Mindre salt, mere protein:Adressering af mejeriprocesser miljømæssigt, bæredygtighedsspørgsmål

Forskere siger, at det høje saltindhold i valle - den vandige del af mælk, der efterlades efter ostfremstilling - er med til at gøre det til et af de mest forurenende biprodukter i fødevareindustrien. I en ny undersøgelse, kemikere demonstrerer den første elektrokemiske redox -afsaltningsproces, der bruges i fødevareindustrien, fjernelse og genanvendelse af op til 99% af overskydende salt fra valle og samtidig raffinere mere end 98% af valleens værdifulde proteinindhold.

Ifølge det amerikanske landbrugsministerium, osteforbruget er steget de seneste år, og fremskrivninger vurderer dens fortsatte vækst. Undersøgelsen rapporterer, at osteproduktion bidrager til cirka 83% af den samlede affaldsstrøm i mejeriindustrien. Denne miljøskade, sammen med et hurtigt stigende befolkningsbehov for bæredygtige fødevaresystemer, inspireret University of Illinois Urbana-Champaign kemisk og biomolekylær ingeniørprofessor Xiao Su til at gribe denne udfordring til hjælp ved hjælp af avancerede elektrokemiske teknologier.

Den afsaltningsproces, der blev introduceret i denne undersøgelse, bruger op til 73% mindre energi og fungerer til 62% af driftsomkostningerne forbundet med konventionelle afsaltningssystemer, sagde forskerne. Resultaterne af undersøgelsen ledet af Illinois -kandidatstuderende Nayeong Kim er offentliggjort i Chemical Engineering Journal .

"Selvom overskydende valle er ødelagt med flere miljøaffaldsproblemer, fødevareindustrien anerkender det også som en værdifuld næringsstofkilde, "Sagde Su." Ved at demineralisere de stærkt koncentrerede salte i valleaffald på en bæredygtig måde, vi kan fjerne en af ​​de miljømæssige farer, der er forbundet med mejeriproduktion, samtidig med at vi får adgang til den værdifulde proteinressource, der findes i valleaffald. "

Su og hans team nærmede sig denne udfordring ved at indføre et kemisk redox-koblet dialysesystem-en enhed, der ikke er så forskellig fra en battericelle. Metoden omfatter to uafhængigt kontrollerbare kanaler til valleaffaldet og elektroderne, adskilt af et par ionbyttermembraner. Su sagde, at processen tillader kontinuerlig afsaltning via en reversibel redoxreaktion.

"Vores system genvinder værdifulde valleproteiner uden risiko for proteinaggregation eller denaturering, "Sagde Kim." Også, molekylstørrelsen af ​​redox -arter er større end membranporestørrelsen, hvilket betyder, at den ikke kan krydse membranen for at forurene de rensede proteiner. Jeg tror, ​​at det redox-medierede elektrodialysesystem kan revolutionere fødevareindustrien ved at tackle sammenkoblede miljø- og ernæringskriser. "

Under proteinrensningsprocessen, positivt ladede natriumioner bevæger sig fra foderet til redox -kanalen og reduceres kemisk ved den negative elektrode. De negativt ladede chloridioner bevæger sig til redox -kanalen, når de reducerede ioner oxideres ved den positive elektrode, resulterer i en bæredygtig regenerering af redoxparret. Undersøgelsen rapporterer, at redox -kanalen kan opretholde sin elektrolytkoncentration ved at frigive de fjernede ioner til foderkanalen, og genvundet natriumchlorid kan genbruges til at krydre ost, gør det til en netto-nul affaldsproces.

"Bemærkelsesværdigt, udførelsen af ​​proteinrensning og saltindvinding blev opretholdt over flere cyklusser, demonstrerer fremragende stabilitet og cyklabilitet, "Sagde Su." Samlet set vores redox-elektrokemiske proces tilbyder en bæredygtig og elektrificeret platform til nyttiggørelse af værdifulde proteiner fra affald fra mejeriproduktion, med påtænkt integration med vedvarende elektricitet i fremtiden. Vi håber, at dette vil være starten på forskning i bæredygtig fødevareproduktion generelt. "

Su er også tilknyttet Beckman Institute for Advanced Science and Technology og civil- og miljøteknik i Illinois. Choonsoo Kim, ved Kongju National University i Sydkorea, og Jemin Jeon og Johannes Elbert, ved U. af I., også bidraget til undersøgelsen.