I ricercatori affermano che l'alto contenuto di sale del siero di latte, la parte acquosa del latte lasciata dopo la produzione del formaggio, contribuisce a renderlo uno dei sottoprodotti più inquinanti nell'industria alimentare. In un nuovo studio, i chimici dimostrano il primo processo di desalinizzazione elettrochimica redox utilizzato nell'industria alimentare, rimuovendo e riciclando fino al 99% del sale in eccesso dal siero di latte e contemporaneamente raffinando oltre il 98% del prezioso contenuto proteico del siero.

Secondo il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, il consumo di formaggio è aumentato vertiginosamente negli ultimi anni, e le proiezioni stimano la sua continua crescita. Lo studio riporta che la produzione di formaggio contribuisce a circa l'83% del flusso totale di rifiuti nell'industria lattiero-casearia. Questo danno ambientale, insieme a un bisogno in rapido aumento della popolazione di sistemi alimentari sostenibili, ha ispirato Xiao Su, professore di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign, ad affrontare questa sfida utilizzando tecnologie elettrochimiche avanzate.

Il processo di desalinizzazione introdotto in questo studio utilizza fino al 73% in meno di energia e funziona al 62% del costo operativo associato ai sistemi di dissalazione convenzionali, hanno detto i ricercatori. I risultati dello studio condotto dallo studente laureato dell'Illinois Nayeong Kim sono pubblicati nel Giornale di ingegneria chimica .

"Sebbene l'eccesso di siero di latte sia afflitto da diversi problemi di rifiuti ambientali, l'industria alimentare lo riconosce anche come una preziosa fonte di nutrienti, " Su ha detto. "Demineralizzando i sali altamente concentrati nei rifiuti di siero di latte in modo sostenibile, possiamo eliminare uno dei rischi ambientali associati alla lavorazione del latte e contemporaneamente sbloccare l'accesso alla preziosa risorsa proteica che si trova nei rifiuti di siero di latte".

Su e il suo team hanno affrontato questa sfida introducendo un sistema di dialisi accoppiato con ossidoriduzione chimica, un dispositivo che non è poi così diverso da una cella di batteria. Il metodo comprende due canali controllabili indipendentemente per i rifiuti di siero di latte e gli elettrodi, separati da una coppia di membrane a scambio ionico. Su ha affermato che il processo consente la desalinizzazione continua tramite una reazione redox reversibile.

"Il nostro sistema recupera preziose proteine ​​del siero di latte senza il rischio di aggregazione o denaturazione proteica, " Kim ha detto. "Inoltre, la dimensione molecolare delle specie redox è maggiore della dimensione dei pori della membrana, il che significa che non può attraversare la membrana per contaminare le proteine ​​purificate. Credo che il sistema di elettrodialisi mediato da redox possa rivoluzionare l'industria alimentare affrontando le crisi ambientali e nutrizionali accoppiate".

Durante il processo di purificazione delle proteine, ioni di sodio caricati positivamente si spostano dall'alimentazione al canale redox e si riducono chimicamente all'elettrodo negativo. Gli ioni cloruro caricati negativamente si spostano nel canale redox quando gli ioni ridotti vengono ossidati all'elettrodo positivo, con conseguente rigenerazione sostenibile della coppia redox. Lo studio riporta che il canale redox può mantenere la sua concentrazione di elettroliti rilasciando gli ioni rimossi nel canale di alimentazione, e il cloruro di sodio recuperato può essere riutilizzato per condire il formaggio, rendendolo un processo a zero rifiuti.

"Sorprendentemente, le prestazioni della purificazione delle proteine ​​e del recupero del sale sono state mantenute su più cicli, dimostrando eccezionale stabilità e ciclabilità, "Su ha detto. "Nel complesso, il nostro processo elettrochimico redox offre una piattaforma sostenibile ed elettrificata per il recupero di preziose proteine ​​dagli scarti della produzione casearia, con l'integrazione prevista con l'elettricità rinnovabile in futuro. Speriamo che questo sia l'inizio della ricerca sulla produzione alimentare sostenibile in generale".

Su è anche affiliato al Beckman Institute for Advanced Science and Technology e all'ingegneria civile e ambientale dell'Illinois. Choonsoo Kim, alla Kongju National University in Corea del Sud, e Jemin Jeon e Johannes Elbert, presso l'Università di I., anche contribuito allo studio.