Ученые превратили молочные отходы в воду и полезные минералы

На заводах при производстве молочных ингредиентов, например, сухой сыворотки и лактозы, образуется большое количество отходов, которые больше нигде не используются. Они составляют около 80% от исходного молочного сырья, и это значит, что огромные его объемы выбрасываются впустую. Молочные отходы представляют собой воду, содержащую разнообразные соединения: органические кислоты, мочевину, аммоний и другие. Среди них есть и полезные минералы, необходимые человеческому организму, в числе которых особенно важен калий. Дело в том, что для правильной работы сердца и других органов важно поддерживать определенное соотношение натрия и калия. Первый элемент люди в избытке получают с солеными продуктами, тогда как источников калия гораздо меньше. Поэтому часто баланс этих элементов нарушается.

Ученые из Северо-Кавказского федерального университета (Ставрополь) предложили метод получения чистой воды и минерального концентрата из отходов молочных производств с помощью технологии обратного осмоса. Это подход, при котором раствор продавливают через мембрану, пропускающую преимущественно воду и задерживающую более крупные молекулы: соли, сахара и органические кислоты. В отличие от обычных бытовых фильтров, такие мембраны работают под высоким давлением (в десятки раз выше атмосферного).

Авторы пропустили через такую установку несколько вариантов молочных отходов при разных давлениях — от 8 до 55 атмосфер. Оказалось, что технология обратного осмоса позволяет очищать десятки кубических метров отходов в час. Полученная после очистки вода содержала менее 0,02% сухого остатка, и такая степень чистоты позволяет повторно использовать ее в технологическом процессе переработки молока. 

Пилотная установка мембранной фильтрации. Источник: Виталий Кравцов / Из личного архива

Авторы проанализировали химический состав жидкости, которая не смогла пройти сквозь мембрану и содержала в высоких концентрациях все вещества, что изначально были в молочных отходах. Оказалось, что этот концентрат особенно богат полезными элементами — в первую очередь калием. Поэтому авторы решили использовать такой раствор в качестве частичного заменителя поваренной соли при приготовлении кисломолочного напитка айрана. Это позволило уменьшить количество натрия, содержащегося в поваренной соли, на ионы более дефицитного калия и тем самым сделать продукт полезнее.

Исследователи обнаружили, что до половины поваренной соли в составе айрана можно заменить на минеральный концентрат без ощутимых изменений во вкусе напитка. Это говорит о том, что потенциально продукт очистки молочных отходов можно будет использовать для улучшения состава кисломолочных продуктов, стандартно содержащих большое количество поваренной соли.

«С помощью нашей технологии молочные предприятия смогут не только сократить количество отходов и сэкономить на водоснабжении, но и создавать новые кисломолочные продукты с пониженным содержанием натрия. Однако для этого нужно будет решить вопрос масштабирования: объем минерального концентрата, получаемый на заводе в результате переработки, может достигать десятков тонн в сутки, что требует устойчивого рынка сбыта продуктов, обогащенных этим ингредиентом. В дальнейшем мы планируем получить на базе концентрата минералов молока линейку продуктов, среди которых могут быть другие кисломолочные напитки, соусы, изотоники. Кроме того, нам предстоит решить вопросы, связанные с внедрением продуктов переработки молочных отходов в промышленное производство: например, нужно обеспечить должную стабильность воды молочного происхождения при хранении на предприятиях», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Иван Евдокимов, доктор технических наук, заведующий базовой кафедрой технологии молока и молочных продуктов факультета пищевой инженерии и биотехнологий имени академика А.Г. Храмцова СКФУ.