По данным U.S. Министерство сельского хозяйства, потребление сыра резко возросло в последние годы, и, по прогнозам, его рост будет продолжаться.
В исследовании сообщается, что производство сыра составляет примерно 83% от общего количества отходов в молочной промышленности. Этот ущерб окружающей среде, наряду с быстро растущей потребностью населения в устойчивых пищевых системах, вдохновил профессора химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн подойти к решению этой проблемы с использованием передовых электрохимических технологий.
Исследователи заявили, что процесс опреснения, представленный в этом исследовании, потребляет до 73% меньше энергии и работает при 62% эксплуатационных расходов, связанных с обычными системами опреснения. Результаты исследования, проведенного аспирантом Иллинойса Наён Кимом, опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
«Хотя избыток сыворотки сталкивается с рядом проблем, связанных с экологическими отходами, пищевая промышленность также считает ее ценным источником питательных веществ», – сказал Су. «За счет устойчивой деминерализации высококонцентрированных солей в отходах сыворотки мы можем устранить одну из экологических опасностей, связанных с переработкой молочных продуктов, одновременно открывая доступ к ценным белковым ресурсам, содержащимся в отходах сыворотки."
Су и его команда подошли к этой задаче, представив систему химического окислительно-восстановительного диализа – устройство, которое не сильно отличается от аккумуляторной батареи. Метод включает два независимо управляемых канала для отходов сыворотки и электродов, разделенных парой ионообменных мембран.
Су сказал, что этот процесс позволяет непрерывное опреснение через обратимую окислительно-восстановительную реакцию.
«Наша система восстанавливает ценные сывороточные белки без риска их агрегации или денатурации», – сказал Ким. «Кроме того, размер молекул редокс-частиц больше, чем размер пор мембраны, что означает, что они не могут пересекать мембрану и загрязнять очищенные белки. Я считаю, что система электродиализа с участием окислительно-восстановительного потенциала может произвести революцию в пищевой промышленности, решив проблемы, связанные с окружающей средой и питанием."
В процессе очистки белка положительно заряженные ионы натрия перемещаются из источника в окислительно-восстановительный канал и химически восстанавливаются на отрицательном электроде.
Отрицательно заряженные ионы хлорида перемещаются в окислительно-восстановительный канал, когда восстановленные ионы окисляются на положительном электроде, что приводит к устойчивой регенерации окислительно-восстановительной пары. В исследовании сообщается, что окислительно-восстановительный канал может поддерживать концентрацию электролита, высвобождая удаленные ионы в канал подачи, а восстановленный хлорид натрия можно повторно использовать для приправки сыра, что делает его безотходным процессом.
«Примечательно, что эффективность очистки белка и извлечения соли сохранялась в течение нескольких циклов, демонстрируя выдающуюся стабильность и циклируемость», – сказал Су. «В целом, наш окислительно-восстановительный электрохимический процесс предлагает устойчивую и электрифицированную платформу для извлечения ценных белков из отходов молочного производства с предполагаемой интеграцией с возобновляемой электроэнергией в будущем. Мы надеемся, что это станет началом исследования устойчивого производства продуктов питания в целом."