Ставрополь, Россия
Ставрополь, Россия
Ставрополь, Россия
Ставрополь, Россия
Ставрополь, Россия
Мировой рынок пребиотиков демонстрирует устойчивый рост спроса. При этом потребность в одном из них, очищенной лактулозе, сдерживается трудностями ее выделения из культуральных рабочих растворов – смесей ферментов и пермеатов молочной сыворотки. Трудность обусловлена вариабельностью физико-химических свойств разделяемых систем и особенностями технологии реализации процессов их мембранного разделения. Цель исследования – разработка методики мембранной очистки культурального раствора, содержащего лактулозу, от белковых компонентов. Достижение поставленной цели основано на решении научно-прикладных задач: изучение физико-химических свойств исходной полидисперсной молочно-белковой системы как объекта мембранного разделения; получение зависимости потоков пермеатов от длительности процессов микро- и ультрафильтрации; обоснование последовательности проведения технологических операций очистки. При выполнении исследований использовались стандартное оборудование, материалы и методы обработки экспериментальных данных. Основной модельный объект мембранного разделения, сопоставимый по массовой доле сухих веществ со сточными водами перерабатывающих молоко предприятий, готовили на водной основе в виде смеси ферментов (например, K. lactis Y-1339 + S. thermophilus БК-Углич-ТВ), стандартного сухого пермеата подсырной сыворотки и анионного поверхностно-активного вещества. Установлено, что по гранулометрическому составу исследованные образцы жидкой полидисперсной молочно-белковой системы имеют существенные различия, а по массовым долям общего белка и сухих веществ практически сопоставимы. Проницаемость микро- и ультрафильтрационных мембран определяется длительностью процесса, массовой долей общего белка и гранулометрическим составом дисперсной фазы разделяемой системы. Для получения высокого качества очистки модельного объекта мембранного разделения последовательность технологических операций должна обязательно предусматривать его предварительную обработку – тонкую фильтрацию или микрофильтрацию и окончательную стадию – ультрафильтрацию.
молочная сыворотка, лактулоза, пермеат, гранулометрический состав, микрофильтрация, ультрафильтрация
1. Валеева, Л. Л. Роль кишечной микробиоты в развитии сердечно-сосудистых заболеваний. Методы диагностики и способы коррекции (обзор) / Л. Л. Валеева [и др.] // Журнал медико-биологических исследований. 2024. Т. 12, № 4. С. 534–547. https://doi.org/10.37482/2687-1491-Z218; https://elibrary.ru/cdiijs
2. Ткаченкова, Н. А. Молочная продуктивность коров-первотелок при использовании в рационах кормовых добавок на основе лактулозы / Н. А. Ткаченкова, В. А. Пузанкова, А. К. Натыров // Сельское хозяйство и экосистемы в современном мире: региональные и межстрановые исследования. 2023. Т. 2, № 4. С. 43–49. https://doi.org/10.53315/2949-1231-2023-2-4-43-49; https://elibrary.ru/busqrn
3. Ambrogi, V. Galacto-oligosaccharides as infant prebiotics: production, application, bioactive activities and future perspectives / V. Ambrogi [et al.] // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023. Vol. 63(6). P. 753–766. https://doi. org/10.1080/10408398.2021.1953437
4. Charcosset, C. Classical and recent applications of membrane processes in the food industry / C. Charcosset // Food Engineering Reviews. 2021. Vol. 13(2). P. 322–343. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s12393-020-09262-9
5. Chen, G. Q. Separation technologies for whey protein fractionation / G. Q. Chen [et al.] // Food Engineering Reviews. 2023. Vol. 15(3). P. 438–465. https://doi.org/10.1007/s12393-022-09330-2
6. Chiba, C. H. Cell-free protein synthesis: Advances on production process for biopharmaceuticals and immunobiological products / C. H. Chiba [et al.] // BioTechniques. 2021. Vol. 70(2). P. 126–133. https://doi.org/10.2144/btn-2020-0155
7. Motevalian, S. P. Evaluation of single-use tangential flow filtration technology for purification of activated polysaccharides used in conjugate vaccine manufacturing / S. P. Motevalian, J. De Leon, I. Carino [et al.] // Biotechnology Progress. 2021. Vol. 37 (6). P. 3204. https://doi.org/10.1002/btpr.3204. – https://elibrary.ru/SCOWFD.
8. Мухачева, А. В. Выбор оптимальных методов очистки белковых веществ, входящих в состав вакцины антирабической культуральной концентрированной очищенной инактивированной (КОКАВ) / А. В. Мухачева, А. А. Мовсесянц, М. М. Алсынбаев // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2014. № 3(76). С. 84–88. https://elibrary.ru/sghrlz
9. Akishev, Z. Production of recombinant milk-converting enzyme in yeast pichia pastoris / Z. Akishev [et al.] // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. 2024. Vol. 1. P. 62–68. https://doi.org/10.11134/btp.1.2024.6
10. Comunian, R. Development and application of starter cultures / R. Comunian, L. Chessa // Fermentation. 2024. Vol. 10(10). Art. no. 512. https://doi.org/10.3390/fermentation10100512
11. Balabova, D. V. Biochemical properties of a promising milk-clotting enzyme, moose (Alces alces) recombinant chymosin / D. V. Balabova [et al.] // Foods. 2023. Vol. 12(20). Art. no. 3772. https://doi.org/10.3390/foods12203772
12. Wu, Y. High cell density perfusion process for high yield of influenza A virus production using MDCK suspension cells / Y. Wu [et al.] // Applied Microbiology and Biotechnology. 2021. Vol. 105. P. 1421–1434. https://doi.org/10.1007/s00253-020-11050-8
13. Botelho, V. A. Membrane bioreactor for simultaneous synthesis and fractionation of oligosaccharides / V. A. Botelho [et al.] // Membranes. 2022. Vol. 12(2). Art. no. 171. https://doi.org/10.3390/membranes12020171
14. Bilal, M. State-of-the-art strategies and applied perspectives of enzyme biocatalysis in food sector - Current status and future trends / M. Bilal, H. M. N. Iqbal // Critical reviews in food science and nutrition. 2020. Vol. 60(12). P. 2052–2066. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1627284
15. Pirzadah, T. B. Bioresource Technology: Concept, Tools and Experiences. / T. B. Pirzadah [et al.]. – John Wiley & Sons Ltd, 2022. – 518 p.
16. Zhu, H. Emerging applications of biochar: A review on techno-environmental-economic aspects / H. Zhu [et al.] // Bioresource Technology. 2023. Vol. 388. Art. no. 129745. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129745
17. Su, Z. An enzymatic membrane reactor for oligodextran production: Effects of enzyme immobilization strategies on dextranase activity / Z. Su [et al.] // Carbohydrate Polymers. 2021. Vol. 271. Art. no. 118430. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118430
18. Keulen, D. Recent advances to accelerate purification process development: A review with a focus on vaccines / D. Keulen [et al.] // Journal of Chromatography A. 2022. Vol. 1676. Art. no. 463195. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2022.463195
19. Kaur, N. Different treatment techniques of dairy wastewater / N. Kaur // Groundwater for Sustainable Development. 2021. Vol. 14. Art. no. 100640. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2021.100640
20. Ghosh, S. Kinetic modeling and cost analysis of coupled ultrasonic processes for the treatment of dairy wastewater / S. Ghosh, A. Debnath, M. S. Manna // Journal of Water Process Engineering. 2023. Vol. 54. Art. no. 104031. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2023.104031
21. Nyambura, H. L. A geometric model to predict protein retentions during skim milk microfiltration / H. L. Nyambura [et al.] // Journal of Membrane Science. 2025. Vol. 722. Art. no. 123865. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.123865
22. Babenyshev, S. Ultrafiltration of cottage cheese whey for cleaning of nitrogenous substances / S. Babenyshev, D. Mamay, A. Borisenko [et al.] // Journal of Hygienic Engineering and Design. 2020. Vol. 33. P. 219–224. https://elibrary.ru/hwgfmz
23. Babenyshev, S. Hydrodynamics and mass transfer with gel formation in a roll type ultrafiltration membrane / S. Babenyshev [et al.] // Foods and Raw Materials. 2018. Vol. 6(2). P. 350–357. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2018-2-350-357
24. Babenyshev, S. P. Research of the secondary milk raw materials purification from protein components by natural polysaccharides / S. P. Babenyshev [et al.] // Journal of Hygienic Engineering and Design. 2020. Vol. 31. P. 63–68. https://elibrary.ru/dkssua
25. Filippov, A. N. Mathematical modeling of microfiltration of polydisperse suspension on heterogeneous membranes / A. N. Filippov, R. K. Iksanov // Petroleum Chemistry. 2012. Vol. 52(7). P. 520–526. https://doi.org/10.1134/S0965544112070043
26. Tolkach, A. Transport of whey proteins through 0.1 mm ceramic membrane: Phenomena, modelling and consequences for concentration or diafiltration processes / A. Tolkach, U. Kulozik // Desalination. 2006. Vol. 199(1–3). P. 340–341. https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.03.183
27. Coşkun, Ö. Molecular details of the formation of soluble aggregates during ultrafiltration or microfiltration combined with diafiltration of skim milk / Ö. Coşkun [et al.] // Food Hydrocolloids. 2022. Vol. 124. Art. no. 107244. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107244
28. Mamay, D. S. Empirical predicting permeate flux in skim milk microfiltration / D. S. Mamay [et al.] // Foods and Raw Materials. 2026. Vol. 15(2). P. 331–338. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2026-2-675 .
