BR24992914 «Лигноцеллюлозалық қосалқы өнімдердің құндылығын арттыруға бағытталған құны жоғарылатылған өнімдерді өндірудің кешенді биотехнологиялық шешімдері».

2024-2026 36 ай SDG #12

SDG #12

Жоба жетекшісі

Бекбаев Қайрат Серікжанович, техника ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор

Өзектілігі

Тұрмыстық және өнеркәсіптік қалдықтардан булы газдардың бөлінуі және жинақталуы, негізінен көміртекті шикізатқа негізделген экономика салдарынан, көмірқышқыл газының көп мөлшерде жиналуына алып келеді. Лигноцеллюлозалық қалдықтар – энергия мен химиялық заттардың тұрақты өндірісі үшін өте перспективалы жаңартылатын шикізат болып табылады. Сондықтан, айналмалы биоэкономика концепциясы пайда табудың және лигноцеллюлозалық қалдықтарды рационалды пайдаланудың келешегі зор стратегиясы болып табылады. Мұндай зерттеулер «Қазақстан Республикасының агроөнеркәсіптік кешенін дамытудың 2021-2030 жылдарға арналған тұжырымдамасы», "Қазақстан Республикасының "жасыл экономикаға" көшу жөніндегі тұжырымдамасы және «Қазақстан Республикасының 2060 жылға дейінгі көміртегі бейтараптығына қол жеткізу стратегиясы» сияқты Қазақстан Республикасының мемлекеттік стратегиялық және бағдарламалық құжаттарында қарастырылған мәселелерді шешу үшін өзекті болып табылады.

Мақсаты

Лигноцеллюлозалық ірі тонналы жанама өнімдер мен өндірістік және тұтыну қалдықтарынан құны жоғарылатылған өнімдерді (биосутек, биометан, биоэтанол, биобутанол және биомасса) өндіру, жанама өнімдерді ұстау және кәдеге жарату, органикалық компоненттерді алу үшін сутекті пайдалану және ет және сүт өнімдерін өндіру тиімділігін арттыру бойынша ғылыми-техникалық шешімдер кешенін әзірлеу.

Күтілетін нәтиже

Мақсатты өнімнің қауіпсіздігі мен сапасын қамтамасыз ететін, қалдықтарды тиімсіз өңдеумен байланысты қоршаған ортаға әсерді төмендететін лигноцеллюлозалы қалдықтарды пайдаланудың тиімді ұсынымдары мен тәжірибелері;

Молекулалық сутегі өндіруге арналған органикалық заттарды, оның ішінде ашытылатын қанттарды алудың технологиялық режимдерінің оңтайлы параметрлері;

Лигноцеллюлозалы шикізатты қайта өңдеу қалдықтарынан молекулалық сутегі алудың жетілдірілген
технологиялық схемасы;

Органикалық заттарды, оның ішінде ашытылған қанттарды алудың жетілдірілген әдістері;

Жанама өнімдерді (СО2, СН4 және т. б.) құрамында сутегі бар қалдықтар қоспасына ұстауға, және жоюға қабілетті жаңа ғылыми негізделген функционалды материалдар;

Лигноцеллюлозалы қалдықтарды валоризациялау әдісін таңдау жарамдылығы туралы түсінік беретін қоректік компоненттер және ықтимал ластаушы заттар бойынша егжей-тегжейлі құжаттама;

Микроорганизмдермен байланысты тәуекелдерді басқару стратегияларын қоса алғанда, қайта өңдеу кезінде олардың сапасы мен қауіпсіздігін сақтауды қамтамасыз ететін қалдықтарды пайдалану әдістерін оңтайландыру бойынша ұсынымдар мен нұсқаулықтар;

Тамақ өндірісі үшін сутекті қолданудың тиімді технологиялық режимдері;

Жаңа бифункционалды материалдардың қатысуымен лигноцеллюлоза қалдықтарынан жанама өнімдерді (СО2, СН4 және т.б.) ұстау мен өңдеуді жүргізудің тиімді технологиялық режимдері;

Жанама өнімдерді (СО2, СН4 және т. б.) ұстау мен түрлендіру кезіндегі бифункционалды материалдардың адсорбциялық және каталитикалық қасиеттерін болжау бойынша жаңа білім;

Қалдықтарды кәдеге жарату шығындарын азайту арқылы лигноцеллюлозалы қалдықтарды валоризациялаудың экономикалық орындылығын көрсететін ғылыми негізделген технологиялық шарттар мен экономикалық бағалау;

Жаңа бифункционалды материалдардың қатысуымен лигноцеллюлозалы қалдықтардан cутекті қоспаға жанама өнімдерді (СО2, СН4 және т. б.) ұстау мен өңдеуді жүргізудің тиімді технологиялық режимдері.

Қол жеткізілген нәтиже

Құны жоғарылатылған өнімдер өндіруге бағытталған ірі көлемді лигноцеллюлозалық қайталама өнімдерді алдын ала өңдеудің жоғары тиімді және экологиялық қауіпсіз әдістерін әзірлеу шеңберінде:

– органикалық заттарды, соның ішінде молекулалық сутегін өндіруге арналған ашытылатын қанттарды бөліп алу бойынша технологиялық режимнің оңтайлы параметрлері анықталды;

– лигноцеллюлозалық қайталама шикізаттан молекулалық сутегін алу технологиялық сызбасы жетілдірілді;

– органикалық заттарды, оның ішінде ашытылатын қанттарды бөліп алу әдістері жетілдірілді.

1. Негізгі тәсіл төмен концентрациялы қышқылдық гидролизге негізделген, ол механикалық бөлумен (центрифугалау 7500g, 15 мин), сүзгілеумен және гидролизаттарды бақыланатын сұйылтумен (0-, 2-, 5-, 10-еселік), кейіннен стерилизациялаумен (120–121 °C, 20 мин) толықтырылған.

2. Әзірленген гидролиз режимдері целлюлозаны сақтай отырып, гемицеллюлозаны селективті ыдыратуды және лигниннің ішінара деструкциясын қамтамасыз етеді, бұл гидролизаттардың құрамын талдау нәтижелерімен расталды.

3. Көкөніс қалдықтары мен жеміс қабықтары фенолдық ингибиторлардың төмен мөлшеріне байланысты кофелік қалдықтармен салыстырғанда редуцирлеуші қанттардың жоғары қолжетімділігін көрсетеді Баядилова А.А., Абдилова Г.Б., Бекбаев К.С., Төлеуғазықызы А., Амирханов Ш.А. Методы экстракции ценных компонентов из виноградных выжимок. Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. 2025;(2(18)):177-185.

https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-2(18)-21,

Жарияланған күні: 2025 жылғы 27 маусым

https://drive.google.com/file/d/1rkhL_BJ_Aq89Km83ZoR1RZbI0tbA0UO9/view?usp=drive_link Фенолдық ингибиторлардың төмен мөлшеріне байланысты кофелік қалдықтармен салыстырғанда https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.122068

2–5 еселік сұйылту қалдық қышқылдықты тиімді бейтараптандырады (pH > 5,5), бұл микробтық продуценттердің (E. coli, Clostridium spp., S. cerevisiae) тежелуін болдырмайды.

Ірі тоннажды лигноцеллюлозалық жанама өнімдер мен өндіріс және тұтыну қалдықтарын олардың құрылымдық ерекшеліктері мен қосылған құны бар өнімдер (ашытылатын қанттар, биосутегі, биометан, биоэтанол, биобутанол, биомасса және т.б.) өндіру әлеуетіне байланысты алдын ала өңдеу және ферментациялау үшін тиімді жағдайлар мен параметрлер белгіленді. Бұл әртүрлі микроорганизм түрлері мен штаммдарын қолдана отырып, гидролиз және анаэробты ашыту кезеңдерінде түзілетін аралық және соңғы өнімдерді (ашытылатын қанттар, фурандық және фенолдық қосылыстар, органикалық қышқылдар, оттегіне химиялық қажеттілік, жалпы және ұшқыш қатты заттар және т.б.) талдау негізінде жүзеге асырылды.

Рапс сабанынан Escherichia coli BW25113 штаммын пайдалану арқылы биосутегін микробтық синтездеу бойынша жүргізілген зерттеулер нәтижесінде процестің оңтайлы параметрлері анықталды [https://drive.google.com/file/d/1wsX1A7mOt0kCIlG_T2XC5afYTRJ6oRKj/view?usp=drive_link].

Алынған нәтижелер негізінде НАО «Шәкәрім Университет» ұйым стандарттары әзірленді:

– Биоводород из субстрата на основе пшеничной соломы (СТ НАО 130840007973-1-10-2025); [https://drive.google.com/file/d/1kpqu3j8mN4yeFpmGf2VKrQRpm6HYRULk/view?usp=drive_link]

– Биоводород из субстрата на основе соломы рапса (СТ НАО 130840007973-2-10-2025) [https://drive.google.com/file/d/1MRaatz5yYyEqYXhE-kiL7inl8bGEk4Kd/view?usp=drive_link].

Аталған биосутегі сутегі-продуцент бактерияларды пайдалана отырып, қараңғы ферментация әдісімен алынады және тағам өнеркәсібінде қаптама газы (E949) ретінде қолдануға арналған.

Web of Science және Scopus базаларында индекстелетін рецензияланатын ғылыми журналдарда жарияланған 7 мақала:

1. Vanyan L., Toleugazykyzy A., Yegizbay K., Daniyarova A., Zuloyan L., Mikoyan G., Vassilian A., Poladyan A., Bekbayev K., Trchounian K. Microbial Valorization of Sunflower Husk for Sustainable Biohydrogen and Biomass Production // Energies. – 2025. – Т. 18. – № 14. – С. 3885. – https://doi.org/10.3390/en18143885

Процентиль – 64, Q3

Жарияланған күні: 2025 жылғы шілде.

2. Avetisyan R., Petrosyan H., Toleugazykyzy A., Bolkenov B., Bekbayeva R., Bekbayev K., Trchounian K., Poladyan A. Conversion of spent coffee grounds into bioenergy and biomass using Clostridium species: A sustainable pathway for renewable energy // Industrial Crops & Products. – 2025. – Vol. 236. – Article 122068. – https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.122068

Процентиль – 92, Q1

Жарияланған күні: 2025 жылғы 11 қазан.

3. Toleugazykyzy A., Bekbayev K., Bolkenov B., Alwazeer D., Rskeldiyev B., Kuterbekov K., Bekmyrza K., Kabyshev A., Kubenova M., Opakhai S. Comprehensive Review of Recent Trends in the Use of Deep Eutectic Solvents for the Valorization of Secondary Lignocellulosic Biomass // Sustainability. – 2025. – 17(21), 9492.

Процентиль – 86, Q2

Жарияланған күні: 2025 жылғы 24 қазан.

4. Trchounian K., Shirvanyan A., Daniyarova A., Vassilian A., Poladayan A., Kumar G., Orynbekov D., Bekbayev K. Biomass and bioethanol production from pretreated mixed fruit peel hydrolysate using Saccharomyces cerevisiae strains at different pH and oxygen conditions. BMC Biotechnol 25, 136 (2025).

Процентиль – 65, Q2

Жарияланған күні: 2025 жылғы 9 желтоқсан.

5. Karaogul E., Al Çiçek S., Uğurtay A., Engin T., Çiğdem A., Alwazeer D., Bayadilova A., Bekbayeva R., Orynbekov D., Bekbayev K. Optimizing supercritical CO₂ extraction of phytochemicals from grape peels using response surface technology: Modeling, characterization, and antioxidant potential. Applied Food Research 6(1), 101579 (2026).

Процентиль – 90, Q1

Жарияланған күні: 2025 жылғы 10 желтоқсан.

6. Engin T., Karaogul E., Al Çiçek S., Çiğdem A., Alwazeer D., Bekbayev K., Abdilova G., Bolkenov B. Recovery of phytochemicals from cimin black grape seeds with sub/super-critical carbon dioxide extraction. The Journal of Supercritical Fluids 232, 106894 (2026).

Процентиль – 92, Q1

Жарияланған күні: 2026 жылғы 14 қаңтар.

7. Alwazeer D., Karaogul E., Al Çiçek S., Ugurtay A., Çiğdem A., Engin T., Bekbayev K., Abdilova G., Bolkenov B., Orynbekov D. A Novel Hydrogen-incorporated Carbon Dioxide Supercritical System for Extracting Phytochemicals from Grape Peels: Response Surface Methodology–Based Modeling and Optimization. Results in Engineering (2026).

Процентиль – 75, Q2

Жарияланған күні: 2026 жылғы 14 қаңтар.

КОКСНВО ұсынған журналдарда жарияланған 6 мақала:

1. Тлевлесова Д.А., Болкенов Б.Т., Бекбаева Р.С., Бекбаев К.С., Даниярова А.Е. Влияние предварительной обработки пивной дробины на параметры ферментации и продукцию водорода // Химические технологии. – 2025. – № 1 (162). – С. 116–127. – https://doi.org/10.55956/VMBN7659

Жарияланған күні: 2025 жылғы 30 қыркүйек.

2. Баядилова А.А., Абдилова Г.Б., Бекбаев К.С., Төлеуғазықызы А., Амирханов Ш.А. Жүзім сығындысынан бағалы компоненттерді экстракциялау әдістері // Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. – 2025. – № 2 (18). – С. 177–185. – https://doi.org/10.53360/2788-7995-2025-2(18)-21

Жарияланған күні: 2025 жылғы 27 маусым.

3. Ергазиева Г.Е., Мамбетова М.М., Бекбаев К.С., Төлеуғазықызы А., Даниярова А.Е. Анализ текущего состояния и технологий конверсии лигноцеллюлозных материалов // Институт проблем горения. Горение и плазмохимия. – 2024. – Т. 22. – № 4. – С. 343–362. – https://doi.org/10.18321/cpc22(4)343-362

Жарияланған күні: 2024 жылғы 24 желтоқсан.

4. A.A.Melissova, A.D.Daiyrbekova, M.Zh. Nurbekova, A.R. Okassov, B.T. Bolkenov, K.S. Bekbayev. Application of molecular hydrogen in food production and preservation: current trends and future prospects (a review) // Vestnik KazUTB.

Жарияланған күні: 2025 жылғы 29 желтоқсан.

5. A.E. Daniyarova, K.S. Bekbayev, A. Toleugazykyzy, Zh. Kalibekkyzy, K.P. Moldakashev. Inhibitors of lignocellulosic biomass: mechanisms of action and impact on the efficiency of biological hydrogen production (review) // Вестник Университета Шакарима. Технические науки. – 2025. – № 4(20). – С. 455–466.

Жарияланған күні: 2025 жылғы 14 қараша.

Халықаралық ғылыми конференция материалдарында жарияланған 2 тезис:

1. Mikoyan G., Vanyan L., Baichiyeva K., Yegizbay K., Bekbayev K., Trchounian K. Growth and Hydrogen Production of Escherichia Coli BW25113 in Mixtures of Sugar Beet Pulp and Sugar Beet Molasses // JISEES. – 2025. – Vol. 1. – Special Issue 1. – P. 68.

Жарияланған күні: 2025 жылғы 21 қазан.

2. Toleugazykyzy A., Daniyarova A., Bekbayev K., Xu M., Liu Y., Liao W. Sugar Beet Residue Valorization Through Anaerobic Digestion for Hydrogen and Methane Generation // JISEES. – 2025. – Vol. 1. – Special Issue 1. – P. 162.

Жарияланған күні: 2025 жылғы 21 қазан.

Алынған 2 пайдалы модель патенті:

1. Бекбаев К.С., Төлеуғазықызы А., Даниярова А.Е., Бекбаева Р.С., Есенгалиулы Н. Способ ферментации органического материала с получением биогаза // Патент Республики Казахстан на полезную модель № 11141 https://drive.google.com/file/d/1rkhL_BJ_Aq89Km83ZoR1RZbI0tbA0UO9/view?usp=drive_link

2. Бекбаев К.С., Төлеуғазықызы А., Болкенов Б.Т., Бекбаева Р.С., Баядилова А.А. Способ получения экстракта из растительного сырья // Патент Республики Казахстан на полезную модель № 11184 https://drive.google.com/file/d/1rkhL_BJ_Aq89Km83ZoR1RZbI0tbA0UO9/view?usp=drive_link

Ұйым стандарттары:

1. Биоводород из субстрата на основе пшеничной соломы СТ НАО 130840007973-1-10-2025, [https://drive.google.com/file/d/1kpqu3j8mN4yeFpmGf2VKrQRpm6HYRULk/view?usp=drive_link]

2. Биоводород из субстрата на основе соломы рапса (СТ НАО 130840007973-2-10-2025) [https://drive.google.com/file/d/1MRaatz5yYyEqYXhE-kiL7inl8bGEk4Kd/view?usp=drive_link]

2025 жылы НТП шеңберінде 5 магистрлік диссертация сәтті қорғалды:

1. Болгазы Айым Берикқызы:

• С.Сейфуллин атындағы Қазақ агротехникалық зерттеу университеті, 7М07201 – Тамақ өнімдерінің технологиясы,

https://drive.google.com/file/d/1J7YVA3Ut0JsREsuoNyC0OnCRPJa4h_mc/view?usp=drive_link

• Northwest A&F University, Biology and Medicine Food Engineering, https://drive.google.com/file/d/1Iw_SoWtCxohO5nS3xZGtGAb1pmAznJ-0/view?usp=drive_link

2. Меңдыбаева Аяжан Нурлановна - С.Сейфуллин атындағы Қазақ агротехникалық зерттеу университеті, 7М07201 – Тамақ өнімдерінің технологиясы,

https://drive.google.com/file/d/14PbeQvnAVSXocCiZ02QccB4TstEg1UrZ/view?usp=drive_link

3. Жумагалиева Айнажан Қайырболатқызы - С.Сейфуллин атындағы Қазақ агротехникалық зерттеу университеті, 7М07201 – Тамақ өнімдерінің технологиясы,

https://drive.google.com/file/d/1BorDcfgPbTZJjiiSAkyMQVPPh146Ni3_/view?usp=drive_link

4. Қабылбек Ақбөпе Әлімбекқызы – Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті, 7М01503 Химия, https://drive.google.com/file/d/1UrIZXqOhLdQqzQrwGNSYTAKBHy6uc0PX/view?usp=drive_link

5. Жугинис Бекмұхамет Абылқасымұлы - Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық университеті, 7М01503 Химия,

https://drive.google.com/file/d/1F_6hJWKJ_2BgDVTNJ_q2fl08xhD45C3q/view?usp=drive_link

Барлық жобалар