Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса, определение путей и методов решения научной проблемы 13
1.1 Общая постановка решения проблемы повышения здоровья широких кругов населения и управляющей деятельности операторов транспортных средств 13
1.2 Ресурсы лекарственных растений и электроэнергетические ресурсы Иркутской области 20
1.3 Анализ спектральных характеристик ИК-излучателей и технологических характеристик основных лекарственных растений 29
1.4 Технология и техника классического и оздоровительного чая 54
1.5 Современные исследования по применению ИК-энергоподвода для переработки сырья растительного происхождения 63
1.6 Выводы, цель работы и задачи исследования 65
Глава 2 Общая методология решения научной проблемы формирова ния активно действующих веществ в электротехнологии оздорови тельного чая 67
2.1 Методология решения научной проблемы в процессах производства оздоровительного чая 67
2.2 Динамическая модель взаимодействия энергетических и продуктивных потоков в рабочих камерах ИК-техники 82
2.3 Теория тепломассообмена как основа ресурсосберегающих методов управления ИК-энергоподводом в технологии оздоровительного чая 94
2.4 Развитие энерготехнологической системы переработки лекарст венных растений в оздоровительный чай 113
Глава 3 Математические модели взаимодействия системы «излуча тель-растение» в процессах производства оздоровительного чая 119
3.1 Функциональный подход к анализу взаимодействия системы «излучатель-растение» 119
3.2 Взаимодействие системы «излучатель-элемент искусственной конвекции - растение» в процессах завяливания и сушки лекарственных растений 134
3.3 Взаимодействие системы «излучатель-растение» в процессах стимуляции посевных качеств семян культивируемых лекарственных растений 151
3.4 Взаимодействие системы «излучатель-лекарственное сырье» в процессе карамелизации углеводов 159
Глава 4 Методика и техника экспериментальных исследований 177
4.1 Методика и техника определения оптических и терморадиационных свойств лекарственных растений 178
4.2 Методика и техника экспериментальных исследований по изучению ресурсосберегающих методов управления ИК-энергоподводом в термических процессах переработки лекарственных растений 181
4.3. Методика и техника получения термо — и дериватографических характеристик лекарственных растений 188
Глава 5 Эффективные методы и электротехнические средства ИК энергоподвода в технологии оздоровительного чая 193
5.1 Экспериментально-теоретическое обоснование применения эффективных методов прерывного и импульсно — прерывного ИК-энергоподвода в процессах термообработки лекарственных растений 193
5.2 Экспериментально-теоретическое обоснование методов объемного ИК-облучения в процессах термообработки лекарственных растений 218
5.3 Теоретическое обоснование выбора эффективных источников ИК-излучения для термообработки лекарственных растений 227
5.4 Результаты экспериментальных исследований на установках лабораторного типа 231 %.
5.5 Разработка и исследование эффективных ИК-облучателей 235
5.6 Разработка и исследование экспериментальных ИК-установок производственного типа 242
Глава 6 Внедрение результатов исследований в производство оздоро вительного чая и их эффективность 268
6.1 Комплекс работ по организации производства оздоровительного чая 268
6.2 Оценка эффективности реализации результатов исследований в производство 287
6.2.1 Оценка эффективности реализации исследований от внедрения ресурсосберегающей электротехнологии оздоровительного чая 288
6.2.2 Расчёт экономической эффективности ИК-установок в составе технологической линии по производству оздоровительного чая 293
6.2.3 Оценка эффективности реализации исследований от внедрения оздоровительного чая для повышения управляющей деятельности операторов транспортных средств : 300
Основные выводы 316
Список литературы
- Анализ спектральных характеристик ИК-излучателей и технологических характеристик основных лекарственных растений
- Динамическая модель взаимодействия энергетических и продуктивных потоков в рабочих камерах ИК-техники
- Взаимодействие системы «излучатель-элемент искусственной конвекции - растение» в процессах завяливания и сушки лекарственных растений
- Экспериментально-теоретическое обоснование методов объемного ИК-облучения в процессах термообработки лекарственных растений
Введение к работе
Актуальность проблемы. В ежегодном послании президента Российской Федерации к Федеральному собранию были приведены статистические данные о состоянии здоровья широких кругов населения. Ежегодно убыль населения по России составляет более 700 000 человек.
В рамках национального проекта «Здоровье» в части профилактики и лечения заболеваний, которые дают высокий процент смертности среди населения, была предложена долгосрочная программа по оздоровлению широких кругов населения путем применения комплексной социально-медицинской программы. По материалам этой программы Министерством здравоохранения и социального развития был обоснован новый научно-методический подход к моделированию параметров здоровья широких кругов населения. Он основан на принципе культивирования здорового образа жизни с привлечением средств управления качеством состояния здоровья. В качестве таких средств можно применять природные целебные средства – оздоровительные чаи разного спектра действия. В настоящее время в развитых странах Америки, Европы и Азии около 80 % населения отдают предпочтение оздоровительным чаям. Тенденция эта наблюдается и в России.
Для организации производства оздоровительного чая из дикорастущих и культивируемых лекарственных растений в России имеются значительные ресурсы. 79 % территории Иркутской области покрыто лесами, в которых произрастает более 500 видов лекарственных растений. Многие лекарственные растения культивируются и могут культивироваться на территории области. Из них более 160 видов можно использовать для получения оздоровительного чая. Иркутская область является одним из крупнейших производителей электроэнергии, 2/3 которой вырабатывается на гидроэлектростанциях, относящихся к возобновляемым и дешевым источникам энергии. Аналогичное положение наблюдается как с ресурсами лекарственных растений, так и с электроэнергетическими ресурсами в других регионах России.
В настоящее время в процессах термообработки лекарственных растений используются ресурсоистощающие методы и средства. Технология переработки дикорастущих и культивируемых растений базируется в основном на ручном труде, с использованием для большинства технологических операций естественных источников энергии (сушка на солнце, сушка в тени, под навесами и т.п.) и применении искусственного нагрева – с помощью пламенных сушилок, теплиц, русских печей. Основные теплофизические операции, такие как завяливание, ферментация, сушка и обжаривание в технологии переработки лекарственных растений проводятся при помощи специальных энергетических установок, работающих в основном на принципе сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива. Естественная сушка в тени и пламенная техника имеет ряд существенных недостатков – температурный режим получается нестабильным, тем более трудно его регулировать, поэтому готовый продукт характеризуется низким качеством и плохим товарным видом. Выход активно действующих веществ в лекарственном сырье после естественной сушки не превышает 3–5 %, а иногда составляет 0 % (например, выход йода в медунице).
В этой связи для получения необходимого количества активно действующих веществ, исчисляемых сотыми или десятыми долями процента, потребуется собрать и переработать большее количество лекарственного сырья, что может привести к истощению ресурсов лекарственных растений.
Ежегодно в Иркутской области производится 50–60 млрд кВтч электроэнергии, вырабатываемой в основном на гидроэлектростанциях ангарского каскада. Перспективным направлением развития производства электроэнергии в Иркутской области является использование энергии малых рек, солнца, ветра, теплоты земли, биомассы и других нетрадиционных источников энергии.
Анализ принципов, методов, способов и средств для процессов термообработки лекарственных растений показывает, что наиболее эффективными из них являются те, которые базируются на использовании электрической энергии, превращенной в энергию электромагнитного излучения. Причём теория и практика по использованию электромагнитного поля в процессах обработки и переработки дикорастущих и культивируемых растений указывает на более высокую эффективность инфракрасного (ИК) излучения. В диссертации выполнен комплекс работ по применению энергии ИК-излучения в процессах обработки и переработки лекарственных растений в оздоровительный чай. Это связано с тем, что технические средства, работающие на принципе преобразования электрической энергии в энергию ИК-излучения, предназначенную для процессов термообработки культивируемых и дикорастущих растений просты, надежны, экономичны и, как правило, являются экологически чистыми. ИК-излучение активно поглощает воду, содержащуюся в продукте, но не поглощается тканью продукта, поэтому влагоудаление возможно при температуре 40–70 С, что позволяет полностью сохранить биологически активные вещества, естественный цвет и аромат.
Серийно выпускаемые в последнее время в Донецке и Санкт-Петербурге ИК-сушильные установки «Суховей» и «Вихрь» подтверждают эффективность использования ИК-излучения для сушки корнеплодов, овощей и фруктов. Однако возможность использования этих установок для термообработки дикорастущих и культивируемых лекарственных растений с целью получения чая с оптимальным составом активнодействующих веществ не рассматривается. Недостатком установок является отсутствие теории и систем управления дискретным ИК-энергоподводом.
Сложившаяся экономическая ситуация в стране, переход к рыночной экономике, ведет к росту стоимости энергоресурсов, в связи с чем наблюдается постоянная тенденция к повышению тарифов на энергоресурсы, что создает предпосылки для внедрения энергосберегающих электротехнологий. Эффективность электротехнических средств ИК-облучения обусловлена применением новых, научно обоснованных методов и средств управления энергоподводом. В связи с изложенным получение продукта с оптимальным составом действующих веществ при минимальном расходе энергии является важной научной проблемой сельскохозяйственной энергетики, решение которой должно включать в себя концепцию и методологию выбора ресурсосберегающих методов управления ИК-энергоподводом в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай.
Работа выполнена в соответствии с программой научного обеспечения АПК РФ и по плану НИР КрасГАУ в соответствии с заданием 09.02 «Разработать новые наукоемкие электротехнологии и оборудование для энергетического обеспечения технологий производства сельскохозяйственной продукции и социально-бытовой сферы села на 2006 – 2010 годы».
Цель и задачи исследований. Цель работы – разработать ресурсосберегающие методы управления дискретным ИК-энергоподводом в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить комплекс взаимосвязанных между собой задач:
1. Выполнить анализ состояния технологии обработки и переработки лекарственных растений в оздоровительный чай и определить пути решения данной проблемы.
2. Изложить общую методологию решения научной проблемы формирования активно действующих веществ в процессах производства оздоровительного чая.
3. Разработать математические модели взаимодействия системы «излучатель-растение» в процессах производства оздоровительного чая.
4. Привести методику и технику экспериментальных исследований.
5. Провести экспериментальные исследования по определению эффективных методов и средств управления ИК-энергоподводом в технологии оздоровительного чая.
6. Провести комплекс работ по испытанию ИК-установок, внедрить результаты исследований в производство оздоровительного чая и определить технико-экономическую эффективность.
Объект исследования. Объектом исследования является процесс переработки лекарственных растений ИК-излучением в технологии оздоровительного чая.
Предмет исследования. Предметом исследования являются причинные и функциональные связи и закономерности взаимодействия электротехнологических параметров и показателей эффективности ИК-обработки.
Методы исследования. Методическую основу организации исследований инфракрасной обработки дикорастущих и культивируемых лекарственных растений составляет аппарат теории тепломассообмена. Проводилось теоретическое обобщение применимости эффективных методов объемного ИК-облучения в сочетании с дискретными режимами ИК-энергоподвода применительно к процессам термообработки лекарственных растений. Использованы методы теоретической и практической фотометрии, математическое моделирование, методы математической статистики.
Эффективные режимы ИК-облучения лекарственных растений определены посредством теоретических и экспериментальных исследований.
Основные параметры процессов термообработки лекарственных растений соответствовали технологическим требованиям и были исследованы на специально разработанных экспериментальных установках лабораторного и производственного типов с использованием современных измерительных приборов, в том числе и дериватографии.
Соответствие полученного чая требованиям нормативных документов по органолептическим показателям и составу определялось специальным центром, аккредитованным в системе “ГОСТ Р”.
Структуру и состав активно действующих веществ в лекарственных растениях до переработки и после переработки ИК-излучением определяли в областной «Агрохимлаборатории».
Научную новизну исследований представляют:
– методология выбора ресурсосберегающих методов управления ИК-энергоподводом при формировании активно действующих веществ в процессах производства оздоровительного чая;
– математические модели по взаимодействию системы «излучатель-растение» в процессах производства оздоровительного чая;
– методы и способы управления ИК-энергоподводом в процессах производства оздоровительного чая;
– закономерности по управлению методами ИК-энергоподвода в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ;
– терморадиационные и теплофизические свойства основных лекарственных растений;
– новые высокотехнологичные схемы объемного ИК-облучения и технические средства для термообработки лекарственных растений.
Практическая значимость и реализация работы. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана электротехнология и электрооборудование для производства оздоровительного чая из лекарственных растений.
На основе этих разработок при Иркутской государственной сельскохозяйственной академии (ИрГСХА) была создана мини-фабрика по производству оздоровительного чая. При сотрудничестве с Восточно-Сибирским центром стандартизации и метрологии утверждены технические условия на производство “Чая Байкальского” (ТУ-9191-001-0492916-94). Результаты работы использованы в учебном процессе ИрГСХА и Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПС) и при написании опубликованной монографии: «Основы технологии оздоровительного чая» (2006 г.).
Основные положения, выносимые на защиту:
– методология решения научной проблемы формирования активно действующих веществ в электротехнологии оздоровительного чая путем применения ресурсосберегающих методов, способов и электротехнических средств управления ИК-энергоподводом;
– математические модели по взаимодействию системы «излучатель-растение» в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай;
– терморадиационные характеристики листьев основных видов лекарственных растений в ИК-диапазоне излучения применительно к требованиям термообработки;
– обоснование, выбор и методы расчета новых энергосберегающих ИК-излучателей для термообработки лекарственных растений;
– ресурсосберегающий прерывный и импульсно-прерывный методы управления ИК-облучением и законы регулирования их параметров в процессах переработки лекарственных растений;
– принцип послойного объемного ИК-облучения при согласном с потоком перемещении обрабатываемого сырья; технологическая схема и методика синтеза основных электротехнических средств, образующих многоярусную облучательную установку.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях ИрГСХА (1991, 1992, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001гг.); «АGROLASER-2001» (Польша, 2001 г.); региональной научно-практической конференции «Наука и преподавание дисциплин естественного цикла в образовательных учреждениях» (Улан-Удэ, 2002г.); международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, электроснабжение, транспорт» (Тобольск, 2004 г.); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транссибирской магистрали в ХХI веке» (Чита 2006г.); международной научно-практической конференции «Совместная деятельность сельскохозяйственных товаропроизводителей и научных организаций в развитии АПК Центральной Азии» (Иркутск, 2008 г.); научно-практической конференции «Безопасность регионов – основа устойчивого развития» (Иркутск, 2007г.); научных конференциях Красноярского государственного аграрного университета (Красноярск, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.); результаты исследований получили высокую оценку (Диплом III степени по итогам выставки-ярмарки «Ресурсы Приангарья-96») на семи международных выставках-ярмарках, на выставках «Энергосбережение: технологии, приборы, оборудование» (Иркутск, 2007, 2008гг.), на «Инновационном форуме 2009».
Публикации. По теме диссертации опубликована 41 работа, из них 1 монография, 1 учебное пособие, 5 патентов на изобретение, 7 работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных экспертным советом ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Объём диссертации 385 страниц, в том числе 346 страниц основного текста. Список литературы состоит из 290 источников. В 3 приложениях приведены вспомогательные материалы.
Анализ спектральных характеристик ИК-излучателей и технологических характеристик основных лекарственных растений
В рамках национального проекта в сфере здравоохранения президентом поставлена задача укрепления здоровья и профилактики заболеваний Россиян, эффективного использования уже имеющихся здесь значительных ресурсов.
В этой связи была предложена долгосрочная программа по оздоровле нию широких кругов населения путем применения комплексной социально медицинской программы [289, 290]. По материалам этой программы был обоснован новый научно-методический подход к моделированию параметров здоровья широких кругов населения. Он основан на принципе культивирова ния здорового образа жизни с привлечением средств управления качеством состояния здоровья. В качестве таких средств можно применять оздорови тельный чай разного спектра действия. ,
Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что наряду с классическим чаем, полученным путем переработки листьев чайного китайского куста, разными народами издавна используется чай, полученный из других растений и в отличие от классического именуемый: травяной, плодово-ягодный, оздоровительный и другими именами. По вкусу, цвету и аромату напитки, приготовленные из хорошо подобранных и умело переработанных чайных растений, не уступают классическому чаю, а по оздоровительным свойствам значительно его превосходят. Об этом гласит плакат у Зеленой аптеки в Маниле: «Восточный мудрец Ли Чунгуюн решил не умирать. Этого ему не удалось, но ему удалось прожить 256 лет - с 1677 по 1933. Как? Человек каждый день пил чай, настоянный на травах» [181]. Имеется информа ция, что в развитых странах Америки, Европы, Азии и на других континентах оздоровительный чай используется 75-85% населения.
Проблеме повышения управляющей деятельности операторов транспортных средств посвящены многочисленные публикации. Среди этих публикаций наиболее близкие нам по роду профессиональной деятельности имеют работы Козубенко В.Г. [109, 106]. В этих работах рассмотрены методы обеспечения безопасности управления поездом. Приведены сведения о психофизиологических возможностях организма человека и ошибочных действиях машинистов и поездных диспетчеров в зависимости от различных факторов.
С ростом продолжительности непрерывной работы с 8 до 12 часов, увеличиваются частота проездов запрещающих сигналов и длина пути, пройденного локомотивом или поездом до остановки за запрещающим сигналом. Если исходить из того, что 60 % от общего числа проездов запрещающих сигналов произошло при скорости до 15 км/ч, 29% - при скорости 16-30 км/ч, 11 % - при скорости более 30 км/ч, и если принять время реакции отдохнувшего, физически здорового машиниста в пределах 2,5-3 с, как у водителя автомобиля (поскольку для машинистов таких данных нет), то оказывается, что время реакции уставшего машиниста возрастет в 4-8 раз. Подобные выводы сделаны советскими, английскими, немецкими и другими учеными для операторов иных профессий, работа которых соответствует требованиям, предъявляемым к машинистам по объему и скорости переработки информации и принятию решений. В этой связи возникает проблема надежности и работоспособности оператора транспортного средства и возникает необходимость в повышении управляющей деятельности человека. Употребление оздоровительного чая с определенным спектром действия позволит повысить работоспособность оператора и снизить частоту проезда запрещающих сигналов [245, 246, 251, 252, 253, 254].
Анонимный опрос более двухсот машинистов, проведенный медиками, установил: - каждый пятый машинист недоволен сном в домашних условиях и особенно в условиях отдыха в пунктах оборота. У около 15 % работающих машинистов сон недостаточно глубок. У такого же количества он укорочен. Следовательно, почти у трети машинистов есть отклонения в качестве сна. Те или иные жалобы на сон высказали почти 90 % опрошенных машинистов; - сонливость в дневном рейсе отмечают 4,5 - 6 %, а в ночном — более трети машинистов; - в дневное время наибольшая сонливость наблюдается около 9, 15 и 18 ч или к концу поездки. В ночное время наибольшая сонливость наступает на 3-4 часе работы (у 69 % испытывающих сонливость) или с 4 до 7 ч утра; - повышенная сонливость наблюдается после перенесенного гриппа; - сонливость очень зависит от времени года. Наименьшая она летом, наибольшая - зимой. Если число случаев засыпания летом принять за единицу, то весной оно будет равно 5, осенью и зимой соответственно 12 и 24, т. е. зимой вероятность засыпания локомотивных бригад более чем в 20 раз выше, чем летом; - умеренный прием пищи днем увеличивал сонливость у 23 % опрошенных машинистов, а ночью снижал у 25 % опрошенных. Остальные машинисты не подтвердили влияния приема пищи на развитие сонливости; - в домах отдыха (локомотивных бригад) в пунктах оборота 41 % машинистов не спят. Остальные спят около двух часов и нередко с пробуждениями. Мешают спать шум внутри помещения и доносящийся со станционных или тракционных путей, духота, комары или мухи, недоброжелательность обслуживающего персонала, вызываемыми или приехавшими бригадами и т.д. Самочувствие после отдыха в пунктах оборота значительно хуже, чем в домашних условиях, даже при одинаковой его продолжительности. Особенно это выражено у машинистов электровозов. Каждый пятый машинист электровоза при опросе отмечал, что он труднее включается в работу после отдыха в пункте оборота, чем после домашнего отдыха; - сонливость после отдыха в пункте оборота проявляется в 5 раз чаще, чем после домашнего отдыха. Однако из статистики проездов запрещающих сигналов следует, что многие машинисты и в домашних условиях просто не успевают отдохнуть и являются в рейс неподготовленными, особенно после сдвоенных выходных дней.
В приложении В приведена рецептура противодремотного и успокающе-го чаев рекомендуемого медицинскими работниками для употребления во время поездки (противодремотного) и перед сном (успокающего) во время отдыха.
Динамическая модель взаимодействия энергетических и продуктивных потоков в рабочих камерах ИК-техники
В последующих разделах работы будет показано, как можно реализовать эти исследования при разработке ИК-техники для термообработки лекарственных растений. К числу важнейших характеристик ИК-излучателей следует, прежде всего, отнести спектральные, энергетические и геометрические.
Спектральные характеристики ИК-излучателей зависят в основном от температуры нафева излучателя и в настоящее время достаточно хорошо изучены. В подавляющем большинстве эти исследования проведены в соответствии с законом смещения Вина-Голицина, в основе которого и заложена температура нафевания излучателя.
Однако методика исследования по согласованию спектральных характеристик ИК-излучателей и оптических свойств растений имеет недостаток. В большинстве случаев оптические свойства растений подстраиваются под серийно выпускаемые кварцевые ламповые излучатели типа КГ (КИ). Получается обратная картина, противоречащая логическим законам техники, к излучателю подбиралось растение, а не наоборот.
Вместе с тем в последние годы разработаны новые излучатели, выполненные на основе композиционных материалов с оптимальным спектраль-ным составом излучения для процессов1 термообработки растений. Поэтому открывается путь к разработке и исследованию самонастраивающихся излучателей.
В процессе получения оздоровительного чая из лекарственных растений их физико-механические и биохимические свойства существенно меняются, поэтому задача приготовления оздоровительного чая заключается в том, чтобы, кроме ускорения процесса и наилучших энергетических показателей, получить оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ и хорошим качеством.
Лекарственные растения сильно отличаются между собой основными свойствами, поэтому при выборе электротехнологического режима их необходимо учитывать. Однако важно знать те характеристики лекарственных растений, которые имеют значение при выборе режима переработки, а также необходимы при проектировании и конструировании электротехнических средств, предназначенных для осуществления электротехнологии оздоровительного чая. К таким основным характеристикам можно отнести влажност-ные, размерные, массовые, аэродинамические, теплофизические, оптические, механические, химические и другие характеристики.
На территории Иркутской области произрастает более 500 видов лекарственных растений, рекомендуемых для целебных целей. Более 160 видов из них пригодны для приготовления оздоровительного чая. Однако в соответствии с классификацией ресурсов лекарственных растений, рассмотренных нами, производственное значение имеют около 40 видов. Причем при больших объемах производства оздоровительного чая можно будет использовать всего лишь от 3 до 5 видов лекарственных растений. Поскольку ресурсы иван-чая имеют производственное значение, растение имеет концентрированные заросли на больших площадях по всей территории области, в диссертации будут рассмотрены в основном свойства этого лекарственного растения.
Химический состав и внешнее строение иван-чая
В молодых листьях иван-чая содержится от 10 до 20 % дубильных веществ, до 10 % танина пирогалловой группы, алкалоиды до 1 %, слизи до 15 %, витамин С1, сахар, пектин, кумарины, антоциановые и флавонидные соединения. До бутонизации в надземной части содержится до 20 % белка, 5 % минеральных веществ [201].
Иван-чай является многолетним корнеотпрысковым травянистым растением, до 150 см высоты, семейства онагровых. Листья очередные ланцетовидные, цветки лиловые, пурпурные, иногда белые с глубокочетырехраз-дельной чашечкой, с короткой трубкой и неправильным венчиком. Соцветие — конечная редкая длинная кисть. Плод - коробочка, семена продолговато-овальные, с хохолком. Цветет с июля до конца августа. Листья и стебли иван-чая иссечены каналами и имеют дыхательные полости. Поверхности листьев и стеблей покрыты кожицей, состоящей из одного слоя клеток. Внешняя сторона наружных стенок этих клеток покрыта сплошной жировоскообразной бесцветной пленкой - кутикулой, которая оказывает сильное сопротивление прохождению воды или не пропускает ее совсем. Однако на поверхности кутикулы листьев имеется большое количество устьиц - до 4 000 на 1 мм. Устьице представляет собой отверстие полулун-ной формы средней площади 80... 100 мкм , образующееся между двумя клетками кожицы. Верхняя часть щели, образующейся между обращенными одна к другой стенками замыкающих клеток, общается с окружающей средой, а нижняя или внутренняя часть канала ведет в межклеточную полость, с которой сообщаются капилляры листа. Хотя устьица составляют лишь ничтожную часть листовой поверхности - не более 1 %, все же в атмосферных условиях наибольшая доля воды испаряется именно через устьичные щели и лишь небольшая часть ее испаряется через кутикулу. У взрослых листьев каникулярная влагоотдача в 10...20 раз слабее устьичной, но у молодых листьев с еще не вполне развитой кутикулой, а также у листьев, выросших в тени и во влажной атмосфере, на долю кутикулярной влагоотдачи приходится до половины всей теряемой растением воды. Листья имеют среднюю толщину (0,5...1,5 мм), но большую удельную поверхность (550...650 см /г. сухого вещества). Стебли имеют форму трубки диаметром 5... 15 мм, удельная поверхность стеблей примерно в 10 раз меньше, чем у листьев. По данным А. Виноградова, при сушке листьев и стеблей при температуре 100 С листья высыхают в 4...6 раз быстрее стеблей. По данным В. Валушиса [28], при сушке в пределах температур 250...500 С листья высыхают в 6...8 раз быстрее стеблей.
Взаимодействие системы «излучатель-элемент искусственной конвекции - растение» в процессах завяливания и сушки лекарственных растений
Завялочное отделение имело вид стеклянной галереи с узкими простенками и легко отворяющимися окнами, открытыми в сухое время и закрытыми в сырое. Для завяливания использовали горячий воздух, поступающий в отделение по трубам при помощи весьма больших вентиляторов-эксгаустеров, благодаря чему сухой теплый воздух равномерно протягивался по всей поверхности вяленого листа. Завяливание в Индии, а изредка и на Цейлоне производилось на металлических проволочных решетах, но чаще предпочитали толстое джутовое полотно (hessian), натягиваемое длинными полотнищами, как на пяльцах, а при опоражнивании листа освобождаемое весьма быстро и удобно из уключин - вертикальных столбов, куда закладываются при натягивании краевые бруски полотнищ. В спаренном виде эти полотни ща, или "татты", образуют целые батареи этажерок с проходами для людей вдоль оконных галерей. Линии же полотнищ расположены перпендикулярно к длине зала, укреплялись одним поперечным краем, неподвижно к столбам, расположенными по средней продольной линии помещения и вкладывались брусками своих противоположных свободных поперечных краев в уключины столбов, помещающихся вдоль двух стенных продольных оконных галерей.
Свежий лист забрасывали на полотно слоем в один ряд так, чтобы на 1 м помещалось не более 3 кг листа, из которых средним числом получается 750 г готового черного чая. Вяление в сухую погоду продолжалось 24 часа, в сырую - 48 часов. Хорошо провяленный лист характеризуется тем, что не ломается с хрустом при сгибании и остается мертвым комом при сжимании, потеряв всякую упругость. Черешок и главный нерв при скручивании тоже не ломаются. Вяленый лист поступал через открытые люки в холщовые кишки и проваливался в механическое отделение. Начиная с правой руки к левой, располагались в ряд три скручивающие машины Джаксона, а за ними высокие корпуса сушильных аппаратов типа Сирокко того же конструктора.
Работающие части машины состоят из двух плоских рам: нижней и верхней, которые, наподобие челюстей, двигаются, не касаясь друг друга, совершая круговые движения в двух противоположных направлениях при помощи трех коленчатых рычагов. Подача совершалась из холщовой кишки с верхнего этажа в ковш. Регулирование расстояний между двумя работающими поверхностями рам совершалось при помощи верхнего винта с насажанным на него колесом, которое огибает натянутая на него цепь, огибающая в то же время блоки и проведенная к нижнему блоку с рукояткой и винтом: отпуская или завинчивая последний, раздвигаются или сближаются работающие поверхности.
Дно верхней работающей рамы выдолблено в виде вогнутого широкого сегмента и на нем укреплены бруски или била. Опоражнивание в аппаратах Джаксона обыкновенно совершалось через отверстие в нижней раме, которое образуется опусканием на шарнирах средней рамы.
На катальной машине чайный лист свертывался и скатывался первый раз в течение 40 минут. Сок в изобилии вытекает при нажимании верхней рамы, но потом опять всасывается в лист, так что потеря эта незначительна. Во время работы происходило не только скручивание листа, но и разрыв поверхностных тканей, чем облегчается проникновение воздуха внутрь разорванных тканей, а это в свою очередь облегчало последующий важнейший процесс обработки посредством брожения, но ранее, немедленно после первого скатывания, лист поступал в особый аппарат — Leaf Breaker системы Brawn, Hatton patent, в котором при помощи вала с насаженными на него крестообразно железными прутьями все комья скатанного листа разбивались на отдельно скрученные листочки, очень сильно проветривались, после чего в связи с той же машиной раструшенный лист поступал на металлическое сито, разделяющее листья по величине их на два сорта: крупные и мелкие - вместе с отбившейся верхушечной золотистой почкой golden tips.
Эта последняя партия собиралась отдельно и более скатыванию не подвергалась во избежание того, что от дальнейшей операции золотые типсы почернеют, а это сильно роняло достоинство чая в глазах биржевых чайных маклеров, да и сам процесс обработки удобнее велся с однородным материалом, чем с пестрым и неоднокачественным.
Крупный лист скатывался вторично, после чего его раскладывали на столе и руками тщательно раструшивали, проветривали, подбрасывая вверх, и тщательно перемешивали для возможно более равномерной обработки в ходе дальнейших процессов. Обыкновенно после этого раскладывали чай нетолстым слоем на полу и, прикрывая его влажным полотном сверху, заставляли выбраживать, причем лист становился медно-красного цвета с легкими малахитовыми прожилками, а острый аммиачный запах скатанного листа мало-помалу вытеснялся ароматом, присущим черному чаю.
В некоторых факториях листья не подвергали специально операции брожения. Впрочем, при высокой температуре помещения процесс брожения начинался уже после первого скатывания и продолжался сам собою при последующих операциях. Во всяком случае, он здесь намеренно не доводился до конца и цвет массы после второго скатывания и раструшивания не медно-красный, а медный, пополам с малахитовым зеленым оттенком. В таком виде лист поступал в аппарат Сирокко, принцип устройства которого тот же, что у плодосушилок (рисунок 1.16).
Экспериментально-теоретическое обоснование методов объемного ИК-облучения в процессах термообработки лекарственных растений
Графическая энтерпритация уравнения (2.3), т.е. зависимость энергопродуктивности культивируемых и дикорастущих растений от основных параметров биологического цикла представлена на рисунке 2.3. En Зависимость энергопродуктивности от времени биологического цикла
Данная зависимость (2.3) и рисунок 2.3 характеризуют изменение энергопродуктивности Е] ґ во времени биологического цикла t, позволяют определить скорость нарастания биомассы растений и установить постоянную времени биологического цикла от основных эколого-антропогенных факторов. Эти теоретические положения был использованы нами при определении оптимальных сроков заготовки дикорастущих растений.
Активные вещества образуются и накапливаются в растениях в определенные периоды их развития, поэтому их заготовка проводится в строго определенное время. Главное значение в накоплении активно действующих веществ в лекарственных растениях имеет фаза вегетации или фаза развития растений. В типовой методике по заготовке лекарственных растений и переработке их в естественных условиях рекомендуется, в основном, сбор растений осуществлять в фазе цветения, с целью получения наибольшего выхода по активно действующим веществам [76, 191, 201]. Связь между фазами развития лекарственных растений и накоплением действующих веществ изучалась на примере медуницы мягенькой. Освоение медуницы мягенькой рекомендуется нами для ликвидации йо-додефицита. Поэтому в исследованиях по изучению взаимосвязи между фазами развития медуницы и накоплением действующих веществ основное внимание было уделено йодной составляющей. Обусловлено это было тем, что Восточная Сибирь, включая Прибайкалье, относится к территориям эндемичным по заболеваниям щитовидной железы из-за дефицита йода. В последние годы медиками была выявлена связь йода с сопротивляемостью организма. Йод необходим для нормального функционирования щитовидной железы. Через щитовидную железу проходит весь объем циркулирующей в организме крови в течение 17 минут. При низком уровне энергии и выносливости человека необходимо обратить внимание на потребление йода. Вторая функция йода - оказывает успокаивающее влияние на нервную систему организма. Третья функция йода связана с умственной деятельностью человека. При нормальном обеспечении организма йодом наблюдается повышенная умственная деятельность [196].
Согласно литературным данным [201] траву медуницы заготовляют в период цветения (конец апреля - середина июня) - начала плодоношения (июнь-июль). Наши исследования показали, что наибольший выход по действующим веществам наблюдается в период максимального нарастания прикорневых листьев (середина-конец июля).
По литературным данным в растении содержаться марганец (11,5 % от веса золы), калий, кальций, железо, окись кремния, слизистые и дубильные вещества, аскорбиновая кислота, рутин и флавоноиды [51].
Согласно нашим данным в медунице мягенькой (в надземной части) имеется йод, а также цинк, кальций, магний, натрий, фосфор, селен [79].
Содержание йода в надземной части медуницы было определено нами по методике рентгенофлуоресцентного анализа, предложенной Т.А. Баклановой, Н.Г. Марсовым, А.Ю. Стельмах [11].
Опыты по содержанию остальных макро- и микроэлементов проведены по нашей просьбе в специализированной лаборатории СО РАН (таблица 2.2). Таблица 2.2 - Содержание химических элементов в надземной части медуницы Химический элемент В сырой надземной части, % кг В сухой надземной части, % кг (возд.-сух.) Иод 2,59x10"6 0,614 х Ю-6 Цинк 7,25 х 10 7 1,74 х Ю-7 Селен 0,086 х Ю-6 0,02074x10 6 Кальций 2,245 х Ю-4 0,539 хЮ"4 Фосфор 2,88 х Ю-5 0,6927 хЮ Магний 4,67x10 5 1,12 х 10 Натрий 3,756 хЮ-3 0,90 х Ю-5 Исходя из ресурсосберегающих соображений, мы рекомендуем заготавливать прикорневые листья медуницы. Прикорневые листья медуницы по геометрическим размерам в 5... 10 раз больше стеблевых. Как показали наши исследования, проведенные в 1998-2000 гг., наибольший выход по йоду при освоение прикорневых листьев медуницы следует ожидать от середины июля до конца июля. Влажность медуницы, как и других растений семейства бурачниковых, зависит от фаз вегетации (таблица 2.3).
