Załącznik nr 2 do wniosku o przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego. AUTOREFERAT (w języku polskim)

Transkrypt

1 dr inż. Andrzej Baryga Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno - Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego w Warszawie Zakład Cukrownictwa w Lesznie Załącznik nr 2 do wniosku o przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego AUTOREFERAT (w języku polskim) STUDIA NAD WARTOŚCIĄ TECHNOLOGICZNĄ BURAKA CUKROWEGO I JAKOŚCIĄ CUKRU W ASPEKCIE WYKORZYSTANIA W UPRAWIE POFERMENTU Z BIOGAZOWNI Leszno, marzec 2019

2 SPIS TREŚCI 1. IMIĘ I NAZWISKO POSIADANE DYPLOMY, STOPNIE NAUKOWE Z PODANIEM NAZWY, MIEJSCA I ROKU ICH UZYSKANIA ORAZ TYTUŁU ROZPRAWY DOKTORSKIEJ INFORMACJE O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU W JEDNOSTKACH NAUKOWYCH WSKAZANIE OSIĄGNIĘCIA WYNIKAJĄCEGO Z ART. 16 UST. 2 USTAWY Z DNIA 14 MARCA 2003 R. O STOPNIACH NAUKOWYCH I TYTULE NAUKOWYM (DZ. U R. POZ. 882 ZE ZM. W DZ. U. Z 2017 R. POZ. 1789)... 3 a) tytuł osiągnięcia naukowego:... 3 b) (autor/autorzy, tytuł/tytuły publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa, recenzenci wydawniczy)... 4 c) omówienie celu naukowego prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania Wprowadzenie... 4 Omówienie celu naukowego prac... 6 Przebieg i metody badań... 7 Omówienie osiągniętych wyników i dyskusja Wnioski Pozycje piśmiennictwa cytowane w autoreferacie OMÓWIENIE POZOSTAŁYCH OSIĄGNIĘĆ NAUKOWO BADAWCZYCH Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z prac dot. doskonalenia przebiegu procesu oczyszczania soków cukrowniczych Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z realizacji prac dot. zmniejszenia strat produkcyjnych cukru, wywołanych działaniem drobnoustrojów Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z realizacji prac dot. racjonalizowania gospodarki wodą i odpadami cukrowniczymi ZBIORCZE ZESTAWIENIE DANYCH DOT. OSIĄGNIĘTEGO DOROBKU NAUKOWEGO PRZED I PO DOKTORACIE

3 1. Imię i Nazwisko Andrzej Baryga 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej Dyplom magistra inżyniera technologii cukrownictwa, Politechnika Łódzka, Łódź, Praca magisterska pt. Właściwości reologiczne koloidowych osadów cukrowniczych zawierających dekstrakt i inwert, promotor pracy: prof. dr hab. Jan Grabka Dyplom doktora nauk technicznych w zakresie technologii chemicznej, Politechnika Łódzka, Łódź, Tytuł rozprawy doktorskiej: Oczyszczanie soków cukrowniczych aktywowanym węglanem wapniowym po oddzieleniu miazgi buraczanej, promotor pracy: prof. dr hab. Jan Grabka. 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych Instytut Przemysłu Cukrowniczego: Adiunkt, Kierownik Zakładu Analityki Cukrowniczej Instytut Przemysłu Cukrowniczego: Dyrektor Instytutu Przemysłu Cukrowniczego Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego, Oddział Cukrownictwa, Dyrektor Oddziału Cukrownictwa 2014 i nadal Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. Wacława Dąbrowskiego, Oddział Cukrownictwa, Kierownik Zakładu Cukrownictwa 4. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.) a) tytuł osiągnięcia naukowego: Osiągnięciem naukowym, i stanowiącym podstawę do ubiegania się o stopień naukowy doktora habilitowanego jest monografia: STUDIA NAD WARTOŚCIĄ TECHNOLOGICZNĄ BURAKA CUKROWEGO I JAKOŚCIĄ CUKRU W ASPEKCIE WYKORZYSTANIA W UPRAWIE POFERMENTU Z BIOGAZOWNI. 3

4 b) (autor/autorzy, tytuł/tytuły publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa, recenzenci wydawniczy) Jestem jedynym autorem monografii. Monografia została opublikowana w Zeszytach Naukowych Uniwersytetu Warmińsko Mazurskiego w Olsztynie w serii ROZPRAWY I MONOGRAFIE, zeszyt 206, Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko Mazurskiego, Olsztyn PL ISSN , ISBN Recenzenci pracy: prof. dr hab. inż. Tadeusz Tuszyński dr hab. inż. Wacław Mozolewski, prof. UWM. c) omówienie celu naukowego prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania. Wprowadzenie Przemysł cukrowniczy w Polsce jest znaczącym producentem cukru z buraka cukrowego. Roczna produkcja cukru stanowi ok. 12% globalnej produkcji w Unii Europejskiej. Zniesienie przez UE obowiązku systemu kwot w produkcji cukru, wyznaczającego limity poszczególnym państwom członkowskim, spowodowało obniżenie ceny cukru do poziomu istotnie niższego niż koszty produkcji, co zagraża stabilności finansowej gospodarstw rolnych i dochodowości unijnego sektora cukrowniczego. Obniżenie cen cukru zmusza do poszukiwania nowatorskich sposobów doskonalenia procesu produkcji i obniżenia kosztów jego wytwarzania, co było jedną z przesłanek do podjęcia przeze mnie pracy. Jednym ze sposobów zmniejszenia koszów produkcji cukru może być zmniejszenie kosztu zakupu surowca, który jest największy ze wszystkich kosztów jego przerobu. Natomiast w uprawie buraka cukrowego największy koszt stanowi nawożenie plantacji (25-28% kosztów ogółem). Zatem obniżenie kosztów uprawy buraka cukrowego może być opłacalne, zarówno dla plantatora buraków cukrowych, jak i dla odbiorcy surowca - producenta cukru. Sposobem obniżenia kosztów uprawy buraka cukrowego może być min. wykorzystanie do celów nawozowych pofermentów z biogazowni odpadów organicznych, jako rozwiązanie alternatywne do aktualnie stosowanego nawożenia nawozami sztucznymi. 4

5 W przemyśle cukrowniczym w ostatnich latach powstała nadwyżka wysłodków buraczanych i ten cenny produkt uboczny produkcji cukru stał się odpadem, który musi być utylizowany. Powstający nadmiar wysłodków buraczanych zmusza cukrownie do podejmowania innego niż dotychczas sposobu ich zagospodarowania. Jednym z takich sposobów przetwarzania wysłodków może być produkcja biogazu. Technologia produkcji biogazu w procesie beztlenowej fermentacji metanowej niesie wiele korzyści zarówno ekonomicznych (produkcja biogazu i zysk energii), jak i środowiskowych (redukcja zanieczyszczeń organicznych odpadów), a także ograniczenie emisji pyłów i gazów ze spalania niekonwencjonalnych źródeł energii. Jedną z ważniejszych zalet biogazu jest duża gama możliwości jego energetycznego wykorzystania - np. do celów grzewczych, poprzez wytwarzanie ciepła i elektryczności, jak również konwersję do paliw płynnych czy standaryzacja dla sieci gazu ziemnego. Jednak oprócz biogazu po fermentacji pozostają odpady (pozostałości pofermentacyjne), złożone ze stałych jak i ciekłych składników - tzw. poferment. Najbardziej korzystnym sposobem zagospodarowania tego odpadu z biogazowni byłoby jego rolnicze wykorzystanie. Taki sposób utylizacji pofermentu jest korzystny z uwagi na znaczną zawartość w nim pierwiastków w formie jonowej, niezbędnych dla rozwoju roślin i łatwiej dla nich przyswajalnych, a także z uwagi na jego korzystny wpływ na jakość gleby. Rolnicze wykorzystanie pozwala na eliminację związków biogennych azotu i fosforu powodujących eutrofizację środowiska wodnego. Natomiast dzięki zawartości tych związków w odpadach, w niektórych przypadkach można całkowicie wyeliminować konieczność używania nawozów mineralnych, co dodatkowo zapobiega zanieczyszczeniu wód. Rolnicze wykorzystanie odpadów z biogazowni, jakim jest pozostałość pofermentacyjna, jest także istotnym czynnikiem warunkującym opłacalność działania biogazowni, w której uzyskuje się znaczącą ilość wysokoenergetycznego biogazu, a jednocześnie likwiduje się problem powstającego odpadu, którego składowanie ze względu na ilość i jakość wiąże się z kosztami i ujemnymi skutkami dla środowiska. Wykorzystanie pozostałości po fermentacji wysłodków buraczanych jako bionawozu na plantacji buraka cukrowego wymaga konieczności sprawdzenia przydatności technologicznej surowca do przerobu na cukier oraz jakości wyprodukowanego cukru. Jakość technologiczna korzeni buraka jest zdecydowanie najważniejszym parametrem wpływającym na przetwarzanie buraków cukrowych. Celem przetwórców na całym świecie jest jak najtańsze wytwarzanie czystego cukru z zakupionego buraka cukrowego. Podczas gdy 5

6 wydajność przetwarzania może się znacznie różnić w zależności od wyposażenia fabrycznego i sposobu jego użytkowania, koszt zakupu surowca jest największy ze wszystkich kosztów produkcji cukru. W związku z tym branża cukrownicza uznała za nadrzędne znaczenie jakości zakupionych buraków w celu zapewnienia konkurencyjności przemysłu. Wartość technologiczna buraków cukrowych nie może być jednak niższa niż przy tradycyjnej uprawie i nawożeniu mineralnym, gdyż miałoby to również wpływ na obniżenie jakości cukru. Potwierdzenie w badaniach możliwości uzyskania jakości cukru porównywalnej lub wyższej w przypadku zastąpienia tradycyjnego sposobu uprawy buraków cukrowych aplikacją pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych zagwarantuje obniżenie kosztów produkcji i tzw. zrównoważone rolnictwo. Stanie się też przyczynkiem do wprowadzenia uprawy ekologicznej. Zapewni wprowadzenie do środowiska glebowego substancji biogennych, które zostały zużyte w poprzednim okresie wegetacyjnym buraka cukrowego. Omówienie celu naukowego prac Produkcja cukru w Polsce wynosi ok. 2 mln ton rocznie. Cukier jest bardzo ważnym produktem, wykorzystywanym jako substrat w wielu gałęziach przemysłu takich jak m.in.: farmacja, gorzelnictwo, cukiernictwo, winiarstwo, przemysł owocowo-warzywny i in. Jest uniwersalnym składnikiem używanym jako substancja słodząca, środek konserwujący, przyprawa lub materiał dekoracyjny. Spadające ceny tego produktu zmuszają do poszukiwania skutecznego sposobu prognozowania jakości cukru oraz optymalizacji procesu produkcji i obniżenia kosztów jego wytwarzania. Celem pracy były studia nad procesem produkcji cukru z wykorzystaniem wskaźników wartości technologicznej buraków cukrowych, w produkcji których kompleksowo zagospodarowano nadmierne ilości wysłodków buraczanych, w postaci pozostałości pofermentacyjnej po ich zbiogazowaniu. Postawiono dwie podstawowe hipotezy badawcze: hipoteza 1: wskaźniki jakości chemicznej i technologicznej buraka cukrowego mogą być skutecznym środkiem prognozowania jakości cukru buraczanego, hipoteza 2: pozostałość pofermentacyjna z biogazowni wysłodków buraczanych, stosowana w uprawie buraka cukrowego, nie wpływa negatywnie na jakość surowca i wyprodukowanego cukru buraczanego. 6

7 Postawione hipotezy badawcze zweryfikowano wykonując takie zadania, jak: określenie jakości chemicznej buraka cukrowego pozyskanego z realizacji doświadczeń polowych, przeprowadzonych najpierw w skali mikrotechnicznej, a następnie przemysłowej, określenie wartości przerobowej buraka cukrowego, pozyskanego z realizacji doświadczeń polowych w skali mikrotechnicznej i przemysłowej, z wykorzystaniem wskaźników wartości technologicznej surowca, określenie plonu buraków cukrowych z plantacji przemysłowej, określenie jakości fizykochemicznej i mikrobiologicznej cukru białego, pozyskanego z przerobu buraków cukrowych z plantacji przemysłowej w cukrowni, określenie jakości chemicznej melasy, pozyskanej z przerobu buraków cukrowych z plantacji przemysłowej w cukrowni, określenie korelacji cech cukru i melasy z parametrami jakości i wartości technologicznej buraków. Przebieg i metody badań Dla realizacji celu badań i weryfikacji postawionych hipotez, przeprowadziłem trzy podstawowe doświadczenia, obejmujące porównawcze badania tradycyjnego mineralnego nawożenia buraków cukrowych z nawożeniem pozostałością pofermentacyjną z biogazowni wysłodków. Do badań wykorzystano poferment uzyskany w doświadczalnej biogazowni mikrotechnicznej w Zakładzie Cukrownictwa w Lesznie (doświadczenie 1) i poferment z biogazowni przemysłowej wysłodków buraczanych w Cukrowni Glinojeck (doświadczenie 2 i 3). Materiał badawczy stanowiły korzenie buraka cukrowego z uprawy tradycyjnej oraz zmodyfikowanej, przez zastosowanie pofermentu, uzyskane z badań w skali mikrotechnicznej w Zakładzie Cukrownictwa w Lesznie (doświadczenie 1 i 2) i przemysłowej u plantatora buraków cukrowych (doświadczenie 3). Cukier i melasa, stanowiące materiał badawczy, zostały wyprodukowane na linii produkcyjnej w Cukrowni Kruszwica z surowca przetransportowanego z plantacji przemysłowej (doświadczenie 3). W badaniach realizowanych we wszystkich doświadczeniach stosowano jako kontrolę obiekty uprawiane w sposób tradycyjny z wykorzystaniem nawozu Lubofos pod buraki, a obiekty doświadczalne zasilano pofermentem z biogazowni wysłodków buraczanych 7

8 w dawkach zawierających zawartość azotu taką, jak przy nawożeniu tradycyjnym tj. 120 kgn/ha. Przebieg poszczególnych doświadczeń był następujący: doświadczenie 1 obejmowało trzyletnie badania w 3 kolejnych sezonach wegetacyjnych (2013, 2014 i 2015 r.), różniących się miesięczną średnią temperaturą, średnią wielkością opadów i liczbą dni słonecznych. Badania przeprowadzono na 6 poletkach doświadczalnych o powierzchni 18,75 m 2 każde, na gruntach Zakładu Cukrownictwa w Lesznie. Do nawożenia kontrolnego zastosowano Lubofos pod buraki. Poletka doświadczalne zasilano pofermentem z biogazowni mikrotechnicznej wysłodków buraczanych. doświadczenie 2 prowadzono w sezonie wegetacyjnym 2017 r. Burak cukrowy uprawiano na gruntach Zakładu Cukrownictwa w Lesznie, na 15 poletkach doświadczalnych o powierzchni 18,75 m 2 każde. Do nawożenia kontrolnego zastosowano Lubofos pod buraki. Poletka doświadczalne zasilano pofermentem lub frakcją stałą pofermentu z biogazowni przemysłowej wysłodków buraczanych w Glinojecku oraz pofermentem lub frakcją stałą pofermentu zmodyfikowanymi dodatkiem P, K, Mg i B do ilości zawartej w nawozie mineralnym. doświadczenie 3 prowadzono w sezonach wegetacyjnych 2016 i 2017 r. na plantacji przemysłowej buraka cukrowego o powierzchni 2 ha u rolnika indywidualnego w Pieckach k/kruszwicy. Materiał do badań stanowiły korzenie buraka cukrowego pozyskane z plantacji kontrolnej nawożonej w sposób tradycyjny oraz z plantacji doświadczalnej, na której zmodyfikowano technologię ich uprawy, co polegało na zastosowaniu pofermentu z biogazowni przemysłowej wysłodków w Glinojecku. Dawki pofermentu zawierały taką ilość azotu, jak w uprawie tradycyjnej z zastosowaniem nawozu Lubofos pod buraki. Cukier i melasa, stanowiące materiał badawczy, zostały wyprodukowane na linii produkcyjnej w Cukrowni Kruszwica z surowca przetransportowanego z plantacji przemysłowej. Zakres badań charakteryzujących jakość stosowanych pozostałości po fermentacji obejmował takie oznaczenia, jak: ph, zawartość suchej masy ogółem i organicznej, metali ciężkich (As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Cr i Hg), wapnia, magnezu, azotu, fosforu, potasu i boru oraz obecność bakterii chorobotwórczych z rodzaju Salmonella i żywych jaj pasożytów jelitowych (Ascaris sp., Trichuris sp., Toxocara sp). W ramach wszystkich doświadczeń, po zakończeniu wegetacji buraka pobierano próby korzeni (3 razy po 30 szt.) i poddawano analizom chemicznym. Zakres analiz surowca 8

9 uzyskanego w doświadczeniach poletkowych 1 i 2 obejmował takie oznaczenia, jak: zawartość cukru (sacharozy), suchej masy, miąższu, popiołu, inwertu, niecukrów, azotu α-aminokwasowego, azotu amidowego, sodu i potasu. Dodatkowo w stosunku do zakresu badań surowca z doświadczeń poletkowych oznaczono w korzeniach buraka zebranych z plantacji przemysłowej (doświadczenie 3) także masę korzeni oraz zawartość metali ciężkich (Cd, Pb, Cu, Hg i As) oraz siarki i fluoru. Na podstawie oznaczenia jakości chemicznej surowca obliczono wskaźniki określające wartość technologiczną buraka cukrowego, takie jak: 1) Przewidywana czystość soku gęstego (Cz sg ): 99,36-0,1427 ( Na+ K +α N) 2) Wskaźnik czystości buraków: Ck 100/Ss 3) Przewidywana ilość cukru w melasie (Ck m ): 0,349 (Na + K) 4) Współczynnik alkaliczności z uwzględnieniem inwertu (WAI): Na+K/α N +I 5) Wskaźnik popiołowy: Ck /Pp rozp. 6) Wskaźnik azotu α aminokwasowego: Ck / α N 7) Wskaźnik azotu amidowego: Ck / N amidowy 8) Wskaźnik substancji redukujących: Ck / I 9) Wskaźnik niecukrów: Ck / Nc rozp. 10) Wskaźnik alkaliczności potasowej: K / α N 11) Wskaźnik alkaliczności popiołowej: Pp rozp./ α N W powyższych wzorach poszczególne symbole oznaczają: Na zawartość rozpuszczalnego sodu w burakach w mval/100g sacharozy, K - zawartość rozpuszczalnego potasu w burakach w mval/100g sacharozy, α N - zawartość azotu α aminokwasowego w burakach w mval/100g sacharozy, Ck zawartość cukru w burakach w %, Ss zawartość suchej substancji w burakach w %, I zawartość inwertu w burakach w mval/100g buraków, Pp rozp zawartość popiołu konduktometrycznego w burakach w %, N amidowy - zawartość azotu amidowego w burakach w %, Nc rozp - zawartość niecukrów rozpuszczalnych w burakach w %. Obliczone wskaźniki technologiczne porównano z kryteriami określającymi wartości korzystne dla prawidłowego przebiegu produkcji cukru, takimi jak: 1) wskaźnik przewidywanej czystości soku gęstego korzystny, gdy > 92%; 2) wskaźnik czystości buraka korzystny, gdy > 70%; 3) wskaźnik przewidywanej ilość cukru w melasie (Ck ) korzystny, gdy < 2%; m 9

10 4) współczynnik alkaliczności z uwzględnieniem inwertu (WAI) korzystny, gdy 1,8 <WAI <2,3; 5) wskaźnik popiołowy korzystny, gdy > 40; 6) wskaźnik azotu α-aminokwasowego korzystny, gdy > 800; 7) wskaźnik azotu amidowego korzystny, gdy > 750; 8) wskaźnik substancji redukujących korzystny, gdy > 100; 9) wskaźnik niecukrów korzystny, gdy > 10; 10) wskaźnik alkaliczności potasowej korzystny, gdy > 8; 11) wskaźnik alkaliczności popiołowej korzystny, gdy > 15. Korzenie buraka cukrowego uprawianego tradycyjnie i z zastosowaniem pofermentu w doświadczeniu 3 dostarczono do Cukrowni Kruszwica i przetworzono na cukier i melasę, a w trakcie przerobu trzykrotnie oznaczono parametry chemiczne jakości cukru uzyskanego z ich przerobu. Oznaczono polaryzację, inwert (substancje redukujące), mętność, zabarwienie roztworu cukru, zabarwienie kryształu cukru (reflaktancję), odczyn, wilgoć, zawartość popiołu, siarczynów, substancji nierozpuszczalnych w wodzie, metali ciężkich (Cd, Pb, Cu, Hg i As) oraz metali lekkich (Na, K, Ca i Mg) oraz żelaza. Oznaczono również wskaźniki organoleptyczne (zapach, smak, wygląd, konsystencję i granulację). W badaniach mikrobiologicznych cukru oznaczono liczbę: bakterii mezofilnych, pleśni, drożdży, bakterii mezofilnych termoopornych, bakterii tworzących śluzy, bakterii termofilnych tlenowych ogółem i tzw. płasko-kwaśnych, bakterii termofilnych beztlenowych nie redukujących siarczanów i redukujących siarczany, przetrwalników bakterii tlenowych termofilnych, przetrwalników bakterii tlenowych termofilnych wytwarzających kwasy, przetrwalników bakterii beztlenowych termofilnych wytwarzających gazy (H 2, CO 2 ), przetrwalników bakterii beztlenowych termofilnych wytwarzających gazy (H 2 S), oraz bakterii Escherichia coli i grupy coli Enterobacteriaceae, paciorkowców kałowych Salmonella sp. i Staphylococcus aureus. Jakość chemiczną melasy badano oznaczając zawartość sacharozy, inwertu i dwutlenku siarki. Wykonano obliczenia statystyczne uzyskanych wyników badań, stosując analizę wariancji w układzie dwuczynnikowym (doświadczenie 1 i 3): pierwszy czynnik lata (A), drugi sposób uprawy (B) lub w układzie jednoczynnikowym (doświadczenie 2): jeden czynnik sposób uprawy. Zastosowano test grup jednorodnych Fishera, gdy P = 0,05, z użyciem programu Statistica ver

11 Obliczono również współczynniki korelacji prostej Pearsona. Wyliczono je wg standardowej metody statystycznej, stosując program Statistica ver. 12.0, a ich istotność zbadano, gdy p < 0,05. Omówienie osiągniętych wyników i dyskusja Przeprowadzone badania wykazały, że poferment zastosowany w uprawie buraka cukrowego jest jednym z czynników mogących modyfikować skład chemiczny surowca, a tym samym wartość wskaźników technologicznych, które dają możliwość prognozowania przerobu surowca i dostarczają cennych wskazówek co do ewentualnej takiej korekty technologicznej produkcji cukru, aby końcowy produkt posiadał optymalną jakość. W przeprowadzonych doświadczeniach stosowano pofermenty uzyskiwane w ramach realizowanych w Zakładzie Cukrownictwa badań fermentacji metanowej wysłodków buraczanych, prowadzonych w skali mikrotechnicznej, jak i pofermenty pozyskiwane z biogazowni przemysłowej z Cukrowni Glinojeck. Skład chemiczny uzyskiwanych pofermentów charakteryzował się znaczącą ilością podstawowych makroelementów nawozowych (NPK) i innych pierwiastków cennych dla wzrostu buraka cukrowego jak: wapń, magnez i bor. Charakterystyka chemiczna stosowanych w badaniach pofermentów nie odbiegała w istotnym stopniu w zakresie zawartości NPK od podawanych w literaturze danych, jako typowych dla pofermentów ze zbiogazowania organicznych odpadów z przemysłu rolno spożywczego [Baran i in. 2011; Kowalczyk-Juśko, Szymańska 2015]. Skład chemiczny pofermentu, jak i jego frakcji waha się wg tych autorów w znacznych granicach, co potwierdziły również przeprowadzone przeze mnie badania. Baran i in. (2011) podaje porównanie składu chemicznego pofermentu z tradycyjnymi nawozami naturalnymi, wskazując na zbliżone zawartości NPK. W moich badaniach stwierdziłem istotne różnice w zawartości NPK w pofermencie uzyskiwanym w skali mikrotechnicznej i przemysłowej. Zarówno w przypadku zawartości azotu, fosforu, jak i potasu wyższe zawartości tych pierwiastków stwierdziłem w pofermencie uzyskiwanym w skali mikrotechnicznej. Jedną z przyczyn mogły być nieuchronne różnice w składzie chemicznym wsadu do fermentora, ale również technika rozdrabniania substratu. W warunkach badań mikrotechnicznych substraty fermentacji były rozdrabniane bardzo dokładnie w homogenizatorach, natomiast w biogazowni przemysłowej dostarczane są w formie uzyskiwanej z cukrowni (wysłodzonej krajanki). 11

12 Pewnym potwierdzeniem mojej tezy są badania Ziemińskiego i Kowalskiej-Wentel (2017), którzy określali wpływ różnych sposobów wstępnej obróbki wysłodków buraczanych, w tym ich rozdrabniania na wydajność produkcji biogazu. Badania wykazały, że rozdrabnianie wysłodków do cząstek o średnicy 2,5 mm spowodowało produkcję biogazu o 20,2% wyższą w porównaniu do wydajności biogazu z wysłodków nie mielonych. Takie różnice w wydajności fermentacji mają oczywiście bezpośredni wpływ na stopień odfermentowania substratów i skład chemiczny pofermentu. W stosowanych do badań pozostałościach po fermentacji wysłodków nie stwierdzono niedopuszczalnych zawartości metali ciężkich: kadmu, ołowiu, niklu, chromu, rtęci, miedzi i cynku. Nie stwierdzono także obecności bakterii chorobotwórczych z rodzaju Salmonella i żywych jaj pasożytów jelitowych: (Atrichuris sp., Trichuris sp., Toxocara sp.). Przeprowadzone badania wykazały, że stosowane pozostałości po fermentacji wysłodków mogą być, zgodnie z obowiązującym prawem, wykorzystywane bez zastrzeżeń w rolnictwie, zarówno pod względem zawartości metali ciężkich, jak i jakości mikrobiologicznej [Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r., Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. i Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 stycznia 2015 r.]. W ramach badań wykonanych w doświadczeniu 1, prowadzonych w kilku kolejnych sezonach wegetacyjnych, wykazałem istotne zróżnicowanie wszystkich określanych parametrów jakości surowca, zależnie od warunków pogodowych: miesięcznej średniej temperatury, liczby dni słonecznych i średniej wielkości opadów w poszczególnych sezonach wegetacji buraka cukrowego. Wykazałem również, że niezależnie od warunków pogodowych, aplikacja pofermentu w uprawie buraka cukrowego gwarantuje korzystniejsze parametry chemiczne i wskaźniki technologiczne surowca niż uprawa tradycyjna. Badania wykonane w ramach doświadczenia 2 wykazały, że zwłaszcza w zakresie plonu i zawartości cukru w burakach, wyższe efekty są możliwe do uzyskania przy aplikacji pofermentu uzupełnionego makroelementami (P, K, Mg i B) do ilości występującej w stosowanym powszechnie nawozie mineralnym Lubofos pod buraki. Wykazały także, że spośród badanych form pozostałości pofermentacyjnej wyższą przydatność do aplikacji w uprawie buraka cukrowego wykazuje poferment ciekły niż stały. Doświadczenia 1 i 2, prowadzone w warunkach mikrotechnicznych (na poletkach o małej powierzchni (ok. 19 m 2 ) dostarczyły mi wielu cennych informacji, ale nie dawały możliwości oceny wpływu uzyskanego surowca na jakość cukru i melasy. Masa zebranego surowca była zbyt mała do przerobu w warunkach cukrowni. Dlatego właściwe badania, zmierzające do 12

13 osiągnięcia celu pracy i weryfikacji założonych hipotez badawczych, przeprowadziłem na plantacji przemysłowej (doświadczenie 3). Obok określenia wpływu zastosowania pofermentu w uprawie buraka cukrowego na jakość chemiczną surowca i jego wartość przerobową, dokonałem również oceny wpływu na wielkość uzyskanej masy plonu i tzw. technologicznego plonu cukru. Dlatego przeprowadziłem eksperyment i oceniłem wpływ zastosowania pofermentu w uprawie buraka na uzyskany plon w warunkach polowych u plantatora buraków cukrowych, z wykorzystaniem pofermentu z biogazowni przemysłowej wysłodków buraczanych. W badaniach tych udowodniłem statystycznie, że średnia masa korzeni z obiektów nawożonych pofermentem była wyższa od masy surowca zebranego z obiektów nawożonych mineralnie (średnio o 3,6%). Należy zaznaczyć, że rolnik, u którego prowadzono badania polowe był zobligowany umową z cukrownią do dostawy buraków we wczesnym terminie wegetacji (na początku października). Można zakładać, że przyrost plonu przy późniejszym zbiorze mógłby być jeszcze większy. Przy średniej obsadzie buraków, zastosowanej przez rolnika, wynoszącej 80 tys. szt. / ha, średni plon z 2 lat badań, uzyskany z plantacji przemysłowej, wyniósł dla surowca nawożonego mineralnie 73,1 Mg/ha, a dla surowca z plantacji nawożonej pofermentem 75,9 Mg/ha, był więc o 2,8 Mg buraków wyższy z 1 ha na korzyść zastosowania nowej metody uprawy buraków. Plon buraków w Polsce z plantacji nawożonych mineralnie) w latach 2016 i 2017 r. był niższy od uzyskiwanego w moich badaniach i wynosił średnio 67,5 Mg/ha [Gawryszczak 2017; Wojtczak 2018]. Przedstawione porównanie wskazuje, że plony surowca uzyskane w moich badaniach na plantacji przemysłowej przewyższały średnie wyniki krajowe, pomimo wczesnego zbioru surowca. Badania polowe jednoznacznie potwierdziły możliwość zastąpienia tradycyjnego, mineralnego nawożenia plantacji buraków cukrowych aplikacją pofermentu z biogazowni wysłodków dla uzyskania wyższego plonu surowca. Stwarza to dla rolnika oszczędności [Kalkulacja uprawy buraka cukrowego 2018]. Przegląd piśmiennictwa wykazał, że brak jest danych dotyczących wpływu rolniczego wykorzystania pofermentu na plantacji buraka cukrowego na wielkość uzyskiwanych plonów i w tym zakresie moje badania mają charakter nowatorski. Z wielu pozycji literaturowych, ale z innymi rodzajami pofermentu wynika, że wpływ pofermentu na plon roślin nie jest jeszcze ostatecznie ustalony. Np. Gunnarsson i in. (2011), twierdzą, że tylko w niektórych przypadkach można całkowicie wyeliminować konieczność 13

14 używania nawozów mineralnych. Ale np. Vaneeckhaute i in. (2013) w badaniach polowych, badając wpływ stosowania pofermentów na rośliny zamiast nawozów sztucznych stwierdzili, że zastosowanie pofermentów skutkowało niewielkim, statystycznie nieistotnym wzrostem poziomu plonowania. Badacze szwedzcy [Gissèn i in. 2014) przedstawili ciekawe porównanie wyników badań polowych sześciu różnych roślin energetycznych, jako substratów do wytwarzania biogazu, w tym buraka cukrowego. Plony buraków cukrowych, były na takim samym poziomie, niezależnie od tego czy były nawożone pofermentem czy też pofermentem z dodatkiem nawozów mineralnych. Bueno i in. (2014) prowadzili badania szklarniowe pofermentu z biogazowni, jako źródła składników dla produkcji biomasy, poddając badaniom różne rośliny. Analiza suchej masy korzeni i części nadziemnych badanych roślin wykazała, że otrzymane wartości dla obiektu nawożonego mineralnie i pofermentem były zbliżone i zawsze wyższe od kontroli, co wskazało, że poferment z biogazowni może być użyty w produkcji badanych roślin na biomasę. Hupfauf i in. (2016) analizowali w doświadczeniu wazonowym z uprawą 2 roślin wpływ pofermentu z roślin energetycznych i nawozów mineralnych na aktywność i skład mikroflory glebowej. Zbadano efekt frakcji stałej i ciekłej pofermentu stosowanych osobno. Niezależnie od testowanej rośliny wskaźniki metaboliczne były wyższe w obiektach z pofermentami niż z nawozami mineralnymi. Cytowani powyżej autorzy ograniczali swoje badania do określania wpływu aplikacji pofermentu na wzrost i plon roślin. Uznałem, że w przypadku zastosowania pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych na plantacjach buraka cukrowego, z których zebrany surowiec będzie przekazywany do cukrowni do przerobu na cukier, niezbędne jest określenie jakości chemicznej surowca, jego wartości technologicznej i jakości wyprodukowanego cukru oraz melasy. Dopiero wyniki tak szeroko zakrojonych, kompleksowych badań mogą stanowić podstawę do wydania merytorycznej opinii o możliwości zastąpienia tradycyjnego, mineralnego nawożenia buraka cukrowego aplikacją pofermentu jako bionawozu. I taki właśnie zakres miały przeprowadzone przeze mnie prace badawcze. W ramach przeprowadzonych badań oceniałem jakość chemiczną buraka cukrowego, surowca dla przemysłu cukrowniczego, oznaczając zawartości: sacharozy, suchej masy, miąższu, popiołu, inwertu, azotu α aminokwasowego, azotu amidowego, sodu i potasu. Wymienione parametry jakości surowca są bowiem niezbędne do obliczenia wskaźników technologicznych surowca i do opracowania prognozy jego przerobu na cukier. 14

15 Zbadane parametry jakości buraka z plantacji przemysłowej, których wartości rzutują na wartość technologiczną surowca, wskazały na korzystny wpływ zastosowania pofermentu w uprawie buraka cukrowego w stosunku do uprawy tradycyjnej w zakresie zawartości: suchej pozostałości, popiołu, azotu amidowego, sodu i potasu oraz na porównywalność wyników badań buraków z obydwu rodzajów upraw w zakresie zawartości sacharozy, miąższu, inwertu i azotu α aminokwasowego. Spośród badanych parametrów dla plantatora uprawiającego buraki cukrowe najważniejszym wskaźnikiem jakości surowca jest zawartość cukru w korzeniach, ponieważ cukrownie dokonują aktualnie zakupu surowca, a dostawca otrzymuje zapłatę, w oparciu o ilość dostarczonego cukru (poza masą dostarczonego surowca). Średnia zawartość cukru w burakach, zebranych u rolnika wyniosła niezależnie od sposobu nawożenia 17,2% i taka sama była średnia z tych lat w Polsce 17,2% [Gawryszczak 2017; Wojtczak 2018]. Oznacza to z jednej strony, że uzyskane wyniki zawartości cukru pokrywały się z danymi z całego przemysłu, ale wskazuje również na to, że z punktu widzenia zawartości cukru, nawożenie mineralne plantacji buraka cukrowego jest równoważne z nawożeniem pofermentem. Podkreślenia wymaga fakt, że ze względu na wyższy plon buraka cukrowego przy nawożeniu pofermentem, wyższy będzie także uzyskany plon cukru z 1 ha, stanowiący iloczyn plonu i zawartości sacharozy w surowcu. Do obliczeń przyjęto średni plon uzyskany z plantacji z dwóch kolejnych lat, wynoszący dla surowca nawożonego mineralnie 73,1 Mg/ha, a dla surowca z plantacji nawożonej pofermentem 75,9 Mg/ha i średnią zawartość cukru z tych dwóch lat wynoszącą 17,2%. Technologiczny plon cukru wynosił średnio z dwóch lat 12,6 Mg cukru z 1 ha przy nawożeniu mineralnym, a 13,1 Mg cukru z 1 ha przy nawożeniu pofermentem. Wartości technologicznego plonu cukru z 1 ha jednoznacznie potwierdziły możliwość zastąpienia tradycyjnego, mineralnego nawożenia plantacji buraków cukrowych aplikacją pofermentu z biogazowni wysłodków i uzyskania wyższego poziomu tego ważnego wskaźnika. Inne wskaźniki jakości chemicznej surowca, poza zawartością sacharozy, nie mają dla plantatora istotnego znaczenia, choć w ostatnich latach wprowadza się w niektórych cukrowniach również dodatkową zapłatę za ilość azotu α aminokwasowego. Zawartość azotu α aminokwasowego w surowcu z plantacji przemysłowej była wyższa przy aplikacji pofermentu niż przy nawożeniu mineralnym. 15

16 Należy jednak podkreślić, że choć jest to składnik niepożądany, wchodzący w skład tzw. niecukrów szkodliwych, powodujących niekorzystne obniżanie alkaliczności soków na warsztacie fabrycznym, to ze względu na małe stężenia nie ma wpływu na przerób buraków. Zawartość azotu α aminokwasowego wahająca się w badanych burakach od 0,002 do 0,007%, pokrywa się z zawartością tej formy azotu w burakach, podawaną przez Tschersicha i Maucha (1970), wynoszącą od 0,0023 do 0,0071 %. Z przeglądu piśmiennictwa wynika, że zwiększona zawartość azotu szkodliwego może być wynikiem nadmiernego nawożenia azotowego. Buraki syntetyzują wówczas więcej białek i aminokwasów zużywając na ten cel bezazotowe kwasy organiczne, które przy właściwym nawożeniu azotowym wzięłyby udział w cyklu syntezy sacharozy [Grzebisz 2005]. Autor ten twierdzi, że nadmiar azotu w nawożeniu może objawić się obniżeniem zawartości sacharozy, przy wzroście plonu i pojawieniem się nadmiernych ilości azotu, w tym azotu α-aminokwasowego, a niedobór objawić się może wzrostem zawartości sacharozy w korzeniach, kosztem spadku plonu. Uważam, że przyczyną podwyższonej ilości azotu α-aminokwasowego w badanym przeze mnie surowcu nie było nadmierne nawożenie azotowe. Z piśmiennictwa wynika, że dawki azotu zalecane, niezbędne dla prawidłowego wzrostu buraka cukrowego, podawane przez wielu autorów w piśmiennictwie zagranicznym, wahają się w granicach kg/ha [Günter 1978; Haunold 1983; Pocock, Armstrong 1990; Bell i in. 1992; Allison i in. 1996]. W Polsce najczęściej zaleca się dawkę azotu w uprawie buraka cukrowego wynoszącą do 170 kg azotu /ha w czystym składniku [Bzowska-Bakalarz, Bieganowski 2008]. Biorąc pod uwagę ww. wielkości zalecanych dawek azotu, to dawka stosowana w prezentowanych przeze mnie doświadczeniach wynosząca 120 kg/ha nie przekraczała podawanych w piśmiennictwie wartości i nie mogła mieć wpływu na poziom azotu α-aminokwasowego. Mogły tu mieć wpływ inne czynniki. Oprócz zawartości sacharozy i azotu α aminokwasowego, parametrów jakości surowca ważnych dla plantatora, dla cukrowni przetwarzających korzenie buraków na cukier wszystkie pozostałe wskaźniki jakościowe są ważne, ponieważ decydują o wartości technologicznej buraków, stanowiących surowiec do produkcji cukru. Zawartość suchej pozostałości była o 0,6% wyższa w surowcu z plantacji wykorzystującej poferment, niż przy nawożeniu mineralnym, co tłumaczy uzyskanie wyższego plonu buraków, gdyż ten parametr decyduje w głównej mierze o wysokości plonu. 16

17 Zawartość miąższu była niższa o 0,1% w surowcu z uprawy wykorzystującej poferment niż z uprawy tradycyjnej, przy czym we wszystkich badanych burakach nie przekraczała wartości 4%. Potwierdzają to Kenter i Hoffmann (2009), którzy wykazali, że obecnie zawartość miąższu w burakach wynosi 4%, a często nawet mniej, natomiast 20 lat temu przekraczała 4,5%, co wynika z wprowadzania do uprawy buraków nowych ich odmian tzw. wysokocukrowych, mniej plennych i zawierających niższe zawartości miąższu. Przedyskutowania wymaga jeszcze zawartość popiołu rozpuszczalnego, azotu amidowego, substancji redukujących, inwertu oraz sodu i potasu w badanych burakach. Zawartość popiołu rozpuszczalnego w doświadczeniu prowadzonym w skali przemysłowej była korzystniejsza (niższa) o 0,07% w burakach uzyskanych z przemysłowej uprawy wykorzystującej poferment niż z uprawy tradycyjnej. Popiół stanowi nieorganiczną część zanieczyszczeń. Jego głównymi składnikami są kationy: potas, sód, wapń, żelazo i aniony: chlorkowe, siarczanowe, węglanowe, fosforanowe, występujące w rozpuszczalnych związkach. Niższa, zawartość popiołu, w burakach nawożonych pofermentem potwierdza korzystny wpływ użytego pofermentu na ten ważny parametr jakości chemicznej buraka, decydujący o wielkości strat sacharozy w melasie. Popiół rozpuszczalny przechodzi bowiem prawie w całości do melasy wiążąc cukier i zwiększając jej ilość [Hoffmann i in. 2005, 2006]. Zawartość substancji redukujących (inwertu), stwierdzona w burakach w doświadczeniu w skali przemysłowej, była wyższa (niekorzystna) o 0,012% przy aplikacji pofermentu niż przy nawożeniu mineralnym [Akyar i in. 1980; Devillers 1988; Pollach i in. 1991; Ruiz-Holst i in. 2003]. Zawartość azotu amidowego była niższa (korzystna) o 0,003% przy aplikacji pofermentu niż przy nawożeniu mineralnym, ale nie udało się udowodnić tego statystycznie. Zawartość sodu w zależności od sposobu uprawy buraków została statystycznie udowodniona i była wyższa (niekorzystna) o 0,014% przy aplikacji pofermentu niż przy nawożeniu mineralnym. Natomiast zawartość potasu w zależności od sposobu uprawy buraków była niższa (korzystna) o 0,008% przy aplikacji pofermentu niż przy nawożeniu mineralnym. Podobne zależności uzyskali inni autorzy [Burba, Schiweck 1993; Huijbregts 1999; Wieninger, Kubadinow 1971; Burba, Harling 2003]. Przedstawione wyniki doświadczeń, oceniających badania jakości chemicznej buraków cukrowych, pozwalają na stwierdzenie, że surowiec z plantacji uprawianej z aplikacją pofermentu posiadał porównywalną jakość chemiczną jak surowiec z tradycyjnej uprawy lub 17

18 nawet korzystniejszą, gwarantując właściwy przebieg produkcji i uzyskanie cukru o optymalnych parametrach. Należy podkreślić, że dyskusja wyników dot. jakości chemicznej buraków cukrowych jest bardzo trudna, ponieważ badania poszczególnych autorów prowadzone były w różnych krajach (o różnych warunkach klimatycznych i glebowych oraz stosujących różną agrotechnikę, sposób ochrony plantacji, nawożenia i inne odmiany buraka). Wyniki badań jakości chemicznej buraków cukrowych, uzyskane w ramach badań surowca nie odbiegają zasadniczo od wartości podstawowych parametrów, stwierdzanych w publikacjach autorów z Zakładu Cukrownictwa z lat [Żero i in. 1991, 1997; Malec 2007; Gajewnik 2013]. Podobne informacje znaleziono w publikacjach innych polskich autorów z branży cukrowniczej [Świetlicki 2007; Mucha 2013;Wojtczak 2018]. W oparciu o oznaczenia jakości chemicznej obliczono 11 rozpatrywanych wskaźników określających wartość technologiczną buraka cukrowego. Były to wskaźniki: przewidywanej czystości soku gęstego (Cz sg ), czystości buraków, przewidywanej ilości cukru w melasie (Ck m ), alkaliczności z uwzględnieniem inwertu (WAI), popiołowego, azotu α aminokwasowego, azotu amidowego, substancji redukujących, niecukrów, alkaliczności potasowej i alkaliczności popiołowej. Wartości poszczególnych wskaźników wartości technologicznej surowca porównano z kryteriami wskazywanymi jako optymalne przy przerobie buraka cukrowego na cukier i określono ich zależność od stosowanych sposobów nawożenia. Na podstawie tych wskaźników wnioskowano o poprawności prowadzenia procesów produkcji cukru z zebranych buraków. Spośród 11 badanych wskaźników jakości technologicznej buraka cukrowego uzyskano w przypadku 8 porównywalne, korzystne dla przerobu na cukier, wartości dla surowca zebranego z uprawy wykorzystującej poferment i uprawy tradycyjnej, Były to wskaźniki: przewidywanej czystości soku gęstego, prognozowanej ilości cukru w melasie Ckm, czystości buraka, popiołowy, azotu α aminokwasowego, azotu amidowego oraz alkaliczności potasowej i popiołowej. W przypadku 3 badanych wskaźników jakości technologicznej buraka cukrowego uzyskano, wprawdzie też porównywalne wartości dla surowca zebranego z uprawy wykorzystującej poferment i z uprawy tradycyjnej, ale niekorzystne dla przerobu na cukier. Były to wskaźniki: alkaliczności z uwzględnieniem inwertu, substancji redukujących (inwertu) i niecukrów. Przerób buraków o takich wskaźnikach był możliwy, ale z zastosowaniem dodatkowych operacji technologicznych i ścisłym przestrzeganiu wielu 18

19 parametrów. Analizując te wskaźniki jakości technologicznej buraka cukrowego, opracowano prawidłową prognozę przerobu buraków na cukier i przekazano do cukrowni wskazówki dot. konieczności wprowadzenia zmian technologicznych. Zalecono m.in., dla utrzymania optymalnego ph, sodowanie soków cukrowniczych w 2016 oraz siarkowanie w 2017 r. Niezależnie od przerobu buraków z obydwu rodzajów upraw zalecono także, efektywne oczyszczanie wody wysłodkowej z miazgi, stosowanie możliwie krótkiego czasu przebywania krajanki w ekstraktorze oraz właściwy rozkład temperatur w poszczególnych procesach produkcji. Te zalecenia powinny pozwolić cukrowni na uniknięcie problemów z filtracją soku surowego, polegających na przenikaniu do soku surowego nadmiernej ilości niecukrów. Należy dodać, że dyskusja wyników dot. wartości technologicznej buraków, podobnie jak dot. jakości chemicznej, jest bardzo trudna lub wręcz bezcelowa, ponieważ badania poszczególnych autorów prowadzone były w różnych warunkach klimatycznych i glebowych oraz stosujących różną agrotechnikę, sposób ochrony plantacji, nawożenia i inne odmiany buraka. Buraki zebrane z plantacji nawożonej w sposób tradycyjny oraz z plantacji doświadczalnej, nawożonej pofermentem z biogazowni przemysłowej po zakończeniu wegetacji zostały dostarczone przez plantatora do przerobu w Cukrowni, zarówno w 2016 jak i 2017 r. W trakcie przerobu buraków pobierano, w pewnych odstępach czasu, trzykrotnie próby do oceny cukru i melasy pochodzących z plantacji uprawianej tradycyjnie i na której wykorzystywano poferment z biogazowni wysłodków buraczanych. W ramach badań jakości chemicznej melasy określono 3 podstawowe parametry: zawartość sacharozy, inwertu i dwutlenku siarki. Wszystkie badane parametry były typowe dla melasu pochodzącego z przerobu surowca o dobrej jakości technologicznej. Jednak wyższe (mniej korzystne) stwierdzono w melasie uzyskanej przy przerobie na cukier buraków z uprawy tradycyjnej niż z wykorzystaniem pofermentu. Na szczególne podkreślenie zasługuje niższa zawartość sacharozy w melasie, uzyskanej z przerobu surowca uprawianego z zastosowaniem pofermentu, skutkująca mniejszymi stratami cukru w cyklu produkcyjnym i wyższą wydajnością gotowego produktu. Wszystkie uzyskane wyniki badań: organoleptycznych, fizykochemicznych i mikrobiologicznych cukru, pochodzącego z plantacji uprawianej tradycyjnie i plantacji, na której wykorzystywano poferment z biogazowni wysłodków buraczanych poddano ocenie w aspekcie wymagań prawnych. 19

20 Zachowanie prawidłowego przebiegu procesu produkcji cukru, zgodnie z informacjami wynikającymi ze znajomości wartości wskaźników jakości technologicznej surowca zapewniło uzyskanie produktu spełniającego wszystkie, aktualnie obowiązujące wymagania krajowe i unijne. Ocena organoleptyczna cukrów (przeprowadzona w oparciu o oznaczenia barwy, wyglądu, konsystencji, zapachu, smaku, klarowności roztworu i granulacji) wykazała, że jakość cukru uzyskanego z buraków cukrowych, zebranych z przemysłowej plantacji uprawianej tradycyjnie i z aplikacją pofermentu nie różniła się od siebie. Wszystkie cukry na podstawie tej oceny można zakwalifikować do kategorii jakości standardowej. Analiza fizykochemiczna cukru uzyskanego z buraków z uprawy wykorzystującej poferment, wykazała, że charakteryzował się jakością korzystniejszą w przypadku: inwertu, zabarwienia kryształu, popiołu konduktometrycznego, zabarwienia roztworu cukru, substancji nierozpuszczalnych, pozostałości SO 2, mętności, sodu, potasu, wapnia, magnezu, żelaza, ołowiu, arsenu i miedzi. Szczególnego podkreślenia wymaga fakt, że zastosowanie pofermentu skutkowało statystycznie udowodnionym obniżeniem zawartości takich metali ciężkich w cukrze jak ołów, miedź i arsen, w stosunku do obiektu ze standardową uprawą. Analiza zawartości ołowiu wykazała obniżenie z wartości 0,16 do 0,04 mg Pb/kg sm (aż o 75%). Zawartość miedzi uległa obniżeniu z 0,54 do 0,34 mg Cu/kg sm, a arsenu z 0,11 do 0,03 mg As/kg sm. Różnice w zawartości kadmu i rtęci w badanych cukrach były statystycznie nieistotne. W cukrach pochodzących zarówno z przerobu surowca uprawianego tradycyjnie jak i z wykorzystaniem w uprawie pofermentu stwierdzano identyczne zawartości kadmu 0,02 mg Cd/kg, a rtęci 0,005 mg Hg/kg. W piśmiennictwie jest brak informacji dot. wpływu stosowania pofermentu w uprawie buraków na jakość cukru i w tym zakresie moje badania są nowością. Znaleziono natomiast liczne pozycje literatury określające zawartości metali ciężkich w cukrze z buraków uprawianych tradycyjnie, zarówno za granicą [Sancho i in. 1997, 1998, 2001; Ronda i in. 2001; Skrbic i in. 2003, 2010; Dias, Cardoso 2006; Pohl i in. 2012], jak i w Polsce [Wojtczak, Król 2002]. Porównanie danych zamieszczonych w tych publikacjach z uzyskanymi przeze mnie wynikami badań zawartości metali ciężkich w cukrze z buraków uprawianych tradycyjnie wskazuje, że są one porównywalne.` Również ważną informacją wynikającą z moich badań jest to, że zawartość innych badanych metali: sodu, potasu, wapnia, magnezu, cynku i żelaza w cukrze uzyskanym 20

21 z buraków uprawianych z wykorzystaniem pofermentu, nie powodowała obniżenia jego jakości. Zawartość sodu wynosiła 8,00 mg/kg w cukrze z buraków uprawianych tradycyjnie i 2,64 mg/kg w cukrze z uprawy z zastosowaniem pofermentu. Stężenie sodu w cukrze białym może występować na poziomie od 0,06 do 25 mg/kg [Awadallah i in 1995; Mohamed 1999; Skrbic i in. 2010; Pohl i in. 2012]. Zawartość potasu w cukrze wyprodukowanym z buraka nawożonego pofermentem była istotnie mniejsza w porównaniu z burakami nawożonymi mineralnie i wynosiła odpowiednio 17,9 i 19,0 mg K/kg sm. Różni autorzy podają zawartość potasu w cukrze w zakresie mg K/kg sm [Mohamed 1999; Skrbic i in. 2010; Pohl i in. 2012]. Zawartość wapnia, podobnie jak zawartość sodu i potasu, stwierdzana w cukrach pochodzących z przerobu surowca uprawianego tradycyjnie, była wyższa niż z wykorzystaniem w uprawie pofermentu i wynosiła odpowiednio 7,04 i 6,55 mg Ca/kg sm. Stwierdzona w cukrze zawartość wapnia pokrywa się z danymi przedstawianymi przez innych autorów podających zawartość w zakresie 6 15 mg Ca/kg sm [Awadallah i in 1995; Mohamed 1999; Skrbic i in. 2010; Pohl i in. 2012]. Zawartość magnezu stwierdzana w cukrach pochodzących z przerobu surowca uprawianego tradycyjnie była również wyższa niż z uprawy z pofermentem i wynosiła odpowiednio: 0,40 i 0,11 mg Mg/kg sm. Uzyskane w moich badaniach wyniki pokrywają się z danymi przedstawianymi przez innych autorów, podających zawartość w zakresie 0,1 2,0 mg Mg/kg sm [Awadallah i in 1995; Mohamed 1999; Skrbic i in. 2010; Pohl i in. 2012]. Zawartość cynku w cukrze nie wykazywała żadnej zmienności w zależności od analizowanych czynników doświadczalnych i wynosiła 0,11 mg Zn/kg sm. Stwierdzona w cukrze zawartość cynku mieściła się w zakresie podawanym przez innych autorów: 0,004-14,1 mg Zn/kg sm [Awadallah i in. 1995; Sancho i in. 1997; Ronda i in. 2001; Wojtczak, Król 2002; Skrbic, Gyura 2006, 2007; Skrbic i in. 2003, 2010]. Zawartość żelaza wynosiła 0,84 mg Fe/kg sm w cukrze wyprodukowanym z surowca uprawianego tradycyjnie i 0,40 mg Fe/kg sm w cukrze z buraków nawożonych pofermentem. Według innych autorów zawartość żelaza w cukrze może się wahać w bardzo szerokim zakresie od 0.01 do aż 54,6 mg Fe/kg sm [Awadallah i in. 1995; Mohamed 1999; Skrbic i in. 2003, 2010; Skrbic, Gyura 2006, 2007; Wojtczak 2006]. Ocena mikrobiologiczna cukru uzyskanego z surowca uprawianego z zastosowaniem pofermentu wykazała, że w większości parametrów posiadał on jakość porównywalną 21

22 z surowcem uzyskanym z uprawy tradycyjnej, a korzystniejszą w zakresie: liczby bakterii mezofilnych i bakterii termofilnych tlenowych ogółem [Kowalska i Sumińska 2011}. Podsumowując, wyniki badań cukru i melasy, można jednoznacznie potwierdzić możliwość zastąpienia tradycyjnego, mineralnego nawożenia plantacji buraków cukrowych aplikacją pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych. Zbadane parametry jakości chemicznej cukru, pokrywają się z informacjami zamieszczonymi w publikacjach autorów oceniających jakość tego produktu w różnych cukrowniach, badaną przez wiele lat w Polsce przez pracowników Zakładu Cukrownictwa [Baryga i in. 2006; Baryga i in. 2007; Kowalska i Sumińska 2011; Gajewnik i Sumińska 2012]. Nie stwierdzono również istotnych różnic we wskaźnikach jakości cukru podawanych przez wybitnych specjalistów zagranicznych z zakresu cukrownictwa, typowych dla dobrej jakości cukru buraczanego (McGinnis 1976, 1982, Vukov 1977, Van der Poel i in. 1998, Draycott 2006). Można stwierdzić, że z punktu widzenia jakości cukru i melasy, aplikacja pofermentu na plantacjach buraka cukrowego może stanowić alternatywę tradycyjnej uprawy z zastosowaniem nawozów mineralnych. Cel pracy, którym były studia nad procesem produkcji cukru z wykorzystaniem wskaźników wartości technologicznej buraków cukrowych, w produkcji których kompleksowo zagospodarowano nadmierne ilości wysłodków buraczanych, w postaci pozostałości pofermentacyjnej po ich zbiogazowaniu został osiągnięty. Postawione hipotezy badawcze zostały pozytywnie zweryfikowane. W przeprowadzonych badaniach udowodniono hipotezę zakładającą, że wskaźniki jakości chemicznej i wartości technologicznej buraka cukrowego mogą być skutecznym środkiem prognozowania jakości cukru buraczanego. Analizowane w pracy wskaźniki technologiczne zaproponowane do prognozy przerobu buraków na cukier spełniły swoją rolę. Prowadzenie w cukrowni produkcji cukru, opartego o informacje wynikające z badanych wskaźników wartości technologicznej surowca i opracowanej na ich podstawie prognozy przerobu na cukier, zapewniło uzyskanie produktu spełniającego wszystkie wymagania jakościowe. Udowodniono również hipotezę zakładającą, że pozostałość pofermentacyjna z biogazowni odpadów przemysłu cukrowniczego, stosowana w uprawie buraka cukrowego, nie wpływa negatywnie na jakość cukru buraczanego. 22

23 Cukier wyprodukowany z korzeni buraka cukrowego, zarówno zebranych z przemysłowej plantacji uprawianej tradycyjnie, jak i z aplikacją pofermentu, odznaczał się wysoką jakością organoleptyczną, fizykochemiczną i mikrobiologiczną. Zachowanie prawidłowego przebiegu procesu produkcji cukru zapewniło uzyskanie produktu spełniającego wszystkie aktualnie obowiązujące wymagania krajowe i unijne. Jednoznacznie potwierdzono możliwość zastąpienia tradycyjnego mineralnego nawożenia plantacji buraka cukrowego aplikacją pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych. Wykonana praca ma charakter nowatorski ze względu na aktualność podjętej tematyki w zakresie programów i zobowiązań rządu RP dotyczących OZE i ochrony środowiska naturalnego oraz z uwagi na całkowity brak publikacji kompleksowo ujmujących zagadnienia związane z biogazowaniem wysłodków, wykorzystaniem pofermentu z biogazowni wysłodków na plantacjach buraka cukrowego, oceną wartości przerobowej surowca oraz jakością wyprodukowanej melasy i cukru konsumpcyjnego. Walory naukowe wykonanej pracy to przede wszystkim stworzenie rzetelnej merytorycznie bazy danych dotyczącej rolniczego wykorzystania pofermentu, udokumentowanej wieloma latami doświadczeń od skali mikrotechnicznej do przemysłowej, oraz istotne poszerzenie wiedzy w dziedzinie nauk technicznych, w dyscyplinie biotechnologia i ochrona środowiska. Wykonana praca ma znaczące walory praktyczne, wynikające z udokumentowania możliwości wykorzystania pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych na plantacjach buraka cukrowego, co gwarantuje dobrą wartość przerobową surowca i wysoką jakość wyprodukowanego cukru oraz rozwiązanie problem utylizacji pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych, będącego uciążliwym odpadem procesu fermentacji metanowej wymagającym unieszkodliwiania, a stanowiącym podstawowy warunek ciągłej pracy biogazowni. Wdrożenie do praktyki wyników badań własnych może przynieść znaczące efekty ekonomiczne, zarówno dla biogazowni (utylizacja odpadu, jakim jest pozostałość po fermentacji wysłodków), rolników, jak i cukrowni, wynikające z możliwości produkcji cukru o odpowiednich parametrach dla cukru konsumpcyjnego, zakładając jednocześnie mniejsze koszty uprawy buraka cukrowego związane z zastąpieniem tradycyjnego mineralnego (drogiego) nawożenia plantacji buraka cukrowego aplikacją pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych oraz z wyższego plonu buraka. 23