Les chercheurs affirment que la teneur élevée en sel du lactosérum - la partie aqueuse du lait laissée après la fabrication du fromage - contribue à en faire l'un des sous-produits les plus polluants de l'industrie agroalimentaire. Dans une nouvelle étude, des chimistes démontrent le premier procédé de dessalement redox électrochimique utilisé dans l'industrie alimentaire, éliminer et recycler jusqu'à 99 % de l'excès de sel du lactosérum tout en raffinant simultanément plus de 98 % de la teneur en protéines précieuses du lactosérum.

Selon le ministère américain de l'Agriculture, la consommation de fromage a explosé ces dernières années, et les projections estiment sa croissance continue. L'étude rapporte que la production de fromage contribue à environ 83 % du flux total de déchets dans l'industrie laitière. Ce préjudice environnemental, avec un besoin croissant de la population pour des systèmes alimentaires durables, a inspiré Xiao Su, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign, à relever ce défi en utilisant des technologies électrochimiques avancées.

Le procédé de dessalement introduit dans cette étude utilise jusqu'à 73 % d'énergie en moins et fonctionne à 62 % du coût d'exploitation associé aux systèmes de dessalement conventionnels, les chercheurs ont dit. Les résultats de l'étude menée par l'étudiant diplômé de l'Illinois Nayeong Kim sont publiés dans le Revue de génie chimique .

"Bien que l'excès de lactosérum soit ravagé par plusieurs problèmes de déchets environnementaux, l'industrie alimentaire le reconnaît également comme une source précieuse de nutriments, " a déclaré Su. " En déminéralisant les sels hautement concentrés dans les déchets de lactosérum de manière durable, nous pouvons éliminer l'un des risques environnementaux associés à la transformation des produits laitiers tout en libérant simultanément l'accès à la précieuse ressource protéique trouvée dans les déchets de lactosérum. »

Su et son équipe ont relevé ce défi en introduisant un système de dialyse à couplage redox chimique, un appareil qui n'est pas si différent d'une cellule de batterie. Le procédé comprend deux canaux contrôlables indépendamment pour les déchets de lactosérum et les électrodes, séparés par une paire de membranes échangeuses d'ions. Su a déclaré que le procédé permet un dessalement continu via une réaction d'oxydoréduction réversible.

"Notre système récupère les précieuses protéines de lactosérum sans risque d'agrégation ou de dénaturation des protéines, " dit Kim. " Aussi, la taille moléculaire des espèces redox est supérieure à la taille des pores de la membrane, ce qui signifie qu'il ne peut pas traverser la membrane pour contaminer les protéines purifiées. Je pense que le système d'électrodialyse à médiation redox peut révolutionner l'industrie alimentaire en s'attaquant aux crises environnementales et nutritionnelles couplées."

Au cours du processus de purification des protéines, les ions sodium chargés positivement se déplacent de l'alimentation vers le canal redox et deviennent chimiquement réduits à l'électrode négative. Les ions chlorure chargés négativement se déplacent vers le canal redox lorsque les ions réduits sont oxydés à l'électrode positive, résultant en une régénération durable du couple redox. L'étude rapporte que le canal redox peut maintenir sa concentration en électrolytes en libérant les ions éliminés dans le canal d'alimentation, et le chlorure de sodium récupéré peut être réutilisé pour assaisonner le fromage, ce qui en fait un processus zéro déchet.

"Remarquablement, les performances de purification des protéines et de récupération du sel ont été maintenues sur plusieurs cycles, démontrant une stabilité et une cyclabilité exceptionnelles, " dit Su. " Dans l'ensemble, notre procédé redox-électrochimique offre une plateforme durable et électrifiée pour la valorisation des protéines de valeur des déchets de production laitière, avec l'intégration envisagée avec l'électricité renouvelable à l'avenir. Nous espérons que ce sera le début de la recherche sur la fabrication alimentaire durable en général."

Su est également affilié au Beckman Institute for Advanced Science and Technology et au génie civil et environnemental de l'Illinois. Choonsoo Kim, à l'Université nationale de Kongju en Corée du Sud, et Jemin Jeon et Johannes Elbert, à l'U. de I., également contribué à l'étude.