Onderzoekers zeggen dat het hoge zoutgehalte van wei - het waterige deel van melk dat achterblijft na het maken van kaas - ertoe bijdraagt ​​dat het een van de meest vervuilende bijproducten in de voedselverwerkende industrie is. In een nieuwe studie, chemici demonstreren het eerste elektrochemische redox-ontziltingsproces dat wordt gebruikt in de voedingsindustrie, het verwijderen en recyclen van tot 99% van het overtollige zout uit whey terwijl tegelijkertijd meer dan 98% van het waardevolle eiwitgehalte van whey wordt verfijnd.

Volgens het Amerikaanse ministerie van landbouw, kaasconsumptie is de laatste jaren enorm gestegen, en prognoses schatten de aanhoudende groei ervan. Uit het onderzoek blijkt dat de kaasproductie bijdraagt ​​aan ongeveer 83% van de totale afvalstroom in de zuivelindustrie. Deze milieuschade, samen met een snel toenemende behoefte van de bevolking aan duurzame voedselsystemen, inspireerde de Universiteit van Illinois, Urbana-Champaign, professor in chemische en biomoleculaire engineering, Xiao Su, om deze uitdaging aan te gaan met behulp van geavanceerde elektrochemische technologieën.

Het in deze studie geïntroduceerde ontziltingsproces verbruikt tot 73% minder energie en functioneert tegen 62% van de bedrijfskosten die gepaard gaan met conventionele ontziltingssystemen, aldus de onderzoekers. De bevindingen van de studie onder leiding van de afgestudeerde student Nayeong Kim uit Illinois zijn gepubliceerd in de: Tijdschrift voor chemische technologie .

"Hoewel overtollige wei wordt geteisterd door verschillende milieuafvalproblemen, de voedingsindustrie erkent het ook als een waardevolle voedingsbron, Su zei. "Door de sterk geconcentreerde zouten in wei-afval op een duurzame manier te demineraliseren, we kunnen een van de milieurisico's die samenhangen met zuivelverwerking elimineren en tegelijkertijd toegang krijgen tot de waardevolle eiwitbron die wordt aangetroffen in wei-afval."

Su en zijn team gingen deze uitdaging aan door een chemisch redox-gekoppeld dialysesysteem te introduceren - een apparaat dat niet zo heel anders is dan een batterijcel. De methode omvat twee onafhankelijk regelbare kanalen voor het wei-afval en de elektroden, gescheiden door een paar ionenuitwisselingsmembranen. Su zei dat het proces continue ontzilting mogelijk maakt via een omkeerbare redoxreactie.

"Ons systeem wint waardevolle wei-eiwitten terug zonder het risico van eiwitaggregatie of denaturatie, ' zei Kim. 'Ook, de moleculaire grootte van redoxsoorten is groter dan de poriëngrootte van het membraan, wat betekent dat het niet over het membraan kan gaan om de gezuiverde eiwitten te besmetten. Ik geloof dat het redox-gemedieerde elektrodialysesysteem een ​​revolutie teweeg kan brengen in de voedingsindustrie door gekoppelde milieu- en voedingscrises aan te pakken."

Tijdens het eiwitzuiveringsproces, positief geladen natriumionen verplaatsen zich van de voeding naar het redoxkanaal en worden chemisch gereduceerd bij de negatieve elektrode. De negatief geladen chloride-ionen verplaatsen zich naar het redoxkanaal wanneer de gereduceerde ionen worden geoxideerd aan de positieve elektrode, resulterend in een duurzame regeneratie van het redoxpaar. De studie meldt dat het redoxkanaal zijn elektrolytconcentratie kan behouden door de verwijderde ionen aan het voedingskanaal af te geven, en teruggewonnen natriumchloride kan worden hergebruikt om kaas op smaak te brengen, waardoor het een afvalvrij proces is.

"Opmerkelijk, de prestatie van eiwitzuivering en zoutwinning werd gehandhaafd gedurende meerdere cycli, die uitstekende stabiliteit en cyclability aantonen, " zei Su. "Over het algemeen, ons redox-elektrochemische proces biedt een duurzaam en geëlektrificeerd platform voor het terugwinnen van waardevolle eiwitten uit zuivelproductieafval, met de beoogde integratie met hernieuwbare elektriciteit in de toekomst. We hopen dat dit het begin zal zijn van onderzoek naar duurzame voedselproductie in het algemeen."

Su is ook verbonden aan het Beckman Institute for Advanced Science and Technology en civiele en milieutechniek in Illinois. Choonsoo Kim, aan de Kongju National University in Zuid-Korea, en Jemin Jeon en Johannes Elbert, aan de U. van I., heeft ook meegewerkt aan het onderzoek.