The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования является интегрированная система для устойчивой рекуперации энергии из биомассы Escherichia coli посредством совместного производства молекулярного водорода и биогаз-метана из субстратов на основе послеспиртовой барды и свекольной мелассы.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу объектісі – спирттен кейінгі барда мен қызылша мелассасы негізінде субстраттардан молекулалық сутегі мен биогаз-метанды бірлесіп өндіру арқылы Escherichia coli биомассасынан тұрақты энергияны қалпына келтірудің интеграцияланған жүйесі.

Aim of work (in Russian) : Қант мелассасы мен спирттен кейінгі барда негізіндегі субстраттардан қараңғы ферментацияланған сутегіні және анаэробты ашыту өнімдерін интеграцияланған биосинтездеу арқылы Escherichia coli биомассасынан энергия рекуперациялау тұрақтылығын жоғарылату

Aim of work (in Kazakh) : Повышение устойчивости рекуперации энергии из биомассы Escherichia coli посредством интегрированного биосинтеза водорода темновой ферментацией и продуктов анаэробного сбраживания субстратов на основе сахарной мелассы и послеспиртовой барды

Методы исследования (на русском) : В первом году реализации проекта применялись методы ВЭЖХ и другие общепринятые методы анализа для изучения условий синтеза молекулярного водорода посредством определения углеводного состава, органических кислот, сахаров, фурановых и фенольных соединений. В том числе, массовую долю углеводов (сахаров) определяли перманганатным методом, фурфурола в субстратах определяли по ГОСТ 32013-2012, качественную реакцию на оксиметилфурфурол проводили по ГОСТ 19792-2001. Бактерии культивировали на пептонной среде в анаэробных условиях при 37°C в течение 24 часов. рН среды измеряли с помощью рН-метра HI 3220 рН-селективный электрод (Hanna Instruments, Португалия). Для тестирования синтеза водорода применен pH/ORP Meter HI 2211, (HANNA Instruments, Португалия) на основе измерения окислительно-востановительного потенциала (ОВП). Для тестирования органических кислот использовали прибор капиллярного электрофореза. Общий выход биоводорода определяли в стеклянных сосудах емкостью 500 мл в условиях постоянного перемешивания. Барботируемые газы (H2 и CO2) обрабатывали 1 М раствором NaOH (для удаления СО2 из газовой смеси), в результате собирали H2 и оценивали общий выход по объему вытеснения воды.

Методы исследования (на казахском) : Жобаны іске асырудың бірінші жылында көмірсулар құрамын, органикалық қышқылдарды, қанттарды, фуран және фенол қосылыстарын анықтау арқылы молекулалық сутегі синтезделуінің шарттарын зерттеу үшін HPLC әдістері және басқа да жалпы қабылданған талдау әдістері қолданылды. Сонымен қатар, көмірсулардың (қанттардың) массалық үлесі перманганат әдісімен, субстраттардағы фурфурол МЕСТ 32013-2012 бойынша, оксиметилфурфурол МЕСТ 19792-2001 бойынша жүргізілді. Бактериялар пептонды ортада анаэробты жағдайда 37°C температурада 24 сағат бойы өсірілді. Ортаның рН мәні HI 3220 рН-селективті электродты рН метрі арқылы өлшенді (Hanna Instruments, Португалия). Сутегі синтезін сынау үшін тотығу-тотықсыздану әлеуетін (ТТӘ) өлшеу негізінде PH/ORP Meter HI 2211, (HANNA Instruments, Португалия) қолданылды. Органикалық қышқылдарды сынау үшін капиллярлық электрофорез құралы қолданылды. Биосутегінің жалпы шығымы тұрақты араластыру жағдайында сыйымдылығы 500 мл шыны ыдыстарда анықталды. Көпіршікті газдар (H2 және CO2) 1 М NaOH ерітіндісімен өңделді (газ қоспасынан CO2 шығару үшін), нәтижесінде H2 жиналып, ығыстырылған су көлеміне қарай жалпы өнім бағаланды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Изучены основные факторы и показатели, установлены параметры предварительной обработки сырья с применением комбинации кислотно-гидротермальной и ультразвуковой обработки, и микробной ферментации субстратов сахарной мелассы, послеспиртовой барды и их смесей с использованием штаммов Escherichia coli дикого типа и мутанта, способствующие эффективному биосинтезу молекулярного водорода. Новизна будет заключаться в повышении устойчивости рекуперации энергии из биомассы Escherichia coli за счет разработки высокоэффективной интегрированной системы темновой ферментации (DF) и анаэробного сбраживания (AD) крупнотоннажных органических отходов производств сахара и спирта.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Қышқылды-гидротермиялық және ультрадыбыстық өңдеудің комбинациясын қолдана отырып, шикізатты алдын ала өңдеудің және қант мелассасының субстраттарын микробтық ашытудың, спирттен кейінгі барданың және олардың қоспаларының жабайы типтегі Escherichia coli штаммдары мен мутантты қолдана отырып, молекулалық сутектің тиімді биосинтезделуіне ықпал ететін микробтық ашыту параметрлері анықталды, негізгі факторлар мен көрсеткіштер зерттелді. Жобаның жаңалығы қант пен спирт өндірісінің үлкен тоннажды органикалық қалдықтарын жоғары тиімді интеграцияланған қараңғы ферментациялау (DF) және анаэробты ашыту (AD) жүйесін әзірлеу арқылы Escherichia coli биомассасынан энергияны қалпына келтірудің тұрақтылығын арттыру болады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разработка эффективных систем по утилизации углеводсодержащих отходов с получением продуктов с добавленной стоимостью способствует созданию новых производственных инфраструктур и увеличить количество рабочих мест на базе действующих перерабатывающих предприятий, и в свою очередь внесет положительный эффект по снижению безработицы в регионе. Результаты исследования по повышению устойчивости рекуперации энергии из биомассы Е. coli за счет интеграции темновой ферментации и анаэробного сбраживания, будут способствовать к внедрению технологии совместного производства биоводорода и биометана. Кроме того, результаты проекта будут служить в качестве предпосылки для дальнейшего совершенствования и всестороннего изучения рассматриваемой интегрированной системы ведущими учеными отрасли.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Құны жоғарылатылған өнімдерді өндіре отырып, құрамында көмірсутегі бар қалдықтарды кәдеге жарату жөніндегі тиімді жүйелерді әзірлеу жаңа өндірістік инфрақұрылымдарды құруға және жұмыс істеп тұрған қайта өңдеуші кәсіпорындар базасында жұмыс орындарының санын ұлғайтуға ықпал етеді және өз кезегінде өңірдегі жұмыссыздықты төмендету бойынша оң әсер етеді. Қараңғы ферментациялау мен анаэробты ашытуды біріктіру арқылы E. coli биомассасынан энергияны қалпына келтірудің тұрақтылығын арттыру бойынша зерттеу нәтижелері биосутек пен биометанды бірлесіп өндіру технологиясын енгізуге ықпал етеді. Сонымен қатар, жобаның нәтижелері қарастырып отырған интеграцияланған жүйені одан әрі жетілдіруге және жан-жақты зерделеу үшін жетекші сала ғалымдары үшін алғышарт ретінде пайдаланыла алады.

Level of implementation (in Russian) : В рамках проекта не предусмотрено внедрение в промышленном масштабе. Отсутствие возможности внедрения связано с тем, что темновая ферментация является предкоммерческой технологией. Основное ограничение производства биоводорода в промышленных масштабах заключается в низкой производительности и низком выходе молекулярного водорода. Учитывая нынешнюю производительность биоводорода, необходимо разработать интегрированные устойчивые системы по рекуперации энергии. Научно-технические решения данного исследования будут способствовать развитию технологии биоводорода. Такое утверждение обусловлено применением высокоэффективных, наиболее рекомендованных методов по высвобождению ферментируемых сахаров, штаммов дикого типа и мутантов бактерий E.coli при темновой ферментации, и интеграции DF и AD.

Level of implementation (in Kazakh) : Жоба шеңберінде зерттеу нәтижелерін өндіріске енгізу қарастырылмаған. Өндіріске енгізу мүмкіндігінің болмауы қараңғы ферментациялаудың коммерциялану алдындағы технология болып табылатындығына байланысты. Өнеркәсіптік ауқымда биосутегі өндірудің негізгі шектеуі молекулалық сутектің төмен өнімділігі мен төмен шығымына байланысты болады. Осыған сәйкес, биосутектің қазіргі өнімділігін ескере отырып, энергияны қалпына келтірудің интеграцияланған тұрақты жүйелерін дамыту қажет. Бұл зерттеулердің ғылыми-техникалық шешімдері биосутек технологиясының дамуына ықпал етеді. Мұндай мәлімдеме қараңғы ферментациялау кезінде ашытылатын қанттарды, жабайы типті және мутантты E. coli штаммдарын шығару үшін жоғары тиімді, жоғары ұсынылған әдістерді қолданумен және DF және AD интеграциясымен байланысты болып табылады.

Efficiency (in Russian) : Результаты проекта могут способствовать улучшению социального, экономического, экологического, и научно-технического эффектов для регионов, где расположены предприятия по производству сахара и спиртовых продуктов, а также подготовки современных кадров в рассматриваемой области производства.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның нәтижелері қант және спирт өнімдерін шығаратын кәсіпорындар орналасқан өңірлер үшін әлеуметтік, экономикалық, экологиялық және ғылыми-техникалық әсерлерді жақсартуға, сондай-ақ қарастырылып отырған өндіріс саласында заманауи кадрларды даярлауға ықпал ете алады.

Field of application (in Russian) : Научно-технические решения проекта могут применяться в исследованиях по масштабированию и в последующем коммерциализации технологии по интегрированному производству молекулярного водорода и биогаз-метана.

Field of application (in Kazakh) : Жобаның ғылыми-техникалық шешімдері молекулалық сутегі мен биогаз-метанды интеграцияланған өндіру технологиясын кеңейту және кейіннен коммерцияландыру бойынша зерттеулерде қолданылуы мүмкін.