Wydział Inżynierii Mechanicznej i Energetyki

Politechniki Koszalińskiej

Stypendium Doktorskie

finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w konkursie Etiuda 3

Stypendysta: Mgr inż. Monika Marianna Sterczyńska

Temat rozprawy doktorskiej

Technologiczne aspekty klarowania brzeczki piwnej z uwzględnieniem zmodyfikowanej metody separacji osadów w kadzi wirowej

W realizowanej pracy doktorskiej przeprowadzane są badania dotyczące technologii procesu klarowania brzeczki piwnej.Technologia ta obejmuje ostatni etap na dziale warzelni w browarze, w którym ukształtowuje się ostatecznie skład chemicznybrzeczki piwnej przed jej fermentacją. Uwagę poświęcono badaniom zmian stężeń jonów wybranych metali (magnezu, cynku, wapnia) w brzeczce piwnej i  osadzie gorącym, w celu bliższego poznania zjawisk i zależności pomiędzy składem surowcowym (w szczególności rodzajem i ilością surowca niesłodowanego na przykładzie: jęczmienia i orkiszu) a składem jonowym brzeczki piwnej. Badania przeprowadzane są w warunkach laboratoryjnych na brzeczkach kongresowych. Do przeprowadzania analiz wykorzystuje się metodyki opracowane przez międzynarodową instytucje określającą normy przygotowania słodu i warzenia piwa European Brewery Convention (EBC). Podjęto również próbę modyfikacji konstrukcji kadzi wirowej, w której to realizowane jest klarowanie brzeczki. Modyfikacja ta ma na celu poprawę efektywności oddzielania osadu gorącego od brzeczki, z uwzględnieniem zachowania jej odpowiedniego składu jonowego. Badania te realizowane są z wykorzystaniem laboratoryjnych zbiorników kadzi wirowej oraz nowoczesnych metod pomiarowych. Wyniki badań posłużą do zaproponowania opracowań wstępnych założeń suplementacji brzeczki piwnej po procesie wirowania warunkujących minimalizację strat wybranych jonów metali szczególności cynku.

W czasie realizacji badań przewidziany jest dla stypendysty 3--miesięczny naukowy staż zagraniczny w Katedrze Przechowywania i Przetwarzania Produktów Roślinnych na Wydziale Biotechnologii i Nauk o Żywności Słowackiego Uniwersytetu Rolniczego w Nitrze.

PROJEKTY

a) wewnętrzne:

1. Analiza parametrów fizykochemicznych roztworów i zawiesin po procesie klarowania

2. Zastosowanie barbotażu do intensyfikacji procesu mycia w systemie CIP

3. Wpływ składu i technologii wytwarzania na właściwości mechaniczne i funkcjonalne kompozytów polimerowych z dodatkiem różnorodnych recyklatów organicznych

4. Badanie właściwości materiałów kompozytowych z dodatkiem struktur węglowych w postaci grafenu i analiza możliwości ich zastosowania – kierownik (realizowany) – 2022 r.;

5. Wpływ systemów pakowania na wydłużanie okresu przydatności do spożycia produktów żywnościowych” – kierownik (zrealizowany) – 2010 r.;

b) zewnętrzne:

1. Projekt badawczy nr 4 T08E 06223 nt: Badanie możliwości przetwórczych autotermicznej wytłaczarki ślimakowo – tarczowej” – wykonawca (zrealizowany) – 2002 – 2004;
2. Projekt badawczy nr 3T08E 02029 nt: „Badanie możliwości zastosowania autotermicznej wytłaczarki ślimakowo – tarczowej do tworzyw z recyklingu” - wykonawca (zrealizowany) - 2005 – 2007;
3. Projekt aparaturowy nr FNiTP-747/2011  nt.: „Badanie możliwości technologicznych innowacyjnej wytłaczarki w zastosowaniu do produkcji polimerowych folii opakowaniowych do żywności o podwyższonej barierowości i kurczliwości” – 2011 r.

Określenie pierwotnych kryteriów modelu optymalizacji warunków regeneracji i przechowywania chemicznych roztworów myjących w zbiornikach stacji CIP
Oznaczenie: 2018/02/X/NZ9/03235
Czas realizacji 12 m-cy
(2019-04-24 - 2020-04-23)

Zrealizowane działanie naukowe:
Zakres podjętych działań obejmował przeprowadzenie badań eksperymentalnych związanych z określeniem zmian mętności i napięcia powierzchniowego chemicznych roztworów myjących w czasie ich przechowywania
i regeneracji oraz opracowanie dwóch funkcji regresji: ƴ = f(C, RT;F;K, tp); M = f(T, RT;F;K, ts), stanowiących kryteria optymalizacji warunków i czasu przechowywania roztworów w zbiornikach stacji CIP. Jako kryterium nadrzędne optymalizacji przyjęto czystość mikrobiologiczną badanych roztworów w całym okresie badań MFungi = f (RT;F;K, tp) = 0;
MBakterie = f (RT;F;K,tp) = 0. Materiał badawczy stanowiły dwa roztwory wodorotlenku sodu (NaOH (F) i NaOH (T))
i roztwór mieszaniny kwasów fosforowego i azotowego (H3PO4+HNO3) w stosunku 1:1. Roztwory pobierano z browaru, w którym stosowane były do mycia urządzeń i aparatury w dziale warzelni.

Identyfikacja zagrożeń i badanie warunków zapewnienia skutecznego mycia w systemie CIP krytycznych miejsc instalacji
Oznaczenie: N N313 147038
Data rozpoczęcia: 15/04/2010
Data zakończenia: 14/10/2012
Zrealizowane działanie naukowe:
W ramach projektu przeprowadzono rozpoznanie w zakresie metod mycia instalacji przemysłowych, gdzie główną uwagę zwrócono na proces mycia w systemie CIP. Dokonano analizy zanieczyszczeń powstających na instalacjach, ze szczególnym uwzględnieniem zanieczyszczeń mlekowych tworzących się na gorących powierzchniach instalacji produkcyjnych w przemyśle mleczarskim, analizy oddziaływania czynników w procesie mycia instalacji i urządzeń oraz analizy metod i kryteriów oceny stopnia umycia powierzchni urządzeń przetwórstwa spożywczego. Dokonano szerokiego rozpoznania higienicznych aspektów pracy instalacji przesyłowych i wymienników ciepła oraz zagrożeń jakie wynikają z mycia w obiegu zamkniętym. Przedstawiono stosowane w zakładach mleczarskich, browarach i zakładach tłuszczowych techniki i programy mycia tych instalacji. Nawiązano również do procesów mycia w zakładach mięsnych, w których również w niewielkim stopniu prowadzi się mycie w systemie CIP. Dokonano analizy chemicznych środków myjących stosowanych do mycia w zakładach tłuszczowych, mleczarskich i browarach oraz sprawdzono możliwość wtórnego zanieczyszczenia tymi mediami instalacji produkcyjnych, na skutek ich wielokrotnego wykorzystywania w procesach mycia. Zbadano właściwości koagulacyjne zebranych roztworów oraz stopień ich zanieczyszczenia. Na podstawie szerokiego rozpoznania, dotyczącego warunków mycia w systemie CIP instalacji produkcyjnych, opracowano program badań eksperymentalnych, których przeprowadzenie umożliwiło zidentyfikowanie obszarów w instalacjach rurowych oraz w wymiennikach ciepła, które myją się najtrudniej. Przeprowadzono obszerne badania eksperymentalne mycia prostego odcinka rurociągu i płytowych wymienników ciepła na podstawie których opracowano funkcje regresji dotyczące skuteczności procesu mycia i jego energochłonności. Podstawowym celem badań było wyjaśnienie wpływu czynników mycia, tj.: prędkości przepływu, temperatury oraz czasu trwania procesu mycia na jego skuteczność. Sprawdzające badania warunków mycia przeprowadzono dla elementów instalacji rurowych. Przeprowadzono obliczenia symulacyjne przepływu cieczy. Sporządzono modele matematyczne ruchu płynu w kanałach rurowych oraz pomiędzy dwoma płytami wymiennika ciepła. Wykonano szereg badań numerycznych, dotyczących przepływu cieczy w elementach instalacji rurowych oraz płytowych wymiennikach ciepła. Efektem analiz jest wskazanie miejsc narażonych na niedomywanie z powodu niedostatecznego oddziaływania strumienia cieczy.

Wpływ warunków przepływu cieczy między płytami wymiennika ciepła na skuteczność mycia w obiegu zamkniętym
Oznaczenie: GRANT N N313 147038
Data rozpoczęcia: 30/04/2010
Data zakończenia: 30/06/2012
Podejmowany w pracy problem badawczy dotyczy zagadnień związanych z higieną produkcji żywności. Badania i analizy ukierunkowane były na poznanie zjawisk i procesów istotnych dla mycia w przepływie płytowych wymienników ciepła. Praca oparta jest na numerycznej analizie przepływu w przestrzeniach płytowych wymienników ciepła oraz na badaniach eksperymentalnych, określających stopień umycia poszczególnych płyt oraz obszarów na płycie. Podstawowym celem badań było wyjaśnienie wpływu czynników mycia, tj.: prędkości przepływu, temperatury oraz czasu trwania procesu mycia na jego skuteczność oraz sprawdzenie czy możliwe jest ograniczenie stosowania wysokich stężeń środków chemicznych do mycia. Tematyka pracy wpisana jest w aktualne tendencje rozwoju techniki mycia w systemie CIP (clean in place), która w wielu gałęziach przetwórstwa spożywczego stosowana jest jako podstawa utrzymania higieny.

Określenie pierwotnych kryteriów modelu optymalizacji warunków regeneracji i przechowywania chemicznych roztworów myjących w zbiornikach stacji CIP
Oznaczenie: 2018/02/X/NZ9/03235
Data rozpoczęcia: (2019-04-24
Data zakończenia: 2020-04-23
Zrealizowane działanie naukowe:
Zakres podjętych działań obejmował przeprowadzenie badań eksperymentalnych związanych z określeniem zmian mętności i napięcia powierzchniowego chemicznych roztworów myjących w czasie ich przechowywania
i regeneracji oraz opracowanie dwóch funkcji regresji: ƴ = f(C, RT;F;K, tp); M = f(T, RT;F;K, ts), stanowiących kryteria optymalizacji warunków i czasu przechowywania roztworów w zbiornikach stacji CIP. Jako kryterium nadrzędne optymalizacji przyjęto czystość mikrobiologiczną badanych roztworów w całym okresie badań MFungi = f (RT;F;K, tp) = 0;
MBakterie = f (RT;F;K,tp) = 0. Materiał badawczy stanowiły dwa roztwory wodorotlenku sodu (NaOH (F) i NaOH (T))
i roztwór mieszaniny kwasów fosforowego i azotowego (H3PO4+HNO3) w stosunku 1:1. Roztwory pobierano z browaru, w którym stosowane były do mycia urządzeń i aparatury w dziale warzelni.