kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-4(20)-35kaz44-2086Research ArticleПИЩЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)FOOD ENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ В УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ УСТАНОВКЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ МОЛОКА ОТ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВAPPLICATION OF NATURAL SORBENTS IN AN IMPROVED INSTALLATION FOR THE PURIFICATION OF MILK FROM TOXIC ELEMENTShttps://orcid.org/0009-0000-1722-0657БазановаА. К.BazanovaA. K.

Арай Кайратовна Базанова – докторант кафедры биоинженерных систем

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А 

Aray Bazanova – doctoral student, Department of «Bioengineering Systems»

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka str., 20 A

arayka.bazanovak@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9607-1684КакимовА. К.KakimovA. K.

Айтбек Калиевич Какимов – доктор технических наук, профессор кафедры биоинженерных систем

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Aitbek Kakimov – Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of «Bioengineering Systems»

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka str., 20 A

bibi.53@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9607-823XИбрагимовН. К.IbragimovN. K.

Надир Кадырович Ибрагимов – кандидат технических наук, ассоциированный профессор, преподаватель кафедры биоинженерных систем

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Nadir Ibragimov – Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Lecturer, Department of «Bioengineering Systems»

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka str., 20 A

ibragimnk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7408-5906ТашыбаеваМ. М.TashybayevaM. M.

Маржан Мейрамбекқызы Ташыбаева – PhD, преподаватель кафедры биоинженерных систем

071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А

Marzhan Tashybayeva – PhD, Lecturer, Department of «Bioengineering Systems»

071412, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinka str., 20 A

marzhan06081990@gmail.comШәкәрім университетКазахстанShakarim UniversityKazakhstan20252501202614(20)289298Copyright © Базанова А.К., Какимов А.К., Ибрагимов Н.К., Ташыбаева М.М., 20262026Базанова А.К., Какимов А.К., Ибрагимов Н.К., Ташыбаева М.М.Bazanova A.K., Kakimov A.K., Ibragimov N.K., Tashybayeva M.M.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/2086

Молоко является одним из наиболее значимых и питательных продуктов питания, однако его качество во многом зависит от экологической обстановки. Загрязнение окружающей среды приводит к накоплению тяжёлых металлов в пищевой продукции, что представляет угрозу для здоровья населения. Среди них наибольшую опасность представляют свинец (Pb), кадмий (Cd), мышьяк (As) и другие элементы. Целью работы являлось определение содержания свинца, кадмия и мышьяка в образцах сырого коровьего молока и исследование эффективности адсорбционной очистки с использованием природных сорбентов. Анализ проб из трёх населённых пунктов проводился методом инверсионно-вольтамперометрии. Установлено, что содержание кадмия в молоке из села Саржал превышает предельно допустимую концентрацию (0,067 мг/кг при норме 0,03 мг/кг), тогда как уровни свинца и мышьяка находились в пределах нормы. Для очистки молока применялась усовершенствованная экспериментальная установка с тремя сорбционными колоннами, загруженными шунгитом, цеолитом и кокосовым активированным углём. Наибольшая эффективность достигнута при комбинации 1+3 колонна (шунгит + кокосовый активированный уголь), обеспечившей снижение концентраций свинца на 91 %, кадмия на 75 % и мышьяка на 84 %. Полученные результаты подтверждают целесообразность применения природных сорбентов для очистки молока и демонстрируют перспективность разработанной установки для использования в лабораторных и малых производственных условиях.

Milk is one of the most important and nutritious food products; however, its quality largely depends on environmental conditions. Environmental pollution leads to the accumulation of heavy metals in food products, posing a threat to public health. Among them, lead (Pb), cadmium (Cd), arsenic (As), and other elements are considered the most hazardous. The aim of this study was to determine the content of lead, cadmium, and arsenic in raw cow’s milk samples and to evaluate the efficiency of adsorption purification using natural sorbents. Samples collected from three settlements were analyzed by the method of inversion voltammetry. It was found that the cadmium content in milk from the village of Sarzhal exceeded the maximum permissible concentration (0.067 mg/kg at a standard of 0.03 mg/kg), whereas lead and arsenic levels remained within permissible limits. For milk purification, an improved experimental installation with three sorption columns filled with shungite, zeolite, and coconut-based activated carbon was used. The highest efficiency was achieved with the 1+3 column combination (shungite + coconut activated carbon), which reduced lead concentration by 91%, cadmium by 75%, and arsenic by 84%. The obtained results confirm the feasibility of using natural sorbents for milk purification and demonstrate the potential of the developed installation for application in laboratory and small-scale production conditions.

сырое коровье молокотяжёлые металлыинверсионно-вольтамперометрический методшунгитцеолиткокосовый активированный угольraw cow’s milkheavy metalsinversion voltammetryshungitezeolitecoconut activated carbonReferencesСамусенко Л.Д. Качество и безопасность молока: основа продовольственной безопасности / Л.Д. Самусенко, С.Н. Химичева // Вестник аграрной науки. – 2018. – №1(70). – С. 46-50. https://cyberleninka.ru/article/n/kachestvo-i-bezopasnost-moloka-osnovaprodovolstvennoy-bezopasnosti/viewer. (дата обращения: 12.07.2025).Samusenko L.D. Kachestvo i bezopasnost' moloka: osnova prodovol'stvennoi bezopasnosti / L.D. Samusenko, S.N. Khimicheva // Vestnik agrarnoi nauki. – 2018. – №1(70). – S. 46-50. https://cyberleninka.ru/article/n/kachestvo-i-bezopasnost-moloka-osnova-prodovolstvennoybezopasnosti/viewer. (data obrashcheniya: 12.07.2025). (In Russian).Impact of potentially toxic compounds in cow milk: How industrial activities affect animal primary productions / S. Forcada et al // Foods. – 2023. – Vol. 12, № 8. – 17 p. https://doi.org/10.3390/foods12081718.Impact of potentially toxic compounds in cow milk: How industrial activities affect animal primary productions / S. Forcada et al // Foods. – 2023. – Vol. 12, № 8. – 17 p. https://doi.org/10.3390/foods12081718. (In English).Contamination of milk and dairy products with heavy metals / Н. İstanbulluoğlu et al // Turkey Klinikleri Journal of Medical Sciences. – 2013. – № 33. – P. 410-419. https://doi.org/10.5336/medsci.2012-29718.Contamination of milk and dairy products with heavy metals / N. İstanbulluoğlu et al // Turkey Klinikleri Journal of Medical Sciences. – 2013. – № 33. – P. 410-419. https://doi.org/10.5336/medsci.2012-29718. (In English).The effect of environmental factors on heavy metal and mineral compositions of raw milk and water samples / Е. Bıgucu et al // Journal of Tekirdag Agricultural Faculty. – 2016. – № 13 – P. 61-70.The effect of environmental factors on heavy metal and mineral compositions of raw milk and water samples / E. Bıgucu et al // Journal of Tekirdag Agricultural Faculty. – 2016. – № 13 – P. 61-70. (In English).Nanotechnology for sustainable wastewater treatment and use for agricultural production: A comparative long-term study / P.D.L.C. Bueno et al // Water Res. – 2017. – № 110. – P. 66-73. https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.11.060.Nanotechnology for sustainable wastewater treatment and use for agricultural production: A comparative long-term study / P.D.L.C. Bueno et al // Water Res. – 2017. – № 110. – P. 66-73. https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.11.060. (In English).Wei Y. Novel Adsorbents and Adsorption Methods for Pollutant Removal / Y. Wei, Y.Wu, X. Wang // Toxics. – 2023. – № 11(12). – P. 11-13. https://doi.org/10.3390/toxics11120954.Wei Y. Novel Adsorbents and Adsorption Methods for Pollutant Removal / Y. Wei, Y.Wu, X. Wang // Toxics. – 2023. – № 11(12). – P. 11-13. https://doi.org/10.3390/toxics11120954. (In English).Meier W.M., Olson D.H. and Baerlocher Ch, Atlas of Zeolite Structure Types / Meier W.M., Olson D.H. and Baerlocher Ch, // 3rd Ed., Butterworth Heinemann, London. – 1987. – 152 p. https://www.iza-structure.org/books/Atlas_5ed.pdf. (дата обращения: 08.07.2025).Meier W.M., Olson D.H. and Baerlocher Ch, Atlas of Zeolite Structure Types / Meier W.M., Olson D.H. and Baerlocher Ch, // 3rd Ed., Butterworth Heinemann, London. – 1987. – 152 p. https://www.iza-structure.org/books/Atlas_5ed.pdf. (data obrashcheniya: 08.07.2025). (In English).Efremova S.V. The structure of Kazakhstan shungite / S.V. Efremova, M.K. Korolev // Solid Fuel Chem. – 2003. – Vol. 37. – Р. 9-18.Efremova S.V. The structure of Kazakhstan shungite / S.V. Efremova, M.K. Korolev // Solid Fuel Chem. – 2003. – Vol. 37. – R. 9-18. (In English).Мусина У.Ш. Экологический потенциал Коксуского шунгита / У.Ш. Мусина // Гидрометеорология и экология. – 2010. – № 4. – С. 154-159.Musina U.SH. Ehkologicheskii potentsial Koksuskogo shungita / U.SH. Musina // Gidrometeorologiya i ehkologiya. – 2010. – № 4. – S. 154-159. (In Russian).Камбарова Э.А. Адсорбция тяжёлых металлов на модифицированной эпоксидной смолой поверхности шунгита и цеолита / Э.А. Камбарова // Вестник Таразского регионального университета имени М.Х. Дулати. – 2024. – С. 15-20.Kambarova EH.A. Adsorbtsiya tyazhelykh metallov na modifitsirovannoi ehpoksidnoi smoloi poverkhnosti shungita i tseolita / EH.A. Kambarova // Vestnik Tarazskogo regional'nogo universiteta imeni M.KH. Dulati. – 2024. – S. 15-20. (In Russian).Андриенко П.Е. Проблемы различных методов очистки воды / П.Е. Андриенко, Ж.А. Арушанян // Научные исследования молодых учёных: сборник статей XXVI Международной научно-практической конференции. – Пенза: МЦНС Наука и Просвещение. – 2024. – С. 32-35.Andrienko P.E. Problemy razlichnykh metodov ochistki vody / P.E. Andrienko, ZH.A. Arushanyan // Nauchnye issledovaniya molodykh uchenykh: sbornik statei XXVI Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. – Penza: MTSNS Nauka i Prosveshchenie. – 2024. – S. 32-35. (In Russian).Sorption characteristics of heavy metals onto natural zeolite of clinoptilolite type / R. Ghasemi-Fasaei et al // International Research Journal of Applied and Basic Sciences. – 2012. – Vol. 3, № 10. – P. 2079-2084.Sorption characteristics of heavy metals onto natural zeolite of clinoptilolite type / R. GhasemiFasaei et al // International Research Journal of Applied and Basic Sciences. – 2012. – Vol. 3, № 10. – P. 2079-2084. (In English).Nitrogen sorption and its release in the soil after zeolite application / J. Vilcek et al // Bulgarian Journal of Agricultural Science. – 2013. – Vol. 19, № 2. – P. 228-234.Nitrogen sorption and its release in the soil after zeolite application / J. Vilcek et al // Bulgarian Journal of Agricultural Science. – 2013. – Vol. 19, № 2. – P. 228-234. (In English).Auerbanch S.A. Handbook of Zeolits Science and Technology / S.A. Auerbanch, K.A. Carrado, P.K. Dutta– NY.: CRC Press, 2003. – 1204 p.Auerbanch S.A. Handbook of Zeolits Science and Technology / S.A. Auerbanch, K.A. Carrado, P.K. Dutta– NY.: CRC Press, 2003. – 1204 p. (In English).Кокосовый активированный уголь (сорбция): – URL: https://sebekpro.ru/katalogresheniy/gotovye-resheniya/172-kokosovyj-aktivirovannyj-ugol-sorbtsiya.html. (дата обращения: 13.07.2025).Kokosovyi aktivirovannyi ugol' (sorbtsiya): – URL: https://sebekpro.ru/katalogresheniy/gotovye-resheniya/172-kokosovyj-aktivirovannyj-ugol-sorbtsiya.html. (data obrashcheniya: 13.07.2025). (In Russian).Adsorption of Heavy Metals: Mechanisms, Kinetics, and Applications of Various Adsorbents in Wastewater Remediation-A Review / Z. Raji et al // Waste. – 2023. – vol. 1, № 3. – 31 p.Adsorption of Heavy Metals: Mechanisms, Kinetics, and Applications of Various Adsorbents in Wastewater Remediation-A Review / Z. Raji et al // Waste. – 2023. – vol. 1, № 3. – 31 p. (In English).ГОСТ 33824-2016. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрический метод определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). – Введ. 01.07.2017. – М.: Стандартинформ, 2016. – С. 8-13.GOST 33824-2016. Produkty pishchevye i prodovol'stvennoe syr'e. Inversionnovol'tamperometricheskii metod opredeleniya soderzhaniya toksichnykh ehlementov (kadmiya, svintsa, medi i tsinka). – Vved. 01.07.2017. – M.: Standartinform, 2016. – S. 8-13. (In Russian).ГОСТ 31628-2012. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрический метод определения массовой концентрации мышьяка. – Введ. 01.07.2013. – М.: Стандартинформ, 2014. – С. 6-11.GOST 31628-2012. Produkty pishchevye i prodovol'stvennoe syr'e. Inversionnovol'tamperometricheskii metod opredeleniya massovoi kontsentratsii mysh'yaka. – Vved. 01.07.2013. – M.: Standartinform, 2014. – S. 6-11. (In Russian).Патент РК №11024, G01N 15/00 Стенд для фильтрационной очистки жидких пищевых продуктов от радионуклидов и солей тяжёлых металлов, 22.08.2025, бюл. № 34.Patent RK №11024, G01N 15/00 Stend dlya fil'tratsionnoi ochistki zhidkikh pishchevykh produktov ot radionuklidov i solei tyazhelykh metallov, 22.08.2025, byul. № 34. (In Russian).Современнные подходы к снижению содержания радионуклидов и солей тяжёлых металлов в жидких пищевых продуктах с использованием адсорбционных технологий: Аналит. Обзор / А.К. Базанова и др. – Семей: «Pro100Print», 2025. – 67 с.Sovremennnye podkhody k snizheniyu soderzhaniya radionuklidov i solei tyazhelykh metallov v zhidkikh pishchevykh produktakh s ispol'zovaniem adsorbtsionnykh tekhnologii: Analit. Obzor / A.K. Bazanova i dr. – Semei: «Pro100Print», 2025. – 67 s. (In Russian).ГОСТ 16187-70. Сорбенты. Метод определения фракционного состава. – Введ. 01.07.1971. 1970. – 6 с.GOST 16187-70. Sorbenty. Metod opredeleniya fraktsionnogo sostava. – Vved. 01.07.1971. 1970. – 6 s. (In Russian).ГОСТ 16188-70. Сорбенты. Метод определения прочности при истирании. – Введ. 01.07.1971. 1970. – 5 с.GOST 16188-70. Sorbenty. Metod opredeleniya prochnosti pri istiranii. – Vved. 01.07.1971. 1970. – 5 s. (In Russian).

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