prof. dr hab. inż. Teofil Jesionowski Politechnika Poznańska Wydział Technologii Chemicznej Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej ul. Berdychowo 4, 60-965 Poznań tel.: 61 665 3720, fax: 61 665 3649 e-mail: Teofil.Jesionowski@put.poznan.pl http://www.fct.put.poznan.pl Poznań, 29.09.2014 r. RECENZJA rozprawy doktorskiej mgr inż. Justyny Szadzińskiej zatytułowanej Efektywność suszenia konwekcyjnego w warunkach okresowo zmiennych opracowana na zlecenie Dziekana Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej (DC 436/2013-2014) z dnia 24 czerwca 2014 r. Rozprawa doktorska mgr inż. Justyny Szadzińskiej została zrealizowana w Zakładzie Inżynierii Procesowej Instytutu Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechniki Poznańskiej pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. Stefana Jana Kowalskiego. Badania częściowo wykonano w ramach projektu badawczego nr 2012/05/B/ST8/01773 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Przedmiotem szczególnego zainteresowania, w ostatnich latach, jest dobór technik i metod związanych z przetwarzaniem substancji czy materiałów pochodzenia naturalnego/biologicznego, z zachowaniem ich właściwości odżywczych i funkcjonalnych. Rozwój technologiczny i inżynieryjny stwarza szerokie możliwości związane z wykorzystaniem najnowocześniejszych sposobów suszenia wielu materiałów, w tym w szczególności pochodzenia organicznego, do których zalicza się owoce i warzywa. Ciągle tworzone są nowe koncepcje realizacji tych procesów, m.in. wykorzystując suszenie konwekcyjne w warunkach okresowo zmiennych (znane od wielu lat), jednakże stosowane do tego celu w ograniczonym zakresie, głównie ze względu na pewne ograniczenia. Dowodem na to mogą być liczne prace naukowe realizowane w wielu renomowanych ośrodkach naukowych, także krajowych. Ilość tych doniesień stanowi 56906 prac dla frazy food drying, czy ponad 15 tyś. dla vegetables drying, a dla tematyki intermittent drying przekracza 3 tyś. artykułów (wg bazy SCOPUS z dn. 29 września br.).
Konwencjonalne suszenie konwekcyjne jest procesem czasochłonnym i energochłonnym., realizowanym najczęściej poprzez dostarczanie do układu gorącego medium o stałych parametrach, Technika ta uznawana jest za silnie destrukcyjną, pogarszającą jakość produktu w stosunku do surowca, w szczególności w przypadku jej zastosowań do termicznej obróbki owoców i warzyw. Charakteryzuje się jednak szeregiem zalet, które decydują o jej powszechnym wykorzystaniu w przemyśle, gdyż jest metodą relatywnie tanią, o dobrze poznanych podstawach teoretycznych i technicznych. Realizowane metody suszenia, do których zaliczyć można liofilizację czy kontaktowe suszenie próżniowe, jak również mikrofalowo-próżniowe nie spełniają wszystkich kryteriów, jakie stawiane są uzyskiwanym produktom. Pierwotna jakość odżywcza (zawartość odpowiednich witamin czy innych składników) czy właściwości organoleptyczne (zapach, wygląd) mogą być uzyskane jedynie na drodze bardzo selektywnie dobranej i zweryfikowanej metody suszenia. Niewątpliwie badania naukowe ukierunkowane bezpośrednio na jakość produktu, uwzględniające okres suszenia, jak i uwzględniające oszczędności energetyczne są bardzo istotne, i wg mojej oceny celowe. Ten obszar jest domeną aktywnych działań zespołu naukowego prof. dr. hab. inż. Stefana J. Kowalskiego wysokiej klasy specjalisty, o uznaniu międzynarodowym. Do tego typu suszenia zalicza się technikę suszenia w warunkach okresowo zmiennych, tj. realizowaną w zmiennej temperaturze i wilgotności suszonego powietrza. Dodatkowe operacje poprzedzające ten proces, takie jak blanszowanie czy odwodnienie osmotyczne powodują tzw. wartość dodaną, zwłaszcza w aspekcie końcowej jakości produktu. Te istotne zagadnienia w zakresie suszenia materiałów pochodzenia organicznego są domeną dysertacji Pani mgr inż. Justyny Szadzińskiej. Przedmiot pracy doktorskiej, wg mojej oceny, jest istotny dla rozwoju nauki i technologii, ze względu na to, że łączy zagadnienia technologii chemicznej z inżynierią chemiczną. Przenikanie się tych dziedzin naukowych jest ważnym aspektem w realizowaniu wartościowych prac, w tym również doktorskich. Oceniana rozprawa doktorska została przedstawiona na 140 stronach maszynopisu. Pierwsza część pracy to Wprowadzenie i Część teoretyczna. Następne rozdziały stanowią Część doświadczalna oraz Podsumowanie i wnioski. Rozdziały zamieszczone na końcu pracy to: Bibliografia, Streszczenie, Abstract i Wykaz dorobku naukowego. Dziwi nieco brak wyodrębnienia celu pracy jako oddzielnego rozdziału. Proporcja części eksperymentalnej i dyskusji wyników do przeglądu literaturowego jest właściwie zachowana. 2
Rozprawa jest udokumentowana w postaci 64 rysunków, 14 tabel i 16 równań. Piśmiennictwo cytowane stanowi 114 pozycji literaturowych (z wyłączeniem stron internetowych), aktualnych i właściwie dobranych, obejmujących głównie artykuły naukowe i monografie z ostatnich lat. Literatura została przedstawiona w tzw. stylu oksfordzkim. Analiza literaturowa pozwoliła Autorce dysertacji na sformułowanie głównych kierunków badań. Można do nich zaliczyć: dobór odpowiednich parametrów procesu suszenia konwekcyjnego, celem uzyskania optymalnych warunków prowadzenia tego procesu w warunkach okresowo zmiennych; monitorowanie destrukcji materiałów kapilarnoporowatych metodą emisji akustycznej; zbadanie wpływu zmiennych parametrów procesowych, takich jak temperatura i wilgotność powietrza na kinetykę suszenia konwekcyjnego; określenie wpływu różnego rodzaju zabiegów obróbki wstępnej, tj. odwadniania osmotycznego, blanszowania, wspomagania ultradźwiękowego na przebieg suszenia w stałych i zmiennych warunkach; analizę wybranych wskaźników jakości suszonych materiałów bez obróbki wstępnej, jak i z jej zastosowaniem, obejmującą wyznaczenie całkowitej zmiany barwy, aktywności wody, zawartości naturalnych barwników i witaminy C oraz ich zdolność do rehydratacji; ocenę procesu suszenia okresowego pod kątem zużycia energii; porównanie efektów uzyskanych w trakcie suszenia w warunkach niestacjonarnych. Doktorantka stwierdziła, że praca ma charakter teoretyczno-doświadczalny, z czym trudno się zgodzić. Wg mnie praca ta jest typowo eksperymentalna, a wszystkie wzmianki teoretyczne, włącznie z zaproponowanym modelem matematycznym są jej wartościowym uzupełnieniem. Część teoretyczna dysertacji doktorskiej Pani mgr inż. Justyny Szadzińskiej składa się z trzech rozdziałów, w których zawarto podstawy teoretyczne związane z procesem suszenia niestacjonarnego. Omówiono także istotę suszenia w warunkach zmiennych, wskazano jego zalety oraz wady, scharakteryzowano różne techniki suszenia realizowane w sposób przerywany, a ponadto przedstawiono metody kontroli i wspomagania tego procesu. Z kolei w części doświadczalnej przedstawiono metodykę badań, materiały doświadczalne i stanowisko badawcze z dokładnym opisem aparatury i przyrządów używanych podczas badań. Pani mgr inż. Justyna Szadzińska w swojej pracy przeprowadziła testy suszenia konwekcyjnego wybranych produktów biologicznych (korzeni marchwi zwyczajnej i buraka ćwikłowego, zielonej papryki oraz owoców wiśni) w warunkach laboratoryjnych z wykorzystaniem konwekcyjnej suszarki komorowej, która umożliwia prowadzenie procesu w sposób niestacjonarny, z uwzględnieniem różnych częstotliwości oraz amplitud zmian 3
parametrów powietrza. Zaprezentowano analizę otrzymanych wyników badań, tj. krzywe suszenia w warunkach stacjonarnych i niestacjonarnych, zmianę wybranych wskaźników suszonych produktów, m.in. całkowitą zmianę barwy, aktywność wody oraz zawartość naturalnych barwników i witamin, a także analizę energochłonności procesów suszenia. Jako materiał odniesienia Pani mgr inż. Justyna Szadzińska zastosowała surowiec ceramiczny w postaci glinki kaolinowej. Trudno ten materiał uznać jako reprezentatywny, gdyż jego budowa oraz właściwości są diametralnie inne niż ww. surowce pochodzenia organicznego. Za nowatorski element pracy można uznać nie tylko zastosowanie suszenia niestacjonarnego, ale także zbadanie wpływu różnych metod obróbki wstępnej oraz intensyfikacji usuwania wilgoci przy zastosowaniu ultradźwięków, na kinetykę suszenia w warunkach zmiennych i właściwości uzyskanych produktów. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów wyciągnięto wnioski i dokonano oceny pod kątem założonych w pracy celów. Doktorantka stwierdziła, że suszenie konwekcyjne w warunkach okresowo zmiennych, jako technika suszenia materiałów szczególnie wrażliwych na działanie termiczne, jest wydajnym sposobem usuwania wilgoci i utrwalania materiałów pochodzenia biologicznego. Modyfikacja stacjonarnego suszenia konwekcyjnego przez prowadzenie go w warunkach niestacjonarnych usprawnia szybkość suszenia i korzystnie wpływa na jakość otrzymywanych produktów. Skrócenie całkowitego czasu suszenia w wyniku zmiennych warunków suszenia, nie idzie jednak w parze z aspektem energetycznym tego procesu. Przeprowadzony przez Panią mgr inż. Justynę Szadzińską opis matematyczny stałych procesowych zależnych od materiału i obróbki wstępnej pozwala określić kinetykę suszenia biomateriałów i stanowi dobrą bazę do tworzenia nowych oraz bezpiecznych programów suszenia, bez konieczności dokonywania czasochłonnych i kosztownych testów, co ma istotne znaczenie w przypadku zaimplementowania otrzymanych rezultatów do bezpośrednich zastosowań przemysłowych. Ponadto przedstawiono optymalne warunki prowadzenia suszenia okresowego oraz korzyści płynące ze stosowania tej techniki suszenia. Wg mojej opinii Pani mgr inż. Justyna Szadzińska osiągnęła główny cel, który był ukierunkowany na modyfikację powszechnie stosowanej konwekcyjnej metody suszenia, z wyeliminowania szeregu wad tej metody, takich jak długotrwały czas suszenia, słaba jakość produktów suszonych czy stosunkowo duże zużycie energii. 4
Należy zaznaczyć, że uzyskane materiały pochodzenia naturalnego, które poddano suszeniu konwekcyjnemu w warunkach okresowo zmiennych, mogą czy nawet powinny znaleźć liczne zastosowania praktyczne, m.in. jako wartościowe produkty spożywcze, składniki suplementów diety itp. Natomiast wartość naukową pracy potwierdzają osiągnięcia publikacyjne doktorantki. Pani mgr inż. Justyna Szadzińska jest współautorką 6 publikacji, w tym 5 prac jest indeksowanych na liście Thomson Reuters JCR (Heat and Mass Transfer, Journal of Food Technology, Dyring Technology, Inżynieria Chemiczna i Procesowa oraz Chemical Engineering and Processing: Process Intensification). Należy podkreślić również ponadprzeciętną aktywność konferencyjną Doktorantki i współudział w realizacji projektów badawczych. Generalnie praca jest napisana poprawnie językowo i stylistycznie. Doktorantka nie ustrzegła się jednak pewnych błędów czy nieprawidłowości. Najważniejsze błędy edytorskie i stylistyczne dotyczą różnych kwestii: Autorka myli pojęcia własności i właściwości; Zamieszczone w pracy rysunki i tabele są mało czytelne, ich jakość pozostawia wiele do życzenia. Ponadto przy ich tytułowaniu Doktorantka umieszcza kropkę na końcu zdania, co nie jest poprawne; Zamieszczone rysunki i tabele w części literaturowej pracy nie mają odpowiednich źródeł literaturowych; Na str. 44 podano błędnie nazwy chemiczne stosowanych związków do wytwarzania materiału ceramicznego (cyrkonianu(iv) ołowiu(ii) czy tytanianu(iv) ołowiu(ii)); Na str. 48 Doktorantka podaje przykłady substancji wspomagających operację blanszowania bez większej uwagi (roztworu soli jakiej soli?). Inne wymienione związki to również sole z wyjątkiem MgO; Str. 92. Wilgotność względna drastycznie spadała, raczej malała; Str. 94. Poprawny zapis to: zmniejszenie wartości parametru a * ; Uwagi merytoryczne i kwestie dyskusyjne: Zamieszczona na rys. 4.8 krzywa kalibracji dla β-karotenu nie spełnia prawa Lamberta- Beera, stąd zamieszczone w pracy rezultaty są podane z niewielkim, ale jednak błędem. Wg mojej opinii, zamieszczenie rozdziału 5 nt. Suszenie niestacjonarne materiałów ceramicznych monitorowane metodą emisji akustycznej nie jest uzasadnione. Jak już sygnalizowałem materiał ceramiczny nie oddaje w żadnym sensie zachowań substancji pochodzenia organicznego ze względu na odmienną strukturę, budowę chemiczną i stabilność termiczną. 5