pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

ARTYKUŁ NAUKOWY AUTORSKI

Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3) 11

Daniel DUTKIEWICZ Politechnika Koszalińska

Katedra Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego

Systemowe i holistyczne aspekty integrowania wiedzy

dla potrzeb nauczania inżynierii procesowej przetwórstwa spożywczego

Streszczenie

W artykule przedstawiono próbę uzasadnienia celowości stosowania systemowego i holistycznego podejścia do integracji wiedzy w obszarze inżynierii procesowej przetwórstwa spożywczego. Proces integracji następuje wol-niej niż oczekiwania wywołane potrzebami nauczania w szkołach wyższych.

Słowa kluczowe: Inżynieria procesowa, integracja wiedzy, nauczanie, systemowe podejście

Systemic and holistic aspects of integrating knowledge

for teaching of food processing engineering

Summary

This paper presents an attempt to justify the appropriateness of systemic and holistic approach to the integration of knowledge in the field of food processing engineering. The integration of knowledge in this area is not kept pace with the needs of teaching in higher education.

Key words: Food processing engineering, integration of knowledge, teaching, systemic approach

Rozwój wiedzy powoduje jej dezintegrację, stwarzającą szereg istotnych problemów, której jednym z wielu przeja-wów jest powstawanie wąskich specjalizacji. Temu proce-sowi, o wielorakich skutkach, w tym negatywnych, często nie towarzyszy bądź następuje zbyt wolno niezbędna inte-gracja powstałej wiedzy. Zintegrowana wiedza jest szcze-gólnie ważna w dydaktyce. Szybki rozwój technologii w poszczególnych branżach przemysłu spożywczego, wiel-ka różnorodność i liczba rodzajów oraz typów, stosowa-nych w nich maszyn i aparatów, powoduje rozdrobnienie wiedzy i powstawanie w wielu sferach barier trudnych do pokonania. Nauka rozwija się od poszczególnych doświad-czeń do szerokich uogólnień. Podobnie rozwijają się jej dziedziny. Oparte na systemowych i holistycznych prze-słankach, ukierunkowanie integrowania wiedzy sprzyja przyśpieszaniu rozwoju cywilizacyjnego, który według Komisji Europejskiej tworzą: edukacja, badania, innowacje i przedsiębiorczość. W przodujących w tym rozwoju kra-jach w programach kształcenia coraz więcej uwagi jest poświęcane problematyce innowacji i przedsiębiorczości.

Analityczny i dyferencyjny okres rozwoju nauki w wymie-nionej dziedzinie, której rodowód wywodzimy od rzemio-sła, zaś wiedzę opartą na badaniach od sztuki, nastąpił w pierwszej połowie XX wieku. W tym okresie rozpoczął się proces masowego pączkowania od pnia nauki, wcze-śniej tak mocno nierozczłonkowanej, odrębnych gałęzi wiedzy w postaci mono dyscyplin: młynarstwa, piekarnic-twa, mleczarstwa, browarnictwa, przetwórstwa mięsnego i rybnego, owocowo–warzywnego i innych. Wówczas prze-mysł przetwarzania surowców rolniczych tworzył wielki kompleks żywnościowy, stając się jednym z największych na świecie, pochłaniającym ogromne środki inwestycyjne w najbogatszych krajach i tworzącym wielki rynek pracy. Znacznie później różnicowanie wiedzy wywołało potrzebę jej integrowania. W jego wyniku powstaje współczesna

nauka o żywności, która stanowi syntezę wiedzy powstałej w poszczególnych branżach na zasadzie transferu osią-gnięć. Ważną rolę odgrywa również transfer między po-szczególnymi dziedzinami wiedzy, nauką i przemysłem, jak i na odwrót, między pokoleniami oraz różnymi krajami. Rola wyższych uczelni w tym procesie jest ogromna. Ze względu na wciąż jeszcze niski poziom integracji stosowa-nie liczby mnogiej, nauk o żywności, jest bardziej adekwat-ne do rzeczywistości.

Na uwagę zasługuje zgłoszenie dobrze uzasadnianego po-stulatu stworzenia, szczególnie dla potrzeb systemu szkol-nictwa wyższego, polidyscypliny naukowej o nazwie ”Teo-retyczne podstawy technologii spożywczych” oraz opraco-wanie dla nich odpowiedniego podręcznika akademickiego (Panfiłow 2011). Ramy zaproponowanego systemu wiedzy, rozszerzają obecne ramy przedmiotu, mają objąć podsta-wowe procesy przetwórstwa surowców spożywczych w cyklu „od pola do stołu”, czyli poczynając od procesów po zbiorowych, co angielskiemu pojęciu „post harvest handling and food processing”.

W podobny sposób, jak przedstawiono wyżej, z przedmio-tów poświęconych branżowemu maszynoznawstwu, po-wstał przedmiot nauczania, obejmujący zagadnienia inży-nierii procesów przetwórstwa spożywczego, wywodzący się z inżynierii chemicznej i bioprocesowej, nadal mający z nimi ścisły związek. Termin inżynieria ma charakter uogólniający i obecnie jest szeroko stosowany, bowiem w procesie integracji zastąpił pojęcia szczegółowe, daje wyraz dynamicznym zmianom, jakie nastąpiły w przemyśle spożywczym, gdzie procesy technologiczne są już po-wszechnie wykonywane przez maszyny i aparaty, działają-ce najczęściej w sposób automatyczny. Dziesięć lat temu, na konferencji BEMS w Lublinie profesor Janusz Haman, po-mysłodawca powołania Sekcji Maszyn Spożywczych Komi-tetu Techniki Rolniczej PAN, dostrzegł rozwijające się

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

Daniel DUTKIEWICZ

12 Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3)

w świecie nowe kierunki badań, którym nadał zbiorczą nazwę „bioinżynieria”, definiowana, jako inżynieria mate-riałowa surowców pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, ale nie tylko z pola, lecz również z retorty. Dostrzegał już wówczas konieczność łączenia w nauce i dydaktyce ele-mentów podejścia biologicznego, technicznego, ekono-micznego i informatycznego w rozwiązywania problemów stojących przed nauką.

Celem artykułu, zawierającego poglądy i oceny o charakte-rze dyskusyjnym, jest zwrócenie uwagi na konieczność przyśpieszenia wprowadzania w nauczaniu przedmiotu „Inżynieria procesowa przetwórstwa spożywczego” pogłę-bionej i ukierunkowanej integracji i syntez, dokonywanych na systemowych i holistycznych przesłankach, których uzasadnieniem jest nie tylko dynamiczny przyrost wiedzy, jaki nastąpił w ponad 20. wyodrębnianych w Polsce bran-żach przemysłu spożywczego. W piśmiennictwie spotykane są oszacowania, określające krótszy niż dziesięcioletni cykl odnawiania wiedzy w niektórych szybko rozwijających się dziedzinach. W wyniku procesu integrowania wiedzy, szcze-gólnie w podejściu systemowym, podobnie jak w przypadku wcześniej przedstawionej dziedziny, oczekiwać należy po-wstania tzw. efektu systemowego (podobnego do znanego efektu synergicznego), powodującego przyrost większy niż by wynikało z jej prostego dodawania.

Inspiracją do przedstawienia poglądów, dotyczących no-wego spojrzenia na definiowanie celu, zakresu i stopnia szczegółowości wiedzy, podlegającej procesowi integracji w ramach przedmiotu inżynierii procesowej przetwórstwa spożywczego, była tocząca się dyskusja o tych samych pro-blemach odniesionych do nauczania podstaw technologii procesów przetwórstwa w szerokim jej ujęciu. Podejmując próbę definiowania celu ukierunkowania syntez integrują-cych wiedzę, jaką należy przekazywać studentom, posłużę się często spotykanym w Stanach Zjednoczonych Ameryki metaforycznym pojęciem „mapy drogowej”. Z przekazu, jaki to pojęcie zawiera, wynika wskazanie, że nie należy uczyć, jak dojechać do konkretnej miejscowości, bo studiując naj-częściej jeszcze jej nie znamy. Należy nauczyć się głównie korzystania z mapy, dzięki której możemy dojechać do każdego wyznaczonego celu. Zrealizowanie tego trudnego przekazu jest w dydaktyce omawianego przedmiotu jest szczególnie trudne, ale musi być podejmowane, tym bar-dziej, że znane są pomyślne wyniki odniesione w innych dziedzinach.

Do pionierskich pozycji w dziedzinie inżynierii procesów przetwórstwa spożywczego, w których przedstawiono wiedzę na wysokim poziomie integracji, należy podręcznik Singha P. i Heldmana D. „Wprowadzenie do inżynierii spo-żywczej” wydanym w 1984 r. przez Academic Press, Inc. w Stanach Zjednoczonych Ameryki. Przykładem wielkiego znaczenia dla rozwoju badań oraz potrzeb dydaktyki, jaki przynosi scalanie wcześniej niezwykle rozproszonej wie-dzy jest pierwsza w tej dziedzinie monografia Nuri Moh-senina pt. „Właściwości fizyczne materiałów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego”, wydana w końcu lat pięćdziesią-tych ubiegłego wieku w tym kraju. W obszernym podręcz-niku „Podstawy inżynierii przetwórstwa spożywczego” pod redakcją Romeo T. Toledo, wydanym w roku 1981, przyjęto układ treści, w którym występują podziały według różnych

kryteriów: procesów podstawowych, jednostkowych, su-rowcowych, branżowych, fenomenologicznych, zdrowot-nych, nie spełniałby dzisiejszych oczekiwań.

W wydanym przed dziesięciu laty w Polsce podręczniku „Inżynieria procesowa i aparatura przemysłu spożywcze-go” zespołu autorów pod redakcją profesora Piotra P. Le-wickiego, przeznaczonym dla studentów wydziałów tech-nologii żywności i techniki rolniczej uniwersytetów przy-rodniczych i politechnik, odnajdujemy wiele elementów syntetycznego podejścia w integracji wiedzy. Znajdujemy w nim również wyżej wspomniany efekt systemowy. Auto-rzy, zgodnie z obecnie powszechnie wyrażanymi pogląda-mi, wychodzili z założenia, że nauczanie przedmiotu opie-rać się winno na syntezie teoretycznych podstaw proce-sów. W ramach podstawowych procesów przedstawiano typowe dla przemysłu spożywczego jednostkowe, nie od-nosząc się do specyfiki poszczególnych branż ani rodzajów przetwarzanych surowców. Przez to spełniono niektóre postulaty, które odnoszono do sposobu integrowania wie-dzy w ramach proponowanego przedmiotu ”Teoretyczne podstawy technologii przetwórstwa spożywczego”. Dawno temu przyjęcie, jako kryterium podziału wyposażenia tech-nologicznego, pojęcia procesu podstawowego, umożliwiło daleko idące uogólnienie procesów, występujących we wszystkich branżach przemysłu spożywczego. Fizyczna i fizykochemiczna istota procesu podstawowego jest nieza-leżna od rodzaju przerabianego surowca i uzyskanych pro-duktów a także od rodzajów dostarczanej energii (Lewicki 2005). Korzyści ze stosowanego od początku lat dwudzie-stych ubiegłego wieku, systemowego podziału wyposażenia technologicznego według realizowanych procesów podsta-wowych są ogromne. Szczególnie wówczas, kiedy uzmysło-wimy sobie ogromną różnorodność występujących surow-ców i liczbę ponad dwóch tysięcy rodzajów maszyn i aparatów oraz tysiące ich typów.

Przyjmując, jako bazę odniesienia wymieniony polski pod-ręcznik, składający się z 20 rozdziałów w czterech czę-ściach, powyższy cel, moim zdaniem, zostałby bardziej przybliżony, gdyby rozszerzono go o poniższe zagadnienia. M.in.: rozszerzenie zakresu wiedzy o wielostronnym zna-czeniu i wykorzystywaniu poznanych właściwości fizycz-nych surowców i produktów w oparciu o przykłady. Wła-ściwości te, w ujęciu statycznym i dynamicznym, tworzą bazę danych, wykorzystywanych nie tylko do obliczeń w procesie projektowania, konstruowania i modelowania, ale stanowią podstawę wynalazków i sposobów działania maszyn i aparatów, co w podręcznikach nie znajduje od-powiedniego odzwierciedlenia. W tym przejawia się zna-czenie aplikacyjne badań naukowych, które warto zobra-zować przykładami dróg tworzenia nowych sposobów realizowanych w maszynach i aparatach. W praktyce, z którą spotykamy się najczęściej, wynalazki powstają w twórczym procesie myślowym kojarzenia elementów, znajdujących się w dwóch zbiorach: znanych właściwości fizycznych przetwarzanych surowców i możliwych do za-stosowania rozwiązań konstrukcyjnych (struktur), pocho-dzących z różnych, najczęściej znanych źródeł. Rzadziej zdarza się, że wynalazki powstają również w drodze przy-padku. Nietypowym przykładem z mojej dziedziny zainte-resowań może być wynalezienie sposobu otwierania ostryg. W trakcie badań, dotyczących skutków stosowania

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

ARTYKUŁ NAUKOWY AUTORSKI

Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3) 13

wysokich ciśnień (rzędu 500 MPa) na przeżywalność bak-terii, okazało się, że pod takim ciśnieniem muszle się otwie-rają (Dutkiewicz 2006). W dobie mechatroniki, w naucza-niu ważnym staje się rozwijanie umiejętności myślenia kreatywnego, stanowiącego podstawę wynalazczości. Ba-dania podstawowe, nazywane również poznawczymi, i stosowane, dotyczące właściwości fizycznych surowców i produktów spożywczych, powinny znacznie wyprzedzać praktyczną działalność innowacyjną, która się na nich opie-ra. Warto jednak przypomnieć, że występujące w wielu krajach zjawisko ucieczki do tzw. badań podstawowych, Komisja Europejska nazwała „paradoksem europejskim”, a na marginesie, którego, jeden z naszych ministrów nauki powiedział „Nie ma badań podstawowych i stosowanych, są tylko badania dobre i złe”. W referacie wygłoszonym na kon-ferencji, zorganizowanej przez Akademię Rolniczą w Lubli-nie w 1984r., od której zapoczątkowana została obecna na-zwa Konferencja Budowy i Eksploatacji Maszyn Spożyw-czych (BEMS), znajduje się do dziś aktualne przesłanie o znaczeniu badań właściwości fizycznych surowców i pro-duktów. Ale dziś nie ma priorytetów opartych na dobrych pomysłach. Pozostaje wiedza. Gruntowna wiedza, którą trzeba zdobywać samemu, bo tylko tak zdobyta wiedza, jest źródłem rzeczywistego, praktycznego postępu. Doświadcze-nie uczy, że rozwój nauki warunkuje rozwiązanie problemu żywnościowego świata (Haman 1989).

Procesy syntezy i integrowania wiedzy spowodowały, że coraz częściej zróżnicowane rodzajowo surowce i pro-dukty spożywcze są rozpatrywane w ujęciu holistycznym i systemowym, co wyraża się w traktowaniu ich, jako sys-temów, ponieważ składają się z mnóstwa specyficznych struktur, elementów i sposobów ich powiązań, czyli stano-wią zbiór elementów, znajdujących się we wzajemnych związkach między sobą, tworząc pewną całość, jedność. W ujęciu systemowym, ważnymi właściwościami fizycz-nymi są stany ich skupienia, które w „czystej” postaci wy-stępują, jako stan stały, ciekły i gazowy, a w nich znajdują się ingredienty. Heterogeniczne (niejednorodne, dysper-syjne) systemy składają się z kilku faz lub ingredientów oddzielonych jeden od drugiego powierzchniami rozdziału, które przechodząc przez nie zmieniają się skokowo. Do takich niejednorodnych systemów sprowadza integracja wiedzy: mięso, ryby, owoce, zboża, zawiesiny, emulsje, piany, pyły i inne. Do rozdziału na składniki takich syste-mów jak i systemów jednorodnych, wykorzystywanych jest wiele ich właściwości fizycznych (cech) i różnorodnych zjawisk fizycznych, chemicznych oraz biochemicznych, które umożliwiają tworzenie sposobów realizowanych przez wyposażenie technologiczne zakładów przetwórstwa spożywczego (maszyny i aparaty oraz reaktory).

Kolejnym zagadnieniem, do którego proces integracji sys-temowej jest niezbędny i przez wielu od dawna już do-strzegany, jest podział wyposażenia stosowanego w prze-twórstwie spożywczym według uogólniających cech (kry-teriów) klasyfikacji, wychodzących poza branżowe opłotki. Wielka różnorodność surowców, procesów podstawowych i jednostkowych, rodzajów, typów wyposażenia oraz wy-stępowanie wielu cech podziału, tworzonych w zależności od potrzeb, komplikuje zasady klasyfikacji. Do tego uwzględ-niać winniśmy, że w dłuższych odcinkach czasowych nie-które cechy ulegają zmianom. Sam podział staje się w coraz

większym stopniu złożony i rozbudowany, nieraz nie nadą-ża za rozwojem już stosowanego wyposażenia technolo-gicznego. Powstają urządzenia, w których w jednej struktu-rze realizowane są jednocześnie procesy o charakterze fizycznym, chemicznym i biologicznym, noszące znamiona zarówno maszyn jak i aparatów. Obserwujemy powstawa-nie struktur o złożonym charakterze hybrydowym z ce-chami sztucznej inteligencji. Zarysowane w skrócie zagad-nienia nie znajdują wciąż jeszcze odpowiedniego wyrazu w stosowanych klasyfikacjach, o czym świadczy analiza piśmiennictwa. Wielkie zmiany nastąpiły od czasu wpro-wadzenia w latach dwudziestych ubiegłego wieku klasyfi-kacji elementów zbioru, tworzącego system wyposażenia technologicznego, dzielonego według realizowanych pod-stawowych i jednostkowych procesów.

W procesie nauczania omawianego przedmiotu, stosowa-nie metody polegającej na nabyciu umiejętności przepro-wadzania systemowej analizy funkcjonalnej, strukturalnej, parametrycznej, kinetycznej i kinematycznej, odnoszonej do poszczególnych elementów wymienionego zbioru, przy-niosłoby efekty porównywalne do korzyści odnoszonych z umiejętności posługiwania się wspomnianą „mapą dro-gową”. Analiza, jak i synteza, są najogólniejszymi metodami rozpoznawania struktur i zjawisk oraz ich przetwarzania. Dzięki nabyciu umiejętności analizy polegającej na rozu-mowej rozbiórce złożonej struktury, która odnosić się mo-że do każdego bytu materialnego i myślowego, stworzone-go przez człowieka, a więc również maszyny lub aparatu, rozwijane jest myślenie abstrakcyjne, umożliwiające od-rzucenie składowych drugorzędnych i wyodrębnienie z rozpatrywanych struktur tych istotnych z ujawnieniem wewnętrznych związków między nimi. Głęboka analiza maszyny bądź aparatu powinna doprowadzić do odpowie-dzi, obecnie nie zwraca się na nią należytej uwagi, jakie właściwości surowca zostały wykorzystane dla stworzenia sposobu, według którego one działają. Przytoczone argu-menty uzasadniają celowość wprowadzania do podręczni-ków przykładów takich analiz, nawet kosztem ograniczenia liczby omawianych w nich elementów systemu.

Struktura, określa urządzenie i charakteryzuje się wzajem-nym rozmieszczeniem i określonym powiązaniem funkcjo-nalnym jego części składowych, może stanowić system, składający się z wydzielonych podsystemów według reali-zowanych przez nie funkcji: załadunku surowca, wyładun-ku produktu, napędu wraz przekładniami, transportu we-wnątrz urządzenia, organów lub narzędzi roboczych, ste-rowania, wszelkiego rodzaju zabezpieczeń, przyrządów pomiarowo – kontrolnych, systemów mycia i innych, wy-stępujących w analizowanej maszynie lub aparacie. Ze względu na specyfikę przedmiotu nauczania szczególna uwaga powinna być zwrócona na syntezę zróżnicowanych narzędzi (organów) roboczych przeznaczonych do bezpo-średniego energetycznego oddziaływania na przetwarzane surowce ich strukturę i wpływ na środowisko. Analiza po-legająca na wydzielaniu z całości podsystemów, którymi są zespoły mechaniczne i układy elektryczne, rozwija umie-jętność kojarzenia i identyfikacji funkcji ze strukturami je realizującymi, a tym samym zrozumienie sposobu działa-nia. W niektórych wydanych zagranicą podręcznikach z omawianej dziedziny spotkałem syntezy, w których na początku przedstawiano najczęściej stosowane zespoły:

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

Daniel DUTKIEWICZ

14 Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3)

narzędzia robocze (przykładowo noże różnego rodzaju), środki transportu i inne składowe, traktowane jak w przed-miocie nauczania „Części maszyn” śruby, nakrętki, wały, łoży-ska itp., a dopiero potem, jako ich syntezę prezentowano przykłady rozwiązań konstrukcyjnych wybranych maszyn i aparatów.

W erze mechatroniki, wiedza o zasadach analizy parame-trycznej urządzeń i procesów przemysłu spożywczego, w których stosowane są maszyny i aparaty z cechami ogra-niczonej, sztucznej inteligencji, odgrywa istotne znaczenie dla niezbędnej już współpracy specjalistów z różnych dzie-dzin. Jakość i doskonałość produkcyjna były kluczem do konkurencyjności w końcowych latach ubiegłego wieku, a obecnie, w wieku mechatroniki, najważniejszą rzeczą stała się interdyscyplinarna umiejętność rozwoju nowych wyrobów.

Stanowi to wyzwanie dla szkolnictwa wyższego. W sytuacji skracania ilości wykładów specjalistycznych, przestawiane są odpowiednie do niego programy, wypracowywane wła-sne koncepcje, doktryny i komputerowe bazy wiedzy. Z obserwacji zmian treści, zakresu i form przekazywania wiedzy, dotyczącej inżynierii procesów przetwórstwa spo-żywczego, zawartej w wielu podręcznikach i prowadzonej w dłuższym odcinku czasu wynika, że stały proces jej róż-nicowania i rozdrabniania jest zbyt wolno równoważony wychodzącą naprzeciw tendencją integrowania.

Literatura

1. Dutkiewicz D., Dowgiałło A. 2006. Wykorzystanie wła-ściwości fizycznych surowców rybnych w rozwoju mechani-zacji ich obróbki. Inżynieria Rolnicza, 7. 2. Haman J. 1989. Właściwości fizyczne surowców a pro-blemy projektowania maszyn spożywczych. Zeszyty Proble-mowe Nauk Rolniczych, 355. 3. Lewicki P. 2005. Inżynieria procesowa i aparatura prze-mysłu spożywczego. Wydawnictwo Naukowo – Techniczne, Warszawa. 4. Panfilow W. A. 2011. Theory of food Technologies as the knowledge system. Izwiestija KGTU, Naucznyj Żurnal, 21. 5. Singha P. i Heldmana D. 1984. Wprowadzenie do inżynierii spożywczej. Academic Press, Inc.

Daniel Dutkiewicz Politechnika Koszalińska

Katedra Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego daniel.dutkiewicz@tu.koszalin.pl