Recenzja rozprawy doktorskiej "Efektywność suszenia

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