Ученые Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ) предложили способ переработки пермеата нанофильтрации — жидкого побочного продукта, который образуется при производстве сухих молочных ингридиентов и составляет до 80% перерабатываемого молока.
Разработка, описанная в журнале Food and Humanity, позволяет разделить отходы на воду, пригодную для возврата в производственный цикл, и минеральный концентрат, обогащенный калием.
Технологию разработали в Центре биологического инжиниринга СКФУ. Концентрат будет использовать как заменитель поваренной соли в кисломолочных продуктах — это помогает выравнивать дисбаланс натрия и калия в рационе. Предложенный способ прошел тестирование на разных видах побочных продуктов и готов к внедрению на предприятиях, где процесс переработки совмещен с основным молочным производством.
При производстве сухих молочных ингредиентов — например сухой сыворотки и лактозы — около 80% исходного объёма уходит в отходы в виде водного раствора разных веществ. Долгое время пользы из этих огромных потоков извлечь не удавалось.
Старший научный сотрудник Центра биотехнологического инжиниринга СКФУ, кандидат технических наук Виталий Кравцов пояснил, что идея родилась из запроса конкретного молокоперерабатывающего предприятия, производившего отход — пермеат нанофильтрации молочного сырья. По его словам, разработка вписывается в современную отраслевую повестку, где ключевыми стали понятия устойчивого развития, экономики замкнутого цикла и «нулевого сброса жидких отходов».
«Сама нанофильтрация — сегодня базовая технология и для водоочистки, и для производства молочных ингредиентов: её поры настолько малы, что минеральные соли проходят сквозь мембрану избирательно, а кальций — потенциально самый ценный элемент молочной сыворотки — задерживается полностью. Один из важнейших ценных компонентов таких отходов — калий. В балансе с натрием он поддерживает множество процессов в организме, включая работу сердца. Но пропорция в рационе редко бывает правильной: натрий человек получает в избытке с солёными продуктами, а калия поступает заметно меньше», — пояснил Виталий Кравцов.
Для разделения потока исследователи применили обратный осмос. Раствор побочных продуктов под давлением выше 10 атмосфер пропускают через мембрану, которая задерживает даже низкомолекулярные вещества — органические кислоты, сахара и соли, — а в основном пропускает воду.
Технологию протестировали на разных видах побочных продуктов: оказалось, что за час можно переработать десятки кубометров отходов, а вода на выходе содержит менее 0,02% сухого остатка. Её можно возвращать в производственный цикл прямо на месте, снижая водопотребление завода; пригодна она и для питья.
По словам Кравцова, установки обратного осмоса, давно применяемые в пищевой промышленности, подходят для этого процесса: в них входит комплект мембранных элементов со свёрнутыми в спирали мембранами площадью от нескольких десятков до нескольких сотен квадратных метров. Процесс идёт непрерывно, а его длительность ограничена лишь объёмом перерабатываемых отходов и ежедневными профилактическими мойками. Отдельный плюс — вода не требует доочистки.
Оставшийся после фильтрации жидкий минеральный концентрат учёные предлагают возвращать в продукты вместо части поваренной соли — чтобы выравнивать баланс калия и натрия в рационе. Подход уже опробовали при производстве айрана: концентратом удалось заменить до половины соли без заметного ухудшения вкуса. В перспективе добавку можно применять и в других кисломолочных продуктах, где соли много.
Вторая задача — сбыт. В промышленных масштабах объём минерального концентрата может достигать десятков тонн в сутки, поэтому рынок для продукции с такой добавкой нужно формировать заранее. Результаты уже передали индустриальному партнёру — Молочному комбинату «Ставропольский».
«Что касается молочного минерального концентрата как заменителя соли, то здесь сохраняется обширное поле для экспериментов с самыми разными продуктами. Но для практической реализации технологии важно, чтобы процесс изготовления нового продукта был совмещён с основным молочным производством. Это сильно сужает круг предприятий, где можно запустить подобный проект», — отметил Виталий Кравцов.
В дальнейшем учёные рассматривают целую линейку продуктов с таким концентратом — не только кисломолочные напитки, но и, например, соусы и изотоники.
Исследование выполнено в рамках проекта Российского научного фонда под руководством доктора технических наук, члена-корреспондента РАН Ивана Евдокимова.
