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

Авторы

  • Лилит Сергеевна Габриелян Ереванский государственный университет, ул. Алека Манукяна, 1, 0025, г. Ереван, Армения https://orcid.org/0000-0002-1863-0698

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).

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

Библиографические ссылки

  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.

Загрузки

Дополнительные файлы

Опубликован

2021-03-12

Выпуск

№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Биология

Раздел

Биотехнология и микробиология

Лицензия

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).

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