Biotehniška fakulteta je v celotnem obdobju delovanja zapisana uporabnim vedam o življenju. Če nekoliko parafraziramo Nejca Zaplotnika, na Biotehniški fakulteti ne pozabljamo, da smo kljub vsem strojem še vedno del narave. Pomembno je, da je Biotehniška fakulteta tudi družbeno odgovorna fakulteta. Strokovnjaki in diplomanti BF pokrivajo dve proizvodni verigi; gozdno lesno verigo in agroživilsko verigo. S tem se dotikamo vseh prebivalcev in vsebinsko pokrivamo 100 odstotkov ozemlja Slovenije od gozdov, polj, naravne in urbane krajine do zavarovanih habitatov v narodnih parkih in območjih Nature 2000 ter lesene kulturne dediščine. Naši izobraževalni programi in raziskovalno delo obravnavajo številne družbeno relevantne probleme trajnostnega razvoja, od varne hrane, preskrbe s hrano in skrbi za prostor do sobivanja s prostoživečimi zvermi in problematike rabe lesa. Po nekaj letih zatona inženirstvo v Sloveniji in tudi v EU doživlja neke vrste renesanso. Več...
Oglejte si virtualno razstavo Inženirstvo in narava za potrebe 21. stoletja:
1. del razstave >>
Avtorji tekstov: Tomaž Adamič, Tadej Bevk, dr. Dejan Bordjan, izr. prof. dr. Andreja Čanžek Majhenič, doc. dr. Klemen Eler, prof. dr. Maja Jurc, Eli Keržič, doc. mag. Mateja Kregar Tršar, doc. dr. Boštjan Lesar, asist. dr. Petra Mohar Lorbeg, doc. dr. Ilja Gasan Osojnik Črnivec, prof. dr. Hrvoje Petković, dr. Tomaž Pipan, izr. prof. dr. Tomaž Polak, Lara Resman, doc. dr. Mojca Simčič, doc. dr. Dušan Terčič, doc. dr. Filip Vučajnk, Jure Žigon
Urednica: dr. Tanja Potočnik Mesarić
Fotografija: Karel Filip Drobne, Filipa Valenčić
Oblikovanje: Filipa Valenčić
Lektura: mag. Uršula Fujs
Prevod: Multilingual
Spletna postavitev: dr. Tanja Potočnik Mesarić
UL, Biotehniška fakulteta, november 2020
Ta projekt Evropske noči raziskovalcev je financiran s strani Evropske komisije, Marie Skłodowska-Curie Actions. Projekt je prejel sredstva okvirnega programa Evropske unije za raziskave in inovacije Obzorje 2020, št. pogodbe 954337.
Izvedba tega projekta je financirana s strani Evropske komisije. Vsebina publikacije je izključno odgovornost avtorja in v nobenem primeru ne predstavlja stališč Evropske komisije.
Biotehniška fakulteta je v celotnem obdobju delovanja zapisana uporabnim vedam o življenju. Če nekoliko parafraziramo Nejca Zaplotnika, na Biotehniški fakulteti ne pozabljamo, da smo kljub vsem strojem še vedno del narave. Pomembno je, da je Biotehniška fakulteta tudi družbeno odgovorna fakulteta. Strokovnjaki in diplomanti BF pokrivajo dve proizvodni verigi; gozdno lesno verigo in agroživilsko verigo. S tem se dotikamo vseh prebivalcev in vsebinsko pokrivamo 100 odstotkov ozemlja Slovenije od gozdov, polj, naravne in urbane krajine do zavarovanih habitatov v narodnih parkih in območjih Nature 2000 ter lesene kulturne dediščine. Naši izobraževalni programi in raziskovalno delo obravnavajo številne družbeno relevantne probleme trajnostnega razvoja, od varne hrane, preskrbe s hrano in skrbi za prostor do sobivanja s prostoživečimi zvermi in problematike rabe lesa. Po nekaj letih zatona inženirstvo v Sloveniji in tudi v EU doživlja neke vrste renesanso.
Okoljski vidik trajnostnega razvoja se pri našem delu kaže v odgovoru na podnebne spremembe, skrbi za biotsko raznolikost, za trajnostno upravljanje kmetijskih površin, za oblikovanje kulture krajine ter tudi v skrbi za varno hrano in preprečevanje (in sanacijo) onesnaževanja okolja.
Pridelava hrane danes temelji na uporabi dronov, daljinske zaznave z uporabo raznolikih senzorjev, samovozečih kmetijskih strojev, »big data« … Vedno pomembnejša postaja tudi digitalizacija na vseh področjih delovanja. Te tehnologije danes omogočajo, da zagotavljamo prehransko varnost za rastoče svetovno prebivalstvo in ob tem zmanjšamo pritisk na okolje zaradi ciljne rabe fitofarmacevtskih sredstev, gnojil in razvoja novih sort. Primer zmanjšanja uporabe fitofarmacevtskih sredstev je npr. stroj za medvrstno ožiganje plevela. Skrb za varnost hrane se ne konča pri pridelavi, ampak jo nadgrajujemo z različnimi tehnologijami predelave hrane. Tehnologija s 3D-tiskalniki prihaja tudi v naše kuhinje, s plinskim kromatografom s plamensko ionizacijskim detektorjem (FID) na primer pa lahko ugotavljamo vpliv različnih tehnoloških postopkov na tvorbo oziroma spreminjanje maščobnokislinskega profila živila, npr. morebitno tvorbo trans maščobnih kislin pri povišani temperaturi.
Zaradi želje po zdravem bivanjskem okolju se je zelo razmahnila lesena gradnja. Les je edina surovina, ki jo imamo v Sloveniji v relativnem izobilju, kar omogoča razvoj številnih manjših in večjih podjetij. Sodobna gradnja ne bi bila mogoča brez razvoja nove generacije kompozitov na osnovi nanotehnologije, ki med drugim omogočajo, da gradimo vedno višje lesene nebotičnike. Varnost tem strukturam zagotavljajo sodobne rešitve protipožarne zaščite in modifikacije lesa. Pri tem skrbimo, da so posegi v okolje vzdržni, s čim manjšim vplivom na naravno in kulturno krajino. To skrbno načrtujemo – od risbe preko geoinformacijskih rešitev in izdelave maket, znanje pa v najširšem pomenu besede nato prenašamo v prakso.
Okoljski vidik trajnostnega razvoja dopolnjujemo z ekonomsko učinkovitostjo. Z BactoScanom npr. hitreje ugotovimo število mikroorganizmov v vzorcih mleka, kar omogoča, da varno mleko hitreje doseže potrošnike. Gozd prekriva skoraj 60 odstotkov Slovenije in je zato naš najbogatejši naravni vir. S podajanjem znanja novim generacijam, raziskovanjem ter sodelovanjem z deležniki na tem področju zagotavljamo trajnostno rabo gozda. Z napravo Field Map lahko sledimo na primer prirastu gozda in načrtujemo sečnjo za potrebe lesne industrije. Z rastno komoro na primer lahko na drugi strani ugotavljamo vpliv podnebnih sprememb na razvoj lubadarjev in ustrezno načrtujemo gospodarjenje z gozdom.
Navsezadnje je pomembna tudi družbena razsežnost trajnostnega razvoja, ki se pri našem izobraževalnem in raziskovalnem delu izraža v skrbi za korist človeka: od varne hrane do skrbi za prijetno okolje. Vse vidike trajnostnega razvoja dnevno prepletamo in razvijamo z najmodernejšimi tehnologijami ter inženirskimi pristopi.
Hitre spremembe na številnih področjih tehnološkega razvoja so zaznamovale drugo polovico 20. in začetek 21. stoletja. Pričakovati je, da se bo tempo hitrih sprememb še nadaljeval. Spremembe so še posebej hitre na področju tehnološkega razvoja in vplivajo tudi na gospodarjenje z naravnimi viri. Številne rešitve, ki so se nam še pred dvajsetimi leti zdele nemogoče, so danes realnost. Biotehniška fakulteta je s svojim znanjem in raziskavami del teh rešitev ter še naprej prednjači tako v slovenskem kot tudi v mednarodnem prostoru.
prof. dr. Miha Humar, prodekan za znanstvenoraziskovalno delo
Preskus odziva na ogenj
Avtor: doc. dr. Boštjan Lesar Fotografija: Karel Filip Drobne
V zadnjih letih je po statističnih podatkih zaznati poslabšanje požarne varnosti v stavbah. Tako v Sloveniji kot v svetu se povečujeta število požarov in ekonomska škoda, nastala zaradi njih. Požarne lastnosti gradbenih materialov so ključne za zagotavljanje požarne varnosti v stavbah. Les in lesni kompoziti so postali pomemben gradbeni material. V zadnjem času postajajo še posebej pomembni predvsem večji lesni objekti, ker se kot glavni proizvod uporabljajo križno lepljene plošče.
Kljub temu da je les gorljiv material, je njegovo obnašanje v primeru požara predvidljivo. Pri gorenju lesa se sprošča tudi veliko manj dima kot pri gorenju umetnih materialov na osnovi ogljikovodikov, kar omogoča lažjo evakuacijo ljudi v primeru požara. Les lahko obdelamo s protipožarnimi sredstvi in s tem naredimo les težje vnetljiv. V fazi razvoja in med proizvodnjo je testiranje takšnega lesa ključno za zagotavljanje ustrezne zaščite.
Požarne lastnosti lesnih proizvodov so določene glede na njihov odziv na začetni vir vžiga in s požarno odpornostjo elementov konstrukcije s preizkušanjem po standardih. Odziv na ogenj gradbenega proizvoda nam pove, kako proizvod reagira, če je izpostavljen požaru. Skoraj vsi lesni proizvodi se uvrščajo med normalno gorljive gradbene materiale s srednjo stopnjo nastajanja dima. Po standardu je to razred D-s2, d0. Takšen material je primeren za obloge sten, stropov in fasadnih oblog v enostanovanjskih objektih ter na določenih manj izpostavljenih mestih v večstanovanjskih in javnih objektih. Pri javnih objektih na primer takšen material ni primeren za dvorane za več ljudi in na evakuacijskih poteh. Zaradi daljšega časa evakuacije je v takšnih primerih dovoljeno vgraditi le težko gorljive ali negorljive materiale. Če želimo, da les postane težko gorljiv material, ga je treba obdelati z zaviralci gorenja. To lahko storimo z ustreznimi impregnacijskimi sredstvi ali intumescentnimi premazi.
Pri razvoju protipožarnih sredstev oziroma zaviralcev gorenja je treba posamezne rešitve preizkusiti z različnimi metodami. Ena takšnih metod je tudi Preskus odziva na ogenj – Sposobnost vžiga gradbenih proizvodov v neposrednem stiku s plamenom – 2. del Preskus z enim gorilnikom (SIST EN 11925-2: 2011). Metoda je namenjena testiranju vnetljivosti gradbenih materialov. Vnetljivost se preverja s širjenjem malega plamena po navpični površini vzorca ob izpostavitvi plamenu za 15 s oziroma 30 s. Po zaključku izpostavitve zunanjemu plamenu obžgani del ne sme preseči višine 150 mm in vzorec po odstranitvi plamena ne sme samostojno goreti ali tleti. V procesu testiranja se določa tudi količina odpadlih gorečih delcev na filtrirni papir. Metoda se uporablja za testiranje gradbenih proizvodov, ki so razvrščeni v razrede gorljivosti B, C, D in E po standardu SIST EN 13501-1.
Test odziva na mali plamen se glede na namene testiranega gradbenega materiala uporablja tudi za kontrolo kakovosti proizvodnje takšnih gradbenih materialov. V proizvodnji izolacijskih materialov je takšen test treba izvajati dnevno oziroma testiranje prilagoditi velikosti proizvodnje in številu različnih izdelkov.
Na Oddelku za lesarstvo omenjeno metodo uporabljamo za testiranje učinkovitosti protipožarnih premazov za les. Poleg tega metodo uporabljamo tudi pri razvoju izolacijskih materialov na naravni osnovi, pri čemer se preverja vnetljivost omenjenih materialov glede na deleže dodanih zaviralcev gorenja.
Uporabljena metoda: Preskusi odziva na ogenj – Sposobnost vžiga gradbenih proizvodov v neposrednem stiku s plamenom – 2. del Preskus z enim gorilnikom (SIST EN 11925-2: 2011).
Optični tenziometer
Avtor: Eli Keržič Fotografija: Karel Filip Drobne
Les je po naravi hidrofilen material, kar pomeni, da se kapljica na njem razlije in absorbira vanj. To glede uporabe predstavlja eno izmed njegovih negativnih lastnosti, saj lahko vlaženje materiala povzroči spremembe barve, dimenzij, nastanek razpok in omogoča začetek razkroja lesa. Da bi te lastnosti izboljšali, uporabljamo različne metode in tehnike obdelave lesa, s katerimi naredimo površino bolj hidrofobno. Mednje spadajo premazovanje lesa s hidrofobnimi premazi, voski in olji ter različni načini modifikacije lesa. Če se nam na primer po neobdelani lesni površini polije neka obarvana pijača, bo na njej kljub čiščenju ostal madež. Z obdelavo površine lahko ustvarimo bolj hidrofobno površino, zato se tekočina ne vpije takoj in jo je mogoče očistiti. Drug primer je les na prostem, ki ob padavinah absorbira vodo in se tako navlaži. Dovolj vlažen les je dovzeten za okužbe s sporami plesni in gliv, ki najprej vplivajo na estetiko izdelka, kasneje pa lahko povzročijo tudi propadanje lesa. Dodatna težava so tudi razpoke, ki nastajajo pri ponovnem sušenju. Eden od okolju prijaznih načinov za izboljšanje delovanja lesa v zunanjih pogojih je termična modifikacija, ki poveča hidrofobnost površine, zniža se ravnovesna vlažnost ter zmanjša dovzetnost za razkroj. Po drugi strani hidrofilnost lesa omogoča bolj ali manj uspešno površinsko obdelavo, s katero je možno izboljšati nekatere lastnosti lesa. Da lahko nanesemo neki premaz, je potrebna čim bolj omočljiva površina, ki jo lahko dosežemo z brušenjem materiala, modifikacijami površine ter obdelavo s plazmo. Učinke vseh teh obdelav lahko preverjamo z merjenjem kontaktnih kotov tekočin, nanesenih na površino. Prav tako lahko te meritve uporabimo za določanje lastnosti pri snovanju novih kompozitnih materialov.
Naprava na fotografiji se uporablja za preučevanje površinskih pojavov na materialih, ki so v stiku z določeno tekočino. Skupaj s pripadajočo programsko opremo omogoča meritve stičnega kota vode in drugih tekočin z materialom ter izračun proste površinske energije materiala. Prosta površinska energija je dodatna energija, ki je značilna za vsako površino snovi v trdnem ali tekočem agregatnem stanju. Njena prisotnost je posledica delovanja privlačnih sil med osnovnimi gradniki. Znotraj snovi so gradniki razporejeni tako, da se sile med seboj izničijo. Na meji med dvema snovema, torej na stiku dveh površin, je rezultanta sil, ki deluje na neki gradnik na površini, usmerjena v notranjost trdnine ali tekočine. Ker je težnja snovi, da je ta energija čim manjša, se kapljevine oblikujejo v obliko krogle oziroma kapljice. Če kapljica pride v stik z neko trdno površino, se le-ta glede na lastnosti trdnine in tekočine razlije ali ostane v prvotni obliki, temu pravimo omakanje površine. Pri tem pojavu se med snovema ustvari stični kot, ki ga lahko izmerimo in uporabimo kot podatek za določitev omočljivosti površine.
Osnovni princip delovanja optičnega tenziometra je povsem preprost. Na material se nanese kapljica vode oziroma druge tekočine, ki jo želimo testirati. Dogajanje na površini se posname s kamero, nato pa programska oprema analizira slike. Hitre in natančne meritve omogočajo:
- avtomatska pipeta, ki ustvari kapljico z vnaprej določenim volumnom,
- vir osvetlitve nasproti kamere, ki zagotavlja optimalne pogoje za nastanek slike,
- hitra kamera, ki omogoča nastanek 230 posnetkov v minuti, ter
- programska oprema, ki samodejno izmeri kontaktne kote.
Zaradi možnosti nastavitve položaja mizice in pipete je možno testirati materiale različnih oblik in dimenzij.
Obdelava površin s plazmo
Avtor: Jure Žigon Fotografija: Karel Filip Drobne
Plazma poleg trdnega, tekočega in plinastega predstavlja četrto agregatno stanje snovi. To je skupina nabitih, vzbujenih in nevtralnih delcev, kot so elektroni, ioni, atomi, molekule, radikali in fotoni. Snovi v plazemskem stanju so prisotne v naravi (npr. ogenj, sonce in zvezde), a lahko jo ustvarimo tudi umetno, in sicer z ustvarjanjem električnega polja v zraku ali ob prisotnosti določenega plina. Nastanek določene vrste plazme v tehnoloških postopkih je tesno povezan s plazemskimi parametri. Med parametre, ki jih lažje nadzorujemo in uravnavamo, med drugim spadajo lastnosti izmeničnega toka (napetost, frekvenca in oblika signalov), lastnosti in dimenzije obdelanega materiala, sestava plazemskega plina, velikost razmika med izolirano elektrodo in površino obdelovanca, čas izpostavitve materiala obdelavi s plazmo itd.
Na fotografiji je prikazan postopek obdelave vzorca lesa s plazmo, ustvarjeno v zraku pri atmosferskem tlaku. Ob dovajanju električne napetosti v elektrodi pride do generiranja električnega polja v razmiku med elektrodama in posledično do pojava plazemske razelektritve. Poznamo več načinov ustvarjanja plazemskih razelektritev in temu primerno so zasnovane tudi naprave tovrstnih tehnologij. Pri napravi na fotografiji plazmo ustvarjamo v šobi in jo s komprimiranim zrakom skozi šobo usmerimo na površino obdelovanca. Izpostavitev trdnih materialov plazmi povzroči številne spremembe na njihovih površinah. Zaradi zračnega toka, elektrostatskih pojavov in bombardiranja površin trdnih materialov tako lahko pride do ostranitve nečistoč na površini in sterilizacije površin. Nadalje izpostavitev materiala reaktivnim delcem, ki so prisotni v plazmi (ioni, elektroni, molekule), povzroči kemijske spremembe na površinah trdnih materialov. Pri določenih pogojih po obdelavi materialov s plazmo nastanejo tudi spremembe v morfologiji površin, ki so posledica jedkanja površin na mikroskopskem in nanometrskem nivoju. Kemijsko-fizikalne reakcije med površinami materialov in plazemskimi delci lahko povzročijo cepitev kemijskih vezi, polimerizacijo ali oksidacijo. To s pridom izkoriščamo za modifikacijo površin materialov, depozicijo plasti drugih materialov in njihovo funkcionalizacijo pred nadaljnjo obdelavo. Obdelava lesa s plazmo prispeva k povečani prosti površinski energiji površin in posledično k boljši kompatibilnosti površin lesa s polarnimi tekočinami. V tehnologiji to s pridom izkoriščamo na primer pri nanosu tekočih lepil in premazov na površino lesa. Posledica boljše omočljivosti površin lesa je namreč povečana adhezija nanesenih lepil in premazov z lesnim substratom. Tako lahko s plazmo nadomestimo ostale postopke priprave površin lesa pred premazovanjem, kot sta brušenje in nanos temeljih premazov.
BactoScan
Avtor: izr. prof. dr. Andreja Čanžek Majhenič, asist. dr. Petra Mohar Lorbeg Fotografija: Karel Filip Drobne
BactoScan je instrument, ki se uporablja v mlekarstvu in je namenjen neposrednemu štetju bakterij v surovem mleku, s čimer preverjamo njegovo higiensko kakovost. Ta je zelo pomembna, saj nam povišano število mikroorganizmov v mleku sporoči, da je mleko higiensko oporečno. Za higiensko ustrezno velja mleko, ki vsebuje do 100.000 mikroorganizmov v enem mililitru mleka, medtem ko so višje vrednosti pokazatelj slabe higienske kakovosti mleka.
Mleko je ob sintezi praktično sterilno, že v vimenu pa se okuži z bakterijami, ki so pri živalih normalno prisotne. V mleku zdravih krav je število bakterij nizko in te bakterije za ljudi večinoma niso nevarne. Kadar se pojavi vnetje vimena, ki ga imenujemo mastitis, se število bakterij v mleku lahko zelo poveča in te bakterije so lahko tudi patogene za ljudi. Dodatno se mleko okuži tudi med molžo (s površine vimena, iz zraka, krme, blata živali, molzne opreme …) in med shranjevanjem po molži. Mleko je zaradi svoje sestave zelo dobro hranilo za mikroorganizme, zato se v njem lahko hitro razmnožujejo. Razmnoževanje bakterij v mleku lahko upočasnimo tako, da mleko čim prej po molži ohladimo in hranimo pri nizki temperaturi.
BactoScan je hitra (rutinska) metoda, ki deluje po načelu pretočnega štetja celic (pretočne citometrije). Instrument najprej posrka določeno količino mleka in ga obdela tako, da popolnoma razgradi v mleku prisotne sesalske celice in ostanejo v vzorcu le bakterijske celice. Nato z dodatkom posebnega barvila obarva bakterijsko DNK. Vzorec s tako obarvanimi bakterijskimi celicami potuje skozi kapilaro, nato pa v števno komoro v tako tankem sloju, da celice potujejo posamezno, druga za drugo. V števni komori celice osvetli ozek snop laserske svetlobe. Ker so bakterijske celice obarvane z barvilom, ob tem oddajo svetlobo, to zazna detekcijski sistem in jo spremeni v signal. Instrument beleži število posameznih signalov in jih nato preračuna v število bakterij v enem mililitru vzorca mleka. To poteka zelo hitro in v nekaj minutah dobimo rezultat skupnega števila mikroorganizmov v mleku. Hitrost ter majhna poraba materiala in kemikalij za izvedbo analize mikrobiološke kakovosti surovega mleka sta prednost te metode v primerjavi s klasično metodo štetja na trdem gojišču. Prednost preverjanja higienske kakovosti surovega mleka z BactoScanom je tudi v zmogljivosti instrumenta, saj lahko v eni uri preverimo od 150 do 200 vzorcev surovega mleka. Pri klasični metodi dobimo rezultat šele po 72 urah. V sodobnem času je hitro pridobivanje rezultatov izredno pomembno, saj omogočajo rejcem in predelovalcem mleka hitro ukrepanje, da se prepreči gospodarska škoda in s tem zagotavlja finančna stabilnost.
Kako pomolsti kozo in pridobiti kakovostno mleko?
Avtor: doc. dr. Mojca Simčič Fotografija: Karel Filip Drobne
Dvignjeno molzišče je namenjeno strojni molži koz tako, da se pridobi kakovostno kozje mleko in olajša delo molzniku. Molzišče je opremljeno z ustrezno molzno opremo (molzne enote, mlekovod, napeljava za vakuum, zbiralnik in črpalka za mleko, pralni sistem), ki skupaj omogočajo hiter potek molže, pri kateri potrebujemo samo enega molznika ne glede na veliko koz. Dvignjeno molzišče je oblikovano tako, da molznik stoji nižje od koz in se mu pri delu ni treba prepogibati. Mlekovod je popolnoma zaprt sistem potovanja mleka iz kozjega vimena do hladilnega bazena. Mleko tako ne pride v stik s hlevskim zrakom in se ne navzame vonja »po kozah«. Pri prikazanem tipu molzišča molznik dostopa do vimena koz od zadaj, ko koze stojijo druga ob drugi. Skupina 12 koz pride skupaj na molzišče in prav tako skupaj izstopijo ter se vrnejo v boks ali na pašnik. Molzna oprema na molzišču se lahko razlikuje med seboj, vendar je nekaj osnovnih elementov, ki jih imamo v vseh molziščih. Strojna molža deluje po načelu podtlaka. Za ustvarjanje podtlaka se uporablja črpalka, na podlagi podtlaka delujejo molzne enote in pretok mleka. Molzna enota se natakne kozi na oba seska istočasno, potem pa podtlak izmenično stiska levi in desni sesek v sesnih čašah. Molzna enota ima majhno stekleno posodo (kolektor), v katero se zliva mleko iz obeh seskov, potem pa potuje po ceveh mlekovoda do zbiralne posode. V zbiralno posodo priteka mleko iz vseh molznih enot, ki so nameščene na molzišču. Iz zbiralne posode črpalka potiska mleko v hladilni bazen, ki je postavljen v prostoru, ločenem od hleva, kar zagotavlja popolno higieno mleka. V hladilnem bazenu se mleko ohladi na približno 4 °C. Tako mleko lahko počaka tudi do dva dni na odvoz v mlekarno. Molzišče je opremljeno tudi z avtomatskim pralnim sistemom, ki omogoča nadzorovano čiščenje vseh molznih enot, cevi ter zbiralne posode nemudoma po vsaki molži. Za pranje se uporabljajo kislinska in bazična čistilna sredstva. Na ta način preprečujemo kontaminacijo mleka med strojno molžo.
Naprava za merjenje lomne trdnosti in uklona jajčne lupine (Komercialna oznaka naprave: Dinamometer Instron 3342)
Avtor: doc. dr. Dušan Terčič Fotografija: Karel Filip Drobne
Splošni cilj katerega koli selekcijskega programa je usmerjen v končni proizvod, ki mora v kar največji meri ustrezati zahtevam tržišča. Pri reji kokoši si želimo, da bi te znesle čim več za prodajo primernih jajc, da bi za kilogram prirejenih jajc porabile čim manj krme ter da bi bila jajca optimalne kakovosti. Pri številu znesenih jajc po kokoši in tudi pri izkoriščanju krme je bil v zadnjih desetletjih dosežen velik napredek, zato se težišče v selekcijskih programih zmeraj bolj usmerja na kakovost jajc, pri čemer je kakovost jajčne lupine ena od najpomembnejših selekcijskih lastnosti. Pojem kakovosti jajčne lupine se pogosto uporablja kot sinonim za njeno trdnost in označuje sposobnost lupine, da se upre zunanjim silam, ne da bi se pri tem natrla ali počila. Ta lastnost je pomembna tako pri prireji jedilnih (konzumnih) jajc kot tudi pri prireji valilnih jajc. Vsebina jajca je »zapakirana« v jajčni lupini, ki mora zato ostati nepoškodovana, vse dokler to živilo ne doseže potrošnika. Hkrati gre kakovost lupine z roko v roki z valilnostjo piščancev. Med pobiranjem jajc in med njihovim prevozom krhke jajčne lupine zlahka počijo. Zaradi mikrobiološke kontaminacije jajc in velike izgube vode med valjenjem se piščanci iz takih jajc zelo slabo valijo. Nekje od šest do osem odstotkov vseh prirejenih jajc ni mogoče prodati prav zaradi napak, ki se med prirejo oziroma rokovanjem z jajci pojavijo na jajčni lupini. Obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na kakovost lupine: genetika in prehrana kokoši, stres, pojav nekaterih bolezni, raven prireje, klima v hlevu in uporaba neustrezne opreme. Zgodovina uporabe metod za vrednotenje kakovosti lupine je dolga. V splošnem jih delimo na metode, pri katerih ostane jajčna lupina nepoškodovana, ter metode, pri katerih moramo jajčno lupino streti. Drugi način delitve metod za ugotavljanje trdnosti jajčne lupine pozna neposredne metode, pri katerih na lupini merimo lomno trdnost, in posredne metode, ki temeljijo na predpostavki, da so vrednosti, dobljene s posrednimi metodami, povezane z vrednostmi, dobljenimi z neposrednimi metodami. Najbolj znane posredne metode so: določanje specifične mase jajc, nedestruktivna deformacija ter merjenje debeline lupine. Specifična masa jajca nam pove, kakšen je kvantitativen odnos med lupino in preostalimi sestavinami jajca. Razlike v specifični masi med enako starimi jajci se pojavljajo večinoma zaradi variabilnosti v deležu lupin. Pri ugotavljanju specifične mase spuščamo jajce v raztopine kuhinjske soli (NaCl) različnih specifičnih mas (1,060–1,104), dokler ne pridemo do raztopine, v kateri jajce plava. Ko jajce splava na površino raztopine, je njegova specifična masa enaka specifični masi raztopine. Večja kot je specifična masa jajca, večji je delež lupine v jajcu, ta pa je v pozitivni povezavi s trdnostjo lupine. Pri nedestruktivni deformaciji pritiskamo na lupino s silo, ki še ne sproži porušitve lupine, in merimo upogib lupine. Naklon premice, ki prikazuje odvisnost upogiba od uporabljene sile, je merilo togosti jajčne lupine. Naslednji posredni kazalnik trdnosti jajčne lupine je njena debelina. Običajno je lupina najdebelejša na koničastem delu jajca, nekoliko tanjša na topem delu in najtanjša na ekvatorialnem (sredinskem) delu jajca. Debelina jajčne lupine predstavlja povprečje devetih meritev: tri meritve opravimo na ekvatorialnem delu, tri meritve na topem delu ter tri meritve na koničastem delu jajčne lupine. Praviloma sta debelina in trdnost jajčne lupine v tesni korelaciji. A vselej to ne velja. Včasih je lupina sicer debela, vendar porozna, kar pomeni, da struktura lupine ni dovolj gosta in zato tudi ne dovolj trdna. Številne od posrednih metod ne dajejo konsistentnih rezultatov in niso primerne za uporabo na proizvodni ravni. Da bi izboljšali trdnost lupine, potrebujejo genetiki in prehranski strokovnjaki metode, s katerimi lahko natančno in hitro izmerijo veliko jajc. Ena od takih metod je test lomne trdnosti, pri katerem postavimo jajce v vodoravni položaj ter postopoma povečujemo obremenitev, vse dokler jajčna lupina ne poči. Lupina »običajnega« kokošjega jajca zdrži okrog 40 N (= 4 kg) pritiska. Če za porušitev trdnosti jajčne lupine zadostuje manj kot 3,2 kg mase, je jajčna lupina zelo krhka. Hkrati naprava meri uklon (upogib) lupine v trenutku njene porušitve. Večji upogib pomeni manjšo mehansko togost lupine. Poznavanje trdnosti jajčne lupine je v perutninarstvu zelo pomembno, saj omogoča, da s spremembo nekaterih praks oziroma pristopov pri selekciji kokoši ter v menedžmentu jat kokoši izboljšamo kakovost jajčne lupine, torej lastnost, ki je ključnega gospodarskega pomena v prireji jajc.
Plinski kromatograf s plamensko ionizacijskim detektorjem (FID) – Shimadzu Nexis GC-2030
Avtor: izr. prof. dr. Tomaž Polak Fotografija: Karel Filip Drobne
Plinski kromatograf Nexis GC-2030 je najnovejša generacija tovrstne analitske opreme, ki omogoča moderen pristop k analitiki hlapnih spojin. Zasnovan je v okolju, prijaznem za uporabnika, in z veliko različnih inletov ter detektorjev omogoča najrazličnejše analize hlapnih spojin. Plinska kromatografija se uporablja v petrokemiji, farmaciji, kemiji in seveda tudi v analitiki živil.
Plinska kromatografija (GC) je analitska tehnika, ki se uporablja za ločevanje, detekcijo in kvantifikacijo posameznih spojin vzorca. Običajno gre za organske molekule ali pline. Pogoj za uspešno analizo je, da so spojine hlapne, z molekulsko maso pod 1250 Da, ter toplotno stabilne, da v sistemu GC ne prihaja do razgradnje. GC je razširjena metoda v industriji, uporablja se za nadzor kakovosti in tudi v raziskovalne namene. Plinski kromatograf je običajno povezan z različnimi detektorji, ki imajo svoje specifične lastnosti. Naš plinski kromatograf je opremljen z osnovnim plamensko ionizacijskim detektorjem, ki je primeren za določanje vsebnosti ogljikovodikov. Uporabljamo kolono GC dolžine 200 m, primerno za določanje hlapnih derivatov maščobnih kislin. V kombinaciji z masnim detektorjem bi lahko omogočal identifikacijo posameznih spojin analiziranega vzorca.
Kot pove že samo ime, GC uporablja za ločevanje komponent nosilni plin, ki ima vlogo mobilne faze. Nosilni plin namreč omogoča prenos molekule vzorca skozi sistem GC, pri čemer je zaželeno, da ne reagira z vzorcem in ga ne poškoduje.
Vzorec se v plinski kromatograf (GC) vnese z avtomatskim vzorčevalnikom, ki spojine izloči tudi iz trdnih ali tekočih matric vzorcev. Vzorec se vbrizga v dovod (inlet) GC skozi septo, ki omogoča vbrizgavanje mešanice vzorca brez izgube mobilne faze. Na dovod je vezana analitska kolona dolžine 10–200 m iz taljenega kremena ali kovinske cevi, ki vsebuje stacionarno fazo, prevlečeno na notranjih stenah. Analitska kolona je v kolonski pečici, ki se med analizo segreje, na ta način se eluirajo manj hlapne komponente. Na izhodu kolone je detektor, ki se odziva na spojine, ki se iz kolone eluirajo in ustvarijo signal. Signal posname programska oprema.
V analitski koloni se komponente vzorca ločijo z različnimi interakcijami s stacionarno fazo. Zato je treba pri izbiri kolone upoštevati hlapnost in funkcionalne skupine analitov (predvsem polarnost), da se ujemajo s stacionarno fazo. V osnovi imamo polarne in nepolarne kromatografske kolone. V naš plinski kromatograf je vključena 200 m dolga kolona SP-2560, ki nam omogoča podrobno analizo maščobnokislinskega profila živil, predvsem na področju trans maščobnih kislin.
Industrijski bioreaktor
Avtor: prof. dr. Hrvoje Petković Fotografija: Karel Filip Drobne
Laboratorijski bioreaktor zagotavlja optimalne pogoje za gojenje različnih mikroorganizmov tako za potrebe razvoja bioprocesov biotehnološke kot tudi živilske industrije. Laboratorijski bioreaktorji nam omogočajo gojenje različnih mikrobnih kultur ob močnem mešanju in dodajanju zraka, ki zagotavlja dovolj kisika, saj velika večina industrijskih kultur obsega aerobne mikroorganizme. Bioreaktor je opremljen z različnimi merilnimi napravami (sondami), ki nenehno sledijo pomembnim procesnim parametrom, kot so količina raztopljenega kisika, pH-vrednost in pretok dodanega zraka. Med bioprocesom lahko odvzemamo vzorce, ki jim lahko naknadno merimo različne parametre, kot so donos mikrobne biomase, viskoznost kulture, koncentracija ciljnega produkta, in vire hranljivih snovi, kot so sladkorji, aminokisline, količina dušika, fosforja in ostalih komponent gojišč. Pomembno je tudi, da je možno proces, razvit v takšnih bioreaktorjih, sorazmerno hitro prenesti v industrijsko okolje, kjer se volumen bioreaktorjev meri v več 10 ali tudi več 100 kubičnih metrov. Eden od zanimivih mikrobnih proizvodov v živilstvu je tudi mikoprotein, biomasa nitaste glive Fusarium venenatum, ki je vir kakovostnih beljakovin z ugodno proteinsko sestavo in brez nekaterih neželenih snovi v humani prehrani, kot je to npr. holesterol. Torej, mikoprotein je ena od alternativnih sestavin z beljakovinami bogatih živil kot možna zamenjava za meso in mesne izdelke. Beljakovine na splošno so ključno hranilo v prehrani človeka vse od najzgodnejšega obdobja do starosti. Z globalnim naraščanjem števila prebivalcev in spremembami, ki vplivajo na vse večjo omejenost razpoložljivosti tradicionalnih virov beljakovin, poleg alternativnih virov beljakovin rastlinskega izvora iščemo še druge tudi s postopki in procesi, kot je opisan na tem mestu.
Profesionalni 3D-tiskalnik za hrano
Avtor: doc. dr. Ilja Gasan Osojnik Črnivec Fotografija: Karel Filip Drobne
3D-tiskanje je primerna tehnika za učenje strukturnih lastnosti živil in povezovanja fizikalno-kemijskih lastnosti komponent živil (surovin) z želenimi lastnostmi končnih izdelkov. 3D-tisk je vedno bolj uveljavljena tehnika priprave končnih izdelkov po meri potrošnika. 3D-tiskanje hrane je v tujini v preteklih letih postala stalnica tudi vrhunske gastronomije, v Sloveniji pa poznamo le nekaj primerov tovrstne uporabe. Prav tako sta razumevanje in obvladovanje posameznih elementov 3D-tiskanja potrebna pri že dolgo uveljavljenih tehnikah proizvodnje z ekstruzijskimi tehnikami.
Profesionalni 3D-tiskalnik za hrano na Oddelku za živilstvo je namizna izvedba, ki deluje na osnovi iztiskanja (ekstruzije) vseh vrst gostih (pastoznih) zmesi in oblikovanja struktur na osnovi nalaganja materiala po plasteh (FDM/FFF-tehnike). Vsi deli (vključno s polnilnim cilindrom in tiskalno šobo), ki pri tiskanju pridejo v stik z živili, so pralni. Naprava lahko deluje samostojno, saj je vanjo integriran računalnik. Temperirana komora (do 90 °C) s petimi cilindri in avtomatskim izmenjevalcem omogoča enostavno tiskanje z uporabo različnih napajalnih zmesi. Največja velikost izdelka je valj premera 257 mm in višine 110 mm, velikosti šob so 0,8–4,0 mm.
3D-tiskalnik je za nas na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani priložnost, da študentom ponudimo nova znanja in kompetence. Tiskalnik uporabljamo za izobraževanje študentov in razvoj novih oblik živil, zlasti za spreminjanje receptur živil, posameznikom prilagojeno prehrano in za prilagojene oblike uživanja živil.