kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2024-3(15)-27kaz44-1275Research ArticleПИЩЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)FOOD ENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)ВАЛОРИЗАЦИЯ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ БИОМАССЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕМНОВОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ: ВЫРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ УСЛОВИЙ БИОСИНТЕЗА МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДАVALORIZATION OF LIGNOCELLULOSIC BIOMASS BY DARK FERMENTATION: DEVELOPMENT OF EFFECTIVE CONDITIONS FOR MOLECULAR HYDROGEN BIOSYNTHESIShttps://orcid.org/0000-0001-9591-0370БекбаевК. С.BekbayevK.

Кайрат Серикжанович Бекбаев – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Технология пищевых и перерабатывающих производств»,

010000, Aстана, проспект Жеңіс, 62

Kairat Bekbayev – candidate of technical sciences, senior lecturer of the department «Technology of food and processing industries»,

010000, Astana, Zhenis avenue, 62

k_bekbaev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2061-1699TөлеуғазықызыА.ToleugazykyzyA.

Ақерке Төлеуғазықызы – PhD, преподаватель кафедры «Технология пищевых и перерабатывающих производств»; 

010000, Aстана, проспект Жеңіс, 62

Akerke Toleugazykyzy – PhD, lecturer of the department «Technology of food and processing industries»,

010000, Astana, Zhenis avenue, 62

akerke_toleugazykyzy@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5356-7874БолкеновБ. Т.BolkenovB.

Бакытжан Тургазыевич Болкенов – PhD, преподаватель профессор; программа «Туризм и гостеприимство», 

010000, Aстана, Коргалжинское шоссе, 8

Bakytzhan Bolkenov – PhD, teaching professor, Tourism and Hospitality program,

010000, Astana, Korgalzhinskoe shosse, 8

b_bolkenov@kazguu.kzhttps://orcid.org/0000-0002-5948-2636ИскаковР. М.IskakovR.

Руслан Маратбекович Искаков – и.о. профессора кафедры «Технологические машины и оборудования»,

 

Ruslan Iskakov – acting professor of the department «Technological machines and equipment»,

010000, Astana, Zhenis avenue, 62

rus.iskakov79@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3504-3348КазангаповаН. Б.KazangapovaN.

Нургуль Буркитбаевна Казангапова – PhD, кандидат географических наук, старший преподаватель кафедры лесных ресурсов и лесного хозяйства; 

010000, Aстана, проспект Жеңіс, 62

Nurgul Kazangapova – PhD, candidate of geographical sciences, senior lecturer of the department «Forest Resources and Forestry»,

010000, Astana, Zhenis avenue, 62

n.kazangapova@kazatu.edu.kzКазахский агротехнический исследовательский университет имени С.СейфуллинаКазахстанS. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research UniversityKazakhstanУниверситет КАЗГЮУ имени М.С. НарикбаеваКазахстанMaqsut Narikbayev UniversityKazakhstan20242709202403(15)197204Copyright © Бекбаев К.С., Tөлеуғазықызы А., Болкенов Б.Т., Искаков Р.М., Казангапова Н.Б., 20242024Бекбаев К.С., Tөлеуғазықызы А., Болкенов Б.Т., Искаков Р.М., Казангапова Н.Б.Bekbayev K., Toleugazykyzy A., Bolkenov B., Iskakov R., Kazangapova N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/1275

Валоризация лигноцеллюлозной биомассой (ЛБ) имеет важное значение для снижения их воздействия на окружающую среду и снижения опасности для здоровья человека. Традиционные подходы к обработке вторичных сырьевых материалов в основном сосредоточены на утилизации, рассматривая лигноцеллюлозную биомассу как отход, а не как ценный ресурс для создания продуктов с добавленной стоимостью. В качестве альтернативы следует разработать процессы добавления стоимости отходам, производящим продукты с добавленной стоимостью, имеющие экономические и экологические преимущества. В этой связи, исследования были сосредоточены на рабочих параметрах, предварительной обработке и микробной ферментации с целью увеличения выхода водорода во время темной ферментации. Установлены верхние (4%) и нижние (20%) концентрации субстратов на основе барды, при котором происходит синтез биоводорода с применением E. coli дикого типа. Установлены условия для рационального формирования редуцирующих сахаров за счет вариации концентраций сырья и кислоты в субстратах на основе послеспиртовой зерновой барды. В ходе исследования воздействия кислотно-гидротермальной обработки барды на общий выход биоводорода было установлено, что оптимальная концентрация серной кислоты составляет 1,5%, при этом используется 10% доля сырья. При таких условиях был достигнут максимальный выход молекулярного водорода, равный 116 ±1,0 мл/л с применением E. coli дикого типа.

Valorization of lignocellulosic biomass (LB) is important to reduce their environmental impact and reduce the risk to human health. Conventional methods for handling secondary raw materials primarily focus on waste disposal, treating lignocellulosic biomass as waste rather than as a source of organic substances for producing value-added products. As an alternative, processes should be developed to add value to waste, producing value-added products with economic and environmental benefits. In this regard, studies have focused on operating parameters, pretreatment, and microbial fermentation to enhance hydrogen yield during dark fermentation. Upper (4%) and lower (20%) concentrations of distillery grain based substrates for biohydrogen synthesis using wild-type E. coli have been established. Conditions for rational formation of reducing sugars by varying feedstock and acid concentrations in distillery grain based substrates have been established. During the study of the effect of acid-hydrothermal treatment of stillage on the total yield of biohydrogen, it was found that the optimal concentration of sulfuric acid is 1,5%, while 10% of the raw material is used. Under these conditions, the maximum yield of molecular hydrogen was achieved, equal to 116 ±1,0 ml/l using wild-type E. coli.

валоризацияпослеспиртовая бардапредварительная обработкатемновая ферментациясахарамолекулярный водородvalorizationdistiller’s grainspre-treatmentdark fermentationsugarsmolecular hydrogenThis research has been/was/is funded by the Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan (Grant No. AP19677558).ReferencesEnvironmental and human health impact of disposable face masks during the COVID-19 pandemic: wood-feeding termites as a model for plastic biodegradation / R. Al-Tohamy et al // Applied Biochemistry and Biotechnology. – 2023. – № 195.3. – Р. 2093-2113.Environmental and human health impact of disposable face masks during the COVID-19 pandemic: wood-feeding termites as a model for plastic biodegradation / R. Al-Tohamy et al // Applied Biochemistry and Biotechnology. – 2023. – № 195.3. – Р. 2093-2113.Biohythane and organic acid production from food waste by two-stage anaerobic digestion: a review within biorefinery framework / S. Dangol et al // International Journal of Environmental Science and Technology // 2022. – № 19.12. – Р. 12791-12824.Biohythane and organic acid production from food waste by two-stage anaerobic digestion: a review within biorefinery framework / S. Dangol et al // International Journal of Environmental Science and Technology // 2022. – № 19.12. – Р. 12791-12824.An Overview on Production of Lignocellulose-Derived Platform Chemicals Such as 5Hydroxymethyl Furfural, Furfural, Protocatechuic Acid / P.P. Upare et al // Processes. – 2023. – № 11.10. – Р. 2912.An Overview on Production of Lignocellulose-Derived Platform Chemicals Such as 5Hydroxymethyl Furfural, Furfural, Protocatechuic Acid / P.P. Upare et al // Processes. – 2023. – № 11.10. – Р. 2912.Current perspectives, future challenges and key technologies of biohydrogen production for building a carbon–neutral future: A review / N.T. Sahrin et al // Bioresource Technology. – 2022. – № 364. – Р. 128088.Current perspectives, future challenges and key technologies of biohydrogen production for building a carbon–neutral future: A review / N.T. Sahrin et al // Bioresource Technology. – 2022. – № 364. – Р. 128088.Metabolic Pathways for Microalgal Biohydrogen Production: Current Progress and Future Prospectives / M.M. El-Dalatony et al // Bioresour. – 2020. – № 318. – Р. 124253. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124253.Metabolic Pathways for Microalgal Biohydrogen Production: Current Progress and Future Prospectives / M.M. El-Dalatony et al // Bioresour. – 2020. – № 318. – Р. 124253. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124253.Akhlaghi N. A comprehensive review on biological hydrogen production / N. Akhlaghi, Gh. Najafpour-Darzi // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – № 45.43. – Р. 22492-22512.Akhlaghi N. A comprehensive review on biological hydrogen production / N. Akhlaghi, Gh. Najafpour-Darzi // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – № 45.43. – Р. 22492-22512.Harnessing recalcitrant lignocellulosic biomass for enhanced biohydrogen production: Recent advances, challenges, and future perspective / Ali Sameh S. et al // Biotechnology Advances. – 2024. – Р. 108344.Harnessing recalcitrant lignocellulosic biomass for enhanced biohydrogen production: Recent advances, challenges, and future perspective / Ali Sameh S. et al // Biotechnology Advances. – 2024. – Р. 108344.Green Technology for Sustainable Biohydrogen Production (Waste to Energy): A Review. Sci. Total Environ. – № 728. – Р. 138481. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138481.Green Technology for Sustainable Biohydrogen Production (Waste to Energy): A Review. Sci. Total Environ. – № 728. – Р. 138481. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138481.Adopting the circular economy approach on food loss and waste: The case of Italian pasta production / L. Principato et al // Resources, Conservation and Recycling. – 2019. – Т. 144. – P. 8289.Adopting the circular economy approach on food loss and waste: The case of Italian pasta production / L. Principato et al // Resources, Conservation and Recycling. – 2019. – Т. 144. – P. 8289.https://kaztag.kz/ru/news/v-kazakhstane-27-ip-proizvodyat-etilovyy-spirta-i-alkogolnuyuproduktsiyu-mf-https://kaztag.kz/ru/news/v-kazakhstane-27-ip-proizvodyat-etilovyy-spirta-i-alkogolnuyuproduktsiyu-mf-Cereal processing waste, an environmental impact and value addition perspectives: A comprehensive treatise / G. Hassan et al // Food Chemistry. – 2021. – Т. 363. – P. 130352.Cereal processing waste, an environmental impact and value addition perspectives: A comprehensive treatise / G. Hassan et al // Food Chemistry. – 2021. – Т. 363. – P. 130352.GOST 25832-89. Izdeliya khlebobulochnye. Tekhnicheskie usloviya. – M.: Standartinform, 2009. – 15 s.GOST 25832-89. Izdeliya khlebobulochnye. Tekhnicheskie usloviya. – M.: Standartinform, 2009. – 15 s.Standard methods for the examination of water and wastewater / E.W. Rice et al // Washington, DC : American public health association. – 2012. – T. 10.Standard methods for the examination of water and wastewater / E.W. Rice et al // Washington, DC : American public health association. – 2012. – T. 10.GOST 31669-2012 Produktsiya sokovaya. Opredelenie sakharozy, glyukozy, fruktozy i sorbita metodom vysokoehffektivnoi zhidkostnoi khromatografii: vved. 2013-07-01. – M.: Standartinform, 2019. – 16 s.GOST 31669-2012 Produktsiya sokovaya. Opredelenie sakharozy, glyukozy, fruktozy i sorbita metodom vysokoehffektivnoi zhidkostnoi khromatografii: vved. 2013-07-01. – M.: Standartinform, 2019. – 16 s.M 04-47-2007 Metodika vypolneniya izmerenii massovoi kontsentratsii organicheskikh kislot v bezalkogol'nykh i alkogol'nykh napitkakh metodom kapillyarnogo ehlektroforeza s ispol'zovaniem sistemy kapillyarnogo ehlektroforeza «Kapel'». – Attestovana Ural'skim NII metrologii. – Svid-vo № 223.1.04.35/2007 ot 29.05.2007. – SPb., 2007. – 33 s.M 04-47-2007 Metodika vypolneniya izmerenii massovoi kontsentratsii organicheskikh kislot v bezalkogol'nykh i alkogol'nykh napitkakh metodom kapillyarnogo ehlektroforeza s ispol'zovaniem sistemy kapillyarnogo ehlektroforeza «Kapel'». – Attestovana Ural'skim NII metrologii. – Svid-vo № 223.1.04.35/2007 ot 29.05.2007. – SPb., 2007. – 33 s.GOST 19792-2001 Med natural'nyi. Tekhnicheskie usloviya. Vved. 2002-07-01. – M.: Standartinform, 2011. – 18 s.GOST 19792-2001 Med natural'nyi. Tekhnicheskie usloviya. Vved. 2002-07-01. – M.: Standartinform, 2011. – 18 s.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.