ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2022.241.280-294isplta-194Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYКомплексная переработка лигносульфоната из нейтрально-сульфитного щелока с получением биопродуктов кормового назначенияComplex neutral sulfite liquor lignosulfonate processing to feed bioproductshttps://orcid.org/0000-0003-3289-3977МингазоваЛ. А.MingazovaL. A.

МИНГАЗОВА Лейсан Азатовна – ассистент кафедры пищевой инженерии, кандидат технических наук

420015, ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Республика Татарстан

MINGAZOVA Leysan A. – PhD (Technical), assistant of the Department of Food Engineering

420015. K. Marx str. 68. Kazan. Republic of Tatarstan

zleisan1@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4563-9847КрякуноваЕ. В.KryakunovaE. V.

КРЯКУНОВА Елена Вячеславовна – доцент кафедры пищевой инженерии, кандидат биологических наук

420015, ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Республика Татарстан

KRYAKUNOVA Elena V. – PhD (Biology), Associate Professor, Department of Food Engineering

420015. K. Marx str. 68. Kazan. Republic of Tatarstan

oscillatoria@rambler.ruЗиатдиновА. И.ZiatdinovA. I.

ЗИАТДИНОВ Айрат Илгизарович – аспирант кафедры пищевой инженерии

420015, ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Республика Татарстан

ZIATDINOV Airat I. – PhD student of the Department of Food Engineering

420015. K. Marx str. 68. Kazan. Republic of Tatarstan

welder16@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8194-6185КанарскаяЗ. А.KanarskayaZ. A.

КАНАРСКАЯ Зося Альбертовна – доцент кафедры пищевой биотехнологии, кандидат технических наук

420015, ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Республика Татарстан

KANARSKAYA Zosya A. – PhD (Technical), Associate Professor, Department of Food Biotechnology

420015. K. Marx str. 68. Kazan. Republic of Tatarstan

zosya_kanarskaya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3541-2588КанарскийА. В.KanarskiiA. V.

КАНАРСКИЙ Альберт Владимирович – профессор кафедры пищевой биотехнологии, доктор технических наук, профессор

420015, ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Республика Татарстан

KANARSKII Albert V. – DSc (Technical), Professor of the Department of Food Biotechnology

420015. K. Marx str. 68. Kazan. Republic of Tatarstan

alb46@mail.ruБелкинаЕ. В.BelkinaE. V.

БЕЛКИНА Екатерина Васильевна – инженер, заведующий исследовательской лабораторией ООО «Прикамский картон»

614037, ул. Бумажников, д. 1, г. Пермь

BELKINA Ekaterina V. – Engineer, Head of the Research Laboratory ofPrikamsky Karton LLC

614037. Bumazhnikov str. 1. Perm

ekaterina.belkina@pcbk.ruКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian Federation2022290220240241280294Copyright © Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Зиатдинов А.И., Канарская З.А., Канарский А.В., Белкина Е.В., 20242024Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Зиатдинов А.И., Канарская З.А., Канарский А.В., Белкина Е.В.Mingazova L.A., Kryakunova E.V., Ziatdinov A.I., Kanarskaya Z.A., Kanarskii A.V., Belkina E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/194

При производстве целлюлозы из древесины березы нейтрально-сульфитным способом образуются щелока, которые содержат органические и минеральные вещества. В настоящее время присутствующие в нейтрально-сульфитных щелоках минеральные вещества не регенерируются. Органические вещества и, прежде всего, олигомеры углеводов также не используются. Единственный способ утилизации этих щелоков на предприятии – это получение лигносульфонатов, что указывает на экономическую нерациональность использования ресурсов. В работе рассматривалась возможность разделения лигнина и углеводов лигносульфонатов из нейтрально-сульфитных щелоков биокаталитическим способом с образованием простых сахаров с последующим микробиологическим синтезом молочной кислоты мицелиальным грибом Rhizopus oryzae F-1030. После отделения молочной кислоты также остаются вторичные ресурсы – культуральная жидкость на основе ферментолизата лигносульфоната и биомасса гриба – которые предложено утилизировать. В качестве возможного пути утилизации предлагается использование нерастворимой фракции лигнина и биомассы гриба R. oryzae F-1030, в состав которой входит хитин-глюкан, для получения кормовых добавок для сельскохозяйственных животных, обладающих адсорбционными свойствами по отношению к микотоксинам. Показано, что обработка лигносульфоната ферментными препаратами Accellerase XC и Accellerase XY приводит к увеличению содержания в гидролизатах простых сахаров, которые могут быть использованы микроорганизмами в качестве источников углерода. Установлено, что при культивировании на ферментолизатах лигносульфоната из нейтрально- сульфитных щелоков гриб R. оryzae F-1030 синтезирует молочную кислоту в среднем в концентрации 42,0±4,0%, при этом производя 1,8±0,2 г/дм³ сухой биомассы. Доказана возможность использования лигнина лигносульфонатов из нейтрально-сульфитных щелоков и хитин-глюкана из биомассы гриба R. Oryzae F-1030 в соотношении 1:1 для получения кормовой добавки, обладающей адсорбционной способностью к микотоксинам.

In the cellulose production from birch wood by the neutral sulfite method liquors are formed. These liquors contain organic and mineral substances. At present, minerals content of the neutral sulfite liquors is not regenerated. Organic compounds especially carbohydrate oligomers are also not used anywhere. The only way currently available at the enterprises to utilize these liquors is to obtain lignosulfonates, which indicates the economic irrationality of the resource usage. The paper considered the possibility of separating lignin and lignosulfonate carbohydrates from neutral sulfite liquors by a biocatalytic method with the formation of simple sugars. Subsequently these simple sugars can be used for microbiological synthesis of lactic acid by the filamentous fungus Rhizopus oryzae F-1030. There are also wastes formed after the lactic acid separation, which also need to be disposed of. These wastes consist of the culture liquid based on the lignosulfonate enzyme lysate and the biomass of the fungus. As a possible way of their utilization, it is proposed to use the insoluble fraction of lignosulfonate lignin and the fungus R. oryzae F-1030 biomass, rich with chitin-glucan, to obtain feed additives for farm animals. These additives must have adsorption properties to mycotoxins. It was shown that the treatment of lignosulfonate with enzyme preparations Accellerase XC and Accellerase XY leads to an increase in the content of simple sugars in hydrolysates, which can be used by microorganisms as carbon sources. It was found that the fungus R. oryzae F-1030 synthesizes lactic acid at an average concentration of 42.0±4.0% per 1 g of assimilated RS during its cultivation on neutral sulfite lignosulfonate enzyme lysates. During this process, 1.8±0.2 g/dm³ of fungus dry biomass is also formed. It was proved the possibility of using neutral sulfite lignosulfonate lignin and the biomass of the fungus R. oryzae F-1030 in a 1:1 ratio to obtain a feed additive with an adsorption capacity for mycotoxins.

лигносульфонатферментативный гидролизпростые сахарагриб Rhizopus оryzae F-1030молочная кислотанерастворимый лигнинадсорбент микотоксиновlignosulfonateenzymatic hydrolysissimple sugarsfungus Rhizopus oryzae F-1030lactic acidinsoluble ligninmycotoxin adsorbentReferencesБорщевская Л.Н., Гордеева Т.Л., Калинина А.Н., Синеокий С.П. Спектрофотометрическое определение молочной кислоты // Журнал аналитической химии. 2016. Т. 71. № 8. С. 787–790.Borshchevskaya L.N., Gordeeva T.L., Kalinina A.N., Sineoky S.P. Spectrophotometric determination of lactic acid. Journal of analytical chemistry, 2016, vol. 71, no. 8, pp. 787–790. (In Russ.)Костина А.М., Бабицкая В.Г., Лобанок А.Г. Хитин мицелиальных грибов рода Penicillium // Прикладная биохимия и микробиология. 1978. Т. ХLV. Вып. 4. С. 586–593.Galbe M., Wallberg O. Pretreatment for biorefineries: A review of common methods for efficient utilization of lignocellulosic materials. Biotechnology for Biofuels, 2019, no. 12, рр. 1–32.Мингазова Л.А., Канарская З.А., Семенов Э.И., Канарский А.В. Биосорбент из биомассы гриба Rhizopus oryzae F-1030 // Современные проблемы экспериментальной и клинической токсикологии, фармакологии и экологии : Междунар. науч.-практ. конф. Казань, 2021. С. 230–232.Kostina A.M. Babitskaya V.G., Lobanok A.G. Chitin in filamentous fungi of the genus Penicillium. Applied Biochemistry and Microbiology, 1978. T. XLV, vol. 4, pp. 586–593. (In Russ.)Мингазова Л.А., Крякунова Е.В., Канарская З.А., Канарский А.В. Сравнительный анализ адсорбционных характеристик биосорбентов, полученных последовательной двухстадийной обработкой биомассы гриба Rhizopus oryzae F-1030 // Научное обеспечение технологического развития и повышения конкурентоспособности в пищевой и перерабатывающей промышленности : Междунар. науч.-практ. конф. Краснодар, 2020. С. 270–273.Kucharska K., Rybarczyk P., Hołowacz I., Łukajtis R., Glinka M., Kamiński M. Pretreatment of Lignocellulosic Materials as Substrates for Fermentation Processes. Molecules, 2018, no. 10, рр. 1–32. DOI: 10.3390/molecules23112937.Мингазова Л.А., Канарский А.В., Крякунова Е.В., Канарская З.А. Исследование адсорбционных характеристик биосорбента, полученного трехстадийной обработкой биомассы гриба Rhizopus oryzae F-1030” // Современная биотехнология: актуальные вопросы, инновации и достижения: Всерос. онлайн конференция с междунар. участием. Кемерово, 2020. С. 107–108.Mingazova L.A. Kanarsky A.V., Kryakunova E.V., Kanarskaya Z.A. Study of the adsorption characteristics of biosorbent obtained by three-stage processing of the biomass of the fungus Rhizopus oryzae F-1030”. Modern biotechnology: topical issues, innovations and achievements: All-Russian online conference with international participation. Kemerovo, 2020, рр. 107–108. (In Russ.)Морозова Ю.А., Скворцов Е.В., Алимова Ф.К., Канарский А.В. Биосинтез ксиланаз и целлюлаз грибами рода Trichoderma на послеспиртовой барде // Вестник технологического университета. 2012. Т. 15. № 19. С. 120–122.Mingazova L.A., Kanarskaya Z.A., Semenov E.I., Kanarsky A.V. Biosorbent from the biomass of the fungus Rhizopus oryzae F-1030. Modern problems of experimental and clinical toxicology, pharmacology and ecology: International scientific-practical conference. Kazan, 2021, pp. 230–232. (In Russ.)Пат. № 2593584 С1 Российская Федерация МПК A61K 31/19, A61K 9/20, A61P 1/00. Средство для восстановления кишечного микробиоценоза при дисбиозах / Чичерин И.Ю.; заявитель Чичерин И.Ю. Бюл. № 2015130077/15: заявл. 22.07.2015; 11 с. опубл. 10.08.2016.Mingazova L.A., Kryakunova E.V., Kanarskaya Z.A., Kanarsky A.V. Comparative analysis of the adsorption characteristics of biosorbents obtained by sequential twostage processing of the biomass of the fungus Rhizopus oryzae F-1030. Scientific support of technological development and competitiveness in the food and processing industry : International scientific and practical conference. Krasnodar, 2020, рр. 270–273. (In Russ.)Galbe M., Wallberg O. Pretreatment for biorefineries: A review of common methods for efficient utilisation of lignocellulosic materials // Biotechnology for Biofuels. 2019. No. 12. P. 1–32.Morozova Yu.A., Skvortsov E.V., Alimova F.K., Kanarsky A.V. Biosynthesis of xylanases and cellulases by fungi of the genus Trichoderma on distillery stillage. Bulletin of the Technological University, 2012, vol. 15, no. 19, pp. 120–122. (In Russ.)Kucharska K., Rybarczyk P., Hołowacz I., Łukajtis R., Glinka M., Kamiński M. Pretreatment of Lignocellulosic Materials as Substrates for Fermentation Processes // Molecules. 2018. No. 10. P. 1–32. DOI: 10.3390/molecules23112937.Patent No. 2593584 С1 Russian Federation IPC A61K 31/19, A61K 9/20, A61P 1/00. Means for restoring intestinal microbiocenosis in dysbiosis / / Chicherin I.Yu.; applicant Chicherin I.Yu. No. 2015130077/15: Appl. 07/22/2015: publ. 08/10/2016.11 p. (In Russ.)Scelsi E., Angelini A., Pastore C. Deep Eutectic Solvents for the Valorisation of Lignocellulosic Biomasses towards Fine Chemicals // Biomass. 2021. No. 1. P. 29–59. Doi.Org/10.3390/Biomass1010003.Scelsi E., Angelini A., Pastore C. Deep Eutectic Solvents for the Valorisation of Lignocellulosic Biomasses towards Fine Chemicals. Biomass, 2021, no. 1, рр. 29–59. Doi.org/10.3390/biomass1010003.Zoghlami A., Paës G. Lignocellulosic Biomass: Understanding Recalcitrance and Predicting Hydrolysis // Frontiers in Chemistry. 2019. Vol.7, no. 874. P. 1–32. DOI: 10.3389/fchem.2019.00874.Zoghlami A., Paës G. Lignocellulosic Biomass: Understanding Recalcitrance and Predicting Hydrolysis. Frontiers in Chemistry, 2019, vol. 7, no. 874, рр. 1–32. DOI: 10.3389/fchem.2019.00874.

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