Menos sal, más proteínas: Los investigadores abordan los problemas medioambientales y de sostenibilidad del procesamiento de productos lácteos
Los investigadores afirman que el alto contenido en sal del suero -la parte acuosa de la leche que queda tras la elaboración del queso- contribuye a convertirlo en uno de los subproductos más contaminantes de la industria alimentaria. En un nuevo estudio, los químicos demuestran el primer proceso electroquímico de desalinización redox utilizado en la industria alimentaria, que elimina y recicla hasta el 99% del exceso de sal del suero y, al mismo tiempo, refina más del 98% del valioso contenido proteínico del suero.
Una representación gráfica del nuevo método de procesamiento del suero.
Graphic courtesy Xiao Su
Según el Departamento de Agricultura de EE.UU., el consumo de queso se ha disparado en los últimos años, y las proyecciones estiman que seguirá creciendo. El estudio informa de que la producción de queso contribuye a aproximadamente el 83% del flujo total de residuos de la industria láctea. Este perjuicio para el medio ambiente, junto con la necesidad cada vez mayor de la población de contar con sistemas alimentarios sostenibles, inspiró al profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Xiao Su, a abordar este reto mediante tecnologías electroquímicas avanzadas.
El proceso de desalinización introducido en este estudio utiliza hasta un 73% menos de energía y funciona a un 62% del coste operativo asociado a los sistemas de desalinización convencionales, señalaron los investigadores. Los resultados del estudio dirigido por el estudiante de posgrado de Illinois Nayeong Kim se publican en la revista Chemical Engineering Journal.
"Aunque el exceso de suero de leche está plagado de varios problemas de residuos ambientales, la industria alimentaria también lo reconoce como una valiosa fuente de nutrientes", dijo Su. "Al desmineralizar las sales altamente concentradas de los residuos de suero de forma sostenible, podemos eliminar uno de los peligros medioambientales asociados al procesamiento de productos lácteos y, al mismo tiempo, desbloquear el acceso al valioso recurso proteico que se encuentra en los residuos de suero".
Su y su equipo abordaron este reto introduciendo un sistema de diálisis químico acoplado al redox, un dispositivo que no es muy diferente de una pila. El método consta de dos canales controlables independientemente para los residuos de suero y los electrodos, separados por un par de membranas de intercambio de iones. Su dijo que el proceso permite la desalinización continua mediante una reacción redox reversible.
"Nuestro sistema recupera las valiosas proteínas del suero sin riesgo de agregación o desnaturalización de la proteína", dijo Kim. "Además, el tamaño molecular de las especies redox es mayor que el tamaño de los poros de la membrana, lo que significa que no pueden atravesar la membrana y contaminar las proteínas purificadas. Creo que el sistema de electrodiálisis mediado por redox puede revolucionar la industria alimentaria al abordar las crisis medioambientales y nutricionales combinadas."
Durante el proceso de purificación de proteínas, los iones de sodio cargados positivamente se desplazan desde el alimento hasta el canal redox y se reducen químicamente en el electrodo negativo. Los iones de cloruro cargados negativamente se desplazan al canal redox cuando los iones reducidos se oxidan en el electrodo positivo, lo que da lugar a una regeneración sostenible del par redox. El estudio informa de que el canal redox puede mantener su concentración de electrolito liberando los iones eliminados al canal de alimentación, y el cloruro de sodio recuperado puede reutilizarse para sazonar el queso, lo que lo convierte en un proceso de residuo neto cero.
"Sorprendentemente, el rendimiento de la purificación de proteínas y la recuperación de sal se mantuvo a lo largo de múltiples ciclos, lo que demuestra una estabilidad y ciclabilidad extraordinarias", dijo Su. "En general, nuestro proceso redox-electroquímico ofrece una plataforma sostenible y electrificada para la recuperación de proteínas valiosas a partir de los residuos de la producción láctea, con una integración prevista con la electricidad renovable en el futuro. Esperamos que esto sea el inicio de la investigación sobre la fabricación sostenible de alimentos en general".
Su también está afiliada al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas y a la ingeniería civil y medioambiental de Illinois. Choonsoo Kim, de la Universidad Nacional de Kongju (Corea del Sur), y Jemin Jeon y Johannes Elbert, de la U. de I., también contribuyeron al estudio.
La Fundación Nacional de la Ciencia, el Instituto de Sostenibilidad, Energía y Medio Ambiente de la U. de I., la Facultad de Ciencias Químicas de Illinois y la Fundación Nacional de Investigación de Corea han apoyado esta investigación.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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