Działalność naukowo-badawcza KIP dotyczy:

• HTST ciśnieniowo-termicznej obróbki surowców roślinnych na cele spożywcze i paszowe, a w szczególności z zastosowaniem techniki ekstruzji;
• wytwarzanie i badania żywności wygodnej wzbogacanej dodatkami prozdrowotnymi;
• wytwarzanie i badania produktów ekstrudowanych z zastosowaniem z dodatkiem produktów ubocznych z przetwórstwa rolno-spożywczego;
• wytwarzanie i badania wyrobów bezglutenowych: ciastka, pieczywo, makarony, pieczywo cukiernicze, roślinne zamienniki mięsa;
• właściwości fizycznych, chemicznych i funkcjonalnych ekstrudatów;
• inżynierii procesu ekstruzji;
• inżynierii biopolimerów skrobiowych;
• modyfikacji skrobi metodą ekstruzji;
• opracowywania technologii wytwarzania ekstrudatów spożywczych i paszowych;
• konstrukcji wielozadaniowych ekstruderów jedno i dwuślimakowych oraz maszyn peryferyjnych wchodzących w skład linii technologicznych służących do wytwarzania ekstrudowanej żywności i pasz.

Prace badawcze prowadzone w Katedrze Inżynierii Procesowej, w ramach dyscypliny Inżynieria mechaniczna jako wiodącej, dotyczą aspektów konstrukcyjnych urządzeń oraz aspektów procesowych i eksploatacyjnych ciśnieniowo-termicznej obróbki surowców roślinnych na cele spożywcze, paszowe i przemysłowe, a także do uzyskiwania przyjaznych środowisku materiałów biopolimerowych, w tym biodegradowalnych, z surowców odnawialnych. Zagadnienia realizowane w jednostce dotyczą różnych aspektów zastosowania techniki ekstruzji, projektowania i modyfikacji konstrukcji wielozadaniowych ekstruderów oraz maszyn wchodzących w skład linii technologicznych służących do wytwarzania ekstrudowanej żywności, pasz, dodatków funkcjonalnych oraz biopolimerów. W ramach dyscypliny Inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka prowadzimy badania dotyczące aspektów środowiskowych, w tym energochłonności procesów, badania na rzecz ograniczenia zapotrzebowania na wodę technologiczną, możliwości zagospodarowania produktów ubocznych i ograniczenia odpadów produkcyjnych oraz opracowywania biomateriałów z surowców odnawialnych. W ramach dyscypliny Technologia żywności i żywienie prowadzimy prace dotyczące opracowywania receptur nowych produktów, w tym żywności funkcjonalnej, wyrobów bezglutenowych, wegetariańskich, wegańskich, produktów niskotłuszczowych, niskosodowych, bez cukru oraz o potencjale prozdrowotnym.

Zaplecze badawcze:

1. Laboratorium ekstruzji.

Wyposażenie:

• ekstruder jednoślimakowy modułowy EXP-45-32
• ekstruder jednoślimakowy TS-45,
• ekstruder dwuślimakowy Evolum25,
• ekstruder dwuślimakowy 2S 9/5,
• matryce formujące do ekstruderów o różnych kształtach i rozmiarach
• układ cięcia z podajnikiem,
• prekondycjoner do ekstrudera,
• schładzacz cieczy SW MINI 8 + P,
• chillery grzewczo-chłodzące 5 szt.,
• stacja uzdatniania wody i wytwarzania pary,
• wytłaczarka do folii biodegradowalnej,
• mieszarka wstęgowa,
• mieszarka łopatkowa,
• komora suszarnicza,
• oprzyrządowanie pomiarowe ciśnienia, temperatury, energochłonności.

2. Laboratorium badawcze.

Wyposażenie:

• maszyna wytrzymałościowa Zwick BDO-FB 0,5H z oprzyrządowaniem, z przystawkami do oceny cech wytrzymałościowych, tekstury, właściwości powierzchniowych, m.in. szczęki rozciągające, płyty ściskające, przystawka do trzypunktowego zginania, przystawka do przebijania, penetratory o różnych kształtach i wielkościach, nóż do testów cięcia, komora Kramera 5-cio ostrzowa, komora Ottawa, przystawka Kiefer extensibility rig, komora back extrusion, przystawka do badania powierzchni materiałów, wraz z oprogramowaniem testXpert II
• Micro-Visco-Amylograph Brabendera z oprogramowaniem do badania cech reologicznych
• lepkościomierz rotacyjny Lo-Vi IKA do badania lepkości płynów i zawiesin,
• kolorymetr – Lovibond CAM – System 500,
• kolorymetr NH310,
• suszarka laboratoryjna SLW 53 STD,
• wagi laboratoryjne,
• wagosuszarki 3 szt.,
• łaźnia wodna z wytrząsarką,
• przyrządy do pomiaru właściwości fizycznych: kąt zsypu, gęstości utrzęsionej,
• aparaty Pfosta w różnych konfiguracjach,
• mieszadło magnetyczne,
• mikroskop optyczny z przystawką polaryzacyjną
• przesiewacze,
• szkło laboratoryjne,
• drobny sprzęt laboratoryjny.

Więcej informacji na stronie Katedry Inżynierii Procesowej: https://ekstruzjaproces.pl/

Inne osiągnięcia naukowe pracowników Katedry:

Do ważnych osiągnięć Katedry Inżynierii Procesowej należy zaliczyć opracowanie konstrukcji i wdrożenie do produkcji seryjnej rodziny ekstruderów jednoślimakowych oraz ekstrudera dwuślimakowego w ZMCh “Metalchem” w Gliwicach. Twórcami tych rozwiązań byli prof. dr hab. Leszek Mościcki oraz mgr inż. Stanisław Juśko. Jako efekt uczestnictwa Katedry w międzynarodowym projekcie badawczym COST’93 opracowano metodę przetwarzania szerokiego asortymentu surowców z roślin strączkowych i oleistych do uzyskania pełnowartościowego produktu paszowego z wykorzystaniem techniki ekstruzji. W ramach współpracy międzynarodowej w programie EUREKA opracowano i wykonano prototypy członowego wielofunkcyjnego ekstrudera dwuślimakowego nowej generacji. W ramach międzynarodowego konsorcjum utworzonego w ramach programu BIOPACK opracowano technologię wytwarzania biopolimerów skrobiowych z wykorzystaniem techniki ekstruzji, które służyć mogą do produkcji folii opakowaniowych biodegradowalnych oraz form wtryskowych opakowań sztywnych i różnego asortymentu aplikacji przemysłowych np. łyżeczki, doniczki, kształtki formowane techniką wtrysku wysokociśnieniowego. Jako efekt projektu N N312 162334 dotyczącego makaronów ekstrudowanych wdrożono w praktyce w dwóch zakładach produkcyjnych rozwiązania umożliwiające wytwarzanie makaronów bezglutenowych. W ramach projektu LIDER opracowano i wdrożono w praktyce produkcyjnej rozwiązania dotyczące wytwarzania pelletów przekąskowych, w tym bezglutenowych, z dodatkami warzywno-owocowymi i wielozbożowych. We współpracy z wieloma przedsiębiorstwami uczestniczyliśmy w ramach prac zleconych w opracowywaniu innowacji produktowych i procesowych.

Katedra prowadzi ścisłą formalną współpracę z wieloma europejskimi ośrodkami naukowymi, m.in. z Holandii, Szwajcarii, Algierii, Czech, Włoch, Portugalii, a także z wieloma ośrodkami krajowymi.

Na szczególne podkreślenie zasługuje wieloletnia współpraca z Engineering and Technology Institute Groningen z Uniwersytetu Królewskiego w Groningen oraz Food and Bioprocess Engineering Group Uniwersytetu Wageningen w Holandii. Potwierdzeniem współpracy było przyznanie w 1997 r. na wniosek Katedry doktoratu honorowego UP w Lublinie prof. dr D.J. van Zuilichemowi – kierownikowi tej placówki. Pracownicy KIP odbyli wielokrotnie długoterminowe i krótkie staże naukowe w Wageningen oraz w Groningen.

Katedra Inżynierii Procesowej posiada najlepiej wyposażone w Polsce laboratorium ekstruzji surowców roślinnych na cele spożywcze i paszowe, dysponuje 4 ekstruderami: 2 jednoślimakowymi i  2 dwuślimakowym wraz z oprzyrządowaniem pomiarowym oraz wytłaczarką z instalacją rozdmuchu do produkcji folii z tworzyw sztucznych i skrobiowych tworzyw biodegradowalnych.

Pracownicy Katedry są autorami wielu nowatorskich rozwiązań z zakresu wytwarzania i badań ekstrudowanej żywności, pasz i biopolimerów, stąd ich osiągnięcia naukowe w postaci: oryginalnych prac twórczych (ponad 250), podręczników (2), artykułów i komunikatów naukowych (ponad 100), referatów na konferencjach krajowych i międzynarodowych (ponad 100), patentów oraz wzorów użytkowych (12).

Uczestnictwo w projektach:

ACTT4Cosmetics: Improve Interconnected innovation ecosystems supporting Actions for Citizen awareness and Twin Transition in the entire cosmetic value chain, Grant Agreement no N°101112710, Call: HORIZON-EIE-2022-CONNECT-02, Topic: HORIZON-EIE-2022-CONNECT-02-01, Type of action: HORIZON-COFUND, 2023-2028, w trakcie realizacji.

NCN.WVB.23.001, UMO-2022/45/B/NZ9/01892 VKB/PB/210-TŻ-OPUS23: Grzybowe substancje bioaktywne o ukierunkowanym potencjale prozdrowotnym – rola interakcji, biodostępności i bioprzyswajalność jako czynników kreujących funkcjonalność mikrokapsułkowanych dodatków funkcjonalnych w modelu in vitro i in vivo, 2023-2027, w trakcie realizacji.

MEiN umowa SKN/SP/534982/2022 Techniczne i technologiczne aspekty produkcji wzbogacanych bezglutenowych przekąsek ekstrudowanych, w ramach konkursu „Studenckie koła naukowe tworzą innowacje”, 2022-2023, kwota 69 000,00 zł.

Doktorat Wdrożeniowy DWD/4/84/2020: Opracowanie metody modyfikacji właściwości mąki pszennej z przeznaczeniem do zastosowań w piekarnictwie, 2020-2024, kwota 338 632,36 zł.

NCBR umowa LIDER/29/0158/L-10/18/NCBR/2019 Opracowanie kompleksowej technologii uzyskiwania wysokiej jakości przekąsek ekstrudowanych na bazie surowców roślinnych i zwierzęcych o minimalnym stopniu przetworzenia, 2019-2023, numer 180/L-10/2019,
kwota 1 499 915,00 zł.

NCBR umowa POIR.04.01.04-00-0055/17 Opracowanie i wdrożenie innowacyjnej mobilnej instalacji do optymalizacji wartości pokarmowej surowców roślinnych, konsorcjum naukowo-przemysłowe, 2019-2020, kwota 4 262 541,25 zł.

Opracowanie dla przedsiębiorstwa POL FOODS sp. z o.o., technologii produkcji dietetycznych pelletów snackowych ekspandowanych w polu magnetycznym, realizacja 2014,
kwota 69 000,00 zł.

N N312 162334 „Wpływ obróbki ciśnieniowo-termicznej na jakość wzbogacanych makaronów podgotowanych” 2008-2010, kwota 248 018,00 zł.

N N313 065936 „Badania procesu ciśnieniowo-termicznej modyfikacji skrobi”, 2009-2011, kwota 350 000,00 zł.

NN313 275738: „Wpływ parametrów procesu ekstruzji na właściwości użytkowe biopolimerów skrobiowych z dodatkiem włókien naturalnych”, 2010-2013, kwota 288 600 zł.

NN313 275838: „Wpływ warunków obróbki ciśnieniowo-termicznej na właściwości fizyczne folii skrobiowych otrzymywanych metodą rozdmuchu”, 2010 – 2012, kwota 298 976 zł.

BIOPACK (Projekt nr G5ST-CT2001-50120: BIOdegradable extruded starch-based plastics for PACKaging materials, 2001-2004.

EUREKA (Projekt nr EU 1274 VALEUREX: Design, construction and testing of low cost, high capacity twin-screw extruder equipment for biopolymers esp. food, feed and fibres, 1995-1997.

COST’93 (Projekt nr PROJECT 5840:  Development of HTST treatments for protein crops, e.g. pulses, like extrusion-cooking, pressurised steaming, enzymatic treatment, 1992-1999.

Więcej informacji na stronie Katedry Inżynierii Procesowej: https://ekstruzjaproces.pl/

Katedra prowadzi badania w następujących kierunkach:

1. Ekstruzja środków spożywczych – kompleksowe badania nad procesem ekstruzji różnego pochodzenia surowców roślinnych z przeznaczeniem na cele spożywcze, paszowe i przemysłowe; możliwości regulowania i kształtowania pożądanych cech żywności i pasz;
2. Żywność wygodna – możliwości opracowania nowych receptur i technologii wytwarzania szerokiego asortymentu produktów wykazującym znamiona żywności wygodnej, funkcjonalnej i prozdrowotnej; wykorzystanie niestandardowych surowców i dodatków w celu wpływania na ostateczną charakterystykę żywieniową i funkcjonalną produktów spożywczych, zwłaszcza z wykorzystaniem techniki ekstruzji do modelowania cech użytkowych żywności; podnoszenie wartości odżywczej przez zastosowanie dodatków pochodzenia naturalnego zwiększających zawartość błonnika pokarmowego, wykazujących cechy stabilizatorów, emulgatorów, hydrokoloidów itp.; opracowywanie receptur i technik wytwarzania prozdrowotnych przekąsek zbożowych, badanie pływu parametrów ekstruzji na cechy produktów (wyroby instant, podgotowane, błyskawiczne);
3. Roślinne zamienniki mięsa – zastosowanie techniki ekstruzji do wytwarzania i badań procesu wytwarzania roślinnych zamienników mięsa i teksturatów roślinnych w technologii na sucho i na mokro, z możliwością wykorzystania wysokobiałkowych roślin, w tym strączkowych i oleistych, oraz koncentratów i izolatów białkowych;
4. Modyfikacja skrobi metodą ekstruzji – nadawanie surowcom skrobiowym ściśle zdefiniowanych cech użytkowych (zagęstniki, stabilizatory, lepiszcza, środki klejące) i możliwości zastosowania skrobi modyfikowanych w przetwórstwie spożywczym, paszowym oraz w zastosowaniach przemysłowych np. przemysł chemiczny, papierniczy i tekstylny; wpływ parametrów ekstruzji na właściwości fizykochemiczne, reologiczne i użytkowe modyfikatów skrobiowych;
5. Badania cech fizykochemicznych i użytkowych produktów spożywczych i paszowych oraz opakowań – badanie gęstości, wodochłonności, wskaźników WAI, WSI, stabilności wodnej karm dla zwierząt; badanie cech mechanicznych i wytrzymałościowych (twardość, elastyczność, odkształcenie, odporność na uszkodzenia); ocena barwy produktów z wykorzystaniem kolorymetru w skali CIE-Lab; badanie cech tekstury artykułów spożywczych na aparacie Zwick z wykorzystaniem komory Kramera, komory Ottawa, komory do ekstruzji wstecznej, noży tnących różnego kształtu; badanie cech użytkowych i wytrzymałościowych materiałów opakowaniowych np. odporności na rozciąganie, rozerwanie, przebicie itp.;
6. Biopolimery biodegradowalne – możliwości opracowania technologii wytwarzania i przeprowadzanie badań eksploatacyjnych z zastosowaniem techniki ekstruzji do wytwarzania biopolimerów opakowaniowych oraz z zastosowaniem linii wytłaczania z rozdmuchem do wytworzenia folii biodegradowalnych z surowców skrobiowych na linii w skali półtechnicznej; zastosowanie dodatków funkcjonalnych i ich wpływ na cechy folii opakowaniowych biodegradowalnych;
7. Opracowania dotyczące zagospodarowania produktów ubocznych z przetwórstwa rolno-spożywczego oraz odpadów poprodukcyjnych z wykorzystaniem techniki ekstruzji do wytworzenia szerokiego asortymentu wyrobów spożywczych, paszowych, biomateriałów i na cele biogazowe.

W laboratoriach Katedry Inżynierii Procesowej wykorzystujemy do badań eksploatacyjnych i technologicznych:

– ekstruder jednoślimakowy modułowy EXP-45-32 w wersjach 12:1, 16:1, 20:1 z indywidualnym ogrzewaniem/chłodzeniem poszczególnych stref ekstrudera z zestawem chillerów, z zestawem matryc formujących do uzyskania różnych kształtów produktów, z układem cięcia przy matrycy oraz w dystansie,

– ekstruder jednoślimakowy TS-45 w wersjach L/D 12:1, 16:1, 18:1 z możliwością kontrolowanego chłodzenia/ogrzewania cylindra, przy użyciu szerokiego zasobu matryc formujących, oraz suszarnię z wymuszonym obiegiem powietrza,

– ekstruder dwuślimakowy Evolum25 (Clextral) modułowy w wersji 24:1, z indywidualnym grzaniem/chłodzeniem modułów, z zestawem indywidualnych modułów do konfigurowania ślimaków roboczych, z zestawem do teksturyzacji białek roślinnych w technologii na mokro, z układem cięcia przy matrycy, z zestawem matryc formujących, z możliwością zastosowania prekondycjonera,

– ekstruder dwuślimakowy 2S9/5 współbieżny, z szerokim zestawem matryc kształtujących (okrągłych i płaskich), wyposażony w kondycjoner z możliwością dowilżania parą wodną (wytwornica pary),

– linię do wytłaczania z rozdmuchem folii biodegradowalnych skrobiowych oraz z tworzyw sztucznych.

Aparatura badawcza pozwala nam na analizę zagadnień procesowych i technicznych wytwarzania wyrobów ekstrudowanych, w tym z surowców bezglutenowych i wysokobiałkowych, wykonanie oceny cech fizycznych, użytkowych, mechanicznych, teksturalnych, barwy oraz przydatności konsumpcyjnej i technologicznej szerokiego asortymentu wyrobów spożywczych, paszowych, przemysłowych, opakowaniowych, itp.

Zapraszamy do współpracy jednostki zainteresowane możliwościami wykorzystania techniki ekstruzji, opracowaniem technologii wytwarzania nowych wyrobów oraz przeprowadzaniem badań produktów własnych i wytworzonych w naszych laboratoriach na Państwa zamówienie.

Więcej informacji na stronie Katedry Inżynierii Procesowej: https://ekstruzjaproces.pl/