Peyniraltı Suyunun Fraksiyonlarına Ayrılmasında Bütünleşik Membran İşlemlerinin Uygulanabilirliği

Year 2018, Volume: 16 Issue: 4, 371 - 380, 31.12.2018

İrem Özdemir Esra Altıok Dilek Selvi Gökkaya Semih Ötleş , Nalan Kabay , Mithat Yüksel

https://doi.org/10.24323/akademik-gida.505499

Cited By: 1

Abstract

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 çevre kirleticisi olarak
düşünülmektedir. Peyniraltı suyunun yüksek organik yükü, artık süt besinlerinin
varlığından kaynaklanmaktadır. Sütten türetilen ürünlere olan talebin artması,
ciddi bir atık yönetimi sorunu olan peyniraltı suyu üretiminde artışına neden
olmuştur. Bu sorunun üstesinden gelmek için, çeşitli teknolojik yaklaşımlar
uygulanarak peyniraltı suyu katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülmektedir.
Peyniraltı suyunun işlenmesi için membran teknolojisi kullanılarak, peyniraltı
suyunun demineralize edilmesi, konsantre hale getirilmesi ve peyniraltı suyunun
verimli bir şekilde fraksiyonlarına ayrılması ve böylelikle atık yan ürünün
değerli ürünler haline getirilmesi mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada, peyniraltı suyunun fraksiyonlanmasında ultrafiltrasyon
(UF), nanofiltrasyon (NF) ve ters osmoza (TO) dayalı bütünleşik membran
işleminin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar, laboratuvar
ölçekli bir membran test sistemi (SEPA CF II GE-Osmonics) kullanılarak
gerçekleştirilmiştir. Konsantre ve süzüntü
örneklerinin pH, sıcaklık, tuzluluk, iletkenlik ve toplam çözünmüş katı (TÇK)
değerleri, Hach Lange-HQD çoklu ölçüm cihazı ile ölçülmüştür. Örneklerin protein içeriği, Kjeldahl-N ölçümü ile, laktoz derişimi
ise HPLC yöntemi kullanılarak tayin 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. Bütünleşik UF-NF-90 ve UF-NF-270 çalışmalarında, proteinin
zenginleşme oranı %26-28, protein giderimi ise %69-74 civarındayken, laktozun
zenginleşme oranı sırasıyla %28 ve %11, laktoz giderimi ise sırasıyla %99 ve
%97 düzeyinde olmuştur. Son aşamada, NF-270 konsantre bileşeni, BW30-RO
membranı ile muamele edildiğinde laktozun zenginleşme oranı %11’lerden %19-20
düzeyine, laktoz giderimi ise %99 düzeyine kadar ulaşmıştır. Bu da bize bütünleşik bir biçimde ardışık olarak kullanılan
membran işlemlerinin peyniraltı suyunun
fraksiyonlarına ayrılmasında daha etkin sonuçlar verdiğini göstermektedir.

Keywords

Bütünleşik membran işlemi, Peyniraltı suyu, Ultrafiltrasyon, Nanofiltrasyon, Ters osmoz

Application of Integrated Membrane Processes in Cheese Whey Fractionation

Abstract

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 UF-NF-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.

Keywords

Cheese whey, Integrated membrane process, Ultrafiltration, Nanofiltration, Reverse osmosis

References

• [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 proteins-From ‘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, Soriano-Costa, 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.