kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-4(20)-50kaz44-2146Research ArticleПИЩЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)FOOD ENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ ОЗОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ВЫХОДА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ШТАММА ASPERGILLUS NIGER R5/4APPLICATION OF OZONATION REGIMES TO INCREASE CITRIC ACID YIELD USING STRAIN ASPERGILLUS NIGER R5/4https://orcid.org/0000-0001-5472-036XШайменоваБ. С.ShaimenovaB.

Бахыт Сайлауовна Шайменова – докторант PhD

010000, Республика Казахстан, г. Астана, проспект Женис, 62

Bakhyt Shaimenova – PhD student

010000, Republic of Kazakhstan, Astana, Zhenis Avenue, 62

bshaymenova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9483-5732СадуахасоваС. А.SaduakhasovaS.

Сауле Абдуахаповна Садуахасова – кандидат биологических наук

010000, Республика Казахстан, г. Астана, проспект Женис, 62

Saule Saduаkhasova – Candidate of Biological Sciences

010000, Republic of Kazakhstan, Astana, Zhenis Avenue, 62

saule_aru@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9534-2721КамановаС. Г.KamanovaS.

Светлана Георгиевна Каманова – докторант PhD

010000, Республика Казахстан, г. Астана, проспект Женис, 62

Svetlana Kamanova – PhD student

010000, Republic of Kazakhstan, Astana, Zhenis Avenue, 62

kamanovasveta@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8624-0464XinLüXinLü

Lü Xin – PhD, профессор факультета пищевой технологии и инженерии

712100, Китай № 3, Тайчэн-роуд, Янлин, Шэньси

Lü Xin – Professor, Ph.D,  College of Food Science and Engineering  

712100, China, № 3 Taicheng Road, Yangling, Shaanxi

xinlu@nwsuaf.edu.cnhttps://orcid.org/0000-0002-6043-4658ОспанкуловаГ. Х.OspankulovaG.

Гульназым Хамитовна Оспанкулова – кандидат биологических наук

010000, Республика Казахстан, г. Астана, проспект Женис, 62

Gulnazym Ospankulova – Candidate of Biological Sciences

010000, Republic of Kazakhstan, Astana, Zhenis Avenue, 62

bulashevag@mail.ruНАО «Казахский агротехнический исследовательский университет им. С. Сейфуллина»КазахстанS. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research UniversityKazakhstanСеверо-западный университет сельского и лесного хозяйстваКитайNorthwest A&F UniversityChina20252501202614(20)424432Copyright © Шайменова Б.С., Садуахасова С.А., Каманова С.Г., Xin L., Оспанкулова Г.Х., 20262026Шайменова Б.С., Садуахасова С.А., Каманова С.Г., Xin L., Оспанкулова Г.Х.Shaimenova B., Saduakhasova S., Kamanova S., Xin L., Ospankulova G.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/2146

В статье приведены результаты комплексных исследований, направленных на повышение эффективности выделения лимонной кислоты из ферментационного раствора, полученного с использованием штамма Aspergillus niger R5/4. Основное внимание уделено оценке влияния различных режимов озонирования, применяемого на стадии стерилизации оборудования, на микробиологическую чистоту и стабильность процесса ферментации. Была проведена оптимизация основных стадий технологического процесса: нейтрализации, осветления, выпаривания и кристаллизации. Установлено, что применение озонирования с концентрацией 200 ppm при скорости подачи 10 г/мин и остаточном содержании 1 ppm обеспечивает максимальный выход лимонной кислоты, в то время как при стерилизации оборудования без озонирования эффективность снижается. Выявлены оптимальные параметры последующих стадий обработки: нейтрализация карбонатом кальция (CaCO₃) в концентрации 75 г/л при температуре 50 °C и осветление при 20 °C с перемешиванием в течение 1,5 ч. Совокупность указанных факторов позволила достичь выхода лимонной кислоты на уровне 91,6%. Полученные результаты научно обосновывают эффективность сочетания озонирования и последующих стадий обработки, формируя практическую основу для совершенствования производства лимонной кислоты на промышленном уровне. Это, в свою очередь, открывает путь к разработке новых решений, направленных на повышение устойчивости и экономической эффективности биотехнологического производства.

The article presents the results of comprehensive studies aimed at improving the efficiency of citric acid recovery from a fermentation broth obtained using the Aspergillus niger R5/4 strain. Particular attention was paid to evaluating the impact of different ozonation regimes, applied at the equipment sterilization stage, on the microbiological purity and stability of the fermentation process. Optimization was carried out for the key stages of the technological process, including neutralization, clarification, evaporation, and crystallization. It was established that ozonation at a concentration of 200 ppm, with a feed rate of 10 g/min and a residual content of 1 ppm, ensured the maximum yield of citric acid, whereas sterilization without ozonation resulted in decreased efficiency. The optimal parameters of subsequent processing stages were identified: neutralization with calcium carbonate (CaCO₃) at a concentration of 75 g/L and 50 °C, as well as clarification at 20 °C with 1.5 h of stirring. The combination of these factors enabled achieving a citric acid yield of 91.6%. The obtained results scientifically substantiate the effectiveness of combining ozonation with subsequent processing stages, providing a practical basis for improving citric acid production at the industrial level. This, in turn, paves the way for the development of new solutions aimed at enhancing the stability and economic efficiency of biotechnological production.

лимонная кислотаAspergillus niger R5/4озонированиенейтрализацияфильтрациякристаллизацияcitric acidAspergillus niger R5/4ozonationneutralizationfiltrationcrystallizationReferencesОзонирование производственных помещений, инкубационных и пищевых яиц / Е.В. Корса-Вавилова и др. // Птицеводство. – 2011. – № 12. – С. 39-41.Ozonirovanie proizvodstvennykh pomeshchenii, inkubatsionnykh i pishchevykh yaits / E.V. KorsaVavilova i dr. // Ptitsevodstvo. – 2011. – № 12. – S. 39-41. (In Russian).Guzel-Seydim Z.B. Use of ozone in the food industry / Z.B. Guzel-Seydim, A.K. Greene, A.C. Seydim // LWT-Food Science and technology. – 2004. – Vol. 37(4). – P. 453-460. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2003.10.014.Guzel-Seydim Z.B. Use of ozone in the food industry / Z.B. Guzel-Seydim, A.K. Greene, A.C. Seydim // LWT-Food Science and technology. – 2004. – Vol. 37(4). – P. 453-460. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2003.10.014. (In English).Ozonation treatment processes for the remediation of detergent wastewater: A comprehensive review / C.G. Joseph et al // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2021. – Vol. 9(5). – P. 106099. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106099.Ozonation treatment processes for the remediation of detergent wastewater: A comprehensive review / C.G. Joseph et al // Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2021. – Vol. 9(5). – P. 106099. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106099. (In English).Kim J.G. Application of ozone for enhancing the microbiological safety and quality of foods: a review / J.G. Kim, A.E. Yousef, S. Dave // Journal of food protection. – 1999. – Vol. 62(9). – P. 1071-1087. https://doi.org/10.4315/0362-028X-62.9.1071.Kim J.G. Application of ozone for enhancing the microbiological safety and quality of foods: a review / J.G. Kim, A.E. Yousef, S. Dave // Journal of food protection. – 1999. – Vol. 62(9). – P. 1071-1087. https://doi.org/10.4315/0362-028X-62.9.1071. (In English).Pazouki M. Recovery of citric acid–a review / M. Pazouki, T. Panda // Bioprocess engineering. – 1998. – Vol. 19(6). – P. 435-439. https://doi.org/10.1007/PL00009029.Pazouki M. Recovery of citric acid–a review / M. Pazouki, T. Panda // Bioprocess engineering. – 1998. – Vol. 19(6). – P. 435-439. https://doi.org/10.1007/PL00009029. (In English).Анненков А.В. Ветеринарно-санитарная оценка и дезинфекция объектов колбасных заводов и лабораторий ветеринарно-санитарной экспертизы при продовольственных рынках: дис. канд. вет. наук: 16.00.06 / А.В. Анненков. – Москва, 2008. – 155 с.Annenkov A.V. Veterinarno-sanitarnaya otsenka i dezinfektsiya ob"ektov kolbasnykh zavodov i laboratorii veterinarno-sanitarnoi ehkspertizy pri prodovol'stvennykh rynkakh: dis. kand. vet. nauk: 16.00.06 / A.V. Annenkov. – Moskva, 2008. – 155 s. (In Russian).Sun X. Recovery of citric acid from fermented liquid by bipolar membrane electrodialysis / X. Sun, H. Lu, J. Wang // Journal of Cleaner Production. – 2017. – Vol. 143. – P. 250-256. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.12.118.Sun X. Recovery of citric acid from fermented liquid by bipolar membrane electrodialysis / X. Sun, H. Lu, J. Wang // Journal of Cleaner Production. – 2017. – Vol. 143. – P. 250-256. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.12.118. (In English).Widiasa I.N. Performance of a novel electrodeionization technique during citric acid recovery / I.N. Widiasa, P.D. Sutrisna, I.G. Wenten // Separation and purification technology. – 2004. – Vol. 39(1-2). – P. 89-97. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2003.12.020.Widiasa I.N. Performance of a novel electrodeionization technique during citric acid recovery / I.N. Widiasa, P.D. Sutrisna, I.G. Wenten // Separation and purification technology. – 2004. – Vol. 39(1-2). – P. 89-97. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2003.12.020. (In English).López-Garzón C.S. Recovery of carboxylic acids produced by fermentation / C.S. López-Garzón, A.J.J. Straathof // Biotechnology advances. – 2014. – Vol. 32(5). – P. 873-904. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2014.04.002.López-Garzón C.S. Recovery of carboxylic acids produced by fermentation / C.S. López-Garzón, A.J.J. Straathof // Biotechnology advances. – 2014. – Vol. 32(5). – P. 873-904. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2014.04.002. (In English).Recovery processes of organic acids from fermentation broths in the biomass-based industry / Q.Z. Li et al // J. Microbiol. Biotechnol. – 2016. – Vol. 26(1). – P. 1-8. https://doi.org/10.4014/jmb.1505.05049.Recovery processes of organic acids from fermentation broths in the biomass-based industry / Q.Z. Li et al // J. Microbiol. Biotechnol. – 2016. – Vol. 26(1). – P. 1-8. https://doi.org/10.4014/jmb.1505.05049. (In English).Biotechnological production of citric acid / B. Max et al // Brazilian journal of Microbiology. – 2010. – Vol. 41. – P. 862-875. https://doi.org/10.1590/S1517-83822010000400005.Biotechnological production of citric acid / B. Max et al // Brazilian journal of Microbiology. – 2010. – Vol. 41. – P. 862-875. https://doi.org/10.1590/S1517-83822010000400005. (In English).Karklin R. Factors affecting the isolation of Ca-citrate from fermentation solution of n-alkanes / R. Karklin, L. Ramina, R. Raso // Biosint Oksikilot Ketokislot Mikroorg. – 1984. – Vol. 1. – P. 43-51. https://scholar.google.ru/scholar?hl=ru&as_sdt=0%2C5&q=.+Karklin+R.%2C+Ramina+L.%2C+Raso+R.+Factors+affecting+the+isolation+of+Ca-citrate+from+fermentation+solution+of+nalkanes+%2F%2FBiosint+Oksikilot+Ketokislot+Mikroorg.+%E2%80%93+1984.+%E2%80%93+Vol.+1.+%E2%80%93+P.+43-51&btnG= (қол жеткізілген күні: 28.08.2025).Karklin R. Factors affecting the isolation of Ca-citrate from fermentation solution of n-alkanes / R. Karklin, L. Ramina, R. Raso // Biosint Oksikilot Ketokislot Mikroorg. – 1984. – Vol. 1. – P. 43-51. https://scholar.google.ru/scholar?hl=ru&as_sdt=0%2C5&q=.+Karklin+R.%2C+Ramina+L.%2C+Raso+R.+Factors+affecting+the+isolation+of+Ca-citrate+from+fermentation+solution+of+nalkanes+%2F%2FBiosint+Oksikilot+Ketokislot+Mikroorg.+%E2%80%93+1984.+%E2%80%93+Vol.+1.+%E2%80%93+P.+43-51&btnG= (қol zhetkіzіlgen kүnі: 28.08.2025). (In English).Heding L.G. Improvement of conditions for precipitation of citric acid from fermentation mash / L.G. Heding, J.K. Gupta // Biotechnology and Bioengineering. – 1975. – Vol. 17(9). – P. 1363-1364. https://doi.org/10.1002/bit.260170910.Heding L.G. Improvement of conditions for precipitation of citric acid from fermentation mash / L.G. Heding, J.K. Gupta // Biotechnology and Bioengineering. – 1975. – Vol. 17(9). – P. 1363-1364. https://doi.org/10.1002/bit.260170910. (In English).Improving the citric acid production by mutant strains Aspergillus niger using carbohydratecontaining raw materials as a carbon source / B. Shaimenova et al // Slovak Journal of Food Sciences/Potravinarstvo. – 2024. – Vol. 18. – P.157. https://doi.org/10.5219/1948.Improving the citric acid production by mutant strains Aspergillus niger using carbohydratecontaining raw materials as a carbon source / B. Shaimenova et al // Slovak Journal of Food Sciences/Potravinarstvo. – 2024. – Vol. 18. – P.157. https://doi.org/10.5219/1948. (In English).Priede M. Effect of pulsing mixing interruptions on the Aspergillus niger morphology and citric acid production / M. Priede, U. Viesturs // Chemical and biochemical engineering quarterly. ‒ 2005. ‒ Vol. 19(4). ‒ P. 359-366. https://hrcak.srce.hr/3632 (қол жеткізілген күні: 28.08.2025).Priede M. Effect of pulsing mixing interruptions on the Aspergillus niger morphology and citric acid production / M. Priede, U. Viesturs // Chemical and biochemical engineering quarterly. ‒ 2005. ‒ Vol. 19(4). ‒ P. 359-366. https://hrcak.srce.hr/3632 (қol zhetkіzіlgen kүnі: 28.08.2025). (In English).Babel S. Low-cost adsorbents for heavy metals uptake from contaminated water: a review / S. Babel, T.A. Kurniawan // Journal of hazardous materials. – 2003. – Vol. 97(1-3). – P. 219-243. https://doi.org/10.1016/S0304-3894(02)00263-7.Babel S. Low-cost adsorbents for heavy metals uptake from contaminated water: a review / S. Babel, T.A. Kurniawan // Journal of hazardous materials. – 2003. – Vol. 97(1-3). – P. 219-243. https://doi.org/10.1016/S0304-3894(02)00263-7. (In English).Foo K.Y. Insights into the modeling of adsorption isotherm systems / K.Y. Foo, B.H. Hameed // Chemical engineering journal. – 2010. – Vol. 156(1). – P. 2-10. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.09.013.Foo K.Y. Insights into the modeling of adsorption isotherm systems / K.Y. Foo, B.H. Hameed // Chemical engineering journal. – 2010. – Vol. 156(1). – P. 2-10. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.09.013. (In English).

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