Forskare säger att det höga saltinnehållet i vassle - den vattniga delen av mjölken som lämnats kvar efter osttillverkning - hjälper till att göra den till en av de mest förorenande biprodukterna inom livsmedelsindustrin. I en ny studie, kemister demonstrerar den första elektrokemiska redoxavsaltningsprocessen som används i livsmedelsindustrin, avlägsna och återvinna upp till 99% av överskottet av salt från vassle samtidigt som mer än 98% av vasslans värdefulla proteininnehåll förädlas.

Enligt US Department of Agriculture, ostkonsumtionen har ökat de senaste åren, och prognoser uppskattar dess fortsatta tillväxt. Studien rapporterar att ostproduktion bidrar till ungefär 83% av den totala avfallsströmmen i mejeriindustrin. Denna miljöskada, tillsammans med ett snabbt ökande befolkningsbehov för hållbara livsmedelssystem, inspirerade University of Illinois Urbana-Champaign professor för kemisk och biomolekylär ingenjörsteknik Xiao Su att närma sig denna utmaning med hjälp av avancerad elektrokemisk teknik.

Avsaltningsprocessen som introducerades i denna studie använder upp till 73% mindre energi och fungerar till 62% av driftskostnaden för konventionella avsaltningssystem, sa forskarna. Resultaten av studien som leds av Illinois doktorand Nayeong Kim publiceras i Journal of Chemical Engineering .

"Även om överflödig vassle är förknippad med flera miljöavfallsproblem, livsmedelsindustrin erkänner det också som en värdefull näringskälla, "Sa Su." Genom att avmineralisera de högkoncentrerade salterna i vassleavfall på ett hållbart sätt, vi kan eliminera en av de miljöfaror som är förknippade med mejeriproduktion samtidigt som vi låser upp tillgången till den värdefulla proteineresurs som finns i vassleavfall. "

Su och hans team tog sig an denna utmaning genom att introducera ett kemiskt redoxkopplat dialyssystem-en enhet som inte skiljer sig så mycket från en battericell. Metoden omfattar två oberoende styrbara kanaler för vassleavfallet och elektroderna, separerade av ett par jonbytarmembran. Su sa att processen möjliggör kontinuerlig avsaltning via en reversibel redoxreaktion.

"Vårt system återvinner värdefulla vassleproteiner utan risk för proteinaggregation eller denaturering, "Kim sa." Också, molekylstorleken hos redoxarter är större än membranporstorleken, vilket betyder att det inte kan korsa membranet för att förorena de renade proteinerna. Jag tror att det redoxförmedlade elektrodialyssystemet kan revolutionera livsmedelsindustrin genom att hantera kopplade miljö- och näringskriser. "

Under proteinreningsprocessen, positivt laddade natriumjoner rör sig från matningen till redoxkanalen och reduceras kemiskt vid den negativa elektroden. De negativt laddade kloridjonerna rör sig till redoxkanalen när de reducerade jonerna oxideras vid den positiva elektroden, vilket resulterar i en hållbar regenerering av redoxparet. Studien rapporterar att redoxkanalen kan bibehålla sin elektrolytkoncentration genom att släppa bort de borttagna jonerna till matningskanalen, och återvunnen natriumklorid kan återanvändas för att krydda ost, vilket gör det till en avfallsprocess.

"Anmärkningsvärt, prestationen för proteinrening och saltåtervinning bibehölls under flera cykler, visar enastående stabilitet och cykelbarhet, "Sa Su." Sammantaget vår redox-elektrokemiska process erbjuder en hållbar och elektrifierad plattform för återvinning av värdefulla proteiner från mejeriproduktionsavfall, med tänkt integration med förnybar el i framtiden. Vi hoppas att detta kommer att vara början på forskning om hållbar livsmedelsproduktion i allmänhet. "

Su är också anslutet till Beckman Institute for Advanced Science and Technology och civil- och miljöteknik i Illinois. Choonsoo Kim, vid Kongju National University i Sydkorea, och Jemin Jeon och Johannes Elbert, vid U. av I., bidragit också till studien.