florea constant a cristina

Investete n oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013 Axa prioritar 1 Educaie i formare profesional n sprijinul creterii economice i dezvoltrii societii bazate pe cunoatere Domeniul major de intervenie 1.5. Programe doctorale i post-doctorale n sprijinul cercetrii Titlul proiectului: Burse doctorale pentru dezvoltare durabila BD-DD Numrul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braov

Universitatea Transilvania din Brasov Scoala Doctorala Interdisciplinara

Departament: Ingineria i Managementul Alimentaiei i

Turismului

Ing. ec. Constana-Cristina FLOREA

Contribuii la perfecionarea tehnologiei i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure nainte de

procesare

Contributions to the improvement of technology and equipment used for the conditioning of herbs and berries before processing

Conductor tiinific

Prof.dr.ing. Gheorghe BRTUCU

BRASOV, 2013

MINISTERUL EDUCAIEI NAIONALE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV BRAOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENA Comisiei de doctorat

Numit prin ordinul Rectorului Universitii Transilvania din Braov Nr. 5973 din 26.07.2013

PREEDINTE:

Prof. univ. dr. ing. Carol CSATLOS Decan - Facultatea de Alimentaie i Turism Universitatea Transilvania din Braov

CONDUCTOR TIINIFIC: Prof. univ. dr. ing. Gheorghe BRTUCU Universitatea Transilvania din Braov

REFERENI: Prof. univ. dr. ing. Adrian MITROI Universitatea de tiine Agronomice i Medicin Veterinar Bucureti

Cerc. t. pr. I dr. ing. Ion PIRN Institutul Naional de Cercetare-Dezvoltare pentru Maini i Instalaii destinate Agriculturii i Industriei Alimentare Bucureti

Prof. univ. dr. Angela MRCULESCU Universitatea Transilvania din Braov

Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: 27.09.2013, ora 11.00, sala RP6, la Facultatea de Alimentaie i Turism Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii v rugm s le transmitei n timp util, pe adresa [email protected] Totodat v invitm s luai parte la edina public de susinere a tezei de doctorat. V mulumim.

Contribuii la perfecionarea tehnologiei i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i fructelor

CUPRINS Pg.

teza

Pg.

rezumat

1. ROLUL PLANTELOR MEDICINALE I AL FRUCTELOR DE PDURE I IMPORTANA CONDIIONRII ACESTORA

9 5

1.1. Rolul i importana plantelor medicinale i a fructelor de pdure...... 9 5 1.2. Stadiul actual privind preocuprile n Romnia n domeniul valorificrii plantelor medicinale i aromatice.

10 5

1.3. Stadiul actual privind preocuprile n Romnia n domeniul valorificrii fructelor de pdure....

33 9

1.4. Importana condiionrii plantelor medicinale i a fructelor de pdure..... 54 12 2. STADIUL ACTUAL I TENDINE N DOMENIUL TEHNOLOGIILOR I ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIIONAREA PLANTELOR MEDICINALE I FRUCTELOR DE PDURE ..

63 13

2.1. Aspecte generale privind condiionarea plantelor medicinale.... 63 13 2.2. Stadiul actual i tendine n domeniul tehnologiilor i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale....

65 13

2.3. Aspecte generale privind operaia de condiionare a fructelor de pdure... 90 17 2.4. Stadiul actual i tendine n domeniul tehnologiilor i echipamentelor pentru condiionarea fructelor de pdure..

91 17

3. NECESITATEA I OBIECTIVELE LUCRRII. 113 21 3.1. Necesitatea lucrrii ..... 113 21 3.2. Obiectivele lucrrii..... 114 22 3.3. Metodica general de cercetare n lucrare...... 114 22

4. CONTRIBUII TEORETICE LA PERFECIONAREA TEHNOLOGIILOR I ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIIONAREA PLANTELOR MEDICINALE I FRUCTELOR DE PDURE N VEDEREA PROCESRII ULTERIOARE...

117 24

4.1. Operaii i tehnologii aplicabile plantelor medicinale.... 117 24 4.2. Operaii i tehnologii aplicabile fructelor de pdure...... 119 25 4.3. Cercetri teoretice privind perfecionarea operaiilor specifice condiionrii plantelor medicinale i fructelor de pdure...

121 26

4.4. Contribuii la perfecionarea echipamentelor de condiionare a plantelor medicinale i fructelor de pdure prin proiectarea unui echipament tehnic multifuncional..

162 39

5. CERCETRI EXPERIMENTALE PRIVIND PERFECIONAREA TEHNOLOGIILOR I ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIIONAREA PLANTELOR MEDICINALE I A FRUCTELOR DE PDURE....

165 42

5.1. Obiectivele cercetrilor experimentale 165 42 5.2. Obiectele cercetrii experimentale...... 165 42 5.3. Metodica cercetrii experimentale... 166 43 5.4. Echipamentele i aparatura folosite la cercetarea experimental............ 166 44 5.5. Desfurarea cercetrilor experimentale..... 177 48 5.6. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor cercetrilor experimentale... 214 64

6. CONCLUZII FINALE. 223 68 6.1. Concluzii generale... 223 68 6.2. Concluzii privind cercetrile teoretice i experimentale..... 225 70 6.3. Contribuii personale... 229 73 6.4. Direcii viitoare de cercetare... 230 74

BIBLIOGRAFIE.. 231 75

Autor: ing. ec. Florea Constana-Cristina Conductor tiinific: Prof. univ. dr. ing. Brtucu Gheorghe

1


CONTENT Pg.

teza

Pg.

rezumat 1. ROLE OF MEDICINAL PLANTS AND BERRIES AND THE IMPORTANCE OF THEIR CONDITIONING..

9 5

1.1. The role and importance of medicinal plants and berries....... 9 5 1.2. Current status regarding concerns about the valorisation of medicinal and aromatic plants in Romania .....

10 5

1.3. Current status regarding concerns about the valorisation of berries.. 33 9 1.4. The importance of conditioning medicinal plants and berries.... 54 12

2. CURRENT STATE AND TRENDS REGARDING TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT FOR THE CONDITIONING OF MEDICINAL PLANTS AND BERRIES

63 13

2.1. General aspects concerning the conditioning of medicinal plants.. 63 13 2.2. Current status and trends regarding technologies and equipment used for conditioning medicinal plants....

65 13

2.3. General aspects concerning the conditioning operation for berries.... 90 17 2.4. Current status and trends regarding technologies and equipment used for conditioning berries....

91 17

3. NECESSITY AND OBJECTIVES OF THE THESIS. 113 21 3.1. Necessity .... 113 21 3.2. Objectives....... 114 22 3.3. General methods of research...... 114 22

4. THEORETICAL CONTRIBUTIONS FOR IMPROVING THE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT USED FOR CONDITIONING MEDICINAL PLANTS AND BERRIES FOR FURTHER PROCESSING....

117 24

4.1. Operations and technologies applicable to medicinal plants...... 117 4 4.2. Operations and technologies applicable to berries...... 119 25 4.3. Theoretical research regarding the improvement of specific operations for conditioning medicinal plants and berries..

121 26

4.4. Contributions to improve the conditioning equipment for medicinal plants and berries by designing a multifunctional technical equipment.

162 39

5. EXPERIMENTAL RESEARCH ON IMPROVING EQUIPMENT AND TECHNOLOGIES USED FOR CONDITIONING MEDICINAL PLANTS AND BERRIES..

165 42

5.1. Experimental research objectives.... 165 42 5.2. Experimental research objects......... 165 42 5.3. Experimental research methodology....... 166 43 5.4. Equipment and machinery used in the experimental research........ 166 44 5.5. Conducting the experimental research.... 177 48 5.6. Processing and interpretation of the results from the experimental research. 214 64

6. FINAL CONCLUSIONS. 223 68 6.1. General conclusions............ 223 68 6.2. Conclusions regarding theoretical and experimental research....... 225 70 6.3. Personal contributions......... 229 73 6.4. Future research directions... 230 74

BIBLIOGRAPHY. 231 75


2


PREFA

Aezarea geografic a Romniei, condiiile pedo-climatice i de relief specifice acesteia, au fcut

posibil apariia i dezvoltarea unei flore spontane extrem de valoroase, n care se includ i circa 3630 de specii superioare de plante medicinale i arbuti fructiferi, dintre care 1012% au caracteristici fizico-biologice valorificate n scopuri terapeutice sau alimentare din cele mai vechi timpuri. Evoluia cunotinelor referitoare la importana principiilor active sau valorii nutritive ale acestora au condus la cereri tot mai mari de asemenea produse vegetale, ceea ce ar putea periclita existena unora dintre speciile respective, motiv pentru care, unele dintre ele au nceput s fie cultivate pe baze tiinifice temeinice. Pe lng recoltele mari, s-au constatat i creteri importante ale constituenilor valoroi coninui de aceste plante. n plus, a aprut posibilitatea mecanizrii unora dintre lucrrile din tehnologiile de cultivare (ex. recoltarea), ceea ce rezolv problema forei de munc necesar la momentele la care trebuie recoltate plantele respective.

Indiferent ct de atent s-ar recolta aceste produse, ele nu vor putea avea puritatea fizico-biologic necesar procesrii i transmiterii directe ctre consumatori. Practic, n toate situaiile se impune o condiionare a plantelor medicinale i fructelor de pdure nainte de procesare, cu scopul nlturrii materialului vegetal strin sau degradat, a unor impuriti minerale sau organice i chiar pentru distrugerea unor microorganisme sau germeni, care nu trebuie s ajung n produsele finite. Referinele din standarde sau norme legate de limitele puritii fizico-biologice ale plantelor medicinale i fructelor de pdure destinate consumului nu sunt n toate cazurile bine precizate. n plus, operaiile de condiionare pot conduce la pierderea unei pri a principiilor active sau pot mri costurile pentru valorificarea acestor materii prime. Din acest motiv tehnologia de condiionare specific fiecrei plante trebuie s includ operaii care s satisfac simultan cerinele de puritate, nedegradarea elementelor valoroase i costuri minime, astfel nct produsul final s aib caracteristicile cele mai bune, la preuri acceptabile. Un rol important n acest ansamblu revine echipamentelor tehnice folosite, care trebuie perfecionate n permanen i adaptate la cerinele specifice fiecrei plante.

Aceast problem a fost abordat n prezenta tez de doctorat, al crei obiectiv principal se refer la perfecionarea tehnologiei i echipamentelor necesare condiionrii plantelor medicinale i fructelor de pdure nainte de procesarea final.

Pentru atingerea acestui obiectiv lucrarea a fost structurat pe ase capitole, dezvoltate pe 246 pagini i ilustrat cu 217 figuri, 82 tabele i 232 relaii de calcul. De asemenea, la realizarea lucrrii au fost consultate 165 titluri bibliografice, constnd din cele mai noi publicaii mondiale referitoare la acest subiect i realizrile de dat recent ale firmelor care au preocupri n producerea de echipamente tehnice pentru condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure n vederea procesrii finale.

n capitolul 1, intitulat Rolul plantelor medicinale i al fructelor de pdure i importana condiionrii acestora se prezint o sintez asupra stadiul actual privind preocuprile n Romnia n domeniul valorificrii plantelor medicinale i fructelor de pdure. Se face o descriere morfologic a principalelor specii de plante medicinale din flora spontan (urzica, coada oricelului, valeriana, angelica etc.) i a celor cultivate (chimenul, lavanda, menta, mueelul etc.) n special n zona montan, precum i a speciilor de arbuti fructiferi din flora spontan (afinul, meriorul, zmeurul, murul) sau introdui n cultur. Se prezint evoluia principalilor indicatori economici referitori la suprafaa cultivat i la producia total de plante medicinale i aromatice n Romnia i o situaie la nivel naional i mondial a acestor indicatori n ceea ce privete fructele de pdure. Dup o prezentare a caracteristicilor fizico-chimice sunt evideniai factorii modificatori ai calitii plantelor medicinale i fructelor de pdure dup recoltare, cerinele de calitate impuse acestor categorii de produse i necesitatea condiionrii lor nainte de procesare.

n capitolul 2, intitulat Stadiul actual i tendine n domeniul tehnologiilor i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure sunt evideniate diverse tehnologii pentru condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure, de la sortarea manual, pn la cea mai complex tehnologie de condiionare cu ajutorul laserului. Este prezentat o gam larg de echipamente realizate de firme de renume la nivel mondial din Germania, Danemarca, Italia, Serbia, Elveia etc. De asemenea, sunt evideniate i unele linii complexe de prelucrare primar a plantelor medicinale precum i variante tehnologice de condiionare a fructelor de pdure.


3


n capitolul 3, intitulat Necesitatea i obiectivele lucrrii se prezint o scurt sintez a aspectelor tratate n capitolele anterioare din care rezult c tema acestei teze de doctorat este de actualitate i c necesitatea i obligativitatea condiionrii plantelor medicinale i a fructelor de pdure nainte de procesare constituie o cerin pentru a se asigura condiiile optime de pstrare, comercializare, consum i prelucrare a acestei categorii de produse. Obiectivul principal al lucrrii de doctorat l constituie perfecionarea tehnologiei i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i a fructelor de pdure nainte de procesarea final, rezolvarea acestuia presupunnd parcurgerea secvenial a cel puin nou obiective subsidiare. Metodica general de studiu din aceast lucrare a fost astfel conceput nct s se evidenieze att stadiul actual i tendinele n domeniul tehnologiilor i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure, dar mai ales s se gseasc soluii teoretice i aplicaii experimentale pentru atingerea obiectivului principal al tezei de doctorat.

Capitolul 4, intitulat Contribuii teoretice la perfecionarea tehnologiilor i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure n vederea procesrii ulterioare abordeaz tehnologiile i operaiile procesului de condiionare al produselor vegetale care constituie obiectele acestei teze de doctorat, n scopul perfecionrii acestora. Este studiat influena parametrilor constructivi ai echipamentelor de tiere, sortare, transport interoperaional, uscare i tratare cu UV-C asupra calitii condiionrii i consumurilor energetice. Este prezentat proiectul unui echipament multifuncional conceput de autoare, capabil s execute o serie de operaii de condiionare pentru diferite produse horticole.

Capitolul 5, intitulat Cercetri experimentale privind perfecionarea tehnologiilor i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i a fructelor de pdure este cel mai amplu din aceast lucrare de doctorat. Este definit obiectivul principal al cercetrilor experimentale, precum i obiectivele complementare de a cror ndeplinire este condiionat realizarea obiectivului principal, metodica cercetrilor din laborator i exploatare, compararea rezultatelor cercetrilor teoretice i experimentale i precizarea soluiilor pentru perfecionarea tehnologiilor i echipamentelor utilizate la condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure nainte de procesarea final. La cercetrile experimentale desfurate n laboratoarele Universitii Transilvania din Braov, I.N.M.A. Bucureti i D.S.V.-Braov s-au folosit echipamente i aparatur de ultim generaie.

n capitolul 6, intitulat Concluzii finale se face o sintez a concluziilor prezentate n fiecare capitol din lucrare, acestea fiind grupate n concluzii generale i concluzii privind cercetrile teoretice i experimentale. Sunt evideniate contribuiile personale ale autoarei i se prezint propuneri privind direciile viitoare de cercetare pe aceast tem.

***

Prezenta lucrare de doctorat a fost realizat sub ndrumarea tiinific a domnului prof. univ. dr. ing.

Gheorghe BRTUCU, cruia i adresez deosebite mulumiri pentru sprijinul, ncrederea i nalta competen cu care m-a ndrumat pe tot parcursul elaborrii tezei de doctorat.

Adresez, de asemenea, mulumiri cadrelor didactice i colegilor din cadrul Facultii de Alimentaie i Turism a Universitii Transilvania din Braov pentru asigurarea cadrului organizatoric de desfurare a activitii de doctorat, conducerii Departamentului Ingineria i Managementul Alimentaiei i Turismului, precum i colectivelor de profesori care au participat n comisiile de evaluare la examenele i referatele pe perioada parcurgerii programului de pregtire la doctorat, pentru sfaturile pertinente i de nalt valoare tiinific acordate.

De asemenea, adresez mulumiri conducerii Institutului Naional de Cercetare-Dezvoltare pentru Maini i Instalaii destinate Agriculturii i Industriei Alimentare I.N.M.A. Bucureti, precum i colectivului din cadrul laboratorului Tehnologii n industria alimentar, pentru asigurarea cadrului organizatoric desfurrii cercetrilor experimentale din exploatare.

Mulumesc, de asemenea, conducerii Direciei Sanitar Veterinare - Braov, n special domnului ef lucrri dr. Gheorghe PUCHIANU pentru sfaturile deosebit de utile i asigurarea condiiilor de desfurare a cercetrilor experimentale din laborator.

Nu n ultimul rnd, mulumesc familiei mele pentru sprijinul moral i afectiv i pentru nelegerea pe care mi-au artat-o pe toat aceast perioad.

Braov, septembrie 2013 Constana-Cristina FLOREA


4


1. ROLUL PLANTELOR MEDICINALE I AL FRUCTELOR DE PDURE I IMPORTANA CONDIIONRII ACESTORA

1.1. Rolul i importana plantelor medicinale i a fructelor de pdure

Plantele medicinale i fructele de pdure sunt produse horticole folosite de oameni n alimentaie sau

n terapeutic. Aceste produse pot fi clasificate dup caractere generale comune, dar i din punct de vedere botanic, comercial, tehnologic, horticol, precum i dup modul de ntrebuinare al acestora. Delimitarea ntre plantele medicinale i fructele de pdure se poate face din punct de vedere tehnologic, dup posibilitile lor de utilizare ca materie prim n industria alimentar sau farmaceutic, sau dup componentul chimic cu ponderea cea mai mare.

Sub denumirea de plante medicinale i fructe de pdure se neleg, n aceast lucrare, organele plantelor i arbutilor fructiferi care conin substane active capabile s exercite o influen pozitiv asupra organismului uman.

1.2. Stadiul actual privind preocuprile n Romnia n domeniul valorificrii

plantelor medicinale i aromatice

Plantele medicinale au reprezentat din toate timpurile materii prime pentru tratarea diverselor afeciuni, fiind remedii de baz sau, uneori, aproape singurul remediu n vremurile de demult. La nceputurile medicinei, tratarea bolilor se fcea, n principal, cu ajutorul plantelor medicinale i, alturi de materialul vegetal, erau folosite materii de origine animal sau altele de origine mineral.

Folosirea plantelor medicinale pentru vindecare sau prevenirea unor boli dateaz de circa 7000 de ani, cele mai vechi date scrise referitoare la utilizarea plantelor medicinale fiind ntlnite la popoarele din Egiptul antic i China antic. Popoarele din Grecia antic au motenit bogate cunotine medicale de la cele din India, Babilon, China i Egipt.

Rezultatele cercetrilor efectuate de-a lungul timpului n acest domeniu au demonstrat c valoarea terapeutic a plantelor medicinale se datoreaz relaiei stabilite ntre structura chimic a substanelor active identificate i extrase din materialul vegetal i aciunea farmacodinamic pe care acestea o exercit asupra elementelor reactive ale organismului.

Din punct de vedere biogeografic, Romnia este situat la contactul a trei subregiuni i anume: euro-siberian, pontico-central asiatic i mediteranean. Datorit aezrii sale geografice, a unui relief variat i a climei favorabile dezvoltrii unei bogate vegetaii, Romnia se situeaz n primele 6 ri europene n ceea ce privete biodiversitatea speciilor de plante. Din zona de step i pn n cea montan, se ntlnesc felurite specii ierboase i lemnoase, plante care cresc spontan i un numr nsemnat de plante cultivate [138]. Speciile vegetale sunt estimate la aproximativ 20000, dintre care 3630 sunt cormofite spontane, ceea ce reprezint 40% din cormoflora Europei [149].

Cteva dintre aceste specii se vor prezenta n continuare.

1.2.2.1. Plante medicinale din familia Urticaceae Urzica (Urtica dioica L.) din familia Urticaceae, genul Urtica,

specia Urtica dioica L. (fig. 1.1) este o plant erbacee, peren, foarte rspndit prin locuri necultivate de la cmpie, deal sau munte, n Europa, nordul Africii, Asia i America de Nord. Prezint n pmnt un rizom trtor, iar tulpina aerian, nalt pn la 1,5 m este patrunghiular, cu frunze opuse, ovale sau lanceolate, dinate pe margini i cu numeroi peri urticani rigizi. Florile dioice, de culoare verzuie sunt reunite n panicule la subioara frunzelor superioare. nflorete din iunie pn toamna trziu [59].

Fig. 1.1. Urzic [123]

n tabelul 1.1 sunt prezentate sintetizat principiile active coninute n organul vegetal care prezint importan farmacologic, precum i aciunile pe care acestea le produc asupra organismului uman.


5


Tabelul 1.1 Caracterizarea medicinal a urzicii [59]

Produsul vegetal utilizat frunzele (folium urticae) recoltate din mai pn n octombrie; rdcina (radix urticae ).

Principii active coninute provitamina A (-carotena), vitamina B2 (riboflavina), vitamina C (acid ascorbic), vitamina K1 (filochinona), vitamina K2 (menachinona), flavonoide, mucilagii etc.

Aciune farmacologic hemostatic, datorit coninutului de vitamine K1 i K2; de fluidizare a secreiilor bronice, datorit mucilagiilor; diuretic, datorat prezenei flavonoidelor.

1.2.2.2. Plante medicinale din familia Violaceae

Fig. 1.2. Trei frai ptai [141]

Trei frai ptai (Viola tricolor L.) din familia Violaceae, genul Viola, specia Viola tricolor L. (fig. 1.2) este o plant anual, nalt de 8...40 cm. Rdcina este subire, puin dezvoltat. Tulpinile sunt simple sau ramificate, unghiulare, acoperite cu peri scuri, drepi i distribuii uniform. Frunzele inferioare sunt lung peiolate i ovate, iar cele superioare sunt alungit lanceolate. Florile au corola format din 5 petale, cele superioare avnd culoare violacee, cele laterale galben deschis, iar petala inferioar fiind galben. Planta crete, de regul, n locuri parial umbroase i nflorete din aprilie pn n septembrie [59].


Tabelul 1.2

Caracterizarea medicinal a plantei trei frai ptai [59] Produsul vegetal utilizat partea aerian (herba violae tricoloris), recoltat n timpul

nfloririi i uscat la umbr, n locuri bine aerisite. Principii active coninute saponine triterpenice, flavonozide, provitamina A (-carotena),

mucilagii etc. Aciune farmacologic expectorant, diuretic i depurativ.

1.2.3. Principalele specii de plante medicinale i aromatice cultivate n Romnia

1.2.3.1. Plante medicinale din familia Umbelliferae

Fig. 1.14. Chimen [123]

Chimenul (Carum carvi L.) din familia Umbelliferae, genul Carum, specia Carum carvi L. (fig. 1.14) este o plant erbacee bi- i plurianual spontan prin fneele din regiunile deluroase i muntoase, ns mai mult cultivat n aceleai regiuni. Are rdcina fuziform, tulpina dreapt, ramificat la baz, nalt de 30...60 cm, purtnd frunze divizate adnc [75]. Att tulpina, ct i ramurile se termin cu umbele de flori albe sau roiatice, care nfloresc din mai pn n iulie. Chimenul se cultiv, de obicei, n zonele mai umede i rcoroase, fiind puin pretenios fa de sol.

Suport soluri cu un pH de la 4,8 la 7,8. De asemenea, este puin pretenios fa de cldur, temperatura medie de germinaie fiind de 6...8 C. Chimenul trebuie semnat dup culturi care las terenul bogat n substane nutritive i curat de buruieni. Bune premergtoare pot fi pritoarele, leguminoasele pentru boabe sau cerealele pioase de toamn sau de primvar (gru, secar, orz) [86].



6


Tabelul 1.14 Caracterizarea medicinal a chimenului [86]

Produsul vegetal utilizat fructele (fructus carvi) recoltate atunci cnd 50...60% din fructele de pe umbela principal au ajuns la completa lor maturitate i au devenit galben-brune.

Principii active coninute principiul activ cel mai important din chimen este uleiul eteric (3...7%) format din carvon (pn la 60%), limonen (circa 40%), carveol, i dihidrocarvon;

n fructe s-au pus n eviden macro i microelemente precum: K, Na, Ca, Mg, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Mo etc.;

mai conine uleiuri grase, glucide, proteine, taninuri. Aciune farmacologic prezint proprieti carminative, stomahice i stimulente.

1.2.4. Compoziia chimic a plantelor medicinale

Plantele medicinale i datoreaz aciunea terapeutic uneia sau mai multor substane chimice elaborate de celulele lor i denumite principii active. Principalele clase de substane organice din organismele vii, respectiv glucidele, lipidele i protidele, formeaz aa numitul metabolism principal, din care deriv apoi toi compuii metabolismului secundar, ntre care se gsesc i principiile active.

n tabelul 1.19 este precizat coninutul n glucide al organelor unor plante medicinale i aromatice.

Tabelul 1.19 Coninutul n glucide al unor specii de plante medicinale i aromatice [59], [10]

Specia Glucide, % Organ Coriandru 20 Fructe Anason 3...6 Fructe Fenicul 4...5 Fructe Revent 12...15 Rdcini, Rizomi Coada oricelului 3 Inflorescene Chimion 20...25 Fructe Lemn dulce 3...5 Rdcini Spunari 1,5...3 Rdcini, rizomi

n tabelul 1.22 este prezentat coninutul n flavonozide al unor specii de plante medicinale i

aromatice. Tabelul 1.22

Coninutul n flavonozide al unor specii de plante medicinale i aromatice [10], [107]

Specia Flavonozide, % Organ Suntoare 1,3...3 Herb Mueel 5,7...7,2 Flori Coada oricelului 0,15 Flori Lemn dulce 1...1,5 Rdcini Mtrgun urme Frunze

n tabelul 1.23 este prezentat coninutul n glicozide cardiotonice al unor specii de plante medicinale

i aromatice. Tabelul 1.23

Coninutul n glicozide cardiotonice al speciilor de plante medicinale din genul Digitalis [75] Specia Glicozide cardiotonice, % Organ Degeel rou 0,14...0,66 Frunze Degeel lnos 0,10 Frunze

n tabelul 1.28 se prezint coninutul n ulei volatil al unor specii de plante medicinale i aromatice.


7


Tabelul 1.28 Coninutul n ulei volatil al unor specii de plante medicinale i aromatice [75], [93]

Specia Ulei volatil, % Organ Specia Ulei volatil, % Organ Busuioc 0,5...1,5 Herb Negrilic 0,5...1,5 Semine Suntoare 0,05...0,1

0,4...0,5 Herb Flori

Ment 1,5...3,5 1,75...2,25

Frunze Herb

Coriandru 0,15...1,7 Fructe Cimbru de cultur

0,12...2 Herb

Anason 1,5...6 Fructe Chimen 2,73...6,5 Fructe Fenicul 3,44...7,2 Fructe Angelic 0,3...1 Rdcini i

rizomi Nalb mare 0,022

0,024 Frunze Flori

Salvie 0,38...2,5 Frunze

Glbenele 0,2 Flori Pelin 0,25...1,32 Herb Coada oricelului

0,34...1,40 0,051...0,27

Herb Frunze

Valerian 0,15...2,43 Rdcini i rizomi

Mueel 0,30...1,5 Flori Mghiran 0,7...3,5 Herb Rozmarin 0,3...0,4 Herb Roini 0,1...0,15 Flori Lavand 0,55...1,5 Flori Obligean 1,5...3,9 Rizomi Isop 0,07...0,15 Herb

1.2.5. Evoluia cultivrii plantelor medicinale i aromatice n Romnia

ntruct flora spontan nu poate asigura necesarul de materie prim vegetal pentru procesare, s-a trecut treptat la cultivarea unui numr nsemnat de specii de plante medicinale i aromatice. Situaia statistic evideniaz faptul c din cele 350 de specii de plante medicinale i aromatice utilizate n Romnia, aproximativ 50 sunt cultivate.

Evoluia principalilor indicatori economici referitori la suprafaa cultivat i la producia total de plante medicinale i aromatice, n perioada 2005...2012, n Romnia, este prezentat n figurile 1.19 i 1.20.

11,8

6,2

12.9

8.97.37.4

23.7

4.6

0

5

10

15

20

25

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Anul

Supr

afa

a cu

ltiva

t,

mii

ha

Fig. 1.19. Evoluia suprafeei cultivate cu plante medicinale i aromatice n Romnia,

n perioada 20052012 [136]

1715,8

11,2

4,93.3 2.9

7.5 6.5

0

2

46

8

10

12

14

16

18

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Anul

Prod

ucia

tota

l,

mii

tone

Fig. 1.20. Evoluia produciei totale de plante medicinale i aromatice n Romnia,

n perioada 20052012 [136]


8



9

Producia medie de plante medicinale i aromatice a nregistrat n perioada 2005...2012 un maxim (1027 kg/ha) n anul 2008 i cea mai sczut valoare (392 kg/ha) n anul 2007, dup cum se poate remarca din graficul din figura 1.21.

717 717

392

1027

703

993 949

790

0

200

400

600

800

1000

1200

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Anul

Prod

ucia

med

ie,

kg/h

a

Fig. 1.21. Evoluia produciei medii la hectar de plante medicinale i aromatice n Romnia,

n perioada 20052012 [136]

1.3. Stadiul actual privind preocuprile n Romnia n domeniul valorificrii fructelor de pdure

Printre produsele pdurii un loc important l ocup fructele de pdure. Recoltarea lor i-a preocupat pe

oameni nc din timpuri strvechi, ele constituind o nsemnat resurs de hran. Multe din speciile de arbori i arbuti fructiferi au fost adaptate cu timpul n culturi, fcnd obiectul pomiculturii.

Datorit coninutului ridicat n vitamine (A, B1, B2, B6, C, D, E, K, PP) i substane nutritive (protide, lipide, glucide, sruri minerale), fructele de pdure completeaz i diversific alimentaia omului. Astfel, necesarul zilnic de vitamine reclamat de buna funcionare i dezvoltare a organismului poate fi satisfcut n cea mai mare parte prin consumul de fructe.

Valoarea nutritiv a unor specii de fructe de pdure este prezentat n tabelul 1.32. Tabelul 1.32

Valoarea nutritiv a unor specii de fructe de pdure [22] Specia Calorii/ 100 g Specia Calorii/ 100 g Castane comestibile 372 Mcee 131 Corcodue 72 Zmeur 40 Coacze, fragi, mure 46 Afine 56 Coarne 81 Agrie 48 Alune 682

1.3.3. Principalele fructe de pdure din flora spontan a Romniei

.

Afinul negru (Vaccinium myrtillus L.), din familia Ericaceae, este arbustul cel mai des ntlnit pe punile pietroase ale regiunilor alpine i prin locurile umede i stncoase din pdurile montane i subalpine din Romnia, formnd deseori pdurici dense sau afiniuri. nalt pn la 50 cm, are ramurile verzi, cu muchii ascuite, purtnd frunze alterne, scurt peiolate, ovale sau oval eliptice, cu vrful ascuit i marginea fin dinat, lungi de cel mult 3 cm i late de 2 cm (fig. 1.22).

Afinul nflorete din mai pn la sfritul lui iunie. Florile sunt de form globuloas, de culoare alb-roz, cu petalele unite sub form de clopoel, dispuse cte 1...2 la axila frunzelor [90].

Fig. 1.22. Afin negru [123]

Componentele active principale identificate n fructele de afin sunt urmtoarele: proteine, lipide, glucide, n special glucoza, fructoza, zaharoza, vitamine precum C, B3, B2, B1, B5, B6, acizi organici, acizi fenolici, pigmeni colorani de natur glicozidic, cei mai reprezentativi fiind delfinidina,


cianidina, malvidina, mirtillina, taninuri catechinice. Coninutul n substane minerale este relativ sczut, n 100 g fructe fiind determinate: 65 mg potasiu, 10 mg calciu, 9,1 mg fosfor, 5,0 mg clor, 2,4 mg magneziu i 1,0 mg sodiu [76].

1.3.4.Principalele specii de arbuti fructiferi introdui n cultur n Romnia

Dei cea mai mare parte din producia de fructe de pdure este obinut din flora spontan, n vederea conservrii biodiversitii i a echilibrului ecologic, unele specii de arbori i arbuti fructiferi au fost adaptate n cultur, crendu-se soiuri noi, cu o productivitate mai mare.

Datorit plasticitii ecologice i a preteniilor relativ reduse fa de condiiile pedoclimatice, nfiinarea plantaiilor de arbuti fructiferi poate fi extins n aproape toate zonele rii, contribuind astfel la valorificarea terenurilor rmase necultivate i la creterea produciei de fructe de pdure.

1.3.5. Evoluia produciei de fructe de pdure i a suprafeelor cultivate cu arbuti fructiferi n Romnia

n Romnia, conform datelor statistice ale FAOSTAT, n perioada 2006...2010, valoarea maxim a produciei totale de fructe de pdure (6917 tone) a fost nregistrat n anul 2006. n anul 2008, producia total s-a diminuat cu 27%, ajungnd la 5054 tone, iar n 2010 s-a nregistrat cea mai sczut valoare a produciei totale de fructe de pdure (5010 tone) (fig. 1.33).

6917 6757

5054 5393 5010

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

2006 2007 2008 2009 2010

Anul

Pro

duc

ia d

e fru

cte

de pd

ure,

n to

ne

Fig. 1.33. Evoluia produciei de fructe de pdure n Romnia, pe perioada 2006...2010 [125]

Urmtoarele grafice reprezint evoluia produciei principalelor specii de fructe de pdure din

Romnia, n perioada 2006...2010.

2000 2000

2220

2353

2200

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

Prod

ucia

de

afin

e, n

tone

2006 2007 2008 2009 2010Anul

Fig. 1.34. Evoluia produciei de afine n Romnia, pe perioada 20062010 [125]

Producia de afine (fig. 1.34) a avut o evoluie relativ constant pe perioada 2006...2010, cu un maxim de

2353 tone, reprezentnd 43,63% din producia total de fructe de pdure a anului 2009.


10


115

29

1118 19

0

20

40

60

80

100

120

Prod

ucia

de

coacz

e, n

tone

2006 2007 2008 2009 2010

Anul

Fig. 1.35. Evoluia produciei de coacze n Romnia, pe perioada 20062010 [125]

Producia de coacze (fig. 1.35) s-a diminuat cu 75% n anul 2007, comparativ cu anul 2006, urmnd ca trendul descresctor s se menin pn n 2010, cnd valoarea produciei a fost 19 tone. La nivelul anului 2010 ponderea coaczelor n producia total de fructe de pdure a reprezentat doar 0,38%.

402

328364

386360

050

100150200250300350400450

Prod

ucia

de

mer

ioa

re,

n ton

e

2006 2007 2008 2009 2010

Anul

Fig. 1.36. Evoluia produciei de merioare n Romnia, pe perioada 20062010 [125]

Merioarele au nregistrat o evoluie relativ constant a produciei (fig. 1.36) pe perioada analizat, 2006...2010, cu mici fluctuaii, producia cea mai mare fiind nregistrat n 2006 i cea mai mic n anul 2007. Ponderea produciei de merioare n totalul produciei de fructe de pdure la nivelul anului 2010 a reprezentat 7,19%.

Dintre toate fructele de pdure, zmeura a avut o evoluie descendent evident n perioada 2006...2010, nregistrnd o producie de doar 31 tone n 2010, comparativ cu 2200 tone n 2006 (fig. 1.37). Ponderea zmeurei n totalul produciei fructelor de pdure n perioada analizat a reprezentat un procent de 15,43%.

2200 2200

17 48 310

500

1000

1500

2000

2500

Prod

ucia

de

zmeu

r,

n ton

e

2006 2007 2008 2009 2010

Anul

Fig. 1.37. Evoluia produciei de zmeur n Romnia, pe perioada 20062010 [125]

Situaia suprafeei cultivate cu fructe de pdure pe perioada analizat, 2006...2010, este prezentat n figura 1.38.

Suprafaa cultivat cu afin s-a meninut aproape constant pe perioada celor 5 ani, dar a nregistrat un trend descresctor. O evoluie asemntoare s-a nregistrat i n cazul suprafeelor cultivate cu merior i cu alte fructe de pdure.


11


300285 291 285 280

59

8 12 1650

87 83 85 83 80100 100

426 15

348330 337 330 320

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2006 2007 2008 2009 2010Anul

Supr

afa

a cu

ltiva

t,

n ha

Af in

Coacz

Merior

Zmeur

Altele

Fig. 1.38. Suprafaa cultivat cu fructe de pdure n Romnia, pe perioada 20062010 [125]

Suprafaa cultivat cu coacze a nregistrat o scdere brusc n anul 2007 comparativ cu anul 2006,

nregistrnd n urmtorii 2 ani o cretere foarte uoar, ajungnd n 2010 la o valoare aproximativ egal cu cea din 2006.

Cultura de zmeur a nregistrat o scdere dramatic a suprafeei cultivate n anul 2008, ajungnd la numai 15 hectare n anul 2010.

1.4. Importana condiionrii plantelor medicinale i a fructelor de pdure

1.4.3. Necesitatea condiionrii plantelor medicinale i fructelor de pdure Calitatea i sigurana produselor alimentare au devenit un drept al consumatorilor, cu efecte

directe asupra calitii vieii, iar problematica axat pe calitatea i sigurana produselor alimentare se afl n centrul ateniei organismelor constituite pentru aprarea intereselor consumatorilor.

Dup recoltare, diferitele organe ale plantelor medicinale i ale arbutilor fructiferi sunt dirijate pe un anumit flux, dup destinaia de folosin, i anume: desfacere pe pia pentru consum imediat, depozitare pentru distribuia ealonat ctre procesator i distribuia imediat ctre procesator.

Fiecare din destinaiile de folosin necesit un anumit mod de pregtire prealabil, mai sumar sau mai complex, cunoscut sub numele de condiionare.

Operaiile de condiionare a diferitelor organe ale plantelor medicinale i arbutilor fructiferi au un rol deosebit de important n pregtirea produsului pentru diverse destinaii ulterioare.

Prezena n masa de produs a impuritilor i corpurilor strine implic numeroase aspecte negative, care genereaz pierderi pentru productorii sau procesatorii de plante medicinale i fructe de pdure. Dintre acestea se pot enumera urmtoarele: degradarea masei principale de produs n timpul depozitrii, ntruct corpurile strine organice

prezint o umiditate mai mare i determin alterarea acesteia; asigurarea unui mediu favorabil pentru dezvoltarea microorganismelor i a duntorilor; diminuarea sau compromiterea recoltei de plante medicinale i aromatice, deoarece buruienile

influeneaz negativ nu numai creterea i dezvoltarea plantelor, dar n acelai timp contribuie n mare msur i la scderea calitii, prin diminuarea coninutului n principii active; pierderea calitilor nutritive i organoleptice (gust, miros, arom etc.); riscul apariiei uzurii accidentale la organele de lucru ale utilajelor de curare, tocare i mcinare,

n categoria acestor corpuri strine intrnd pietrele i fragmente metalice. reducerea valorii de utilizare a materialului sditor datorat prezenei organismelor duntoare; creterea consumului de energie electric a echipamentelor de condiionare i prelucrare, prin

antrenarea corpurilor strine n acelai timp cu masa de produs. Avnd n vedere toate aceste aspecte, necesitatea i obligativitatea condiionrii plantelor medicinale i a

fructelor de pdure constituie o cerin pentru a se asigura condiiile optime de pstrare, comercializare, consum i prelucrare a acestei categorii de produse.


12


2. STADIUL ACTUAL I TENDINE N DOMENIUL TEHNOLOGIILOR I ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIIONAREA PLANTELOR

MEDICINALE I FRUCTELOR DE PDURE

2.1. Aspecte generale privind condiionarea plantelor medicinale

Legea plantelor medicinale i aromatice nr. 491 din 18 noiembrie 2003, cu modificrile i completrile ulterioare stabilete cadrul general privind producia, procesarea i organizarea pieei plantelor medicinale i aromatice n Romnia.

n sensul acestei legi, operaia de condiionare a plantelor medicinale i aromatice n ceaiuri, condimente naturale i n materii prime pentru procesare este definit prelucrare, iar transformarea materiilor prime obinute prin prelucrare n produse care se comercializeaz, precum: medicamente, cosmetice, suplimente nutritive i dietetice, aditivi alimentari de aromatizare reprezint operaia de procesare [25].

Prelucrarea primar cuprinde ntreg ansamblul de operaii tehnice prin care se realizeaz pregtirea, respectiv trecerea materialului vegetal recoltat ntr-o stare corespunztoare depozitrii, ambalrii sau prelucrrii ulterioare. Prin aceste operaii realizate cu utilaje specializate, materia prim este transformat succesiv, cantitativ i calitativ din starea iniial S0 ntr-o stare de produs finit SK.

2.2. Stadiul actual i tendine n domeniul tehnologiilor i echipamentelor

pentru condiionarea plantelor medicinale

La nivel mondial, firme de renume precum: Franz Sagemller GmbH din Germania, GEA Process Engineering din Danemarca, Tecnolab din Italia, Hans Binder din Germania, Euro Prima din Serbia etc. au realizat o gam larg de echipamente tehnice capabile s asigure o prelucrare primar eficient, prin curare de finee i sortare dup dimensiuni, proprieti aerodinamice etc. De asemenea, pentru realizarea unei separri intensive, cele mai multe firme au adoptat soluii mixte, realiznd echipamente complexe sau chiar linii de prelucrare primar a plantelor medicinale.

2.2.2.2. Echipamente pentru condiionarea plantelor medicinale prin sortare n cureni de aer Separatoarele pneumatice separ materialele dup diferena de mas specific i dup nsuirile

aerodinamice ale acestora. Un echipament folosit pentru condiionarea n cureni de aer a plantelor medicinale uscate, realizat de firma EURO PRIMA din Serbia, este prezentat n figura 2.4.

F-1000 este un separator pneumatic a crui funcionare se bazeaz pe principiul separrii particulelor n curent de aer. Acest echipament este prevzut cu un regulator electronic de debit, ceea ce permite reglarea rapid i n limite largi a vitezei curentului de aer i poate fi utilizat pentru separarea unei mari varieti de produse (boabe de ienupr, mcee, ment, melis, oregano, salvie etc.).

Fig. 2.4. Separatorul pneumatic F-1000, produs de firma Euro Prima [124]


13


Fig. 2.6. Selectorul aerodinamic SAD, produs

de firma Aeromeh [139]

Alimentarea se realizeaz prin gura de alimentare legat la conducta central inferioar. Un curent de aer suplimentar, provenit de la un ventilator situat tot n partea inferioar a echipamentului, separ seminele, care sunt evacuate i colectate.

Curentul de aer, mpreun cu particulele foarte uoare i continu micarea ascendent, fiind separate aerodinamic i eliminate prin partea superioar a echipamentului.

Acest tip de selector este destinat att pentru pregtirea de nalt calitate a produsul semincier, curindu-l i selectndu-l, ct i pentru separarea materialelor vegetale de impuriti i corpuri strine.

2.2.3. Tehnologii i echipamente pentru condiionarea plantelor medicinale prin mrunire Mrunirea poate fi definit ca operaia care are ca obiect reducerea dimensiunilor materiilor prime

sub aciunea unor fore mecanice. Materialele solide supuse mrunirii au iniial forme i dimensiuni geometrice foarte variate i proprieti fizico-mecanice specifice naturii acestora. Procesul de mrunire trebuie s se realizeze n aa fel, nct materialul prelucrat s nu sufere modificri nedorite, cum ar fi impurificarea sau nclzirea excesiv [146].

FS 3004 Machine (fig. 2.8) este un echipament multifuncional care poate realiza mai multe operaii de condiionare a plantelor medicinale. Acesta efectueaz tocarea plantelor medicinale i sortarea semiproduselor obinute.

Fig. 2.8. Echipamentul universal FS 3004 Machine, produs de firma Euro Prima [124]

2.2.4.4. Echipamente pentru condiionarea plantelor medicinale prin uscare convectiv

Fig. 2.13. Usctorul convectiv

R-5 Harvest Saver, produs de firma C.D.S [122]

Usctorul convectiv R-5 Harvest Saver (fig. 2.13), produs de firma COMMERCIAL DEHYDRATOR SYSTEMS, Inc. din S.U.A., este un echipament de uscare de capacitate mic. Este confecionat din oel inoxidabil, ceea ce asigur condiii igienice pentru obinerea unor produse de calitate i sigure. Controlul temperaturii i al umiditii este automatizat. Este prevzut cu un ventilator care poate funciona n mai multe trepte de vitez, oferind astfel condiii optime de uscare pentru o gam larg de produse, precum fructe, condimente, plante medicinale etc.


14


2.2.4.8. Echipamente de condiionare a plantelor medicinale prin uscare cu microunde Firma PSCHNER din Germania realizeaz usctoare cu microunde modulate pentru optimizarea

procesului de uscare, innd cont c acesta depinde de caracteristicile produselor vegetale (implicit de caracteristicile plantelor medicinale i aromatice) procesate, de distribuia energiei etc. n figura 2.19 este prezentat usctorul cu 5 module de cte 12 kW/2450 MHz fiecare, limea benzii fiind de 0,5 m.

Fig. 2.20. Usctoarele cu microunde sub vid MIVAP, produse de firma Hans Binder [113]

2.2.4.10. Echipamente de condiionare a plantelor medicinale prin uscare prin liofilizare n figura 2.21 este prezentat schema unei instalaii de liofilizare n flux continuu produs de firma

GEA PROCESS ENGINEERING din Danemarca. Instalaia este compus din urmtoarele componente: 1 cabinet de liofilizare Conrad, 2 - camera rece de ncrcare, 3 - transportor tvi, 4 - sas de admisie, 5 - sas de evacuare, 6 sistem de golire tvi, 7 - sistem aezare tvi, 8 - elevator de ieire i 9 - sistem de rentoarcere tvi goale.

Fig. 2.21. Instalaia de liofilizare ATLAS CONRAD, produs de firma G.P.E. [145]

2.2.5.2. Echipamente pentru condiionarea plantelor medicinale prin separare cu site plane Separatorului vibrator cu excentric (fig. 2.24) produs de firma FRANZ SAGEMLLER GmbH

din Germania poate fi executat cu una sau dou site plane cu ochiuri diferite, suprapuse, nclinate fa de orizontal cu un unghi de 1530.

Fig. 2.24. Separatorul vibrator cu excentric produs de firma Franz Sagemller [128]

2.2.6.2. Tipuri constructive de echipamente folosite pentru splarea plantelor medicinale

Echipamentele folosite pentru condiionarea diverselor organe vegetale ale plantelor medicinale sunt variate i fabricate de diferii productori.


15


Ortoget 6500 Washing Machine este un echipament de splat prin stropire. Acesta poate funciona independent sau poate fi integrat ntr-o linie tehnologic de prelucrare, realiznd operaia de splare. Echipamentul este realizat din oel inoxidabil n conformitate cu regulamentele U.E.

Fig. 2.27. Echipamentul pentru splat rdcini prin stropire Ortoget 6500 Washing Machine, produs

de firma DP Food Technology [121] 2.2.7.2. Echipamente pentru condiionarea prin stabilizare enzimatic a plantelor medicinale

Firma SAFESTERIL din Frana produce o instalaie complex de sterilizare cu abur, dotat cu un usctor melcat cu abur, un sistem rapid de rcire cu ap i aer, un sistem de anticondensare, precum i cu un sistem automat de monitorizare i control, care permite urmrirea funcionrii i comanda de la distan.

Fig. 2.29. Instalaia de sterilizare cu abur Safesteril [155]

n figura 2.32 este prezentat linia de procesare primar a plantelor medicinale, compus din urmtoarele echipamente: 1 - dozator, 2 - selector de corpuri strine, 3 echipament de tiere, 4 separator pneumatic, 5 sortator vibrator.

Fig. 2.32. Linia de procesare primar a plantelor medicinale,

aparinnd firmei Franz Sagemller [128]


16


2.3. Aspecte generale privind operaia de condiionare a fructelor de pdure Prin condiionarea fructelor de pdure se urmrete creterea duratei de conservabilitate a acestora,

concomitent cu meninerea calitilor nutritive, a proprietilor organoleptice i a compoziiei chimice ct mai apropiate de cele ale fructelor n stare proaspt.

2.4. Stadiul actual i tendine n domeniul tehnologiilor i echipamentelor pentru condiionarea fructelor de pdure

Pentru sortarea fructelor de pdure se folosesc echipamente ale cror operaii principale se bazeaz pe separarea dup dimensiune, separarea n cureni de aer dup proprietile aerodinamice ale particulelor sau separarea dup culoare etc.

2.4.1.2. Echipamente pentru condiionarea fructelor de pdure prin sortarea dup dimensiune Echipamentul Stick Eliminator (figura 2.36) produs de firma LAKEWOOD PROCESS

MACHINERY separ i nltur impuritile i corpurile strine din masa de fructe de pdure recoltate. Principiul de funcionare al acestui echipament se bazeaz pe existena rulourilor cilindrice profilate, care, prin poziionarea lor, permit separarea impuritilor mici (pmnt, resturi vegetale etc.) din masa de fructe de pdure. Antrenarea rolelor prin transmisia cu lan asigur deplasarea longitudinal a produsului supus sortrii.

Fig. 2.36. Separatorul cu rulouri cilindrice profilate Stick Eliminator, produs de firma L.P.M. [134]

Firma CHARLOTTETOWN METAL PRODUCTS LIMITED din Canada produce separatorul vibrator cu site perforate (fig. 2.38). Pentru intensificarea procesului de separare, suprafaa de lucru prezint o micare vibratorie, produs de un motor electric cu excentric.

Fig. 2.38. Separatorul vibrator cu site perforate produs de firma C.M.P.L. [118]

2.4.2.2. Echipamente pentru condiionarea fructelor de pdure prin sortare n curent de aer

Echipamentul Air Cleaner 14130 (fig. 2.39) produs de firma LAKEWOOD PROCESS MACHINERY funcioneaz pe principiul separrii particulelor n curent de aer i este folosit pentru eliminarea din fluxul principal de produs recoltat a fructelor neajunse la maturitate, a frunzelor, tulpinilor, precum i a altor resturi nedorite.


17


Fig. 2.39. Separatorul n curent de aer Air Cleaner 14130, produs de firma L.P.M. [134]

2.4.3. Tehnologii i echipamente pentru condiionarea fructelor de pdure prin separarea impuritilor feroase i neferoase Separarea corpurilor feroase din masa de produs vegetal recoltat se realizeaz cu ajutorul unor

dispozitive speciale sub form de planuri nclinate sau tambure cu magnei permaneni sau electromagnei.

Fig. 2.41. Echipamentul pentru detectarea i eliminarea corpurilor strine metalice,

produs de firma L.P.M. [134]

2.4.4.2. Echipamente pentru condiionarea fructelor de pdure prin sortarea dup culoare Sortatorul optic SORTEX K realizat de productorul BHLERGROUP din Elveia utilizeaz tehnologie

de vrf pentru a oferi soluii eficiente tuturor procesatorilor de fructe.

Fig. 2.43. Principiul de funcionare al sortatorului optic SORTEX K [115]


18


Firma BEST din Belgia este lider mondial n producia de echipamente de sortare bazate pe tehnologia laser i a camerelor video de nalt precizie. Echipamentele realizate de aceast companie asigur detectarea i eliminarea corpurilor strine nedorite din masa de produse, precum i a fructelor care nu corespund din punct de vedere al maturitii de recoltare.

O realizare recent a acestei firme este dezvoltarea unei tehnologii de sortare n funcie de caracteristicile biologice ale produselor. Aceste caracteristici nu pot fi detectate de ochiul uman, de exemplu aflatoxina, dar sunt deosebit de periculoase pentru sntate.

Tehnologia Detox de sortare cu laser folosete un design optic special, care permite detectarea i eliminarea produselor contaminate cu aflatoxin.

Cu tehnologia SWIR (Shortwave Infrared 0,91,7 m) se efectueaz o sortare pe baza coninutului de ap din produse. Produsele cu coninut ridicat n ap, precum fructele congelate, absorb lumina, n timp ce corpurile strine din plastic, lemn reflect lumina i n acest fel sunt detectate i nlturate.

Avnd n vedere proprietile fluorescente ale anumitor produse, echipa de cercettori a firmei BEST, n colaborare cu Universitatea din Bruxelles, a patentat tehnologia laser FLUO. Aceast tehnologie este folosit pentru a sorta produsele care nu conin clorofil sau al cror coninut n clorofil difer de cel al produselor de baz, oferind un contrast mai bun pentru a detecta diferenele de culoare i de textur. Astfel, obiecte precum pietre, plastic, sticl metal etc. sunt detectate i nlturate.

Fig. 2.45. Sortatorul cu laser HELIUSTM produs de firma Best [112]

2.4.5.2. Echipamente pentru condiionarea fructelor de pdure prin splare Firma CESARE TAVALAZZI SRL din Italia este specializat n producia unor diverse tipuri de

echipamente de splat fructe. Echipamentul din figura 2.48 este format din dou cuve fabricate n ntregime din oel inoxidabil. Splarea se efectueaz prin vibrarea suprafeelor celor dou cuve.

Fig. 2.48. Echipamentul de splat prin vibrarea suprafeelor cuvelor, produs de firma C.T. [161]

2.4.6. Linii complexe pentru condiionarea fructelor de pdure Firma LAKEWOOD PROCESS MACHINERY din S.U.A. are o vechime de treizeci de ani n

industria de procesare a fructelor de pdure, n special a afinelor de cultur. Aceast societate ofer spre


19


comercializare echipamente individuale sau linii complexe de prelucrare i ambalare a acestor fructe. n continuare este prezentat una din variantele de linii de procesare primar a afinelor realizat de aceast companie.

Fig. 2.50. Linie de procesare afine de cultur, produs de firma L.P.M.,

Varianta A [134]

n tabelul 2.7 sunt prezentate echipamentele i operaiile de condiionare aferente variantei A a liniei de procesare.

Tabelul 2.7 Echipamentele i operaiile aferente liniei de procesare Varianta A

Echipamente Operaii A Sortator pneumatic Eliminarea corpurilor strine uoare B Sortator cu cilindri profilai Eliminarea resturilor vegetale C Precurtor Eliminarea pietrelor, nisipului etc. D Band transportoare Realizarea transportului produselor E Echipament de splare Eliminarea contaminanilor F Sit vibrant cu curent de aer Zvntarea produselor G Sortator dup culoare i form Eliminarea fructelor necoapte sau deteriorate H Mas de sortare manual Asigurarea controlului produselor I Echipament de ambalat Ambalarea produselor J Band transportoare Realizarea transportului produselor ambalate


20


3. NECESITATEA I OBIECTIVELE LUCRRII

3.1. Necesitatea lucrrii

Aezarea geografic a Romniei i caracteristicele climei i reliefului acesteia au favorizat creterea i dezvoltarea unei flore extrem de variate i interesante. Un numr mare de specii de plante i arbuti fructiferi din flora spontan prezint importan deosebit datorit principiilor active pe care le conin, utilizabile n terapeutica uman sau n domenii de rafinament ale alimentaiei. Aceste plante au fost ncadrate n categoriile de plante medicinale sau aromatice, iar arbutii fructiferi acoper un spectru larg de utiliti prin gust, arom, culoare etc.

n scopul protejrii mpotriva dispariiei a unor specii din flora spontan intens recoltate s-a trecut la cultivarea acestora, ceea ce a permis dirijarea evoluiei lor spre recolte superioare, mbogirea n principii active i mecanizarea tehnologiilor lor de cultur.

Proiectul Programului de Dezvoltare Durabil a Agriculturii Romneti pn n anul 2030, supus recent dezbaterii publice acord o atenie deosebit valorificrii superioare a plantelor medicinale i fructelor de pdure, n concordan i cu tendina mondial de promovare a agriculturii ecologice i diversificrii surselor de materii prime pentru industria farmaceutic i de fructe cu caracteristici deosebite pentru alimentaie.

Calitatea i sigurana produselor alimentare au devenit un drept al consumatorilor, cu efecte directe asupra calitii vieii, iar problematica axat pe acest aspect se afl n centrul ateniei organismelor constituite pentru aprarea intereselor consumatorilor.

Prezena n masa de plante medicinale sau fructe de pdure a impuritilor i corpurilor strine implic numeroase aspecte negative, care genereaz pierderi pentru productorii sau procesatorii de plante medicinale i fructe de pdure. Dintre acestea se pot enumera urmtoarele:

degradarea masei principale de produs n timpul depozitrii, ntruct corpurile strine organice prezint o umiditate mai mare i determin alterarea acesteia;

asigurarea unui mediu favorabil pentru dezvoltarea microorganismelor i a duntorilor. Pe suprafaa fructelor exist un numr de microorganisme, care poate prezenta variaii foarte largi i care crete pe msur ce acestea gsesc condiii propice de dezvoltare. Microorganismele provin din mediul nconjurtor, majoritatea din aer, fiind aduse de praf, insecte sau animale, dar i din sol sau din apa pluvial sau cea de irigare. n funcie de caracteristicile fizico-chimice ale fructelor, microflora dezvoltat pe suprafaa acestora este foarte divers, att ca numr, ct i din punct de vedere al speciilor. Variabilitatea este n funcie de un mare numr de factori, cum ar fi condiiile de mediu, stadiul de dezvoltare al fructelor, gradul de coacere, zona de amplasare a culturilor (n cazul fructelor de pdure provenite de la arbuti fructiferi cultivai), starea de sntate i tratamentele fitosanitare aplicate plantaiilor de arbuti fructiferi.

Majoritatea microflorei patogene dezvoltate pe suprafaa fructelor face parte din familia Enterobacteriaceae. Astfel, genul Escherichia provoac infeciile colibacilare, genul Shigella produce infecia dizenteric, genul Salmonella determin salmonazele, genurile Proteus, Aerobacter, Klebsiella i altele produc infecii specifice. n aceste condiii, consumarea sau prelucrarea fructelor poate deveni periculoas pentru sntatea oamenilor;

diminuarea sau compromiterea recoltei de plante medicinale i aromatice, deoarece buruienile influeneaz negativ nu numai creterea i dezvoltarea plantelor, dar contribuie n mare msur i la scderea calitii, prin diminuarea coninutului n principii active;

pierderea calitilor nutritive i organoleptice (gust, miros, arom etc.); riscul apariiei uzurii accidentale la organele de lucru ale utilajelor de curare, tocare i

mcinare, n categoria acestor corpuri strine intrnd pietrele i fragmente metalice. reducerea valorii de utilizare a materialului sditor datorat prezenei organismelor

duntoare; creterea consumului de energie electric a echipamentelor de condiionare i prelucrare, prin

antrenarea corpurilor strine n acelai timp cu masa de produs.


21


Avnd n vedere toate aceste aspecte, necesitatea i obligativitatea condiionrii plantelor medicinale i a fructelor de pdure nainte de procesare constituie o cerin pentru a se asigura condiiile optime de pstrare, comercializare, consum i prelucrare a acestei categorii de produse.

3.2. Obiectivele lucrrii

Obiectivul principal al lucrrii de doctorat l constituie perfecionarea tehnologiei i

echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i a fructelor de pdure nainte de procesarea final.

Atingerea acestui obiectiv presupune parcurgerea secvenial i rezolvarea unor obiective subsidiare, cele mai importante dintre acestea fiind:

analiza rolului i importanei plantelor medicinale, cu evidenierea compoziiei chimice a unor specii reprezentative din flora spontan a zonei montane a Romniei, precum i a unor specii de plante medicinale cultivate;

analiza rolului i importanei fructelor de pdure, cu evidenierea proprietilor fizice i a compoziiei chimice a unor specii reprezentative din flora spontan a Romniei, precum i a unor fructe de pdure provenite de la arbuti fructiferi cultivai;

analiza stadiului actual al cunotinelor teoretice, preocuprilor i rezultatelor din Romnia i de pe plan mondial pentru condiionarea plantelor medicinale i a fructelor de pdure nainte de procesarea final;

analiza stadiului actual al realizrilor n domeniul echipamentelor tehnice pentru condiionarea plantelor medicinale i a fructelor de pdure;

cercetarea teoretic a posibilitilor de perfecionare a tehnologiei i echipamentelor de condiionare a plantelor medicinale i a fructelor de pdure;

proiectarea unui echipament complex utilizabil la condiionarea plantelor medicinale i fructelor de pdure pentru sortarea manual, tratarea cu radiaii neionizante UV-C, tratarea cu abur, exhaustarea particulelor minerale sau organice contaminante etc.;

cercetarea experimental a procesului de condiionare a plantelor medicinale prin luarea n considerare a mai multor tehnologii i echipamente care s conduc la rezultate finale similare sub aspectul puritii fizico-biologice i al pstrrii principiilor active;

cercetarea experimental a procesului de condiionare a fructelor de pdure prin tratare cu radiaii neionizante UV-C;

analiza, interpretarea i compararea rezultatelor cercetrilor teoretice i experimentale n scopul stabilirii tehnologiilor i echipamentelor care s asigure perfecionarea condiionrii plantelor medicinale i fructelor de pdure nainte de procesarea final.

3.3. Metodica general de cercetare n lucrare

Pentru ndeplinirea obiectivului principal i a obiectivelor subsidiare precizate pentru aceast lucrare

este necesar o examinare riguroas a modului de desfurare a cercetrilor teoretice i experimentale i o permanent corectare a eventualelor erori care ar putea s se manifeste pe parcursul acestor cercetri.

n figura 3.1 se prezint schema metodicii generale de cercetare n aceast lucrare, n care se observ i bucla de corectare permanent a modelelor teoretice ale procesului de condiionare prin compararea rezultatelor concrete obinute n cadrul cercetrilor experimentale desfurate n laborator i n exploatare.

Din studiile efectuate n capitolele 1 i 2 referitoare la stadiile actuale ale cercetrilor i realizrilor la nivel mondial n domeniul condiionrii prin sortare a plantelor medicinale i prin tratare cu radiaii neionizante UV-C a fructelor de pdure, precum i n domeniul construciei de echipamente pentru aplicarea acestei tehnologii, a rezultat c se pot efectua cercetri care s conduc la implementarea unei tehnologii de condiionare a fructelor de pdure cu ajutorul creia se poate obine o prelungire a duratei de pstrare a acestora, cu implicaii asupra reducerii pierderilor cauzate de microflora epifit specific acestor specii de fructe.


22


De asemenea, procesul de condiionare al plantelor medicinale prin sortare poate fi optimizat energetic prin reducerea duratei operaiei de condiionare, prin stabilirea parametrilor optimi necesari unei sortri eficiente, astfel nct produsele finale s ndeplineasc criteriile calitative impuse prin standarde, i n acelai timp, calitatea acestora s nu fie afectat.

Analiza rolului i importanei plantelor medicinale i a fructelor de pdure n alimentaie i terapeutic

Analiza stadiului actual al tehnologiilor de condiionare a plantelor medicinale i a fructelor de pdure

Analiza stadiului actual al realizrii de echipamente tehnice pentru condiionarea plantelor medicinale i a fructelor de pdure

Cercetarea teoretic a procesului de condiionare a plantelor medicinale i fructelor de pdure

Fig. 3.1. Metodica general de cercetare n lucrarea de doctorat

Principiile de baz care au stat n permanen la baza cercetrilor din aceast lucrare au avut n

vedere: asigurarea puritii fizice i biochimice a plantelor medicinale i fructelor de pdure destinate

procesrii ulterioare; pstrarea integritii structo-texturale i meninerea principiilor valoroase i calitilor

organoleptice ale acestora; perfecionarea tehnologiei i echipamentelor pentru condiionarea plantelor medicinale i

fructelor de pdure nainte de procesarea final; Pe baza metodicii generale de cercetare din lucrare s-au abordat i studiat aceste aspecte, structura

tezei de doctorat fiind astfel conceput nct s asigure rezolvarea obiectivului principal i a celor auxiliare, n concordan cu principiile specificate anterior.

Cercetarea experimental a procesului de condiionare a plantelor medicinale i fructelor de pdure

n laborator n exploatare

Analiza i interpretarea rezultatelor cercetrii experimentale m

bun

tir

e Compararea rezultatelor cercetrilor teoretice i experimentale

Concluzii finale


23


4. CONTRIBUII TEORETICE LA PERFECIONAREA TEHNOLOGIILOR I ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIIONAREA PLANTELOR MEDICINALE I FRUCTELOR DE PDURE N VEDEREA

PROCESRII ULTERIOARE

4.1. Operaii i tehnologii de condiionare aplicabile plantelor medicinale

4.1.1. Operaii de condiionare aplicabile plantelor medicinale Condiionarea plantelor medicinale reprezint un ansamblu de operaii executate manual sau

mecanizat, n scopul obinerii unui material vegetal de calitate, care s corespund criteriilor privitoare la coninuturile maxime de impuriti, corpuri strine, umiditate.

Succesiunea operaiilor n cadrul procesului de prelucrare primar a plantelor medicinale este determinat, n primul rnd, de materia prim (specie, organ al plantei etc.), precum i de scopul urmrit pentru valorificarea acestora (ambalare i comercializare sub form de ceaiuri, depozitare sau prelucrare ulterioar n diverse industrii).

n tabelul 4.1 se prezint o sintez a operaiilor de condiionare aplicabile plantelor medicinale. Tabelul 4.1

Operaii de condiionare aplicabile Produsul vegetal

medicinal Splare Mrunire

prin tiere Stabilizare prin tratare cu abur

Uscare Sortare manual

Separare mecanic

Tratare cu UV-C

Semine X X X Fructe X X X X X Partea aerian X X X X X X

Rdcini X X X X X X

Indiferent de complexitatea procesului tehnologic, acesta este format dintr-o succesiune logic de operaii unitare, majoritatea fiind operaii de divizare i separare, dup modul n care acioneaz asupra materialului i de natur fizic sau mecanic. n afara operaiilor unitare, procesul tehnologic de condiionare a plantelor medicinale mai cuprinde i operaii auxiliare, precum transportul, producerea aburului, dozarea, depozitarea materialelor etc., operaii care nu sunt reprezentate n fluxurile tehnologice din figurile 4.1 i 4.2.

Fig. 4.1. Fluxul tehnologic de condiionare a herbei n stare proaspt [149]


24


Figura 4.2. prezint fluxul tehnologic de condiionare a prii aeriene a unei plante medicinale n stare uscat.

Fig. 4.2. Fluxul tehnologic de condiionare a herbei n stare uscat [149]

4.2. Operaii i tehnologii de condiionare aplicabile fructelor de pdure

4.2.1. Operaii de condiionare aplicabile fructelor de pdure Fructele de pdure pot fi considerate produse finite atunci cnd sunt consumate n stare proaspt i

materie prim pentru industrie, cnd sunt supuse prelucrrii ntr-o gam larg de produse. Condiionarea fructelor de pdure reprezint un proces tehnologic care presupune succesiunea unor

operaii specifice, precum: separarea de impuriti, sortarea dup diferite criterii (form, culoare, grad de vtmare, sntate), calibrarea dup mrime sau mas, iradierea, splarea etc. Splarea este o operaie cu caracter limitat, aplicat numai acelor specii care prezint membrane rezistente i texturi corespunztoare, care s nu permit zdrobirea sub presiunea jetului de ap (mcee, porumbe etc.). Celelalte specii cu membrane subiri i suculente (zmeur, mure, afine fragi, coacze) nu sunt supuse splrii, deoarece se nregistreaz pierderi mari [6].

n tabelul 4.2 se prezint o sintez a operaiilor de condiionare aplicabile fructelor de pdure pentru consum n stare proaspt, precum i a fructelor de pdure destinate procesrii.

Tabelul 4.2

Operaii de condiionare aplicabile Fructe de pdure Splare Tratare cu radiaii

neionizante UV-C Sortare manual

Sortare mecanic

Fructe de pdure pentru procesare n industria alimentar

X X X

Fructe de pdure pentru consum n stare proaspt

X X X

4.2.2. Tehnologii de condiionare aplicabile fructelor de pdure

n funcie de destinaia materiei prime, tehnologiile pentru condiionarea fructelor de pdure pot fi constituite dintr-un numr mai mare sau mai mic de operaii. De asemenea, echipamentele folosite pentru condiionarea fructelor de pdure pot ndeplini o singur operaie sau pot fi echipamente complexe care pot executa mai multe operaii.

De exemplu, n figura 4.4 este prezentat un flux tehnologic de condiionare a afinelor de cultur. n funcie de situaia concret se poate aplica i un tratament cu radiaii neionizante UV-C.


25


Fig. 4.4. Fluxul tehnologic de condiionare a afinelor de cultur

4.3. Cercetri teoretice privind perfecionarea operaiilor specifice condiionrii

plantelor medicinale i fructelor de pdure

4.3.1. Cercetri teoretice privind perfecionarea operaiei de mrunire prin tiere Mrunirea poate fi definit ca operaia care are ca obiect reducerea dimensiunilor materiilor prime sau

materialelor sub aciunea unor fore mecanice. Materialele solide supuse mrunirii au iniial forme i dimensiuni geometrice foarte variate i proprieti fizico-mecanice specifice naturii acestora.

Procesul de mrunire sau reducere a dimensiunii se bazeaz pe studii probabilistice. Att alimentarea unui utilaj cu materia prim, ct i produsul rezultat se definesc cu ajutorul funciei de distribuie a dimensiunilor particulelor, ceea ce exprim probabilitatea ca o particul de o anumit mrime s fie prezent ntr-un eantion de material de mcinare.

Fig. 4.5. Factorii care influeneaz procesul de mrunire [146]


26



27

4.3.1.2. Cercetri teoretice privind reducerea consumului energetic necesar pentru mrunirea prin tiere n principal, consumul de energie pentru mrunire depinde de proprietile fizico-mecanice, de tipul

de solicitare n procesul de mrunire i de gradul de mrunire. Cu ct gradul de mrunire este mai mare, cu att energia necesar pentru mrunire este mai mare.

Energia consumat la mrunire este numai n parte util, o parte important pierzndu-se prin producerea deformaiilor elastice i plastice i prin frecarea bucilor de material ntre ele i de organele active ale utilajului. n vederea realizrii unor consumuri reduse de energie, la executarea operaiei de mrunire trebuie s se stabileasc corect dimensiunile pn la care s se fac mrunirea i s se aleag corespunztor schema cinematic a utilajului, n funcie de proprietile fizico-mecanice ale materialului de mrunit.

Potrivit teoriei Rebinder, consumul specific de energie pentru mrunirea materialului, poate fi exprimat prin relaia (4.2):

1s 2E L L , (4.2)

unde: este lucrul mecanic consumat de main; lucrul mecanic consumat n procesul de mrunire.

1L 2L

Fiecare dintre cei doi termeni poate fi descompus:

1 11 12

2 21 2

L L LL L L 2

, (4.3)

unde: este lucrul mecanic furnizat mainii pentru deformarea elastic a elementelor ce o compun; - lucrul mecanic consumat pentru generarea de noi suprafee, prin uzur, pe elementele active ale

mainii; - lucrul mecanic necesar deformrii elastice a bucii de material, pn la rupere; - lucrul mecanic care duce la generarea de suprafee noi ale materialului de mrunit.

11L

L12L

21 22L

Util, n sens strict limitat, este numai lucrul mecanic L22. Pentru partea care revine materialului se poate scrie:

2L

2

21 21 2rL N kE

; (4.4)

22 22L k A , (4.5)

unde: N este numrul ciclurilor de deformare a materialului pn la fragmentare; r - rezistena specific de rupere care condiioneaz procesul; E - modulul de elasticitate al materialului; A - aria specific nou creat; i coeficieni de proporionalitate. 21k 22k

Mrimea se definete ca:

2

1

nAA

, (4.6)

unde: este aria suprafeei particulelor rezultate prin mrunire; - aria suprafeei particulei iniiale. Exponentul n depinde de condiiile mrunirii, pentru mrunire fin i suprafin, n>0. Se ajunge astfel la legea generalizat a mrunirii:

2A 1A

2

1 21 222r

sE L N k k AE . (4.7)



28

n relaia (4.7), gradul de mrunire se reflect n mrimea , iar condiiile n care are loc operaia de mrunire, n mrimea N i exponentul . n

La concasare grosier, este simitor mai mare dect , iar la mcinare situaia se inverseaz. Randamentul fizic al mrunirii este:

21L 22L

fef

AE

, (4.8)

unde: este energia superficial specific a materialului supus mrunirii; A - aria specific nou creat; e fE - energia transmis particulelor; sA E - energia specific necesar mrunirii efective. Randamentul fizic al mrunirii este cuprins ntre 0,11%. Partea cea mai nsemnat a mrimii e fE

revine lucrului mecanic de deformare i frecrilor gruntelui individual care se mrunete. Randamentul tehnic este:

ttotala

AE , (4.9)

unde cuprinde n plus fa de totalaE e fE , pierderile la mersul n gol al mainii i pierderile la transmiterea energiei de la colectivul de particule din spaiul de lucru al mainii ctre particula individual. n consecin, %.1,0...01,0t

Charles a stabilit o teorie general care permite calcularea energiei utile de mrunire, valabil pentru orice material supus mrunirii. Conform acestei teorii, raportul dintre variaia energiei de mrunire,

i variaia dimensiunii granulei, este negativ i invers proporional cu dimensiunea dE dx x a granulei ridicat la o putere , care depinde de natura materialului i condiiile de mrunit: m

m

dE C CdE dxdx x x

m , (4.10)

unde: C este o constant de proporionalitate. Energia util de mrunire va fi:

0

E d

s mD

CE dE dx

x . (4.11) Pentru valoarea relaia (4.11) se integreaz i astfel se obine legea Kick-Kirpicev: 1m

11 1lg lgsE C d D

. (4.12)

Potrivit legii Kick-Kirpicev, energia necesar pentru mrunirea unor corpuri asemntoare i omogene variaz direct proporional cu volumele sau greutile acestor corpuri. Coeficientul corespunde consumului de energie pentru mrunirea unei uniti de greutate a materialului de mrunit cu un grad de mrunire multiplu de zece.

1C

Legea Kirpicev a fost verificat experimental i s-a constatat o bun concordan n cazul materialelor de dimensiuni mari, nu i n cazul materialelor de dimensiuni mici.

Pentru valoarea din relaia (4.11) se obine legea Rittinger: 2m

21 1

sE C d D

. (4.13)

Potrivit legii Rittinger, energia util de mrunire este proporional cu creterea suprafeei specifice a materialului. Coeficientul este egal cu consumul de energie necesar pentru formarea unei uniti noi de suprafa specific.

2C



29

Legea Rittinger, verificat experimental, d bune rezultate n cazul materialelor de dimensiuni mici. Pentru valoarea din relaia (4.11) se obine legea Bond: 1,5m

31 1

sE C d D

. (4.14)

Potrivit legii Bond, energia util mrunire este egal cu diferena dintre energiile coninute de material dup i nainte de mrunire. Constanta poate fi scris sub forma: 3C

3 100C W . (4.15) Atunci cnd dimensiunile se exprim n microni, iar W este indicele de mrunire i reprezint

energia necesar pentru mcinarea unui material de la dimensiunea infinit la dimensiunea de 100 m, variaz n limite foarte largi n funcie de material i se determin experimental. WDac se nlocuiete relaia (4.14) n (4.15) se obine:

1 1 10100sD dE W W

dd D D

0 (4.16)

sau:

100sDW E

D d

d . (4.17)

Legea Bond are aplicabilitate mai larg dect legile Kirpicev i Rittinger. Pentru a se introduce aria specific, , invers proporional cu ptratul dimensiunii particulei, relaia

(4.10) devine: A

1dA C xdE

, (4.18)

unde: 2n este o constant; - constant. 1CTatsuo Tanaka propune o variant detaliat a relaiei (4.18):

c adA K P P P xdE

, (4.19)

unde: este probabilitatea ciocnirii particulelor; cP P - probabilitatea ca rezistena de rupere a materialului s fie depit; - probabilitatea propagrii fisurii; - constant. aP K

Prin aceast relaie se evideniaz parametrii cei mai importani care caracterizeaz funcionarea mainilor de mrunire a materialelor solide.

Pe lng aceste teorii de mrunire considerate clasice, exist i teorii moderne, cum ar fi teoria termodinamic, teoria liberei mruniri i teoria modelelor.

Teoria termodinamic a lui Djingenzhian pornete de la ideea c suma dintre energia cinetic necesar pentru mrunirea unui material i energia caloric intern a materialului mrunit, care este transformat n lucru util, este o constant, potrivit relaiei:

intcE Q k Q , (4.20) unde: cE este energia cinetic de mrunire; - energia caloric intern transformat n lucru util; - cldura care ia natere n timpul mrunirii; - constant termodinamic ce caracterizeaz materialul supus mrunirii.

intQk

Q

Teoria liberei mruniri a lui Carey i Stairmand pornete de la ideea c n timpul mrunirii forele exterioare sunt aplicate particulelor supuse mrunirii, astfel nct se produce o repartiie granulometric a fragmentelor obinute, caracteristic materialului, care se poate numi repartiie natural.

Diferena dintre energia asociat produsului obinut dup mrunire i energia asociat materiei prime este egal cu energia consumat pentru realizarea mrunirii.

Teoria liberei mruniri se poate transpune n relaia:



30

p mE E Ec , (4.21) unde: pE este energia produsului de mrunire; mE - energia materiei prime; cE - energia consumat de utilajul de mrunire; - randamentul energetic al utilajului.

Teoria modelelor a lui Adreasen pornete de la ideea c se poate determina cantitativ variaia unei anumite proprieti a materialului de mrunit atunci cnd se schimb raportul dimensiunilor.

Condiiile care trebuie respectate n cazul mrunirii pe maini model sunt: cele dou maini s fie riguros identice; s se respecte raportul dintre dimensiunile geometrice; particulele de alimentare s aib aceleai dimensiuni; materialele nu trebuie s fie fragile, adic s nu se rup nainte de limita de elasticitate [146].

La modul general, consumul specific total de energie E se poate calcula cu relaia: 22211211 EEEEE , (4.22)

unde: E11 este consumul specific de energie pentru nvingerea forelor de frecare dintre elementele utilajului prin deformarea elastic a elementelor utilajului de mrunit; E12 - energia specific consumat pentru generarea de noi suprafee pe organele active ale utilajului; E21 energia specific consumat prin deformarea elastic a materialului supus mrunirii; E22 energia specific consumat pentru generarea de noi suprafee prin dezintegrarea particulelor de material.

Randamentul utilizrii energiei n cadrul operaiei de mrunire se determin prin relaia:

%1...1,022211211

2222

EEEE

EE

E . (4.23)

Relaia (4.23) evideniaz faptul c o foarte mare parte din energie se pierde inutil pentru nvingerea forelor interne dintre elementele instalaiei, dintre particulele cu care se alimenteaz instalaia sau dintre particulele i elementele active ale instalaiei, diminuarea acestor pierderi reprezentnd principalele direcii de reducere a consumurilor energetice n procesul de mrunire, respectiv de cretere a randamentului acestei operaii.

4.3.1.5. Modelarea matematic a procesului de tiere folosind un cuit cu ascuire unilateral

Variaia valorii forei de rezisten la tiere n timpul deplasrii cuitului n cadrul procesului de tiere permite obinerea unor informaii cu privire la producerea mecanismului de rupere a materialului.

Fora de rezisten la tiere are urmtoarele componente: fora consumat pentru deformarea plastic i elastic, fora care nvin

florea constant a cristina

Documents