Assessment of the Effect of Various Catalysts on the Destruction of Food Waste during Their Processing

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The process of destruction of solid household waste occurs mainly under the action of microflora and leads to mass loss due to mineralization of organic matter, with separation of filtrate and gases. Considering the basic principles of the action of enzyme preparations, it is promising to create conditions for fermentation of the nutrient solution by a consortium of microorganisms, for example, existing in the soil. Another promising direction may be to stimulate the growth and development of native microflora (microorganisms and fungi) due to the effects of surfactants and/or providing preliminary hydrolysis of the substrate. The effect of stimulating catalyst additives on the weight loss of food waste samples was evaluated and compared. The effect was recorded in the form of a loss of substrate mass and a decrease in its volume. Variants of catalysts (honey syrup, protein hydrolysate, potassium hydrophosphate), their combinations, as well as a commercial drug and water as a comparison were investigated. Under anaerobic conditions, it was shown that the losses due to the release of gases were small, while the option with a commercial catalyst showed the greatest efficiency. Under aerobic conditions, when using a combination of molasses and an alkaline medium as a catalyst, a faster mass loss was shown, which slowed down by the end of the experiment. At the same time, an additional amount of alkali (2.8% of the substrate weight) had a significant effect on the substrate due to the alkaline hydrolysis of the components, which made them more accessible for further microbiological destruction.

About the authors

A. S. Baikin

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the RAS

Author for correspondence.
Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, Leninskiyprosp. 49, Moscow 119334

E. P. Sevostyanova

All-Russian Research Institute of Phytopathology

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, ul. Institut, vlad. 5, Moscow region, Odintsovo district, p. Bolshye Vyazemy 143050

E. V. Grishina

All-Russian Research Institute of Phytopathology

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, ul. Institut, vlad. 5, Moscow region, Odintsovo district, p. Bolshye Vyazemy 143050

M. A. Kaplan

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the RAS

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, Leninskiyprosp. 49, Moscow 119334

E. O. Nasakina

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the RAS

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, Leninskiyprosp. 49, Moscow 119334

K. V. Sergienko

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the RAS

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, Leninskiyprosp. 49, Moscow 119334

S. V. Konushkin

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the RAS

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, Leninskiyprosp. 49, Moscow 119334

S. M. Sevostyanov

All-Russian Research Institute of Phytopathology

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, ul. Institut, vlad. 5, Moscow region, Odintsovo district, p. Bolshye Vyazemy 143050

S. E. Nefedova

All-Russian Research Institute of Phytopathology; Institute of Fundamental Problems of Biology of the RAS

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, ul. Institut, vlad. 5, Moscow region, Odintsovo district, p. Bolshye Vyazemy 143050; ul. Instituskaya 2, Moskow region, Pushchino 142290

D. V. Demin

All-Russian Research Institute of Phytopathology; Institute of Fundamental Problems of Biology of the RAS

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, ul. Institut, vlad. 5, Moscow region, Odintsovo district, p. Bolshye Vyazemy 143050; ul. Instituskaya 2, Moskow region, Pushchino 142290

A. P. Glinushkin

All-Russian Research Institute of Phytopathology

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, ul. Institut, vlad. 5, Moscow region, Odintsovo district, p. Bolshye Vyazemy 143050

M. A. Sevostyanov

A.A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science of the RAS; All-Russian Research Institute of Phytopathology

Email: baikinas@mail.ru
Russian Federation, Leninskiyprosp. 49, Moscow 119334; ul. Institut, vlad. 5, Moscow region, Odintsovo district, p. Bolshye Vyazemy 143050

References

  1. Couto S.R., Sanromán M.Á. Application of solid-state fermentation to food industry: A review // J. Food Eng. 2006. V. 76 (3). P. 291-302.
  2. Manan M.A., Webb C. Modern microbial solid state fermentation technology for future biorefineries for the production of added-value products // Biofuel Res. J. 2017. V. 16. P. 730-740.
  3. Ghosh J.S. Solid state fermentation and food processing: a short review // J. Nutr. Food Sci. 2016. V. 6 (1). P. 1-7.
  4. Al-Wahaibi, Osman A.I., Al-Muhtaseb A.H., Alqaisi O, Baawain M, FawzyS, Rooney D.W. Techno-economic evaluation of biogas production from food waste via anaerobic digestion // Sci. Rep. 2020. V. 10 (1). P. 15719.
  5. Mitchell D.A., Berovic M., Krieger N. Biochemical engineering aspects of solid state bioprocessing new products and new areas of bioprocess engineering. Advances in biochemical // Engineering/Biotechnology. Berlin, Heidelberg: Springer, 2000. V. 68.
  6. Lizardi-Jimenez M.A., Hernandez-Martinez R. Solid state fermentation (SSF): diversity of applications to valorize waste and biomass // 3 Biotech. 2017. V. 7 (1). P. 44.
  7. Yazid N.A., Barrena R., Komilis, Sánchez A. Solid-state fermentation as a novel paradigm for organic waste valorization: a review // Sustainability. 2017. V. 9 (2). P. 1-28.
  8. Balkan B, Ertan F. Production of a-amylase from Penicillium chrysogenum under solid-state fermentation by using some agricultural by-products // Food Technol. Biotechnol. 2007. V. 45 (4). P. 439-442.
  9. Awan M.S., Jalal F, Ayub N., Akhtar M.W, Rajoka M.I. Production and characterization of a-galactosidase by a multiple mutant of Aspergillus niger in solid-state fermentation // Food Technol. Biotechnol. 2009. V. 47 (4). P. 370-380.
  10. de Oliveira R.L., da Silva M.F, Converti A., Porto T.S. Production of ß-fructofuranosidase with transfructosylating activity by Aspergillus tamarii URM4634 solidstate fermentation on agroindustrial by-products // Inter. J. Biol. Macromol. 2020. V. 144. P. 343-350.
  11. Liu J., Yang J. Cellulase production by Trichoderma koningii AS3.4262 in solid-state fermentation using lignocellulosic waste from the vinegar industry // Food Technol. Biotechnol. 2007. V. 45 (4). P. 420-425.
  12. Bhatti H.N., Rashid M.H., Nawaz R., Asgher M., Perveen R., Jabbar A. Optimization of media for enhanced glucoamylase production in solid-state fermentation by Fusarium solani // Food Technol. Biotechnol. 2007. V.45 (1). P. 5156.
  13. Singh R.S., Chauhan K., Singh J., Pandey A., Larroche C. Solid-state fermentation of carrot pomace for the production of inulinase by Penicillium oxalicum BGPUP-4 // Food Technol. Biotechnol. 2018. V. 56 (1). P. 31-39.
  14. Falony G., Armas J.C., Mendoza J.C.D., Hernández J.L.M. Production of extracellular lipase from Aspergillus niger by solid-state fermentation // Food Technol. Biotechnol. 2006. V. 44 (2). P. 235-240.
  15. Silva D., da Silva Martins E., da Silva R., Gomes E. Pectinase production by Penicillium viridicatum RFC3 by solid state fermentation using agricultural wastes and agro-industrial by-products // Braz. J. Microbiol. 2002. V. 33 (4). P. 318-324.
  16. Joshi VK., Parmar M, Rana N.S. Pectin esterase production from apple pomace in solid-state and submerged fermentations // Food Technol. Biotechnol. 2006. V. 44 (2). P. 253-256.
  17. Mussatto S., Ballesteros L.F., Martins S., Teixeira J.A. Use of agro-industrial wastes in solid-state fermentation processes / Eds. Show K.-Y., Guo X. Industrial Waste, IntechOpen, 2012. 274 p.
  18. Vijayaraghavan P., Vincent S.G.P., Arasu M.V, Al- Dhabi N.A. Bioconversion of agro-industrial wastes for the production of fibrinolytic enzyme from Bacillus halodurans IND18: purification and biochemical characterization // Electron. J. Biotechnol. 2016. V. 20. P. 1-8.
  19. Sharma G., Gupta V., Khan M., Balda S., Gupta N., Capalash N, Sharma P. Flavonoid-rich agro-industrial residues for enhanced bacterial laccase production by submerged and solid-state fermentation // 3 Biotech. 2017. V. 7 (3). P. 200.
  20. Namasivayam E., Ravindar J.D., Mariappan K., Jiji A., Kumar M, Jayaraj R.L. Production of extracellular pectinase by Bacillus cereus isolated from market solid waste // J. Bioanal. Biomed. 2011. V. 3 (3). P. 7075.
  21. Pandey A. Solid-state fermentation // Biochem. Engin. J. 2003. V. 13. Iss. 2-3. P. 81-84. https://doi.org/10.1016/S1369-703X(02)00121-3
  22. Singhania R.R., Patel A.K., Soccol C.R., Pandey A. Recent advances in solid-state fermentation // Biochem. Engin. J. 2009. V. 44 (1). P. 13-18. https://doi.org/10.1016/j.bej.2008.10.019

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».