Рациональное управление твёрдыми отходами и их повторное использование в качестве сырья для получения ценных продуктов являются важными условиями снижения экологической нагрузки, при этом биоконверсия органической биомассы рассматривается как более экологичная альтернатива энергоёмким термическим методам переработки — газификации, пиролизу и сжиганию. В статье рассмотрены возможности биоконверсии растительных и агропромышленных органических отходов в ценные биопродукты, применимые при создании биоразлагаемых упаковочных материалов. Поиск и отбор литературных источников проводили с учётом рекомендаций PRISMA 2020 по ключевым словам на русском и английском языках с последующим удалением дублирующих и нерелевантных публикаций и полнотекстовым просмотром работ. Обобщены основные микробиологические и ферментативные методы переработки биомассы — ферментация, ферментативный гидролиз и солюбилизация, — а также факторы, влияющие на эффективность процесса: состав субстрата, выбор штамма-продуцента, тип ферментации и физико-химические условия культивирования, включая температуру, pH, аэрацию, перемешивание и объём инокулята. Рассмотрены особенности твердофазной и глубинной ферментации в периодическом, непрерывном режимах и в режиме с подпиткой. Особое внимание уделено использованию кожуры фруктов и овощей, шелухи, опилок, отрубей, жома и других растительных остатков как доступного сырья для получения органических кислот, ферментов, бактериальной целлюлозы, полигидроксиалканоатов, γ-полиглутаминовой кислоты и других биополимеров. Приведены примеры получения молочной кислоты из овсяной лузги, мискантуса и пивной дробины, γ-полиглутаминовой кислоты из гидролизата опилок тополя с выходом 30,87 ± 0,44 г/л, бактериальной целлюлозы из овсяной шелухи. Показано, что продукты биоконверсии могут выполнять различные функции в составе биоразлагаемых плёнок, покрытий и композитных упаковочных материалов, что способствует снижению экологической нагрузки и развитию ресурсосберегающих технологий.

1. Abdel-Shafy H.I., Mansour M.S. Solid waste issue: Sources, composition, disposal, recycling, and valorization // Egyptian Journal of Petroleum. 2018. V. 27. № 4. P. 1275–1290. doi: 10.1016/j.ejpe.2018.07.003

2. Beyene H.D., Werkneh A.A., Ambaye T.G. Current updates on waste to energy (WtE) technologies: a review // Renewable Energy Focus. 2018. V. 24. P. 1–11. doi: 10.1016/j.ref.2017.11.001

3. Quijano L. et al. Bacterial cellulose cookbook: A systematic review on sustainable and cost-effective substrates // Journal of Bioresources and Bioproducts. 2024. V. 9. № 4. P. 379–409. doi: 10.1016/j.jobab.2024.05.001

4. Abu Yazid N., Barrena R., Komilis D., Sánchez A. Solid-state fermentation as a novel paradigm for organic waste valorization: a review // Sustainability. 2017. V. 9. № 2. P. 224. doi: 10.3390/su9020224

5. Bhat S.A., Singh J., Vig A.P. Earthworms as organic waste managers and biofertilizer producers // Waste and Biomass Valorization. 2018. V. 9. P. 1073–1086. doi: 10.1007/s12649-017-9899-8

6. Kee P.E., Cheng Y.S., Chang J.S. et al. Insect biorefinery: A circular economy concept for biowaste conversion to value-added products // Environmental Research. 2023. V. 221. P. 115284. doi: 10.1016/j.envres.2023.115284

7. Winnacker M. Polyhydroxyalkanoates: recent advances in their synthesis and applications // European Journal of Lipid Science and Technology. 2019. V. 121. № 11. P. 1900101. doi: 10.1002/ejlt.201900101

8. Cho E.J., Trinh L.T.P., Song Y. et al. Bioconversion of biomass waste into high value chemicals // Bioresource Technology. 2020. V. 298. P. 122386. doi: 10.1016/j.biortech.2019.122386

9. Kiruba N.J.M., Saeid A. An insight into microbial inoculants for bioconversion of waste biomass into sustainable "bio-organic" fertilizers: a bibliometric analysis and systematic literature review // International Journal of Molecular Sciences. 2022. V. 23. № 21. P. 13049. doi: 10.3390/ijms232113049

10. Tang B. et al. Conversion of agroindustrial residues for high poly(γ-glutamic acid) production by Bacillus subtilis NX-2 via solid-state fermentation // Bioresource Technology. 2015. V. 181. P. 351–354. doi: 10.1016/j.biortech.2015.01.047

11. Yadegary M., Hamidi A., Alavi S.A. et al. Citric acid production from sugarcane bagasse through solid state fermentation method using Aspergillus niger mold and optimization of citric acid production by Taguchi method // Jundishapur Journal of Microbiology. 2013. V. 6. № 9. P. e12684. doi: 10.5812/jjm.12684

12. Rehman A., Alam M.M., Ozturk I. et al. Globalization and renewable energy use: how are they contributing to upsurge the CO2 emissions? A global perspective // Environmental Science and Pollution Research. 2023. V. 30. № 4. P. 9699–9712. doi: 10.1007/s11356-022-22734-1

13. Arya P.S., et al. Valorization of agro-food wastes: Ease of concomitant-enzymes production with application in food and biofuel industries // Bioresource Technology. 2022. V. 361. P. 127738. doi: 10.1016/j.biortech.2022.127738

14. Sharma P., Gaur V.K., Kim S.H., Pandey A. Microbial strategies for bio-transforming food waste into resources // Bioresource Technology. 2020. V. 299. P. 122580. doi: 10.1016/j.biortech.2019.122580

15. Sharma V., Tsai M.L., Nargotra P. et al. Agro-industrial food waste as a low-cost substrate for sustainable production of industrial enzymes: a critical review // Catalysts. 2022. V. 12. № 11. P. 1373. doi: 10.3390/catal12111373

16. Adetunji A.I., Olaniran A.O. Production and potential biotechnological applications of microbial surfactants: An overview // Saudi Journal of Biological Sciences. 2021. V. 28. № 1. P. 669–679. doi: 10.1016/j.sjbs.2020.10.058

17. Adetunji A.I., Olaniran A.O. Statistical modelling and optimization of protease production by an autochthonous Bacillus aryabhattai Ab15-ES: A response surface methodology approach // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020. V. 24. P. 101528. doi: 10.1016/j.bcab.2020.101528

18. Chilakamarry C.R., Sakinah A.M., Zularisam A.W. et al. Advances in solid-state fermentation for bioconversion of agricultural wastes to value-added products: Opportunities and challenges // Bioresource Technology. 2022. V. 343. P. 126065. doi: 10.1016/j.biortech.2021.126065

19. Alam M.Z., Bari M.N., Muyibi S.A., Jamal P. Development of culture inoculum for scale-up production of citric acid from oil palm empty fruit bunches by Aspergillus niger // Procedia Environmental Sciences. 2011. V. 8. P. 396–402. doi: 10.1016/j.proenv.2011.10.062

20. Pleissner D. et al. Direct production of lactic acid based on simultaneous saccharification and fermentation of mixed restaurant food waste // Journal of Cleaner Production. 2017. V. 143. P. 615–623. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.12.065

21. Pandian A.M.K., Rajasimman M., Rajamohan N. et al. Anaerobic mixed consortium (AMC) mediated enhanced biosynthesis of silver nano particles (AgNPs) and its application for the removal of phenol // Journal of Hazardous Materials. 2021. V. 416. P. 125717. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.125717

22. Komesu A. et al. Lactic acid production to purification: a review // BioResources. 2017. V. 12. P. 4364–4383. doi: 10.15376/biores.12.2.4364-4383

23. Osman Y., Abd Elrazak A., Khater W. Microbial biopolymer production by Microbacterium WA81 in batch fermentation // Egyptian Journal of Basic and Applied Sciences. 2016. V. 3. № 3. P. 250–262. doi: 10.1016/j.ejbas.2016.05.001

24. Skiba E.A., Budaeva V.V., Ovchinnikova E.V. et al. Technology for pilot-scale production of bacterial cellulose from oat hulls // Chemical Engineering Journal. 2020. V. 383. P. 123128. doi: 10.1016/j.cej.2019.123128

25. Mussatto S.I. et al. Brewer's spent grain as raw material for lactic acid production by Lactobacillus delbrueckii // Biotechnology Letters. 2007. V. 29. № 12. P. 1973–1976. doi: 10.1007/s10529-007-9494-3

26. Yuvaraj A., Thangaraj R., Ravindran B. et al. Centrality of cattle solid wastes in vermicomposting technology – A cleaner resource recovery and biowaste recycling option for agricultural and environmental sustainability // Environmental Pollution. 2021. V. 268. P. 115688. doi: 10.1016/j.envpol.2020.115688

27. Luo Z. et al. Microbial synthesis of poly-γ-glutamic acid: current progress, challenges, and future perspectives // Biotechnology for Biofuels. 2016. V. 9. P. 134. doi: 10.1186/s13068-016-0537-7

28. Zhang C., Ren H., Zhong C. Preparation of γ-polyglutamic acid from enzymatic hydrolysate of poplar sawdust // Arabian Journal of Chemistry. 2021. V. 14. № 4. P. 103095. doi: 10.1016/j.arabjc.2021.103095

29. Hsueh Y.-H., . et al. Poly-γ-glutamic Acid Synthesis, Gene Regulation, Phylogenetic Relationships, and Role in Fermentation. International Journal of Molecular Sciences. 2017. vol. 18. article 2644. doi: 10.3390/ijms18122644.

30. Nair A.S. et al. Microbial production of poly-γ-glutamic acid: current state and future perspectives // Biomass Conversion and Biorefinery. 2021. V. 11. P. 1–18. doi: 10.1007/s13399-020-00689-1

31. Moraes L.P., Alegre R.M., Brito P.N. Optimisation of poly(γ-glutamic acid) production by Bacillus velezensis NRRL B-23189 in liquid fermentation with molasses as the carbon source without addition of glutamic acid // International Review of Chemical Engineering. 2012. V. 4. P. 618–623.

32. Gurung N., Ray S., Bose S., Rai V. A broader view: microbial enzymes and their relevance in industries, medicine, and beyond. BioMed Research International. 2013. vol. 2013. article 329121. doi: 10.1155/2013/329121.

33. Громовых П.С., Бахман М., Петрухин И.Ю. и др. Биосинтез бактериальной целлюлозы продуцентом Gluconacetobacter hansenii в глубинной культуре // Евразийское научное объединение. 2018. № 6–2. С. 61–65.

34. Рогова Е.А., Кононов Г.Н., Веревкин А.Н. и др. Состояние и перспективы совершенствования способов получения и применения бактериальной целлюлозы // Химия растительного сырья. 2022. № 4. С. 27–46. doi: 10.14258/jcprm.20220410510

35. Jia H.P., Wang X.L., Liu Z.W. et al. Bacterial cellulose/gum Arabic composite production by in-situ modification from lavender residue hydrolysate // International Journal of Biological Macromolecules. 2023. V. 253. P. 126961. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.126961

36. Adetunji A.I., Oberholster P.J., Erasmus M. From garbage to treasure: A review on biorefinery of organic solid wastes into valuable biobased products // Bioresource Technology Reports. 2023. V. 24. P. 101610. doi: 10.1016/j.biteb.2023.101610

37. Nair P., Navale G.R., Dharne M.S. Poly-gamma-glutamic acid biopolymer: A sleeping giant with diverse applications and unique opportunities for commercialization // Biomass Conversion and Biorefinery. 2023. V. 13. P. 4555–4573. doi: 10.1007/s13399-021-01561-3

38. Khademian E.. et al. A systematic review on carbohydrate biopolymers for adsorptive remediation of copper ions from aqueous environments – part A: Classification and modification strategies // Science of the Total Environment. 2020. V. 738. P. 139829. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139829

39. Panda S.K. et al. Microbial-processing of fruit and vegetable wastes for production of vital enzymes and organic acids: Biotechnology and scopes // Environmental Research. 2016. V. 146. P. 161–172. doi: 10.1016/j.envres.2015.12.035

40. Liu H., Kumar V., Jia L. et al. Biopolymer polyhydroxyalkanoates (PHA) production from apple industrial waste residues: A review // Chemosphere. 2021. V. 284. P. 131427. doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.131427

41. Mozejko-Ciesielska J., Marciniak P., Szacherska K. Polyhydroxyalkanoates synthesized by Aeromonas species: trends and challenges // Polymers. 2019. V. 11. P. 1328. doi: 10.3390/polym11081328

42. Mozejko-Ciesielska J., . et al. Pseudomonas species as producers of eco-friendly polyhydroxyalkanoates // Journal of Polymers and the Environment. 2019. V. 27. P. 1151–1166. doi: 10.1007/s10924-019-01402-5

43. Costa J.A.V., Moreira J.B., Lucas B.F. et al. Recent advances and future perspectives of PHB production by cyanobacteria // Industrial Biotechnology. 2018. V. 14. № 5. P. 249–256. doi: 10.1089/ind.2018.0017

44. Wang K., Shen G.Q., Choi S. Empirical and instrumental approaches: The influence of interactions and complementary norms on recycling intention // Journal of Self Psychology. 2017. V. 50. P. 69–79.

45. Ladhari S., Vu N.N., Boisvert C. et al. Recent development of polyhydroxyalkanoates (PHA) – based materials for antibacterial applications: a review // ACS Applied Bio Materials. 2023. V. 6. № 4. P. 1398–1430. doi: 10.1021/acsabm.3c00004

46. Nguyen C.M. et al. Production of L- and D-lactic acid from waste Curcuma longa biomass through simultaneous saccharification and cofermentation. Bioresource Technology. 2013. vol. 146. pp. 35–43. doi: 10.1016/j.biortech.2013.07.035.

47. He S., Wu Y., Zhang Y. et al. Enhanced mechanical strength of vortex fluidic mediated biomass-based biodegradable films composed from agar, alginate and kombucha cellulose hydrolysates // International Journal of Biological Macromolecules. 2023. V. 253. Pt. 7. P. 127076. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.127076