Cheese- and buttermaking Cheese- and buttermaking Сыроделие и маслоделие 2073-4018 109257 10.21603/2073-4018-2025-4-39 обзорная статья Review article обзорная статья Technological Approaches to Industrial Whey Processing Технологические подходы к переработке молочной сыворотки для последующего применения в промышленных целях Шухалова Ольга Михайловна Shukhalova Olga M. o.shukhalova@fncps.ru Волкова Татьяна Алексеевна Volkova Tatiana A. t.volkova@fncps.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова Углич Россия All-Russian Scientific Research Institute of Butter- and Cheesemaking, Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems Uglich Russian Federation Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН Углич Россия All-Russian Scientific Research Institute of Butter- and Cheesemaking – Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS Uglich Russian Federation 28 11 2025 28 11 2025 4 40 46 29 05 2025 15 10 2025 https://cheese.kemsu.ru/en/nauka/article/109257/view

Молочная сыворотка, являясь побочным продуктом производства, представляет собой ценный ресурс, содержащий до 50 % питательных веществ исходного молока. Современные методы ее переработки решают три ключевые задачи: максимальное извлечение ценных компонентов (сывороточных белков, лактозы, минеральных веществ), минимизация экологической нагрузки и расширение областей промышленного применения. Ультрафильтрация позволяет концентрировать белки (до 80 % сухого вещества), нанофильтрация обеспечивает деминерализацию и концентрирование (до 18–20 % сухого вещества), а обратный осмос позволяет сконцентрировать молочную сыворотку до массовой доли сухих веществ 18–20 %. Ионообменная хроматография дополняет эти методы, обеспечивая фракционирование белковых компонентов для фармацевтических целей. Сущность электрохимической обработки заключается в создании концентрации анионов и катионов, которая соответствует изоэлектрической точке коагуляции белков, посредством пропускания электрического тока через молочную сыворотку, находящуюся между электродами, разделенными ионопроницаемой мембраной. Ферментативный гидролиз открывает возможности для получения биоактивных пептидов с доказанными антиоксидантными, антимикробными и гипотензивными свойствами. Каждый из этих методов обладает определенными преимуществами и ограничениями. Например, мембранные процессы требуют тщательной предварительной подготовки молочной сыворотки. Недостатком мембранных методов считается явление концентрационной поляризации, термические методы отличаются высокой энергоемкостью, а ферментативные зависят от активности и стабильности ферментных препаратов. Комбинирование методов позволяет достигать глубокой степени переработки и селективного выделения целевых фракций из молочной сыворотки. Совершенствование технологий переработки молочной сыворотки открывает новые возможности для ее рационального использования, способствуя переходу к экономике замкнутого цикла в молочной отрасли. В данной статье рассматриваются различные методы обработки молочной сыворотки, их эффективность, преимущества и перспективы внедрения для последующего широкого применения в промышленных целях.

Whey is a by-product of dairy production. This valuable resource contains up to 50% of all nutrients in the original milk. Modern dairy science has to solve three key tasks: 1) efficient extraction of such valuable components as proteins, lactose, and minerals; 2) environmental sustainability; 3) new industrial applications. This article reviews various methods of whey processing, their effectiveness, advantages, limitations, and industrial prospects. Ultrafiltration makes it possible to reach 80% protein concentration (dry matter). Nanofiltration provides demineralization and concentration as high as 18-20%. Reverse osmosis concentrates whey to a mass fraction of 18-20%. Ion-exchange chromatography complements these methods in the pharmaceutical industry by protein fractionation. During electrochemical processing, electric current passes through whey located between electrodes, which are separated by an ion-permeable membrane. This type of processing creates a concentration of anions and cations that corresponds to the isoelectric point of protein coagulation. Enzymatic hydrolysis opens up new opportunities for obtaining bioactive peptides with reliable antioxidant, antimicrobial, and hypotensive properties. Each of the abovementioned methods has certain limitations. For instance, membrane processes require careful preliminary preparation and are associated with such phenomenon as concentration polarization. Thermal methods are energy intensive while enzymatic methods depend on the activity and stability of enzyme preparations. By combining these methods, dairy producers achieve deep processing and perform selective isolation of target fractions. Advanced whey processing technologies provide new sustainable opportunities, promoting the dairy industry to the stage of circular economy.

 молочная сыворотка методы переработки мембранные технологии центрифугирование деминерализация ферментативный гидролиз whey processing methods membrane technologies centrifugation demineralization enzymatic hydrolysis Работа сделана в рамках Госзадания по теме FGUS–2024–0007. The work was completed within the framework of the State Assignment on FGUS–2024–0007.

Гаврилов, Г. Б. Пути рационального использования молочной сыворотки / Г. Б. Гаврилов, Э. Ф. Кравченко // Сыроделие и маслоделие. 2013. № 2. С. 10–13. https://elibrary.ru/pwwmot Gavrilov, G. B. Puti racional'nogo ispol'zovaniya molochnoy syvorotki / G. B. Gavrilov, E. F. Kravchenko // Syrodelie i maslodelie. 2013. № 2. S. 10–13. https://elibrary.ru/pwwmot Jelen, P. Whey-based functional beverages / P. Jelen // Functional and speciality beverage technology. Ed. by P. Paquin – Cambridge: Woodhead Publishing, 2009. – P. 259–280. Jelen, P. Whey-based functional beverages / P. Jelen // Functional and speciality beverage technology. Ed. by P. Paquin – Cambridge: Woodhead Publishing, 2009. – P. 259–280. Гаврилов, Г. Б. Мембранные процессы для переработки молока и сыворотки / Г. Б. Гаврилов, Э. Ф. Кравченко, В. Г. Гаврилов // Сыроделие и маслоделие. 2013. № 6. С. 22–23. https://elibrary.ru/rpvgxh Gavrilov, G. B. Membrannye processy dlya pererabotki moloka i syvorotki / G. B. Gavrilov, E. F. Kravchenko, V. G. Gavrilov // Syrodelie i maslodelie. 2013. № 6. S. 22–23. https://elibrary.ru/rpvgxh Baldasso, C. Concentration and purification of whey proteins by ultrafiltration / C. Baldasso, T. C. Barros, I. C. Tessaro // Desalination. 2011. Vol. 278(1–3). P. 381–386. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.05.055 Baldasso, C. Concentration and purification of whey proteins by ultrafiltration / C. Baldasso, T. C. Barros, I. C. Tessaro // Desalination. 2011. Vol. 278(1–3). P. 381–386. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.05.055 Евдокимов, И. А. Развитие мембранных технологий: рациональность и безотходность / И. А. Евдокимов // Молочная промышленность. 2010. № 12. С. 60–65. https://elibrary.ru/nceazz Evdokimov, I. A. Razvitie membrannyh tehnologiy: racional'nost' i bezothodnost' / I. A. Evdokimov // Molochnaya promyshlennost'. 2010. № 12. S. 60–65. https://elibrary.ru/nceazz Храмцов, А. Г. Использование микрофильтрации для биологической стабилизации молочной сыворотки / А. Г. Храмцов, Е. Р. Абдулина, И. А. Евдокимов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 1997. № 1. С. 37-39. Hramcov, A. G. Ispol'zovanie mikrofil'tracii dlya biologicheskoy stabilizacii molochnoy syvorotki / A. G. Hramcov, E. R. Abdulina, I. A. Evdokimov // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Pischevaya tehnologiya. 1997. № 1. S. 37-39. Pouliot, Y. Membrane processes in dairy technology - From a simple idea to worldwide panacea / Y. Pouliot // International Dairy Journal. 2008. Vol. 18(7). P. 735–740. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.005 Pouliot, Y. Membrane processes in dairy technology - From a simple idea to worldwide panacea / Y. Pouliot // International Dairy Journal. 2008. Vol. 18(7). P. 735–740. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.005 Mulder, M. Basic principles of membrane technology / M. Mulder. – Dordrecht: Springer, 2012. – 564 p. Mulder, M. Basic principles of membrane technology / M. Mulder. – Dordrecht: Springer, 2012. – 564 p. Zydney, A. L. Protein separations using membrane filtration: new opportunities for whey fractionation / A. L. Zydney // International Dairy Journal. 1998. Vol. 8(3). P. 243–250. https://doi.org/10.1016/S0958-6946(98)00045-4 Zydney, A. L. Protein separations using membrane filtration: new opportunities for whey fractionation / A. L. Zydney // International Dairy Journal. 1998. Vol. 8(3). P. 243–250. https://doi.org/10.1016/S0958-6946(98)00045-4 Храмцов, А. Г. Что еще почитать о сыворотке / А. Г. Храмцов // Молочная промышленность. 2015. № 12. С. 49–50. https://elibrary.ru/svppws Hramcov, A. G. Chto esche pochitat' o syvorotke / A. G. Hramcov // Molochnaya promyshlennost'. 2015. № 12. S. 49–50. https://elibrary.ru/svppws Peinemann, K. V. Membranes for food applications / K. V. Peinemann, S. P. Nunes, L. Giorno. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2011. – 264 p. Peinemann, K. V. Membranes for food applications / K. V. Peinemann, S. P. Nunes, L. Giorno. – Hoboken: John Wiley & Sons, 2011. – 264 p. Menchik, P. Nonthermal concentration of liquid foods by a combination of reverse osmosis and forward osmosis. Acid whey: A case study / P. Menchik, C. I. Moraru // Journal of Food Engineering. 2019. Vol. 253(6). P. 40–48. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2019.02.015 Menchik, P. Nonthermal concentration of liquid foods by a combination of reverse osmosis and forward osmosis. Acid whey: A case study / P. Menchik, C. I. Moraru // Journal of Food Engineering. 2019. Vol. 253(6). P. 40–48. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2019.02.015 Fenton-May, R. I. Use of ultrafiltration/reverse osmosis systems for the concentration and fractionation of whey / R. I. Fenton-May, C. G. Hill Jr, C. H. Amundson // Journal of Food Science. 1971. Vol. 36(1). P. 14–21. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1971.tb02021.x Fenton-May, R. I. Use of ultrafiltration/reverse osmosis systems for the concentration and fractionation of whey / R. I. Fenton-May, C. G. Hill Jr, C. H. Amundson // Journal of Food Science. 1971. Vol. 36(1). P. 14–21. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1971.tb02021.x Chen, G. Q. A pilot scale study on the concentration of milk and whey by forward osmosis / G. Q. Chen [et al.] // Separation and Purification Technology. 2019. Vol. 215. P. 652–659. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.01.050 Chen, G. Q. A pilot scale study on the concentration of milk and whey by forward osmosis / G. Q. Chen [et al.] // Separation and Purification Technology. 2019. Vol. 215. P. 652–659. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.01.050 Паладий И. В. Молочная сыворотка: обзор работ. Часть 2. Процессы и методы обработки / И. В. Паладий и др. // Электронная обработка материалов. 2021. Т. 57, № 3. С. 83–101. https://doi.org/10.52577/eom.2021.57.3.83 Paladiy I. V. Molochnaya syvorotka: obzor rabot. Chast' 2. Processy i metody obrabotki / I. V. Paladiy i dr. // Elektronnaya obrabotka materialov. 2021. T. 57, № 3. S. 83–101. https://doi.org/10.52577/eom.2021.57.3.83 Беспалова, Е. В. Пути переработки молочной сыворотки, полученной при изготовлении сыров с красителями и пищевкусовыми добавками / Е. В. Беспалова, О. Л. Сороко, Э. А. Бареко // Актуальные вопросы переработки мясного и молочного сырья. 2021. № 16. С. 81–88. https://doi.org/10.47612/2220-8755-2021-16-81-88 Bespalova, E. V. Puti pererabotki molochnoy syvorotki, poluchennoy pri izgotovlenii syrov s krasitelyami i pischevkusovymi dobavkami / E. V. Bespalova, O. L. Soroko, E. A. Bareko // Aktual'nye voprosy pererabotki myasnogo i molochnogo syr'ya. 2021. № 16. S. 81–88. https://doi.org/10.47612/2220-8755-2021-16-81-88 Argenta, A. B. Membrane separation processes applied to whey: A review / A. B. Argenta, A. D. P. Scheer // Food Reviews International. 2020. Vol. 36(5). P. 499–528. https://doi.org/10.1080/87559129.2019.1649694 Argenta, A. B. Membrane separation processes applied to whey: A review / A. B. Argenta, A. D. P. Scheer // Food Reviews International. 2020. Vol. 36(5). P. 499–528. https://doi.org/10.1080/87559129.2019.1649694 Sathya, R. Recent Trends in Membrane Processing of Whey / R. Sathya [et al.] // Whey Valorization: Innovations, Technological Advancements and Sustainable Exploitation. Ed. by by A. Poonia, A. T. Petkoska. – Singapore: Springer Nature Singapore, 2023. – P. 323–353. https://doi.org/10.1007/978-981-99-5459-9_16 Sathya, R. Recent Trends in Membrane Processing of Whey / R. Sathya [et al.] // Whey Valorization: Innovations, Technological Advancements and Sustainable Exploitation. Ed. by by A. Poonia, A. T. Petkoska. – Singapore: Springer Nature Singapore, 2023. – P. 323–353. https://doi.org/10.1007/978-981-99-5459-9_16 Buchanan, D. Recent advances in whey processing and valorisation: Technological and environmental perspectives / D. Buchanan [et al.] // International Journal of Dairy Technology. 2023. Vol. 76(2). 291. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12935 Buchanan, D. Recent advances in whey processing and valorisation: Technological and environmental perspectives / D. Buchanan [et al.] // International Journal of Dairy Technology. 2023. Vol. 76(2). 291. https://doi.org/10.1111/1471-0307.12935 Дымар, О. В. Определение оптимальных параметров процесса ферментативного гидролиза лактозы в молочной сыворотке / О. В. Дымар, Л. Н. Емельянова, Г. С. Джумок // Пищевая промышленность: наука и технологии. 2012. № 1. С. 24–30. https://elibrary.ru/oeaoso Dymar, O. V. Opredelenie optimal'nyh parametrov processa fermentativnogo gidroliza laktozy v molochnoy syvorotke / O. V. Dymar, L. N. Emel'yanova, G. S. Dzhumok // Pischevaya promyshlennost': nauka i tehnologii. 2012. № 1. S. 24–30. https://elibrary.ru/oeaoso Лодыгин, А. Д. Теория и практика направленного синтеза олигосахаридов в молочном лактозосодержащем сырье / А. Д. Лодыгин, И. А. Евдокимов // Труды БГУ. Серия: Физиологические, биохимические и молекулярные основы безопасной биосистемы. 2014. Т. 9, № 2. С. 173–180. Lodygin, A. D. Teoriya i praktika napravlennogo sinteza oligosaharidov v molochnom laktozosoderzhaschem syr'e / A. D. Lodygin, I. A. Evdokimov // Trudy BGU. Seriya: Fiziologicheskie, biohimicheskie i molekulyarnye osnovy bezopasnoy biosistemy. 2014. T. 9, № 2. S. 173–180. Xavier, J. R. β-galactosidase: Biotechnological applications in food processing / J. R. Xavier, K. V. Ramana, R. K. Sharma // Journal of Food Biochemistry. 2018. Vol. 42(5). e12564. https://doi.org/10.1111/jfbc.12564 Xavier, J. R. β-galactosidase: Biotechnological applications in food processing / J. R. Xavier, K. V. Ramana, R. K. Sharma // Journal of Food Biochemistry. 2018. Vol. 42(5). e12564. https://doi.org/10.1111/jfbc.12564 Hill, A. R. Precipitation and recovery of whey proteins: A review / A. R. Hill, D. M. Irvine, D. H. Bullock // Canadian Institute of Food Science and Technology Journal. 1982. Vol. 15(3). P. 155–160. https://doi.org/10.1016/S0315-5463(82)72529-5 Hill, A. R. Precipitation and recovery of whey proteins: A review / A. R. Hill, D. M. Irvine, D. H. Bullock // Canadian Institute of Food Science and Technology Journal. 1982. Vol. 15(3). P. 155–160. https://doi.org/10.1016/S0315-5463(82)72529-5 Yadav, J. S. S. Cheese whey: a potential resource to transform into bioprotein, functional/nutritional proteins and bioactive peptides / J. S. S. Yadav [et al.] // Biotechnology Advances. 2015. Vol. 33(6). P. 756–774. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.07.002 Yadav, J. S. S. Cheese whey: a potential resource to transform into bioprotein, functional/nutritional proteins and bioactive peptides / J. S. S. Yadav [et al.] // Biotechnology Advances. 2015. Vol. 33(6). P. 756–774. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.07.002 Мироненко, И. М. Особенности переработки сывороточных белков молока / И. М. Мироненко, Е. В. Чорей // Сыроделие и маслоделие. 2009. № 2. С. 40–41. https://elibrary.ru/kzqvmz Mironenko, I. M. Osobennosti pererabotki syvorotochnyh belkov moloka / I. M. Mironenko, E. V. Chorey // Syrodelie i maslodelie. 2009. № 2. S. 40–41. https://elibrary.ru/kzqvmz Smithers, G. W. Whey and whey proteins–From ‘gutter-to-gold’ / G. W. Smithers // International Dairy Journal. 2008. Vol. 18(7). P. 695–704. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.008 Smithers, G. W. Whey and whey proteins–From ‘gutter-to-gold’ / G. W. Smithers // International Dairy Journal. 2008. Vol. 18(7). P. 695–704. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.008 Залашко, М. В. Биотехнология переработки молочной сыворотки / М. В. Залашко. – М.: Агропромиздат, 1990. – 122 с. Zalashko, M. V. Biotehnologiya pererabotki molochnoy syvorotki / M. V. Zalashko. – M.: Agropromizdat, 1990. – 122 s. Olano, A. Lactulose as a food ingredient / A. Olano, N. Corzo // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2009. Vol. 89(12). P. 1987–1990. https://doi.org/10.1002/jsfa.3694 Olano, A. Lactulose as a food ingredient / A. Olano, N. Corzo // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2009. Vol. 89(12). P. 1987–1990. https://doi.org/10.1002/jsfa.3694 Vera, C. Trends in lactose-derived bioactives: Synthesis and purification / C. Vera, C. Guerrero, A. Illanes // Systems Microbiology and Biomanufacturing. 2022. Vol. 2(3). P. 393–412. https://doi.org/10.1007/s43393-021-00068-2 Vera, C. Trends in lactose-derived bioactives: Synthesis and purification / C. Vera, C. Guerrero, A. Illanes // Systems Microbiology and Biomanufacturing. 2022. Vol. 2(3). P. 393–412. https://doi.org/10.1007/s43393-021-00068-2 Храмцов, А. Г. Инновационные технологии оптимизированных по биологической ценности пищевых продуктов нового поколения на основе молочной сыворотки / А. Г. Храмцов // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2018. № 4. С. 30–32. https://doi.org/10.26297/0579-3009.2018.4.7; https://elibrary.ru/uyylyr Hramcov, A. G. Innovacionnye tehnologii optimizirovannyh po biologicheskoy cennosti pischevyh produktov novogo pokoleniya na osnove molochnoy syvorotki / A. G. Hramcov // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Pischevaya tehnologiya. 2018. № 4. S. 30–32. https://doi.org/10.26297/0579-3009.2018.4.7; https://elibrary.ru/uyylyr Jameson, J. K. Biochemical characterization of two cellobiose 2-epimerases and application for efficient production of lactulose and epilactose / J. K. Jameson [et al.] // Current Research in Biotechnology. 2021. Vol. 3. P. 57–64. https://doi.org/10.1016/j.crbiot.2021.02.003 Jameson, J. K. Biochemical characterization of two cellobiose 2-epimerases and application for efficient production of lactulose and epilactose / J. K. Jameson [et al.] // Current Research in Biotechnology. 2021. Vol. 3. P. 57–64. https://doi.org/10.1016/j.crbiot.2021.02.003 Рябцева, С. А. Физиологические эффекты, механизмы действия и применение лактулозы / С. А. Рябцева [и др.] // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 2. С. 5–20. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10012; https://elibrary.ru/tnxhmw Ryabceva, S. A. Fiziologicheskie effekty, mehanizmy deystviya i primenenie laktulozy / S. A. Ryabceva [i dr.] // Voprosy pitaniya. 2020. T. 89, № 2. S. 5–20. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10012; https://elibrary.ru/tnxhmw Panesar, P. S. Biotechnological approaches for the value addition of whey / P. S. Panesar, J. F. Kennedy // Critical Reviews in Biotechnology. 2012. Vol. 32(4). P. 327–348. https://doi.org/10.3109/07388551.2011.640624 Panesar, P. S. Biotechnological approaches for the value addition of whey / P. S. Panesar, J. F. Kennedy // Critical Reviews in Biotechnology. 2012. Vol. 32(4). P. 327–348. https://doi.org/10.3109/07388551.2011.640624