Молочная сыворотка — побочный продукт, возникающий при изготовлении сыра, творога и других молочных изделий. Из каждой тонны перерабатываемого молока получается около 80–85% сыворотки и всего 15–20% готовой продукции.
Проблема заключается в том, что современная переработка и правильная утилизация сыворотки требуют значительных ресурсов и затрат. Для превращения сыворотки в полезный ингредиент, используемый, скажем, в детских смесях или спортивном питании, необходима сложная обработка, которая включает процесс электродиализа. Этот метод широко применяют в молочной индустрии для удаления из сыворотки минеральных веществ.
Экономия и экология
Кубанские ученые предложили решение, позволяющее сократить затраты на переработку. Как рассказал «Деловой газете.Юг» доцент кафедры физической химии Кубанского государственного университета Михаил Порожный, ученые вуза разработали мембраны для электродиализного аппарата, которые значительно повышают эффективность процесса и позволяют получить молочную сыворотку высокой степени деминерализации.
Как пояснил ученый, применяемая сегодня технология электродиализа имеет существенный недостаток: образуется значительное количество минеральных осадков, эти отложения снижают производительность оборудования и ухудшают общую эффективность процесса переработки.
Кубанские ученые разработали для перерабатывающего оборудования устойчивые к образованию осадков мембраны. Как подчеркнул представитель вуза, внедрение данной разработки поможет решить сразу две проблемы молочного производства: снизить затраты и уменьшить нагрузку на окружающую среду.
В частности, по данным экспертов концерна «Кизельманн Рус», тонна сброшенной в воду сыворотки по наносимому природе ущербу сопоставима с 80 тоннами бытовых канализационных стоков.
«Производство молока и молочных продуктов ежегодно увеличивается, соответственно растет объем образующейся молочной сыворотки. Сама по себе молочная сыворотка представляет серьезную экологическую проблему, поскольку ее сброс в окружающую среду без предварительной очистки оказывает негативное воздействие на природу. Законодательство в этой области становится все строже, обязывая предприятия находить эффективные способы утилизации и переработки молочной сыворотки», – пояснил ученый.
По словам Михаила Порожного, молочная сыворотка обладает значительным потенциалом: она богата ценными компонентами, такими как белки, аминокислоты. Продукт с высокой степенью деминерализации используется для производства заменителей грудного молока, детского питания, спортивного питания и др.
Возвращая сыворотку обратно в производственный цикл, предприятия получают дополнительное сырье, которое позволяет расширить ассортимент выпускаемой продукции. Таким образом, сыворотка перестает быть проблемой загрязнения окружающей среды, снижая экологический след предприятий.
фото: Михаил Порожный
Решение в устойчивости
Как пояснил Михаил Порожный, исследования показали, что главным фактором, определяющим интенсивность образования осадков на мембране, являются физико-химические характеристики ее поверхности.
Основываясь на полученных результатах, ученые предложили улучшить мембраны за счет нанесения особого покрытия, состоящего из заряженного полимера и наночастиц диоксида кремния и титана. Это покрытие предотвращает образование осадка и повышает эффективность электродиализа.
«Это исследование продолжает наши предыдущие разработки. Ранее нами был запатентован состав мембраны с особым поверхностным слоем, содержащим частицы оксида титана. Сейчас мы усовершенствовали технологию, применив новые специально синтезированные частицы, обладающие еще большей эффективностью. Фактически, это развитие нашего прежнего изобретения, разница состоит исключительно в типе используемых частиц», — уточнил Михаил Порожный.
фото: Михаил Порожный
От тестов к производству
Сегодня проект находится на завершающем этапе. По словам ученого, все нужные компоненты и покрытие подобраны, осталось добиться устойчивости мембран при их серийном производстве.
«Наша мембрана успешно прошла испытания в лабораторных условиях, доказав свою эффективность при обработке модельных растворов, имитирующих состав молочной сыворотки. Однако теперь крайне важно убедиться, что эта мембрана сохранит заявленные качества при работе с реальной молочной сывороткой. Главное здесь — стабильность композитного слоя, ведь наша мембрана многослойна. Необходимо провести опыты, чтобы подтвердить, что это покрытие выдержит эксплуатацию в течение месяцев и даже лет. Пока полученные результаты обнадеживают, однако окончательно удостовериться в долговечности покрытия можно только в рамках долгосрочных испытаний. Технология практически готова, осталось завершить тестирование, чтобы уверенно выводить разработку на массовое производство», — отметил Михаил Порожный.
Он добавил, что на базе КубГУ работает технопарк и НИИ «Мембран», которые в дальнейшем могут обеспечить помощь в производстве новых мембран на старте.
По словам Михаила Порожного ученные КубГУ разрабатывают и другие инновационные подходы, направленные на решение проблемы осадкообразования при переработке молочной сыворотки. Так, коллектив кафедры физической химии вуза впервые предложил целенаправленно добавлять в камеры электродиализных аппаратов ингибиторы солеотложений. В результате удалось добиться высокой устойчивости к образованию осадков при длительном процессе. Эти исследования проводятся при финансовой поддержке Кубанского научного фонда.
Ученые надеются сделать технологию электродиализа привлекательнее для предприятий молочного дела Кубани и вовлечь больше молочной сыворотки в переработку.
Артем Слетков