ISSN 2410-7751 (Print)
ISSN 2410-776X (Online)
Biotechnologia Acta Т. 19, N. 2, 2026
С. 53-63, Bibliography 50, Engl.
UDC: 636.085.522.55; 662.767.2.
doi: https://doi.org/10.15407/biotech19.02.053
ПІДВИЩЕННЯ ПОТЕНЦІАЛУ УТВОРЕННЯ БІОГАЗУ ІЗ ЗЕЛЕНОЇ МАСИ КУКУРУДЗИ,
СИЛОСОВАНОЇ КОМПОЗИЦІЄЮ МОЛОЧНОКИСЛИХ БАКТЕРІЙ
А. Лукянець (https://orcid.org/0000-0002-2120-9909)
С. Даниленко (https://orcid.org/0000-0003-4470-4643)
Інститут продовольчих ресурсів Національної академії аграрних наук України, Київ
Мета. Визначити вплив використання інокулянта, сформованого на основі штамів Lentilactobacillus buchneri, Levilactobacillus brevis та Lactiplantibacillus plantarum, на ферментаційні властивості кукурудзяного силосу, а також оцінити його метановий потенціал за стандартних умов анаеробного зброджування.
Методи. Ферментаційні властивості силосу досліджували за стандартними аналітичними методиками визначення: pH, сухих речовин, вмісту ключових органічних кислот. Мікробіологічний аналіз проводили з використанням кількісного висіву на селективні середовища з визначенням чисельності молочнокислих бактерій, дріжджів, пліснявих грибів та маслянокислих мікроорганізмів. Біогазовий потенціал оцінювали після анаеробного зброджування з активним мулом як інокулятом, кількість біогазу та вміст у ньому метану визначали за допомогою газоаналізатора Bosean K–600.
Результати. Використання інокулянта сприяло інтенсивнішому молочнокислому бродінню, що підтверджено нижчим pH (3,78 проти 4,15 у контролі), збільшенням частки молочної кислоти (79,6 % проти 61,6 %) та зменшенням частки оцтової кислоти (24,2 % проти 36,9 %). Масляну кислоту в обох варіантах не виявлено. Чисельність молочнокислих бактерій перевищувала гнильну мікрофлору майже в 4 рази, водночас як маслянокислі бактерії не реєструвалися. Застосування культур L. buchneri та L. brevis сприяло утворенню оцтової та пропіонової кислот, що забезпечило кращу аеробну стабільність силосу після закінчення силосування та передачі силосованої біомаси на анаеробне зброджування. У дослідному зразку зафіксовано зменшення кількості дріжджів і цвілі (7,2×103 КУО/г проти 3,5×104 КУО/г у контролі). Метанове зброджування показало підвищення виходу метану внаслідок збільшення кількості молочної кислоти в силосованій за допомогою запропонованої заквашувальної композиції біомасі, підвищення буферності суміші та зменшення втрат сухих речовин.
Висновки. Інокуляція кукурудзяного силосу штамами Lentilactobacillus buchneri, Levilactobacillus brevis та Lactiplantibacillus plantarum забезпечує кращі умови для молочнокислого бродіння закладеної на силос кукурудзяної суміші, покращує в ній співвідношення органічних кислот, підвищує аеробну стабільність та сприяє формуванню субстрату з вищим біогазовим потенціалом. Отримані результати демонструють доцільність використання таких інокулянтів у технологіях силосування для біоенергетичних цілей.
Ключові слова: кукурудзяний силос, бактеріальна заквашувальна композиція, молочнокисле бродіння, співвідношення молочної та оцтової кислот, аеробна стабільність, метаногенез, біогаз, вихід метану.
Lukianets Alla https://orcid.org/0000-0002-2120-9909
Danylenko Svitlana https://orcid.org/0000-0003-4470-4643
© Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, 2026
References
1. Issahaku, M., Derkyi, N.S.A., Kemausuor, F. (2024). A systematic review of the design considerations for the operation and maintenance of small-scale biogas digesters. Heliyon., 10(1), e24019. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e24019
2. Nahwani, A., Soeprijanto, S., Widodo, E. (2024). Strategic model for integrating biogas a framework for sustainable energy integration in agro-industries. Sci. Rep., 14( 1), 1–15.
https://doi.org/10.1038/s41598-024-83181-1
3. Tanios, C., Billet, S., aMéausoone, C.,et al. (2025). Impact of waste origin and post-treatment techniques on the composition and toxicity of biogas. Sci. Total Environ., 966, 178688 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.178688
4. Ostos, I., Flórez-Pardo, L.M., Camargo, C. (2024)A metagenomic approach to demystify the anaerobic digestion black box and achieve higher biogas yield: a review. Front. Microbiol.. 15,11;15:1437098. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1437098.
5. Aravani V.P. Hangyu, Sun b 1, Ziyi, Yang et al. (2022). Agricultural and livestock sector’s residues in Greece & China: Comparative qualitative and quantitative characterization for assessing their potential for biogas production. Renewable and Sustainable Energy Reviews. . 154,. 111821 https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111821
6. Ngabala, F.J., Emmanuel, J.K. (2024). Potential substrates for biogas production through anaerobic digestion-an alternative energy source. Heliyon. Elsevier Ltd,. 10, (23). e40632. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e40632
7. Dhull, P. Kumar, S, Yadav, N et al. (2024).A comprehensive review on anaerobic digestion with focus on potential feedstocks, limitations associated and recent advances for biogas production. Environmental Science and Pollution Research. Springer Berlin Heidelberg,. Birol ;32(32):19129-19164.. https://doi.org/10.1007/s11356-024-33736-6
8. Tabatabaei, M. Aghbashlo, M d, Valijanian, E. et al. (2020).A comprehensive review on recent biological innovations to improve biogas production, Part 1: Upstream strategies. Renew. Energy. Pergamon,. 146. 1204–1220. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.07.037Get rights and content
9. Bueno de Mesquita, C.P., Wu, D., Tringe, S.G. (2023).Methyl-Based Methanogenesis: an Ecological and Genomic Review. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 87, (1). https://doi.org/10.1128/mmbr.00024-22
10. Ottoni, J.R., Bernal, S.P.F., Marteres, T.J. et al. (2022). Cultured and uncultured microbial community associated with biogas production in anaerobic digestion processes. Arch Microbiol 204, 340 https://doi.org/10.1007/s00203-022-02819-8
11.. Kabaivanova, L., Petrova, P., Hubenov, V., et al (2022). Biogas Production Potential of Thermophilic Anaerobic Biodegradation of Organic Waste by a Microbial Consortium Identified with Metagenomics. Life, 12(5), 702. https://doi.org/10.3390/life12050702
12. Liang, Y., Zhao, L., Zhao, Y., et al. (2022). Novel insights from lignocellulosic waste to biogas through regulated dry-wet combined anaerobic digestion: Focusing on mining key microbes. Bioresource technology, 348, 126778. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126778
13. Banu, J. R., Kumar, G., Chattopadhyay, I. (2021). Management of microbial enzymes for biofuels and biogas production by using metagenomic and genome editing approaches. 3 Biotech, 11(10), 429. https://doi.org/10.1007/s13205-021-02962-x.
14. Vítězová, M., Lochman, J., Zapletalová, M., et al. (2021). Archaeal community dynamics in biogas fermentation at various temperatures assessed by mcrA amplicon sequencing using different primer pairs. World journal of microbiology & biotechnology, 37(11), 188. https://doi.org/10.1007/s11274-021-03152-w
15. Pyzik, A., Ciezkowska, M., Krawczyk, P. S., et al. (2018). Comparative analysis of deep sequenced methanogenic communities: identification of microorganisms responsible for methane production. Microbial cell factories, 17(1), 197. https://doi.org/10.1186/s12934-018-1043-3
16. Zheng, J., Wittouck, S., Salvetti, E., et al. (2020). A taxonomic note on the genus Lactobacillus: Description of 23 novel genera, emended description of the genus Lactobacillus Beijerinck 1901, and union of Lactobacillaceae and Leuconostocaceae. International journal of systematic and evolutionary microbiology, 70(4), 2782–2858. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004107
17. Swinbourn, R., Li, C., Wang, F. (2024). A Comprehensive Review on Biomethane Production from Biogas Separation and its Techno-Economic Assessments. ChemSusChem, 17(19), e202400779. https://doi.org/10.1002/cssc.202400779.
18. Hashemi, S., Hashemi, S. E., Lien, K. M. et al. (2021). Molecular Microbial Community Analysis as an Analysis Tool for Optimal Biogas Production. Microorganisms, 9(6), 1162. https://doi.org/10.3390/microorganisms9061162
19. Vanwonterghem, I., Evans, P. N., Parks, D. H. et al. (2016). Methylotrophic methanogenesis discovered in the archaeal phylum Verstraetearchaeota. Nature microbiology, 1, 16170. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.170
20. Dussadee, N., Reansuwan, K., Ramaraj, R. (2014). Potential development of compressed bio-methane gas production from pig farms and elephant grass silage for transportation in Thailand. Bioresource technology, 155, 438–441. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.12.126
21. Fliegerová, K., Mrázek, J., Kajan, M., et al. (2012). The effect of maize silage as co-substrate for swine manure on the bacterial community structure in biogas plants. Folia microbiologica, 57(4), 281–284. https://doi.org/10.1007/s12223-012-0125-6
22. Chettri, D., Verma, A. K., Ghosh, S. et al. (2024). Biogas from lignocellulosic feedstock: current status and challenges. Environmental science and pollution research international, 31(27), 1–26. https://doi.org/10.1007/s11356-023-29805-x
23. Nwokolo, N., Mukumba, P., Obileke, K. et al. (2020). Waste to Energy: A Focus on the Impact of Substrate Type in Biogas Production. Processes, 8(10), 1224. https://doi.org/10.3390/pr8101224
24. Tamilselvan, R., Immanuel Selwynraj, A. (2024). Enhancing biogas generation from lignocellulosic biomass through biological pretreatment: Exploring the role of ruminant microbes and anaerobic fungi. Anaerobe, 85, 102815. https://doi.org/10.1016/j.anaerobe.2023.102815
25. Saini, J. K., Saini, R., Tewari, L. (2015). Lignocellulosic agriculture wastes as biomass feedstocks for second-generation bioethanol production: concepts and recent developments. 3 Biotech, 5(4), 337–353. https://doi.org/10.1007/s13205-014-0246-5
26. Patinvoh, R. J., Osadolor, O. A., Chandolias, K. et al. (2017). Innovative pretreatment strategies for biogas production. Bioresource technology, 224, 13–24. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.11.083
27. Sawatdeenarunat, C., Surendra, K. C., Takara, D. et al. (2015). Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass: challenges and opportunities. Bioresource technology, 178, 178–186. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.09.103
28. Xu, N., Liu, S., Xin, F. et al. (2019). Biomethane Production From Lignocellulose: Biomass Recalcitrance and Its Impacts on Anaerobic Digestion. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 7, 191. https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00191
29. Olatunji, K. O., Ahmed, N. A., Ogunkunle, O. (2021). Optimization of biogas yield from lignocellulosic materials with different pretreatment methods: a review. Biotechnology for biofuels, 14(1), 159. https://doi.org/10.1186/s13068-021-02012-x
30. Zhao, X., Zheng, Z., Cai, Y. et al. (2020). Accelerated biomethane production from lignocellulosic biomass: Pretreated by mixed enzymes secreted by Trichoderma viride and Aspergillus sp. Bioresource technology, 309, 123378. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123378
31. Chen, J., Cai, Y., Wang, Z. et al. (2024). Construction of a Synthetic Microbial Community for Enzymatic Pretreatment of Wheat Straw for Biogas Production via Anaerobic Digestion. Environmental science & technology, 58(21), 9446–9455. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c02789
32. Riau, V., Burgos, L., Camps, F. et al. (2021). Closing nutrient loops in a maize rotation. Catch crops to reduce nutrient leaching and increase biogas production by anaerobic co-digestion with dairy manure. Waste management (New York, N.Y.), 126, 719–727. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.04.006
33. Kintl, A. Huňady, Ia, Sobotková, J.a et al. (2024). Data on the effect of co-fermentation of maize and leguminous crops on biogas production, methane production and methane content in biogas. Data Br.. 56 110842. https://doi.org/10.1016/j.dib.2024.110842
34. Ahmed, S., Einfalt, D., Kazda, M. (2016). Co-Digestion of Sugar Beet Silage Increases Biogas Yield from Fibrous Substrates. BioMed research international, 2016, 2147513. https://doi.org/10.1155/2016/2147513
35. Pomdaeng, P., Chu, C. Y., Sripraphaa, K. et al. (2022). An accelerated approach of biogas production through a two-stage BioH2/CH4 continuous anaerobic digestion system from Napier grass. Bioresource technology, 361, 127709. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127709
36. Zhao X. Liu, J. b Liu, J. et al. (2017).Effect of ensiling and silage additives on biogas production and microbial community dynamics during anaerobic digestion of switchgrass. Bioresour. Technol. 241 349-359 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.03.183
37. Nyári, J., Kakuk, B., Bagi, Z. et al. (2021). Use of ensiled green willow biomass in biogas fermentation. Biologia futura, 72(2), 263–271. https://doi.org/10.1007/s42977-021-00067-3.
38. Ambye-Jensen, M., Johansen, K. S., Didion, T. et al. (2013). Ensiling as biological pretreatment of grass (Festulolium Hykor): The effect of composition, dry matter, and inocula on cellulose convertibility. Biomass and Bioenergy, 58. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.08.015
39 Mishra, S., Singh, P. K., Dash, S. et al. (2018). Microbial pretreatment of lignocellulosic biomass for enhanced biomethanation and waste management. 3 Biotech, 8(11), 458. https://doi.org/10.1007/s13205-018-1480-z
40. Kreuger, E., Nges, I. A., Björnsson, L. (2011). Ensiling of crops for biogas production: effects on methane yield and total solids determination. Biotechnology for biofuels, 4, 44. https://doi.org/10.1186/1754-6834-4-44
41. Jameel, M.K. Mustafa, A.M ., Ahmed, S. H., et al. (2024). Biogas: Production, properties, applications, economic and challenges: A review. Results Chem. Elsevier,.. 7. 101549. https://doi.org/10.1016/j.rechem.2024.101549
42. Teixeira, F. R., Buffière, P., Bayard, R. (2016).Ensiling for biogas production: Critical parameters. A review. Biomass and Bioenergy. 94. 94-104. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.08.014
43. Sun, H., Cui, X., Li, R., et al. (2021). Ensiling process for efficient biogas production from lignocellulosic substrates: Methods, mechanisms, and measures. Bioresource technology, 342, 125928. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125928.
44. Amon. T., Amon, B., Kryvoruchko, V. et al. (2007). Biogas production from maize and dairy cattle manure—Influence of biomass composition on the methane yield. Agriculture, Ecosystems & Environment 118, 1–4, 173-182 https://doi.org/10.1016/j.agee.2006.05.007
45. Chynoweth, D P, Turick, C E, Owens, J M. et al. (1993). Biochemical methane potential of biomass and waste feedstocks. United Kingdom. 5, 1, 95-111 https://doi.org/10.1016/0961-9534(93)90010-2
46. Liu, M., Wang, Y., Wang, Z., et al. (2022). Effects of Isolated LAB on Chemical Composition, Fermentation Quality and Bacterial Community of Stipa grandis Silage. Microorganisms, 10(12), 2463. https://doi.org/10.3390/microorganisms10122463
47. Kung, L., Jr, Shaver, R. D., Grant, R. J., et al (2018). Silage review: Interpretation of chemical, microbial, and organoleptic components of silages. Journal of dairy science, 101(5), 4020–4033. https://doi.org/10.3168/jds.2017-13909
48. Fi̇lya, I., & Sucu, E. (2010). The effects of lactic acid bacteria on the fermentation, aerobic stability and nutritive value of maize silage. Grass and Forage Science, 65, 446-455 https://doi.org/10.1111/j.1365-2494.2010.00763.x
49. Filya, I., Sucu, E. (2007) The Effect of Bacterial Inoculants and a Chemical Preservative on the Fermentation and Aerobic Stability of Whole-crop Cereal Silages Asian-Aust. J. Anim. Sci. 20(3):378-384 https://doi.org/10.5713/ajas.2007.378
50. Sucu, E., Filya, I. (2006). Effects of Homofermentative Lactic Acid Bacterial Inoculants on the Fermentation and Aerobic Stability Characteristics of Low Dry Matter Corn Silages. Turkish Journal of Veterinary & Animal Sciences, 30(1), 83–88.