ПЕРЕРОБКА ЛІГНОЦЕЛЮЛОЗНИХ ВІДХОДІВ ХАРЧОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ТА СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА У КОНТЕКСТІ ЦИРКУЛЯРНОЇ ЕКОНОМІКИ: ТЕХНОЛОГІЧНІ ПІДХОДИ
DOI:
https://doi.org/10.31073/foodresources2026-26-16Ключові слова:
лігноцелюлозна біомаса,, делігніфікація, ферментативний гідроліз,, гідродинамічна кавітація, циркулярна економікаАнотація
Предмет. Процес попередньої обробки лігноцелюлозної біомаси, зокрема методи делігніфікації та інтенсифікація гідролізу рослинної сировини в технології отримання біоетанолу та біогазу. Мета. Аналіз сучасних фізико-хімічних методів обробки лігноцелюлозної біомаси та оцінка ефективності технологічних підходів до інтенсифікації гідролізу рослинної сировини. Методи. Аналітичні методи дослідження, методи причинно-наслідкового аналізу та логічного узагальнення. Проведено систематизацію наукових даних із міжнародних наукометричних баз, зокрема PubMed, CrossRef, Scopus, WoS, Google Scholar та Index Copernicus. Результати. Проведено порівняльний аналіз традиційних (фізичних, хімічних, біологічних) і комбінованих методів попередньої обробки біомаси. Встановлено, що лужна обробка є більш ефективною для видалення лігніну та підвищення доступності целюлози до ферментативного гідролізу. Показано, що застосування ультразвукової та гідродинамічної кавітації сприяє інтенсифікації процесів делігніфікації, збільшенню пористості структури біомаси та підвищенню виходу цільових продуктів. Обґрунтовано перспективність використання роторно-пульсаційних апаратів як ефективного обладнання для комплексної обробки лігноцелюлозної сировини. Удосконалення технології попередньої обробки лігноцелюлозної біомаси є важливим напрямом підвищення ефективності виробництва етанолу другого покоління та реалізації принципів циркулярної економіки у сфері переробки органічних відходів. Сфера застосування результатів. Результати дослідження можуть бути використані у біоенергетичній галузі при розробці та вдосконаленні технологій переробки лігноцелюлозної біомаси для виробництва біоетанолу та інших цінних продуктів. Практичне застосування можливе при проєктуванні енергоефективного обладнання та оптимізації технологічних процесів у промислових та напівпромислових установках
Завантаження
Посилання
1. Hotsii, B., Tulchynskyi, R., & Pohrebniak, A. (2025). Napriamy rozvytku pererobky kharchovykh vidkhodiv v umovakh stanovlennia tsyrkuliarnoi ekonomiky [Directions for the development of food waste processing in the context of the emergence of a circular economy]. Herald of Khmelnytskyi National University. Economic Sciences, 340(2), 454–458. https://doi.org/10.31891/2307-5740-2025-340-71 [in Ukrainian].
2. Kumar, M., Dutta, S., & You, S. (2022). Bioconversion of Food and Lignocellulosic Wastes employing Sugar Platform: A review of enzymatic hydrolysis and kinetics. Bioresource Technology, 352(12), 127083. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127083.
3. Skrotska O. I., Pirog T. P., Skrotsky S. O. (2019). Lihnotseliulozni vidkhody yak syrovyna dlia syntezu butanolu klostrydiiamy [Lignocellulosic waste as a raw material for butanol synthesis by clostridia]. Naukovi pratsi Natsionalnoho universytetu kharchovykh tekhnolohii [Scientific works of the National University of Food Technologies], 25(1), 16–32. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Npnukht_2019_25_1_4 [in Ukraine].
4. Cheng, M. H., Huang, H., Dien, B. S. & Singh, V. (2019). The costs of sugar production from different feedstocks and processing technologies. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 13, 723-739. https://doi.org/10.1002/bbb.1976.
5. Robak, К. M., Balcerek, M. (2018). Review of Second Generation Bioethanol Production from Residual Biomass. Food Technology and Biotechnology, 56 (2), 174–187. https://doi.org/10.17113/ftb.56.02.18.5428.
6. Stephen, J. D., Mabee, W. E., Saddler, J. N. (2011). Will second-generation ethanol be able to compete with first-generation ethanol? Opportunities for cost reduction. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 6 (2), 159-176. https://doi.org/10.1002/bbb.331.
7. Beig, B., Riaz, M., Raza Naqvi, S., Hassan, M., Zheng, Z., Karimi, K., Pugazhendhi, A., Atabani, A.E., Thuy Lan Chi, N. (2021). Current challenges and innovative developments in pretreatment of lignocellulosic residues for biofuel production: A review. Fuel, 287, 119670. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119670.
8. Xu, Z., Huang, F. (2014). Pretreatment Methods for Bioethanol Production. Applied Biochemistry and Biotechnology, 174, 43-62. https://doi.org/10.1007/s12010-014-1015-y.
9. Aftab, M.N., Iqbal, I., Riaz, F., Karadag, A. & Tabatabaei, M. (2019). Different Pretreatment Methods of Lignocellulosic Biomass for Use in Biofuel Production, In: A.E. Abomohra (Ed.), Biomass for Bioenergy – Recent Trends and Future Challenges, IntechOpen: London, https://doi.org/10.5772/intechopen.84995.
10. Chen, J., Ma, X., Liang, M., Guo, Z., Cai, Y., Zhu, C., Wang, Z., Wang, S., Xu, J., & Ying, H. (2024). Physical–Chemical–Biological Pretreatment for Biomass Degradation and Industrial Applications: A Review. Waste, 2(4), 451-473. https://doi.org/10.3390/waste2040024.
11. Toquero, C., & Bolado, S. (2014). Effect of four pretreatments on enzymatic hydrolysis and ethanol fermentation of wheat straw. Influence of inhibitors and washing. Bioresource Technology, 157, 68–76. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.01.090.
12. Tutt, M., Kikas, T., & Olt, J. (2012). Influence of different pretreatment methods on bioethanol production from wheat straw. Agronomy Research, special issue 1, 269-276. https://agronomy.emu.ee/category/volume-10-2012/special-issue-i-volume-10-2012.
13. Wunna, K., Nakasaki, K., Auresenia, J., Abella, L., Gaspillo, P. (2017). Effect of Alkali Pretreatment on Removal of Lignin from Sugarcane Bagasse. Chemical Engineering Transactions. 56, 1831–1836. https://doi.org/10.3303/CET1756306.
14. Galbe, M., Zacchi, G. (2002). A review of the production of ethanol from softwood. Applied Microbiology Biotechnology, 59 (6), 618–628. https://doi.org/10.1007/s00253-002-1058-9.
15. Hsu, A. (1996). Pretreatment of Biomass, In: Wayman C.E. ed. Handbook on Bio-ethanol: Production and Utilization, Taylor & Francis, New York. https://doi.org/10.1201/9780203752456
16. Meenakshisundaram, S., Fayeulle, A., Leonard, E., Ceballos, C., Pauss, A. (2021). Fiber degradation and carbohydrate production by combined biological and chemical/physicochemical pretreatment methods of lignocellulosic biomass – A review. Bioresource Technology, 331, 125053. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125053.
17. You, Z., Pan, S.-Y., Sun, N., Kim, H., & Chiang, P.-C. (2019). Enhanced corn-stover fermentation for biogas production by NaOH pretreatment with CaO additive and ultrasound. Journal of Cleaner Production, 238, 117813. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117813.
18. Verdini, F., Calcio Gaudino, E., Grillo, G., Tabasso, S., & Cravotto, G. (2021). Cellulose Recovery from Agri-Food Residues by Effective Cavitational Treatments. Applied Science, 11(10), 4693. https://doi.org/10.3390/app11104693.
19. Vandenbossche, V., Doumeng, C., and Rigal, L. (2014). Thermomechanical and thermo-mechano-chemical pretreatment of wheat straw using a twin-screw extruder. BioResources, 9(1), 1519-1538. https://doi.org/10.15376/biores.9.1.1519-1538.
20. Raut-Jadhav, S., Badve, M. P., Pinjari, D. V., Saini, D. R., Sonawane, S. H., Pandit, A. B. (2016). Treatment of the pesticide industry effluent using hydrodynamic cavitation and its combination with process intensifying additives (H2O2 and ozone). Chemical Engineering Journal, 295, 326–335. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.03.019.
21. Baxi, P. B., & Pandit, A. B. (2012). Using cavitation for delignification of wood. Bioresource Technology, 110, 697–700. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.01.042.
22. Nakashima, K., Ebi, Y., Shibasaki-Kitakawa, N., Soyama, H., & Yonemoto, T. (2016). Hydrodynamic Cavitation Reactor for Efficient Pretreatment of Lignocellulosic Biomass. Industrial and Engineering Chemical Research, 55(7), 1866–1871. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b04375.
23. Terán Hilares, R., dos Santos, J. C., Ahmed, M. A., Jeon, S. H., da Silva, S. S., & Han, J.-I. (2016). Hydrodynamic cavitation-assisted alkaline pretreatment as a new approach for sugarcane bagasse biorefineries. Bioresource Technology, 214, 609–614. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.05.004.
24. Terán Hilares, R., Medeiros, R.D., Prado, C.A., Ahmed, M.A., da Silva, S.S., & Santos, J.C. (2019). Pretreatment of sugarcane bagasse using hydrodynamic cavitation technology: semi-continuous and continuous process. Bioresource Technology, 121777. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.121777.
25. Thangavelu, K., Desikan, R., Taran, O. P., & Uthandi, S. (2018). Delignification of corncob via combined hydrodynamic cavitation and enzymatic pretreatment: process optimization by response surface methodology. Biotechnology for Biofuels, 11(1). https://doi.org/10.1186/s13068-018-1204-y.
26. Kim, I., Lee, I., Jeon, S. H., Hwang, T., & Han, J.-I. (2015). Hydrodynamic cavitation as a novel pretreatment approach for bioethanol production from reed. Bioresource Technology, 192, 335–339. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.05.038.
27. Kosel, J., Šinkovec, A., Dular, M. (2019). A novel rotation generator of hydrodynamic cavitation for the fibrillation of long conifer fibers in paper production. Ultrasonics Sonochemistry, 59, 104721, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104721.
28. Lauberte, L., Telysheva, G., Cravotto, G., Andersone, A., Janceva, S., Dizhbite, T., Arshanitsa, A., Jurkjane, V., Vevere, L., Grillo G., Calcio Gaudino, E., Tabasso, S. (2021). Lignin – Derived antioxidants as value-added products obtained under cavitation treatments of the wheat straw processing for sugar production. Journal of Cleaner Production, 303, 126369. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126369.
29. Bimestre, T. A., Júnior, J. A. M., Canettieri, E. V., Tuna E. V. (2022). Hydrodynamic cavitation for lignocellulosic biomass pretreatment: a review of recent developments and future perspectives. Bioresources and Bioprocessing, 9, 7. https://doi.org/10.1186/s40643-022-00499-2.
30. Sun X., Liu, J., Ji, L., Wang, G., Zhao, S., Yoon, J. Y., & Chen, S. (2020). A review on hydrodynamic cavitation disinfection: The current state of knowledge. Science of The Total Environment, 737, 139606. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139606.
31. Mikro- i nanourovnevye processy v tehnologiyah DIVE: Tematicheskij sbornik statej [Micro- and nano-level processes in DPIE technologies: Thematic collection of articles] / edited by А.А. Dolinskij; Institute of Engineering Thermophysics. Kyiv: Akademperyodyka, 2015. 464 p. [in russian, English].
32. Obodovych, O., & Sydorenko, V. (2023). Application of altering pressure impulses for delignification of wheat straw. Energy Technologies & Resource Saving, 77 (4), 81–89. https://doi.org/10.33070/etars.4.2023.07 [in Ukrainian].
Blume Ya.B., Obodovych O.M., Sydorenko V.V. (2024). The influence of the conditions of alkaline pretreatment of vegetable raw material before hydrolysis in a rotor-pulsation apparatus on the rate of cellulose conversion. Science and Innovation. 20(6). 30–37. https://doi.org/10.15407/scine20.06.0302
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 В. В. Сидоренко, Т. Л. Грабова
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори залишаються повноправними власниками своїх робіт без будь-яких обмежень. Редакція отримує лише невиключне право на оприлюднення, розповсюдження та індексацію матеріалів.
Журнал суворо дотримується етичних норм і запобігає плагіату для захисту інтелектуальної власності.
Публікації у збірнику здійснюються на умовах міжнародної ліцензії Creative Commons CC BY-NC-ND 4.0.
Згідно з цією ліцензією, користувачі мають право вільно копіювати та розповсюджувати матеріали (у будь-якому форматі чи на будь-яких носіях) для навчання та наукових досліджень. При цьому обов’язковим є дотримання таких вимог:
- Атрибуція: належне посилання на авторів, першоджерело та саму ліцензію.
- Некомерційність: заборона використання матеріалів з метою отримання прибутку.
- Без похідних творів: забороняється поширення змінених або перероблених версій оригінального тексту.
Збірник підтримує право авторів на самоархівування всіх версій статей (препринтів, постпринтів або опублікованих версій) в інституційних чи персональних репозитаріях. Доступ до таких матеріалів може бути відкритий негайно, за умови належної атрибуції статті у збірнику «Продовольчі ресурси» та дотримання умов ліцензії CC BY-NC-ND 4.0.
ISSN 
ISSN 
