Los investigadores dicen que el alto contenido de sal del suero, la parte acuosa de la leche que queda después de la elaboración del queso, ayuda a convertirlo en uno de los subproductos más contaminantes en la industria de procesamiento de alimentos. En un nuevo estudio, los químicos demuestran el primer proceso de desalación electroquímica redox utilizado en la industria alimentaria, eliminar y reciclar hasta el 99% del exceso de sal del suero y, al mismo tiempo, refinar más del 98% del valioso contenido de proteína del suero.

Según el Departamento de Agricultura de EE. UU., el consumo de queso se ha disparado en los últimos años, y las proyecciones estiman su continuo crecimiento. El estudio informa que la producción de queso contribuye a aproximadamente el 83% del flujo total de residuos en la industria láctea. Este detrimento ambiental, junto con una población en rápido crecimiento que necesita sistemas alimentarios sostenibles, Xiao Su, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, inspiró a abordar este desafío utilizando tecnologías electroquímicas avanzadas.

El proceso de desalación presentado en este estudio utiliza hasta un 73% menos de energía y funciona al 62% del costo operativo asociado con los sistemas de desalación convencionales. dijeron los investigadores. Los hallazgos del estudio dirigido por el estudiante graduado de Illinois Nayeong Kim se publican en el Revista de Ingeniería Química .

"Aunque el exceso de suero se ve afectado por varios problemas de desechos ambientales, la industria alimentaria también lo reconoce como una valiosa fuente de nutrientes, "Su dijo." Al desmineralizar las sales altamente concentradas en los desechos de suero de una manera sostenible, podemos eliminar uno de los peligros ambientales asociados con el procesamiento de productos lácteos y, al mismo tiempo, desbloquear el acceso al valioso recurso proteico que se encuentra en los desechos del suero ".

Su y su equipo abordaron este desafío introduciendo un sistema de diálisis químico redox acoplado, un dispositivo que no es tan diferente de una celda de batería. El método comprende dos canales controlables independientemente para los desechos de suero y los electrodos, separados por un par de membranas de intercambio iónico. Su dijo que el proceso permite la desalinización continua a través de una reacción redox reversible.

"Nuestro sistema recupera valiosas proteínas de suero sin riesgo de agregación o desnaturalización de proteínas, "Dijo Kim." Además, el tamaño molecular de las especies redox es mayor que el tamaño de los poros de la membrana, lo que significa que no puede cruzar la membrana para contaminar las proteínas purificadas. Creo que el sistema de electrodiálisis mediado por redox puede revolucionar la industria alimentaria al abordar las crisis ambientales y nutricionales asociadas ".

Durante el proceso de purificación de proteínas, Los iones de sodio cargados positivamente se mueven desde la alimentación al canal redox y se reducen químicamente en el electrodo negativo. Los iones de cloruro cargados negativamente se mueven al canal redox cuando los iones reducidos se oxidan en el electrodo positivo, resultando en una regeneración sostenible de la pareja redox. El estudio informa que el canal redox puede mantener su concentración de electrolitos liberando los iones eliminados al canal de alimentación, y el cloruro de sodio recuperado se puede reutilizar para condimentar el queso, convirtiéndolo en un proceso de desperdicio neto cero.

"Notablemente, el rendimiento de la purificación de proteínas y la recuperación de sales se mantuvo durante múltiples ciclos, demostrando estabilidad y ciclabilidad sobresalientes, "Su dijo". En general, nuestro proceso redox-electroquímico ofrece una plataforma sostenible y electrificada para la recuperación de proteínas valiosas de los residuos de producción láctea, con la integración prevista con electricidad renovable en el futuro. Esperamos que este sea el comienzo de la investigación sobre la fabricación de alimentos sostenibles en general ".

Su también está afiliado al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas e ingeniería civil y ambiental en Illinois. Choonsoo Kim, en la Universidad Nacional de Kongju en Corea del Sur, y Jemin Jeon y Johannes Elbert, en la U. de I., también contribuyó al estudio.