Перспективы применения отходов алкогольной промышленности в фотовыделении водорода пурпурной бактерией Rhodobacter sphaeroides

  • Лилит Сергеевна Габриелян Ереванский государственный университет, ул. Алека Манукяна, 1, 0025, г. Ереван, Армения https://orcid.org/0000-0002-1863-0698
DOI: https://doi.org/10.33581/2521-1722-2021-1-70-77

Аннотация

В настоящее время рассматриваются возможности использования различных промышленных отходов при производстве биотоплива, что не только обеспечит новые, эффективные и дешевые источники молекулярного водорода (Н2), но и поможет решить проблему утилизации отходов. Исследованы перспективы применения отходов алкогольной промышленности, таких как пивная дробина и зерновая барда, для получения H2 из пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides MDC6522. Представленные данные указывают на возможность использования зерновой барды и пивной дробины в качестве источников углерода для производства H2. Продемонстрировано, что предварительная обработка отходов, их разведение и нейтрализация необходимы для обеспечения эффективного роста и выделения H2 у R. sphaeroides. Скорость роста и выход H2 при выращивании бактерий на разбавленной в 2 раза зерновой барде увеличивались в 2 и 4 раза соответственно по сравнению с таковыми у культуры, выращенной на стандартной среде Ормерода. Тогда как скорость роста и фотовыделение H2 при использовании разбавленной в 10 раз пивной дробины превышали в 2 раза рост и выход H2 в контрольном образце. Таким образом, результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что данные отходы алкогольной промышленности могут служить перспективными субстратами для получения биоводорода.

Биография автора

Лилит Сергеевна Габриелян, Ереванский государственный университет, ул. Алека Манукяна, 1, 0025, г. Ереван, Армения

кандидат биологических наук, доцент; доцент кафедры биохимии, микробиологии и биотехнологии биологического факультета

Литература

  1. Petushkova EP, Tsygankov AA. Acetate metabolism in the purple non-sulfur bacterium Rhodobacter capsulatus. Biokhimiya. 2017;82(5):786–807. Russian.
  2. Tsygankov AA, Khusnutdinova AN. Hydrogen in metabolism of purple bacteria and prospects of practical application. Mikrobiologiya. 2015;84(1):3–26. Russian. DOI: 10.7868/S0026365615010152.
  3. Willison JC. Biochemical genetics revisited: the use of mutants to study carbon and nitrogen metabolism in the photosynthetic bacteria. FEMS Microbiology Reviews. 1993;10(1–2):1–38. DOI: 10.1111/j.1574-6968.1993.tb05862.x.
  4. Dinesh GH, Nguyen DD, Ravindran B, Chang SW, Vo DVN, Bach Q-V, et al. Simultaneous biohydrogen (H2) and bioplastic (poly-β-hydroxybutyrate-PHB) productions under dark, photo, and subsequent dark and photo fermentation utilizing various wastes. International Journal of Hydrogen Energy. 2020;45(10):5840–5853. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.09.036.
  5. Androga DD, Özgür E, Eroglu I, Gündüz U, Yücel M. Photofermentative hydrogen production in outdoor conditions. In: Minić D, editor. Hydrogen energy – challenges and perspectives. London: IntechOpen; 2012. p. 77–120. DOI: 10.5772/50390.
  6. Morsy FM, Elbahloul Y, Elbadry M. Photoheterotrophic growth of purple non-sulfur bacteria on tris acetate phosphate yeast extract (TAPY) medium and its hydrogen productivity in light under nitrogen deprivation. International Journal of Hydrogen Energy. 2019;44(18):9282–9290. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.02.086.
  7. Hu C, Choy S-Y, Giannis A. Evaluation of lighting systems, carbon sources, and bacteria cultures on photofermentative hydrogen production. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2018;185(1):257–269. DOI: 10.1007/s12010-017-2655-5.
  8. Gabrielyan L, Sargsyan H, Trchounian A. Novel properties of photofermentative biohydrogen production by purple bacteria Rhodobacter sphaeroides: effects of protonophores and inhibitors of responsible enzymes. Microbial Cell Factories. 2015;14(1):131. DOI: 10.1186/s12934-015-0324-3.
  9. Sargsyan H, Gabrielyan L, Hakobyan L, Trchounian A. Light-dark duration alternation effects on Rhodobacter sphaeroides growth, membrane properties and bio-hydrogen production in batch culture. International Journal of Hydrogen Energy. 2015;40(11):4084–4091. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.01.163.
  10. Hakobyan L, Gabrielyan L, Trchounian A. Biohydrogen by Rhodobacter sphaeroides during photo-fermentation: mixed vs sole carbon sources enhance bacterial growth and H2 production. International Journal of Hydrogen Energy. 2019;44(2):674–679. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.11.082.
  11. Hakobyan L, Gabrielyan L, TrchounianA. Biohydrogen production and the F0F1-ATPase activity of Rhodobacter sphaeroides: effects of various heavy metal ions. International Journal of Hydrogen Energy. 2012;37(23):17794–17800. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.09.091.
  12. Feng J, Yang H, Guo L. The photosynthetic hydrogen production performance of a newly isolated Rhodobacter capsulatusJL1 with various carbon sources. International Journal of Hydrogen Energy. 2018;43(30):13860–13868. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.03.144.
  13. Han H, Liu B, Yang H, Shen J. Effect of carbon sources on the photobiological production of hydrogen using Rhodobacter sphaeroides RV. International Journal of Hydrogen Energy. 2012;37(17):12167–12174. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.03.134.
  14. Poladyan A, Trchounian K, Vassilian A, Trchounian A. Hydrogen production by Escherichia coli using brewery waste: optimal pretreatment of waste and role of different hydrogenases. Renewable Energy. 2018;115;931–936. DOI: 10.1016/j.renene.2017.09.022.
  15. Sargsyan H, Gabrielyan L, Trchounian A. The distillers grains with solubles as a perspective substrate for obtaining biomass and producing biohydrogen by Rhodobacter sphaeroides. Biomass and Bioenergy. 2016;90:90–94. DOI: 10.1016/j.biombioe.2016.03.042.
  16. Kayshev AS, Kaysheva NS. Biologically active substances of spirit production waste. Farmatsiya i farmakologiya. 2014;2(4):3–22. Russian. DOI: 10.19163/2307-9266-2014-2-4(5).
  17. Liu K. Chemical composition of distillers grains, a review. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2011;59(5):1508–1526. DOI: 10.1021/jf103512z.
  18. Mussatto SI. Brewer’s spent grain: a valuable feedstock for industrial applications. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2014;94(7):1264–1275. DOI: 10.1002/jsfa.6486.
  19. Muthusamy N. Chemical composition of brewers spent grain – a review. International Journal of Science, Environment and Technology. 2014;3(6):2109–2112.
  20. Kaisheva NSh, Kaishev ASh, Mikelov VA, Samoryadova AB. Ensuring the safety of the after-surge grain bard for the environment. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2017;19(5, part 2):260–263. Russian.
  21. Trchounian K, Trchounian A. Hydrogen production from glycerol by Escherichia coli and other bacteria: an overview and perspectives. Applied Energy. 2015;156:174–184. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.07.009.
Опубликован
2021-03-12
Ключевые слова: Rhodobacter sphaeroides, фотоброжение, биоводород, отходы алкогольной промышленности
Поддерживающие организации Работа выполнена при поддержке Комитета по науке Министерства образования, науки, культуры и спорта Республики Армения (научный проект № 18T-1F045).
Как цитировать
Габриелян, Л. С. (2021). Перспективы применения отходов алкогольной промышленности в фотовыделении водорода пурпурной бактерией Rhodobacter sphaeroides. Экспериментальная биология и биотехнология, 1, 70-77. https://doi.org/10.33581/2521-1722-2021-1-70-77
Выпуск
№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Биология
Раздел
Биотехнология и микробиология

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Биология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).