Mozart 2019: sześć projektów z UPWr

Program Mozart Miejski Program Wsparcia Partnerstwa Szkolnictwa Wyższego i Nauki oraz Sektora Aktywności Gospodarczej „MOZART” został przyjęty przez wrocławskich radnych w 2012 roku. Stworzono go, by z jednej strony umożliwić firmom dostęp do intelektualnego potencjału naukowców, a z drugiej dać naukowcom możliwość współpracy z przedsiębiorstwami, które są zainteresowane wdrażaniem innowacyjnych rozwiązań opracowanych na wrocławskich uczelniach.

W ciągu siedmiu lat istnienia programu naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego zawsze stanowili silną grupę tak startujących w konkursach, jak i w gronie tych, którzy ostatecznie byli kwalifikowani do wsparcia ze strony miasta. W tym roku to aż sześć projektów i sześciu naukowców: z Katedry Żywienia Człowieka, Katedry Technologii Fermentacji i Zbóż, Instytutu Geodezji i Geoinformatyki, Zakładu Mikrobiologii w Katedrze Patologii, z Katedry Epizootiologii z Kliniką Ptaków i Zwierząt Egzotycznych oraz z Zakładu Fizyki i Gospodarki Wodnej Gleb w Instytucie Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska.

Chleb na zdrowie

Prof. Monika Bronkowska z Katedry Żywienia Człowieka razem z piekarnią „Familijną” z Kuźnicy Czeszyckiej będzie realizować projekt dotyczący opracowania produktów z niskim indeksem glikemicznym o cechach prozdrowotnych. Indeks Glikemiczny to parametr, który pozwala klasyfikować żywność na podstawie jej wpływu na poziom glukozy we krwi w 2-3 godziny po ich spożyciu. IG określa szybkość zwiększenia jej stężenia w porównaniu z tym, które następuje po spożyciu tej samej ilości węglowodanów w postaci czystej glukozy. Jest istotny w profilaktyce otyłości, w konsekwencji, której często występuje także cukrzyca typu 2. Dodatkowo jest to wskaźnik coraz powszechniej uwzględniany w opracowywaniu zasad żywienia we współczesnej dietetyce skoncentrowanej na właściwym doborze modeli dietoterapii, pełniących funkcje profilaktyczne i prozdrowotne.

 – Racjonalizacja sposobu żywienia, tworzenie nowych receptur najpopularniejszych grup spożywczych, które ten proces ułatwią i zintensyfikują, to wiodące cele w promowaniu zasad zbilansowanego sposobu żywienia. Służyć to ma oczywiście poprawie jakości życia osób zdrowych, ale także przede wszystkich obciążonych już przewlekłymi schorzeniami niezakaźnymi, a takimi jest na przykład cukrzyca typu 2, dzisiaj właściwie choroba społeczna. Według diabetologów ze schorzeniem zmaga się 2 miliony Polaków, a  kolejny milion nie wie, że choruje – tłumaczy prof. Monika Bronkowska i dodaje, że podstawę wyżywienia Polaka stanowią produkty zbożowe, do których należy pieczywo.

Trzy kromki chleba żytniego razowego są w stanie dostarczyć organizmowi ok. 13% zalecanej dawki witamin, 20% żelaza i magnezu oraz 35% błonnika. Dodatkowo produkty piekarnicze zawierające w swoim składzie pełne ziarno, wpływają korzystnie na organizm, chroniąc go przed m.in. chorobą niedokrwienną serca, otyłością, cukrzycą typu 2, czy niektórymi chorobami nowotworowymi. Spożycie pieczywa jest bardzo zróżnicowane i może być rozpatrywane w zależności od regionu, miejsca zamieszkania, wielkości dochodu, typu gospodarstw domowych czy przynależności do określonej grupy społeczno-ekonomicznej. W ostatnich latach dynamika zmian w konsumpcji pieczywa uległa jednak zmniejszeniu.

– Od kilku lat obserwujemy istotne zmiany w modelu spożycia żywności, zarówno ilościowe, jak i jakościowe. Polacy jedzą więcej żywności o wysokim stopniu przetworzenia, ale jednocześnie widać większe zróżnicowanie w hierarchii potrzeb konsumentów, co wiąże się z rozwarstwieniem społeczeństwa, większym zróżnicowaniem oferty towarowej rynku żywnościowego i dopasowaniem jej do realnego popytu. Mówiąc wprost, zamożniejsi świadomie wybierają produkty, jedzą zdrowiej i gotowi są za żywność zapłacić więcej. Uboższa część społeczeństwa z kolei kupuje żywność tańszą, mocniej przetworzoną, przedkładając ilość i cenę nad jakość – przyznaje prof. Bronkowska.

W diecie przeciętnego Polaka bardzo ważną rolę odgrywają produkty zbożowe i ich przetwory. Modyfikacje receptur tradycyjnego gotowego produktu, polegające np. na zwiększeniu udziału błonnika pokarmowego lub obniżeniu indeksu glikemicznego  będą więc miały ogromny wpływ na konstruowanie diet, tym bardziej, że badania nad IG mają znaczenie zarówno dla przemysłu spożywczego, jak i zdrowia człowieka.

– W dobie intensywnego rozwoju, wręcz epidemii otyłości i innych chorób metabolicznych, dość wymienić cukrzycę typu 2, zespół metaboliczny, czy nadciśnienie tętnicze, ważne jest wprowadzenie na rynek łatwo dostępnych narzędzi, mających istotne znaczenie w profilaktyce i niefarmakologicznym leczeniu tych schorzeń – podkreśla prof. Monika Bronkowska i dodaje, że jednym z trendów innowacyjności produktowej jest rewitalizacja, a więc kreowanie popytu na pieczywo tradycyjne i regionalne. Promocja tego typu wyrobów jest jednym z zadań polityki jakości UE.

– Nasz wspólny projekt ma opracować i  wdrożyć receptury nowych produktów o cechach prozdrowotnych, a więc niskim indeksie i ładunku glikemicznym. Poprawa wartości odżywczej i cech funkcjonalnych przyniesie wymierne korzyści dla obu stron, a dodatkowo wpłynie na poprawę jakości życia, a także racjonalizację żywienia mieszkańców Wrocławia i Dolnego Śląska – mówi prof. Bronkowska.

Piwo, jakiego nie było

Kolejny projekt w tegorocznej edycji programu Mozart realizować będzie prof. Joanna Kawa-Rygielska z Katedry  Technologii Fermentacji i Zbóż – we współpracy z Browarem Profesja zaprojektowane zostanie piwo niskoalkoholowe.

– Motorem rozwoju branży piwowarskiej staje się kreatywność. Producenci piwa poszukują nowych produktów, reagują na zmieniające się oczekiwania klientów i potrzeby rynku – mówi prof. Kawa Rygielska, podkreślając, że głównymi kierunkami rozwoju branży są innowacyjność, projektowanie piw niszowych o cechach funkcjonalnych i właściwościach prozdrowotnych, a piwo coraz częściej staje się częścią stylu życia, a jego wybór – wyrazem indywidualności. – Dlatego browarnicy szukają nowych wartości piwa, gatunków, odmian i smaków, nowej jakości. A my postanowiliśmy opracować technologię warzenia piwa rzemieślniczego o obniżonej zawartości etanolu, które miałoby jednocześnie wysokie walory odżywcze i funkcjonalne – dodaje prof. Joanna Kawa-Rygielska.

W odróżnieniu od alkoholi wysokoprocentowych, piwo zawiera sporo witamin i składników mineralnych. Zawdzięcza to przede wszystkim drożdżom i szyszkom chmielowym. Dwa duże piwa pokrywają dwie trzecie dziennego zapotrzebowania na witaminę B3, połowę na magnez, niemal połowę na fosfor, ponad jedną trzecią na witaminę B6 oraz jedną piątą na potas i witaminę B2, a to witaminy z grupy B wpływają na system nerwowy człowieka. Ponadto zawarte w chmielu naturalne składniki jak: α- i β-kwasy (humulony i lupulony), a szczególnie prenylowane flawonoidy (ksantohumol i 8-prenylonaringenina) wykazują różnorodną aktywność biologiczną: przeciwbakteryjną, antyoksydacyjną, estrogenną, przeciwzapalną oraz przeciwnowotworową.  

– Obecnie wśród browarników i piwowarów wiele uwagi poświęca się możliwościom produkcji piwa o obniżonej zawartości alkoholu, co oczywiście wiąże się ze wzrostem świadomości o negatywnym oddziaływaniu etanolu na organizm człowieka. Jednocześnie większość obecnych na rynku „odchudzonych” z alkoholu piw ma ubogie walory smakowe i aromatyczne. Wynika to z procesu dealkoholizacji lub rozcieńczenia gotowego produktu, co pogarsza parametry. My chcemy opracować technologię, która pozwoli zachować te parametry a jednocześnie da nam piwo o obniżonej zawartości alkoholu – tłumaczy prof. Kawa-Rygielska.

Nowa technologia wymagać będzie modyfikacji procesu produkcji piwa na etapie doboru surowców i rasy drożdży, pozyskiwania brzeczki (m.in. procesu zacierania i filtracji) oraz czasu i sposobu prowadzenia fermentacji. Naukowczyni z UPWr i piwowarzy z Profesji zdecydowali się na opracowanie nowego produktu w oparciu o wykorzystanie niekonwencjonalnych szczepów drożdży, co da piwo, jakiego do tej pory na polskim rynku nie było.

Na ratunek rybom (i konsumentom)

Dr hab. Barbara Bażanów z Zakładu Mikrobiologii Katedry Patologii na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej wspólnie z Fish Farm Solutions opracuje mobilne laboratorium dla producentów ryb hodowlanych.

– Akwakultura jest obecnie jednym z najszybciej rozwijających się sektorów produkcji żywności. Połowa wszystkich spożywanych na świecie ryb pochodzi z hodowli. W Norwegii czy Chile hodowla łososi stanowi najważniejszą gałąź gospodarki. Zakładanie hodowli wpływa też na ograniczanie dzikich połowów, w znacznym stopniu przyczyniających się do wyjaławiania mórz i oceanów  – mówi dr hab. Barbara Bażanów i podkreśla, że z jednej strony chów ryb prowadzony jest w warunkach kontrolowanych, co pozwala na otrzymanie wysokiej jakości żywności, ale z drugiej poważnym problemem na farmach np. łososi są infekcje bakteryjne i wirusowe, które powodują znaczne straty w hodowlach.

Wykryte zbyt późno, stają się przyczyną szybko rozprzestrzeniających się epidemii, a brak szybkich metod diagnostycznych powoduje wysokie straty ekonomiczne dla hodowców indywidualnych oraz przemysłu rybnego, wynikające z konieczności likwidacji dużej liczby zwierząt.

– Dlatego chcemy stworzyć szybki i czuły test diagnostyczny – FishSensor, wykrywający najczęściej występujące w hodowlach patogeny. Budujemy małe, przenośne urządzenie, które da nam wynik w ciągu kilku minut. Test będzie tak samo wiarygodny jak obecnie stosowane metody molekularne, ale znacznie czulszy, szybszy i tańszy – tłumaczy dr hab. Bażanów i dodaje, że takie przenośne laboratorium nie tylko pozwoli hodowcom zmniejszyć koszty, ale też daje możliwość zastosowania celowanej terapii w sytuacji zagrożenia.

– Mówiąc wprost, daje to możliwość zmniejszenia zużycia antybiotyków podawanych rybom. Nasz test będzie składał się z czytnika, czyli elektrochemicznego spektrometru impedancyjnego oraz wymiennych testów jednokrotnego użytku. Produkt będzie wdrażany na początku na farmach w Norwegii, bo Fish Farm Solutions współpracuje z tamtejszymi hodowcami. Kolejne będzie Chile, a potem, takie są plany, kolejne kraje i kolejni kontrahenci. Chcemy też realizować kolejne projekty związane z diagnostyką innych gatunków ryb, tj. tilapii oraz owoców morza – krewetek – mówi dr hab. Barbara Bażanów.

Spółka Fish Farm Solutions prowadzi prace badawczo-rozwojowe w dziedzinie biotechnologii, elektroniki, elektrochemii, chemii i elektroniki i współpracuje Politechniką Wrocławską, Uniwersytetem Gdańskim i Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu oraz Polskim Ośrodkiem Rozwoju Technologii i Instytutem Technologii Radiowych. Dr hab. Bażanów zaś przyznaje, że zdobyta przy realizacji tego projektu wiedza na temat diagnostyki i izolacji patogenów ryb pozwoli na rozszerzenie, a nawet wprowadzenie nowych tematów do planu zajęć studentów.

– Biorąc pod uwagę wzrost konsumpcji ryb oraz rozwój ich hodowli w kraju, można założyć, że lekarze weterynarii specjalizujący się w chorobach tych zwierząt, będą w przyszłości pożądani na rynku pracy. Z perspektywy uczelni rozwijanie badań nad wirusowymi chorobami ryb poszerza naszą wiedzę, ale też owocuje lepszym wykształceniem specjalistów, którzy na pewno nie będą mieli problemu ze znalezieniem ciekawej pracy – dodaje dr hab. Barbara Bażanów.

Torowiska pod lupą

W zupełnie innym obszarze będzie realizowany projekt dr inż. Izabeli Wilczyńskiej z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki – razem z Miejskim Przedsiębiorstwem Komunikacyjnym ma za zadanie opracować model oceny torowisk tramwajowych z wykorzystaniem nowoczesnych technik pomiarowych – posłużą one do inwentaryzacji i stworzenia bazy danych wrocławskich torowisk.

– Ta baza danych będzie podstawą do doskonalenia harmonogramu obsługi remonotowo – konserwacyjnej tychże torowisk. Ma to ulepszyć system zarządzania infrastrukturą torową, co jest istotne jeśli miasto stawia na komunikację miejską i chce przekonać mieszkańców do korzystania z niej. By tak było, komunikacja powinna być niezawodna, a to oznacza, że infrastruktura też musi taka być – tłumaczy dr inż. Izabela Wilczyńska.

W pierwszym etapie projektu zaplanowano szczegółową analizę zebranych do tej pory danych dotyczących wrocławskich torowisk. Następnie na wybranym obszarze zostanie wykonana inwentaryzacja torowiska i skrajni za pomocą skanowania 3D oraz pomiary geometrii torów klasycznymi metodami geodezyjnymi i toromierzem. Pomiary zaplanowane są tak, by mogli wziąć w nich udział studenci w ramach przedmiotu „Geodezja inżynieryjna”. Ostatnie dwa etapy obejmują analizę wyników pomiarów i wyników obliczeń, harmonizację danych, ocenę przydatności do projektu a ostatecznie – implementację do bazy danych oraz ocenę stanu wrocławskich torowisk. Rezultatem będą posortowane, usystematyzowane dane z analizy materiałów źródłowych oraz dane z pomiarów, umieszczone w środowisku GIS, umożliwiającym wykonywanie zapytań przestrzennych i wizualizację zinwentaryzowanego podtorza.

– Całość zostanie ujęta w interaktywną przestrzenną bazę danych, która pomoże w bieżącej analizie stanu geometrycznego torów. To z kolei przełoży się na efektywniejsze zarządzanie infrastrukturą torową, bo ci, którzy za to odpowiadają, po prostu będą wiedzieć, jak planować remonty – podkreśla dr Wilczyńska i dodaje, że w ramach projektu będą prowadzone prace nad własnymi rozwiązaniami pomiaru i analizy stanu geometrii torów (z wykorzystaniem czujników wielosensorowych), a w planach jest przygotowanie wniosku patentowego i wzoru użytkowego zastosowanego modelu.

Pomiar gleby i betonu

Prof. Jarosław Kaszubkiewicz z Zakładu Fizyki i Gospodarki Wodnej Gleb razem z Przedsiębiorstwem Doradztwa i Wdrożeń Arcanum będzie pracował nad aparatem do analizy składu granulometrycznego zintegrowanym z systemem zmieniania próbek.

– Z jego pomocą można badać skład granulometryczny gleb, gruntów i innych materiałów sypkich, a więc może mieć zastosowanie w rolnictwie, czy budownictwie – tłumaczy prof. Kaszubkiewicz i dodaje, że w skład granulometryczny to podstawowa właściwość gleby,  podawana na wszystkich mapach glebowych. – Do tej pory skład oznaczano za pomocą metod o dużej pracochłonności, a my proponujemy automatyzację, a więc uproszczenie pomiaru, co oznacza również mniejsze koszty – prof. Kaszubkiewicz przyznaje, że nad Cartesian Gantry System pracuje cały zespół ludzi na uczelni, a ze strony Arcanum inżynierowie odpowiadający za stronę informatyczną, elektroniczną i mechaniczną aparatu.

– Od około 10 lat na rynku dostępne są odpowiednio czułe dynamometry piezoelektryczne. Postanowiliśmy więc wykorzystać je do skonstruowania prototypu, który teraz planujemy „dozbroić”. Od potencjalnych klientów wiemy, że są zainteresowani automatyzacją pomiaru i tak powstała głowica, która przemieszcza się  od próbki do próbki. Teraz oczywiście kluczowe będzie dotarcie z naszym urządzeniem do tych, którzy w swojej pracy wykorzystują badania składu granulometrycznego – mówi prof. Jarosław Kaszubkiewicz, który w projekcie jest odpowiedzialny za teorię i opracowanie algorytmów.

Skład granulometryczny, inaczej nazywany uziarnieniem to po prostu rozkład wielkości ziaren rozdrobnionego materiału. Badanie określa procentową zawartość poszczególnych frakcji w stosunku do ciężaru całej próbki badanej gleby lub gruntu. Jest niezbędne w geologii, gleboznawstwie, rolnictwie m.in. pozwalając określić jakość gleb, w budownictwie, gdzie pozwala ocenić warunki inwestycji, ale też przy produkcji betonu, cementu, czy ceramiki budowlanej, gdzie jest koniecznie do oceny parametrów wykorzystywanego surowca.

W trosce o zwierzęta

Dr Karolina Bierowiec będzie razem ze Stabłowicką Kliniką Weterynaryjną lek. wet. Aleksandra Hamali pracować nad ograniczeniem zakażeń pooperacyjnych – naukowiec z Katedry Epizootiologii z Kliniką Ptaków i Zwierząt Egzotycznych wspólnie z lekarzami weterynarii opracują i wdrożą procedury opieki okołooperacyjnej u zwierząt domowych.

– Chcemy, by opracowane procedury były możliwe do wykorzystania w każdym zakładzie leczniczym dla zwierząt przez lekarzy weterynarii i personel pomocniczy, ale też w warunkach domowych, przez opiekunów pielęgnujących swoich czworonożnych przyjaciół – mówi dr Karolina Bierowiec.

Zabiegi operacyjne to jedne z częściej wykonywanych usług w zakładach leczniczych dla zwierząt. Niestety, są one obarczone ryzykiem powikłań, w tym zakażeń pooperacyjnych, co prowadzi do wydłużenia okresu rekonwalescencji, wiąże się z dodatkowym cierpieniem zwierzęcia, a niejednokrotnie znacznie wzrastają również koszty leczenia.

– Komplikacje często wynikają z zaniedbań po stronie personelu lub opiekuna zwierzęcia, ale żeby tych zaniedbań uniknąć, trzeba je zidentyfikować, określić sposoby, jak ich uniknąć i przekonać specjalistów do tego, by nie tylko sami pamiętali o dobrych praktykach postępowania pooperacyjnego, ale też by potrafili nauczyć prawidłowego postępowania właścicieli zwierząt – dodaje dr Bierowiec

Opracowanie i wdrożenie procedur postępowania w trakcie i po zabiegach operacyjnych ma ograniczyć zakażenia ran, co nie tylko skróci czas rekonwalescencji pacjentów i zmniejszy koszty leczenia, ale wpłynie też na ograniczenie potencjalnego zagrożenia epidemiologicznego.

kbk