Казахстан является крупным производителем зерновых и зернобобовых сельхозкультур. В тоже время, зерновые отходы составляют до 75% от массы сырья, основная часть которых составляют лигноцеллюлозные отходы и остается неиспользованной от 30% до 50% сырья. Лигноцеллюлозное сырье может быть использовано для производства различных продуктов с добавленной стоимостью, таких как биотопливо, корма для животных, химикаты, ферменты и т. д. Пшеничная солома и отруби, рисовая шелуха, кукурузные початки и др. содержат лигноцеллюлозу и являются потенциальным сырьем для промышленного использования. Переработка лигноцеллюлозных отходов не только решает проблему экологичной утилизации отходов, но также обеспечивает дополнительный доход фермерским хозяйствам и создает рабочие места. Пшеничные отруби и солома являются отличным субстратом для культивирования промышленно важных бактерий и грибов, а также для производства кормовых ферментов. В настоящее время существует достаточно способов для увеличения стоимости и использования лигноцеллюлозного сырья в промышленных целях, таких как производство ксилоолигосахаридов, ксилита, и ксилозы.

Актуальность

Ксилоолигосахариды (КСО) представляют олигомеры сахаров, состоящие из звеньев ксилозы, и являются неперевариваемыми пищевыми ингредиентами. Ксилоолигосахариды проявляют пребиотический эффект при употреблении в пищу, избирательно стимулируют рост бифидобактерий и лактобактерий, тем самым оказывают положительное действие на здоровье человека и животных.

Научная новизна проекта заключается в изучении и получении ксилоолигосахаридов с разной степенью полимеризации с целью исследования их пребиотических свойств для использования в животноводстве. Практическая значимость проекта заключается в разработке технологии переработки лигноцеллюлозного сырья (солома, пшеничные отруби) в функциональные продукты питания для использования в сельском хозяйстве.

Цель

Изучение и получение ксилоолигосахаридов методом ферментативного гидролиза лигноцеллюлозного сырья (пшеничная солома и отруби) для их использования в качестве функциональных продуктов питания.

Ожидаемые результаты

В результате будет проведена физико-химическая предобработка лигноцеллюлозного сырья (солома, пшеничные отруби). Будут оптимизированы условия для эффективного ферментативного гидролиза лигноцеллюлозного сырья с использованием ксиланазы. Будут получены и очищены ксилоолигосахариды, будет проведен анализ полученных фракций ксилоолигосахаридов. Будет изучена пребиотическая и антимикробная активность ксилоолигосахаридов на штаммах пробиотических бактерий (бифидобактерий и лактобактерий). Полученные ксилоолигосахариды могут применяться в качестве пребиотиков в животноводстве. Будет разработана технология переработки лигноцеллюлозного сырья с целью получения ценных продуктов для использования в сельском хозяйстве.

Руководитель проекта

Кирибаева А.К. Индекс Хирша – 5; ResearcherID  N-6774-2017, ORCID: 0000-0002-8293-2340, Scopus Author ID: 57215499873

Члены исследовательской группы

Шамсиева Ю.А. – младший научный сотрудник, магистр, ResearcherID: AFX-3509-2022 ORCID: 0000-0002-3136-6000

Якупов Б.Ш. – лаборант, магистрант 2-го курса

Абдишов Д.Е. – лаборант, студент бакалавриата 4-го курса

Публикации и охранные документы руководителя проекта и членов исследовательской группы

1. Assel Kiribayeva, Dmitriy Silayev, Zhiger Akishev, Kairat Baltin, Saniya Aktayeva, Yerlan Ramankulov, Bekbolat Khassenov. An impact of N-glycosylation on biochemical properties of a recombinant α-amylase from Bacillus licheniformis // Heliyon. 2024 Mar 13;10(6):e28064. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e28064. Impact Factor 3.4. Cite Score 5.6, Percentile 86.
2. Kiribayeva A., Mukanov B., Silayev D., Akishev Zh., Ramankulov Ye., Khassenov B. Cloning, expression, and characterization of a recombinant xylanase from Bacillus sonorensis T6 // PLoS One. 2022. Vol.17(3). e0202232. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202232. Q2, Impact Factor 4.069, Cite Score 5.5, Percentile 87.
3. Matta E., Kiribayeva A., Khassenov B., Matkarimov B., Ishchenko A. Insight into DNA substrate specificity of PARP1-catalysed DNA poly(ADP-ribosyl)ation // Scientific Reports. 2020. Vol.10(1), 3699. pp.1-11. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60631-0. Q2, Impact Factor 5.516, Cite Score 7.0, Percentile 91.
4. Kiribayeva A., Silayev D., Abdullayeva A., Shamsiyeva Yu., Ramankulov Ye., Khassenov B. Hydrolysis of plant biomass using recombinant alpha-amylase from Bacillus licheniformis and xylanase from Bacillus sonorensis // Eurasian Journal of Applied Biotechnology, 2022. No. 4. P.31-39 doi: 10.11134/btp.4.2022.4 (РИНЦ-0,117).
5. Kiribayeva A., Silayev D., Tursunbekova A., Ramankulov Ye., Khassenov B. Cloning, purification and study of the biochemical properties of α-amylase from Bacillus licheniformis T5 strain // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина (междисциплинарный). — 2022 — №1 (112). – Р. 181-189. doi.org/10.51452/kazatu.2022.1(112).942

Достигнутые результаты

2024 г.

Определены оптимальные условия предобработки лигноцеллюлозного сырья с использованием основания 18,5%-го водного раствора аммиака:  инкубация реакционной смеси в течение 14 часов при температуре 70°С, непрерывное перемешивание при 200 об/мин. После чего было проведено фильтрование, промывание дистиллированной водой и высушивание при комнатной температуре, далее при 90°С. Были оптимизированы физико-химические параметры ферментативного гидролиза лигноцеллюлозного сырья с использованием ксиланазы: температура, pH, время и концентрация фермента. Оптимальной температурой являлось 40°C, pH – 7,0, время 48 часов, концентрация ксиланазы – 715 ед/мл.