Цель. Рассмотреть нанофильтрацию, как процесс мембранной технологии – направленной и управляемой фильтрации молочной сыворотки через специальные полупроницаемые перегородки (фильтры – мембраны) с размером пор 1-5 нм, осуществляемый при давлении 0,7-4,0 МПа с выделением частиц молекулярной массой 0,5-1,0 кДа.
Обсуждение. Нанофильтрация позволяет разделять молочную сыворотку, как систему, по размерам составляющих компонентов – микрочастиц и макромолекул. При этом из предварительно сепарированной, обработанной микрофильтрацией и ультрафильтрацией молочной сыворотки в наноконцентрат (ретентат) переходят практически все соединения молочной сыворотки, а в нанофильтрат (пермеат) – только одновалентные ионы минеральных солей и частично – некоторые органические кислоты. Нанофильтрация, в логистике молекулярно-ситового разделения молочной сыворотки, принимает эстафету от ультрафильтрации и является предвестником обратного осмоса. Теоретические основы процесса нанофильтрации разработаны на достаточно хорошем уровне. Базовым элементом процесса являются мембраны. На основании проведенных исследований можно рекомендовать процесс нанофильтрации для промышленной переработки соленой сыворотки на молочный сахар (лактозу) и для концентрирования молочной сыворотки и ее ультрафильтратов перед электродиализным или ионообменным обессоливанием. Нанофильтрация уже достаточно широко применяется при производстве высококачественной лактозы (молочного сахара). Значительный интерес представляет нанофильтрация творожной (кислой) сыворотки с целью концентрирования, деминерализации и сенсорики наноконцентрата для обогащения мороженого.
Заключение. Нанофильтрация совершенно обосновано может использоваться для переработки, в рамках Технологического Прорыва, универсального сельскохозяйственного сырья – на примере молочной сыворотки и ее ультрафильтратов – с целью концентрирования, направленной деминерализации, снижения уровня органических кислот и управления сенсорикой. Получаемый наноконцентрат (ретентат) может быть использован для масштабирования продуктов функционального назначения.
Abstract
Aim. Consideration nanofiltration as a process of membrane technology – directed and controlled filtration of whey through special semipermeable partitions (membrane filters) with a pore size of 1-5 nm, carried out at a pressure of 0.7-4.0 MPa with the release of particles with a molecular weight of 0.5-1.0 kDa.
Discussion. Nanofiltration allows you to separate the whey as a system by the size of the components – microparticles and macromolecules. In this case, from pre – separated, processed by microfiltration and ultrafiltration of whey to nanoconcentrate (retentate) pass almost all the compounds of whey, and in nanofiltrate (permeate) - only monovalent ions of mineral salts and partially some organic acids. Nanofiltration, in the logistics of molecular sieve separation of whey, takes over from ultrafiltration and is a harbinger of reverse osmosis. The theoretical foundations of the nanofiltration process are developed at a fairly good level. The basic element of the process is the membranes. Based on the conducted research, we can recommend the nanofiltration process for industrial processing of salted whey into milk sugar (lactose) and for concentrating whey and its ultrafiltrates before electrodialysis or ion exchange desalination. Nanofiltration is already widely used in the production of high-quality lactose (milk sugar). Considerable interest nanofiltration cottage cheese (acid) whey with the purpose of concentration, demineralization and sensory nanoconcrete for the enrichment of ice cream.
Conclusion. Nanofiltration can be quite reasonably used for processing, within the framework of the Technological Breakthrough, universal agricultural raw materials – for example, whey and its ultrafiltrates – for the purpose of concentration, directed demineralization, lowering the level of organic acids and controlling sensorics. The resulting nanoconcentrate (retentate) can be used to scale functional products.
1. Volodin D.N., Topalov V.K., Evdokimov I.A., Chablin B.V., Zhurko F.G. Application of baromembrane processes in dry product technology. Pererabotka moloka [Milk processing]. 2010, no. 8, pp. 30-32. (In Russian)
2. Gavrilov G.B., Prosekov A.Yu., Kravchenko E.F., Gavrilov B.G. Spravochnik po pererabotke molochnoj syvorotki. Tekhnologii, processy i apparaty, membrannoe oborudovanie [Handbook of whey processing. Technologies, processes and devices, membrane equipment]. Saint-Petersburg, Profession, 2015, 176 p. (In Russian)
3. Evdokimov I.A., Volodin D.N., Golovkina M.V., Zolotareva M.S., Topalov V.K., Anisimov S.V., Veziryan A.A., Klepker V.M., Anisimov G.S. Processing of raw milk by membrane methods. Molochnaya promyshlennost' [Dairy industry]. 2012, no. 2, pp. 34-37. (In Russian)
4. Zhidkov, V.E., Gornostaeva Z.V., Chernysheva Y.S. et al. Teoreticheskie i metodologicheskie osnovy kachestva i bezopasnosti prodovol'stvennyh tovarov: uchebnoe posobie [Theoretical and methodological bases of quality and safety of food products: textbook]. Stavropol, Service school, 2019, 108 p. (In Russian)
5. Zolotoryova M.S., Topalov M.S. Membrane processes in whey processing technology. Pererabotka moloka [Milk processing]. 2014, no. 5, pp. 10-12. (In Russian)
6. Levitskaya A.A., Khramtsov A.G., Anisimov S.V., Evdokimov I.A., Anisimov G.S. The possibility of implementing a strategic partnership between the ISS and NCFU on the complex federal project "Lactose +" within the framework of the national technology initiative. Vestnik SKFU [SKFU Bulletin]. 2017, no. 5, pp. 16-24. (In Russian)
7. Lipatov N.N., Maryin V.A., Fetisov E.A. Membrannye metody razdeleniya moloka i molochnyh produktov [Membrane methods for separating milk and milk products]. Moscow, Food Industry Publ., 1976, 68 p. (In Russian)
8. Tamim A.I. Membrannye tekhnologii v proizvodstve napitkov i molochnyh produktov [Membrane technologies in the production of beverages and dairy products]. Saint Petersburg, Profession, 2016, 420 p. (In Russian)
9. Chebotarev E.A., Khramtsov A.G., Novikov O.P. Separirovanie podsyrnoj syvorotki: obzornaya informaciya [Separation of cheese whey: overview information]. M., 1980, 22 p. (In Russian)
10. Schola S.S., Evdokimov I.A., Anisimov G.S., Dinyakov V.A. Nanofil'traciya i diafil'traciya uf-permeatov kak element nailuchshih dostupnyh tekhnologij molochnoj promyshlennosti [Nanofiltration and diafiltration of uv permeates as part of the best available dairy technology]. Materialy vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem «Sostoyanie i perspektivy razvitiya nailuchshih dostupnyh tekhnologij specializirovannyh produktov pitaniya», Omsk, 2019 [Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference with International Participation "State and Prospects for the Development of the Best Available Technologies for Specialized Food Products", Omsk, 2019]. Omsk, 2019, 459 p. (In Russian)
11. Shokhalova V.N. Razrabotka tekhnologii NF-koncentratov tvorozhnoj syvorotki i ih ispol'zovanie v proizvodstve morozhenogo: dis. … kand. tekhn. nauk [Development of technology for NF-concentrates of curd whey and their use in the production of ice cream]. Vologda-Molochnoe, 2020.179 p. (In Russian)
12. Al-Mutwalli Sama A., Dilaver Mehmet, Koseoglu-Imer Derya Y. Performance Evaluation of Ceramic Membrane on Ultrafiltration and Diafiltration Modes for Efficient Recovery of Whey Protein. Journal of Membrane Science and Research, 2020, no. 6, pp. 138-146. DOI: 10.22079/JMSR.2019.115152.1295
13. Baticle P., Kiefer C., Lakhchaf N., Larbot A., Leclerc O., Persin M. and Sarrazin J. Salt filtration on gamma alumina nanofiltration membranes fired at two different temperatures. J. Memb. Sci. Elsevier. 1997, vol. 135, no. 1, pp. 1-8.
14. Cassano A., Castro-Munoz R. and Conidi C. Current and Future Applications of Nanofiltration in Food Processing. In: Separation of Functional Molecules in Food by Membrane Technology. Spain, Zaragoza: University of Zaragoza, 2019, pp. 305-348. DOI: 10.1016/B978-0-12-815056-6.00009-7
15. Childress A.E., Elimelech M. Effect of solution chemistry on the surface charge of polymeric reverse osmosis and nanofiltration membranes. J. Memb. Sci. Elsevier. 1996, vol. 119, no. 2, pp. 253-268.
16. Cuartas-Uribe B. Nanofiltration of sweet whey and prediction of lactose retention as a function of permeate flux using the Kedem-Spiegler and Donnan Steric Partioning models. Sep. Purif. Technol. Elsevier. 2007, vol. 56, no. 1, pp. 38-46.
17. Dec B., Chojnowski W. Application of nanofiltration for demineralization and deaciditication of twarog acid whey. Pol. J. Natur. Sc. 2007, no. 22, pp. 320-332.
18. Horst H.C. Use of nanofiltration for concentration and demineralization in the dairy industry: Model for mass transport. Journal of Membrane Science. 1995, no. 104, pp. 205-218.
19. Roman A. Partial demineralization and concentration of acid whey by nanofiltration combined with diafiltration. Desalination. 2009, no. 241, pp. 288-295.
20. Suárez Álvarez Ernesto, Lobo Rodríguez Alberto, Álvarez Blanco Silvia, Riera Rodríguez Francisco Amador, Álvarez Fernández Ricardo Demineralization of whey and milk ultrafiltration permeate by means of nanofiltration. Desalination, 2009, vol. 241, no. 1-3, pp. 272-280. DOI: 10.1016/j.desal.2007.11.087
21. Suárez Sánchez Eva, Lobo Rodríguez Alberto, Álvarez, Silvia, Riera Rodríguez, Francisco Amador, Álvarez Fernández, Ricardo Partial demineralization of whey and milk ultrafiltration permeate by nanofiltration and pilot-plant scale. Desalination, 2006, no. 198, pp. 274-281. DOI: 10.1016/j.desal.2005.12.028
22. Wang Wen-qiong, Wa Yun-chao, Zhang Xiao-feng, Gu Rui-xia, Lu Mao-lin. Whey protein membrane processing methods and membrane fouling mechanism analysis. Food Chemistry, 2019, vol. 289, pp. 468-481. DOI: 10.1016/j.foodchem.2019.03.086
