Биотехнологические требования к получению оздоровительного чая из лекарственных растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биотехнологические требования к получению оздоровительного чая из лекарственных растений

Худоногов И.А.*, Ижевский А.С.**, Шевченко М.В.**, Воякин С.Н.**

*Иркутский государственный университет путей сообщения

**Дальневосточный государственный аграрный университет

Аннотация

В статье приведены технологические требования для переработки различных видов оздоровительного чая из лекарственных растений Западного Прибайкалья с использованием технических средств, работающих на принципе преобразования электрической энергии в энергию ИК-излучения, являющихся простыми, надежными, экономичными и, как правило, экологически чистыми. Предлагается при ведении процесса термообработки использовать схему при согласном направлении потока инфракрасного излучения с одновременным отсосом воздуха в нижнем слое.

Ключевые слова: лекарственные растения, ик-излучение, ресурсы, запасы, технология, переработка, ферментация, сушка, завяливание, карамелизация

технологический переработка оздоровительный чай излучение

Территория Западного Прибайкалья обширна и включает зоны с весьма богатым видовым составом дикорастущих и культивируемых лекарственных растений, пригодных для освоения технологии повседневно-бытового чая.

Запасы лекарственных растений, ресурсы которых имеют большое значение для организации производства повседневно-бытового чая, могут пополняться за счет двух направлений:

1) заготовка дикорастущих лекарственных растений (иван-чая, курильского чая, медуницы, бадана, чабреца, листьев брусники и черники, плодов шиповника, боярышника, черники, черемухи, рябины и др.);

2) выращивание и заготовка растений в специализированных хозяйствах (смородина, черемуха, облепиха, калина и др.).

Видовой состав дикорастущих лекарственных растений, рекомендуемый для заготовки, очерчен, в основном, в технических условиях на целебный чай «Байкальский» [1]. Однако по заказам фитотерапевтов перечень был значительно расширен после утверждения технических условий.

Хамерион узколистный (иван-чай, кипрей), являющийся, в основном, сырьем для организации производства «Копорского» целебного чая, рекомендуется собирать в два периода. В первый период (июнь-июль-август) ведется заготовка травы для получения зеленого или черного копорского чая, во второй период (сентябрь-октябрь) ведется заготовка полуферментированных листьев для получения серого «Копорского» чая [2].

Технология переработки кипрея в черный чай предусматривает доставку на пункт переработки всей надземной части растения. В этом случае заготовку целесообразнее производить при помощи механизированных средств, например, косилок типа КС-2,1 или КРН-2,1. При малых объемах заготовки кипрея или когда место его произрастания не позволяет применять машинные методы, можно рекомендовать в качестве средств заготовки серпы или косы.

Технология переработки кипрея в зеленый или серый чай предусматривает доставку на пункт переработки только листьев растения. Сбор листьев кипрея, в связи с отсутствием механизированных средств, рекомендуется проводить вручную. Листья необходимо снимать со стеблей движением руки снизу-вверх для полуферментированных растений и сверху-вниз для зеленых растений. Индивидуальный сборщик листьев кипрея должен при этом пользоваться брезентовыми рукавицами. Рекомендуется срывать только здоровые листья, не поврежденные вредителями или болезнью. Не рекомендуется заготавливать кипрей под высоковольтными линиями передач электроэнергии, а также вблизи дорог с интенсивным движением транспорта.

Почерневший лист бадана, являющийся основным сырьем в технологии получения «Чагирского» целебного чая, заготавливают весной (апрель-май) после освобождения земли от снежного покрова. Операция по сбору почерневшего листа бадана сравнительно трудоемкая, так как в настоящее время нет механизированных средств заготовки, и поэтому сбор листа ведется вручную. За один час производительной работы сборщик заготавливает от 5 до 10 кг почерневших листьев бадана. Почерневшие листья бадана, пролежавшие в течение осени и зимы под снегом, имеют большее количество действующих веществ по сравнению с зелеными листьями бадана. Кроме того, в процессах переработки почерневших листьев бадана требуется в 2-3 раза меньше энергии по сравнению с переработкой зеленых листьев бадана для получения «Чагирского» целебного чая.

Заготовка листа брусники ведется в два периода: ранней весной и глубокой осенью, т.е. до цветения и после сбора ягод. Технология и техника заготовки листа брусники базируются на частичной механизации. Мини-бригада по заготовке листа брусники состоит из двух человек. Один из них при помощи специальной мотыги заготавливает плети с брусничным листом в копны, второй складывает сырье в мешки. В настоящее время ведутся работы по проектированию электромеханического комбайна для заготовки листа брусники, черники и других лекарственных растений. Техническими условиями предусматривается сбор листьев лекарственных растений без нарушения корней и стеблей.

Заготовка сырья для получения «Курильского» целебного чая ведется в июле-августе. Рекомендуется заготавливать облиственные цветущие верхушечные части пятилистника кустарникового (курильского чая) с начала цветения и до конца вегетации. Заготовку ведут индивидуальные сборщики при помощи специальных ножниц-секаторов.

В технологии получения поливитаминного целебного чая в качестве сырья, в основном, используются плоды следующих растений: шиповника, боярышника, черемухи, черники, рябины. Плоды дикорастущих лекарственных растений рекомендуется собирать в период полного их созревания в сухую погоду. Плоды рябины, тмина и других растений, у которых они расположены в зонтиках или щитках, обрывают вручную без плодоножки. Плоды шиповника рекомендуется собирать вместе с остатками чашечки, которая у них остается сверху плода. Эту чашечку удаляют уже после подсушивания, перетирая плоды руками. Сочные плоды (чернику, землянику и малину) лучше собирать рано утром или вечером, аккуратно отделяя их от плодоножки, укладывая слоями в плетеные корзинки. Между слоями рекомендуется прокладывать веточки с листьями, чтобы плоды не слеживались и не давились.

Для ликвидации йододефицита рекомендуется заготавливать прикорневые листья медуницы мягенькой. Сроки сбора устанавливают в период наибольшего роста прикорневого листа медуницы, а не в период цветения, как это рекомендуется в некоторых литературных источниках [3, 4].

С целью соблюдения технологических требований (условий) заготовку лекарственных растений рекомендуется осуществлять путем восстановления систем типа «Центрокооплектехсырье» или путем использования в качестве сборщиков студентов биологических специальностей средних и высших учебных заведений. Сбору лекарственных растений необходимо учить. Чтобы быть хорошо подготовленными в технологии заготовки лекарственных растений, необходимо иметь обширные теоретические знания по ботанике. Кроме того, очень важно знать, какие части растений необходимы для технологии того или другого сорта повседневно-бытового целебного чая и когда наступает нужное время для их сбора.

В технологии освоения запасов лекарственных растений с целью получения целебного чая могут иметь место следующие термические процессы: завяливание, ферментация, сушка и карамелизация углеводов.

Растительное сырье необходимо предварительно отсортировать, удаляя случайно попавшие части других растений или части того же растения, не предусмотренные заготовкой, а также побуревшие и поврежденные части, и прочий мусор.

Завяливание производится естественными и искусственными методами. Сущность завяливания сводится к испарению из растений излишней влаги с целью, во-первых, облегчения дальнейших биохимических измерений во время ферментации, а во-вторых, получения полуфабриката, который легко было бы крутить, не ломая и не разрывая листьев. Хорошо провяленный лист не ломается с хрустом при сгибании и остается цельным комом при сжимании, потеряв всякую упругость. В сухую солнечную погоду завяливание ведется естественным методом. В естественных условиях процесс завяливания осуществляется на специальных стеллажах из расчета 0,1-0,5 кг/м². Завяливание идет при рассеянном солнечном излучении от 3 до 12 часов, температуре воздуха 20-25 С и относительной влажности 65-75 %. Если в свежем растении содержание воды составляет 75-85 %, то в завяленном оно не должно превышать 62-64 %, при этом особенно важно, чтобы все части листа были равномерно завялены. При неблагоприятных погодных условиях процесс завяливания осуществляется путем использования разных технических средств.

В технологии переработки лекарственных растений рекомендуется после завяливания проводить такую технологическую операцию, как скручивание. Цель скручивания листа состоит в том, чтобы, во-первых, сообщить продукту тот завитой вид, который принят для готового чая, а, во-вторых, что гораздо важнее, - раздробить и раздавить клеточки листа, чтобы дать возможность клеточному соку выступать наружу и войти в соприкосновение с находящимся в листе окислителем. Применяют трехкратное скручивание, каждое продолжительностью по 45 минут. После скручивания растение становится «сырым» и мягким, то есть возникает ощущение увеличения влажности растения. Количество раздавленных тканей должно составлять 70-75 %.

Ферментация проводится, как правило, после скручивания чайных растений и продолжается от 5 до 12 часов. Поэтому процесс ферментации условно подразделяется на две фазы. Первая проходит во время скручивания, вторая - при помощи специальных ферментационных средств. Образование ароматических и вкусовых продуктов во второй фазе достигает максимума и затухает вследствие израсходования тех веществ, из которых они образуются под действием ферментов. За время ферментации листья чайных растений вследствие бурно идущих окислительных процессов приобретают медно-красный оттенок, а затем зелень постепенно превращается в хорошо известный приятный аромат ферментированного чая.

Ароматические и вкусовые изменения осуществляются при помощи собственных ферментов листьев чайных растений. Для успешного действия ферментов большое значение имеют условия внешней среды: аэрация, влажность воздуха, доступ кислорода и другие факторы, оказывающие направляющее влияние на ход ферментации и качество продукта. Лишь в результате создания оптимального режима ферментации возможно наиболее полное использование тех веществ, которые потенциально заключены в листе и определяют качество чая. По существующей технологии, для того, чтобы процесс ферментации протекал нормально, в роллерах и ферментационных помещениях-установках создают при помощи специальных увлажнителей высокую относительную влажность воздуха 90-95 %. Оптимальной температурой для ферментации в настоящее время принято считать 22-26 С. Большое значение для успешного хода ферментации имеет также постоянный приток кислорода. Лучшие условия для ферментации создаются при 8-10-кратном обмене воздуха в помещении за один час. Иначе говоря, каждые 6 минут весь объем воздуха ферментационного помещения заменяется новым. Концом ферментации считается появление специфического аромата, медно-красной окраски основной массы листа, а также прекращение выделения теплоты в слое чайных растений.

Принцип сушки чайных растений основан на удалении влаги. Чем быстрее производится сушка, тем выше качество сырья. При медленной сушке в клетке продолжается жизнедеятельность, и ферментативные процессы могут инактивировать биологически активные вещества. Кроме того, влажный воздух способствует заражению сырья плесневыми грибами или бактериями.

Характер сушки зависит от вида сырья, содержания в нем действующих веществ. Сырье, содержащее эфирные масла (тимьян, душица), сушат медленно, при температуре не выше 30-35 С, так как при более высокой температуре масла испаряются. Наоборот, при наличии в сырье гликозидов его необходимо сушить при температуре 50-60 С, при которой быстро прекращается деятельность ферментов, разрушающих гликозиды. Сырье, содержащее аскорбиновую кислоту (плоды шиповника, рябины, черемухи, боярышника и др.), сушат при температуре 80-90 С во избежание окисления ее.

Существует несколько способов сушки чайных растений: воздушная теневая, воздушная солнечная и тепловая с искусственным подогревом.

Воздушная теневая сушка применяется для листьев чайных растений, которые под влиянием прямых солнечных лучей блекнут, буреют, теряют естественную окраску и надлежащий внешний вид: количество действующих веществ в таком некондиционном сырье снижается. Такая сушка производится в хорошо закрытых помещениях с вентиляцией, например, на чердаке под железной или шиферной крышей. В жаркие солнечные дни на таких чердаках температура воздуха достигает 40-50 С. Для увеличения площади сушки на чердаках делают стеллажи из мешковины, марли или другой неплотной ткани. Расстояние между ярусами стеллажей - 30-60 см. Сырье раскладывают ровным тонким слоем в 1-2 см так, чтобы листья были расправлены, не перегибались и не скручивались.

Воздушная солнечная сушка применяется для корневого и корневищного сырья, содержащего дубильные вещества и алкалоиды, а также для сочных плодов. При этом способе сушки сырье раскладывают тонким слоем от 1 до 3 см и не менее одного раза в сутки переворачивают, на ночь закрывают от росы.

В холодный период или когда идут дожди, чайные растения сушат с применением искусственного нагрева: с помощью сушилок, теплиц и русских печей. В русских печах продолжительное время удерживается тепло, и сырье высыхает равномерно. Для этого в печь при температуре 40-60 С устанавливают подставку, на которой размещают в 2-3 ряда решетчатые рамы с разложенным сырьем. Трубу закрывают наполовину. В процессе сушки несколько раз открывают заслонку, чтобы удалить из печи влажный воздух.

Хорошо высушенное сырье содержит 10-15 % гигроскопической влаги. Сушка считается законченной, если сырье становится ломким, а листья, цветки и соцветия легко растираются в порошок.

Режимы сушки иван-чая были исследованы при помощи инфракрасного излучения для разных вариантов (рис. 1).

Рис. 1. Схема взаимодействия системы «продукт-излучатель» в процессе применения инфракрасного излучения для сушки иван-чая:

1 - излучатель; 2 - продукт; 3 - подставка; 4 - вентилятор

Исследования проводились по трем принципиально различным схемам.

1. Сушка при отсутствии элементов искусственной конвекции (испытуемый образец иван-чая, помещенный на сплошную подставку, подвергался воздействию потока инфракрасного излучения) (рис.1, схема 1).

2. Сушка при встречном направлении потоков (испытуемый образец иван-чая, помещенный на сплошную подставку, сверху подвергался воздействию потока инфракрасного излучения с одновременным нагнетанием воздушного потока в нижний слой) (рис. 1, схема 2).

3. Сушка при параллельном направлении потоков (испытуемый образец иван-чая, помещенный на решетчатую подставку, сверху подвергался воздействию потока инфракрасного излучения с одновременным прохождением воздушного потока через отражатель облучателя) (рис. 1, схема 3).

4. Сушка при согласном направлении потоков (испытуемый образец иван-чая, помещенный на решетчатую подставку, сверху подвергался воздействию потока инфракрасного излучения с одновременным отсосом воздуха в нижнем слое) (рис. 1, схема 4).

Наилучшие показатели получены при ведении процесса при согласном направлении потоков (рис. 1, схема 4). Процесс сушки растения без элементов искусственной конвекции оказался весьма проблематичным.

При согласном направлении потока инфракрасного излучения и воздушного потока процесс сушки иван-чая идет значительно интенсивнее по сравнению с другими вариантами. Интенсивность сушки можно объяснить тем, что этот режим совмещает комбинацию трех методов сушки: инфракрасного, конвективного и вакуумного, каждый из которых дополняет друг друга. Инфракрасные лучи обеспечивают интенсивность теплопередачи. Воздушный поток, направленный согласно потоку инфракрасного излучения, равномерно распределяет температуру по всей толще слоя материала.

И, наконец, при согласном направлении потоков в зоне сушки обнаруживается третий элемент - вакуум, способствующий снижению температуры процесса без снижения интенсивности сушки. А это особенно важно для сохранения витаминов, микроэлементов и т.д. в лекарственных растениях. Совокупность действия всех этих элементов в процессе сушки называется инфракрасно-конвективно-вакуумным способом сушки.

Инфракрасно-конвективно-вакуумный способ сушки позволяет устранить явление температурного эффекта и повысить скорость влагоотдачи. Пониженная температура процесса сушки при малых экспозициях позволяет получать образцы с высоким содержанием активно действующих веществ [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12].

Карамелизация углеводов

Для придания некоторым видам и сортам чая специфического вкуса проводят операцию по карамелизации углеводов. В случае использования для этой операции инфракрасного излучения плотность облучения не должна быть ниже 10 кВт/м², чтобы обеспечить температуру нагрева чайных растений в пределах 130-140 °С. Комбинация элементов искусственной конвекции и инфракрасного излучения нецелесообразна из-за больших потерь теплоты с отработанным воздухом. Не менее важным требованием к проведению операции по карамелизации углеводов является наличие определенного содержания влаги в чайном растении. При ее полном отсутствии вместо карамелизации углеводов будет происходить обугливание чайных растений, а при очень высокой влажности (более 60%) 99% потока инфракрасного излучения будет поглощаться в слое толщиной 2-5 мм, что приведет в конечном итоге к обугливанию верхних слоев обрабатываемого материала. Рекомендуется перед проведением операции по карамелизации углеводов довести содержание влаги в полуфабрикате до 10-30 % [13].

Заключительным этапом переработки растений считается измельчение и сепарация. Главной целью этого процесса является рассортировка высушенной массы листа по фракциям. Измельчение листьев чайных растений проводится на серийно выпускаемых машинах-измельчителях. После этого измельченная масса чая поступает на раму сортировальной машины, совершающей поступательно-возвратное колебательное движение, подбрасывается на определенную высоту, одновременно продвигается вперед, рассеивается на ситах и попадает в ящики, расположенные под ситами машины. Сита подбирают таким образом, чтобы получить мелкий чай с размером чаинок от 2 до 10 мм. Массовая доля пыли в мелком чае не должна превышать 5%.

Выводы

Рассмотренные технологические процессы с целью получения оздоровительного чая с оптимальным составом активно-действующих веществ предусматривают проведение последовательных процессов термообработки сырья ИК-облучением, включающих завяливание, ферментацию, сушку и карамелизацию углеводов. Наиболее энергоемкой операцией термической обработки лекарственных растений является сушка, где при согласном направлении потоков ИК-излучения, конвекции и вакуума в зоне сушки происходит значительное влагоудаление. Данная схема взаимодействия системы «продукт-излучатель» в процессе применения инфракрасного излучения для сушки иван-чая позволит повысить качество продукта, сократить энергозатраты и время на технологический процесс. 

Список использованных источников

1. Худоногов А.М., Худоногов И.А. «Чай Байкальский» ТУ 9191-001-0492916-94 : тех. условие // Восточно-Сибирский институт стандартизации и метрологии. - Иркутск. - 1994. - 25 с.

2. Агафонов А.Д., Андрест Б.Б. Организация заготовок дикорастущих плодов, ягод, грибов и лекарственных трав. - М. - 1975. - 240 с.

3. Худоногов И.А., Худоногова Е.Г., Худоногов А.М. Биоэлектротехнология целебного чая // Учебное пособие. - Иркутск. - 1998. - 165 с.

4. Худоногов А.М., Маслов В.Я., Сопин Л.В., Худоногов И.А. Биоэлектротехнология чая из целебных трав // Пути повышения эффективности использования электрической энергии в сельскохозяйственном производстве Восточной Сибири. - Иркутск. - 1992. - С. 55-60.

5. Карпов В.Н., Щур И.З. Термодинамика оптических элементов АПК // Учебное пособие. - СПб. - 1996. - 89 с.

6. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Cправочник / Под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М. - 1982. - 512 с.

7. Авдеев А.В. Совершенствование процессов сушки и сушильной техники // В сб.: Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М. - 1979. - С. 61-62.

8. Аредарчук А.В., Слободской А.Л. Электротермическое оборудование направленного излучения. - М. - 1991. - 80 с.

9. Байдук Н.В., Раджапов А.Р., Исмаилов Н. Автоматизированная установка для сушки плодов и винограда // В сб.: Электрификация, механизация и автоматизация производства с.-х. продукции на промышленной основе. - Челябинск. - 1975. - 69-74.

10. Борхерт Р., Юбиц В. Техника инфракрасного нагрева. - М.-Л. - 1963. - 278 с.

11. Буляндра А.Ф. Теплофизические основы расчета терморадиационных сушильных установок пищевой промышленности: автореф. дис. - Киев - 1968. - 24 с.

12. Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели. - Л. - 1978. - 407 с.

13. Худоногов И.А. Технология целебного чая: информ. лист № 12-97 Иркутского ЦНТИ. - Иркутск. - 1997. - 2 с.

Размещено на Allbest.ru