İrem ÖZDEMİR, Esra ALTIOK, Dilek SELVİ GÖKKAYA, Nalan KABAY, Mithat YÜKSEL, Semih ÖTLEŞ

Peyniraltı Suyunun Fraksiyonlarına Ayrılmasında Bütünleşik Membran İşlemlerinin Uygulanabilirliği

Peyniraltı suyu süt teknolojisinin önemli bir yan ürünüdür. Peynir üretim endüstrilerinin yan ürünü olan peyniraltı suyu,BOİ (Biyolojik Oksijen İhtiyacı) ve KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) değerlerinin yüksek olması nedeniyle çevrekirleticisi olarak düşünülmektedir. Peyniraltı suyunun yüksek organik yükü, artık süt besinlerinin varlığındankaynaklanmaktadır. Sütten türetilen ürünlere olan talebin artması, ciddi bir atık yönetimi sorunu olan peyniraltı suyuüretiminde artışına neden olmuştur. Bu sorunun üstesinden gelmek için, çeşitli teknolojik yaklaşımlar uygulanarakpeyniraltı suyu katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülmektedir. Peyniraltı suyunun işlenmesi için membranteknolojisi kullanılarak, peyniraltı suyunun demineralize edilmesi, konsantre hale getirilmesi ve peyniraltı suyununverimli bir şekilde fraksiyonlarına ayrılması ve böylelikle atık yan ürünün değerli ürünler haline getirilmesi mümkünolabilmektedir. Bu çalışmada, peyniraltı suyunun fraksiyonlanmasında ultrafiltrasyon (UF), nanofiltrasyon (NF) ve tersosmoza (TO) dayalı bütünleşik membran işleminin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar, laboratuvarölçekli bir membran test sistemi (SEPA CF II GE-Osmonics) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Konsantre ve süzüntüörneklerinin pH, sıcaklık, tuzluluk, iletkenlik ve toplam çözünmüş katı (TÇK) değerleri, Hach Lange-HQD çoklu ölçümcihazı ile ölçülmüştür. Örneklerin protein içeriği, Kjeldahl-N ölçümü ile, laktoz derişimi ise HPLC yöntemi kullanılaraktayin edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, UF membranının süzüntüsü NF-90 membranından geçirildiğinde iletkenlik,TÇK ve tuzluluk giderimi %90’lara kadar ulaşırken, NF-270 membranında %40’larda giderim sağlanmıştır. BütünleşikUF-NF-90 ve UF-NF-270 çalışmalarında, proteinin zenginleşme oranı %26-28, protein giderimi ise %69-74civarındayken, laktozun zenginleşme oranı sırasıyla %28 ve %11, laktoz giderimi ise sırasıyla %99 ve %97 düzeyindeolmuştur. Son aşamada, NF-270 konsantre bileşeni, BW30-RO membranı ile muamele edildiğinde laktozunzenginleşme oranı %11’lerden %19-20 düzeyine, laktoz giderimi ise %99 düzeyine kadar ulaşmıştır. Bu da bizebütünleşik bir biçimde ardışık olarak kullanılan membran işlemlerinin peyniraltı suyunun fraksiyonlarına ayrılmasındadaha etkin sonuçlar verdiğini göstermektedir.

Application of Integrated Membrane Processes in Cheese Whey Fractionation

Whey is an important by-product of milk technology. The byproduct of cheese-producing industries, cheese whey, is considered as an environmental pollutant due to its high biological oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD) values. High organic load of whey arises from the presence of residual milk nutrients. As demand for milk-derived products is increasing, it leads to the increased production of whey, which has a serious waste management problem. To overcome this problem, various technological approaches have been employed to convert cheese whey into value-added products. Using membrane technology to whey processing, it has become possible to demineralize, concentrate, and fractionate cheese whey in an efficient way and thus convert the waste by-product into highly valuable products. In this study, the potential of an integrated membrane process based on ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) was investigated for fractionation of cheese whey components. Experimental studies were performed using a laboratory scale membrane test system (SEPA CF II GE-Osmonics). The pH, temperature, salinity, conductivity, and total dissolved solids (TDS) of the concentrate and permeate samples were measured by Hach Lange-HQD multi-meter. Protein contents of samples were determined by Kjeldahl-N measurement and the lactose concentration with HPLC method. According to the results, when the permeate of the UF membrane was passed through the NF-90 membrane, the conductivity, total dissolved solids (TDS) and salinity removal reached up to 90%, while the NF-270 membrane was removed at 40%. In the integrated UF-NF-90 and UFNF-270 studies, the enrichment rate of protein was 26-28%, protein rejections were 69-74%, respectively, while the enrichment rate of lactose was 28% and 11%, lactose rejections were 99% and 97% respectively. Lastly, when the NF-270 concentrate composition was treated with the BW30-RO membrane, the enrichment rate of lactose reached up to 19-20% from 11% and lactose rejection was reached up to 99%. This showed that integrated membrane processes are more effective than a single membrane process in separating the fractions of whey.

PDF

___

[1] Basette, R., Acosta, J.S. (1988). Composition of milk products. In: Fundamentals of Dairy Chemistry, Edited by N. Wong, R. Jeness, M. Keeney and E. Marth, Van Nostrand Reinhold, New York, 39-80p.
[2] Smithers, G. (2008). Whey and whey proteinsFrom ‘gutter-to-gold’. International Dairy Journal, 18, 695–704.
[3] De la Fuente, M.A., Hemar, Y., Tamehana, M., Munro, P., Singh, H. (2002). Process - induced change in whey proteins during the manufacture of whey protein concentrates. International Dairy Journal, 12, 361-369
[4] De la Fuente, M.A., Singh, H., Hemar, Y. (2002). Recent advances in the characterization of heat– induced aggregates and intermediates of whey proteins. Trends Food Science and Technology, 13, 262-274.
[5] Dinçoğlu, A.H., Ardıç, M. (2012). Peyniraltı suyunun beslenmemizdeki önemi ve kullanım olanakları. Harran Üniversitesi Veterinerlik Fakültesi Dergisi, 1(1), 54-60.
[6] Patel, M.T., Kilara, A., Huffman, L.M., Hewitt, S.A., Houlihan, A.V. (1990). Studies on whey protein concentrates: 1. Composition and thermal properties. Journal of Dairy Science, 73, 1434- 1449.
[7] Üçüncü, M. (2008). A’dan Z’ye Peynir Teknolojisi. 2. Cilt, 2. Baskı, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü, Bornova, İzmir, 1147-1151p.
[8] Cuartas-Uribe, B., Alcaina-Miranda, M.I, SorianoCosta, E., Mendoza-Roca, J.A., Iborra-Clar, M.I., Lora-García, J. (2009). A study of the separation of lactose from whey ultrafiltration permeate using nanofiltration. Desalination, 241, 244-255.
[9] Pearce, R.J. (1992). Whey Protein recovery and Whey Protein fractionation. In: Whey and Lactose Processing, Edited by J.G. Zadow, Elsevier Science Publications, London.
[10] Van der Horst, H.C., Timmer, J.M.K., Robbertsen, T. Leenders, J. (1995). Use of nanofiltration for concentration and demineralisation in the dairy industry: model for mass transport. Journal of Membrane Science, 245, 205-218.
[11] Hinkova, A., Zidova, P., Pour, V., Bubnik, Z., Henke, S., Salova, A., Kadlec, P. (2012). Potential of membrane separation processes in cheese whey fractionation and separation. Procedia Engineering, 42, 1425-1436.
[12] Greiter, M., Novalin, S., Vendland, M., Kulbe, K.D., Fischer, J. (2002). Desalination of whey by electrodialysis and ion exchange resins. Journal of Membrane Science, 210, 91-102.
[13] Diblíková, L., Curda, L., Kincl, J. (2013). The effect of dry matter and salt addition on cheese whey demineralisation. International Dairy Journal, 31, 29-33.
[14] Pouliot, Y. (2008). Membrane processes in dairy technology-From a simple idea to worldwide panacea. International Dairy Journal, 18, 735–740.
[15] Rektor, A., Vatai, G. (2004). Membrane filtration of Mozzarella whey. Desalination, 162, 279-286.
[16] Brans, G., Schroen, C.G.P.H., Van der Sman, R.G.M. and Boom, R.M. (2004). Membrane fractionation of milk: state of the art and challenges. Journal of Membrane Science, 243, 263-272.
[17] Troiano, R., Denaro, F. (2016). “The Analysis of Lactose in Milk and Cheese Products by HPLC with RI Detection,” PerkinElmer, Inc. Application Note, Italy.
[18] Official Methods of Analysis, (2001). 14th Ed., AOAC INTERNATIONAL, Gaithersburg, MD, sec. 33.7.12, Method 991.20.
[19] Vourch, M., Balannec, B., Chaufer, B. and Dorange, G. (2005). Nanofiltration and reverse osmosis of model process waters from the dairy industry to produce water for reuse. Desalination, 172, 245–256.
[20] Yorgun, M.S., Balcioglu, I.A, Saygin, O. (2008). Performance comparison of ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis on whey treatment. Desalination, 229, 204 -216.