умов)
В странах, известных своими традициями пивоварения, действуют банки дрожжевых культур. Например, национальная коллекция дрожжей Великобритании существует уже более 65 лет. В ней хранятся образцы 4000 штаммов, 800 из которых используют в производстве местных сортов.

Национальные пивоварни передают в хранилище образцы используемых дрожжей, чтобы при форс-мажорных обстоятельствах иметь возможность восстановить производство. Так компания Jennings Brewery сумела вернуть производство уникального эля после потопа 2009 года, когда все склады предприятия залило водой.

Дрожжи берегут как самый ценный актив, но после того, как они пройдут все циклы переработки, с отработанным материалом особо не церемонятся.

Секреты производства пива

На пивоваренных заводах чистые культуры дрожжей хранят в стерильной пробирке с некоторым количеством охмеленного сусло-агара при температуре не выше 5−8 °С. Периодически штамм пересевают на свежий сусло-агар. Крупнейший мировой производитель алкогольных напитков «Diageo» хранит запасы дрожжей в криогенном контейнере, который открывается лишь два раза в год, когда из него достают партию дрожжей, которой хватит на следующие полгода работы всех пивоварен Guinness (бренд «Diageo»).

Задачей разведения чистой культуры является увеличение биомассы дрожжей от объема пробирки до объема, вводимого в бродильный аппарат. Процесс разведения состоит из двух стадий: лабораторной и цеховой. На первой стадии из пробирки дрожжи последовательно пересевают через 24−36 часов во всё возрастающие объемы стерильного сусла в колбах. На второй стадии дрожжи размножаются в дрожжерастильных аппаратах, пока их количество не достигнет величины, достаточной для внесения в аппарат главного брожения — цилиндроконический танк (ЦКТ).

В процессе производства пива дрожжи используют на этапе брожения пивного сусла. Сусло направляется в один из ЦКТ. Скорость и степень сбраживания сусла связаны с активностью ферментов, участвующих в сбраживании сахаров сусла — мальтозопермеазы, мальтотриозопермеазы, α-глюкозидазы, β-фруктофуранозидазы, алкогольдегидрогеназы. Основными продуктами брожения являются этанол и диоксид углерода.
В зависимости от температуры брожения дрожжи бывают «верховые» и «низовые». Сейчас чаще используются обозначения «элевые» и «лагерные» — по названиям стилей пива. При верховом брожении процесс ведется при более высокой температуре (14‑25°С), дрожжевые клетки поднимаются на поверхность и брожение протекает очень бурно, с образованием высокой пены, получается эль.
В отечественном пивоварении в основном отдают предпочтение дрожжам низового брожения. Хлопья таких дрожжей по окончании брожения быстро оседают на дно бродильной емкости, образуя плотный слой. При использовании дрожжей низового брожения процесс происходит при низких температурах (от 4 до 12°С) и на выходе получается лагер.

Поскольку любые пивные дрожжи должны действовать во всех слоях жидкости, превращая сахар в спирт, правильнее было бы говорить о «теплом брожении» в применении к элевым дрожжам и «холодном брожении», если речь идет о лагерных штаммах. Брожение может длиться от 5 суток до 10 суток для разных сортов пива.

Затем проходит стадия холодной стабилизации или дображивания, когда цилиндроконический бродильный танк с пивом постепенно охлаждают и выдерживают при низких температурах (от -1 до +3°С). В это время пиво насыщается углекислым газом и приобретает полноту вкуса. Продолжительность дображивания и созревания также зависит от сорта получаемого пива и может варьироваться от 3 до 13 недель и более.

На этом этапе дрожжи оседают на дно. Когда брожение заканчивается, в цилиндроконический бродильный танк вступает ледяная струя воздуха, из-за этого дрожжи испытывают так называемый термический шок, они «пугаются» и скатываются по конической части танка вниз. В этом процессе часть дрожжей погибает. Мертвые дрожжи отделяются и утилизируются. Живые отводятся обратно в дрожжевое отделение. Это семенные дрожжи первой генерации.

Эксперты-пивовары исследуют их на соответствие нормам пивоваренного производства. Если микроорганизмы «ведут себя достойно», их готовят для производства следующих партий пенного напитка. Всего в производственных условиях могут использоваться до 6 поколений дрожжей. Количество поколений (генераций) определяется индивидуально, главное — не переборщить, так как дрожжи способны адсорбировать на своей поверхности различные вещества, в том числе и тяжелые металлы, которые негативно воздействуют на конечный продукт.

После дображивания готовое пиво фильтруется от остатков дрожжей. Некоторые методы фильтрации уничтожают микрофлору пива и увеличивают этим срок его хранения.

Стадии с участием дрожжей на пивоваренном производстве компаний «Балтика» (как пример):
Хранение дрожжей в пробирках.
Лабораторная стадия размножения дрожжей до 25 л.
Производственная стадия размножения.
Брожение сусла под действием дрожжей в бродильных танках.
Хранение остаточных активных дрожжей в специальных сборниках.
Стадии с участием дрожжей на пивоваренном производстве компаний «Балтика»
Стадии с участием дрожжей на пивоваренном производстве компаний «Балтика»

Почему отработанные пивные дрожжи опасны?

Выход остаточных пивных дрожжей (ГОСТ 18−323−78 «Дрожжи пивные жидкие») составляет 1,0−1,2% массы пива. По утвержденной норме средний выход их по промышленности принят 0,5% вырабатываемого пива. Считается, что на 10 000 гл производимого пива ежегодно приходится удалять около 15−18 тонн остаточных дрожжей.

Отходы спиртового и пивоваренного производства составляют 10 млн. тонн в год (по разным данным перерабатывается от 10 до 25%). Основной объем побочных продуктов пивоварения, до 85%, приходится на отработанное зерно — пивную дробину. Остальные 15% отходов пивоваренного производства составляют остаточные дрожжи, солодовые ростки и пр.

Лишь несколько крупных пивоваренных компаний в России стараются довести объемы переработки и повторного использования пивных отходов, включая отработанные дрожжи, до 100%. Остальные большую часть этого материала, как правило, сливают в канализацию.

Почему это опасно для окружающей среды? Остаточные дрожжи имеют ХПК (показатель химического потребления кислорода) порядка 0,53 кг/гл и поэтому относятся к очень мощным потребителям кислорода.

ХПК используют для оценки качества питьевой воды в природных водоемах и в системах водопользования (степень загрязнения органическими соединениями). В России недавно ввели Межгосударственный стандарт (ГОСТ 31 859–2012), определяющий метод экспертизы ХПК и его допустимые значения.

Слив больших масс отработанных дрожжей в любой водоем вызывает к жизни процессы брожения и гниения. В сточных водах этих отходы нарушают работу очистных сооружений, приводят к колоссальной нагрузке, неконтролируемому изменению баланса и, что наиболее вероятно и неприятно, к снижению качества питьевой воды.
В низовьях Селенги, что несет свои прозрачные воды в Байкал, и рядом с ее притоками стоят четыре пивоваренных завода. Но экологи продолжают кошмарить ЦБК и удивляться, почему в озере буйно разрослась спирогира, характерная для стоячих водоемов, а очистные канализационные сооружения не справляются со своей работой.
Спирогира
Спирогира
В «цивилизованном мире», где законодательство в области экологической защиты более развито, за деятельностью пивоваренных заводов пристально следят. Крупные национальные производители используют различные методы переработки и безопасной утилизации пивных отходов. Небольшие крафтовые пивоварни стимулируют штрафами.

В США с 1972 года действует Закон о чистой воде (Clean Water Act), устанавливающий программу контроля и стандарты использования водных ресурсов в промышленности. В нем, в частности, прописаны требования к показателям химического потребления кислорода (BOD) и общему содержанию взвешенных частиц (TTS).

В части штатов вывоз в отвалы жидких отходов пивного производства полностью запрещен. В целом же в точках сброса отработанного материала в сточные воды регулярно проводятся замеры. Штраф за превышение показателей составляет несколько тысяч долларов.

В России, насколько нам известно, этой проблемой никто специально не занимается. Все позитивные примеры правильной утилизации пивных отходов — собственные инициативы крупных производителей пива, продвигающих ответственное отношение к природе и экологии.

Переработка отходов пивного производства в полезный продукт

Самым распространенным и доступным решением по переработке отработанных пивных дрожжей является сушка, и затем добавление их в комбикорма в качестве премиксов или использование их как отдельный корм.

Пивные дрожжи содержат 40−50% сырого протеина, незаменимые аминокислоты, микроэлементы и витамины группы B. Загвоздка в том, что в чистом виде они плохо усваиваются желудочно-кишечным трактом высших животных и человека. Толстые стенки дрожжей обладают высокой устойчивостью к пищеварительным ферментам. Следовательно, дрожжевые отходы необходимо подготавливать, обрабатывать, чтобы разрушить их оболочку.

Остаточные дрожжи широко применяются в фармацевтической промышленности для производства лекарственных средств, витаминных добавок, БАД.

Убить дрожжи довольно легко или высокой температурой или обработкой ядами. Разрушить ферменты высокой температурой удается не во всех случаях, например дрожжи, высушенные при 37° C и подвергнутые в сухом виде 6-часовому нагреванию при 100° C, погибают, а ряд ферментов сохраняется. Обрабатывая дрожжи ацетоном, получают убитые дрожжи, но не разрушенные ферменты.

Для переработки отходов пивного производства существует готовый рынок: производители премиксов и добавок в корма для животных, производители БАД, производители пластических масс. ИХТЦ предлагает разработку технологических решений по правильной утилизации, подготовке и обработке пивных дрожжей с целью последующего использования.

Плюсы для пивоваренных компаний очевидны:
снижение финансовых рисков от вероятных штрафных санкций;
кратное снижение расходов на утилизацию отходов;
звание экологически чистого производства со всеми положенными преференциями от властей.

БОНУС. Крупнейшие пивоваренные компании России 2018 и их опыт утилизации отходов

Российская пивоваренная отрасль насчитывает более 250 предприятий различной мощности.

Более 70% российского рынка пива принадлежит четырем межнациональным корпорациям:
«Балтика» (Carlsberg) – 8 заводов (Санкт-Петербург, Воронеж, Новосибирск, Ростов-на-Дону, Самара, Тула, Хабаровск, Ярославль). Использует уникальные штаммы Carlsberg, которые хранятся в Гамбурге, и собственную разработку «Балтики» для крепких сортов пива. Производственная мощность предприятий – оценочно около 40 млн. гл пива в год.
«Heineken» – 7 заводов (Санкт-Петербург, Новосибирск, Стерлитамак, Нижний Новгород, Екатеринбург, Иркутск, Хабаровск). Использует уникальный штамм дрожжей - «Heineken A-yeast», который хранится в Голландии. Общая мощность предприятий – 20,9 млн. гл пива в год.
«Эфес Рус» (Anadolu Efes) – 6 заводов (Калуга, Уфа, Казань, Новосибирск, Ульяновск, Владивосток). Использует уникальные дрожжи, привезенные из Голландии и Бельгии. Производственная мощность предприятий – 19,0 млн. гл пива в год.
«САН ИнБев» (AB InBev) – 5 заводов (Клин, Волжский, Омск, Саранск, Иваново). Производственная мощность предприятий – 14,7 млн. гл пива в год.
AB InBev и Efes объединили свои бизнесы на территории России и Украины с марта .2018 года в компанию AB InBev Efes. На момент объявления о сделке в августе 2017 года суммарная доля двух компаний в России превышала 27%.

Крупнейшей полностью отечественной компанией является «Очаково». Имеет 4 завода по производству пива (Москва, Краснодар, Пенза, Тюмень) общей мощностью 15,15 млн. гл пива в год.
Доли крупнейших пивоваренных компаний на отечественном рынке по мощностям выпуска пива
Доли крупнейших пивоваренных компаний на отечественном рынке по мощностям выпуска пива
В структуре отходов производства предприятий «Heineken» дрожжи сырые составляют 11,9%; на производствах «Балтики» — 5%.

97% собственных отходов в России, включая дрожжевые отходы, Heineken перерабатывает или использует повторно. Остатки дрожжей из емкостей для брожения на заводе в Бобруйске (Белоруссия) раньше сливали в канализацию, а в 2015 году продавали в Польшу, по 1 евро за тонну, где их сушили на корм скоту.

Отработанные дрожжи предприятий «Балтики» направляются организациям для использования в качестве корма для животных. Чтобы увеличить объем сырья, передаваемого для вторичного использования, в 2015 году в Самарском филиале была запущена система сушки дрожжей. Глобальная цель «Балтики» ─ уход от утилизации дробины и дрожжей путем передачи всего объема этих побочных продуктов для вторичного использования.

В 2012 году завод ОАО «Томское пиво» из отходов пивоваренного производства на основе пивной дробины и дрожжей выпустил сухой корм для домашних животных.

ОАО «Барнаульский пивоваренный завод» одно из крупнейших предприятий Алтайского края, производит 1 млн. гл пива в год. Образование отработанных пивных дрожжей составляет около 1700 тонн в год. Отработанные дрожжи, насколько нам известно, смывают в канализацию.
Вы можете задать любой интересующий вас вопрос, заполнив форму обратной связи, или по телефонам в разделе «Контакты».

Будем рады сотрудничеству!
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Другие материалы:
Мы публикуем интересные новости о реальном секторе экономике и отвечаем на вопросы, возникающие у производственников. Подпишитесь и первым узнавайте об обновлениях:
Еще новости
Made on
Tilda