研究人员表示，乳清的高盐含量——奶酪制作后留下的牛奶的含水部分——有助于使其成为食品加工业中污染最严重的副产品之一。在一项新研究中，化学家展示了食品工业中使用的第一个电化学氧化还原脱盐工艺，从乳清中去除和回收多达 99% 的多余盐分，同时精炼乳清中 98% 以上的有价值的蛋白质含量。
据美国农业部称，近年来奶酪消费量猛增，预计其将持续增长。该研究报告称，奶酪生产约占乳制品行业总废物流的 83%。这种环境损害以及人口对可持续食品系统的需求迅速增加，激发了伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学和生物分子工程教授肖苏使用先进的电化学技术应对这一挑战。
研究人员表示，本研究中引入的海水淡化过程使用的能源和功能最多可减少 73%，而与传统海水淡化系统相关的运营成本仅为 62%。由伊利诺伊州研究生 Nayeong Kim 领导的研究结果发表在《化学工程杂志》上。
“尽管过量的乳清会受到一些环境废物问题的困扰，但食品行业也将其视为一种宝贵的营养来源，”苏说。“通过以可持续的方式对乳清废物中的高浓度盐进行脱矿质，我们可以消除与乳制品加工相关的环境危害之一，同时释放对乳清废物中有价值的蛋白质资源的获取。”
Su 和他的团队通过引入化学氧化还原耦合透析系统来应对这一挑战——这种设备与电池并没有什么不同。该方法包括用于乳清废物和电极的两个独立可控通道，由一对离子交换膜隔开。苏说，该过程允许通过可逆氧化还原反应连续脱盐。
“我们的系统可以回收有价值的乳清蛋白，而没有蛋白质聚集或变性的风险，”Kim 说。“此外，氧化还原物质的分子大小大于膜孔径，这意味着它不能穿过膜污染纯化的蛋白质。我相信氧化还原介导的电渗析系统可以解决环境和营养危机，从而彻底改变食品行业。”
在蛋白质纯化过程中，带正电荷的钠离子从进料中移动到氧化还原通道，并在负极发生化学还原。当被还原的离子在正极被氧化时，带负电荷的氯离子移动到氧化还原通道，导致氧化还原对的可持续再生。该研究报告说，氧化还原通道可以通过将去除的离子释放到进料通道来保持其电解质浓度，回收的氯化钠可以重新用于调味奶酪，使其成为净零废物过程。
“值得注意的是，蛋白质纯化和盐回收的性能在多个循环中保持不变，表现出出色的稳定性和可循环性，”苏说。“总的来说，我们的氧化还原电化学工艺为从乳制品生产废料中回收有价值的蛋白质提供了一个可持续的电气化平台，并在未来与可再生电力相结合。我们希望这将成为可持续食品制造研究的开始。”
