Растений».
Лекция 4. Тема «Сушка сырья лекарственных и пищевых
В фармацевтической и пищевой промышленности России наиболее простым и экономичным методом консервации сырья , обеспечивающим
сохранность биологически активных и полезно-хозяйственных веществ
является сушка (Ивашин Д.С. и др.,1983).
Механизм консервации при сушке основан на удалении внеклеточной
и клеточной влаги с целью замедления процесса взаимодействия биологи-
чески активных веществ с ферментами, которые без воды инактивируются
(Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З.,1993).
Влага находится в растении в свободном и связанном состоянии. Сво-
бодная вода сохраняет все свойства чистой воды: подвижность, активность,
способность испаряться и замерзать, растворять различные вещества. Связан-
ная вода (химически, адсорбционно, капиллярно, осмотически) в той или иной степени утрачивает эти свойства, труднее испаряется и замерзает, обла-
дает меньшей активностью и реакционной способностью. Связанная вода удаляется из сырья значительно труднее, чем свободная (Яковлев Г.П. и др.,1999).
Сушка – с точки зрения термодинамики, это процесс взаимодействия
влажного материала (лекарственного растительного сырья) и теплоносителя
(нагретого воздуха), с технологической точки зрения – процесс удаления жидкости из растительного материала (обезвоживание) (Сакун В.А.,1969; Яковлев Г.П. и др.,1999).
1. Методы сушки сырья. Используемые в настоящее время методы сушки лекарственного растительного сырья и трав народной медицины мно-гими авторами (Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З.,1993; Яковлев Г.П. и др., 1999) делится на две группы:
1.1Естественная (без искусственного нагрева):
а) воздушно-теневая, осуществляемая на открытом воздухе, но в
тени, под навесами, на чердаках, в специальных сушильных сараях
и воздушных сушилках;
б) воздушно-солнечная, под открытым небом или в солнечных сушилках.
1.2 С искусственным нагревом, или тепловая.
Воздушно-теневая сушка используется для сушки листьев, трав и цветков. В простейших случаях сырье для сушки раскладывают под навесами
или в специальных сушильных сараях. Однако предпочтительнее осуществ-лять сушку в специально оборудованных воздушных сушилках или чердаках.
(Фото 5).
Воздушные сушилки оборудуют стеллажами с рамами, на которое натянуто редкое полотно или металлическая сетка.(Фото 6).
Фото 5. Воздушно – теневая сушилка Предпринимателя Шамиева В.Ш.
Сушка чаги. Республика Башкортостан, Мишкинский р-н, с.Измарино, 2009г.
Фото 6. Воздушно-теневая сушилка Рыбье-Слободского ПО «Загото-
витель» Республики Татарстан. Сушка рябины, 2009г.
Имеется и другой способ, когда натягиваются струны из бельевой веревки или металлические провода в защитной оплетке и на них развеши-ваются небольшие венички.(Фото 7).
Фото 7. Воздушно-теневая сушилка ПО «Заготовитель» Алексеевского
района Республики Татарстан. Сушка трав, 2008 г.
Биохимические процессы в собранном сырье в первое время протека-ют, как в живом растении. Затем в связи с прекращением поступления влаги и питательных веществ процессы обмена сдвигаются в сторону распада. Если сушка производится при температуре не денатурирующей ферменты, то ре-акции лизиса продолжаются и в ходе сушки до достижения достаточного обезвоживания сырья. Клеточные оболочки теряют свойства полупроница-емости, ферменты начинают воздействовать на действующее вещество. У растений изменяется цвет, теряется запах, вкус. Кроме того, на влажном сырье, особенно когда оно сложено толстым слоем и самосогревается, ин-тенсивно размножаются микроорганизмы (бактерии,грибы и пр.), что приво-дит к его загниванию. Если даже это не произошло, значительно снижается выход воздушно-сухого сырья после сушки, за счёт явлений лизиса. Чем быстрее сушится сырье при воздушно-теневой сушке, тем лучше его качес-тво. Воздушно-теневой сушке подвергают окрашенные части растений (траву, листья, цветки) независимо от химического состава, а также другое сырье (кора, подземные органы, плоды) содержащие в своем составе гликозиды, алкалоиды, эфирные масла (Ивашин Д.С. и др.,1983).
Воздушно-солнечная сушка – применяется для неокрашенных частей
растений ( коры, корней, корневищ и других подземных органов, плодов,
семян), содержащих сапонины, дубильные вещества, полисахариды, органи-ческие кислоты, которые, как правило, почти не повреждаются под влия-нием солнечной радиации.
К преимуществам воздушно-солнечного метода сушки относится более
быстрое обезвоживание, чем при воздушно-теневой сушке, но многие авторы
Яковлев Г.П. и др.,1999; Ивашин Д.С. и др.,1983) отмечают повреждающее
действие солнечных лучей при длительной сушке на пигменты листьев, цвет-
ков и травы и он мало пригоден в дождливый период ( Кузнецова М.А. и Рыбачук И.З.,1993).
Комбинированная сушка применяется в основном на травах. Кратко-временно (день или два) трава подвяливается в воздушно-солнечной сушил-ке и досушивается в воздушно-теневой сушилке. Во избежание увлажнения сырья на ночь его необходимо убирать в помещение или укрывать плотной тканью. При этом трава находящаяся на солнце в течении 1-2 дней не выго-рает и почти полностью сохраняет листья и соцветия (Надежкин С.Н., Кузне-цов И.Ю.,2007). Комбинированная сушка позволяет уменьшить негативное влияние условий внешней среды на качество сырья, но является более хло-потным и трудоёмким. Возможности естественного способа сушки весьма ограничены, так как находятся в зависимости от погодных и климатических условий.
Тепловая сушка обеспечивает быстрое обезвоживание и может исполь-зоваться при любых погодных условиях, в любых районах заготовок и для любых морфологических групп сырья.
В зависимости от способов подачи тепла к влажному сырью различают следующие способы тепловой сушки: конвективный, кондуктивный (кон-тактный), радиационный, электрический (токами ВЧ и СВЧ), молекулярный (сублимационный) (Сакун В.А.,1969).
Конвективный- тепло, необходимое для нагрева сырья и испарения из нее влаги, передается ему конвекцией от движущегося газообразного носи-теля-агента сушки (нагретый воздух). Последний не только передает тепло сырью, но также поглощает и уносит испаренную из него влагу.
Кондуктивный (или контактный) – способ сушки, при котором обьект сушки (сырье) находится в соприкосновении (контакте) с нагретой поверх-ностью и получает тепло непосредственно от нее путем кондукции (тепло-проводности). Сушку влажных материалов кондуктивным способом можно производить как при нормальном атмосферном давлении воздуха, так и в ваккуме. Чем больше ваккум, тем ниже температура кипения воды и тем
интенсивнее испарение из сырья влаги. При давлении 75 мм рт. ст. темпе-ратура кипения воды ровна 30º С. Скорость сушки в ваккум-сушилке возрас-тает с увеличением ваккума и повышением температуры высушиваемого материала. Недостатком кондуктивного способа сушки является то, что он не обеспечивает равномерного нагрева материала: слой материала, соприкаса-ющийся с нагретой поверхностью, нагревается, в то время как слои, распо-ложенные дальше от поверхности, слабо нагреваются и медленнее просуши-ваются.
Радиационный способ- тепло к влажному материалу подводится в виде
лучистой энергии. Радиационную сушку можно подразделить, по мнению
некоторых авторов (Сакун В.А.,1969), на естественную (солнечными лучами)
и искусственную (инфракрасными лучами).
Сушка инфракрасными лучами, излучаемыми генераторами инфракрас-ного излучения (специальными электролампами, керамическими и металли-ческими панелями, нагреваемые электротоком или газом) характеризуются высокими тепловыми напряжениями, возникающими у облучаемого мате-риала (в 30-70 раз больше, чем при конвективной сушке),в результате чего создается значительный температурный градиент, препятствующий переме-щению влаги из толщи материала к поверхности. Необходимо прерывистое облучение, при котором в период облучения происходит быстрый нагрев и обезвоживание поверхности материала, а в период отволаживания – переме-щение влаги от внутренних слоев материала к наружным. Расход электро-энергии не менее 1,5 кВт час на 1 кг испарённой влаги (Сакун В.А.,1969).
Сублимация (или молекулярная сушка) производится в условиях глу-бокого ваккума ( 1,0-0,1 мм рт.ст.). Процесс происходит следующим образом: вначале теплота, необходимая для испарения влаги, отнимается от высуши-ваемого материала, вследствие чего его температура значительно снижается и оставшаяся в нем влага самозамораживается и выходит на поверхность в виде кристалликов льда; в дальнейшем при подводе тепла извне происходит испарение льда, т.е. непосредственное превращение его в водяные пары, минуя жидкую фазу. Молекулярная структура материала при этом полностью сохраняется. Широкого применения сублимационная сушка не получила вследствие низкой производительности сушилок, сложности оборудования и высокой стоимости сушки.
Электрическая сушка токами высокой частоты (ТВЧ) или сверхвы-сокой частоты (СВЧ) производится следующим образом. Материал явля-ющийся диэлектриком, помещается в поле ТВЧ или СВЧ между двумя пла-стинами (обкладками конденсатора). Его молекулы поляризуются и приво-дятся в колебательное движение, сопровождающееся трением частиц и на-гревом материала. Выделившаяся в результате нагрева и испарения влага
удаляется вместе с поглотившим ее воздухом. Так как нагрев начинается в центре, температурный градиент совпадает с градиентом влажности, уси-ливая миграцию влаги к периферии. Нагрев материалов в поле ТВЧ и СВЧ происходит очень быстро (в течении нескольких секунд) и равномерно по всей толщине, но способ не находит широкого применения вследствие боль-шого расхода электрической энергии (свыше 3 кВт ч на 1 кг испарённой влаги).(Сакун В.А., 1969).
Из вышеперечисленных способов сушки наибольшее распространение получил в хозяйствах конвективный способ сушки. Конвективная сушка осу-
ществляется в сушилках периодического или непрерывного действия. Су-шилки могут быть стационарные или переносные. Стационарные сушилки
устанавливаются в хозяйствах, где выращиваются лекарственные растения или в крупных заготовительных пунктах.
Конструкция стационарной конвективной сушилки состоит из следую-щих основных узлов: котельной установки или топки (в ней образуется теплоноситель); сушильной камеры (в ней протекает технологический про-цесс сушки – теплообмен между теплоносителем и сырьем); охладительной камеры. Источником энергии в котельной или топке для нагрева теплоно-сителя могут выступать электричество, природный газ, жидкое или твердое топливо. Теплоносителем из котельной установки могут быть вода, пар или нагретый воздух.
Сушильные камеры могут быть напольными или стеллажными. Завод-ские стационарные сушилки снабжаются электрическими термометрами для контроля температуры теплоносителя и сырьевой массы, а также звуковой и световой сигнализацией , извещающей о повышении температуры сверх за-данного предела .
Режим сушки в сушилках конвективного типа характеризуется следу-
ющими основными параметрами:
- температурой максимального нагрева сырья в процессе сушки;
- температурой теплоносителя, подаваемого в сушильную камеру;
- временем пребывания сырья в нагретом состоянии (экспозиция сушки);
- скоростью движения и объёмом подачи теплоносителя;
- относительной влажностью теплоносителя.
Работа стационарных сушилок должна отвечать следующим агротех-ническим требованиям:
- во всем объёме сушильной камеры должна быть одинаковая скорость сушки; допустимая неравномерность сушки ± 1% (при конечной влажности
15%), а допустимая неравномерность нагрева сырья 3-4 ºС;
- относительная влажность отработанного теплоносителя должна быть
не более 65-75%, а температура сырья, вышедшей из охладительной камеры, не должна превышать температуру наружного воздуха более, чем на 10-15ºС.
Ухудшение качества сырья, вышедшего из сушилки, свидетельствует о
нарушении оптимальных значений того или иного параметра сушки вслед-ствие конструктивных недостатков, неправильной регулировки или неис-правности сушилки (Сакун В.А.,1969).
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 4.1 4.2
Влажное
сырье Сухое сырьё
2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2
Рис. 1. Модель технологического процесса сушки лекарственного растительного сырья в зависимости от факторов воздействующего начала (теплоносителя), особенностей объекта сушки, модифицирующих условий внешней среды в процессе сушки, во время охлаждения сырья и его хранения, а также человеческого фактора.
Технологический процесс сушки лекарственного растительного сырья в зависимости от совокупности меняющихся естественных условий наиболее
достоверно отражает следующая модель (рис. 1).
Для большей дифференциации и конкретизации факторов оказывающих влияние на интенсивность и качество тепловой сушки их можно подразделить на 4 следующие группы:
1. Факторы воздействующего начала.
1.1. Температура теплоносителя.
1.2. Скорость движения теплоносителя, удельный объем и объем
поступившего теплоносителя.
1.3. Экспозиция.
1.4. Толщина слоя сырьевой массы.
1.5. Относительная влажность теплоносителя и условия массообмена
в сушильной камере.
2. Особенности объекта сушки, влияющие на характер технологического процесса сушки.
2.1. Термоустойчивость сырья.
2.2. Влажность сырья.
2.3. Влагоотдающая способность сырья.
2.4. Особенности морфологических групп сырья.
3. Модифицирующие условия внешней среды в процессе сушки, во
время охлаждения сырья и его хранения.
3.1. Температура.
3.2. Влажность.
4. Человеческий фактор.