Ontwikkeling van lactosevrije melk met op grafeenoxide gebaseerde nanofiltratiemembranen

In de afgelopen jaren zijn grafeenoxidemembranen voornamelijk bestudeerd voor waterontzilting en kleurstofscheiding. Membranen hebben echter een breed scala aan toepassingen, zoals binnen de voedingsmiddelenindustrie. Een onderzoeksgroep onder leiding van Aaron Morelos-Gomez van het Global Aqua Innovation Center van de Shinshu University onderzocht de toepassing van grafeenoxidemembranen voor melk, dat typisch dichte vuillagen op polymere membranen creëert.

Grafeenoxidemembranen hebben het voordeel een poreuze vervuilingslaag te creëren. Daarom kunnen hun filtratieprestaties beter worden gehandhaafd dan commerciële polymere membranen. De unieke chemische en laminaire structuur van het grafeenoxidemembraan maakte een verbeterde permeatie van lactose en water mogelijk, terwijl vet, eiwitten en sommige mineralen werden afgestoten. Zo bleven de textuur, smaak en voedingswaarde van melk beter behouden dan bij commerciële polymeermembranen.

De concentratie van lactose en lactosepermeaatflux was veel hoger dan commerciële nanofiltratiemembranen, vanwege de poreuze vervuilingslaag en de unieke laminaire structuur van het grafeenoxidemembraan. De onomkeerbare vervuiling werd verbeterd door een ondersteuningsmembraan te gebruiken met een poriegrootte van 1 μm voor het grafeenoxidemembraan. Dit veroorzaakte de vorming van een poreuze vervuilingslaag die een hogere terugwinning van waterflux mogelijk maakte na melkfiltratie.

Dit baanbrekende werk, dat zijn uitstekende aangroeiwerende eigenschappen en hoge selectiviteit voor lactose benadrukt, demonstreert de toepassing van grafeenoxidemembranen voor de voedingsindustrie, met name de zuivelindustrie. Deze methode behoudt een hoog potentieel voor het verwijderen van suikers uit dranken terwijl andere ingrediënten behouden blijven, waardoor hun voedingswaarde wordt verhoogd. De hoge aangroeiwerende eigenschap tegen een oplossing die rijk is aan organisch materiaal, zoals melk, maakt het ook een ideale kandidaat voor andere toepassingen zoals afvalwaterbehandeling en medische toepassingen. De groep is van plan om toepassingen van grafeenoxidemembranen te blijven onderzoeken.

Dit werk was gebaseerd op eerdere bevindingen van de groep om gesproeicoate grafeenoxidemembranen te maken voor waterontzilting in Natuur Nanotechnologie 12 (2017), 1083-1088. De membranen vertoonden verbeterde chemische stabiliteit door het toevoegen van grafeen met weinig lagen, terwijl ze na vijf dagen gebruik stabiele filtratieprestaties vertoonden. Bovendien is de depositiemethode door spraycoating veelbelovend voor schaalbaarheid.

Grafeenoxidemembranen kunnen een hogere lactosepermeaatflux vertonen dan polymere commerciële membranen. Credit: aangepast van A Morelos-Gomez et al., Koolstof 181 (2021) 118-129