Działalność naukowo - dydaktyczna Zakładu Cukrownictwa w 2010 roku

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŁÓDZKA WYDZIAŁ BIOTECHNOLOGII I NAUK O ŻYWNOŚCI Zakład Cukrownictwa Działalność naukowo - dydaktyczna Zakładu Cukrownictwa w 2010 roku Prof. dr hab. inż. Jan Iciek 1 Warszawa, Konferencja STS, 18 luty 2011 rok

2 Zespół Doktorantów Prof. dr hab. inż. Jana Grabki 1. Mgr inż. Weronika Konka, 2. Mgr inż. Marcin Kucner, 3. Mgr inż. Marta Kucharska. 2

3 Mgr inż. Weronika Konka Temat pracy doktorskiej: Usprawnienie procesu ekstrakcji cukru z buraka cukrowego 3

4 4 Celem pracy doktorskiej mgr inż. Weroniki Konki jest usprawnienie ekstrakcji cukru z krajanki blanszowanej jako pierwszego etapu oczyszczania soku do produkcji syropu z buraka cukrowego poprzez opracowanie nowej metody ekstrakcji co wiąże się z: 1. poprawą procesu ekstrakcji cukru z krajanki blanszowanej, 2. dodatkiem do wody amoniakalnej i poprasowej kwasu nadtlenodwusiarkowego (Vitral)

5 5

6 Mgr inż. Marcin Kucner Temat pracy doktorskiej: Alternatywne metody oczyszczania soku surowego uzyskanego z krajanki blanszowanej. Celem tej pracy jest zmniejszenie ilości wapna lub całkowite jego wyeliminowanie w procesie oczyszczania soku surowego uzyskanego z blanszowanej krajanki poprzez użycie koagulantów i flokulantów oraz procesu nanofiltracji. 6

7 Zestaw do nanofiltracji, który był wykorzystany do przeprowadzenia oczyszczania soku surowego w skali technologicznej w Cukrowni Kruszwica. Sok surowy uzyskany z krajanki blanszowanej po procesie oczyszczania wybranymi koagulantami. 7

8 Mgr inż. Marta Kucharska Temat pracy doktorskiej: Badania porównawcze zawartości substancji zapachowych i barwnych w sokach cukrowniczych otrzymanych metodami klasycznymi i alternatywnymi. Celem pracy jest przeprowadzenie badań porównawczych substancji zapachowych i barwnych zidentyfikowanych w półproduktach cukrowniczych otrzymanych metodą klasyczną i sposobami alternatywnymi oraz opracowanie metod zminimalizowania zawartości w/w związków w buraczanym soku gęstym. 8

9 Porównanie chromatogramów substancji zapachowych wyekstrahowanych z trzech soków cukrowniczych Sok gęsty Sok rzadki Sok surowy 9

10 Wśród lotnych związków zawartych w sokach cukrowniczych mogą znaleźć się m. in.: Zapach ziemi Zapachowe produkty karmelizacji Inne trans-1,10-dimetylo-trans-9-dekalol geosmina 2-metoksy-3-sec-butylopirazyna 2-metyloizoborneol Aldehydy: propionowy, masłowy, walerianowy, acetaldehyd Ketony: metylo-etylowy, metylo-propylowy, aceton Furany: 2-metylofuran, 2,5-dimetylofuran, kwasy: mrówkowy, octowy, propionowy wanilina, 2,6 dimetylopirazyna, kwas heksanowy, 2-etylo-5-metylopirazyna, 3-metylocyklopentanon, 2-etyloheksanol, keton metylopirolowy, 2-fenyloetanol, dihydrobenzofuran, indol, 4-hydroksybenzaldehyd 10

11 Temat pracy doktorskiej: Izotermy sorpcji cukru o zróżnicowanej jakości i pochodzeniu Mgr inż. Zbigniew Tamborski Promotor: Prof. dr hab. inż. Jan Iciek Konsultant: dr inż. Maciej Wojtczak 11

12 Cel pracy Wyznaczenie izoterm sorpcji wilgoci przez cukier o różnej jakości i pochodzeniu. Zbadanie zależności pomiędzy zjawiskiem sorpcji wody przez cukier a wybranymi parametrami jakościowymi cukru. Materiał badawczy Próbki krajowego cukru buraczanego z kampanii cukrowniczej 2006/07, 2007/08 i 2008/09 oraz próbki cukru trzcinowego. 12

13 Wnioski: Czynnikiem najbardziej determinującym higroskopijność cukru jest temperatura, Rozmiar cząstek (granulacja) jest bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na sorpcję wilgoci. Parametr ten jednak należy rozpatrywać nie tylko w aspekcie wielkości kryształów ale również od strony ich jakości oraz zawartości konglomeratów, Spośród analizowanych równań matematycznych opisujących izotermy sorpcji najlepszym dopasowaniem do wartości empirycznych charakteryzowały się równania zaproponowane przez autora, W przebadanych cukrach nie stwierdzono korelacji pomiędzy zabarwieniem a higroskopijnością, W przebadanych cukrach nie stwierdzono również istnienia zależności pomiędzy higroskopijnością a zawartością: glukozy; fruktozy i dekstranu. 13

14 Neuronowy model przepływu względnych strumieni masowych wody oraz cukru w instalacji gotowania i wirowania cukrzycy 1. Mgr inż. Arkadiusz Jezierski Promotor: Prof. dr hab. inż. Jan Iciek 14

15 Celem pracy było opracowanie modelu symulacyjnego przepływu względnych strumieni wody oraz cukru (wraz z poszczególnymi strumieniami soków i gotowego produktu) w instalacji gotowania oraz wirowania cukrzycy 1 z wykorzystaniem sztucznej sieci neuronowej. Sieć zbudowano oraz nauczono dla rzeczywiście stosowanych w praktyce strumieni cukru i wody w oparciu o wyniki typowych oznaczeń stosowanych w każdej cukrowni tzn. : zawartości Bx i Ck w poszczególnych sokach oraz wartości strumienia produkowanego cukru. Dane do budowy i nauki modelu zebrano w jednej z polskich cukrowni w trakcie kampanii. 15

16 16 Model przepływu względnych strumieni wody i cukru w instalacji gotowania i wirowania cukrzycy 1, oraz zabielania cukru surowego.

17 17 Architektura sztucznej sieci neuronowej zastosowanej w pracy.

18 Wnioski Opracowany model neuronowy może być wykorzystany zarówno do celów szkoleniowych jak i analitycznych. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, iż SSN mogą odwzorowywać stabilną pracę instalacji. Analiza otrzymanych wyników daje podstawy do stwierdzenia, iż SSN można wykorzystać do dalszej pracy nad opracowaniem modeli dla całej części produktowej (i ew. całej cukrowni). Dla opisu całej produktowni należy uwzględnić wszystkie możliwe rozwiązania przepływu strumieni (w praktyce każda cukrownia posiada własny schemat technologiczny produktowni i konieczne jest indywidualne przeprowadzenie obliczeń metodą przedstawioną w pracy). 18

19 Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych w przemyśle cukrowniczym Mgr inż. Dobrowolski Maciej Promotor prof. dr hab. Jan Iciek 19

20 Cele pracy W pracy skupiono się na wybranych trzech grupach zastosowań SSN: Pomiary trudno-mierzalnych wielkości procesowych Identyfikacja i sterowanie procesami Modelowanie przyrostów zabarwienia w stacji wyparnej 20

21 Identyfikacja i sterowanie procesami Cel: Poznanie i opis wybranego procesu technologicznego w stanie nieustalonym Symulowanie przebiegu procesu w różnych warunkach technologicznych Sterowanie procesami (dobór rodzaju i nastaw sterowania, np. PID) 21 Maciej Dobrowolski

22 Porównanie regulacji procesu za pomocą SSN oraz regulatora PID Synteza regulatora neuronowego typu NARMA-L2 oraz regulatora PID Symulacje sterowania w warunkach 9 e = normalnych oraz zakłóceń e = przemysłowych: NARMA-L2-DP (0-120%) NARMA-L2-DM (0-120%) pid As520, optym. (0-120%) sp ph (wartosc zadana) e = czas (sec) x 10 4 Rys Porównanie regulacji ph Saturacji 2 przez różne regulatory (PID i NARAMA-L2) warunki "drastyczne" zmian strumieni soku, ciśnienia i składu gazu saturacyjnego. 22

23 Model przyrostu zabarwienia soku w stacji wyparnej Cel: Budowa klasycznego oraz neuronowego modelu przyrostu zabarwienia soku podczas jego zatężania w wielodziałowych stacjach wyparnych. Metoda: Wykorzystano standardowe oznaczenia w soku (między działami): zabarwień, inwertu, ph, temp itp. w realnych warunkach przemysłowych ( ~870 analiz, 8 cukrowni, 4 kampanie) Opracowanie modelu klasycznego oraz neuronowego 23

24 Modele zabarwienia przykł. zastosowanie Dobry model przyrostów zabarwienia pomaga ocenić i zweryfikować poprawność pracy poszczególnych działów stacji wyparnej?????? 24

25 Przyrost Zabarwienia Δ.IU/min, Zależności funkcyjne, Model NN Dobry model przyrostów zabarwienia pomaga ocenić wpływ poszczególnych zmiennych procesowych : diu.dt (ph) ph.in INV_IN PH_IN 66% 51% 28% 24% 14% 6% 2% 1% 0% 1% 3% 3% DIUDT % % 2% 0% 0% 0% % 21% 11%

26 Podsumowanie Dzięki analizie procesów stacji oczyszczania soków za pomocą SSN zwrócono uwagę na parametry procesowe normalnie pomijane w analizach związanych z problemem przyrostu zabarwienia soku podczas zagęszczania. Wykazano, iż przewidywania zabarwienia soku (podczas zagęszczania w stacji wyparnej) za pomocą modelu NN zbudowanego w niniejszej pracy, dają dokładniejsze wyniki niż modele opisane w literaturze. 26

27 27 Mgr inż. Aneta Antczak Temat pracy doktorskiej: Polisacharydy w procesie produkcji cukru Promotor pracy: prof. dr hab. inż. Jan Iciek Konsultant: dr inż. Maciej Wojtczak Celem pracy jest ocena wpływu zawartości wysokocząsteczkowych polisacharydów, głównie dekstranu i skrobi, na proces produkcji i jakośd cukru białego. Praca jest finansowana przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach grantu promotorskiego pt. Polisacharydy w procesie produkcji i oceny jakości cukru buraczanego oraz trzcinowego Planowany zakres pracy: Opracowanie metod oznaczania polisacharydów z wykorzystaniem nowoczesnych technik chromatograficznych. Opracowanie metod wczesnego ostrzegania o zakażeniu mikrobiologicznym buraków i niebezpieczeostwie wzrostu zawartości dekstranu. Porównanie zawartości dekstranu i skrobi w cukrach oraz półproduktach procesu produkcji cukru. Ocena procesu rafinacji cukru surowego pod względem usuwania polisacharydów. Ocena skuteczności stosowania enzymów, tj. amylaza i dekstranaza, podczas produkcji cukru. Porównanie struktury polisacharydów w cukrach buraczanych i trzcinowych. Określenie wpływu zawartości polisacharydów na właściwości użytkowe trzcinowego cukru białego, tj. czasu filtracji, mętności, zdolności pienienia oraz na tworzenie kłaczków w zakwaszonych roztworach cukrów.

28 Dekstran [mg/kg] Zawartość dekstranu w próbach brązowego cukru trzcinowego (CBS) ,

29 Zawartość skrobi [mg/kg] Zawartość skrobi w próbach złotego cukru trzcinowego (CGS) i brązowego cukru trzcinowego (CBS) ,3 Średnia , ,1 178,4 122,3 146,

30 Mgr inż. Edyta Chmal-Fudali Temat pracy doktorskiej: Dobór optymalnych warunków pasteryzacji i sterylizacji roztworów oraz zawiesin spożywczych Promotor pracy: prof. dr hab. inż. Jan Iciek Konsultant: dr inż. Agnieszka Papiewska Podstawowym celem pracy jest poszukiwanie sposobów pozwalających na ułatwienie termicznej inaktywacji przetrwalników Geobacillus stearothermophilus oraz Alicyclobacillus acidoterrestris 30

31 Log N [jtk/ml] 8 Krzywe przeżycia spor Alicyclobacillus acidoterrestris zawieszonych w sokach owocowych i przetrzymywanych w temperaturze 95 C 7 Sok jabłkowy 6 5 Sok z grejpfruta czerwonego Sok z czarnej porzeczki Czas [min] 31

32 Intensyfikacja wykorzystania buraków cukrowych przez zastosowanie skojarzonej produkcji cukru i bioetanolu mgr inż. Maciej Stanisz Promotor: prof. dr hab. inż. Jan Iciek Konsultant: dr inż. Radosław Gruska 32

33 Cel pracy Celem pracy jest usprawnienie przemysłowego wykorzystania buraków cukrowych poprzez wprowadzenie technologii zależnej od sytuacji ekonomicznej rynku towarów, pozwalającej na skojarzoną, całoroczną produkcję cukru oraz bioetanolu. Realizacja tego celu ma pozwolić na całoroczną produkcję bo po zakończeniu kampanii cukrowniczej zatężony sok surowy będzie przechowywany w zbiornikach i w zależności od potrzeb wykorzystywany do produkcji bioetanolu lub/i cukru. 33

34 34 Wykorzystanie nieoczyszczonych soków buraczanych do pozyskania cukru i bioetanolu

35 Zagęszczony sok surowy, przechowywany Sok suro wy Sok gęsty (oczyszczony) Zagęszczony sok surowy Wydajność spirytusu 100% ze 100 dm 3 soku 23% s. s. 38,03 20% s. s. 37,91 17,2% s. s. 20% s. s.** 23% s. s. 20% s. s. 17,2% s. s. 23% s. s. 20% s. s. 17,2% s. s. 36,87 40,12 38,12 39,05 38,97 38,19 37,33 37,45 17,2% s. s. 9, Wydajnośd spirytusu [l. sp. 100%/ 100dm 3 soku] 20** - brzeczka bez dodatku pożywek, z nieuregulowanym ph.

36 36 Specjalistyczne Laboratorium Analityki Cukrowniczej dr inż. Maciej Wojtczak, dr inż. Krystyna Lisik i dr inż. Joanna Biernasiak 1. W dniach czerwca 2010 r., Laboratorium wraz ze Stowarzyszeniem Techników Cukrowników zorganizowało coroczne seminarium, tzw. Szkoła Letnia, dla kierowników laboratoriów i osób zajmujących się systemami zarządzania jakością. 2. Kontynuowano ocenę jakości cukru białego zgodnie z obowiązującymi uregulowaniami prawnymi, wymaganiami stawianymi przez producentów napojów bezalkoholowych oraz według farmakopei polskiej i europejskiej. Wykonywano także ocenę jakości melasu oraz wysłodków buraczanych.

37 37 Specjalistyczne Laboratorium Analityki Cukrowniczej (c.d.) dr inż. Maciej Wojtczak, dr inż. Krystyna Lisik i dr inż. Joanna Biernasiak 3. W ramach przygotowań do zgłoszenia Specjalistycznego Laboratorium Analityki Cukrowniczej do Państwowego Centrum Akredytacji wzięto udział w międzynarodowych badaniach biegłości organizowanych przez LGC Standards Proficiency Testing Europa Business Park, United Kingom w zakresie metod zgłoszonych do akredytacji. We wszystkich rundach Laboratorium uzyskało wyniki zadawalające. W laboratorium zorganizowano również badania biegłości dla 20 laboratoriów cukrowniczych w zakresie oznaczania zawartości popiołu, zabarwienia i mętności roztworu cukru oraz reflektancji.

38 Niekonwencjonalne wykorzystanie buraków cukrowych dr inż. Radosław Gruska i dr inż. Stanisław Wawro Buraki cukrowe są rośliną w bardzo efektywny sposób wykorzystującą energię słoneczną, w związku z czym mogą być istotnym surowcem do pozyskiwania np.: bioetanolu, biogazu czy wodoru. 38

39 Specyficzny i zmienny skład chemiczny buraków cukrowych oraz soków cukrowniczych utrudnia precyzyjne i szybkie oznaczanie poszczególnych składników, zwłaszcza w warunkach fabrycznych przy użyciu klasycznych metod analitycznych. Rozwój technik pomiarowych daje możliwość wykorzystania nowoczesnych urządzeń, które pozwalają na szybki i precyzyjny pomiar wybranych cech fizykochemicznych mediów. Jednym z takich urządzeń jest spektrometr NIR wykorzystujący widmo światła w zakresie bliskiej podczerwieni. 39 Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR)

40 Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR) Prowadzone są badania wykorzystania spektroskopii NIR w analizie jakościowej oraz ilościowej soków cukrowniczych. 40 Rys. 1 Widmia NIR soku rzadkiego oraz soku surowego.

41 Pani dr inż. Bożena Wnuk Próba zastosowania metody Lowry ego do oznaczania białka w sokach cukrowniczych Celem pracy była próba znalezienia korelacji między wynikami oznaczeń białka w sokach cukrowniczych kolorymetryczną metodą Lowry ego oraz stosowaną w cukrownictwie metodą Barnsteina i Schulzego, co pozwoliłoby w przyszłości na szersze wykorzystanie metody Lowry ego w analityce cukrowniczej. Badania polegały na oznaczeniu białka w sokach surowych i sokach gęstych metodą Lowry ego oraz równolegle azotu białkowego metodą Barnsteina i Schulzego, który przeliczano na zawartość białka mnożąc uzyskane wyniki przez 6,25. Na podstawie nieparametrycznego testu zgodności Wilcoxona stwierdzono, że metoda Lowry ego daje istotnie wyższe wartości wyników oznaczeń białka niż metoda Barnsteina i Schulzego, zarówno w sokach surowych jak i gęstych, czyli badane metody nie mogą być wzajemnie zastępowane. 41

42 Białko w soku gęstym (Metoda Barn stein a i Schulzego) g/100 gs.s. 0,06 0,055 0,05 0,045 0,04 y = 0,0188x + 0,0223 R 2 = 0,0394 0,035 1,44 1,46 1,48 1,5 1,52 1,54 1,56 1,58 1,6 1,62 Białko w soku gęstym (Metoda Low ry ego ), g/100 g s.s. Rys. 1. Zawartość białka w soku gęstym oznaczana metodą Barnsteina i Schulzego w zależności od zawartości białka w soku gęstym oznaczanej metodą Lowry ego 42

43 dr inż. Marek Ludwicki Elektrochemiczny analizator soli wapniowych W Zespole Pomiarów i Automatyki Zakładu Cukrownictwa opracowano analizator, który może być wykorzystany w przemyśle cukrowniczym do kontrolowania stężenia soli wapniowych w półproduktach, wyznaczania alkaliczności optymalnej drugiej saturacji oraz do sterowania dozowaniem preparatów zapobiegających zarastaniu powierzchni grzejnej wyparki. Aparat, dzięki połączeniu z komputerem PC oraz specjalnemu oprogramowaniu jest prosty w obsłudze i ogranicza do minimum manualne czynności obsługi. 43

44 44 Wygląd analizatora pokazuje zdjęcie na rys. 1.

45 Tematyka badawcza Pani dr inż. K. Mokrosińskiej oraz Pani dr inż. I. Błaszczyk Determinanty wdrażania oraz utrzymania systemu zarządzania bezpieczeństwem żywości i zasad GMP Dobór i nadzór nad środkami kontroli Weryfikacja w utrzymaniu zasad systemów zarządzania bezpieczeństwem żywności Audity wewnętrzne różne aspekty, itp

46 Oferta dla przemysłu 46 Szkolenia w zakresie interpretacji wymagań systemów zarządzania jakością Szkolenia na auditora wewnętrznego SZJ Szkolenia na auditora wewnętrznego systemu HACCP Szkolenia doskonalące dla auditorów SZJ i systemu HACCP Seminaria pt. Czwartki Jakości Sesje, związane z problematyką wdrażania systemu HACCP Współrealizacja prac magisterskich z zakresu systemów zarządzania 46

47 POLITECHNIKA ŁÓDZKA WYDZIAŁ BIOTECHNOLOGII I NAUK O ŻYWNOŚCI Dziękuję za uwagę 47