dr inż. Andrzej Baryga Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno … · 2019-05-27 · w odpadach,...

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

Andrzej Baryga AUTOREFERAT (jęz. polski) Załącznik 2

2

SPIS TREŚCI

1. IMIĘ I NAZWISKO ..................................................................................................................... 3

2. POSIADANE DYPLOMY, STOPNIE NAUKOWE Z PODANIEM NAZWY,

MIEJSCA I ROKU ICH UZYSKANIA ORAZ TYTUŁU ROZPRAWY

DOKTORSKIEJ ............................................................................................................................ 3

3. INFORMACJE O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU W JEDNOSTKACH

NAUKOWYCH .............................................................................................................................. 3

4. WSKAZANIE OSIĄGNIĘCIA WYNIKAJĄCEGO Z ART. 16 UST. 2 USTAWY Z

DNIA 14 MARCA 2003 R. O STOPNIACH NAUKOWYCH I TYTULE

NAUKOWYM (DZ. U. 2016 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. ................................................................................................................................................ 4

Wprowadzenie .................................................................................................................................................... 4

Omówienie celu naukowego prac ....................................................................................................................... 6

Przebieg i metody badań .................................................................................................................................... 7

Omówienie osiągniętych wyników i dyskusja ................................................................................................... 11

Wnioski ............................................................................................................................................................. 24

Pozycje piśmiennictwa cytowane w autoreferacie ............................................................................................ 26

5. OMÓWIENIE POZOSTAŁYCH OSIĄGNIĘĆ NAUKOWO – BADAWCZYCH .... 30

Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z prac dot. doskonalenia przebiegu procesu oczyszczania soków

cukrowniczych .................................................................................................................................................. 30 Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z realizacji prac dot. zmniejszenia strat produkcyjnych cukru,

wywołanych działaniem drobnoustrojów .......................................................................................................... 39 Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z realizacji prac dot. racjonalizowania gospodarki wodą i

odpadami cukrowniczymi ................................................................................................................................. 44

6. ZBIORCZE ZESTAWIENIE DANYCH DOT. OSIĄGNIĘTEGO DOROBKU

NAUKOWEGO PRZED I PO DOKTORACIE.................................................................. 48


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, 1996.

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, 2002. 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

2003 – 2007 Instytut Przemysłu Cukrowniczego: Adiunkt, Kierownik Zakładu

Analityki Cukrowniczej

2007 – 2009 Instytut Przemysłu Cukrowniczego: Dyrektor Instytutu Przemysłu

Cukrowniczego

2009 – 2014 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”.


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 2019. PL ISSN 1509-

3018, ISBN 978-83-8100-178-6

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.


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


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.


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


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 m2 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 m2 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


9

m

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 (Czsg): 99,36 - 0,1427 ( Na+ K +α – N)

2) Wskaźnik „czystości” buraków: Ck × 100/Ss

3) Przewidywana ilość cukru w melasie (Ckm): 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%;


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 (H2, CO2),

przetrwalników bakterii beztlenowych termofilnych wytwarzających gazy (H2S), 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. 12.0.


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).


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 m2) 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


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


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.


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.


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 100-220 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.


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


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 1991 – 2013 [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 (Czsg), „czystości” buraków, przewidywanej ilości cukru w melasie

(Ckm), 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


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.


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 SO2, 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


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 20 – 29

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


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.


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.


24

Wnioski

1) Pozostałości po fermentacji wysłodków buraczanych mogą być, zgodnie

z obowiązującym prawem, wykorzystywane bez zastrzeżeń w rolnictwie, zarówno

z punktu widzenia zawartości metali ciężkich, jak i jakości mikrobiologicznej.

2) Aplikacja pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych na plantacjach buraka

cukrowego może stanowić alternatywę w stosunku do tradycyjnej uprawy

z wykorzystaniem nawozów mineralnych zarówno z punktu widzenia plonu, jakości

chemicznej i wartości technologicznej surowca jak i jakości wyprodukowanego cukru

i melasy.

3) Zastosowanie pofermentu skutkowało wyższym plonem surowca. Średnia masa

pojedynczego korzenia buraków zebranych z przemysłowej plantacji, uprawianej z

aplikacją pofermentu była o 3,6 % wyższa niż z plantacji uprawianej tradycyjnie.

Średni plon korzenia buraków zebranych z przemysłowej plantacji uprawianej

tradycyjnie wyniósł 73,1 Mg/ha, a dla surowca z plantacji nawożonej pofermentem

75,9 Mg/ha. Natomiast średni technologiczny plon cukru wyniósł dla surowca

nawożonego mineralnie 12,6 Mg/ha, a dla surowca z plantacji nawożonej

pofermentem 13,1 Mg/ha.

4) Wyższe efekty, zwłaszcza w zakresie plonu i zawartości cukru w burakach, 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”.

5) Badania składu chemicznego buraków cukrowych wykazały, że surowiec z plantacji

uprawianej z aplikacją pofermentu posiadał porównywalną jakość chemiczną jak

surowiec z tradycyjnej uprawy (w zakresie koncentracji sacharozy, miąższu, popiołu

oraz azotu α –aminokwasowego i amidowego) lub jakość nawet korzystniejszą

i udowodnioną statystycznie (w zakresie zawartości suchej masy, inwertu, sodu

i potasu), gwarantując właściwy przebieg produkcji i uzyskanie cukru o optymalnych

parametrach.

6) Ocenione w pracy wskaźniki technologiczne, określające wartość przerobową buraka

cukrowego (przewidywana czystość soku gęstego, wskaźnik „czystości” surowca,

przewidywana ilość cukru w melasie, współczynnik alkaliczności z uwzględnieniem

inwertu, wskaźnik popiołowy, wskaźnik azotu α – aminokwasowego, wskaźnik azotu


25

amidowego, wskaźnik substancji redukujących, wskaźnik niecukrów, wskaźnik

alkaliczności potasowej i wskaźnik alkaliczności popiołowej) umożliwiły prawidłową

prognozę przerobu buraków na cukier, zachowanie prawidłowego przebiegu procesu

produkcji cukru i uzyskanie produktu spełniającego wszystkie, aktualnie obowiązujące

wymagania krajowe i unijne.

7) Cukier wyprodukowany z buraków cukrowych zebranych z przemysłowej plantacji

uprawianej z aplikacją pofermentu wykazał porównywalną, a nawet lepszą jakość

organoleptyczną, fizykochemiczną i mikrobiologiczną niż uzyskany w trakcie

przerobu surowca z uprawy tradycyjnej.

8) Ocena organoleptyczna cukrów wykazała, że jakość produktu uzyskanego z buraków

cukrowych, zebranych z przemysłowej plantacji uprawianej tradycyjnie i z aplikacją

pofermentu nie różniła się istotnie od siebie. Wg wymagań normy

PN-A-74850:1996/Az1:2005, barwa cukrów, wygląd, konsystencja, zapach, smak

i granulacja , klarowność ich roztworów wodnych kwalifikowały wszystkie cukry do

kategorii standardowej.

9) Ocena jakości fizykochemicznej cukrów wykazała, ze zarówno cukier biały uzyskany

z buraków cukrowych, zebranych z przemysłowej plantacji kontrolnej, uprawianej

tradycyjnie, jak i plantacji doświadczalnej z aplikacją pofermentu, można

zakwalifikować jako cukier o jakości standardowej. (zgodnie z kryteriami unijnej

oceny jakości cukru białego wg Rozporządzenia Rady (WE) nr 1234/2007 oraz

kryteriami krajowymi wg PN-A-74850:1996/Az1:2005 oraz wg Rozporządzenia

Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 27.12.2000 r.).

10) Ocena mikrobiologiczna cukrów uzyskanych z buraków cukrowych, zarówno

zebranych z przemysłowej plantacji kontrolnej, uprawianej tradycyjnie, jak i plantacji

doświadczalnej z aplikacją pofermentu wykazały zgodność z normami USA

określonymi dla cukru przeznaczonego do produkcji napojów (NDA) i do żywności

puszkowanej (NCA) oraz z wymaganiami określonymi w specyfikacji koncernu Coca-

Cola i w Codex Alimentarius.

11) W badaniach prowadzonych w kilku kolejnych sezonach wegetacyjnych wykazano

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.

12) Możliwość zastąpienia tradycyjnego, mineralnego nawożenia plantacji buraków

cukrowych aplikacją pofermentu z biogazowni wysłodków buraczanych stwarza dla


26

rolnika oszczędności wynikające z różnicy w cenie nawozów mineralnych i

pozostałości pofermentacyjnej, a także większych przychodów z tytułu uzyskania

wyższego plonu i większej zawartości cukru w surowcu, a dla cukrowni korzyści z

wyprodukowania melasy i cukru konsumpcyjnego o wielu korzystniejszych

parametrach jakości.

Pozycje piśmiennictwa cytowane w autoreferacie

1) Akyar O.C., Cagatay M., Kayimoglu E., Ozbek A., Titiz S. (1980). Uber die

Beziehung zwischen dem bereinigten Zuckergehalt und der chemischen

Zusammensetzung der Zuckerrube. Sugar Ind. - Zuckerindustrie. 105: 457-466.

2) Alburquerque J.A., De La Fuente C., Campoy M., Carrasco L., Nájera I., Baixauli C.,

Caravaca F., Roldán A., Cegarra J., Bernal M.P. (2012). Agricultural use of digestate

for horticultural crop production and improvement of soil properties. Eur. J. Agron.

43: 119-128.

3) Allison M.F. (1996). Micronutrient needs of sugar beet. Brit. Sugar Beet Rev. 64: 26-

29.

4) Awadallah RM, Ismail SS, Mohamed AE. (1995). Application of multi‐ element

clustering techniques of five Egyptian industrial sugar products. J Radioanal Nucl

Chem. 196: 377-385.

5) Baran S., Łabętowicz J., Krzywy E. (2011). Przyrodnicze wykorzystanie odpadów –

podstawy teoretyczne i praktyczne, PWR i L, Warszawa

6) Baryga A., Sumińska T., Strębska – Zając J. (2007). Jakość cukru białego

wyprodukowanego podczas kampanii 2006. Gaz. Cukr. 9: 292 – 295.

7) Baryga A., Sumińska T., Strębska- Zając J. (2006). Jakość cukru białego

wyprodukowanego podczas kampanii 2005. Gaz. Cukr., 8: 246 – 250.

8) Bell C.I., Jones J., Milford G.F.J., Leigh R.A. (1992). The effect of crop nutrition on

sugar beet quality. Aspects Appl. Biol. 32: 19-26.

9) Bueno D., PiazBarbosa D., Nabel M., Jablonowski N.D. (2014) Biogas-digestate as

nutrient source for biomass production of Sida hermaphrodita, Zea mays L. and

Medicago sativa L. Energy Procedia 59, 120-126

10) Burba M., Harling H. (2003). Qualitätsbewertung von Zuckerrüben mit festen

Saccharose/Nichtsaccharose Verhältnissen (Rendementfaktoren) aus Melassen. Sugar

Ind. - Zuckerindustrie. 128: 233-242, 508-513, 745-750.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187661021401724X#!



https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187661021401724X




27

11) Burba M., Shiweck H. (1993). Nichtzuckerbilanz und Ionenbilanz im Dicksaft als

Grundlagen einer Qualitatsbewertung von Zuckerruben-Teil 1. Sugar Ind. -

Zuckerindustrie. 118: 682-691.

12) Burba M., Shiweck H. (1993). Nichtzuckerbilanz und Ionenbilanz im Dicksaft als

Grundlagen einer Qualitatsbewertung von Zuckerruben-Teil 2. Sugar Ind. -


13) Bzowska-Bakalarz M., Bieganowski A. (2008). Kodeks Dobrych Praktyk w Produkcji

Buraków Cukrowych. Wydawnictwo Instytutu Agrofizyki im. Bohdana

Dobrzańskiego PAN, Lublin

14) Devillers P. (1988). Prévision du sucre mélasse. Sucrerie Française. 129: 190-200.

15) Dias V.M.C., Cardoso A.S.B. 2006.The determination of lead in sugar and sweets

without digestion by electrothermal atomic absorption spectrometry (ETAAS) with a

rhodium modifier. Food Addit Contam. 23:479-483.

16) Dobrzycki J. (1984). Chemiczne podstawy technologii cukru. WNT, Warszawa.

17) Draycott A. (2006). Sugar Beet. Blackwell Publishing Ltd, Oxford, UK.

18) Gajewnik B. (2013). Wybrane aspekty oceny wartości technologicznej buraków

cukrowych. Materiały z konferencji pokampanijnej pt.: Postęp techniczny w przemyśle

cukrowniczym, Warszawa.

19) Gajewnik B., Sumińska T. (2012). Jakość cukru białego wyprodukowanego podczas

kampanii 2011. Gazeta Cukrownicza, 4: 135 - 139

20) Gawryszczak M. (2017). Zniesienie kwot cukrowych. Gaz. Cukrown. grudzień: 4-10.

21) Gissèn C., Prade T., Kreuger E., Nges I.A., Rosenqvist H., Svensson S.E., Lantz M.,

Mattsson J.E., Börjesson P., Björnsson L. (2014). Comparing energy crops for biogas

production. Yields, energy input and costs in cultivation using digestate and mineral

fertilisation. Biomass and Bioenergy 64, 199-210,

22) Grzebisz W. (2005). Potrzeby pokarmowe, zasady i techniki nawożenie buraka

cukrowego. Technologia produkcji buraka cukrowego. „Wieś jutra”. Warszawa: 45 –

53.

23) Gunnarsson A., Lindén B., Gertsson U. (2011). Biodigestion of Plant Material Can

Improve Nitrogen Use Efficiency in a Red Beet Crop Sequence. HortScience. 46: 765-

775.

24) Günter L. 1978. Seasonal changes of mineral nitrogen in beet soils. Proceedings of the

IIRB Congress: 23-34.


28

25) Haunold E. (1983). Isotopostudie über die Nutzung von Dünger und Bodenstickstoff

durch die Zuckerrübe. Proceedings of the IIRB Congress: 136-144.

26) Huijbregts A.W.M. (1999). New Dutch sugar recovery formula for sugar beet. Sugar

Ind. - Zuckerindustrie. 124: 698-701.

27) Hupfauf S., Bachman S., Fernández-Delgado Juárez M., Insam H., Eichler-

Löbermann B. (2016). Science of The Total Environment 542, 2, 1144-1154

28) Kalkulacja uprawy buraka cukrowego. (2018) http://www.wir.org.pl/kalkulacje/burak

(dostęp 12 kwietnia 2018 r.)

29) Kenter C., Hoffmann C.M., Märländer B. (2006). Effects of weather variables on

sugar beet yield development (Beta vulgaris L.). Eur. J. Agron. 24: 62-69.

30) Kowalczyk-Juśko A., Szymańska M. (2015). Poferment nawozem dla rolnictwa.

Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa, Warszawa.

31) Kowalska B, Sumińska T. (2011). Jakość cukru białego wyprodukowanego podczas

kampanii 2010. Gaz. Cukr. 4: 113 – 116.

32) Malec J. (2007). Wyniki kampanii cukrowniczej 2006/2007. Burak Cukrowy 2. 6 – 12

33) McGinnis R.A. (1976). Cukrownictwo. WNT, Warszawa.

34) McGinnis R.A. (1982). Beet-Sugar Technology. Beet Sugar Development Foundation,

Fort Collins, (CO).

35) Mohamed A.E. (1999). Environmental variations of trace element concentrations in

Egyptian cane sugar and soil samples (Edfu factories). Food Chem. 65: 503-507.

36) Mucha M. (2013). Podsumowanie kampanii 2012/2013. Burak Cukrowy 2, 8 – 9.

37) Pocock T.O., Armstrong M.J. (1990). Storage root quality in sugarbeet in relation to

nitrogen uptake. J. Agric. Sci. 115: 355-362.

38) Pohl P., Stecka H., Jamroz P. (2012). Solid phase extraction with flame atomic

absorption spectrometry for determination of traces of Ca, K, Mg, Na in quality

control of white sugar. Food Chem. 130: 441-446.

39) Pollach G., Hein W., Rosner G., Berninger H. (1991). Assessment of beet quality

including rhizomania-infected beet. Sugar Ind. - Zuckerindustrie. 116: 689-700.

40) Ronda F, Sancho D, del Alamo M, Gomez M. (2001). Direct determination of arsenic,

cadmium, cobalt, copper, chromium, lead, tin and zinc in white sugar using graphite

furnace atomic absorption spectrophotometry. Zuckerindustrie. 126: 208-212.

41) Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w

sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu Dz.U. 2008,

nr 119, poz. 765.

https://www.sciencedirect.com/science/journal/00489697

http://www.wir.org.pl/kalkulacje/burak

https://scholar.google.pl/citations?user=-b3W0LcAAAAJ&hl=pl&oi=sra


29

42) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 stycznia 2015 r. w sprawie procesu

odzysku R10. Dz.U. 2015, poz. 132.

43) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych

odpadów ściekowych Dz.U. 2015 poz. 25.

44) Ruiz Holst M., Dominguez F.M., Burba M., Dominguez P., Elias P., Diener G. (2003).

Assessment of the technical quality of sugarbeet in Southern Spain. Sugar Ind. -


45) Sancho D., Deban L., Campos I., Pardo R., Gonzalez G. (1998). Determination of

copper and arsenic in refined beet sugar by stripping voltammetry without sample

pretreatment. Analyst. 123:743-747.

46) Sancho D., Deban L., Campos I., Pardo R., Vega M. (2000). Determination of nickel

and cobalt in refined beet sugar by adsorptive cathodic stripping voltammetry without

sample pretreatment. Food Chem. 71:139-145.

47) Sancho D., Vega M., Deban L., Pardo R., Gonzalez G. (1997). Determination of zinc,

cadmium and lead in untreated sugar samples by anodic stripping voltammetry.

Analyst. 122:727-730.

48) Skrbic B, Gyura J. (2007). Iron, copper and zinc in white sugar from Serbian sugar

beet refineries. Food Control. 18:135-139.

49) Skrbic B., Cupic S., Cvejanov J. (2003). Determination of heavy metals in beet sugar

samples from Vojvodina province. J Environ Protect Ecol. 4:657-661.

50) Skrbic B., Durisic‐ Mladenovic N., Macvanin N. (2010). Determination of metal

contents in sugar beet (Beta vulgaris) and its products: empirical and chemometrical

approach. Food Sci Technol Res. 16:123-134

51) Skrbic B., Gyura I. (2006). Survey of some contaminants in white sugar from Serbian

sugar beet refineries. Food Addit Contam; 23:31-35.

52) Świetlicki S. (2007). Wyniki techniczno – produkcyjne cukrowni w kampanii

cukrowniczej 2006/2007. Gaz. Cukr. 3, 88 – 102.

53) Tschersich J., Mauch W. (1970). Zur Bestimmung der Qualitat und La- gerfiihigkeit

von Verbrauchszucker. Z. Zuckerind. 20: 296-303

54) Van der Poel P. i wsp. (1998). Sugar Technology, Beet and Cane Sugar Manufacture.

Bartnes. Berlin

55) Vaneeckhaute C., Meers E., Michels E., Ghekiere G., Accoe F., Tack F.M.G. (2013).

Closing the nutrient cycle by using bio-digestion waste derivatives as synthetic

fertilizer substitutes: A field experiment. Biomass Bioenerg. 55: 175-189.


30

56) Vukov K. (1977). Physics and chemistry of sugar-beet in sugar manufacture. Elsevier

Scientific Pub. Co.

57) Wieninger L., Kubadinow N. (1971). Beziehungen zwischen Rubenanalysen und

technischer Bewertung von Zuckerruben. Zucker. 24: 599-604.

58) Wojtczak M. (2006). Content and composition of insoluble matter in white sugar.

Zuckerindustrie. 131:567-571.

59) Wojtczak M., Krol B. (2002). Content of iron, copper and zinc in white sugar samples

from Polish and other European sugar factories. Food Addit Contam. 19:984-989.

60) Wojtczak M.. (2018). Kampania cukrownicza 2017/2018 w Polsce. XXX

POKAMPANIJNA KONFERENCJA TECHNICZO-SUROWCOWA Warszawa, 21-

23 lutego 2018 http://www.stc.pl/aktualnosci.php?d=103b

61) Żero M. i zespół Instytutu Przemysłu Cukrowniczego (1991). Informacja o wynikach

produkcyjnych i danych techniczno – technologicznych przemysłu cukrowniczego –

KAMPANIA 1990. Warszawa, STC

62) Żero M. i zespół Instytutu Przemysłu Cukrowniczego (1997) Informacja o wynikach

produkcyjnych i danych techniczno – technologicznych przemysłu cukrowniczego –

KAMPANIA 1996/97. Warszawa, STC

63) Ziemiński K., Kowalska-Wentel M. (2017). Effect of Different Sugar Beet Pulp

Pretreatments on Biogas Production Efficiency. Appl. Biochem. Biotechnol. 181:

1211-1227.

5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo – badawczych

Realizowana przeze mnie tematyka badawcza od początku pracy naukowej (zarówno

przed uzyskaniem stopnia doktora, jak i po doktoracie) dotyczyła zagadnień związanych z

optymalizacją procesu produkcji cukru z buraków cukrowych. Skupiała się głównie wokół

trzech zagadnień:

1) Doskonalenia przebiegu procesu oczyszczania soków cukrowniczych,

2) Zmniejszenia strat produkcyjnych cukru, wywołanych działaniem drobnoustrojów,

3) Racjonalizowania gospodarki wodą i odpadami cukrowniczymi.

Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z prac dot.

doskonalenia przebiegu procesu oczyszczania soków cukrowniczych

Moje zainteresowanie zagadnieniem doskonalenia przebiegu procesu oczyszczania

soków cukrowniczych, przed uzyskaniem stopnia doktora, realizowane było w badaniach


31

prowadzonych na Politechnice Łódzkiej pod kierunkiem prof. dr hab. Jana Grabki. Jako efekt

tych badań powstały publikacje (zał. 4: II.A.1, II.A.2, II.A.3, II.D.1), a także referaty

wygłoszone na konferencjach (zał. 4: II.K.1, II.K.3).

Po uzyskaniu stopnia doktora kontynuowałem badania w zakresie doskonalenia

przebiegu procesu oczyszczania soków cukrowniczych, realizując samodzielnie m in. pracę

naukowo- badawczą (zał. 4: II.E.6).

Celem tej pracy było określenie możliwości zastosowania reaktywowanego węglanu

wapniowego, uzyskanego przez regenerację mlekiem wapiennym, do poprawy parametrów

jakościowych oczyszczonego soku rzadkiego.

Wiedząc, że termostabilność soków jest ściśle skorelowana z ilością niecukrów

zawartych w soku rzadkim (aminokwasy, inwert, amidy i inne) doszedłem do przekonania, że

zastosowanie reaktywowanego węglanu wapniowego pozwoli na uzyskanie dobrej

termostabilności soków. W efekcie może zapewnić korzystniejsze parametry jakościowe

soków niż klasyczna metoda ich oczyszczania. Biorąc to pod uwagę, sformułowałam

2 hipotezy badawcze dot. możliwości zastosowania reaktywowanego węglanu wapniowego,

uzyskanego przez regenerację mlekiem wapiennym i jego pozytywnego wpływu na parametry

jakościowe oczyszczonego soku rzadkiego.

Pierwsza hipoteza: reaktywacja osadu po I i II saturacji w temperaturze 25oC spowoduje

powstawanie dużych, silnie uwodnionych aglomeratów cukrzanów jednowapniowych.

Druga hipoteza: reaktywacja osadu po I i II saturacji w temperaturze 70oC za pomocą

wodorotlenku wapnia spowoduje, że na powierzchni kalcytu umieszczonego w środowisku

alkalicznym powstaną nowe aglomeraty, którymi mogą być cukrzany trójwapniowe.

Dla realizacji celu pracy i weryfikacji postawionych hipotez badawczych,

przeprowadziłem w pierwszej kolejności porównawcze badania oczyszczania soku surowego

na roztworach modelowych z zastosowaniem:

klasycznej metody oczyszczania soku surowego,

oczyszczania soku z zastosowaniem regeneracji osadu węglanu wapniowego po II

saturacji (gęstwy II) za pomocą mleka wapiennego w temperaturze 25oC i 70

oC.

W badaniach uwzględniłem konieczność zastosowanie odpowiedniej metody

oczyszczania w zależności od jakości surowca i składu soku surowego.

Badania na roztworach modelowych pozwoliły stwierdzić, że powstający podczas

procesu saturacji II węglan wapniowy, w początkowym stadium, występuje w jednej ze

swoich odmian jako bezpostaciowy, silnie uwodniony CaCO3. W pierwszym etapie

saturowania soku, tworzą się większe aglomeraty, silnie uwodnione, które ulegają dyspersji


32

w późniejszym stadium procesu saturacji. Adsorbują one na swojej powierzchni związki

koloidowe. Umieszczenie tak wytworzonego osadu w środowisku alkalicznym,

w temperaturze 25oC, powodowało zwiększenie właściwości adsorpcyjnych fazy stałej,

poprzez obudowanie jej cząstek kationami wapniowymi, a także utworzenie nowych

aglomeratów, zarówno na powierzchni węglanu wapniowego jak i w osadzie. Występujące

nowe aglomeraty na powierzchni osadu to cukrzany jednowapniowe, które w miarę upływu

czasu reaktywacji odłączają się od cząstki kalcytu i pod postacią kationu cukrzanowego

występują w zawiesinie. Powoduje to gromadzenie wokół nowych aglomeratów, kationów

wapniowych, które nadają cząstce znaczne właściwości adsorpcyjne, dzięki którym możemy

usunąć niecukry zawarte w soku i uzyskać jego termostabilność.

Prowadzone przeze mnie doświadczenia modelowe, polegające na zwiększaniu

właściwości adsorpcyjnych węglanu wapniowego w środowisku alkalicznym w temperaturze

700C, wskazały na obudowanie cząstek kationami wapniowymi, a także powstanie na

powierzchni węglanu wapniowego nowych aglomeratów. Węglan wapniowy należy do

substancji, które charakteryzują się warstwowym wzrostem kryształów i krystalizują

w sposób nieregularny. Tworzenie się na jego powierzchni ,,występów”, oddzielnych

,,bloków” i skupionych punktowych defektów pełni rolę pułapek dla niecukrów, które

,,okludowane” mogą pozostawać wewnątrz kryształów. Na powierzchni kalcytu

umieszczonego w środowisku alkalicznym powstają nowe aglomeraty, wypełniające ,,ubytki”

w powierzchni krystalizacyjnej kalcytu, które przyczyniają się do zwiększenia jego

właściwości adsorpcyjnych. Mogą to być cukrzany trójwapniowe, które strącają się na

powierzchni kalcytu i powierzchniowo adsorbują wodorotlenek wapniowy. Cukrzan

trójwapniowy może wspomagać dehydratację związków koloidowych, a powierzchniowo

zaadsorbowany wodorotlenek wapniowy nadaje cząstce właściwości adsorpcyjne.

Po uzyskaniu pozytywnych wyników badań wykonanych na bazie soków modelowych,

podjąłem decyzję o przeprowadzeniu dalszych eksperymentów w cukrowni,

z wykorzystaniem soków fabrycznych.

Doświadczenia potwierdziły słuszność postawionych wcześniej hipotez. Z badań

wykonanych na sokach fabrycznych wynika, że wielkie aglomeraty silnie uwodnione, które

ulegają rozdrobnieniu w późniejszym stadium, silnie adsorbują na swojej powierzchni koloidy

soku surowego, co potwierdzają wyniki badań przeprowadzone w warunkach fabrycznych.

Reaktywowanie osadu za pomocą mleka wapiennego w temperaturze 25oC może powodować

powstawanie nowych aglomeratów na powierzchni osadu. Z dużym prawdopodobieństwem

na podstawie badań z sokami fabrycznymi, można potwierdzić postawioną przeze mnie


33

hipotezę badawczą, że mogą to być cukrzany jednowapniowe, które w miarę upływu czasu

reaktywacji oddzielają się od cząstki kalcytu i pod postacią kationu cukrzanowego występują

w sokach. Skutkuje to gromadzeniem wokół nowych aglomeratów, kationów wapniowych,

które powodują, że cząstka uzyskuje stopniowo właściwości adsorpcyjne w stosunku do

koloidów.

Reaktywacja osadu za pomocą mleka wapiennego w temperaturze 70oC wskazała, że na

powierzchni kalcytu umieszczonego w środowisku alkalicznym powstają nowe aglomeraty,

wypełniające ,,ubytki” w jego powierzchni krystalizacyjnej, które przyczyniają się do

zwiększenia jego właściwości adsorpcyjnych. Potwierdza to postawioną przeze mnie

hipotezę, że mogą to być cukrzany trójwapniowe, które strącają się na powierzchni kalcytu

i powierzchniowo adsorbują wodorotlenek wapniowy. Cukrzan trójwapniowy może

wspomagać dehydratację związków koloidowych, a powierzchniowo zaadsorbowany

wodorotlenek wapniowy nadaje cząstce właściwości adsorpcyjne.

W cukrowni, w której zastosowano regenerację osadu węglanu wapniowego do procesu

oczyszczania soku uzyskano znaczącą poprawę parametrów jakościowych soku rzadkiego

w stosunku do klasycznej metody oczyszczania soku. Zabarwienie soku uległo zmniejszeniu

z 402 do 281 IU420. Zawartość soli wapniowych została zredukowana z poziomu 176 do 69

mg CaO/100 ss. Odnotowano wzrost efektu oczyszczania soku z 22 do 38%, w stosunku do

parametrów soku z fabryki oczyszczanego metodą klasyczną.

W toku dalszych badań przeprowadziłem jeszcze eksperymenty sprawdzające

efektywność oczyszczania soku rzadkiego z oddzielaniem osadów wytrąconych w procesach

nawapniania wstępnego i saturacji aglomeracyjnej. Zastosowanie separacji osadu po

nawapnianiu wstępnym, prowadzonym przy pomocy aktywowanej zawiesiny węglanu

wapniowego w warunkach fabrycznych potwierdziło możliwości uzyskania korzyści

technologicznych w porównaniu do klasycznej metody oczyszczania soku, szczególnie

w przypadku przerobu buraków o obniżonej wartości technologicznej. Umożliwiło obniżenie

zawartości soli wapniowych z 61 do 54 mg CaO/100 ss, redukcję związków barwnych z 324

do 178 IU420, a co za tym idzie zwiększenie efektu oczyszczania soku surowego z 25 do 38%.

Szczególnie nawapnianie aktywowaną gęstwą II w temperaturze 250C spowodowało wysokie

efekty obniżenia w soku rzadkim zawartości soli wapniowych do 51 mg CaO/100 ss,

zabarwienia do 110 IU420 i poprawę efektu oczyszczania do 39%.

Tak zadowalające efekty zmobilizowały mnie do dalszego poszukiwania możliwości

polepszenia jakości soków cukrowniczych, w szczególności uzyskiwanych z buraków

o obniżonej wartości technologicznej. Podczas prowadzenia badań zastosowałem klasyczną


34

metodę oczyszczania soku surowego oraz oczyszczanie z zastosowaniem oddzielania osadu

po wstępnym nawapnianiu. W celu zminimalizowania ilości niecukrów przechodzących do

soku surowego podczas procesu ekstrakcji, zastosowano preparat blokujący ich przejście do

soku i jednocześnie przyspieszający proces sedymentacji podczas rozdzielania faz. Badania te

dotyczyły głównie oczyszczania soku surowego uzyskanego z przerobu buraków cukrowych

zdegradowanych termicznie i mikrobiologicznie. Proces ekstrakcji i oczyszczania soku

surowego z buraków o obniżonej wartości technologicznej, zdegradowanych termicznie

i porażonych mikrobiologicznie z zastosowaniem oddzielenia osadu po nawapnianiu

wstępnym można udoskonalić przez zastosowanie preparatu blokującego przejście niecukrów

do soku i przyspieszającego proces sedymentacji podczas rozdziału faz uzyskałem obniżenie

zawartości soli wapniowych z 511 do 185 mg CaO/100Bx, zmniejszenie zabarwienia soków

z 3058 IU420 do 2021 IU420 oraz podwyższenie czystości soku rzadkiego z 91 % do 94 %

i efektu oczyszczania z 29 % do 34 %.

W badaniach skoncentrowałem się także na wykazaniu problemów technicznych

powodowanych przez czynnik termiczny. Wyeksponowałem główne przyczyny stymulujące

rozwój procesu biochemicznej degradacji termicznej buraków oraz podkreśliłem jak duże

problemy technologiczne wynikają z przerobu surowca zdegradowanego termicznie. Buraki

zdegradowane termicznie przez mróz i drobnoustroje wytwarzające śluzy, wymagają

specjalnego potraktowania w procesach ekstrakcji cukru i oczyszczania soku surowego.

Chodzi tu głównie o zneutralizowanie oddziaływania wielkocząsteczkowych substancji,

w tym dekstranu, na skuteczność przebiegu tychże procesów, co w praktyce cukrowniczej

okazało się niezmiernie trudne.

Analizując problem uznałem, że ze względu na stosunkową dużą zawartość w soku

surowym substancji o wysokim powinowactwie do wody, w tym dekstranu, dominującego

znaczenia nabiera zabieg defekosaturacji, umożliwiający dehydratację tychże substancji i ich

łatwiejszą aglomerację. Do depolimeryzacji dekstranu zastosowałem enzym pochodzenia

bakteryjnego – dekstranazę, która katalizuje konwersję dekstranu.

Uzyskane rezultaty moich badań, realizowanych w skali technicznej, pozwoliły na

udoskonalenie schematu technologicznego, umożliwiającego efektywny przerób na cukier

buraków zdegradowanych termicznie. Udowodniłem przydatność tego schematu w pełnej

skali technicznej. Określiłem sposób i miejsce dozowania dekstranazy, a także parametry

jakościowe optymalizujące działanie enzymu.


35

Wynikiem moich badań było opracowanie nowatorskiego schematu technologicznego

pozwalającego na uzyskanie cukru o wysokiej jakości, nawet z buraków o pogorszonej

wartości technologicznej, porażonych mikrobiologicznie oraz zdegradowanych termicznie.

Istotnymi wyróżnikami opracowanego schematu technologicznego są:

skierowanie gęstwy II, aktywowanej mlekiem wapiennym do procesu nawapniania

wstępnego, a następnie wraz z sokiem do procesu saturacji aglomeracyjnej,

oddzielenie osadów po procesie nawapniania wstępnego,

wprowadzenie chłodnej defekacji głównej i procesu saturacji aglomeracyjnej, której

podstawowym zadaniem jest utworzenie odpowiedniej jakości osadów umożliwiających

skuteczny rozdział faz,

usprawnienie procesu oddzielania osadu po defekacji wstępnej zapewniającego

zastosowanie kationitowych koagulantów i flokulantów,

zastosowanie dodatkowo aktywowanej gęstwy II (w dwóch temperaturach 25 i 700

C)

jako medium do nawapniania, zapewniającego pozytywne efekty jakościowe soku

rzadkiego, powodującego zmniejszenie jego zabarwienia, zawartości soli wapniowych

i wzrost efektu oczyszczania.

realizacja procesu defekacji głównej – gorącej na soku pozbawionym związków

koloidowych,

wydłużenie czasu trwania głównej defekacji gorącej, w celu skuteczniejszego rozkładu

chemicznego amidów kwasowych,

optymalizowanie wartości pH soku po saturacji II, w celu zapewnienia pożądanej

alkaliczności.

Wyniki pracy (zał. 4: II.E.6 i II E.22) opublikowano w czasopismach naukowych (zał.4:

II.A.4, II.A.5, II.A.13, II.D.1, II.D.15, II.D.27, II.D.32, II.D.36, II.D.44, II.D.50, II.D.64,

II.D.65.).

Moje prace badawcze związane z doskonaleniem procesu oczyszczania soków

cukrowniczych dotyczyły, poza opisanymi wcześniej osiągnięciami związanymi

z oczyszczanie soku rzadkiego, także problematyki dot. soku gęstego (zał. 4: II.E.20

i II.E.24).

Szczególnym moim zainteresowaniem w tym zakresie było optymalne przygotowanie

soku gęstego do magazynowania.

W Polsce odkładanie soku gęstego jest nowym rozwiązaniem. Polega na przerobie

buraka cukrowego do momentu uzyskania soku gęstego i jego magazynowaniu

w wydzielonych zbiornikach podczas kampanii buraczanej. Jego dalszy przerób, aż do


36

uzyskania gotowego produktu - cukru odbywa się podczas tzw. kampanii sokowej. Taki

sposób przerobu buraka cukrowego stanowi optymalne rozwiązanie dla cukrowni, w których

silosy są przepełnione i brakuje miejsca na magazynowanie cukru oraz takich, które posiadają

niewystarczająco rozbudowany dział produktowni w stosunku do działu surowni. Inną zaletą

tego rozwiązania jest skrócenie czasu kampanii buraczanej i zmniejszenie ryzyka wystąpienia

komplikacji z przerobem surowca długo przechowywanego, często w niesprzyjających

warunkach atmosferycznych, charakteryzującego się pogorszoną wartością technologiczną.

Przechowywanie soku gęstego jest dużym wyzwaniem. Nie można dopuścić do obniżenia

jego jakości w trakcie kilkumiesięcznego przechowywania. Jednym z warunków utrzymania

niezmienionej jakości soku gęstego podczas magazynowania jest kierowanie do zbiorników

magazynowych soku o odpowiedniej jakości.

Prowadzone przeze mnie badania umożliwiły określenie optymalnych parametrów soku

gęstego kierowanego do magazynowania: pH: 9,1 ÷ 9,2, temperatura: 20 0C, zawartość ss:

68 – 69 %.

Zaleciłem , aby wartość suchej substancji (Bx) regulować poprzez rozcieńczenie soku

gęstego za pomocą kondensatu lub soku rzadkiego. Wartość pH należy regulować za pomocą

ługu sodowego. Uzasadniłem, że optymalną wartość temperatury należy uzyskać możliwie

jak najszybciej po zagęszczeniu soku na wyparce i osiągnięciu zakładanego Bx i pH.

W przeciwnym razie będzie generowany przyrost zabarwienia soku gęstego na skutek

długotrwałego przebywania w wysokiej temperaturze. Zwróciłem uwagę również na to, że

parametry soku gęstego kierowanego do składowania muszą być skorelowane z czystością

soku gęstego. Jest to kompromis pomiędzy niepożądaną aktywnością mikrobiologiczną soku,

a krystalizacją przy spadających temperaturach magazynowania (nawet do 5°C). Zaleciłem,

aby w pierwszym etapie sok schłodzić do temperatury 20°C, ponieważ nie doprowadzi to do

nadmiernego przyrostu zabarwienia soku, które i tak zachodzi podczas długotrwałego

przechowywania. Zwróciłem szczególną uwagę na to aby zawartość ss soku gęstego nie była

zbyt wysoka, ponieważ może doprowadzić do „wysypu kryształu” w przechowywanym soku.

Ważnym parametrem związanym z przechowywaniem soku jest również współczynnik

przesycenia. Jego wartość nie może przekraczać 1,1 przy najniższych spodziewanych

temperaturach soku, co może skutkować ponownym wykrystalizowaniem sacharozy. Należy

również zwrócić uwagę na zasadę, aby nie mieszać soków z różnych działów, szczególnie

w przypadku różnic w zabarwieniu. W przypadku długiej kampanii i zmiennych warunków

pogodowych, korzystnym jest składowanie soku w odrębnych zbiornikach z rożnych

okresów, o ile jest to możliwe. Sok który nie spełnia wymogów w zakresie Bx, temperatury


37

i pH, a dodatkowo posiadający zabarwienie powyżej 4500 IU420 musi być kierowany do

odrębnego zbiornika i przerobiony jeszcze podczas bieżącej kampanii buraczanej. Taki sok

nie nadaje się do długotrwałego przechowywania.

W trakcie badań prowadzonych podczas przerobu magazynowanego soku wystąpił

jeszcze nowy problem wymagający rozwiązania, a związany z koniecznością filtracji soku

gęstego, w celu usunięcia niepożądanych zawiesin.

Należy podkreślić, że filtracja soku gęstego podczas kampanii buraczanej zapewnia

redukcję zawiesin na poziomie 45%. Podczas kampanii sokowej proces filtracji musi być

zoptymalizowany. Uznałem, że wyższą zdolność filtracyjną może spowodować zmiana

tkaniny o efektywnej średnicy otworów 10 µm na tkaninę filtracyjną o większej efektywnej

średnicy porów np. 25 µm. Przeprowadziłem badania i stwierdziłem, że zastosowanie tkaniny

o efektywnej średnicy otworów, wynoszącej 25 µm, spowodowało wzrost czystości soku

gęstego średnio o 1 % na całej stacji wyparnej, utrzymując się na poziomie około 96 % oraz

spowodowało spadek różnicy zabarwienia przed i po filtracji kontrolnej z 60 do 30 IU420.

Oznaczało to, że podczas tak prowadzonej filtracji zostaje usunięta znaczna wyższa część

związków barwnych (zał. 4: II.J.5 i zał. 5: III.J.6).

Produktem ubocznym procesu filtracji są zrzuty wynikające z cyklu pracy filtra. Podczas

kampanii buraczanej zrzuty zawracane są na surownię, na stację oczyszczania soku surowego.

Jednakże podczas trwania kampanii sokowej nie jest to możliwe, ponieważ surownia jest

wyłączona z pracy. W takiej sytuacji pojawił się problem z zagospodarowaniem zrzutów z

filtracji, zwłaszcza, że posiadają one w swoim składzie duże ilości cukru i pod żadnym

pozorem nie powinny być kierowane np. do oczyszczalni ścieków. Poza tym, usunięcie tego

produktu ubocznego oznaczałoby dla cukrowni znaczące straty cukru.

W związku z tym, rozpocząłem w ramach pracy (zał. 4: II.E.25) badania nad bardzo

ważnym zagadnieniem dot. określenia możliwości sprawdzenia, czy zrzuty z filtrów można

dodawać do melasy. Melasa bowiem jest surowcem dla przemysłu fermentacyjnego i zmiana

jego jakości, spowodowana dodatkiem zrzutów z filtracji, nie powinna obniżać jego

przydatności do produkcji alkoholu w gorzelniach melasowych.

Przeprowadzone w tym zakresie badania zdolności fermentacyjnej melasu z dodatkiem

zrzutów z filtracji dały pozytywne wyniki. Intensywność fermentacji oceniałem w oparciu o

pomiar ilości wydzielanego dwutlenku węgla podczas procesu testowej fermentacji.

Obliczona po czasie 24 godzin trwania procesu ilość wydzielanego dwutlenku węgla wahała

się w przypadku fermentacji mieszaniny melasu i zrzutów z filtracji od 7,89 – 10,24 mg

CO2/g mieszaniny/godz. Natomiast dla próby zerowej, którą był sam melas, wynikało,


38

że intensywność fermentacji po czasie 24 godzin procesu wahała się od 8,75 – 9,33 mg CO2/g

melasy/godz. Z uzyskanych rezultatów badań wynika, że procesy fermentacyjne zachodzą z

podobną intensywnością.

W pracy porównano również parametry jakościowe soku gęstego, zrzutów z filtrów oraz

różnice w parametrach jakościowych melasy i uzyskanej mieszaniny. Oznaczono zawartość

suchej substancji, sacharozy, substancji redukujących, azotu ogólnego, dwutlenku siarki, soli

wapniowych, kwasów lotnych oraz szlamu. Parametry jakościowe melasu po dodaniu

zrzutów nie ulegają pogorszeniu. Ich zmienność jest spowodowana zmianami jakości

przerabianego surowca oraz problemami ruchowymi występującymi w cukrowni.

Zmniejszeniu uległy takie parametry jak Bx z 77,6 do 71,9 %, zawartość sacharozy z 48,34 do

43,5 %. Mimo tych zmian proces fermentacji zachodził prawidłowo.

Zaproponowanie i udowodnienie wykorzystania zrzutów z filtracji soku gęstego przez ich

skierowanie do melasu pozwoliło zagospodarować je podczas trwania kampanii sokowej,

zmniejszając straty cukru w cukrowni i zabezpieczając sprawne działanie oczyszczalni

ścieków, do której należałoby odprowadzać zrzuty.

W ramach doskonalenia technologii produkcji cukru zrealizowałem również prace

mające na celu wyjaśnienie wpływu sposobu wirowania cukrzycy III na jakość otrzymywanej

mączki w cukrowni (zał. 4: II.E.14 i II.E.16).

Zasadniczą kwestią w opracowanym zagadnieniu dot. jakości mączki III rzutu oraz

czystości melasy było stężenie zgotowanej cukrzycy III rzutu. Stężenie to wahało się

w granicach: Bx = 92,8 – 95,2, co wskazywało, że stosowany system pielęgnacji tej cukrzycy

nie daje właściwego rezultatu, albowiem stężenie syropu między kryształowego wykazywało,

w tych warunkach zawartość suchej substancji 88,6 – 92,2.

Powyższe dane wskazały, że niezbędne jest opracowanie sposobu pielęgnacji cukrzycy

III rzutu począwszy od warników aż do wirówek włącznie. Istniejący system ogrzewania

cukrzycy III rzutu jest nieadekwatny do wymagań technologicznych. Stwierdziłem,

że przebywanie ogrzewanej masy w mieszadłach przez 7 godz. jest niewłaściwe. Również

afinacja mączki III rzutu odciekiem ciemnym I rzutu i kierowanie tej masy do cukrzycy III

rzutu, nie jest remedium na poprawę zabarwienia cukrzyc. Wyjaśniłem, że mieszanie

kryształów o bardzo różniących się rozmiarach liniowych, pochodzących z cukrzyc II i III

rzutu daje w wirówkach II cukrzycy bardziej zwartą masę, o znacznie zmniejszonej

porowatości, uniemożliwiającej usunięcie z warstwy cukru substancji barwnych. Wyniki

pracy zostały opublikowane (zał. 4: II.K.36).


39

Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z realizacji prac dot.

zmniejszenia strat produkcyjnych cukru, wywołanych działaniem drobnoustrojów

Straty produkcyjne cukru powodowane są w głównej mierze przez działalność

drobnoustrojów. Źródłem saprofitycznej i patogennej mikroflory w technologii produkcji

cukru jest przede wszystkim surowiec, ale również nieodpowiednia jakość powietrza

w produktowni powodująca wtórne zanieczyszczenie wytworzonego cukru. W świetle

obecnych wymagań stawianych wobec przemysłu spożywczego, w tym cukrowniczego,

wyprodukowany cukier musi charakteryzować się wysoką jakością mikrobiologiczną tak, aby

był bezpieczny dla konsumenta przy bezpośrednim spożyciu, spełniał rosnące wymagania

odbiorców przemysłowych (zał.4: II.K.27).

Moje badania w zakresie zmniejszenia strat produkcyjnych cukru obejmowały trzy

podstawowe nurty badawcze dot:

poprawy jakości cukru, warunków sanitarnych produkcji i wdrażania systemów

zarządzania jakością w cukrowniach,

doskonalenia sposobów dezynfekcji w poszczególnych etapach jednostkowych produkcji

cukru,(zał.4: II.E.1, II.E.2, II.E.3, II.E.7, II.E.12, II.E.13, II.E.18), w ramach których

przeprowadziłem badania mikrobiologiczne cukru na poszczególnych etapach produkcji.

Byłem przekonany, że identyfikacja i wyeliminowanie głównych miejsc zakażeń

drobnoustrojami przyczyni się do zmniejszenia zanieczyszczeń mikrobiologicznych

i w efekcie pozwoli na wyprodukowanie cukru o najwyższych parametrach

jakościowych.

Na podstawie długoletnich badań kilkuset prób cukru pobranych u wszystkich jego

producentów w Polsce, opracowałem i opublikowałem przewodnik Dobrej Praktyki

Produkcyjnej i Dobrej Praktyki Higienicznej dla cukrowni (zał. 4: II.D.41). Zawiera on normy

mikrobiologiczne dotyczące: powierzchni ścian, posadzek, maszyn i urządzeń w produktowni

i pakowni, jakości powietrza, stanu higienicznego pracowników, środków transportu

i opakowań cukru. W opracowanym poradniku podkreśliłem znaczenie stosowania

w procesach produkcyjnych odpowiednich systemów zarządzania jakością (zasad GMP/GHP

i systemu HACCP), pozwalających na sterowanie jakością fizyczną, chemiczną

i mikrobiologiczną produkowanego cukru (zał. 4: II.D.49). W poradniku podkreślono, że

należy tak przygotować proces technologiczny, aby stosowane procesy jednostkowe

zapewniały wytworzenie bezpiecznego produktu finalnego jakim jest cukier biały.


40

Podkreślono również, że produkcja bezpiecznej żywności polega na ciągłej analizie zagrożeń

powstających w procesie produkcyjnym.

Przewodnik Dobrej Praktyki Produkcyjnej i Dobrej Praktyki Higienicznej dla cukrowni

przemysł odebrał jako znaczące ułatwienie cukrowniom wdrażania systemów zarządzania

jakością produkcji, uporządkowania zagadnień związanych z higieną zakładu

i przestrzeganiem podstawowych warunków produkcji cukru.

Zalecenia w formie poradnika zostały przekazane do wszystkich cukrowni.

Przedstawione badania i uzyskane w nich wyniki stanowiły znaczący wkład w rozwój

technologii produkcji bezpiecznej żywności. Wyniki badań zostały szeroko opublikowane

(zał. 4: II.B.3, II.A.6, II.A.7, II.A.11, II.D.2, II.D.3, II.D.6, II.,II.D.8, II.D.9, II.D.10, II.D.41,

II.D.45, II.D.47, II.D.48 i II.D.53).

Kolejnym nurtem badawczym były prace, których celem było doskonalenie procesów

dezynfekcji (zał. 4: II.E.4).

Do zwalczania zakażeń mikrobiologicznych podczas produkcji była stosowana

kancerogenna formalina. Dopiero w późniejszym czasie zostały wprowadzone preparaty na

bazie aktywnego tlenu, ale o właściwościach silnie korodujących.

Zmotywowało mnie to do prowadzenia badań w tym zakresie, co doprowadziło do

opracowania nowej gamy produktów z rodziny Biosteridów, zawierających w swym składzie

inhibitory korozji. Przeprowadzone badania skuteczności biobójczej nowych preparatów

potwierdziły ich skuteczność i możliwość stosowania w przemyśle cukrowniczym

(zał. 4 II.B.1).

Nowatorskie rozwiązanie preparatów z grupy Biosteridów polegało na wyeliminowaniu

bardzo silnego działania korozyjnego nadtlenków, które wchodzą w skład tych preparatów.

Zastosowany w składzie środków inhibitor korozji, w postaci związków fosforowych,

zapewnił działanie ochronne w stosunku do metalowych części aparatury, poprzez tworzenie

biofilmu zabezpieczającego przed korozją. Zastosowanie preparatu zapewniło minimalizację

strat wywołanych działaniem drobnoustrojów, które zużywają do swoich procesów

biochemicznych sacharozę. Preparat niszczy te mikroorganizmy, zabezpieczając proces

technologiczny nie tylko przed stratami sacharozy, ale również umożliwia jego prowadzenie

nawet przy przerobie buraków o złej jakości.

Biosterid Mocny (patent nr PL 208959) wykazywał bakteriobójcze działanie

w temperaturze 20° C przy stężeniu 0,1% w czasie 5 minut, drożdżobójcze, przy koncentracji

0,1% w czasie 15 minut oraz grzybobójcze w stężeniu 2% w czasie 15 minut (zał. 4: II.B.I).


41

Dalsze badania związane z mikrobiologicznym bezpieczeństwem żywności, skłoniły

mnie do zwrócenia uwagi na wzrost zakażenia mikrobiologicznego gotowego produktu

spowodowany bardzo często występowaniem zakażenia wtórnego.

Przeanalizowałem, że główną przyczyną występowania tego typu zagrożenia są osady,

nagary, kamień wodny, kamień kotłowy, gromadzące się w martwych przestrzeniach procesu

technologicznego, które bardzo często mają kontakt z wyrobem gotowym. Osady gromadzące

się w tzw. „martwych przestrzeniach” podczas trwania procesu technologicznego, stanowią

siedlisko i miejsce potencjalnego zagrożenia mikrobiologicznego. Sprzyjające warunki

(temperatura, czas, pH) oraz podłoże (obecność sacharozy) mogą stanowić źródło infekcji

linii produkcyjnej i gotowego produktu.

Stwierdziłem również, że poważną przyczyną wtórnych zakażeń cukru jest też bardzo

często zakażone powietrze w produktowni. Powietrze nie jest wprawdzie środowiskiem

sprzyjającym rozwojowi mikroflory, ale jest ośrodkiem, za pośrednictwem którego

drobnoustroje rozprzestrzeniają się w postaci bioaerozoli, powodując powstawanie zakażenia

wtórnego (zał. 4: II.B.3, II.K.8, II.K.14, II.K.30, II.K.35, II.K.40, II.D.56).

Założyłem, że głównym czynnikiem nowego preparatu dezynfekującego będzie

nadtlenek wodoru z dodatkiem esencji octowej. Esencja ta miała pełnić podwójną funkcję:

zapewnić niskie pH, skuteczne do wymywania osadów oraz przereagować z nadtlenkiem

wodoru w celu wytworzenia dodatkowej ilości kwasu nadoctowego. Wprowadziłem do

receptury także kwas cytrynowy, jako czynnik chelatujący i stabilizujący nadtlenki, co sprzyja

usuwaniu osadów i wzmacnia skuteczność biobójczą preparatu.

Poprawę właściwości dezynfekujących potwierdziły przeprowadzone przeze mnie

badania mikrobiologiczne. Nowy preparat charakteryzował się zdecydowanie niższym

wymaganym stężeniem biobójczym w stosunku do badanych szczepów drobnoustrojów niż

preparat opracowany zgodnie z patentem nr PL 208959. Opracowany na podstawie badań

nowy preparat Biosterid Mocny I (patent 229832) wykazywał w temperaturze 20º C

bakteriobójcze działanie na dezynfekowanych powierzchniach w stężeniu 0,05 % w czasie

5 minut, drożdżobójcze w koncentracji 0,02% w czasie 15 minut oraz grzybobójcze

w stężeniu 1 % w czasie 15 minut (zał. 4: II.B.10).

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdziłem, że w przypadku braku stosowania

zamgławiania buraków tym preparatem po procesie ich mycia, zawartość bakterii

mezofilnych wynosiła 2,9 x 108 jtk, drożdży 6,4 x 10

6 jtk i bakterii wytwarzających śluz

3,8 x 103. Natomiast buraki poddane procesowi zamgławiania preparatem preparatem


42

Biosterid Mocny I po myciu w płuczce buraczanej wykazywały zawartość bakterii

mezofilnych 1,9 x 102 jtk, drożdży 2,8 x 10

2 jtk, a bakterie wytwarzające śluz były nieobecne.

Przy przeciętnym zużyciu preparatu wynoszącym 12 g/t buraków, oszczędność

wynikająca z zastosowania dezynfekcji w procesie produkcji cukru i zmniejszeniu strat cukru

wynosiła ok. 1,1 zł /t przerobionych buraków (Zał. 4: II.D.52, II.K.25, II.K.28, II.K.36).

Prace naukowe dotyczące zakażenia buraków cukrowych podczas ich składowania,

a także problemy technologiczne z przerobem surowca o obniżonej wartości technologicznej

zainspirowały mnie do opracowania skutecznej nowatorskiej metody mającej na celu

zapobieganie procesom psucia, gnicia przechowywanego w pryzmach buraka cukrowego

poprzez ich zamgławianie preparatem dezynfekującym.

Warunki atmosferyczne w czasie przechowywania surowca w znacznym stopniu

decydują o wartości technologicznej buraków cukrowych. Gdy na początku kampanii

przechodzą fale mrozu, a po nich następują dłuższe okresy ociepleń, buraki uszkodzone przez

mróz stają się dobrym podłożem dla rozwoju drobnoustrojów. Powodem dużych strat

sacharozy są bakterie, dla których cukier jest jedynym przyswajalnym źródłem węgla.

Podstawową grupę bakterii wykorzystujących sacharozę i jednocześnie przekształcających

część glukozową cukru w wysoko-molekularny polimer – dekstran to gramdodatnie ziarniaki

z rodzaju Leuconostoc. Z przeprowadzonych badań wynika, że istnieje zdecydowana różnica

pomiędzy wartością technologiczną i mikrobiologiczną buraków przechowywanych

w kopcach z procesem dezynfekcji buraka podczas kopcowania oraz bez zastosowania

procesu dezynfekcji.

Prowadzony proces zraszania buraków podczas kopcowania zapewnia uzyskanie surowca

o lepszych parametrach technologicznych, gwarantujących ciągłość przerobu i eliminację

możliwości wystąpienia awarii technologicznych. W przypadku analizy wyników bez

dezynfekcji buraków podczas kopcowania badane próby korzeni buraków cukrowych

charakteryzowały się stosunkowo niską zawartością suchej substancji (19,76 %), a miąższ

kształtował się także na niskim poziomie ( 3,24 %), co świadczy o trudnościach związanych

z otrzymaniem z nich prawidłowej krajanki oraz tendencji do tworzenia spiętrzeń

w ekstraktorze. W tym przypadku znaczenia nabiera też dobra, kontrolowana praca krajalnic

i utrzymywanie odpowiednio wysokiego tempa przerobowego oraz właściwego rozkładu

temperatur w ekstraktorze (zał. 4: II.B.2, II.D.52, II.K.25, II.K.28).

Prowadzone przeze mnie prace dotyczące procesu ekstrakcji i oczyszczania soku

surowego zwróciły moją uwagę, że na straty sacharozy w procesie produkcji cukru wpływa

nie tylko zakażenie surowca, ale także zakażenie związane z procesami jednostkowymi


43

(ekstrakcja). Proces ekstrakcji cukru z krajanki buraczanej wymaga utrzymania odpowiednich

warunków procesu takich jak: utrzymanie pH środowiska i odpowiedniej temperatury

procesu. Podczas procesu ekstrakcji niweluje się zakażenie mikrobiologiczne mieszaniny

ekstrakcyjnej poprzez dozowanie środków dezynfekujących. W przemyśle cukrowniczym do

utrzymania kwaśnego pH środowiska, stosuje się zakwaszanie wody zasilającej proces

ekstrakcji cukru z krajanki buraczanej polegający głównie na zakwaszaniu wody dwutlenkiem

siarki uzyskiwanym ze spalania siarki w odpowiednich piecach, lub przez dozowanie do niej

stężonego kwasu siarkowego.

Rozpocząłem prace zmierzające do otrzymania preparatu, który powstrzymałby działanie

drobnoustrojów i zminimalizował straty sacharozy, a jednocześnie zapewnił uzyskanie

odpowiedniego pH w ekstraktorze. W wyniku badań powstał środek o nazwie Biopoms na

bazie nadtlenku wodoru i kwasu siarkowego, mogący zastąpić kancerogenną formalinę,

Nowatorskie zaprojektowanie składu chemicznego preparatu polegało na wytworzeniu

„in statu nascendi”, związku chemicznego o bardzo silnych właściwościach dezynfekujących

- kwasu CARO. Oprócz działania dezynfekującego, dodatkowym atutem preparatu jest

jednoczesne zakwaszania mieszaniny ekstrakcyjnej. Tym samym w cukrowni następuje

obniżenie o ok. 30% zużycia kwasu siarkowego, stosowanego do zakwaszania wody

kierowanej do ekstrakcji. Wprowadzenie do składu preparatu inhibitora korozji, skutkuje

zabezpieczeniem aparatury przed korozją, poprzez tworzenie mikrofilmu na stalowych

powierzchniach maszyn i urządzeń.

Preparat może też mieć zastosowanie do dezynfekcji powierzchniowej buraka

cukrowego. Zaproponowany przeze mnie sposób dozowania preparatu – przez zamgławianie

zapewnia dezynfekcję surowca, szczególnie w jego bruzdach i porach, w których gromadzą

się resztki ziemi, będące siedliskiem drobnoustrojów.

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdziłem, że w przypadku niestosowania

zamgławiania buraków preparatem po procesie mycia, zawartość bakterii mezofilnych

wynosiła 2,9 x 108 jtk, drożdży 6,4 x 10

6 jtk, bakterii wytwarzających śluz 3,8 x 10

3, a po

zastosowaniu preparatu Biopoms zawartość bakterii mezofilnych obniżyła się do1,2 x 102 jtk,

drożdży 2,1 x 102 jtk, a bakterie wytwarzające śluz były nieobecne (zał. 4: II.B.6, II.B.11).

Oprócz prac związanych ze zmniejszaniem strat sacharozy, podjąłem próbę badań

związanych z możliwością zwiększenia wydajności cukru.

Podczas produkcji cukru z buraków wiele różnych związków chemicznych tzw.

niecukrów wpływa negatywnie na poszczególne jego etapy. W skład niecukrów między

innymi wchodzi rafinoza, będąca trójcukrem złożonym z reszt D-galaktozy, D-glukozy


44

i D-fruktozy. Zawartość rafinozy w burakach może wynosić od 0,01 do 1 % i podczas

przerobu buraków w całości przechodzi do melasy. Jej zawartość w melasie waha się wted

y średnio od 1 do 2 % i jest zależna od warunków pogodowych, uprawy, temperatury,

czasu i sposobu przechowywania surowca.

Celem moich badań było opracowanie sposobu usunięcia związków chemicznych

przeszkadzających w technologii produkcji, a także błędów w oznaczeniach zawartości

sacharozy w buraku (taka sama skręcalność płaszczyzny polaryzacji). Moje zainteresowanie

skupiły się głównie nad przeprowadzeniem hydrolizy rafinozy w taki sposób, aby uwolnić

dodatkową ilość sacharozy (0,68 kg z 1 kg rafinozy), zwiększając w ten sposób wydajność

sacharozy w procesie produkcji cukru z buraka. Do usunięcia rafinozy zastosowałem

opracowany przeze mnie preparat enzymatyczny (zał. 4: II.B.7). Jego zastosowanie

spowodowało wyeliminowanie rafinozy z soków cukrowniczych, co spowodowało

zwiększenie zawartości sacharozy. Wpłynęło także na usprawnienie procesu krystalizacji,

poprzez niedopuszczenie do powstawania nierównomiernych, igiełkowatych kryształów

sacharozy i tym samym zminimalizowało powstawanie zniekształconych form krystalicznych

w półproduktach (cukrzyca I i II). Zapewniło także odpowiednią pracę wirówek, eliminując

ich nieprawidłowe funkcjonowanie m.in. tzw. „bicie wirówki”. Rozkład rafinozy zwiększył

zawartość cukrów fermentujących w melasie, stosowanej jako surowiec w przemyśle

fermentacyjnym.

Przeprowadzone badania doprowadziły do opracowania nowatorskiego schematu

technologicznego uwzględniającego miejsca dozowania preparatu enzymatycznego w taki

sposób aby zapewnić skuteczne działanie enzymu. Jest to rozwiązanie nigdy wcześniej nie

stosowane w procesie produkcji cukru.

Efektywność zastosowania preparatu rozkładającego rafinozę jest znacząca. Przy

przeciętnej zawartości rafinozy w soku surowym wynoszącej 0,14 %, co odpowiada ilości

sacharozy zawartej w rafinozie wynoszącej 0,68 kg/kg, efektem zastosowania preparatu w

cukrowni o przerobie rzędu 600000 t/d, jest uzyskanie dodatkowo ok. 50 ton cukru oraz 140

ton melasy (zał. 4: II.B.7, II.K.37).

Osiągnięcia naukowo-badawcze wynikające z realizacji prac dot.

racjonalizowania gospodarki wodą i odpadami cukrowniczymi

Ważnym aspektem badawczym w moich pracach, dotyczącym doskonalenia procesu

produkcji cukru było także dążenie do ograniczenia zużycia wody i tym samym też kosztów

produkcji (zał. 4: II.E.8).


45

Stwierdziłem, że w cukrowniach część zużytych wód (60-70%) jest wykorzystywana do

uzupełniania wód technologicznych, krążących w cukrowni w obiegach zamkniętych.

Pozostaje zawsze część niewykorzystanych wód tzw. amoniakalnych, stanowiąca 30 do 40 %

ogólnej ich ilości. Wody te ze względu na jakość (głównie dużą zawartość azotu i wysok

ą temperaturę) w całości odprowadzane są do obiegu barometrycznego i spławiakowego,

a następnie do ścieków ogólnych cukrowni, gdzie łączone są razem z innymi, wysoko

obciążonymi ściekami technologicznymi i kierowane do biologicznych oczyszczalni ścieków.

Uważałem, że łączenie wód amoniakalnych przed dopływem do biologicznej

oczyszczalni ze ściekami ogólnymi cukrowni jest nieekonomiczne (zwiększone koszty

budowy oczyszczalni o powiększonej z tego powodu przepustowości).

Racjonalnym, uzasadnionym zarówno technologicznie jak i ekonomicznie, sposobem

zagospodarowania nadmiernych ilości wód amoniakalnych może być tylko ich uzdatnienie i

zmagazynowanie w oddzielnym zbiorniku, a następnie wykorzystywanie w cukrowni zamiast

świeżej wody.

W związku z tym niezbędne stało się opracowanie sposobu ich uzdatniania do jakośc

i wody świeżej. Opracowany sposób polegał na tym, że surową wodę amoniakalną

połączono z wodami z mycia i spławiania buraków cukrowych w stosunku objętościowym od

90:10 do 80:20, zapewniającym wynikowe BZT5 mieszaniny 500 - 600 mg O2/dm3 i stosunek

BZT5 :N : P w granicach 100 : 15 - 25 : 0,5 – 1,0. Uzyskaną mieszaninę doprowadza się do

temperatury od 40º do 60 ºC, a odczyn pH do poziomu 8 – 9. Następnie przepuszcza się ją

przez wypełnienie, stanowiące biologiczne złoże oczyszczające zbudowane albo z żużla albo

z materiału z tworzywa sztucznego, z wyhodowaną wcześniej na ich powierzchni aktywną

błoną biologiczną. Szybkość podawania na złoże odpowiadała obciążeniu złoża ładunkiem

BZT5 ≤ 0,5 kg O2/m3

× d, przy hydraulicznym obciążeniu powierzchni złoża w zakresie

1,0 – 8,0 m3/m

2×d. Zastosowano recyrkulację na złożu wód odpływających w ilości 100 - 300

% w stosunku do ilości wód kierowanych na złoże.

Uzyskane wskaźniki jakości wód oczyszczonych, odpływających ze złoża

zagwarantowały możliwość wykorzystania wód dla potrzeb technologicznych cukrowni, jak

i zrzut do odbiorników wód powierzchniowych, zgodnie z obowiązującym prawem z zakresu

ochrony środowiska i bez ryzyka ponoszenia kar środowiskowych. Opracowane rozwiązanie

opatentowano w Polsce (zał. 4: II.B.4) i wdrożono w Cukrowni Dobrzelin oraz za granicą

(zał. 4: II.B.9).

Doskonalenie technologii produkcji cukru, to także optymalizacja gospodarki odpadami

produkcyjnymi. W tym zakresie moje zainteresowania badawcze skupiły się przede


46

wszystkim na opracowaniu optymalnego sposobu zagospodarowania cukrowniczych

odpadów organicznych, których unieszkodliwianie znacząco podwyższało koszty produkcji

cukru.

Oczywistym dla mnie było, że najbardziej celowe, uzasadnione ekonomicznie, będzie ich

energetyczne wykorzystanie. Stąd mój znaczący udział w pracach badawczych mających na

celu opracowanie technologii wytwarzania wysokoenergetycznego biogazu z wysłodków buraczanych

oraz innych odpadów organicznych powstających w cukrowniach, takich jak: ogonki i odłamki

buraczane oraz liście buraka cukrowego (zał. 4: II.E.7).

W ramach zacytowanej pracy porównano efektywność fermentacji wysłodków

zakiszonych, ogonków i odłamków buraczanych oraz liści buraka cukrowego, a także

fermentacji mieszanin wysłodków buraczanych zakiszonych, ogonków i odłamków oraz liści

buraka cukrowego, połączonych w różnych stosunkach wagowych suchej masy (1 : 0,6 : 0,4;

1 : 0,5 : 0,5 i 1 : 0,4 : 0,6). Stwierdzono, że przy porównywalnym obciążeniu reaktora

ładunkiem suchej masy, najwyższą redukcję substancji organicznej, można osiągnąć

w przypadku wysłodków buraczanych, a najniższą przy fermentacji liści buraka cukrowego.

Porównywalną wydajność i jakość energetyczną biogazu można osiągnąć w procesie

fermentacji ciągłej wysłodków oraz ogonków i odłamków buraczanych. W przypadku liści

buraka cukrowego wydajność była ok. 20 % niższa. Badania wykazały również, że im wyższy

udział liści buraczanych w mieszaninie, a mniejszy ogonków i odłamków buraczanych, tym

odnotowywano wyższe efekty odfermentowania substratu i wyższą wydajność i jakość

biogazu.

W ramach omawianej pracy sprawdzono również możliwości zwiększenia wydajności

biogazowni wysłodków buraczanych przez zastosowanie preparatu enzymatyczno-

bakteryjnego LACTACEL – W do zakiszania wysłodków przed zbiogazowaniem w ilości

1 g/1 kg wysłodków, a także wykorzystanie gnojowicy bydlęcej w ilości 10 % obj.

w stosunku do masy wysłodków.

Stwierdzono, że fermentacja wysłodków zakiszonych z preparatem enzymatyczno –

bakteryjnym zapewnia wydajność biogazu o 12 % wyższą niż fermentacja wysłodków

zakiszonych w sposób tradycyjny. Nie wykazano jednak istotnych różnic w zawartość metanu

w badanych biogazach. Wahała się ona w wąskich granicach 56,7 - 57,6 % obj. Wykazano

natomiast znaczące różnice w zawartości azotu i siarkowodoru, korzystne dla fermentacji

wysłodków zakiszonych z preparatem enzymatyczno – bakteryjnym. Biogaz z fermentacji

wysłodków buraczanych zakiszonych z preparatem bakteryjno - enzymatycznym zawierał


47

o 1,2 % mniej azotu i o 33,6 % mniej siarkowodoru niż biogaz z fermentacji wysłodków

buraczanych zakiszonych bez preparatu.

Z porównania efektów fermentacji metanowej ciągłej wysłodków buraczanych bez

i z dodatkiem gnojowicy wynika, że można uzyskać większą o 10 % wydajność biogazu

w procesie fermentacji wysłodków z gnojowicą, jednak przy zawartości metanu w obydwu

badanych biogazach wahającej się w wąskich granicach (56,66 - 57,97 % obj.). Dodatek

gnojowicy wpłynął niekorzystnie na skład biogazu w zakresie zawartości azotu

i siarkowodoru. Biogaz uzyskany z fermentacji wysłodków z dodatkiem gnojowicy zawierał o

58 % więcej azotu i o 23 % siarkowodoru niż z fermentacji samych wysłodków buraczanych.

Biogaz pochodzący z fermentacji wszystkich badanych substratów charakteryzował się

ciepłem spalania ok. 23 MJ/ m3

i wartością opałową ponad 20 MJ/ m3

oraz Liczbą Wobbego,

stanowiącą podstawę do podziału paliw gazowych na podgrupy, nie niższą od 23 MJ/ m3.

Biorąc pod uwagę skład otrzymywanych biogazów i ich właściwości można zakwalifikować

wszystkie, na podstawie obowiązującej normy, do podgrupy Ls grupy gazów ziemnych

zaazotowanych.

Analiza jakości wytwarzanego biogazu wskazała, że po usunięciu siarkowodoru może

być kierowany do silnika gazowego, w którym energia chemiczna biogazu ulega konwersji na

energię elektryczną oraz cieplną lub bezpośrednio, jako paliwo, do kotłowni lub suszarni.

Może być wykorzystywany również, podobnie jak gaz ziemny, np. poprzez konwersję do

paliw płynnych.

Efektem naukowym opisanych wyżej prac, związanych z doskonaleniem gospodarki

odpadami produkcyjnymi było opracowanie kinetyki redukcji zanieczyszczeń i produkcji

biogazu dla wszystkich badanych wariantów fermentacji metanowej odpadów.

Wyniki pracy (zał. 4: II.E.8) zostały opublikowane (zał. 4: II.A.10 i II.A.14 oraz II.D.11,

II.D.12 II.D.13, II.D.16, II.D.46, II.D.51, II.D.55 i II.D.59) i upowszechnione w formie

referatów na konferencjach naukowych (zał 4.: II.K.16, II.K.19, II.K.31, II.K.42). Zostały

również opatentowane (zał. 4: II.B.5 i II.B.8).

Pozytywne wyniki prac naukowo-badawczych związanych z fermentacją metanową

odpadów cukrowniczych i stwierdzony problem powstawania, obok cennego biogazu, także

odpadu wymagającego zagospodarowania, stało się bezpośrednim impulsem do rozpoczęcia

kilkuletnich badań, których efektem jest monografia przedstawiana jako osiągnięcie

stanowiące podstawę habilitacji.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Paliwo


48

6. Zbiorcze zestawienie danych dot. osiągniętego dorobku naukowego przed i po

doktoracie

Wyszczególnienie Przed doktoratem Po doktoracie Łącznie

Licz

-ba

IF pkt.

MN

i SW

Licz

-ba

IF pkt.

MN

i SW

Licz

-ba

IF pkt.

MN

i SW

Publikacje naukowe

w czasopismach

znajdujących się

w bazie JRC

3 0,310 15 11 3,599 145 14 3,909 160

Publikacje naukowe

w czasopismach innych niż

znajdujące się w bazie JRC,

które znalazły się na liście

czasopism punktowanych

MNiSW

1 0 5 24 0 108 25 0 113

Publikacje naukowe

w czasopismach

recenzowanych, które nie

znalazły się na liście

czasopism punktowanych

MNiSW

15 0 0 27 0 0 42 0 0

Publikacje naukowe

w materiałach

konferencyjnych z

międzynarodowych

i krajowych konferencji

tematycznych

1 0 0 47 0 0 48 0 0

Referaty na

międzynarodowych i

krajowych konferencjach

tematycznych

4 0 0 40 0 0 44 0 0

Cytowania 0 0 0 14 0 0 14 0 0

Udzielone patenty za granicą 0 0 0 6 0 120 6 0 120

Udzielone patenty w RP 0 0 0 5 0 90 5 0 90

Wdrożone patenty 0 0 0 6 0 0 6 0 0

Dokumentacje prac

badawczych 0

0 0 20 0 0 20 0 0

Razem: 224 3,909 483

dr inż. Andrzej Baryga Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno … · 2019-05-27 · w odpadach,...

Documents

Transcript of dr inż. Andrzej Baryga Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno … · 2019-05-27 · w odpadach,...