Факторы воздействующего начала.

1.1. Температура теплоносителя. Установлено, что процесс сушки про-текает быстрее при повышении температуры теплоносителя. (КузнецоваМ.А. и Рыбачук И.З., 1993). При этом большое влияние на интенсивность процесса теплоотдачи оказывает разность температур теплоносителя и высушива-емого материала – температурный напор (Сакун В.А.,1969). Но для каждого типа сырья, для каждого вида сырья, структуры биологически активных ве-ществ в сырье, существуют свои оптимальные и предельно допустимые зна-чения температуры теплоносителя в зависимости от термоустойчивости сырья при сушке (табл.9) (Яковлев Г.П. и др.,1999; Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З.,1993).

1.2. Скорость движения, удельный объем и объем поступившего теплоносителя. Сырье, за исключением эфиромасличных, быстрее сохнет при повышении скорости движения теплоносителя (Яковлев Г.П. и др.,1999). При увеличении удельной подачи нагретого воздуха увеличивается не только скорость сушки, но также уменьшается и неравномерность сушки по толщи-не. При недостаточной подаче теплоносителя может происходить отпотева-ние и увлажнение верхних слоёв сырьевой массы, увеличивается время суш-ки, что приводит к снижению выхода сухой массы и содержания действу-ющих веществ (Сакун В.А.,1969).

Удельную подачу теплоносителя рекомендуется начинать с 1000 куб.м./ т.час и в динамике по мере подсушивания сырья уменьшать до 400 – 500 куб.м./т.час (Сакун В.А.,1969).

При проектировании и устройстве сушилок необходимо просчитывать

и согласовывать предельно допустимые размеры сушильной камеры с одной

стороны, с возможностями котельной установки по выработке теплоносителя

(по максимальной температуре и объёму). То есть, образно выражаясь, как по своим габаритам человек подбирает себе одежду и обувь, также должны рассчитываться размеры сушильной камеры в зависимости от возможностей котельной установки в генерировании теплоносителя и потребностей в нем сырья.

1.3.Экспозиция. При сушке травы в естественных условиях можно различать два основных периода: физиологический и биохимический. В пер-вый период протекают процессы, характерные для живых клеток: главным образом происходит удаление свободной влаги. Интенсивность сушки зави-сит от такого биологического фактора, как условия транспирации влаги живыми растениями. У скошенных растений лишённых притока питательных веществ из внешней среды, но не потерявших способность к синтезу, проис-ходит распад в основном мобильных углеводов – крахмала и сахара, исполь-зуемых в процессе дыхания. В результате в этот период теряется не более 5 – 6% сухого вещества. При влажности 60-65% для бобовых и 45-50% для зла-ковых трав происходят необратимые изменения коллоидов плазмы и клетки растений отмирают - начинается второй, биохимический период сушки. В этот период резко возрастают окислительные процессы, приводящие к нео-братимому распаду веществ. Влага, находящаяся в связанном состоянии, удаляется очень медленно. Листья уже не являются органами транспирации и, следовательно, не способствуют удалению влаги из стеблей. Влага от цен-тра к поверхности движется медленно. Увеличивать скорость испарения вла-ги из стеблей можно механическим раздавливанием стеблей, пропуская через плющилку.

Второй период в несколько раз (5 -8) продолжительнее первого. В ре-зультате длительного действия окислительных ферментов сильно снижается биологическая ценность трав. Потери питательных и действующих веществ достигает 50%, а каротина теряется до 90% (Сакун В.А..1969). Для того, что-бы предотвратить огромные потери питательных веществ и витаминов, нуж-но сократить до минимума продолжительность второго периода сушки, а это возможно лишь в результате применения искусственной сушки. Но общая биологическая закономерность – максимальное снижение времени сушки (экспозиции) – как решающее условие сохранения питательных и действу-ющих веществ у всех видов сырья относится ко всем видам сушки, в т.ч. и тепловым ( Сакун В.А.,1969).

Установлено ( Казарин М.П., 1967), что время сушки значительно сокращается при применении агротехнических приёмов плющения и воро-шения.

1.4.Толщина слоя сырьевой массы. В отношении толщины слоя сырьевой массы мнения исследователей расходятся. В работах Яковлева Г.П. и др., (1999) показано, что сырье за исключением эфиромасличного, раскладывают тонким слоем и регулярно переворачивают, при этом, однако, стремятся не увеличивать степень измельчения. Эфиромасличное сырье сушат довольно толстым слоем 10 – 15 см, чтобы предотвратить испарение эфирного масла.

По утверждению Кузнецовой М.А. и Рыбачук И.З (1993), чем тоньше слой сырья, тем процесс сушки идет быстрее, т.е. при одной и той же общей

массе, чем выше общая площадь соприкосновения поверхности тканей сырья с теплоносителем, тем процесс сушки идёт быстрее. Это связано с физиоло-

гической особенностью живых тканей. Просыхают сначала поверхностные ткани и на место испарившейся влаги, поднимается влага из внутренних тка-ней.

По мнению Сакун В.А.(1969) для каждого вида растительного сырья имеется своя оптимальная толщина сырьевой массы и зависит от следующих

теплообменных свойств сырья: теплоёмкости сырья, теплопроводности и температуропроводности сырья, и скважности сырьевой массы.

В бывшем совхозе «Шафрановский» Альшеевского района Республики Башкортостан траву пустырника пятилопастного сушли при толщине сырь-евой массы 70 см.

В ООО «Травы Башкирии» плоды рябины обыкновенной (красной) в

кистях сушат при толщине сырьевой массы 40- 50см, а ягоды рябины черно-плодной без кистей, при толщине сырьевой массы 25-30 см.

1.5. Относительная влажность теплоносителя и условия массообмена

при сушке. При удалении влажного окружающего воздуха из сушильной камеры процесс сушки ускоряется (Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З.,1993). Удаляют влажный воздух из сушильной камеры сквозным проветриванием или с помощью принудительной вентиляции. Опыт ООО «Травы Башкирии» показывает, что естественное, сквозное вентилирование эффективно в сухую, теплую погоду. Во влажную и холодную погоду используют принудительную вытяжную вентиляцию. Удаляют влажный окружающий воздух, который ис-паряется из сырья, методом цикличных выбросов. Вытяжной вентилятор дол-жен быть достаточно мощным, чтобы сократить время выброса влажного окружающего воздуха из сушильной камеры, с тем чтобы не понизить темпе-ратуру в сушильной камере в холодное время.

2.Особенности объекта сушки, влияющие на характер техноло-гического процесса сушки.

2.1. Термоустойчивость сырья. В зависимости от структуры биологи-чески активных веществ, для каж-дого вида сырья существуют свои предель-но допустимые параметры нагрева сырья в процессе сушки, скорости движе-ния теплоносителя и подачи удель-ного объёма теплоносителя, так называ-емые показатели термоустойчивости сырья при сушке. Не превышение пре-дельно допустимых параметров термо-устойчивости сырья при сушке позво-ляет консервировать сырье не только с минимальной потерей действующих веществ, но в некоторых случаях даже улучшать эти показатели (Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З., 1993; Яковлев Г.П. и др.,1999; Кучеров Е.В. и др.,1989).

Таблица 6

Термоустойчивость лекарственного растительного сырья в зависимости от

структуры биологически активных веществ. (Кузнецова М.А.и Рыбачук И.З.,1993)

Как видно из таблицы 6 в зависимости от структуры биологически

активных веществ и типа сырья температурный режим и скорость движения

теплоносителя различна. При более низкой температуре сушат эфиромаслич-

ное сырье (30÷35 ºС) с умеренной подачей теплоносителя и довольно тол-стым слоем 10-15 см, чтобы предотвратить испарение эфирного масла. Сердечные гликозиды сушат при температуре 40÷45ºС с хорошей вентиля-цией – такой режим позволяет быстро инактивировать ферменты, разруша-ющие гликозиды. Сырье содержащее алкалоиды сушат при температуре до

50 ºС. Сырьё имеющие в своем составе фенолгликозиды, дубильные веще-ства, сапонины сушат при температуре сырья до 50÷60 ºС с хорошей венти-ляцией. При более высокой – флавоноиды, витамины (70÷80 ºС) с хорошей вентиляцией. Но при наличии в сырье и других биологически активных веществ температура сушки корректируется и по их термоустойчивости. Например, соцветия пижмы и цветки боярышника содержат флавоноиды и эфирное масло. сушат их при температуре не выше 40 ºС, с тем чтобы не ис-парились эфирные масла .(Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З.,1993).

2.2. Влажность сырья. На быстроту сушки, при определенной темпе-ратуре, влияет начальная влажность растений (Сакун В.А.,1969). Содержа-ние влаги в растении может варьировать, как в течении одного дня, так и между последующими днями в зависимости от температуры и влажности воздуха; скорости ветра; содержания поверхностной влаги в почве и её влаго-емкости; близости грунтовых вод и структурного состояния почвы; рельефа местности произрастания растения (северный или южный склоны) и особен-ностей сформировавшегося экологического типа растений ( по мезофитному или ксерофитному) и т.д.

Практический опыт и результаты исследований свидетельствуют о том,

что даже небольшое снижение влажности сырья, приводят к значительному увеличению производительности сушильных агрегатов. Так, при снижении

первоначальной влажности травы лишь на 5% (с80 до 75%), производи-тельность типовых сушилок увеличивается примерно на 30% (Сакун В.А., 1969). Поэтому многие сборщики собирают траву в самое жаркое время суток.

В связи с этим довольно широкое распространение находит прием под-

вяливания травы перед сушкой. В хорошую солнечную погоду 2-3 часа под-вяливания дают снижение влажности на 10-12%. Однако нельзя забывать при этом о потерях действующих веществ, которые за этот же период доходят до

10% (Сакун В.А.,1969).

Изначальное содержание влаги влияет и на величину выхода сухого

сырья. Чем больше влаги было до сушки, тем меньше выход сухого сырья и

наоборот. (Ивашин Д.С. и др.,1983). Анализ таблиц 7, 8, 9 наглядно это

подтверждает.

Таблица 7

Сравнительные данные содержания влаги в различных морфологических группах сырья. (Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З., 1993).

Таблица 8.

Выход воздушно-сухого сырья после сушки для различных

морфологических групп, %.

2.3. Влагоотдающая способность сырья. По отношению к воде выделяют три экологические группы растений.

Гигрофиты – растения водные и увлажнённых местообитаний, неустой-

чивые к засухе.

Ксерофиты - растения засушливых местообитаний, способные в про-цесссе развития хорошо приспосабливаться к атмосферной и почвенной засухе.

Мезофиты – растения, обитающие в среде со средним уровнем обеспе-

ченности водой. К этой группе относится большинство растений умеренного

климата.

Для настоящих ксерофитов характерен или мощный кутикулярный слой для защиты от испарения или очень высокая концентрация клеточного

сока, с высокой вязкостью протоплазмы. Развит механизм защиты устьиц от

лишнего испарения.

Для гигрофитов характерна низкая концентрация клеточного сока, большие размеры клеток, с тонкостенными оболочками, со слабым разви-тием механических тканей.

Многие механизмы устойчивости растений к дефициту влаги, харак-терные для ксерофитов, в той или иной степени представлены у растений мезофитов. Водный дефицит в растениях мезофитах на ранних этапах развития может также вызвать явление ксероморфизма, когда в строительстве растительного организма мезофитов начинают преобладать ксерофитные признаки. Поэтому различные виды растений в зависимости от располо-жения в экологических группах по отношению к водообеспечению, одни и те же виды в зависимости от условий произрастания, будут оказывать различное сопротивление при сушке и скорость отдачи влаги будет разной.

2.4. Особенности морфологических групп сырья. Различные органы растений объединённые в морфологические группы сушат при разных режи-мах и по разной технологии.

Почки содержат смолы, поэтому их сушат длительное время в про-хладном, слегка проветриваемом помещении. В теплом помещении они рас-крываются и сырье получается некачественное.

Кора по сравнению с другими частями растений содержит значительно

меньше влаги. Сушат её на открытом воздухе или под навесом, а на ночь для

предохранения от росы и дождя заносят в помещение. При сушке на воз-духе кора ,вследствие окисления в ней дубильных веществ, почти всегда становится более тёмной и даже буро-красной.

Листья для сушки раскладывают в 2-3 слоя, а крупные, например мать-и-мачехи, поодиночке.

Цветки сушат в хорошо проветриваемых помещениях, на бумаге или

упаковочном материале. Раскладывать их следует максимально тонким сло-ем, чтобы не приходилось перемешивать; при перемешивании они сверты-вают лепестки, часто темнеют, осыпаются, приобретают неестественный

цвет. Готовое сырье должно состоять из цельных цветков или соцветий естественного цвета, со свойственным им запахом и вкусом.

Травы сушат также, как листья и цветки. Высушенное сырье должно

состоять из листоносных и цветоносных частей растения с недлинными стеб-

лями и без них. Присутствие цветков в сырье обязательно, так как наличие их

указывает на своевременность сбора и облегчает определение подлинности

собранных растений. Высушенные травы должны иметь присущие им цвет, вкус и аромат.

Корни и корневища, клубни и луковицы сушат на воздухе, в хорошо проветриваемых помещениях или в сушилках при невысокой температуре.

Для ускорения сушки и предупреждения образования плесени крупные

корневища и корни ( аира, валерианы, лопуха и другие) разрезают вдоль на

две-три части.

Сочные плоды в сушилках вначале сушат при низкой температуре,

постепенно повышая её до 65 ºС, так как при быстром повышении темпера-

туры плоды трескаются, сок вытекает и сырье становится непригодным.

Плоды шиповника, напротив, сушат в начале кратковременно при темпе-ратуре 80-100 ºС с увлажнением, а затем досушивают при 50-60 ºС.

Такой режим обеспечивает максимальное сохранение в них витамина С, а

также внешнего их вида. После сушки сырье перебирают ещё раз, удаляя

потемневшие, плесневелые, недозрелые, подгоревшие плоды и примеси.

Готовое сырье должно состоять из цельных, не сбитых в комки плодов со

свойственным им цветом, запахом и вкусом, без посторонних примесей.

Сухие плоды и семена содержат небольшое количество влаги, которая

в значительной степени теряется ещё до обмолачивания, поэтому их необхо-

димо досушивать в сушилках, проветриваемом помещении или на воздухе.

(Валентинова Н.И. и Спиридонов В.Ф., 2003).

Сырье многих видов высыхает неравномерно. У трав листья высыхают

значительно быстрее, чем стебли, у листьев – пластинки быстрее, чем череш-ки и толстые жилки. Сушить сырье необходимо до тех пор, пока не высохнут самые толстые, сочные части.

Чтобы сырьё просохло равномерно со всех боков, его постоянно или

периодически перемешивают. При этом оно крошится и осыпается. Особенно

это заметно у травы, где в первую очередь осыпаются лепестки цветков, цветки, мелкие листья и обломки листьев, более тонкие и нежные части травы. Поэтому, если конструкция позволяет, на дно сушилки надо подсти-лать брезент и сырье собирать.

Окончание сушки определяется органолептически, на ощупь, Сушка

считается законченной, когда корни, корневища, кора, стебли не гнутся при

сгибании, а ломаются, листья и цветки растираются в порошок; сочные плоды, сжатые в кулаке, не сминаются в комок и не мажутся.(Яковлев Г.П.

и др.,1999; Валетинова Н.И. и Спиридонов В.Ф., 2003).

3. Модифицирующие влияние условий внешней среды в процессе сушки.Известно, что чем выше потенциал сушки, тем выше способность воз-

духа поглощать влагу. При полном насыщении воздуха влагой потенциал

сушки равен нулю (Сакун В.А.,1969). В зависимости от погодных условий

температура и влажность наружного воздуха в процессе сушки могут ме-

няться, т.е. погода может оказывать модифицирующее влияние на процесс сушки. Опыт ООО «Травы Бащкирии» показал, что чем выше температура окружающего воздуха и ниже её относительная влажность, тем выше рента-бельность технологического процесса сушки.

4. Человеческий фактор.Повышение требований к технологии про-цесса сушки, предъявляет повышенные требования к квалификации обслу-живающего персонала. С одной стороны появляются более современные ус-тройства контроля качества процесса сушки, с другой стороны динамичнее стала жизнь. И как сказал один директор заготконторы, перефразировав вождя народов: «Беда приходит не тогда, когда люди начинают путать Бабеля с Бебелем, а Гоголя с Гегелем, а тогда, когда они начинают путать технологию сушки пустырника, с технологией сушки тысячелистника».

Повысить адаптивность технологии сушки к термоустойчивости сырья помогает применение системы автоматического регулирования (САР) проце-сса сушки. Основная цель – поддержание оптимального режима сушки,

обеспечивающего наилучшие качественные показатели высушенного мате-

риала при максимальной интенсификации процесса и минимальном расходе

энергии на единицу веса испарённой влаги. Получить наилучшие показатели

процесса сушки можно путём постоянного контроля и регулирования основ-ных параметров процесса – температуры и влажности теплоносителя, темпе-

ратуры и влажности сырья, скорости теплоносителя, экспозиции сушки, т.е. компьютерного моделирования и контроля процесса сушки.

Имеется ряд заготовителей, которые используют компьютерные техно-логии контроля процесса сушки лекарственного и пищевого растительного сырья. Но при этом они сталкиваются с отсутствием научно обоснованных числовых показателей по параметрам сушки для конкретных видов сырья, которые необходимо вводить в программу компьютера и подбирают их по на-итю, эпиративно. Необходимо отметить, что реальные числовые показатели должны быть привязаны к кинетике процесса сушки, т.е. они должны быть динамично меняющиеся в зависимости от особенностей термодинамики ха-рактерных периодов сушки.

Лекция № 4. Контрольные вопросы.

1.Какие существуют основные виды сушки лекарственного растительного

сырья?

2.Какие преимущества и недостатки комбинированного метода естественной

сушки?

3.Какие существуют способы тепловой (искусственной) сушки ЛРС по

способу нагрева теплоносителя?

4.Из каких узлов состоит конструкция стационарной конвективной сушилки

и какая взаимосвязь между объёмом сушильной камеры и мощностью

котельной?

5. Каким агротехническим требованиям должна соответствовать работа

стационарных сушилок?

6. Какой принцип работы конвективной сушилки?

7. Какой принцип работы кондуктивной сушилки?

8. Какой принцип работы сушилки при нагреве сырья инфракрасными

лучами?

9. Какой принцип работы сублимационной сушилки?

10. Какой принцип работы сушилки при нагреве сырья токами высокой

частоты (ТВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ)?

Рекомендуемая литература.

1. Атлас лекарственных растений России.- М.:ВИЛАР,2006. -351с.

2. Валентинова Н.И. и Спиридонов В.Ф. Каталог лекарственных растений.

-М.: Наука и кооперативное образование, 2003. -216с.

3. Ивашин Д.С., Катина З.Ф., Рыбачук И.З. и др. Справочник по заготовкам

лекарственных растений. -4-е изд., испр. и доп. –К.: Урожай, 1983. -296с.

4. Казарин М.П. Улучшить использование оборудования для производства

травяной муки. //Техника в сельском хозяйстве, №7, 1967. –С.18-27.

5. Кузнецова М.А., Рыбачук И.З. Фармакагнозия: Учебник, -2-е изд., пере-

раб. и доп. –М.: Медицина, 1993. -448с.

6. Кучеров Е.В., Лазарева Д.Н., Десяткин В.К. Лекарственные растения Баш-

кирии: их использование и охрана. -Уфа: Башк. кн. изд-во, 1989. -272с.

7. Надежкин С.Н.,Кузнецов И.Ю. Прогрессивные способы заготовки кормов

(рекомендации). –Уфа: Изд-во БГАУ, 2007.-12с.

8. Сакун В.А. Сушка и активное вентилирование зерна и зеленых кормов.

-М.:«Колос», 1969. -176с.

9. Яковлев Г.П., Блинова К.Ф. и др. Энциклопедический словарь лекар-

ственных растений и продуктов животного происхождения//Учеб. посо-

бие. – СПб.: Специальная литература, 1999. -407 с.