Kierownik projektu :
dr inż. Monika Sterczyńska
Politechnika Koszalińska

Panel: NZ9

Konkurs : ETIUDA 3
ogłoszony 15 grudnia 2014 r.

Browarnictwo jest jednym z najstarszych biotechnologicznych sposobów przetwarzania żywności na świecie. Z uwagi na popularność piwa, jako produktu, branża piwowarska jest jedną z prężniej rozwijających się gałęzi przemysłu spożywczego. Wraz z rozwojem nauki i wzrastającej świadomości konsumentów tematyka zastosowania nowych surowców oraz optymalizacji poszczególnych procesów staje się coraz bardziej interesująca.

fot. Michał Łepeckifot. Michał Łepecki Wydajność procesów realizowanych na warzelni zależy głównie od zastosowanych do produkcji surowców i doboru parametrów technologicznych. W celu uzyskania odpowiedniej jakości produktu końcowego istotne jest opracowywanie nowych technologii, urządzeń oraz wykorzystywanie nowych surowców czy materiałów pomocniczych. W szczególności dotyczy to wdrażania nowych receptur pozyskiwania brzeczek piwnych. Próby technologiczne realizowane w większej skali produkcji powinny być poprzedzane doświadczeniami w skali laboratoryjnej, które pozwalają na porównanie wielu wariantów równolegle przy określonych, stałych warunkach realizacji procesu wytwarzania brzeczki. Jednocześnie z obserwowanym nasyceniem rynku wyrobami piwnymi, piwa specjalne i o wyszukanych recepturach zdobywają coraz większy udział w rynku w związku z wyżej wymienioną tendencją. Nie tylko browary rzemieślnicze, ale również duże browary przemysłowe zainteresowane są innowacyjnymi surowcami i technologiami. Wprowadzanie do receptur piw zamienników słodu czy unikatowych surowców wiąże się często ze zmianami podstawowych cech fizyko-chemicznych brzeczek piwnych (między innymi pH, ekstraktu, barwy, zmętnienia czy składu mineralnego). Prowadzi się też próby polegające na całkowitym zastąpieniu słodu jęczmiennego surowcami niesłodowanymi (np. jęczmieniem, orkiszem, pszenicą, kukurydzą). Modyfikacje tego typu wprowadza się ze względów ekonomicznych (tańszy surowiec) i/lub względów smakowych i prozdrowotnych (uzyskanie nowych, lepszych cech gotowego produktu).

Innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne w zakresie klarowania brzeczki mają na celu ulepszenie dotychczas stosowanych metod separacji osadów gorących w kadzi wirowej. Większość browarów na świecie jest wyposażona w zbiornik kadzi wirowej, zwanej potocznie whirlpoolem. Jest to rozwiązanie powszechnie stosowane, przy tym energooszczędne i skuteczne. Stąd próba uzyskania jeszcze większej efektywności jego działania, jedynie przez nieznaczne zmiany konstrukcyjne. Tego typu separator, napełniany jest brzeczką przez otwór umiejscowiony stycznie do jego ściany. Dzięki temu w centralnej części dna zbiornika, formuje się stożek osadu gorącego. Koncentracja cząstek wspomagana jest ruchem wirowym mieszaniny. Zjawisko to występuje naturalnie i w sposób samoistny. Nosi ono nazwę tzw. efektu filiżanki herbaty i zostało po raz pierwszy opisane w 1926 r. przez Alberta Einsteina. Wykorzystując najnowsze metody komputerowej symulacji i analizy obrazu, możliwe jest jego pełniejsze poznanie.

Eksperymentalne badania przepływu cieczy w zbiorniku kadzi wirowej prowadzone są od niedawna w szerszym zakresie. Wykorzystuje się w nich najnowocześniejsze metody pomiarowe, np. cyfrową anemometrię obrazową PIV (ang. Particle Image Velocimetry). Metoda PIV jest szczególnie przydatna podczas analiz pola prędkości przepływów, dla których nie ma możliwości wprowadzenia do zbiornika czujnika pomiarowego. W czasie pomiaru wykorzystuje się cząstki, czyli tzw. posiew, w celu rozpraszania na nich światła laserowego. Dzięki temu rejestrowany jest ruch poszczególnych cząstek.

Idea analizy technologicznych aspektów klarowania brzeczki nastawnej, z uwzględnieniem zmian konstrukcyjnych, zrodziła się na podstawie projektów realizowanych z przedsiębiorcami, z ośrodkami naukowymi (w kraju i za granicą) oraz browarami (zarówno przemysłowymi, jak i rzemieślniczymi). Uwzględniając obecny stan wiedzy w tym zakresie można stwierdzić, że podjęte problemy badawcze charakteryzują się dużą innowacyjnością, a opracowane rozwiązania i wnioski ułatwią otrzymywanie klarownej brzeczki piwnej niezależnie od zastosowanych surowców.

Fot. Michał ŁepeckiFot. Michał Łepecki Zrealizowane doświadczenia badawcze w pracy pozwoliły stwierdzić, iż wykor

Zrealizowane doświadczenia badawcze w pracy pozwoliły stwierdzić, iż wykorzystanie niesłodowanego surowca zbożowego (jęczmienia lub orkiszu) powoduje wydłużenie czasu scukrzania i filtracji zacieru, zmniejszenie objętości brzeczek oraz uproszczonej wydajności filtracji w porównaniu do prób ze 100% udziałem słodu jęczmiennego. Dodatek niesłodowanego ziarna orkiszu (powyżej 15% udziału w zasypie) wpływa istotnie na wzrost intensywności barwy brzeczek kongresowych. Natomiast skład chemiczny wody (dejonizowanej lub technologicznej) i wzrost procentowego udziału surowca niesłodowanego (jęczmienia lub orkiszu) w zasypie (do 30%) wpływa istotnie na zwiększenie masy osadu gorącego wytrąconego z brzeczki piwnej oraz na wzrost stężenia jonów Mn2+ w brzeczkach piwnych zarówno słodowych, jak i z 30% udziałem jęczmienia i istotny spadek stężenia tych jonów w osadach gorących.

Zastosowanie przegrody, jako modyfikacji konstrukcji zbiornika separatora z zawirowaniem, skraca czas, dla którego można zidentyfikować występowanie przepływu pierwotnego, o wyższych wartościach prędkości, bliżej centralnej części dna zbiornika. Kształt przegrody, o podstawie trójkąta równoramiennego, umiejscowionej przy dnie zbiornika kadzi wirowej, w położeniu 270° od otworu wlotowego, najskuteczniej poprawia warunki wirowania mieszaniny w zbiorniku napełnianym stycznie. Najkorzystniejsze rozwiązanie konstrukcyjne przyczynia się do poprawy warunków klarowania brzeczki piwnej (oddzieleniu osadu gorącego) w kadzi wirowej. Możliwe jest uzyskanie bardziej zbitego stożka osadu w centralnej części dna zbiornika.

Pełny tytuł finansowanego projektu : Technologiczne aspekty klarowania brzeczki piwnej z uwzględnieniem zmodyfikowanej metody separacji osadów w kadzi wirowej

dr inż. Monika Sterczyńska

Kierownik - dodatkowe informacje

Absolwentka Wydziału Mechanicznego Politechniki Koszalińskiej. Od 2011 r. realizuje prace badawcze w Katedrze Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego Politechniki Koszalińskiej oraz w Katedrze Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. W 2013 r. ukończyła Studium Podyplomowe Analityka w Ochronie Środowiska na Wydziale Chemii Uniwersytetu Mikołajka Kopernika w Toruniu. Uczestniczyła w wielu stażach naukowych (w tym 6 zagranicznych). W 2016 r. w ramach stypendium uzyskanego w konkursie ETIUDA 3 zrealizowała staż naukowy w Katedrze Przechowywania i Przetwarzania Produktów Roślinnych Słowackiego Uniwersytetu Rolniczego w Nitrze. Jej zainteresowania badawcze koncentrują się wokół aspektów technologicznych i procesowych z obszaru wykorzystania odpadów przemysłowych oraz klarownia roztworów. Dodatkowo rozwija swoje umiejętności z zakresu żywienia i analityki żywności. Wyniki swoich badań prezentowała na kilkudziesięciu konferencjach naukowych, w tym o zasięgu międzynarodowym. 35 publikacji naukowych (w tym 18 w czasopismach indeksowanych) oraz patentu pt: „Kadź wirowa, wykorzystywana zwłaszcza w browarnictwie”. Promotor pomocniczy rozprawy doktorskiej pt. „Analiza numeryczna i badania eksperymentalne przepływu brzeczki piwnej w kadzi wirowej o zmodyfikowanej konstrukcji” (obrona 2021 rok). Realizuje badania we współpracy z innymi ośrodkami, zarówno polskimi, jak i zagranicznymi. Wykonawca w projekcie LIDER IX pt. „Polskie odmiany chmielu fundamentem platformy piwowarskiego postępu” (NCBR), realizowanym na Uniwersytecie Rolniczym w Krakowie oraz w projekcie "Technologia obróbki mechanicznej karpi w gospodarstwach akwakultury i w zakładach przetwórstwa ryb. Poradnik" Program Operacyjny „Rybactwo i Morze” na Politechnice Koszalińskiej. Kierownik 3 zadań badawczych w ramach finansowania Badań dla Młodych Naukowców na Politechnice Koszalińskiej. Od 2018 roku opiekun Studenckiego Koła Naukowego Technologów Żywności „Receptor”.

dr inż. Monika Sterczyńska