Спосіб сушіння рослинної сировини, переважно лікарських трав, які містять алкалоїди

Изобретение относится к технике сушки высоковлажного растительного сырья, преимущественно термолабильных листостебельных лекарственных трав, содержащих биологически действующие вещества: алкалоиды, эфирные масла (сесквитерпены) и может быть использовано заготовительными кооперациями, хозяйствами по первичной переработке лекарственных трав при получении сухой формы и дальнейшего применения в медицинской, химической и пищевой промышленности. В качестве объекта сушки выбрана отдельная группа лекарственного сырья, содержащая сесквитерпены (сесквитерпеноиды) в зеленых листьях, соцветиях и стеблях. Биологически действующие вещества (алкалоиды) находятся в чистотеле большом, траве и соцветиях тысячелистника, аира и других травах. Из-за неоднородности химического состава травяной массы в листьях и соцветиях содержится больше питательных веществ, чем в стеблях, и они считаются ценным сырьем идущим на дальнейшую переработку в фармацевтической промышленности. Сухое растительное сырье получают в период бутонизации и соцветия, когда отмечается наибольшая масса зеленой листвы и максимальное содержание биологически ценных веществ. Известен способ, в котором сушка растительного сырья осуществляется постадийно на двух типах сушилок: в барабанной сушилке влажный материал подсушивается и направляется на досушку в конвейерную сушилку, что усложняет технологический процесс. В известном способе на первой стадии сушки используется высокотемпературный теплоноситель, поступающий в барабанную сушилку из топочного устройства, который позволяет снижать температуру до значений, близких к температуре насыщения. После чего он отделяется в циклоне от частично подсушенного материала и направляется в теплообменник для отдачи тепла фазового перехода. Атмосферный воздух, проходя через теплообменник нагревается, смешивается с топочными газами, поступающими из устройства и направляется в конвейерную сушилку в качестве вторичного низкотемпературного теплоносителя. Комбинированное сочетание подсушки воздействием высокотемпературного теплоносителя и досушки при более низких температурах не исключает канцерогенного воздействия теплоносителя на высушиваемую траву и пожароопасность технологического процесса и отрицательно влияет на сохранность биологически действующих веществ, особенно в части касающихся лекарственных трав. Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ сушки травы, включающий стадию измельчения, плющения и термообработки слоя, где на стадии плющения на траву воздействуют электроразрядами переменного тока, а термообработку ведут в два этапа, на, первом из которых используют низкотемпературный подвод тепла при температуре 180 - 250°C, а на втором - высокотемпературный при температуре 400 - 420°C, при этом воздействие электроразрядами на траву ведут в течение 2 - 3с. при высоте слоя не превышающей 15см, а первый этап термообработки ведут в течение 20 - 30см а второй в течение 4 - 7с. Создание исключительно пожароопасных условий проведения плющения и термообработки в известном способе ограничивает его применение в сельском хозяйстве, Воздействие высоких температур на лекарственные травы, содержащие алкалоиды, является недопустимым из-за низкой их термолабильности и необходимости сохранения физико-химического состава растительного сырья. При высокотемпературной сушке лекарственных трав биологически действующие вещества в них разрушаются, частично улетучиваются и биологическая ценность снижается. Возникает вероятность и самовозгорания высушенных листьев. Такой способ сушки удорожает технологический процесс. Каждый вид лекарственных трав, в зависимости от содержания в нем биологически действующих веществ, требует индивидуального выбора режимных параметров сушки, способствующих сохранению биологической ценности высушенного сырья. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа сушки растительного сырья, преимущественно лекарственных трав, содержащих алкалоиды, в котором за счет разделения измельченного растительного сырья на две фракции (стебельную и листовую с соцветием) и раздельной их термообработки встречным потоком воздуха при разных температурах и скоростях обдува обеспечивается высококачественная сушка, достигается сохранность биологически действующих веществ и качество высушенных лекарственных трав удовлетворяет требованиям Госстандарта и Фармакопеи. В предлагаемом способе сушки исключается самовозгорание, обеспечивается безопасность технологического процесса и минимизация потребления тепла и электроэнергии на получение единицы высушенной продукции. Поставленная задача решается тем, что в способе сушки растительного сырья, преимущественно лекарственных трав, содержащих алкалоиды, включающим стадию измельчения сырья и термообработки слоя, согласно изобретению, при измельчении растительное сырье разделяют на две фракции: стебельную и листовую с соцветием, термообработку фракций ведут раздельно встречным потоком воздуха при толщине слоя 300 800мм, при этом сушку стебельной фракции ведут при температуре воздуха 40 - 45°C и скорости обдува 3 - 5м/с в течение 60 - 90 минут после чего ее охлаждают до температуры 15 - 18°C, а сушку листовой фракции ведут при температуре воздуха 35 - 42°C в течение 30 - 40 минут. Структура, химический состав и влажность листьев и соцветий заметно отличается от стеблей. При сушке одновременно листостебельной массы (длинностебельной фракции) наблюдается быстрая влагоотдача листьев и соцветий, в то время как стебли высушиваются в 2 3 раза дольше. В таком случае отмечается пересушивание листьев, их ломкость и самостоятельное отделение, что приводит к порче и самонагреву. Для выравнивания начальной влажности, исключения ее градиента перед сушкой проводят измельчение растительного сырья и разделение на две фракции: стебельную и листовую с соцветием, что позволяет получить более однородный состав растительного сырья подаваемого на сушку. Раздельная термообработка стебельной и листовой с соцветием фракций устраняет неравномерность сушки, ускоряет тепловлагоотдачу, интенсифицирует технологический процесс, на реализацию которого требуется меньшее потребление тепла и энергозатрат по сравнению с известными способами, см. табл.1. Для равномерного прогрева и интенсивного обезвоживания высоковлажного термолабильного растительного сырья ведут раздельную термообработку фракций встречным потоком воздуха при оптимальной толщине слоя, равной 300 - 800мм с созданием локального псевдоожижения по всему живому сечению сушильного объема рабочей камеры. Оптимальная толщина высушиваемого слоя определена экспериментально с учетом полного заполнения сушильного объема рабочей камеры и объемной усадки высушиваемого растительного сырья. Максимальное использование сушильного объема достигнуто также непрерывностью технологического процесса с последующим пополнением влажного сырья. Сушку стебельной и листовой с соцветием фракций осуществляют в мягком режиме, щадящем растительное сырье, т.е. при температуре 40 - 45°C - для стебельной фракции и при температуре 35 - 42°C для листовой с соцветием. При таких режимах сушки лекарственные травы, содержащие биологически действующие вещества типа алкалоидов, эфиро-масличных веществ сохраняют биологическую активность, поскольку растительная клетка при данных температурах не подвержена разрушению и удерживает в постоянном равновесии физикохимический состав и биологическая ценность сухого сырья сохраняется. При температуре свыше 45 - 50°C в стебельной массе высушиваемых алкалоидоносных травах происходит частичное разрушение и потеря действующих веществ, что снижает биологическую ценность растительного сырья. При температуре ниже 40°C - процесс сушки стебельной фракции замедляется, требует большего времени пребывания данной фракции в нагретом продуваемом слое. При сушке листьев с соцветием достаточно поддерживать низкотемпературные режимы 35 42°C, которые определены как наиболее благоприятные для сохранения биологически действующих веществ и химического состава высушенного сырья. Температура нагрева листьев с соцветием выше 42°C допустима, но считается небезопасной, поскольку резко снижаются при этом биологически действующие вещества и выявить их не всегда удается. Более высокие температуры для листовой массы недопустимы по причине быстрого их перегрева, ломкости и деформированного состояния. Обдув встречным потоком нагретого воздуха под слой растительного сырья позволяет равномерно осуществлять фильтрацию слоя, его нагрев и сушку. Температура слоя выравнивается в сушильном объеме рабочей камеры при поддержании стабильного перепада давления и скорости обдува равной 3 - 5м/с. Создание оптимальных условий сушки достигнуто отработкой технологического процесса в различных вариационных режимах. Скорость обдува определена из опытов отработкой технологии в сушилке плотного движущегося сверху-вниз слоя с учетом создания локального псевдоожижения слоя, исключающего застойные зоны при полной продувке и равномерной фильтрации слоя. Скорости обдува для стебельной и листовой фракции определены при выравнивании перепада давлений по толщине высушиваемого слоя. При скоростях обдува меньше 3м/с и равном 2,5 - 2,75м/с отмечается повышение перепада давлений в рабочей зоне, которое стабилизируется при скорости обдува 3м/с. Скорость обдува равная 5м/с, определена из опытов для максимальной толщины слоя 800мм, как допустимый предел, когда высушиваемое сырье не выносится из зоны псевдоожижения, при этом обеспечивается интенсивная фильтрация и продувка слоя. Длительность сушки растительного сырья лимитирована временем пребывания частиц высушиваемой фракции в нагретом продуваемом слое и определена по равновесному влагосодержанию высушенной продукции с окружающей средой, деформированному изменению объемной усадки и ее завершению. Процесс сушки для стебельной фракции длится 60 - 90 минут, а для листовой с соцветием 30 - 40 минут. При сушке более 90 минут стебельная фракция подвержена нежелательному Перегреву, приводящему к структурно-деформированным изменениям. При сушке менее 60 минут влагосодержание высушиваемой стебельной фракции не достигает равновесного состояния, что приводит к слеживанию, образованию плесени и быстрой порчи высушенного сырья. Аналогичные изменения отмечаются и в листовой с соцветием фракции лекарственных трав подверженных недостаточному времени сушки. При сушке более 40 минут из листьев удаляется не только свободная влага, но и связанная, что видоизменяет структуру листа и соцветий, приводит к потерям биологически действующих веществ и ухудшает качество высушенных трав. При высушивании листовой с соцветием фракции менее 30 минут сырье не успевает отдать механически несвязанную влагу и интенсивность тепло-влагообмена замедляется, это также отражается на качество высушенной листовой фракции. Последующее охлаждение высушенной стебельной фракции до температуры 15 - 18°C проводят в течение 10 - 15 минут для снижения ее ломкости, восстановления структурнодеформированного состояния и обеспечения безопасности технологического процесса, устранения лежкости и самовозгорания высушенной травы как стебельной так и листовой с соцветием фракции. Измельчение стебельной массы перед высушиванием обусловлено кондиционным спросом на более мелкую фракцию, удобством расфасовки, применения и хранения в затаренном виде, Предложенный способ осуществляют следующим образом: Берут свежескошенную лекарственную траву, содержащую алкалоиды (сеcквитерпены) типа чистотела большого, травы тысячелистника с соцветием и др. Проводят первичную обработку растительного сырья: отсортировывают некондиционное сырье и посторонние примеси и включения от качественного сырья. После этого траву разделяют на отдельные фракции: стебельную и листовую с соцветием, измельчают длинностебельную массу до необходимой фракции 10 - 30мм или 30 - 100мм и проводят низкотемпературную сушку. На сушку подается длинностебельная либо измельченная стебельная фракция, либо листовая с соцветием с начальной влажностью 50 - 80%. Сушильный объем рабочей камеры сверху загружается перед сушкой высоковлажным растительным сырьем до оптимального уровня толщиной слоя равной 300 - 800мм. После чего рабочая камера с загруженным сырьем прогревается до температуры 40 - 50°C - для стебельной фракции и до 35 - 42°C - для листовой с соцветием посредством направленного под слой встречного потока теплоносителя со скоростью обдува 3м/с под слой толщиной 300мм и 5м/с под слой толщиной 800мм. Теплоносителем служит воздух, нагнетаемый вентилятором и нагретым в калорифере. Поток воздуха с температурой 35 45°C поступает в рабочую камеру снизу-вверх под слой высушиваемого растительного сырья. Противоточное движение теплоносителя при равномерном его распределении под слой создает локальное псевдоожижение слоя по всему живому сечению рабочей камеры и фильтруя слой нагревает его и высушивают. Измельченная стебельная фракция травы при этом высушивается в течение 60 - 90 минут, а листовая масса с соцветием за 30 - 40 минут. С завершением сушки траву охлаждают потоком встречного воздуха до температуры 15 - 18°C. Темп охлаждения 1 1,5°C/мин. За 10 - 18 минут обдува холодным потоком воздуха снимаются структурнодеформированные изменения в растительном сухом сырье, после чего охлажденную продукцию доведенную до равновесного состояния с атмосферным воздухом подают на отлежку в складское хорошо проветриваемое помещение, либо оставляют под навесом с хорошей вентиляцией. Высушенная измельченная либо длинностебельная масса расфасовывается, затаривается и хранится при температуре 12 - 18°C и относительной влажности 40 - 60%. Конкретные примеры реализации предложенного способа. Пример 1. Берут свежескошенную траву чистотела большого с соцветием. Проводят отсортировку качественного сырья от посторонних примесей и включений. Отделяют листья с соцветием от стеблей и проводят раздельно сушку листовой с соцветиями фракции, либо отдельно стебельной. Длинностебельную массу измельчают до фракции 10 - 30мм, либо 30 100мм и подают на сушку. Для этого рабочий объем сушильной камеры загружают сверху высоковлажной листовой с соцветием массой до оптимальной толщины слоя, равной 300 500мм. Начальная влажность загружаемого сырья стебельной фракции в опытах колеблется от Рабочий объем сушильной камеры с загруженным 67 до 80%, для листовой сырьем прогревается до температуры 40 - 45°C при сушке стебельной фракции и до температуры 35 - 42°C - при сушке листовой массы за счет подачи встречного потока нагретого воздуха под слой толщиной 300 - 500мм со скоростью 3м/с и со скоростью 5м/с под слой толщиной 800мм, что обеспечивает его полное прохождение через слой. При этом исключаются застойные зоны. При выравнивании температур по высоте слоя сушку листовой с соцветием фракции ведут в локально-ожиженном слое в течение 30 - 40 минут. Момент завершения сушки сопровождается выравниванием влажностного потенциала сушки приближающегося к равновесному состоянию. Учитывая объемную усадку высушиваемой травы и изменение толщины слоя от 500 до 300 - 250мм при сушке проводят дополнительно пополнение сушильного объема вновь поступившей части высоковлажного растительного сырья, а высушенное листовое сырье охлаждают потоком встречного воздуха до температуры 15 - 18°C. Темп охлаждения 1 1,5°C/мин. обеспечивает снятие и завершение объемной усадки и восстановление структурнодеформированных изменений. Охлажденную высушенную листовую массу с соцветием доведенную до равновесного состояния с окружающей средой направляют на отлежку в складское хорошо проветриваемое помещение не менее чем на 10 - 18 часов, после чего расфасовывают, затаривают и хранят в складских условиях. Сушку стебельной фракции в слое ведут при толщине 300 - 800мм в зависимости от заданной фракции измельчения, стабильном статическом давлении равном 30 - 50Па и температуре 40 - 45°C. Нагретый воздух подается под слой снизу-вверх со скоростью обдува 5м/с, при толщине слоя 800мм и со скоростью 3м/с при толщине слоя 300 - 500мм. Слой интенсивно продувается и высушивается в течение 90 минут для длинностебельной фракции, Сушка измельченной (стебельной) фракции завершается по истечении 60 - 80 минут при толщине слоя равном 500 - 800мм. После чего высушенную стебельную фракцию охлаждают встречным потоком воздуха до температуры 15 - 18°C в течение 15 ми нут и транспортируют на отлежку, а затем расфасовывают, упаковывают и хранят в складских условиях при температуре 15 - 18°C и относительной влажности воздуха 40 - 60%. Трава чистотела большого в сухом виде сохраняет биологически действующие вещества, соответствует требованиям предъявляемым ГОСТом и Фармакопеей XI, является ценным сырьем для использования в фармацевтической промышленности. Качество высушенной продукции определено контрольно-аналитической лабораторией Укрфармации и подтверждается протоколами испытаний и данными технологических результатов приведенных в таблице. Пример 2. Берут свежескошенную траву тысячелистника с соцветием и отделяют листья с соцветием (цветами корзинками) от стебельной массы. Стебельную массу измельчают до фракции 30, либо 100мм. После чего отдельные фракции подвергают сушке. Для этого в рабочую камеру сушилки загружают сверху стебельную фракцию тысячелистника с влажностью 50 - 70% до оптимальной толщины слоя равной 500мм и прогревают рабочий объем сушилки с загруженным сырьем до температуры 40°C. Воздух нагнетаемый вентилятором нагревается в калорифере и подается снизу-вверх в рабочую камеру со скоростью 5м/с, что обеспечивает полное его прохождение через слой и исключает застойные зоны. Сушку ведут в локальноожиженном слое в течение 60 минут, затем стебельную фракцию охлаждают до температуры 15°C в течение 10 минут и транспортируют на отлежку. После чего расфасовывают, упаковывают и хранят в складских условиях при температуре 15 - 18°C и относительной влажности воздуха меньше или равном 60%. Аналогично ведут сушку листовой с соцветием фракции при толщине слоя 500- 800мм в температурном режиме 35 - 42°C. При толщине слоя 500мм нагрев осуществляется до температуры 35 - 38°C и процесс сушки длится 40 минут. При толщине слоя 500мм сушку ведут при температуре 42°C в течение 30 минут. Листовая с соцветием фракция тысячелистника загружается в сушилку сверху, подача теплоносителя осуществляется снизу-вверх. Встречный поток нагретого воздуха со скоростью 3м/с продувает слой растительного сырья, создает локальное псевдоожижение, обеспечивает стабильный перепад давления, равномерный обдув и сушку по всему живому сечению камеры. В течение 30 - 40 минут процесс сушки завершается выравниванием объемной усадки слоя, установлением равновесного влагосодержания высушенной фракции с окружающей средой при последующем ее охлаждении до температуры 18°C в течение 15 минут и подают на отлежку на 24 часа в хорошо проветриваемое помещение. После этого расфасовывают, герметично упаковывают и хранят в складских помещениях при температуре 15 - 18°C и относительной влажности воздуха 40 - 60%. Высушенные травы с влажностью 13 - 14% и 6% - для высушенной листовой с соцветием фракции сохраняют биологически действующие вещества, не изменяют химического состава и соответствуют требованиям ГОСТа 24027.0 - 80 и Фармакопеи XI. Технологические результаты приведены в табл.1. Качество высушенной партии подтверждено протоколами испытаний на соответствие стандартным требованиям, которые даны в таблице в сравнении с экспериментом сушки. Предложенный способ сушки растительного сырья, преимущественно лекарственных трав, содержащих алкалоиды, обладает рядом преимуществ: технологичностью, простотой и надежностью, дешевизной, низким потреблением тепла и электроэнергии, обеспечивает получение высококачественного сухого растительного сырья с минимальными его потерями и сохранностью биологически действующих веществ. Высушенные лекарственные травы обладают высокими потребительскими свойствами, позволяют расширить функциональные возможности их использования как новых источников природного сырья в производстве фармацевтических препаратов и как природных лекарственных веществ, из которых получают биологически действующие вещества (алкалоиды и др.), а также могут использоваться самостоятельно в качестве различных водных и спиртовых настоек, экстрактов, вытяжек и т.д. с лечебной целью.