Prawie 2 miliony z konkursu Preludium dla doktorantów UPWr

• Aleksandra Tabiś z Katedry Higieny Żywności i Ochrony Zdrowia sprawdzi, czy konserwanty chronią przed enterotoksynami gronkowców
• Daria Marczak z Instytutu Inżynierii Środowiska będzie badać proces degradacji geowłóknin
• Nowa odmiana jabłek – Chopin – to obiekt badań Moniki Słupskiej z Instytutu Inżynierii Rolniczej
• W jaki sposób dodatki do paszy poprawiają odpornść drobiu? Na pytanie odpowiedzi będzie szukał Damian Konkol z Katedry Żywienia Zwierząt i Paszoznawstwa
• Wpływ hydroelektrowni zlokalizowanych na rzece Bóbr na środowisko zbada Paweł Tomczyk z Instytutu Inżynierii Środowiska
• Karolina Sobieraj doktorat realizująca w Szkole Doktorskiej Uniwersytetu Przyrodniczego będzie analizować wpływ parametrów technologicznych procesu kompostowania bioodpadów na efektywność produkcji tlenku węgla – prekursora produkcji biowodoru

1 936 687 złotych zdobyli młodzi naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu w konkursie Narodowego Centrum Nauki Preludium. Jedenaście projektów ma zagwarantowane finansowanie od 128 do 210 tysięcy. Doktoranci w swoich badaniach zajmować się będą badaniami gleby, nowych odmian jabłek, bioflawonoidów, możliwościami wspierania układu immunologicznego, procesami biodegradacji, efektywnością produkcji tlenku węgla w procesie kompostowania bioodpadów, czy analizą obciążeń statystycznych w prognozach mobilności ludzi. Dzisiaj przedstawiamy sześć projektów.

Gronkowiec pod lupą

Aleksandra Tabiś z Katedry Higieny Żywności i Ochrony Zdrowia Konsumenta, w ramach zwycięskiego projektu sprawdzi, czy konserwanty stosowane powszechnie w żywności mogą ochronić konsumentów przed ryzykiem spożycia enterotoksyn gronkowcowych. Młoda naukowczyni UPWr nie ma wątpliwości, że jej badania mogą pomóc wyeliminować gronkowcowe zatrucia pokarmowe.

– Obecnie pomimo stosowania w przemyśle spożywczym nowoczesnych technologii i systemów bezpieczeństwa liczba tych zatruć jest wysoka, a dodatkowo w Unii Europejskiej obecność enterotoksyn gronkowcowych bada się jedynie w produktach mlecznych, mimo że są również powszechne w mięsie – mówi Aleksandra Tabiś i podkreśla, że enterotoksyny te nie tylko powodują zatrucia pokarmowe, ale postuluje się, że mogą przyczyniać się też do rozwoju alergii i chorób jelit.

– A nie chroni nas przed nimi standardowa obróbka produktów mięsnych – dodaje naukowczyni i opowiada, że prowadząc wraz z zespołem badania w laboratorium, już jakiś czas temu odkryła, że dwa powszechnie stosowane konserwanty mogą hamować wytwarzanie gronkowcowych enterotoksyn. – W trakcie dalszych badań planujemy sprawdzić czy środki te zadziałają również w połączeniu z solą peklującą. Jeśli tak, to wyeliminują ryzyko zdrowotne. Dodatkowo zaplanowaliśmy opracowanie wysoce czułej metody pozwalającej na wykrycie nawet bardzo małych ilości enterotoksyn gronkowca w żywności – mówi doktorantka, której opiekunem naukowym jest prof. Jacek Bania.

Geowłókniny a wegetacja roślin

Daria Marczak z Instytutu Inżynierii Środowiska UPWr otrzymała grant na badanie procesów biodegradacji geotekstyliów z włókien naturalnych i dodatków wspomagających wegetację roślin stosowanych w inżynierii środowiska. Badania będą obejmowały m.in. wyznaczanie czasu i stopnia biodegradacji geowłóknin wykonanych na bazie surowców naturalnych zaaplikowanych w warunkach rzeczywistych.

– Geotekstylia są rozwiązaniem często i z powodzeniem stosowanym w inżynierii środowiska. Od niedawna stosuje się je również w rolnictwie i ogrodnictwie jako materiały poprawiające retencję – opowiada Daria Marczak. Podkreśla, że obecnie większość geowłóknin produkowana jest z tworzyw sztucznych, które stanowią zagrożenie dla środowiska. Dlatego trwa poszukiwanie ich naturalnych odpowiedników. Znamy już m.in. geowłókniny na bazie odpadowych włókien roślinnych np. wełny czy lnu.

Daria Marczak chce zająć się zastosowaniem połączenia geotekstyliów z biowęglem i grzybami z rodzaju Trichoderma. Zaplanowane badania prowadzone będą zgodnie z założeniami gospodarki cyrkulacyjnej i wskażą możliwe sposoby zagospodarowania odpadów tekstylnych w szeroko pojętej inżynierii środowiska.

– W zaplanowanych na dwa lata doświadczeniach określony zostanie potencjał biodegradowalnych geowłóknin oraz ich odpowiedników wzbogaconych o dodatki w kontekście poprawy właściwości gleb. Kluczowym etapem będzie określenie rodzaju produktów biodegradacji uwalnianych do środowiska oraz określenie wpływu geowłóknin na wegetację roślin stosowanych na obiektach inżynierskich – mówi naukowczyni UPWr. Opiekunem naukowym jej doktoratu jest prof. Krzysztof Lejcuś.

Część badań realizowana będzie w ramach współpracy międzynarodowej.

Trójwymiarowy model jabłka

Monika Słupska z Instytutu Inżynierii Rolniczej UPWr ma zamiar opracować materiałowy model dla nowej odmiany jabłek Chopin, oparty na Metodzie Elementów Skończonych (MES). Odmiana ta, jest o tyle interesująca, że jej wysoka kwasowość opóźnia procesy dojrzewania, co pozwala na jej długie magazynowanie.

– Niemniej jednak, aby umiejscowić ją na tle innych odmian, niezbędne jest wyznaczenie właściwości mikromechanicznych. W tym celu chcę zaprojektować trójwymiarowe modele jabłek, które bardzo dokładnie odwzorowują zachowanie materiału podczas badań empirycznych – tłumaczy Monika Słupska.

Naukowczyni z Instytutu Inżynierii Rolniczej UPWr dodaje, że celem projektu jest wykonanie modeli na poziomie komórkowym i tkankowym dla poszczególnych etapów dojrzewania owoców oraz wyznaczenie modelu zmiany w ich odporności na różnego rodzaju obciążenia.

– W ramach projektu przeprowadzone zostaną badania właściwości wytrzymałościowych: ścian komórkowych, tkanek i całych owoców. Dzięki temu możliwe będzie m.in. określenie odporności na uszkodzenia w losowo wybranym stadium rozwoju – opowiada doktorantka z UPWr. Opiekunem jej pracy doktorskiej jest prof. Roman Stopa.

Projekt ten może przyczynić się do rozpowszechnienia tej nowej polskiej odmiany jabłek, a badania mogą znaleźć swoją implementację w innych dziedzinach nauki, takich jak inżynieria biomateriałów czy medycyna.

Odporność drobiu, antybiotyki i... lewan

Określenie immunomodulacyjnych właściwości lewanu jako dodatku paszowego dla drobiu – tak zatytułowany jest projekt badawczy, który realizować będzie Damian Konkol z Katedry Żywienia Zwierząt i Paszoznawstwa. Jak tłumaczy młody naukowiec, mamy coraz więcej dowodów na to, że tkanka limfatyczna występująca w obrębie przewodu pokarmowego oraz skład mikroflory jelitowej odgrywają kluczową rolę w rozwoju i funkcjonowaniu układu odpornościowego gospodarza. Jest też substancja, która na te czynniki może wpływać korzystanie – to lewan, produkowany przez bakterie probiotyczne Bacillus subtilis wykorzystywane w żywieniu zwierząt.

– Badaniami związanymi z drobiem zajmuję do początku swojej pracy naukowej. W przypadku doktoratu procesowi biotransformacji poddawałem śrutę rzepakową – z wykorzystaniem właśnie bakterii Bacillus subtilis. I już wtedy zainteresował mnie produkowany przez nie lewan. Stąd wziął się pomysł na ten projekt badawczy – tłumaczy Damian Konkol, który podkreśla, że to na drobiu bada się różnego typu funkcjonalne dodatki paszowe, a w dobie rosnącej antybiotykooporności chorobotwórczych szczepów bakterii, wzmacnianie odporności zwierząt metodami bezpiecznymi i wykorzystującymi właściwości mikroorganizmów GRAS (ogólnie uważanych za bezpieczne) jest też działaniem korzystnym dla człowieka.

– Możliwości redukcji ilości wykorzystywanych w produkcji zwierzęcej antybiotyków to dobry kierunek badań, który z jednej strony oczywiście wiąże się żywieniem zwierząt, dbałością o ich higienę i dobrostan, ale z drugiej ma kolosalne znaczenie dla nas i naszego zdrowia – podkreśla Damian Konkol, ktory nad doktoratem pracuje pod opieką prof. Mariusza Korczyńskiego.

Jak pogodzić ekologów i inżynierów środowiska

Paweł Tomczyk z Instytutu Inżynierii Środowiska będzie dla odmiany badał wpływ hydroelektrowni na środowisko.

– Badania będę prowadził przy sześciu obiektach rozmieszczonych na całym biegu Bóbr, co daje szanse uzyskania całościowego obrazu oddziaływania tych obiektów nie tylko na samą rzekę, ale też m.in. na ryby, plankton, bentos oraz makrofity, w kontekście różnych warunków środowiskowych. Na podstawie tych badań będę mógł opracować komputerowy model hydrodynamiczny, który pomoże oszacować ten wpływ. To rozwiązanie ma potencjał aplikacyjny dla samych hydroelektrowni, ale na razie skupiam się na badaniach podstawowych, a nie wdrożeniach – uśmiecha się Paweł Tomczyk, którego opiekunem naukowym jest prof. Mirosław Wiatkowski.

Młody naukowiec z Instytutu Inżynierii Środowiska nie kryje, że jego badaniami interesują się właściciele elektrowni wodnych, bo szukają rozwiązań przyjaznych środowisku, ale jego partnerami w realizowanym projekcie będą naukowcy.

– Pracując nad pracą inżynierską zajmowałem się badaniem przedsięwzięć z zakresu gospodarki wodnej i ich wpływu na środowisko. Zauważyłem wtedy istotną lukę – nie ma u nas kompromisu między ochroną przyrody a gospodarką wodną. Moim zdaniem to błąd i należałoby opracować rozwiązania, które byłyby przyjazne środowisku, a zarazem uwzględniały interesy społeczne i ekonomiczne – podkreśla Paweł Tomczyk i dodaje, że to trudne zadania, bo każda ze stron ma swoje racje, ale on jednak stara się znaleźć złoty środek. Tym bardziej, że pod koniec 2015 roku na III Międzynarodowej Konferencji Naukowej „Ochrona Środowiska i Energetyka” na Politechnice Śląskiej w Gliwicach dostał nagrodę w kategorii „najciekawsza tematyka” za wystąpienie, podczas którego podał przykłady lokalnych przedsięwzięć z zakresu gospodarki wodnej, na rzece Radew, realizowanych na obszarach Natura 2000.

Biowodór z kompostu?

Analiza wpływu parametrów technologicznych procesu kompostowania bioodpadów na efektywność produkcji tlenku węgla – prekursora produkcji biowodoru – to temat projektu badawczego Karoliny Sobieraj, która doktorat realizuje w Szkole Doktorskiej Uniwersytetu Przyrodniczego. Jej promotorami są prof. Andrzej Białowiec z UPWr i Jacek Kozieł z Iowa State University.

Jak tłumaczy młoda naukowczyni, zazwyczaj tlenek węgla powstaje w wyniku termicznego zgazowania biomasy i bioodpadów, jednak wymaga to dostarczenia energii potrzebnej do wysuszenia tych surowców. Doktorantka zaproponowała zaś kompostowanie jako nową, alternatywną metodę pozyskiwania CO, będącą na etapie badań podstawowych – czyli na pierwszym poziomie gotowości technologicznej.

– Takie rozwiązanie wymaga zwiększenia wydajności wytwarzania CO podczas biologicznego przetwarzania odpadów, a przede wszystkim zrozumienia mechanizmu powstawania tego związku – tłumaczy Karolina Sobieraj. – W swoich badaniach zajmę się poznaniem składu gatunkowego mikroorganizmów biorących udział w tworzeniu CO i ich zdolności do wytwarzania enzymu dehydrogenazy tlenku węgla (CODH) – kluczowego dla reakcji biologicznej konwersji parowej CO zwanej water-gas shift reaction (BMWGS).

Doktorantka tematem zainteresowała się dzięki wcześniejszym badaniom własnym przeprowadzonym w skali technicznej w kompostowni w Rybniku. Stwierdziła w nich, że tlenek węgla pojawia się w różnorodnych warunkach: – Analizowałam przestrzenną dystrybucję CO w pryzmach kompostowych. Zmierzone stężenia tego gazu były bardzo wysokie i znacznie przekraczały oczekiwane przeze mnie wartości. Niestety, zastosowana wtedy metodologia nie pozwoliła mi na poznanie źródeł i warunków, które sprzyjają produkcji tlenku węgla, więc postanowiłam przenieść te badania do laboratorium – mówi doktorantka SD i dodaje, że dodatkowym impulsem okazała się też rozbieżność w literaturze: jej wyniki często stały w opozycji do wyników innych autorów, a źródła pochodzenia tlenku węgla w bioodpadach poddawanych procesowi kompostowania wciąż są przedmiotem spekulacji.

– A istnieje wiele powodów, dla których warto poznać fakty – uśmiecha się Karolina Sobieraj. – Perspektywa wykorzystania pozornie szkodliwego gazu powstającego w procesie kompostowania oraz bakterii obecnych w kompostowanej masie odpadów w reakcji BMWGS dla przyszłej produkcji biowodoru wydaje się obiecująca, pozwalająca na rozwiązanie problemów natury zarówno ekologicznej, jak i ekonomicznej.

Takie nowatorskie podejście sprawi, że proces kompostowania, który na pierwszy rzut oka wydaje się być całkowicie znany i dobrze opisany w literaturze, będzie bardziej atrakcyjny jako metoda przetwarzania odpadów. – Projekt wpisuje się w cele gospodarki o obiegu zamkniętym poprzez wykorzystanie biomasy i bioodpadów jako surowców do produkcji wartościowych produktów, a o takie podejście walczymy w Katedrze Biogospodarki Stosowanej – mówi Karolina Sobieraj.

kbk, mm