Цель

Рассмотреть процесс бароэлектромембранной технологии – электродиализ – направленная и управляемая обработка молочной сыворотки и ее фильтратов (пермеатов) с целью деминерализации для снижения зольности. Электродиализ, практически реализованный в молочной отрасли всего мира (в т.ч. и нашей стране), позволяет осуществить Технологический Прорыв в области широкомасштабного применения молочной сыворотки в пищевых целях и кормовых средствах нового поколения.

Обсуждение

В системе молекулярно-ситового разделения электродиализ занимает особое самостоятельное место (позицию) для обработки всех видов молочной сыворотки нативной, как правило, после обезжиривания и удаления «казеиновой пыли», и ее МФ-, УФ-, НФ-, ДФ-фильтратов (пермеатов). При производстве молочного сахара, особенно высокого качества – пищевой и фармакопейной лактозы, деминерализация наноконцентратов является неотъемлемой частью процесса подготовки исходного сырья к кристаллизации и/или распылительной сушке пересыщенных сиропов.

Заключение

В целом получение сухой деминерализованной молочной сыворотки и пермеатов практически немыслимо (из-за высокой зольности) без операции деминерализации электродиализом, начиная с «порога» нанофильтрации 20%.

---

Aim

Consideration of the process of pressure driven membrane technology such as electrodialysis – targeted and operable whey and whey permeate treatment with an aim of demineralization and ash concentration reduction. Electrodialysis use in dairy industry all over the world (as well as in Russia) and allows implementing technological breakthrough in the area of widespread whey application for food and feed supplements of new generation.

Discussion

Consideration of the process of pressure driven membrane technology such as electrodialysis – targeted and operable whey and whey permeate treatment with an aim of demineralization and ash concentration reduction. Electrodialysis use in dairy industry all over the world (as well as in Russia) and allows implementing technological breakthrough in the area of widespread whey application for food and feed supplements of new generation.

Conclusion

In general, production of dry demineralized whey and its permeates is practically impossible without demineralization by a method of electrodialysis due to high ash concentration.

А. Г. Храмцов

Северо-Кавказский федеральный университет 355009, Россия, Ставрополь, ул. Пушкина, д. 1

Андрей Г. Храмцов, доктор технических наук, профессор, академик РАН, профессор-консультант кафедры прикладной биотехнологии

E-mail: akhramtcov@ncfu.ru; тел. 89624477823

 

---

About the Authors

A. G. Khramtsov

North-Caucasus Federal University Stavropol, Russian Federation

Andrey G. Khramtsov, Dr Technical Sci., Professor, Academician of RAS and Professor-consultant of the Department of Applied Biotechnology

E-mail: akhramtcov@ncfu.ru; тел. +79624477823

1. Синельников Б.М., Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Рябцева С.А., Серов А.В. Лактоза и её производные. СПб.: Профессия, 2007. 768 с.

2. Храмцов А.Г. Новации молочной сыворотки. СПб.: Профессия, 2016. 490 с.

3. Hu K., Dickson J. Membrane Processing for Dairy Ingredient Separation. Chichester, West Sussex, UK: IFT Press Wiley Blackwell, 2015. 296 p. https://doi.org/10.1002/9781118590331.

4. Talebi S., Kee E., Chen G.Q., Bathurst K., Kentish S.E. Utilisation of salty whey ultrafiltration permeate with electrodialysis // International Dairy Journal. 2019. Vol. 99. 104549. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2019.104549.

5. Пономарёв А.Н., Полянский К.К., Ключников А.И. Основные направления мембранных технологий при переработке молочной продукции. Воронеж: Исток, 2011. 390 с.

6. Chen G.Q., Weeks M., Kentish S., Eschibach F.I., Gras S. Removal of lactic acid from acid whey using electrodialysis // Separation and Purification Technology. 2015. Vol. 158. P. 230-237.

7. Kravtsov V.A., Kulikova I.K., Bessonov A.S., Evdokimov I.A. Feasibility of using electrodialysis with bipolar membranes to deacidify acid whey // International Journal of Dairy Technology. 2020. Vol. 73. P. 261-269. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12637.

8. Гаврилов Г.Б., Просеков А.Ю., Кравченко Э.Ф., Гаврилов Б.Г. Справочник по переработке молочной сыворотки. Технологии, процессы и аппараты, мембранное оборудование. СПб: ИД Профессия, 2015. 176 с.

9. Lazarev V.A., Pastushkova Ye.V., Chugunova O.V. Zero Waste Membrane Technology for Whey Processing // Indian Journal of Science and Technology. 2016. Vol. 9, iss. 27. P. 1-10. https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i27/97697.

10. Липатов Н.Н., Марьин В.А., Фетисов Е.А. Мембранные методы разделения молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1976. 168 с.

11. Cassano A., Castro-Munoz R., Conidi C. Current and future applications of nanofiltration in food processing // Separation of Functional Molecules in Food by Membrane Technology. Spain, Zaragoza: University of Zaragoza, 2019. P. 305-348. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815056-6.00009-7.

12. De Boer R., Hiddink J. Membrane processes in the dairy industry // Desalination. 1980. Vol. 35. P. 169-192. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(00)88609-9.

13. Храмцов А.Г. Феномен молочной сыворотки. СПб.: Профессия, 2011. 804 с.

14. Noel R. A Method of processing whey for demineralization purposes comprising an ion exchange step followed by either electrodialysis or nanofiltration. Patent NZ504393. 2001.

15. Гребенюк В.Д. Электродиализ. Киев, 1976. 160 с.

16. Деминерализация методом электродиализа. М.: Госатомиздат, 1963. 351 с.

17. Nikonenko V.V., Urtenov M.Kh., Kovalenko A.V., Pismenskaya N.D. Desalination at overlimiting currents: State-of-the-art and perspectives // Desalination. 2014. Vol. 342. P. 85-106. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.01.008.

18. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. М.: Химия, 1986. 217 с.

19. Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Варданян Г.С., Терновой А.И. Деминерализация лактозосодержащего сырья методом электродиализа. М.: АгроНИИТЭИММП, 1992. 32 с.

20. Chandrapala J., Vasiljevic T. Properties of spray dried lactose powders influenced by presence of lactic acid and calcium // J. Food Eng. 2017. Vol. 198. P. 63-71.

21. Храмцов А.Г., И.А. Евдокимов, Г.С. Варданян и др. Перспективы переработки соленой сыворотки на молочный сахар с применением электродиализа // АгроНИИТЭИММП. Сер. Молочная промышленность. 1991. Вып. 10. С. 18-22.

22. Merkel A., Ashrafi A. An investigation on the application of pulsed electrodialysis reversal in whey desalination // Int. J. Mol. Sci. 2019. Vol. 20, no. 8. 1918. https://doi.org/10.3390/ijms20081918.

23. Dufton G., Mikhaylin S., Gaaloul S., Bazinet L. How electrodialysis configuration influences acid whey deacidification and membrane scaling // Journal of Dairy Science. 2018. Vol. 101, iss. 9. P. 7833-7850. https://doi.org/10.3168/jds.2018-14639.

24. Левитская А.А., Анисимов С.В., Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Анисимов Г.С., Артамонов И.Б. Реализация стратегического партнерства молочного комбината «Ставропольский» и Северо-Кавказского федерального университета по комплексному федеральному проекту «Лактоза» в рамках национальной технологической инициативы // Вестник СКФУ. 2017. № 5 (62). С. 16-24.

25. Левитская А.А., Анисимов С.В., Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Анисимов Г.С. Организационные и научно-технические предпосылки комплексного федерального проекта по получению и применению высококачественной лактозы – природного пребиотика животного происхождения // Материалы международной научно-практической конференции «Молекулярно-генетические и биотехнологические основы получения и применения синтетических и природных биологически активных веществ (Нарочанские чтения – 11)», Минск-Ставрополь, 20-23 сентября, 2017. С. 238-243.

26. Кулинцов П.И., Кулинцов П.П., Воробьева О.В. Электродная камера электродиализатора. Патент РФ № 187322. 2019.

27. Евдокимов И.А., Шрамко М.И., Анисимов Г.С. Разработка и внедрение технологии лактозы для пищевой и фармацевтической промышленности // Инфекция, иммунитет и фармакология. 2019. № 2.

28. Евдокимов И.А., Толмачёв Л.И., Кравцов В.А. Технология и оборудование MTLT для деминерализации лактозосодержащего сырья с повышенным содержанием сухих веществ // Переработка молока. 2019. № 7. С. 6-9.

29. Анисимов Г.С. Совершенствование технологии производства сухой деминерализованной творожной сыворотки: дис. … канд. техн. наук: 05.18.04 / Анисимов Георгий Сергеевич. Ставрополь, 2013. 183 с.

30. Донских А.Н. Разработка альтернативных технологий производства деминерализованной творожной сыворотки: дис. … канд. техн. наук: 05.18.04 / Александр Николаевич Донских. Ставрополь, 2013. 192 с.

31. Евдокимов И.А., Золотарёва М.С., Володин Д.Н., Храмцов А.Г. Импортозамещающая технология сухой деминерализованной молочной сыворотки масштабирована в отрасли // Молочная промышленность. 2014. № 11. С. 59-60.

32. Евдокимов И.А., Володин Д.Н., Сомов В.С., Чаблин Б.В., Михнева В.А., Золотарева М.С. Мембранные технологии в молочном производстве // Молочная промышленность. 2013. № 9. С. 25-26.

33. Евдокимов И.А., Володин Д.Н., Головкина М.В., Золотарева М.С., Топалов В.К., Анисимов С.В., Везирян А.А., Клепкер В.М., Анисимов Г.С. Обработка молочного сырья мембранными методами // Молочная промышленность. 2012. № 2. С. 34-37.

34. Золотарёва М.С., Топалов В.К. Мембранные процессы в технологии переработки сыворотки // Переработка молока. 2014. № 4. С. 10-12.

35. Золотарёва М.С., Володин Д.Н., Бессонов А.С., Топалов В.К. Электродиализ – наиболее эффективный процесс деминерализации молочной сыворотки // Молочная промышленность. 2014. № 3. С. 37-38.

References

1. Sinelnikov B.M., Khramtsov A.G., Evdokimov I.A., Ryabtseva S.A., Serov A.V. Laktoza i eyo proizvodnye [Lactose and its derivatives]. St. Petersburg, Profession Publ.; 2007. 768 p. (In Russ.).

2. Khramtsov A.G. Novacii molochnoj syvorotki [Whey innovations]. St. Petersburg, Profession Publ.; 2016. 490 p. (In Russ.).

3. Hu K., Dickson J. Membrane Processing for Dairy Ingredient Separation. Chichester, West Sussex, UK: IFT Press Wiley Blackwell; 2015. 296 p. https://doi.org/10.1002/9781118590331.

4. Talebi S., Kee E., Chen G.Q., Bathurst K., Kentish S.E. Utilisation of salty whey ultrafiltration permeate with electrodialysis. International Dairy Journal. 2019;(99):104549. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2019.104549.

5. Ponomarev A.N., Klyuchnikov A.I., Polyansky K.K. Osnovnye napravleniya mem-brannyh tekhnologij pri pererabotke molochnoj produkcii [The main directions of membrane technologies in the processing of dairy products: monograph]. Voronezh, Istok Publ.; 2011. 390 p. (In Russ.).

6. Chen G.Q., Weeks M., Kentish S., Eschibach F.I., Gras S. Removal of lactic acid from acid whey using electrodialysis. Separation and Purification Technology. 2015;(158):230-237.

7. Kravtsov V.A., Kulikova I.K., Bessonov A.S., Evdokimov I.A. Feasibility of using electrodialysis with bipolar membranes to deacidify acid whey. International Journal of Dairy Technology. 2020;(73):261-269. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12637.

8. Gavrilov G.B., Prosekov A.Yu., Kravchenko E.F., Gavrilov B.G. Spravochnik po pere-rabotke molochnoj syvorotki. Tekhnologii, processy i apparaty, membrannoe oborudo-vanie [Handbook of whey processing. Technologies, processes and devices, membrane equipment]. St. Petersburg, Profession Publ.; 2015. 176 p. (In Russ.).

9. Lazarev V.A., Pastushkova Ye.V., Chugunova O.V. Zero Waste Membrane Tech-nology for Whey Processing. Indian Journal of Science and Technology. 2016;27(9):1-10. https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i27/97697.

10. 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. 168 p. (In Russ.).

11. Cassano A., Castro-Munoz R., Conidi C. Current and future applications of nanofiltration in food processing // Separation of Functional Molecules in Food by Membrane Technology. Spain, Zaragoza: University of Zaragoza, 2019. P. 305-348. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815056-6.00009-7.

12. De Boer R., Hiddink J. Membrane processes in the dairy industry // Desalination. 1980. Vol. 35. P. 169-192. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(00)88609-9.

13. Khramtsov A.G. Fenomen molochnoj syvorotki [Whey phenomenon]. St. Petersburg, Profession Publ.; 2011. 804 p. (In Russ.).

14. Noel R. A Method of processing whey for demineralization purposes comprising an ion exchange step followed by either electrodialysis or nanofiltration. Patent NZ504393. 2001.

15. Grebenyuk V.D. Elektrodializ [Electrodialysis]. Kiev, 1976. 160 p. (In Russ.).

16. Demineralizaciya metodom elektrodializa [Demineralization by electrodialysis method]. Moscow, Gosatomizdat Publ., 1963, 351 p. (In Russ.).

17. Nikonenko V.V., Urtenov M.Kh., Kovalenko A.V., Pismenskaya N.D. Desalination at overlimiting currents: State-of-the-art and perspectives // Desalination. 2014. Vol. 342. P. 85-106. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.01.008.

18. Dytnersky Yu.I. Baromembrannye processy. Teoriya i raschet [Baromembrane processes. Theory and calculation]. Moscow, Chemistry Publ.; 1986. 272 p. (In Russ.).

19. Khramtsov A.G., Evdokimov I.A., Vardanyan G.S., Ternovoy A.I. Demineralizaciya laktozosoderzhashchego syr'ya metodom elektrodializa [Demineralization of lactose-containing raw materials by electrodialysis]. Moscow, AgroNIITEIMMP Publ.; 1992. 32 p. (In Russ.).

20. Chandrapala J., Vasiljevic T. Properties of spray dried lactose powders influenced by presence of lactic acid and calcium // J. Food Eng. 2017. Vol. 198. P. 63-71.

21. Khramtsov A.G., I.A. Evdokimov, G.S. Vardanyan et al. Prospects for processing salted whey into milk sugar using electrodialysis. Nauchno-issledovatel'skij institut informacii i tekhniko-ekonomicheskih issledovanij myasnoj i molochnoj promyshlennosti. Seriya Molochnaya promyshlennost' = Research institute of information and technical and economic research of the meat and dairy industry. A series of Dairy industry. 1991;(10):18-22. (In Russ.).

22. Merkel A., Ashrafi A. An investigation on the application of pulsed electrodialysis reversal in whey desalination // Int. J. Mol. Sci. 2019. Vol. 20, no. 8. 1918. https://doi.org/10.3390/ijms20081918.

23. Dufton G., Mikhaylin S., Gaaloul S., Bazinet L. How electrodialysis configuration influences acid whey deacidification and membrane scaling // Journal of Dairy Science. 2018. Vol. 101, iss. 9. P. 7833-7850. https://doi.org/10.3168/jds.2018-14639.

24. Levitskaya A.A., Anisimov S.V., Khramtsov A.G., Evdokimov I.A., Anisimov G.S., Artamonov I.B. Realization of strategic partnership of «JSC Dairy Plant «Stavropolsky» and NCFU on complex federal project of «Lactose» in the framework of the national initiative technology. Vestnik SKFU = Newsletter of North-Caucasus Federal University. 2017;62(5):16-24. (In Russ.).

25. Levitskaya A.A., Anisimov S.V., Khramtsov A.G., Evdokimov I.A., Anisimov G.S. Organizacionnye i nauchno-tekhnicheskie predposylki kompleksnogo federal'nogo proekta po polucheniyu i primeneniyu vysokokachestvennoj laktozy – prirodnogo prebiotika zhivotnogo proiskhozhdeniya [Organizational, scientific and technical prerequisites for a comprehensive federal project for the production and use of high-quality lactose – a natural prebiotic of animal origin]. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Molekulyarno-geneticheskie i biotekhnologicheskie osnovy polucheniya i primeneniya sinteticheskih i prirodnyh biologicheski aktivnyh veshchestv (Narochanskie chteniya – 11)», Minsk-Stavropol', 20-23 sentyabrya 2017 = Proceedings of International scientific and practical conference "Molecular-genetic and biotechnological bases for the production and use of synthetic and natural biologically active substances (Narochanskie readings – 11)", Minsk-Stavropol, 20-23 September 2017. Minsk-Stavropol, 2017:238-243. (In Russ.).

26. Kulintsov P.I., Kulintsov P.P., Vorobieva O.V. Electrode chamber of the electrodialyzer. Patent RF, no. 187322, 2019. (In Russ.).

27. Evdokimov I.A., Shramko M.I., Anisimov G.S. Development and implementation of lactose technology for the food and pharmaceutical industries. Infekciya, immunitet i farmakologiya = Infection, immunity and pharmacology. 2019;(2). (In Russ.).

28. Evdokimov I.A., Tolmachev L.I., Kravtsov V.A. MTLT technology and equipment for demineralization of lactose-containing raw materials with increased solids content. Pererabotka moloka = Milk processing. 2019;(7):6-9. (In Russ.).

29. Anisimov G.S. Sovershenstvovanie tekhnologii proizvodstva suhoj demineralizovannoj tvorozhnoj syvorotki: dis. … kand. tekhn. nauk [Improvement of the technology for the production of dry demineralized curd whey. Dissertation of the Candidat Technical Sci.]. Stavropol, 2013, 183 p. (In Russ.).

30. Donskikh A.N. Razrabotka al'ternativnyh tekhnologij proizvodstva demineralizovannoj tvorozhnoj syvorotki: dis. … kand. tekhn. nauk [Development of alternative technologies for the production of demineralized-bath curd whey. Dissertation of the Candidat Technical Sci.]. Stavropol, 2013. 192 p. (In Russ.).

31. Evdokimov I.A., Zolotareva M.S., Volodin D.N., Khramtsov A.G. Import substitution technology of demineralized whey powder scaled up in the industry. Molochnaya promyshlennost' = Dairy industry. 2014;(11):59-60. (In Russ.).

32. Evdokimov I.A., Volodin D.N., Somov V.S., Chablin B.V., Mikhneva V.A., Zolotareva M.S. Membrane technologies in dairy production. Molochnaya promyshlennost' = Dairy industry. 2013;(9):25-26. (In Russ.).

33. Evdokimov I.A., Volodin D.N., Golovkina M.V., Zolotareva M.S., Topalov V.K., Ani-simov S.V., Veziryan A.A., Klepker V.M., Anisimov G.S. Processing of raw milk by membrane methods. Molochnaya promyshlennost' = Dairy industry. 2012;(2):34-37. (In Russ.).

34. Zolotoryova M.S., Topalov M.S. Membrane processes in whey processing technology. Pererabotka moloka = Milk processing. 2014;(5):10-12. (In Russ.).

35. Zolotareva M.S., Volodin D.N., Bessonov A.S., Topalov V.K. Electrodialysis - the most efficient process for milk whey demineralization. Molochnaya promyshlennost' = Dairy industry. 2014;(3):37-38. (In Russ.).