Universitatea din Craiova

Transcriere

1 Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane Axa prioritară 1 Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere Domeniul major de intervenţie 1.5. Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării Titlul proiectului: Burse doctorale pentru dezvoltare durabila BD-DD Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov Universitatea Transilvania din Brasov Scoala Doctorala Interdisciplinara Departament: Ingineria şi Managementul Alimentaţiei şi Turismului Ing. ec. Constanţa-Cristina FLOREA Contribuţii la perfecţionarea tehnologiei şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure înainte de procesare Contributions to the improvement of technology and equipment used for the conditioning of herbs and berries before processing Conducător ştiinţific Prof.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU BRASOV, 2013

2 MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, , TEL , FAX RECTORAT D-lui (D-nei)... COMPONENŢA Comisiei de doctorat Numită prin ordinul Rectorului Universităţii Transilvania din Braşov Nr din PREŞEDINTE: CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Carol CSATLOS Decan - Facultatea de Alimentaţie şi Turism Universitatea Transilvania din Braşov Prof. univ. dr. ing. Gheorghe BRĂTUCU Universitatea Transilvania din Braşov Prof. univ. dr. ing. Adrian MITROI Universitatea de Ştiinţe Agronomice şi Medicină Veterinară Bucureşti Cerc. şt. pr. I dr. ing. Ion PIRNĂ Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Maşini şi Instalaţii destinate Agriculturii şi Industriei Alimentare Bucureşti Prof. univ. dr. Angela MĂRCULESCU Universitatea Transilvania din Braşov Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: , ora 11.00, sala RP6, la Facultatea de Alimentaţie şi Turism Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi în timp util, pe adresa cristina.florea@unitbv.ro Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. Vă mulţumim.

3 CUPRINS 1. ROLUL PLANTELOR MEDICINALE ŞI AL FRUCTELOR DE PĂDURE ŞI 9 5 IMPORTANŢA CONDIŢIONĂRII ACESTORA 1.1. Rolul şi importanţa plantelor medicinale şi a fructelor de pădure Stadiul actual privind preocupările în România în domeniul valorificării plantelor 10 5 medicinale şi aromatice Stadiul actual privind preocupările în România în domeniul valorificării fructelor 33 9 de pădure Importanţa condiţionării plantelor medicinale şi a fructelor de pădure STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIŢIONAREA PLANTELOR MEDICINALE ŞI FRUCTELOR DE PĂDURE Aspecte generale privind condiţionarea plantelor medicinale Stadiul actual şi tendinţe în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale Aspecte generale privind operaţia de condiţionare a fructelor de pădure Stadiul actual şi tendinţe în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea fructelor de pădure.. 3. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII Necesitatea lucrării Obiectivele lucrării Metodica generală de cercetare în lucrare CONTRIBUŢII TEORETICE LA PERFECŢIONAREA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIŢIONAREA PLANTELOR MEDICINALE ŞI FRUCTELOR DE PĂDURE ÎN VEDEREA PROCESĂRII ULTERIOARE Operaţii şi tehnologii aplicabile plantelor medicinale Operaţii şi tehnologii aplicabile fructelor de pădure Cercetări teoretice privind perfecţionarea operaţiilor specifice condiţionării plantelor medicinale şi fructelor de pădure Contribuţii la perfecţionarea echipamentelor de condiţionare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure prin proiectarea unui echipament tehnic multifuncţional.. 5. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND PERFECŢIONAREA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIŢIONAREA PLANTELOR MEDICINALE ŞI A FRUCTELOR DE PĂDURE Obiectivele cercetărilor experimentale Obiectele cercetării experimentale Metodica cercetării experimentale Echipamentele şi aparatura folosite la cercetarea experimentală Desfăşurarea cercetărilor experimentale Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale CONCLUZII FINALE Concluzii generale Concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale Contribuţii personale Direcţii viitoare de cercetare BIBLIOGRAFIE Pg. teza Pg. rezumat 1

4 CONTENT 1. ROLE OF MEDICINAL PLANTS AND BERRIES AND THE IMPORTANCE OF 9 5 THEIR CONDITIONING The role and importance of medicinal plants and berries Current status regarding concerns about the valorisation of medicinal and aromatic 10 5 plants in Romania Current status regarding concerns about the valorisation of berries The importance of conditioning medicinal plants and berries CURRENT STATE AND TRENDS REGARDING TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT FOR THE CONDITIONING OF MEDICINAL PLANTS AND BERRIES 2.1. General aspects concerning the conditioning of medicinal plants Current status and trends regarding technologies and equipment used for conditioning medicinal plants General aspects concerning the conditioning operation for berries Current status and trends regarding technologies and equipment used for conditioning berries NECESSITY AND OBJECTIVES OF THE THESIS Necessity Objectives General methods of research THEORETICAL CONTRIBUTIONS FOR IMPROVING THE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT USED FOR CONDITIONING MEDICINAL PLANTS AND BERRIES FOR FURTHER PROCESSING Operations and technologies applicable to medicinal plants Operations and technologies applicable to berries Theoretical research regarding the improvement of specific operations for conditioning medicinal plants and berries Contributions to improve the conditioning equipment for medicinal plants and berries by designing a multifunctional technical equipment EXPERIMENTAL RESEARCH ON IMPROVING EQUIPMENT AND TECHNOLOGIES USED FOR CONDITIONING MEDICINAL PLANTS AND BERRIES Experimental research objectives Experimental research objects Experimental research methodology Equipment and machinery used in the experimental research Conducting the experimental research Processing and interpretation of the results from the experimental research FINAL CONCLUSIONS General conclusions Conclusions regarding theoretical and experimental research Personal contributions Future research directions BIBLIOGRAPHY Pg. teza Pg. rezumat 2

5 PREFAŢĂ Aşezarea geografică a României, condiţiile pedo-climatice şi de relief specifice acesteia, au făcut posibilă apariţia şi dezvoltarea unei flore spontane extrem de valoroase, în care se includ şi circa 3630 de specii superioare de plante medicinale şi arbuşti fructiferi, dintre care 10 12% au caracteristici fizicobiologice valorificate în scopuri terapeutice sau alimentare din cele mai vechi timpuri. Evoluţia cunoştinţelor referitoare la importanţa principiilor active sau valorii nutritive ale acestora au condus la cereri tot mai mari de asemenea produse vegetale, ceea ce ar putea periclita existenţa unora dintre speciile respective, motiv pentru care, unele dintre ele au început să fie cultivate pe baze ştiinţifice temeinice. Pe lângă recoltele mari, s-au constatat şi creşteri importante ale constituenţilor valoroşi conţinuţi de aceste plante. În plus, a apărut posibilitatea mecanizării unora dintre lucrările din tehnologiile de cultivare (ex. recoltarea), ceea ce rezolvă problema forţei de muncă necesară la momentele la care trebuie recoltate plantele respective. Indiferent cât de atent s-ar recolta aceste produse, ele nu vor putea avea puritatea fizico-biologică necesară procesării şi transmiterii directe către consumatori. Practic, în toate situaţiile se impune o condiţionare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure înainte de procesare, cu scopul înlăturării materialului vegetal străin sau degradat, a unor impurităţi minerale sau organice şi chiar pentru distrugerea unor microorganisme sau germeni, care nu trebuie să ajungă în produsele finite. Referinţele din standarde sau norme legate de limitele purităţii fizico-biologice ale plantelor medicinale şi fructelor de pădure destinate consumului nu sunt în toate cazurile bine precizate. În plus, operaţiile de condiţionare pot conduce la pierderea unei părţi a principiilor active sau pot mări costurile pentru valorificarea acestor materii prime. Din acest motiv tehnologia de condiţionare specifică fiecărei plante trebuie să includă operaţii care să satisfacă simultan cerinţele de puritate, nedegradarea elementelor valoroase şi costuri minime, astfel încât produsul final să aibă caracteristicile cele mai bune, la preţuri acceptabile. Un rol important în acest ansamblu revine echipamentelor tehnice folosite, care trebuie perfecţionate în permanenţă şi adaptate la cerinţele specifice fiecărei plante. Această problemă a fost abordată în prezenta teză de doctorat, al cărei obiectiv principal se referă la perfecţionarea tehnologiei şi echipamentelor necesare condiţionării plantelor medicinale şi fructelor de pădure înainte de procesarea finală. Pentru atingerea acestui obiectiv lucrarea a fost structurată pe şase capitole, dezvoltate pe 246 pagini şi ilustrată cu 217 figuri, 82 tabele şi 232 relaţii de calcul. De asemenea, la realizarea lucrării au fost consultate 165 titluri bibliografice, constând din cele mai noi publicaţii mondiale referitoare la acest subiect şi realizările de dată recentă ale firmelor care au preocupări în producerea de echipamente tehnice pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure în vederea procesării finale. În capitolul 1, intitulat Rolul plantelor medicinale şi al fructelor de pădure şi importanţa condiţionării acestora se prezintă o sinteză asupra stadiul actual privind preocupările în România în domeniul valorificării plantelor medicinale şi fructelor de pădure. Se face o descriere morfologică a principalelor specii de plante medicinale din flora spontană (urzica, coada şoricelului, valeriana, angelica etc.) şi a celor cultivate (chimenul, lavanda, menta, muşeţelul etc.) în special în zona montană, precum şi a speciilor de arbuşti fructiferi din flora spontană (afinul, merişorul, zmeurul, murul) sau introduşi în cultură. Se prezintă evoluţia principalilor indicatori economici referitori la suprafaţa cultivată şi la producţia totală de plante medicinale şi aromatice în România şi o situaţie la nivel naţional şi mondial a acestor indicatori în ceea ce priveşte fructele de pădure. După o prezentare a caracteristicilor fizico-chimice sunt evidenţiaţi factorii modificatori ai calităţii plantelor medicinale şi fructelor de pădure după recoltare, cerinţele de calitate impuse acestor categorii de produse şi necesitatea condiţionării lor înainte de procesare. În capitolul 2, intitulat Stadiul actual şi tendinţe în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure sunt evidenţiate diverse tehnologii pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure, de la sortarea manuală, până la cea mai complexă tehnologie de condiţionare cu ajutorul laserului. Este prezentată o gamă largă de echipamente realizate de firme de renume la nivel mondial din Germania, Danemarca, Italia, Serbia, Elveţia etc. De asemenea, sunt evidenţiate şi unele linii complexe de prelucrare primară a plantelor medicinale precum şi variante tehnologice de condiţionare a fructelor de pădure. 3

6 În capitolul 3, intitulat Necesitatea şi obiectivele lucrării se prezintă o scurtă sinteză a aspectelor tratate în capitolele anterioare din care rezultă că tema acestei teze de doctorat este de actualitate şi că necesitatea şi obligativitatea condiţionării plantelor medicinale şi a fructelor de pădure înainte de procesare constituie o cerinţă pentru a se asigura condiţiile optime de păstrare, comercializare, consum şi prelucrare a acestei categorii de produse. Obiectivul principal al lucrării de doctorat îl constituie perfecţionarea tehnologiei şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure înainte de procesarea finală, rezolvarea acestuia presupunând parcurgerea secvenţială a cel puţin nouă obiective subsidiare. Metodica generală de studiu din această lucrare a fost astfel concepută încât să se evidenţieze atât stadiul actual şi tendinţele în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure, dar mai ales să se găsească soluţii teoretice şi aplicaţii experimentale pentru atingerea obiectivului principal al tezei de doctorat. Capitolul 4, intitulat Contribuţii teoretice la perfecţionarea tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure în vederea procesării ulterioare abordează tehnologiile şi operaţiile procesului de condiţionare al produselor vegetale care constituie obiectele acestei teze de doctorat, în scopul perfecţionării acestora. Este studiată influenţa parametrilor constructivi ai echipamentelor de tăiere, sortare, transport interoperaţional, uscare şi tratare cu UV-C asupra calităţii condiţionării şi consumurilor energetice. Este prezentat proiectul unui echipament multifuncţional conceput de autoare, capabil să execute o serie de operaţii de condiţionare pentru diferite produse horticole. Capitolul 5, intitulat Cercetări experimentale privind perfecţionarea tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure este cel mai amplu din această lucrare de doctorat. Este definit obiectivul principal al cercetărilor experimentale, precum şi obiectivele complementare de a căror îndeplinire este condiţionată realizarea obiectivului principal, metodica cercetărilor din laborator şi exploatare, compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale şi precizarea soluţiilor pentru perfecţionarea tehnologiilor şi echipamentelor utilizate la condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure înainte de procesarea finală. La cercetările experimentale desfăşurate în laboratoarele Universităţii Transilvania din Braşov, I.N.M.A. Bucureşti şi D.S.V.-Braşov s-au folosit echipamente şi aparatură de ultimă generaţie. În capitolul 6, intitulat Concluzii finale se face o sinteză a concluziilor prezentate în fiecare capitol din lucrare, acestea fiind grupate în concluzii generale şi concluzii privind cercetările teoretice şi experimentale. Sunt evidenţiate contribuţiile personale ale autoarei şi se prezintă propuneri privind direcţiile viitoare de cercetare pe această temă. *** Prezenta lucrare de doctorat a fost realizată sub îndrumarea ştiinţifică a domnului prof. univ. dr. ing. Gheorghe BRĂTUCU, căruia îi adresez deosebite mulţumiri pentru sprijinul, încrederea şi înalta competenţă cu care m-a îndrumat pe tot parcursul elaborării tezei de doctorat. Adresez, de asemenea, mulţumiri cadrelor didactice şi colegilor din cadrul Facultăţii de Alimentaţie şi Turism a Universităţii Transilvania din Braşov pentru asigurarea cadrului organizatoric de desfăşurare a activităţii de doctorat, conducerii Departamentului Ingineria şi Managementul Alimentaţiei şi Turismului, precum şi colectivelor de profesori care au participat în comisiile de evaluare la examenele şi referatele pe perioada parcurgerii programului de pregătire la doctorat, pentru sfaturile pertinente şi de înaltă valoare ştiinţifică acordate. De asemenea, adresez mulţumiri conducerii Institutului Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Maşini şi Instalaţii destinate Agriculturii şi Industriei Alimentare I.N.M.A. Bucureşti, precum şi colectivului din cadrul laboratorului Tehnologii în industria alimentară, pentru asigurarea cadrului organizatoric desfăşurării cercetărilor experimentale din exploatare. Mulţumesc, de asemenea, conducerii Direcţiei Sanitar Veterinare - Braşov, în special domnului şef lucrări dr. Gheorghe PUCHIANU pentru sfaturile deosebit de utile şi asigurarea condiţiilor de desfăşurare a cercetărilor experimentale din laborator. Nu în ultimul rând, mulţumesc familiei mele pentru sprijinul moral şi afectiv şi pentru înţelegerea pe care mi-au arătat-o pe toată această perioadă. Braşov, septembrie 2013 Constanţa-Cristina FLOREA 4

7 1. ROLUL PLANTELOR MEDICINALE ŞI AL FRUCTELOR DE PĂDURE ŞI IMPORTANŢA CONDIŢIONĂRII ACESTORA 1.1. Rolul şi importanţa plantelor medicinale şi a fructelor de pădure Plantele medicinale şi fructele de pădure sunt produse horticole folosite de oameni în alimentaţie sau în terapeutică. Aceste produse pot fi clasificate după caractere generale comune, dar şi din punct de vedere botanic, comercial, tehnologic, horticol, precum şi după modul de întrebuinţare al acestora. Delimitarea între plantele medicinale şi fructele de pădure se poate face din punct de vedere tehnologic, după posibilităţile lor de utilizare ca materie primă în industria alimentară sau farmaceutică, sau după componentul chimic cu ponderea cea mai mare. Sub denumirea de plante medicinale şi fructe de pădure se înţeleg, în această lucrare, organele plantelor şi arbuştilor fructiferi care conţin substanţe active capabile să exercite o influenţă pozitivă asupra organismului uman Stadiul actual privind preocupările în România în domeniul valorificării plantelor medicinale şi aromatice Plantele medicinale au reprezentat din toate timpurile materii prime pentru tratarea diverselor afecţiuni, fiind remedii de bază sau, uneori, aproape singurul remediu în vremurile de demult. La începuturile medicinei, tratarea bolilor se făcea, în principal, cu ajutorul plantelor medicinale şi, alături de materialul vegetal, erau folosite materii de origine animală sau altele de origine minerală. Folosirea plantelor medicinale pentru vindecare sau prevenirea unor boli datează de circa 7000 de ani, cele mai vechi date scrise referitoare la utilizarea plantelor medicinale fiind întâlnite la popoarele din Egiptul antic şi China antică. Popoarele din Grecia antică au moştenit bogate cunoştinţe medicale de la cele din India, Babilon, China şi Egipt. Rezultatele cercetărilor efectuate de-a lungul timpului în acest domeniu au demonstrat că valoarea terapeutică a plantelor medicinale se datorează relaţiei stabilite între structura chimică a substanţelor active identificate şi extrase din materialul vegetal şi acţiunea farmacodinamică pe care acestea o exercită asupra elementelor reactive ale organismului. Din punct de vedere biogeografic, România este situată la contactul a trei subregiuni şi anume: eurosiberiană, pontico-central asiatică şi mediteraneană. Datorită aşezării sale geografice, a unui relief variat şi a climei favorabile dezvoltării unei bogate vegetaţii, România se situează în primele 6 ţări europene în ceea ce priveşte biodiversitatea speciilor de plante. Din zona de stepă şi până în cea montană, se întâlnesc felurite specii ierboase şi lemnoase, plante care cresc spontan şi un număr însemnat de plante cultivate [138]. Speciile vegetale sunt estimate la aproximativ 20000, dintre care 3630 sunt cormofite spontane, ceea ce reprezintă 40% din cormoflora Europei [149]. Câteva dintre aceste specii se vor prezenta în continuare Plante medicinale din familia Urticaceae Urzica (Urtica dioica L.) din familia Urticaceae, genul Urtica, specia Urtica dioica L. (fig. 1.1) este o plantă erbacee, perenă, foarte răspândită prin locuri necultivate de la câmpie, deal sau munte, în Europa, nordul Africii, Asia şi America de Nord. Prezintă în pământ un rizom târâtor, iar tulpina aeriană, înaltă până la 1,5 m este patrunghiulară, cu frunze opuse, ovale sau lanceolate, dinţate pe margini şi cu numeroşi peri urticanţi rigizi. Florile dioice, de culoare verzuie sunt reunite în panicule la subţioara frunzelor superioare. Înfloreşte din iunie până toamna târziu [59]. Fig Urzică [123] În tabelul 1.1 sunt prezentate sintetizat principiile active conţinute în organul vegetal care prezintă importanţă farmacologică, precum şi acţiunile pe care acestea le produc asupra organismului uman. 5

8 Tabelul 1.1 Caracterizarea medicinală a urzicii [59] Produsul vegetal utilizat frunzele (folium urticae) recoltate din mai până în octombrie; rădăcina (radix urticae ). Principii active conţinute provitamina A (β-carotena), vitamina B 2 (riboflavina), vitamina C (acid ascorbic), vitamina K 1 (filochinona), vitamina K 2 (menachinona), flavonoide, mucilagii etc. Acţiune farmacologică hemostatică, datorită conţinutului de vitamine K 1 şi K 2 ; de fluidizare a secreţiilor bronşice, datorită mucilagiilor; diuretică, datorată prezenţei flavonoidelor Plante medicinale din familia Violaceae Fig Trei fraţi pătaţi [141] Trei fraţi pătaţi (Viola tricolor L.) din familia Violaceae, genul Viola, specia Viola tricolor L. (fig. 1.2) este o plantă anuală, înaltă de cm. Rădăcina este subţire, puţin dezvoltată. Tulpinile sunt simple sau ramificate, unghiulare, acoperite cu peri scurţi, drepţi şi distribuiţi uniform. Frunzele inferioare sunt lung peţiolate şi ovate, iar cele superioare sunt alungit lanceolate. Florile au corola formată din 5 petale, cele superioare având culoare violacee, cele laterale galben deschis, iar petala inferioară fiind galbenă. Planta creşte, de regulă, în locuri parţial umbroase şi înfloreşte din aprilie până în septembrie [59]. În tabelul 1.2 sunt prezentate sintetizat principiile active conţinute în organul vegetal care prezintă importanţă farmacologică, precum şi acţiunile pe care acestea le produc asupra organismului uman. Tabelul 1.2 Caracterizarea medicinală a plantei trei fraţi pătaţi [59] Produsul vegetal utilizat partea aeriană (herba violae tricoloris), recoltată în timpul înfloririi şi uscată la umbră, în locuri bine aerisite. Principii active conţinute saponine triterpenice, flavonozide, provitamina A (β-carotena), mucilagii etc. Acţiune farmacologică expectorantă, diuretică şi depurativă Principalele specii de plante medicinale şi aromatice cultivate în România Plante medicinale din familia Umbelliferae Chimenul (Carum carvi L.) din familia Umbelliferae, genul Carum, specia Carum carvi L. (fig. 1.14) este o plantă erbacee bi- şi plurianuală spontană prin fâneţele din regiunile deluroase şi muntoase, însă mai mult cultivată în aceleaşi regiuni. Are rădăcina fuziformă, tulpina dreaptă, ramificată la bază, înaltă de cm, purtând frunze divizate adânc [75]. Atât tulpina, cât şi ramurile se termină cu umbele de flori albe sau roşiatice, care înfloresc din mai până în iulie. Chimenul se cultivă, de obicei, în zonele mai umede şi răcoroase, fiind puţin pretenţios faţă de sol. Fig Chimen [123] Suportă soluri cu un ph de la 4,8 la 7,8. De asemenea, este puţin pretenţios faţă de căldură, temperatura medie de germinaţie fiind de ºC. Chimenul trebuie semănat după culturi care lasă terenul bogat în substanţe nutritive şi curat de buruieni. Bune premergătoare pot fi prăşitoarele, leguminoasele pentru boabe sau cerealele păioase de toamnă sau de primăvară (grâu, secară, orz) [86]. În tabelul 1.14 sunt prezentate sintetizat principiile active conţinute în organul vegetal care prezintă importanţă farmacologică, precum şi acţiunile pe care acestea le produc asupra organismului uman. 6

9 Produsul vegetal utilizat Principii active conţinute Acţiune farmacologică Caracterizarea medicinală a chimenului [86] Tabelul 1.14 fructele (fructus carvi) recoltate atunci când % din fructele de pe umbela principală au ajuns la completa lor maturitate şi au devenit galben-brune. principiul activ cel mai important din chimen este uleiul eteric (3...7%) format din carvonă (până la 60%), limonen (circa 40%), carveol, şi dihidrocarvonă; în fructe s-au pus în evidenţă macro şi microelemente precum: K, Na, Ca, Mg, Pb, Fe, Ni, Co, Cr, Mo etc.; mai conţine uleiuri grase, glucide, proteine, taninuri. prezintă proprietăţi carminative, stomahice şi stimulente Compoziţia chimică a plantelor medicinale Plantele medicinale îşi datorează acţiunea terapeutică uneia sau mai multor substanţe chimice elaborate de celulele lor şi denumite principii active. Principalele clase de substanţe organice din organismele vii, respectiv glucidele, lipidele şi protidele, formează aşa numitul metabolism principal, din care derivă apoi toţi compuşii metabolismului secundar, între care se găsesc şi principiile active. În tabelul 1.19 este precizat conţinutul în glucide al organelor unor plante medicinale şi aromatice. Tabelul 1.19 Conţinutul în glucide al unor specii de plante medicinale şi aromatice [59], [10] Specia Glucide, % Organ Coriandru 20 Fructe Anason Fructe Fenicul Fructe Revent Rădăcini, Rizomi Coada şoricelului 3 Inflorescenţe Chimion Fructe Lemn dulce Rădăcini Săpunariţă 1,5...3 Rădăcini, rizomi În tabelul 1.22 este prezentat conţinutul în flavonozide al unor specii de plante medicinale şi aromatice. Tabelul 1.22 Conţinutul în flavonozide al unor specii de plante medicinale şi aromatice [10], [107] Specia Flavonozide, % Organ Sunătoare 1,3...3 Herbă Muşeţel 5,7...7,2 Flori Coada şoricelului 0,15 Flori Lemn dulce 1...1,5 Rădăcini Mătrăgună urme Frunze În tabelul 1.23 este prezentat conţinutul în glicozide cardiotonice al unor specii de plante medicinale şi aromatice. Tabelul 1.23 Conţinutul în glicozide cardiotonice al speciilor de plante medicinale din genul Digitalis [75] Specia Glicozide cardiotonice, % Organ Degeţel roşu 0,14...0,66 Frunze Degeţel lânos 0,10 Frunze În tabelul 1.28 se prezintă conţinutul în ulei volatil al unor specii de plante medicinale şi aromatice. 7

10 Tabelul 1.28 Conţinutul în ulei volatil al unor specii de plante medicinale şi aromatice [75], [93] Specia Ulei volatil, % Organ Specia Ulei volatil, % Organ Busuioc 0,5...1,5 Herbă Negrilică 0,5...1,5 Seminţe Sunătoare 0,05...0,1 0,4...0,5 Herbă Flori Mentă 1,5...3,5 1,75...2,25 Frunze Herbă Coriandru 0,15...1,7 Fructe Cimbru de 0, Herbă cultură Anason 1,5...6 Fructe Chimen 2,73...6,5 Fructe Fenicul 3,44...7,2 Fructe Angelică 0,3...1 Rădăcini şi rizomi Nalbă mare 0,022 Frunze Salvie 0,38...2,5 Frunze 0,024 Flori Gălbenele 0,2 Flori Pelin 0,25...1,32 Herbă Coada şoricelului 0,34...1,40 0, ,27 Herbă Frunze Valeriană 0,15...2,43 Rădăcini şi rizomi Muşeţel 0,30...1,5 Flori Măghiran 0,7...3,5 Herbă Rozmarin 0,3...0,4 Herbă Roiniţă 0,1...0,15 Flori Lavandă 0,55...1,5 Flori Obligeană 1,5...3,9 Rizomi Isop 0,07...0,15 Herbă Evoluţia cultivării plantelor medicinale şi aromatice în România Întrucât flora spontană nu poate asigura necesarul de materie primă vegetală pentru procesare, s-a trecut treptat la cultivarea unui număr însemnat de specii de plante medicinale şi aromatice. Situaţia statistică evidenţiază faptul că din cele 350 de specii de plante medicinale şi aromatice utilizate în România, aproximativ 50 sunt cultivate. Evoluţia principalilor indicatori economici referitori la suprafaţa cultivată şi la producţia totală de plante medicinale şi aromatice, în perioada , în România, este prezentată în figurile 1.19 şi Suprafaţa cultivată, mii ha , Fig Evoluţia suprafeţei cultivate cu plante medicinale şi aromatice în România, în perioada [136] 6,2 Anul Producţia totală, mii tone ,8 11, , Anul Fig Evoluţia producţiei totale de plante medicinale şi aromatice în România, în perioada [136] 8

11 Producţia medie de plante medicinale şi aromatice a înregistrat în perioada un maxim (1027 kg/ha) în anul 2008 şi cea mai scăzută valoare (392 kg/ha) în anul 2007, după cum se poate remarca din graficul din figura Producţia medie, kg/ha Anul Fig Evoluţia producţiei medii la hectar de plante medicinale şi aromatice în România, în perioada [136] 1.3. Stadiul actual privind preocupările în România în domeniul valorificării fructelor de pădure Printre produsele pădurii un loc important îl ocupă fructele de pădure. Recoltarea lor i-a preocupat pe oameni încă din timpuri străvechi, ele constituind o însemnată resursă de hrană. Multe din speciile de arbori şi arbuşti fructiferi au fost adaptate cu timpul în culturi, făcând obiectul pomiculturii. Datorită conţinutului ridicat în vitamine (A, B 1, B 2, B 6, C, D, E, K, PP) şi substanţe nutritive (protide, lipide, glucide, săruri minerale), fructele de pădure completează şi diversifică alimentaţia omului. Astfel, necesarul zilnic de vitamine reclamat de buna funcţionare şi dezvoltare a organismului poate fi satisfăcut în cea mai mare parte prin consumul de fructe. Valoarea nutritivă a unor specii de fructe de pădure este prezentată în tabelul Tabelul 1.32 Valoarea nutritivă a unor specii de fructe de pădure [22] Specia Calorii/ 100 g Specia Calorii/ 100 g Castane comestibile 372 Măceşe 131 Corcoduşe 72 Zmeură 40 Coacăze, fragi, mure 46 Afine 56 Coarne 81 Agrişe 48 Alune Principalele fructe de pădure din flora spontană a României Afinul negru (Vaccinium myrtillus L.), din familia Ericaceae, este arbustul cel mai des întâlnit pe păşunile pietroase ale regiunilor alpine şi prin locurile umede şi stâncoase din pădurile montane şi subalpine din România, formând deseori pădurici dense sau afinişuri. Înalt până la 50 cm, are ramurile verzi, cu muchii ascuţite, purtând frunze alterne, scurt peţiolate, ovale sau oval eliptice, cu vârful ascuţit şi marginea fin dinţată, lungi de cel mult 3 cm şi late de 2 cm (fig. 1.22). Afinul înfloreşte din mai până la sfârşitul lui iunie. Florile sunt de formă globuloasă, de culoare alb-roz, cu petalele unite sub formă de clopoţel, dispuse câte la axila frunzelor [90]. Fig Afin negru [123] Componentele active principale identificate în fructele de afin sunt următoarele: proteine, lipide, glucide, în special glucoza, fructoza, zaharoza, vitamine precum C, B 3, B 2, B 1, B 5, B 6, acizi organici, acizi fenolici, pigmenţi coloranţi de natură glicozidică, cei mai reprezentativi fiind delfinidina, 9

12 cianidina, malvidina, mirtillina, taninuri catechinice. Conţinutul în substanţe minerale este relativ scăzut, în 100 g fructe fiind determinate: 65 mg potasiu, 10 mg calciu, 9,1 mg fosfor, 5,0 mg clor, 2,4 mg magneziu şi 1,0 mg sodiu [76] Principalele specii de arbuşti fructiferi introduşi în cultură în România Deşi cea mai mare parte din producţia de fructe de pădure este obţinută din flora spontană, în vederea conservării biodiversităţii şi a echilibrului ecologic, unele specii de arbori şi arbuşti fructiferi au fost adaptate în cultură, creându-se soiuri noi, cu o productivitate mai mare. Datorită plasticităţii ecologice şi a pretenţiilor relativ reduse faţă de condiţiile pedoclimatice, înfiinţarea plantaţiilor de arbuşti fructiferi poate fi extinsă în aproape toate zonele ţării, contribuind astfel la valorificarea terenurilor rămase necultivate şi la creşterea producţiei de fructe de pădure Evoluţia producţiei de fructe de pădure şi a suprafeţelor cultivate cu arbuşti fructiferi în România În România, conform datelor statistice ale FAOSTAT, în perioada , valoarea maximă a producţiei totale de fructe de pădure (6917 tone) a fost înregistrată în anul În anul 2008, producţia totală s-a diminuat cu 27%, ajungând la 5054 tone, iar în 2010 s-a înregistrat cea mai scăzută valoare a producţiei totale de fructe de pădure (5010 tone) (fig. 1.33) Producţia de fructe de pădure, în tone Anul Fig Evoluţia producţiei de fructe de pădure în România, pe perioada [125] Următoarele grafice reprezintă evoluţia producţiei principalelor specii de fructe de pădure din România, în perioada Producţia de afine, în tone Anul Fig Evoluţia producţiei de afine în România, pe perioada [125] Producţia de afine (fig. 1.34) a avut o evoluţie relativ constantă pe perioada , cu un maxim de 2353 tone, reprezentând 43,63% din producţia totală de fructe de pădure a anului

13 Producţia de coacăze, în tone Anul Fig Evoluţia producţiei de coacăze în România, pe perioada [125] Producţia de coacăze (fig. 1.35) s-a diminuat cu 75% în anul 2007, comparativ cu anul 2006, urmând ca trendul descrescător să se menţină până în 2010, când valoarea producţiei a fost 19 tone. La nivelul anului 2010 ponderea coacăzelor în producţia totală de fructe de pădure a reprezentat doar 0,38%. Producţia de merişoare, în tone Anul Fig Evoluţia producţiei de merişoare în România, pe perioada [125] Merişoarele au înregistrat o evoluţie relativ constantă a producţiei (fig. 1.36) pe perioada analizată, , cu mici fluctuaţii, producţia cea mai mare fiind înregistrată în 2006 şi cea mai mică în anul Ponderea producţiei de merişoare în totalul producţiei de fructe de pădure la nivelul anului 2010 a reprezentat 7,19%. Dintre toate fructele de pădure, zmeura a avut o evoluţie descendentă evidentă în perioada , înregistrând o producţie de doar 31 tone în 2010, comparativ cu 2200 tone în 2006 (fig. 1.37). Ponderea zmeurei în totalul producţiei fructelor de pădure în perioada analizată a reprezentat un procent de 15,43%. Producţia de zmeură, în tone Anul Fig Evoluţia producţiei de zmeură în România, pe perioada [125] Situaţia suprafeţei cultivate cu fructe de pădure pe perioada analizată, , este prezentată în figura Suprafaţa cultivată cu afin s-a menţinut aproape constantă pe perioada celor 5 ani, dar a înregistrat un trend descrescător. O evoluţie asemănătoare s-a înregistrat şi în cazul suprafeţelor cultivate cu merişor şi cu alte fructe de pădure. 11

14 Suprafaţa cultivată, în ha Anul Afin Coacăz Merişor Fig Suprafaţa cultivată cu fructe de pădure în România, pe perioada [125] Suprafaţa cultivată cu coacăze a înregistrat o scădere bruscă în anul 2007 comparativ cu anul 2006, înregistrând în următorii 2 ani o creştere foarte uşoară, ajungând în 2010 la o valoare aproximativ egală cu cea din Cultura de zmeur a înregistrat o scădere dramatică a suprafeţei cultivate în anul 2008, ajungând la numai 15 hectare în anul Importanţa condiţionării plantelor medicinale şi a fructelor de pădure Necesitatea condiţionării plantelor medicinale şi fructelor de pădure Calitatea şi siguranţa produselor alimentare au devenit un drept al consumatorilor, cu efecte directe asupra calităţii vieţii, iar problematica axată pe calitatea şi siguranţa produselor alimentare se află în centrul atenţiei organismelor constituite pentru apărarea intereselor consumatorilor. După recoltare, diferitele organe ale plantelor medicinale şi ale arbuştilor fructiferi sunt dirijate pe un anumit flux, după destinaţia de folosinţă, şi anume: desfacere pe piaţă pentru consum imediat, depozitare pentru distribuţia eşalonată către procesator şi distribuţia imediată către procesator. Fiecare din destinaţiile de folosinţă necesită un anumit mod de pregătire prealabilă, mai sumar sau mai complex, cunoscut sub numele de condiţionare. Operaţiile de condiţionare a diferitelor organe ale plantelor medicinale şi arbuştilor fructiferi au un rol deosebit de important în pregătirea produsului pentru diverse destinaţii ulterioare. Prezenţa în masa de produs a impurităţilor şi corpurilor străine implică numeroase aspecte negative, care generează pierderi pentru producătorii sau procesatorii de plante medicinale şi fructe de pădure. Dintre acestea se pot enumera următoarele: degradarea masei principale de produs în timpul depozitării, întrucât corpurile străine organice prezintă o umiditate mai mare şi determină alterarea acesteia; asigurarea unui mediu favorabil pentru dezvoltarea microorganismelor şi a dăunătorilor; diminuarea sau compromiterea recoltei de plante medicinale şi aromatice, deoarece buruienile influenţează negativ nu numai creşterea şi dezvoltarea plantelor, dar în acelaşi timp contribuie în mare măsură şi la scăderea calităţii, prin diminuarea conţinutului în principii active; pierderea calităţilor nutritive şi organoleptice (gust, miros, aromă etc.); riscul apariţiei uzurii accidentale la organele de lucru ale utilajelor de curăţare, tocare şi măcinare, în categoria acestor corpuri străine intrând pietrele şi fragmente metalice. reducerea valorii de utilizare a materialului săditor datorată prezenţei organismelor dăunătoare; creşterea consumului de energie electrică a echipamentelor de condiţionare şi prelucrare, prin antrenarea corpurilor străine în acelaşi timp cu masa de produs. Având în vedere toate aceste aspecte, necesitatea şi obligativitatea condiţionării plantelor medicinale şi a fructelor de pădure constituie o cerinţă pentru a se asigura condiţiile optime de păstrare, comercializare, consum şi prelucrare a acestei categorii de produse. Zmeur Altele 12

15 2. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIŢIONAREA PLANTELOR MEDICINALE ŞI FRUCTELOR DE PĂDURE 2.1. Aspecte generale privind condiţionarea plantelor medicinale Legea plantelor medicinale şi aromatice nr. 491 din 18 noiembrie 2003, cu modificările şi completările ulterioare stabileşte cadrul general privind producţia, procesarea şi organizarea pieţei plantelor medicinale şi aromatice în România. În sensul acestei legi, operaţia de condiţionare a plantelor medicinale şi aromatice în ceaiuri, condimente naturale şi în materii prime pentru procesare este definită prelucrare, iar transformarea materiilor prime obţinute prin prelucrare în produse care se comercializează, precum: medicamente, cosmetice, suplimente nutritive şi dietetice, aditivi alimentari de aromatizare reprezintă operaţia de procesare [25]. Prelucrarea primară cuprinde întreg ansamblul de operaţii tehnice prin care se realizează pregătirea, respectiv trecerea materialului vegetal recoltat într-o stare corespunzătoare depozitării, ambalării sau prelucrării ulterioare. Prin aceste operaţii realizate cu utilaje specializate, materia primă este transformată succesiv, cantitativ şi calitativ din starea iniţială S 0 într-o stare de produs finit S K Stadiul actual şi tendinţe în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale La nivel mondial, firme de renume precum: Franz Sagemüller GmbH din Germania, GEA Process Engineering din Danemarca, Tecnolab din Italia, Hans Binder din Germania, Euro Prima din Serbia etc. au realizat o gamă largă de echipamente tehnice capabile să asigure o prelucrare primară eficientă, prin curăţare de fineţe şi sortare după dimensiuni, proprietăţi aerodinamice etc. De asemenea, pentru realizarea unei separări intensive, cele mai multe firme au adoptat soluţii mixte, realizând echipamente complexe sau chiar linii de prelucrare primară a plantelor medicinale Echipamente pentru condiţionarea plantelor medicinale prin sortare în curenţi de aer Separatoarele pneumatice separă materialele după diferenţa de masă specifică şi după însuşirile aerodinamice ale acestora. Un echipament folosit pentru condiţionarea în curenţi de aer a plantelor medicinale uscate, realizat de firma EURO PRIMA din Serbia, este prezentat în figura 2.4. F-1000 este un separator pneumatic a cărui funcţionare se bazează pe principiul separării particulelor în curent de aer. Acest echipament este prevăzut cu un regulator electronic de debit, ceea ce permite reglarea rapidă şi în limite largi a vitezei curentului de aer şi poate fi utilizat pentru separarea unei mari varietăţi de produse (boabe de ienupăr, măceşe, mentă, melisă, oregano, salvie etc.). Fig Separatorul pneumatic F-1000, produs de firma Euro Prima [124] 13

16 Fig Selectorul aerodinamic SAD, produs de firma Aeromeh [139] Alimentarea se realizează prin gura de alimentare legată la conducta centrală inferioară. Un curent de aer suplimentar, provenit de la un ventilator situat tot în partea inferioară a echipamentului, separă seminţele, care sunt evacuate şi colectate. Curentul de aer, împreună cu particulele foarte uşoare îşi continuă mişcarea ascendentă, fiind separate aerodinamic şi eliminate prin partea superioară a echipamentului. Acest tip de selector este destinat atât pentru pregătirea de înaltă calitate a produsul semincier, curăţindu-l şi selectându-l, cât şi pentru separarea materialelor vegetale de impurităţi şi corpuri străine Tehnologii şi echipamente pentru condiţionarea plantelor medicinale prin mărunţire Mărunţirea poate fi definită ca operaţia care are ca obiect reducerea dimensiunilor materiilor prime sub acţiunea unor forţe mecanice. Materialele solide supuse mărunţirii au iniţial forme şi dimensiuni geometrice foarte variate şi proprietăţi fizico-mecanice specifice naturii acestora. Procesul de mărunţire trebuie să se realizeze în aşa fel, încât materialul prelucrat să nu sufere modificări nedorite, cum ar fi impurificarea sau încălzirea excesivă [146]. FS 3004 Machine (fig. 2.8) este un echipament multifuncţional care poate realiza mai multe operaţii de condiţionare a plantelor medicinale. Acesta efectuează tocarea plantelor medicinale şi sortarea semiproduselor obţinute. Fig Echipamentul universal FS 3004 Machine, produs de firma Euro Prima [124] Echipamente pentru condiţionarea plantelor medicinale prin uscare convectivă Uscătorul 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 mică. Este confecţionat din oţel inoxidabil, ceea ce asigură condiţii igienice pentru obţinerea unor produse de calitate şi sigure. Controlul temperaturii şi al umidităţii este automatizat. Este prevăzut cu un ventilator care poate funcţiona în mai multe trepte de viteză, oferind astfel condiţii optime de uscare pentru o gamă largă de produse, precum fructe, condimente, Fig Uscătorul convectiv plante medicinale etc. R-5 Harvest Saver, produs de firma C.D.S [122] 14

17 Echipamente de condiţionare a plantelor medicinale prin uscare cu microunde Firma PÜSCHNER din Germania realizează uscătoare cu microunde modulate pentru optimizarea procesului de uscare, ţinând cont că acesta depinde de caracteristicile produselor vegetale (implicit de caracteristicile plantelor medicinale şi aromatice) procesate, de distribuţia energiei etc. În figura 2.19 este prezentat uscătorul cu 5 module de câte 12 kw/2450 MHz fiecare, lăţimea benzii fiind de 0,5 m. Fig Uscătoarele cu microunde sub vid MIVAP, produse de firma Hans Binder [113] Echipamente de condiţionare a plantelor medicinale prin uscare prin liofilizare În figura 2.21 este prezentată schema unei instalaţii de liofilizare în flux continuu produsă de firma GEA PROCESS ENGINEERING din Danemarca. Instalaţia este compusă din următoarele componente: 1 cabinet de liofilizare Conrad, 2 - camera rece de încărcare, 3 - transportor tăvi, 4 - sas de admisie, 5 - sas de evacuare, 6 sistem de golire tăvi, 7 - sistem aşezare tăvi, 8 - elevator de ieşire şi 9 - sistem de reîntoarcere tăvi goale. Fig Instalaţia de liofilizare ATLAS CONRAD, produsă de firma G.P.E. [145] Echipamente pentru condiţionarea plantelor medicinale prin separare cu site plane Separatorului vibrator cu excentric (fig. 2.24) produs de firma FRANZ SAGEMÜLLER GmbH din Germania poate fi executat cu una sau două site plane cu ochiuri diferite, suprapuse, înclinate faţă de orizontală cu un unghi de Fig Separatorul vibrator cu excentric produs de firma Franz Sagemüller [128] Tipuri constructive de echipamente folosite pentru spălarea plantelor medicinale Echipamentele folosite pentru condiţionarea diverselor organe vegetale ale plantelor medicinale sunt variate şi fabricate de diferiţi producători. 15

18 Ortoget 6500 Washing Machine este un echipament de spălat prin stropire. Acesta poate funcţiona independent sau poate fi integrat într-o linie tehnologică de prelucrare, realizând operaţia de spălare. Echipamentul este realizat din oţel inoxidabil în conformitate cu regulamentele U.E. Fig Echipamentul pentru spălat rădăcini prin stropire Ortoget 6500 Washing Machine, produs de firma DP Food Technology [121] Echipamente pentru condiţionarea prin stabilizare enzimatică a plantelor medicinale Firma SAFESTERIL din Franţa produce o instalaţie complexă de sterilizare cu abur, dotată cu un uscător melcat cu abur, un sistem rapid de răcire cu apă şi aer, un sistem de anticondensare, precum şi cu un sistem automat de monitorizare şi control, care permite urmărirea funcţionării şi comanda de la distanţă. Fig Instalaţia de sterilizare cu abur Safesteril [155] În figura 2.32 este prezentată linia de procesare primară a plantelor medicinale, compusă din următoarele echipamente: 1 - dozator, 2 - selector de corpuri străine, 3 echipament de tăiere, 4 separator pneumatic, 5 sortator vibrator. Fig Linia de procesare primară a plantelor medicinale, aparţinând firmei Franz Sagemüller [128] 16

19 2.3. Aspecte generale privind operaţia de condiţionare a fructelor de pădure Prin condiţionarea fructelor de pădure se urmăreşte creşterea duratei de conservabilitate a acestora, concomitent cu menţinerea calităţilor nutritive, a proprietăţilor organoleptice şi a compoziţiei chimice cât mai apropiate de cele ale fructelor în stare proaspătă Stadiul actual şi tendinţe în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea fructelor de pădure Pentru sortarea fructelor de pădure se folosesc echipamente ale căror operaţii principale se bazează pe separarea după dimensiune, separarea în curenţi de aer după proprietăţile aerodinamice ale particulelor sau separarea după culoare etc Echipamente pentru condiţionarea fructelor de pădure prin sortarea după dimensiune Echipamentul Stick Eliminator (figura 2.36) produs de firma LAKEWOOD PROCESS MACHINERY separă şi înlătură impurităţile şi corpurile străine din masa de fructe de pădure recoltate. Principiul de funcţionare al acestui echipament se bazează pe existenţa rulourilor cilindrice profilate, care, prin poziţionarea lor, permit separarea impurităţilor mici (pământ, resturi vegetale etc.) din masa de fructe de pădure. Antrenarea rolelor prin transmisia cu lanţ asigură deplasarea longitudinală a produsului supus sortării. Fig 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, suprafaţa de lucru prezintă o mişcare vibratorie, produsă de un motor electric cu excentric. Fig Separatorul vibrator cu site perforate produs de firma C.M.P.L. [118] Echipamente pentru condiţionarea fructelor de pădure prin sortare în curent de aer Echipamentul Air Cleaner (fig. 2.39) produs de firma LAKEWOOD PROCESS MACHINERY funcţionează pe principiul separării particulelor în curent de aer şi este folosit pentru eliminarea din fluxul principal de produs recoltat a fructelor neajunse la maturitate, a frunzelor, tulpinilor, precum şi a altor resturi nedorite. 17

20 Fig Separatorul în curent de aer Air Cleaner 14130, produs de firma L.P.M. [134] Tehnologii şi echipamente pentru condiţionarea fructelor de pădure prin separarea impurităţilor feroase şi neferoase Separarea corpurilor feroase din masa de produs vegetal recoltat se realizează cu ajutorul unor dispozitive speciale sub formă de planuri înclinate sau tambure cu magneţi permanenţi sau electromagneţi. Fig Echipamentul pentru detectarea şi eliminarea corpurilor străine metalice, produs de firma L.P.M. [134] Echipamente pentru condiţionarea fructelor de pădure prin sortarea după culoare Sortatorul optic SORTEX K realizat de producătorul BÜHLERGROUP din Elveţia utilizează tehnologie de vârf pentru a oferi soluţii eficiente tuturor procesatorilor de fructe. Fig Principiul de funcţionare al sortatorului optic SORTEX K [115] 18

21 Firma BEST din Belgia este lider mondial în producţia de echipamente de sortare bazate pe tehnologia laser şi a camerelor video de înaltă precizie. Echipamentele realizate de această companie asigură detectarea şi eliminarea corpurilor străine nedorite din masa de produse, precum şi a fructelor care nu corespund din punct de vedere al maturităţii de recoltare. O realizare recentă a acestei firme este dezvoltarea unei tehnologii de sortare în funcţie de caracteristicile biologice ale produselor. Aceste caracteristici nu pot fi detectate de ochiul uman, de exemplu aflatoxina, dar sunt deosebit de periculoase pentru sănătate. Tehnologia Detox de sortare cu laser foloseşte un design optic special, care permite detectarea şi eliminarea produselor contaminate cu aflatoxină. Cu tehnologia SWIR (Shortwave Infrared 0,9 1,7 μm) se efectuează o sortare pe baza conţinutului de apă din produse. Produsele cu conţinut ridicat în apă, precum fructele congelate, absorb lumina, în timp ce corpurile străine din plastic, lemn reflectă lumina şi în acest fel sunt detectate şi înlăturate. Având în vedere proprietăţile fluorescente ale anumitor produse, echipa de cercetători a firmei BEST, în colaborare cu Universitatea din Bruxelles, a patentat tehnologia laser FLUO. Această tehnologie este folosită pentru a sorta produsele care nu conţin clorofilă sau al căror conţinut în clorofilă diferă de cel al produselor de bază, oferind un contrast mai bun pentru a detecta diferenţele de culoare şi de textură. Astfel, obiecte precum pietre, plastic, sticlă metal etc. sunt detectate şi înlăturate. Fig Sortatorul cu laser HELIUS TM produs de firma Best [112] Echipamente pentru condiţionarea fructelor de pădure prin spălare Firma CESARE TAVALAZZI SRL din Italia este specializată în producţia unor diverse tipuri de echipamente de spălat fructe. Echipamentul din figura 2.48 este format din două cuve fabricate în întregime din oţel inoxidabil. Spălarea se efectuează prin vibrarea suprafeţelor celor două cuve. Fig Echipamentul de spălat prin vibrarea suprafeţelor cuvelor, produs de firma C.T. [161] Linii complexe pentru condiţionarea fructelor de pădure Firma LAKEWOOD PROCESS MACHINERY din S.U.A. are o vechime de treizeci de ani în industria de procesare a fructelor de pădure, în special a afinelor de cultură. Această societate oferă spre 19

22 comercializare echipamente individuale sau linii complexe de prelucrare şi ambalare a acestor fructe. În continuare este prezentată una din variantele de linii de procesare primară a afinelor realizată de această companie. Fig Linie de procesare afine de cultură, produsă de firma L.P.M., Varianta A [134] În tabelul 2.7 sunt prezentate echipamentele şi operaţiile de condiţionare aferente variantei A a liniei de procesare. Tabelul 2.7 Echipamentele şi operaţiile aferente liniei de procesare Varianta A Echipamente Operaţii A Sortator pneumatic Eliminarea corpurilor străine uşoare B Sortator cu cilindri profilaţi Eliminarea resturilor vegetale C Precurăţător Eliminarea pietrelor, nisipului etc. D Bandă transportoare Realizarea transportului produselor E Echipament de spălare Eliminarea contaminanţilor F Sită vibrantă cu curent de aer Zvântarea produselor G Sortator după culoare şi formă Eliminarea fructelor necoapte sau deteriorate H Masă de sortare manuală Asigurarea controlului produselor I Echipament de ambalat Ambalarea produselor J Bandă transportoare Realizarea transportului produselor ambalate 20

23 3. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII 3.1. Necesitatea lucrării Aşezarea geografică a României şi caracteristicele climei şi reliefului acesteia au favorizat creşterea şi dezvoltarea unei flore extrem de variate şi interesante. Un număr mare de specii de plante şi arbuşti fructiferi din flora spontană prezintă importanţă deosebită datorită principiilor active pe care le conţin, utilizabile în terapeutica umană sau în domenii de rafinament ale alimentaţiei. Aceste plante au fost încadrate în categoriile de plante medicinale sau aromatice, iar arbuştii fructiferi acoperă un spectru larg de utilităţi prin gust, aromă, culoare etc. În scopul protejării împotriva dispariţiei a unor specii din flora spontană intens recoltate s-a trecut la cultivarea acestora, ceea ce a permis dirijarea evoluţiei lor spre recolte superioare, îmbogăţirea în principii active şi mecanizarea tehnologiilor lor de cultură. Proiectul Programului de Dezvoltare Durabilă a Agriculturii Româneşti până în anul 2030, supus recent dezbaterii publice acordă o atenţie deosebită valorificării superioare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure, în concordanţă şi cu tendinţa mondială de promovare a agriculturii ecologice şi diversificării surselor de materii prime pentru industria farmaceutică şi de fructe cu caracteristici deosebite pentru alimentaţie. Calitatea şi siguranţa produselor alimentare au devenit un drept al consumatorilor, cu efecte directe asupra calităţii vieţii, iar problematica axată pe acest aspect se află în centrul atenţiei organismelor constituite pentru apărarea intereselor consumatorilor. Prezenţa în masa de plante medicinale sau fructe de pădure a impurităţilor şi corpurilor străine implică numeroase aspecte negative, care generează pierderi pentru producătorii sau procesatorii de plante medicinale şi fructe de pădure. Dintre acestea se pot enumera următoarele: degradarea masei principale de produs în timpul depozitării, întrucât corpurile străine organice prezintă o umiditate mai mare şi determină alterarea acesteia; asigurarea unui mediu favorabil pentru dezvoltarea microorganismelor şi a dăunătorilor. Pe suprafaţa fructelor există un număr de microorganisme, care poate prezenta variaţii foarte largi şi care creşte pe măsură ce acestea găsesc condiţii propice de dezvoltare. Microorganismele provin din mediul înconjurător, majoritatea din aer, fiind aduse de praf, insecte sau animale, dar şi din sol sau din apa pluvială sau cea de irigare. În funcţie de caracteristicile fizico-chimice ale fructelor, microflora dezvoltată pe suprafaţa acestora este foarte diversă, atât ca număr, cât şi din punct de vedere al speciilor. Variabilitatea este în funcţie de un mare număr de factori, cum ar fi condiţiile de mediu, stadiul de dezvoltare al fructelor, gradul de coacere, zona de amplasare a culturilor (în cazul fructelor de pădure provenite de la arbuşti fructiferi cultivaţi), starea de sănătate şi tratamentele fitosanitare aplicate plantaţiilor de arbuşti fructiferi. Majoritatea microflorei patogene dezvoltate pe suprafaţa fructelor face parte din familia Enterobacteriaceae. Astfel, genul Escherichia provoacă infecţiile colibacilare, genul Shigella produce infecţia dizenterică, genul Salmonella determină salmonazele, genurile Proteus, Aerobacter, Klebsiella şi altele produc infecţii specifice. În aceste condiţii, consumarea sau prelucrarea fructelor poate deveni periculoasă pentru sănătatea oamenilor; diminuarea sau compromiterea recoltei de plante medicinale şi aromatice, deoarece buruienile influenţează negativ nu numai creşterea şi dezvoltarea plantelor, dar contribuie în mare măsură şi la scăderea calităţii, prin diminuarea conţinutului în principii active; pierderea calităţilor nutritive şi organoleptice (gust, miros, aromă etc.); riscul apariţiei uzurii accidentale la organele de lucru ale utilajelor de curăţare, tocare şi măcinare, în categoria acestor corpuri străine intrând pietrele şi fragmente metalice. reducerea valorii de utilizare a materialului săditor datorată prezenţei organismelor dăunătoare; creşterea consumului de energie electrică a echipamentelor de condiţionare şi prelucrare, prin antrenarea corpurilor străine în acelaşi timp cu masa de produs. 21

24 Având în vedere toate aceste aspecte, necesitatea şi obligativitatea condiţionării plantelor medicinale şi a fructelor de pădure înainte de procesare constituie o cerinţă pentru a se asigura condiţiile optime de păstrare, comercializare, consum şi prelucrare a acestei categorii de produse Obiectivele lucrării Obiectivul principal al lucrării de doctorat îl constituie perfecţionarea tehnologiei şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure înainte de procesarea finală. Atingerea acestui obiectiv presupune parcurgerea secvenţială şi rezolvarea unor obiective subsidiare, cele mai importante dintre acestea fiind: analiza rolului şi importanţei plantelor medicinale, cu evidenţierea compoziţiei chimice a unor specii reprezentative din flora spontană a zonei montane a României, precum şi a unor specii de plante medicinale cultivate; analiza rolului şi importanţei fructelor de pădure, cu evidenţierea proprietăţilor fizice şi a compoziţiei chimice a unor specii reprezentative din flora spontană a României, precum şi a unor fructe de pădure provenite de la arbuşti fructiferi cultivaţi; analiza stadiului actual al cunoştinţelor teoretice, preocupărilor şi rezultatelor din România şi de pe plan mondial pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure înainte de procesarea finală; analiza stadiului actual al realizărilor în domeniul echipamentelor tehnice pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure; cercetarea teoretică a posibilităţilor de perfecţionare a tehnologiei şi echipamentelor de condiţionare a plantelor medicinale şi a fructelor de pădure; proiectarea unui echipament complex utilizabil la condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure pentru sortarea manuală, tratarea cu radiaţii neionizante UV-C, tratarea cu abur, exhaustarea particulelor minerale sau organice contaminante etc.; cercetarea experimentală a procesului de condiţionare a plantelor medicinale prin luarea în considerare a mai multor tehnologii şi echipamente care să conducă la rezultate finale similare sub aspectul purităţii fizico-biologice şi al păstrării principiilor active; cercetarea experimentală a procesului de condiţionare a fructelor de pădure prin tratare cu radiaţii neionizante UV-C; analiza, interpretarea şi compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale în scopul stabilirii tehnologiilor şi echipamentelor care să asigure perfecţionarea condiţionării plantelor medicinale şi fructelor de pădure înainte de procesarea finală Metodica generală de cercetare în lucrare Pentru îndeplinirea obiectivului principal şi a obiectivelor subsidiare precizate pentru această lucrare este necesară o examinare riguroasă a modului de desfăşurare a cercetărilor teoretice şi experimentale şi o permanentă corectare a eventualelor erori care ar putea să se manifeste pe parcursul acestor cercetări. În figura 3.1 se prezintă schema metodicii generale de cercetare în această lucrare, în care se observă şi bucla de corectare permanentă a modelelor teoretice ale procesului de condiţionare prin compararea rezultatelor concrete obţinute în cadrul cercetărilor experimentale desfăşurate în laborator şi în exploatare. Din studiile efectuate în capitolele 1 şi 2 referitoare la stadiile actuale ale cercetărilor şi realizărilor la nivel mondial în domeniul condiţionării prin sortare a plantelor medicinale şi prin tratare cu radiaţii neionizante UV-C a fructelor de pădure, precum şi în domeniul construcţiei de echipamente pentru aplicarea acestei tehnologii, a rezultat că se pot efectua cercetări care să conducă la implementarea unei tehnologii de condiţionare a fructelor de pădure cu ajutorul căreia se poate obţine o prelungire a duratei de păstrare a acestora, cu implicaţii asupra reducerii pierderilor cauzate de microflora epifită specifică acestor specii de fructe. 22

25 De asemenea, procesul de condiţionare al plantelor medicinale prin sortare poate fi optimizat energetic prin reducerea duratei operaţiei de condiţionare, prin stabilirea parametrilor optimi necesari unei sortări eficiente, astfel încât produsele finale să îndeplinească criteriile calitative impuse prin standarde, şi în acelaşi timp, calitatea acestora să nu fie afectată. Analiza rolului şi importanţei plantelor medicinale şi a fructelor de pădure în alimentaţie şi terapeutică Analiza stadiului actual al tehnologiilor de condiţionare a plantelor medicinale şi a fructelor de pădure Analiza stadiului actual al realizării de echipamente tehnice pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure Cercetarea teoretică a procesului de condiţionare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure Cercetarea experimentală a procesului de condiţionare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure În laborator În exploatare Analiza şi interpretarea rezultatelor cercetării experimentale Îmbunătăţire Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale Concluzii finale Fig Metodica generală de cercetare în lucrarea de doctorat Principiile de bază care au stat în permanenţă la baza cercetărilor din această lucrare au avut în vedere: asigurarea purităţii fizice şi biochimice a plantelor medicinale şi fructelor de pădure destinate procesării ulterioare; păstrarea integrităţii structo-texturale şi menţinerea principiilor valoroase şi calităţilor organoleptice ale acestora; perfecţionarea tehnologiei şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure înainte de procesarea finală; Pe baza metodicii generale de cercetare din lucrare s-au abordat şi studiat aceste aspecte, structura tezei de doctorat fiind astfel concepută încât să asigure rezolvarea obiectivului principal şi a celor auxiliare, în concordanţă cu principiile specificate anterior. 23

26 4. CONTRIBUŢII TEORETICE LA PERFECŢIONAREA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIŢIONAREA PLANTELOR MEDICINALE ŞI FRUCTELOR DE PĂDURE ÎN VEDEREA PROCESĂRII ULTERIOARE 4.1. Operaţii şi tehnologii de condiţionare aplicabile plantelor medicinale Operaţii de condiţionare aplicabile plantelor medicinale Condiţionarea plantelor medicinale reprezintă un ansamblu de operaţii executate manual sau mecanizat, în scopul obţinerii unui material vegetal de calitate, care să corespundă criteriilor privitoare la conţinuturile maxime de impurităţi, corpuri străine, umiditate. Succesiunea operaţiilor în cadrul procesului de prelucrare primară a plantelor medicinale este determinată, în primul rând, de materia primă (specie, organ al plantei etc.), precum şi de scopul urmărit pentru valorificarea acestora (ambalare şi comercializare sub formă de ceaiuri, depozitare sau prelucrare ulterioară în diverse industrii). În tabelul 4.1 se prezintă o sinteză a operaţiilor de condiţionare aplicabile plantelor medicinale. Tabelul 4.1 Produsul vegetal medicinal Spălare Mărunţire prin tăiere Operaţii de condiţionare aplicabile Stabilizare Uscare Sortare prin tratare manuală cu abur Separare mecanică Tratare cu UV-C Seminţe X X X Fructe X X X X X Partea X X X X X X aeriană Rădăcini X X X X X X Indiferent de complexitatea procesului tehnologic, acesta este format dintr-o succesiune logică de operaţii unitare, majoritatea fiind operaţii de divizare şi separare, după modul în care acţionează asupra materialului şi de natură fizică sau mecanică. În afara operaţiilor unitare, procesul tehnologic de condiţionare a plantelor medicinale mai cuprinde şi operaţii auxiliare, precum transportul, producerea aburului, dozarea, depozitarea materialelor etc., operaţii care nu sunt reprezentate în fluxurile tehnologice din figurile 4.1 şi 4.2. Fig Fluxul tehnologic de condiţionare a herbei în stare proaspătă [149] 24

27 Figura 4.2. prezintă fluxul tehnologic de condiţionare a părţii aeriene a unei plante medicinale în stare uscată. Fig Fluxul tehnologic de condiţionare a herbei în stare uscată [149] 4.2. Operaţii şi tehnologii de condiţionare aplicabile fructelor de pădure Operaţii de condiţionare aplicabile fructelor de pădure Fructele de pădure pot fi considerate produse finite atunci când sunt consumate în stare proaspătă şi materie primă pentru industrie, când sunt supuse prelucrării într-o gamă largă de produse. Condiţionarea fructelor de pădure reprezintă un proces tehnologic care presupune succesiunea unor operaţii specifice, precum: separarea de impurităţi, sortarea după diferite criterii (formă, culoare, grad de vătămare, sănătate), calibrarea după mărime sau masă, iradierea, spălarea etc. Spălarea este o operaţie cu caracter limitat, aplicată numai acelor specii care prezintă membrane rezistente şi texturi corespunzătoare, care să nu permită zdrobirea sub presiunea jetului de apă (măceşe, porumbe etc.). Celelalte specii cu membrane subţiri şi suculente (zmeură, mure, afine fragi, coacăze) nu sunt supuse spălării, deoarece se înregistrează pierderi mari [6]. În tabelul 4.2 se prezintă o sinteză a operaţiilor de condiţionare aplicabile fructelor de pădure pentru consum în stare proaspătă, precum şi a fructelor de pădure destinate procesării. Tabelul 4.2 Fructe de pădure Fructe de pădure pentru procesare în industria alimentară Fructe de pădure pentru consum în stare proaspătă Spălare Operaţii de condiţionare aplicabile Tratare cu radiaţii neionizante UV-C Sortare manuală Sortare mecanică X X X X X X Tehnologii de condiţionare aplicabile fructelor de pădure În funcţie de destinaţia materiei prime, tehnologiile pentru condiţionarea fructelor de pădure pot fi constituite dintr-un număr mai mare sau mai mic de operaţii. De asemenea, echipamentele folosite pentru condiţionarea fructelor de pădure pot îndeplini o singură operaţie sau pot fi echipamente complexe care pot executa mai multe operaţii. De exemplu, în figura 4.4 este prezentat un flux tehnologic de condiţionare a afinelor de cultură. În funcţie de situaţia concretă se poate aplica şi un tratament cu radiaţii neionizante UV-C. 25

28 Fig Fluxul tehnologic de condiţionare a afinelor de cultură 4.3. Cercetări teoretice privind perfecţionarea operaţiilor specifice condiţionării plantelor medicinale şi fructelor de pădure Cercetări teoretice privind perfecţionarea operaţiei de mărunţire prin tăiere Mărunţirea poate fi definită ca operaţia care are ca obiect reducerea dimensiunilor materiilor prime sau materialelor sub acţiunea unor forţe mecanice. Materialele solide supuse mărunţirii au iniţial forme şi dimensiuni geometrice foarte variate şi proprietăţi fizico-mecanice specifice naturii acestora. Procesul de mărunţire sau reducere a dimensiunii se bazează pe studii probabilistice. Atât alimentarea unui utilaj cu materia primă, cât şi produsul rezultat se definesc cu ajutorul funcţiei de distribuţie a dimensiunilor particulelor, ceea ce exprimă probabilitatea ca o particulă de o anumită mărime să fie prezentă într-un eşantion de material de măcinare. Fig Factorii care influenţează procesul de mărunţire [146] 26

29 Cercetări teoretice privind reducerea consumului energetic necesar pentru mărunţirea prin tăiere În principal, consumul de energie pentru mărunţire depinde de proprietăţile fizico-mecanice, de tipul de solicitare în procesul de mărunţire şi de gradul de mărunţire. Cu cât gradul de mărunţire este mai mare, cu atât energia necesară pentru mărunţire este mai mare. Energia consumată la mărunţire este numai în parte utilă, o parte importantă pierzându-se prin producerea deformaţiilor elastice şi plastice şi prin frecarea bucăţilor de material între ele şi de organele active ale utilajului. În vederea realizării unor consumuri reduse de energie, la executarea operaţiei de mărunţire trebuie să se stabilească corect dimensiunile până la care să se facă mărunţirea şi să se aleagă corespunzător schema cinematică a utilajului, în funcţie de proprietăţile fizico-mecanice ale materialului de mărunţit. Potrivit teoriei Rebinder, consumul specific de energie pentru mărunţirea materialului, poate fi exprimat prin relaţia (4.2): E L L, (4.2) s 1 2 unde: L1 este lucrul mecanic consumat de maşină; L2 lucrul mecanic consumat în procesul de mărunţire. Fiecare dintre cei doi termeni poate fi descompus: L1 L11 L12, (4.3) L L L unde: L 11 este lucrul mecanic furnizat maşinii pentru deformarea elastică a elementelor ce o compun; L 12 - lucrul mecanic consumat pentru generarea de noi suprafeţe, prin uzură, pe elementele active ale maşinii; L21 - lucrul mecanic necesar deformării elastice a bucăţii de material, până la rupere; L22 - lucrul mecanic care duce la generarea de suprafeţe noi ale materialului de mărunţit. Util, în sens strict limitat, este numai lucrul mecanic L 22. Pentru partea L 2 care revine materialului se poate scrie: L 2 r N k ; (4.4) 2E L22 k22 A, (4.5) unde: N este numărul ciclurilor de deformare a materialului până la fragmentare; r - rezistenţa specifică de rupere care condiţionează procesul; E - modulul de elasticitate al materialului; A - aria specifică nou creată; k21 şi k22 coeficienţi de proporţionalitate. Mărimea se defineşte ca: n A2 A1, (4.6) unde: A2 este aria suprafeţei particulelor rezultate prin mărunţire; A1 - aria suprafeţei particulei iniţiale. Exponentul n depinde de condiţiile mărunţirii, pentru mărunţire fină şi suprafină, n>0. Se ajunge astfel la legea generalizată a mărunţirii: 2 r Es L1 N k21 k22 A. (4.7) 2E 27

30 În relaţia (4.7), gradul de mărunţire se reflectă în mărimea, iar condiţiile în care are loc operaţia de mărunţire, în mărimea N şi exponentul n. La concasare grosieră, L21 este simţitor mai mare decât L22, iar la măcinare situaţia se inversează. Randamentul fizic al mărunţirii este: f A, (4.8) E ef unde: este energia superficială specifică a materialului supus mărunţirii; A - aria specifică nou creată; E ef - energia transmisă particulelor; A Es - energia specifică necesară mărunţirii efective. Randamentul fizic al mărunţirii este cuprins între 0,1 1%. Partea cea mai însemnată a mărimii revine lucrului mecanic de deformare şi frecărilor grăuntelui individual care se mărunţeşte. Randamentul tehnic este: A t, (4.9) E totala unde Etotala cuprinde în plus faţă de E ef, pierderile la mersul în gol al maşinii şi pierderile la transmiterea energiei de la colectivul de particule din spaţiul de lucru al maşinii către particula individuală. În consecinţă, t 0,01...0,1%. Charles a stabilit o teorie generală care permite calcularea energiei utile de mărunţire, valabilă pentru orice material supus mărunţirii. Conform acestei teorii, raportul dintre variaţia energiei de mărunţire, de şi variaţia dimensiunii granulei, dx este negativ şi invers proporţional cu dimensiunea x a granulei ridicată la o putere m, care depinde de natura materialului şi condiţiile de mărunţit: de C C de m dx, (4.10) m dx x x unde: C este o constantă de proporţionalitate. Energia utilă de mărunţire va fi: E d C Es de d m x 0 D Pentru valoarea m 1 relaţia (4.11) se integrează şi astfel se obţine legea Kick-Kirpicev: x. (4.11) 1 1 Es C1 lg lg d D. (4.12) Potrivit legii Kick-Kirpicev, energia necesară pentru mărunţirea unor corpuri asemănătoare şi omogene variază direct proporţional cu volumele sau greutăţile acestor corpuri. Coeficientul C 1 corespunde consumului de energie pentru mărunţirea unei unităţi de greutate a materialului de mărunţit cu un grad de mărunţire multiplu de zece. Legea Kirpicev a fost verificată experimental şi s-a constatat o bună concordanţă în cazul materialelor de dimensiuni mari, nu şi în cazul materialelor de dimensiuni mici. Pentru valoarea m 2 din relaţia (4.11) se obţine legea Rittinger: 1 1 Es C2 d D. (4.13) Potrivit legii Rittinger, energia utilă de mărunţire este proporţională cu creşterea suprafeţei specifice a materialului. Coeficientul C 2 este egal cu consumul de energie necesar pentru formarea unei unităţi noi de suprafaţă specifică. E ef 28

31 Legea Rittinger, verificată experimental, dă bune rezultate în cazul materialelor de dimensiuni mici. Pentru valoarea m 1,5 din relaţia (4.11) se obţine legea Bond: 1 1 Es C3 d D. (4.14) Potrivit legii Bond, energia utilă mărunţire este egală cu diferenţa dintre energiile conţinute de material după şi înainte de mărunţire. Constanta poate fi scrisă sub forma: C 3 C3 W 100. (4.15) Atunci când dimensiunile se exprimă în microni, iar W este indicele de mărunţire şi reprezintă energia necesară pentru măcinarea unui material de la dimensiunea infinită la dimensiunea de 100 m, W variază în limite foarte largi în funcţie de material şi se determină experimental. Dacă se înlocuieşte relaţia (4.14) în (4.15) se obţine: 1 1 D d 100 Es W 100 W (4.16) d D D d sau: D d W Es D d. (4.17) 100 Legea Bond are aplicabilitate mai largă decât legile Kirpicev şi Rittinger. Pentru a se introduce aria specifică, A, invers proporţională cu pătratul dimensiunii particulei, relaţia (4.10) devine: da C 1 x, (4.18) de unde: n 2 este o constantă; C 1 - constantă. Tatsuo Tanaka propune o variantă detaliată a relaţiei (4.18): da K P c P P a x, (4.19) de unde: Pc este probabilitatea ciocnirii particulelor; P - probabilitatea ca rezistenţa de rupere a materialului să fie depăşită; Pa - probabilitatea propagării fisurii; K - constantă. Prin această relaţie se evidenţiază parametrii cei mai importanţi care caracterizează funcţionarea maşinilor de mărunţire a materialelor solide. Pe lângă aceste teorii de mărunţire considerate clasice, există şi teorii moderne, cum ar fi teoria termodinamică, teoria liberei mărunţiri şi teoria modelelor. Teoria termodinamică a lui Djingenzhian porneşte de la ideea că suma dintre energia cinetică necesară pentru mărunţirea unui material şi energia calorică internă a materialului mărunţit, care este transformată în lucru util, este o constantă, potrivit relaţiei: E Q k Q, (4.20) c int unde: E c este energia cinetică de mărunţire; Q int - energia calorică internă transformată în lucru util; Q - căldura care ia naştere în timpul mărunţirii; k - constantă termodinamică ce caracterizează materialul supus mărunţirii. Teoria liberei mărunţiri a lui Carey şi Stairmand porneşte de la ideea că în timpul mărunţirii forţele exterioare sunt aplicate particulelor supuse mărunţirii, astfel încât se produce o repartiţie granulometrică a fragmentelor obţinute, caracteristică materialului, care se poate numi repartiţie naturală. Diferenţa dintre energia asociată produsului obţinut după mărunţire şi energia asociată materiei prime este egală cu energia consumată pentru realizarea mărunţirii. Teoria liberei mărunţiri se poate transpune în relaţia: 29

32 unde: Ep Em E c, (4.21) E p este energia produsului de mărunţire; E m - energia materiei prime; E c - energia consumată de utilajul de mărunţire; - randamentul energetic al utilajului. Teoria modelelor a lui Adreasen porneşte de la ideea că se poate determina cantitativ variaţia unei anumite proprietăţi a materialului de mărunţit atunci când se schimbă raportul dimensiunilor. Condiţiile care trebuie respectate în cazul mărunţirii pe maşini model sunt: cele două maşini să fie riguros identice; să se respecte raportul dintre dimensiunile geometrice; particulele de alimentare să aibă aceleaşi dimensiuni; materialele nu trebuie să fie fragile, adică să nu se rupă înainte de limita de elasticitate [146]. La modul general, consumul specific total de energie E se poate calcula cu relaţia: E E11 E12 E21 E22, (4.22) unde: E 11 este consumul specific de energie pentru învingerea forţelor de frecare dintre elementele utilajului prin deformarea elastică a elementelor utilajului de mărunţit; E 12 - energia specifică consumată pentru generarea de noi suprafeţe pe organele active ale utilajului; E 21 energia specifică consumată prin deformarea elastică a materialului supus mărunţirii; E 22 energia specifică consumată pentru generarea de noi suprafeţe prin dezintegrarea particulelor de material. Randamentul utilizării energiei în cadrul operaţiei de mărunţire se determină prin relaţia: E22 E22 0,1...1%. (4.23) E E11 E12 E21 E22 Relaţia (4.23) evidenţiază faptul că o foarte mare parte din energie se pierde inutil pentru învingerea forţelor interne dintre elementele instalaţiei, dintre particulele cu care se alimentează instalaţia sau dintre particulele şi elementele active ale instalaţiei, diminuarea acestor pierderi reprezentând principalele direcţii de reducere a consumurilor energetice în procesul de mărunţire, respectiv de creştere a randamentului acestei operaţii Modelarea matematică a procesului de tăiere folosind un cuţit cu ascuţire unilaterală Variaţia valorii forţei de rezistenţă la tăiere în timpul deplasării cuţitului în cadrul procesului de tăiere permite obţinerea unor informaţii cu privire la producerea mecanismului de rupere a materialului. Forţa de rezistenţă la tăiere are următoarele componente: forţa consumată pentru deformarea plastică şi elastică, forţa care învinge forţele de frecare şi adeziune şi forţa de dezintegrare consumată de către tăişul cuţitului în structura materialului. Fig Schema procesului de tăiere executat de către cuţitul în formă de pană [21] În momentul iniţial, prin atingerea suprafeţei materialului de către tăişul cuţitului, în material apar tensiuni de contact concentrate în zona de contact cu muchia tăietoare a cuţitului, de grosime. La atingerea valorilor limită ale tensiunilor, după învingerea forţelor moleculare de coeziune, structura materialului se distruge, iar cuţitul începe să se deplaseze în adâncime, organul de tăiere în formă de 30

33 pană afundându-se în material. Forţa concentrată F t care acţionează asupra tăişului cuţitului, la care integritatea materialului se distruge, se determină cu relaţia: Ft c l, (4.49) în care: σ c este tensiunea admisibilă de contact, în Pa; δ grosimea tăişului, în m; l lungimea activă a tăişului, în m. Cu cât δ este mai mare, cu atât este mai mare forţa de separare. Mărimea σ c caracterizează rezistenţa materialului la separarea lui în părţi. Literatura de specialitate nu dispune de informaţii practice privind valorile tensiunii admisibile de contact, caracteristică diferitelor materiale, fapt pentru care valoarea forţei F t se determină pe cale experimentală în funcţie de caracteristicile materialului şi de unghiul de ascuţire a tăişului. În general, relaţia empirică are forma: m Ft B l, (4.50) în care: B este un coeficient care depinde de caracteristicile materialului primar; l lungimea muchiei tăietoare, în m; m exponent. În condiţiile unui material elastic, din momentul intrării cuţitului în masa acestuia, faţa înclinată a cuţitului deformează materialul cu precădere pe direcţia laterală, perpendiculară pe direcţia de deplasare, ca urmare a efectului de pană, fiind o funcţie de adâncimea de pătrundere. Pentru o pătrundere elementară dh a cuţitului în material, acesta este deformat pe direcţia transversală cu valoarea dx (fig. 4.15), între cele două deformaţii elementare existând dependenţa: dx dh tg. (4.51) Valoarea curentă absolută dx a deformaţiei pe direcţia transversală este proporţională cu grosimea b a cuţitului (penei), iar deformaţia curentă relativă se determină cu relaţia: dx, (4.52) L unde L este lungimea iniţială a materialului pe direcţia transversală, în m. Grosimea b a cuţitului este mică în comparaţie cu lungimea iniţială L a materialului care va fi deformat, de aceea pentru determinarea valorii efortului unitar care caracterizează starea de tensiune din material, se poate folosi legea lui Hooke : dx E E, (4.53) L unde E este modulul de elasticitate, în Pa. Efortul unitar maxim max, generat de pătrunderea cuţitului la adâncimea H, când deformarea pe direcţia transversală a materialului este egală cu lăţimea b a cuţitului, se determină prin relaţia: b max E. (4.54) L În condiţiile specifice unui materialului omogen şi elastic, distribuţia eforturilor unitare pe suprafaţa cuţitului, înclinată cu unghiul este liniară. Forţa rezultantă N a eforturilor unitare, normală pe suprafaţa cuţitului, aplicată în centrul de masă al distribuţiei, se determină din epura tensiunilor şi suprafaţa de contact a suprafeţei laterale cu materialul procesat, prin relaţia: 1 1 b H N AB l max E l, (4.55) 2 2 L cos Forţa de frecare dintre suprafaţa nou creată a aşchiei de material şi suprafaţa înclinată cu unghiul a cuţitului este: T2 N, (4.56) unde: µ este coeficientul de frecare dintre material şi cuţit, care înglobează şi coeficientul de adeziune. Rezultanta celor două forţe care acţionează pe suprafaţa înclinată cu unghiul, se determină cu relaţia: N 2 F R N 1. (4.57) cos 31

34 Conform schemei prezentată în figura 4.15, forţa F H normală pe direcţia de deplasare a cuţitului, se determină prin relaţia: 2 N 1 cos, FH FR cos (4.58) iar forţa F V paralelă cu direcţia de deplasare a cuţitului, se determină prin relaţia: 2 N 1 sin FV FR sin. (4.59) Pe faţa laterală posterioară a cuţitului, deformaţia materialului se consideră că este nulă. Ca urmare a rigidităţii suportului cuţitului, deplasării cuţitului în masa de material i se opun forţele de frecare şi de adeziune dintre această suprafaţă şi suprafaţa materialului de bază: 2 T1 FH N 1 cos. (4.60) Forţa întâmpinată de cuţit în procesul de tăiere, conform schemei prezentată în figura 4.10, se determină în baza ecuaţiilor de echilibru ale cuţitului: F F F. (4.61) 0 t V T 1 Primul termen al ecuaţiei reprezintă partea utilă a forţei de tăiere, orientată pentru învingerea forţelor moleculare de coeziune. Ceilalţi doi termeni sunt pierderi neproductive pentru deformaţiile laterale a materialului şi pentru învingerea frecărilor. Introducând relaţiile (4.49), (4.59) şi (4.60) în relaţia (4.61), aceasta devine [21]. 2 2 F0 c l N 1 sin N 1 cos, (4.62) în care dacă se introduce relaţia (4.55), F 0 devine: 1 b l H 2 F0 c l E 1 sin cos. (4.63) 2 L cos Întrucât componentele F v şi T 1 ale forţei F 0 reprezintă pierderi neproductive, este de preferat ca acestea să aibă valori cât mai mici. Unghiul de ascuţire β al tăişului cuţitului trebuie astfel ales încât forţele de frecare dintre materialul vegetal şi cuţit să fie cât mai mici Cercetări teoretice privind perfecţionarea transportului interoperaţional al plantelor medicinale şi fructelor de pădure În transportul interoperaţional al plantelor medicinale şi fructelor de pădure pot fi folosite transportoare cu acţiune continuă, cu organe de tracţiune. În componenţa acestor transportoare sunt cuprinse o serie de organe cu funcţii similare, dar de construcţii specifice, precum: organe de tracţiune active, organe de reazem, organe de ghidare, dispozitive de încărcare-descărcare, mecanisme de acţionare, mecanisme de întindere şi cadrul sau scheletul de rezistenţă care susţine părţile componente ale transportoarelor. Dintre organele de tracţiune active şi de susţinere a sarcinilor în timpul deplasării acestora cel mai mult se utilizează benzile şi lanţurile, într-o mulţime de variante constructive Calculul puterii de antrenare a transportoarelor cu bandă şi cu lanţuri Considerând un transportor ca cel din figura 4.16, în care I este tamburul de antrenare, II tamburul de întindere şi III banda (sau lanţul) de transport, calculul puterii de antrenare se face cu relaţia generală: pentru transportoarele cu bandă:, FR FR v P [kw], (4.64) 1000 t în care: FR reprezintă suma forţelor de Fig Schema de calcul a puterii de acţionare a transportoarelor [15] rezistenţă care se exercită de-a lungul traseului de, transport; F R - forţa de rezistenţă la deplasarea organului de tracţiune pe tamburul de antrenare; 32

35 v viteza de deplasare a benzii, în m/s; t - randamentul transmisiei de la motorul de acţionare la tamburul I de antrenare. Forţele de rezistenţă de-a lungul traseului, F R, se pot determina pe porţiuni specifice şi însumări consecutive. Astfel, în punctul 2 se poate scrie: F 2 F1 FR, (4.65) 1 2 unde: F 1 este forţa de tracţiune din bandă în punctul de desfăşurare de pe tamburul de antrenare; F 2 forţa de întindere din organul de tracţiune în punctul de înfăşurare a acestuia pe tamburul de întindere; F R forţa de rezistenţă la deplasarea organului de tracţiune pe porţiunea rectilinie 1-2 a ramurii descărcate. În punctul 3, la desfăşurarea de pe tamburul de întindere se poate scrie: F 3 F2 FR, (4.66) 2 3 în care: F 3 este forţa de întindere din organul de tracţiune în punctul de desfăşurare de pe tamburul de întindere; F R - forţa de rezistenţă la deplasarea organului de tracţiune pe tamburul de întindere. 2 3 În punctul 4 se poate scrie: F 4 F3 FR, (4.67) 3 4 unde: F 4 este forţa de tracţiune din bandă în punctul de înfăşurare pe tamburul de antrenare; F R3 4 - forţa de rezistenţă la deplasarea organului de tracţiune, pe porţiunea 3-4 rectilinie a ramurii încărcate. Având în vedere relaţiile (4.65), (4.66) şi (4.67) se poate scrie: F4 F1 FR F R F R F 1 F r. (4.68) Dar F 1 = F d şi F 4 = F î, F î şi F d fiind forţele de tracţiune în punctele de înfăşurare şi desfăşurare pe şi de pe tamburul de antrenare., Pe porţiunea 4-1 se notează F, astfel că suma rezistenţelor totale din transportor va fi R F 4 1 R, R F R F R. pentru transportoarele cu lanţ:, FR vm FR v P [kw], (4.69) 1000 t t unde: v m este viteza de deplasare a lanţurilor; v 0 viteza periferică a punctelor situate pe cercul de divizare al roţilor de lanţ de acţionare. v0 Dacă se notează kv, relaţia (4.69) are forma: vm vm, P FR kv FR [kw]. (4.70) 1000 t Pentru cele trei tipuri de reazeme utilizate în construcţia transportoarelor cu bandă şi cu lanţuri (de alunecare, pe roţi alergătoare şi pe role) forţele specifice relaţiei (4.68) au expresii concrete, în care se regăsesc parametrii constructivi şi funcţionali ai transportoarelor, precum şi influenţele materialului transportat. Puterea calculată cu relaţiile prezentate reprezintă puterea de regim la care funcţionează motoarele electrice. La alegerea motoarelor electrice este necesar să se ţină seama de perioada de pornire a transportorului încărcat, când puterea absorbită datorită forţelor de inerţie este mai mare decât cea de regim [15] Cercetări teoretice privind perfecţionarea operaţiei de sortare cu site plane a materialului vegetal medicinal mărunţit Procesul tehnologic de separare, denumit şi cernere, se realizează prin trecerea amestecurilor care au în componenţă particule de dimensiuni diferite peste suprafeţe prevăzute cu ochiuri de anumite forme şi dimensiuni, respectiv prin site plane sau cilindrice [89]. 33

36 Procesul de lucru al sitei plane constă în deplasarea pe suprafaţa de sortare a materialului supus separării şi trecerea fracţiunilor care au dimensiunea mai mică decât cea a orificiilor de lucru. Restul de fracţiuni din componenţa amestecului rămâne la nivelul suprafeţelor de separare şi este transportat de către acestea. Fracţiunea care trece prin sită se numeşte cernut, iar cea rămasă pe suprafaţa de separare poartă denumirea de refuz Dinamica mişcării relative a materialului supus separării pe sita plană oscilantă Pentru a se realiza separarea prin cernere, pe suprafaţa sitei materialul trebuie să se afle în continuă mişcare. Se dă astfel posibilitatea particulelor de mici dimensiuni să vină în contact cu suprafaţa de separare şi să treacă, dacă este cazul, în cernut. La sitele cu mişcare vibratorie, mişcarea oscilatorie, caracterizată prin frecvenţa şi amplitudinea oscilaţiilor, se produce pe o direcţie ce formează cu planul sitei un unghi. Caracteristic pentru aceste suprafeţe de separare este faptul că deplasarea particulelor pe suprafaţa sitei se realizează în salturi [103]. Fig Schema forţelor care acţionează asupra particulei situată pe suprafaţa de separare şi căreia i se imprimă o mişcare oscilatorie [103] Regimul cinematic al sitelor şi distribuţia forţelor de inerţie pe lungimea acestora sunt influenţate semnificativ de tipul mecanismului de acţionare, de parametrii săi constructivi, precum şi de turaţia manivelei mecanismului de acţionare, care dă frecvenţa de oscilaţie a sitelor. Amplitudinea oscilaţiei trebuie să fie în concordanţă cu lăţimea lamelelor sitei în care sunt practicate orificiile, astfel încât mişcarea particulelor de material să fie în ambele sensuri, dar cu tendinţă de deplasare către capătul posterior al sitei, pentru ca aceasta să-şi îndeplinească funcţia de transport pentru materialul rămas pe sită. Mişcarea sitei poate fi considerată ca o mişcare oscilatorie armonică pe direcţia x-x şi definită de relaţia: x r cos r cos t, (4.108) unde: r este raza manivelei; θ unghiul de rotaţie al manivelei; ω viteza unghiulară de rotaţie a manivelei. Viteza unui punct de pe sită poate fi determinată cu ajutorul relaţiei: dx r sin t. (4.109) dt Acceleraţia unui punct de pe sită va fi calculată pe baza relaţiei: 2 d x 2 r cos t. (4.110) 2 dt În timpul procesului de lucru (fig. 4.20, a), asupra unei particule de masă m acţionează următoarele forţe: G = m g, greutatea materialului supus separării, F N reacţiunea normală a suprafeţei sitei, F i forţa de inerţie şi F f forţa de frecare dintre material şi suprafaţa sitei. Forţa de reacţiune normală se determină cu relaţia: 34

37 m g cos FN Fi sin. (4.111) Forţa de inerţie, F i se calculează cu relaţia: m a m 2 cos t, (4.112) F i unde a este acceleraţia în mişcare de translaţie oscilatorie. Forţa de inerţie are direcţia după axa x-x şi sensul este invers acceleraţiei. Forţa de frecare a materialului faţă de suprafaţa de separare este dată de relaţia: Ff FN Fi sin m g cos tg, (4.113) unde: μ = tgφ este coeficientul de frecare al materialului pe sită; φ unghiul de frecare. Materialul se poate deplasa în amontele sitei, în intervalul [3π/2, π/2], numai dacă este îndeplinită condiţia: Fi cos m g sin Ff, (4.114) sau, folosind expresiile prin care sunt definite forţele F i şi F t, se determină relaţia: 2 m r cos t cos (4.115) 2 m g sin m r cos t sin m g cos tg. Înlocuind tgφ cu sinφ/ cosφ, se obţine în relaţia (4.106) se obţine: 2 r cos t cos cos sin sin (4.116) g sin cos cos sin. Ţinând cont de relaţiile trigonometrice, se stabileşte că: 2 r sin cos t g cos sau 2 sin g. cos r cos t Materialul începe să se deplaseze spre amontele suprafeţei de separare atunci când cosωt = 1, respectiv pentru θ = ωt = 2 k π, ceea ce înseamnă că viteza unghiulară minimă este dată de relaţia: g sin 1. (4.117) r cos Acestei viteze unghiulare îi corespunde o turaţie a manivelei, dată de relaţia: 30 g sin n 1. (4.118) r cos Din relaţia (4.1118) rezultă că materialul, indiferent de masa lui, se deplasează spre amontele sitei numai pentru turaţii ale manivelei egale sau mai mari de n 1 (n n 1 ). / 2,3 / 2 (fig. Materialul poate să se deplaseze pe suprafaţa sitei, în avalul acesteia pentru 4.20, b), conform relaţiei: Fi m g sin F f cos. (4.119) Forţa de reacţiune normală este dată de relaţia: F N m g cos Fi sin, (4.120) iar forţa de frecare se calculează cu formula: F f FN m g cos Fi sin tg. (4.121) După transformări şi simplificări ale relaţiilor (4.119, şi 4.121) se obţine relaţia: 2 r cos t cos g sin, (4.122) de unde rezultă: 2 sin g. cos r cos (4.123) t 35

38 În această situaţie, materialul începe să se deplaseze către avalul sitei pentru cos ωt = -1, respectiv atunci când θ = ωt = (2k+1) π şi g sin 2, (4.124) r cos iar turaţia manivelei va fi: 30 g sin n 2. (4.125) r cos Deci materialul se deplasează pe suprafaţa sitei în avalul acesteia pentru turaţii ale manivelei mai mari decât n 2 (n n 2 ). Pentru n = n 2, materialul rămâne în repaus pe suprafaţa sitei. Materialul poate să se desprindă de pe suprafaţa sitei (fig. 4.20, b) pentru / 2,3 / 2 şi F N 0, iar condiţia de desprindere va fi dată de relaţia: m g cos Fi sin 0 (4.126) sau 2 m g cos m r cos t sin. (4.127) Pentru cosωt = -1 se obţine valoarea minimă ω 3 a vitezei unghiulare când începe să se realizeze desprinderea, respectiv: g cos 3. (4.128) r sin Acestei viteze unghiulare îi corespunde turaţia minimă a manivelei: 30 g cos n 3. (4.129) r sin Materialul vegetal medicinal aflat pe sită se va desprinde de suprafaţa de separare numai pentru turaţii ale manivelei mai mari de n 3 (n n 3 ). Pentru sitele cu orificii dreptunghiulare este necesar să se asigure un regim cinematic care să permită deplasarea particulelor pe suprafaţa de separare fără desprindere. În cazul sitelor cu orificii rotunde, regimul cinematic trebuie să asigure desprinderea materialului de pe suprafaţa de separare, uşurând trecerea particulelor de impurităţi prin orificii [103] Reprezentarea grafică a rezultatelor procesului de separare a materialului vegetal medicinal mărunţit prin tăiere Prezentarea grafică a rezultatelor obţinute în urma procesului de separare, pe baza prelucrării matematice corespunzătoare a datelor determinărilor experimentale, se poate realiza prin două diagrame care permit obţinerea unor informaţii asupra caracteristicilor amestecurilor eterogene. Prima diagramă, denumită curba integrală sau curba funcţiei de repartiţie, reprezintă curba frecvenţelor relative cumulate şi permite obţinerea de informaţii cu privire la cantitatea de particule, exprimată prin număr, dimensiune, suprafaţă, volum sau masă conţinute într-un amestec eterogen, care au dimensiuni mai mici sau mai mari decât o valoare dată, cuprinsă între dimensiunea minimă şi maximă a particulelor. Cea de-a doua diagramă, denumită curba diferenţială sau curba densităţii de repartiţie, reprezintă curba frecvenţelor relative din fiecare clasă de dimensiuni şi asigură obţinerea informaţiilor cu privire la cantităţile de particule conţinute în fiecare clasă de dimensiuni. În ambele diagrame, pe abscisă sunt reprezentate dimensiunile particulelor (lăţimea intervalelor claselor de dimensiuni) care intră în compoziţia amestecului eterogen. Pe ordonată, pentru curba integrală sunt reprezentate cantităţile procentuale cumulate ale conţinutului claselor de dimensiuni şi pentru curba diferenţială sunt reprezentate cantităţile procentuale simple. Relaţiile generalizate pe baza cărora se calculează frecvenţa relativă cumulată şi densitatea de distribuţie pe clase de dimensiuni sunt următoarele: 36

39 Q q k, i k, i f k, i Q x k, i i f i n f i 1 f x i f i F i n 1 f i ; (4.166) 1 f i F x i, (4.167) unde: Δf i reprezintă numărul evenimentelor pentru fiecare clasă de dimensiuni, evenimente care pot fi exprimate funcţie de numărul, lungimea, suprafaţa, volumul sau masa particulelor din fiecare clasă; F numărul total de evenimente observate, n F 1 f i ; k indice a cărui valoare este caracteristică unei anumite mărimi de referinţă în raport cu care se exprimă rezultatele analizei; i ordinul clasei de dimensiuni, i (0, n) [88]. Tabelul 4.3 Prelucrarea statistică a datelor experimentale rezultate în urma operaţiei de separare Nr crt. Dim. ochiurilor sitei Frecvenţa absolută refuzurilor i x i ΔR i a Frecvenţa relativă a refuzurilor Q k, i Ri M Frecvenţa relativă cumulată a refuzurilor p Ri Rk i 1, M Frecvenţa relativă cumulată cernuturilor C 1 a k, i R 3, i Lăţimea intervalului de clasă x x i i 1 x i Densitatea de distribuţie q k, i Ri xi x M i Valoarea medie a clasei de dimensiuni UM mm g mm mm -1 mm x x 2 i 1 i În figura 4.27 sunt prezentate diferite reprezentări ale curbelor frecvenţelor cumulate care caracterizează preponderenţa particulelor diverselor clase de dimensiuni în amestecul supus separării. Fig Reprezentări tipice pentru curbele frecvenţelor cumulate [88] Din analiza formei curbelor frecvenţelor cumulate a refuzurilor sau a cernuturilor obţinute în urma procesului de separare se pot deduce unele caracteristici în ceea ce priveşte compoziţia amestecului analizat Determinarea amplitudinii vibraţiilor sortatorului cu ajutorul software-ului LabVIEW Software-ul LabVIEW este un limbaj de programare grafică produs de National Instruments, SUA destinat achiziţiei, analizei, prelucrării şi afişării datelor. Principiul fundamental pe baza căruia este scris codul LabVIEW este fluxul de date. Datele sunt trecute prin noduri, în interiorul cărora programul 37

40 determină ordinea de execuţie a diverselor funcţii. LabVIEW este un limbaj modular, cu ajutorul căruia utilizatorul poate dezvolta o aplicaţie prin construcţia ierarhizată de instrumente virtuale (Virtual Instruments, VI-uri) [92]. Instrumentele virtuale fac uz de traductoare şi senzori pentru a intra în contact cu mărimea fizică măsurată, de eventuale sisteme de condiţionare a semnalelor, precum şi de circuite pentru conversia analog-digitală. Pentru determinarea semnalelor şi spectrelor de vibraţii ale sitei sortatorului vibrator, va fi amplasat un accelerometru cu măsurare simultană pe trei axe în 6 puncte importante, poziţionarea acestuia fiind astfel aleasă încât să ofere posibilitatea măsurării amplitudinii vibraţiilor în cele patru colţuri ale cadrului sortatorului şi în două puncte simetrice în planul median. În vederea determinării influenţei amplitudinii oscilaţiilor asupra mişcării vibratorii a sitei sortatorului, măsurătorile vor fi efectuate atât la mersul în gol, cât şi în sarcină. Schema bloc a lanţului de măsură care va fi utilizată pentru desfăşurarea cercetărilor experimentale este prezentată în figura Aceasta cuprinde traductoarele de vibraţii 1, amplificatorul de semnal 2, placa de achiziţie date National Instruments 3, pentru achiziţia semnalelor de vibraţii de la cele şase traductoare şi laptop-ul 4, pentru prelucrarea datelor achiziţionate. Fig Schema bloc a lanţului de măsură a amplitudinii vibraţiilor sortatorului vibrator Cu ajutorul sistemului de achiziţie date şi a diagramei-bloc (fig. 4.29) realizate în software-ul LabVIEW, vor fi achiziţionate semnalele de vibraţii furnizate de accelerometrul poziţionat pe suprafaţa de separare a sitei sortatorului vibrator. Fig Realizarea diagramei - bloc pentru achiziţia de date 4.4. Contribuţii la perfecţionarea echipamentelor de condiţionare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure prin proiectarea unui echipament tehnic multifuncţional În cadrul acestei lucrări a fost proiectat un echipament multifuncţional (fig.4.30) capabil să execute o serie de operaţii de condiţionare pentru diferite produse horticole. Acest echipament reprezintă o soluţie tehnică cu potenţial de lansare pentru comercializare. 38

41 Echipamentul este proiectat astfel încât părţile componente, modulare, să poată fi utilizate la executarea diferitelor operaţii de condiţionare, precum: sortarea, calibrarea, selectarea şi eliminarea corpurilor străine şi a impurităţilor, tratarea cu abur sau cu radiaţii neionizante UV-C a produselor. Toate părţile componente ce intră în contact cu produsele vor fi realizate din oţel inoxidabil acceptat în domeniul alimentar (AISI 304), pentru evitarea coroziunii suprafeţelor active ale acestora. O primă funcţiune pe care o poate îndeplini transportorul cu role cu mişcare de rotaţie în jurul axelor proprii, proiectat în această lucrare, este aceea de echipament de sortare. Rotirea rolelor determină antrenarea produselor şi, astfel, se realizează expunerea totală a suprafeţelor acestora, ceea ce determină creşterea calităţii operaţiei de sortare. În părţile laterale ale transportorului se ataşează coşuri pentru colectarea fracţiunilor necorespunzătoare. Fig Transportor cu role cu mişcare de rotaţie în jurul axelor proprii Fiecare rolă transportoare este antrenată în mişcare de translaţie prin intermediul unui cilindru de teflon (care joacă şi rol de lagăr) care este fixat pe eclisa corespunzătoare a unui lanţ Galle cu elemente auxiliare (fig. 4.31). Fig Tipul de lanţ Galle cu elemente auxiliare utilizat [159] În momentul în care rola ajunge pe calea de rulare din cauciuc, aceasta va căpăta şi o mişcare de rotaţie în jurul axei proprii, care va fi transmisă şi produselor, în acest fel realizând expunerea acestora pe întreaga suprafaţă (fig. 4.32). 39

42 Fig Principiul de funcţionare al transportorului Funcţionarea transportorului ca şi echipament de sortare calibrare, prin inserarea unor rulouri cilindrice profilate. Pentru uniformizarea grosimii stratului de produse supuse acestei operaţii de condiţionare, în zona de alimentare se vor păstra rulouri cilindrice neprofilate. Concomitent cu operaţia de sortare-calibrare se va realiza şi separarea corpurilor străine mici (pământ, resturi vegetale, praf), întrucât, prin poziţionarea lor, rulourile cilindrice asigură spaţii de trecere, permiţând astfel eliminarea impurităţilor din masa de produs principal. Utilizarea modulului pentru tratarea cu radiaţii neionizante UV-C a produselor horticole (fig. 4.33) va permite asigurarea unei distribuţii omogene a radiaţiei germicide UV-C pe suprafaţa exterioară a produselor supuse procesului de decontaminare. Procesul poate fi automatizat şi, de asemenea, poate fi dezvoltat un software pentru programarea şi controlul parametrilor înregistraţi (timp, viteză, distanţă faţă de sursa de iradiere, doza de iradiere aplicată). Fig Modulul proiectat pentru tratarea produselor horticole cu radiaţii neionizante UV-C 40

43 5. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND PERFECŢIONAREA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU CONDIŢIONAREA PLANTELOR MEDICINALE ŞI A FRUCTELOR DE PĂDURE 5.1. Obiectivele cercetărilor experimentale Obiectivul principal al cercetărilor experimentale este reprezentat de analiza procesului de condiţionare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure în vederea perfecţionării acestuia, în scopul asigurării unei calităţi corespunzătoare a produselor finite. În vederea îndeplinirii obiectivului principal a fost necesară parcurgerea şi îndeplinirea secvenţială a următoarelor obiective complementare: alegerea corectă a obiectelor cercetării experimentale; conceperea unei metodici generale de cercetare experimentală şi a metodicilor activităţilor preliminare, de cercetare experimentală în laborator şi de cercetare experimentală pe o linie de prelucrare primară a plantelor medicinale; alegerea aparaturii folosite la cercetarea experimentală; desfăşurarea cercetărilor experimentale de laborator conform metodicii stabilite anterior; desfăşurarea cercetărilor experimentale în exploatare conform metodicii stabilite anterior; analiza caracteristicilor fizico chimice ale plantelor medicinale proaspete şi a celor uscate şi compararea acestora în vederea stabilirii influenţelor procesului de condiţionare prin tăiere şi sortare asupra acestora; analiza caracteristicilor fizico chimice ale fructelor de pădure, anterior şi ulterior tratării cu radiaţii neionizante UV-C şi compararea acestora, în vederea stabilirii influenţelor procesului de condiţionare prin iradiere asupra acestora; înregistrarea, analiza şi prelucrarea datelor cercetărilor experimentale din laborator şi din exploatare; compararea rezultatelor cercetărilor experimentale cu studiile teoretice; Restricţiile calitative impuse procesului de condiţionare a plantelor medicinale şi fructelor de pădure se referă la: asigurarea unei purităţi fizico-biologice cât mai înalte a materialelor vegetale condiţionate; păstrarea sau chiar îmbunătăţirea principiilor active din plantele medicinale şi fructele de pădure condiţionate; reducerea la minimum a costurilor implicate în operaţiile de condiţionare Obiectele cercetării experimentale Obiectele cercetării experimentale sunt reprezentate de produsele vegetale supuse procesului de condiţionare, în acest caz, sunătoarea, menta, coada şoricelului, afinele provenite din flora spontană şi de cultură, precum şi zmeura provenită din flora spontană şi de cultură. Fig Sunătoare Fig Mentă Fig Coada şoricelului În cazul plantelor medicinale (fig.5.1, 5.2 şi 5.3), au fost alese trei specii provenite din flora spontană: sunătoare, mentă şi coada şoricelului. S-au folosit două loturi de plante medicinale, un lot format din plante proaspete şi un lot format din plante uscate. Operaţiile premergătoare procesului de prelucrare primară propriu-zis sunt operaţiile de condiţionare manuală, cântărire şi măsurarea dimensiunilor. În cazul fructelor de pădure, au fost alese patru specii: afine şi zmeură provenite din flora 41

44 spontană şi afine şi zmeură provenite de la arbuşti fructiferi cultivaţi. Ca şi în cazul plantelor medicinale au fost efectuate operaţii premergătoare de condiţionare manuală, cântărire şi măsurarea dimensiunilor Metodica cercetării experimentale În vederea atingerii obiectivului general al cercetărilor experimentale, precum şi a obiectivelor subsidiare specificate în capitolul 5.1, s-a conceput şi urmărit metodica generală de cercetare experimentală prezentată în figura 5.8. Locul de desfăşurare a cercetărilor experimentale Laborator Exploatare Obiectele cercetării experimentale Mentă proaspătă Mentă uscată Sunătoare proaspătă Sunătoare uscată Coada şoricelului proaspătă Coada şoricelului uscată Afine din flora spontană Afine de cultură Zmeură din flora spontană Zmeură de cultură Parametrii următiţi Puritatea fizico-biologică a materialelor condiţionate; Gradul de păstrare a principiilor active; Costurile totale specifice diferitelor tehnologii şi echipamente Analiza calitativă a materialului biologic înainte de condiţionare Desfăşurarea operaţiilor de condiţionare Mărunţire prin tăiere a plantelor medicinale Tratare cu radiaţii neionizante UV-C Mărunţire prin tăiere a plantelor medicinale Sortarea materialului biologic cu site plane Aparatura şi echipamentele folosite Echipament pentru testarea materialelor Zwick/Roell 5.0 N; Etuvă de laborator model Froilabo AC60; Balanţă analitică KERN EG 420-3NM; Termobalanţă OHAUS MB45; Cuptor de calcinare Nabertherm cu controler P 320; Refractometru KRÜSS OPTRONIC tip ABBE AR 2; Aparat MidasAn Air; Exsicator. Echipament de tăiere a plantelor medicinale Herbcut TS 1340; Transportor înclinat cu raclete; Sortator vibrator; Aparat pentru măsurarea consumului de energie electrică CA 8334B; Placă de achiziţie date NI Analiza calitativă a materialului biologic după condiţionare Analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale Concluzii privind perfecţionarea tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi fructelor de pădure Fig Metodica generală de cercetare experimentală 42

45 În vederea îndeplinirii metodicii generale au fost realizate următoarele activităţi: acţiuni preliminare cercetărilor experimentale; cercetări experimentale în laborator; cercetări experimentale în exploatare Echipamentele şi aparatura folosite la cercetarea experimentală În vederea efectuării cercetărilor experimentale s-au utilizat mai multe echipamente, aparate şi instrumente, precum: echipament de tăiere a plantelor medicinale Herbcut TS 1340; transportor înclinat cu raclete; sortator vibrator; echipament pentru testarea materialelor Zwick/Roell 5.0 N; aparat pentru măsurarea consumului de energie electrică CA 8334B; etuvă de laborator model Froilabo AC60; balanţă analitică KERN EG 420-3NM; termobalanţă OHAUS MB45; placă de achiziţie date NI 9233; cuptor de calcinare Nabertherm cu controler P 320; refractometru KRÜSS OPTRONIC tip ABBE AR 2; aparat MidasAnAir; exsicator, eprubete, reactivi chimici etc Echipamentele tehnice utilizate la desfăşurarea cercetărilor experimentale Pentru efectuarea cercetărilor experimentale au fost folosite următoarele: echipamentul de tăiere a plantelor medicinale Herbcut TS 1340 (fig. 5.9), transportorul înclinat cu bandă casetată, cu raclete (fig. 5.10), sortatorul vibrator (fig. 5.11) şi echipamentul pentru testarea materialelor Zwick/Roell 5.0 N(5.13) Maşina de tăiat plante Herbcut TS 1340 (fig. 5.9) este fabricată din oţel inox alimentar şi realizează tocarea materialului vegetal proaspăt recoltat sau uscat, la dimensiuni reglabile, prin modificarea pasului benzii transportorului. Dispozitivul de tăiere este prevăzut cu cuţit din oţel inoxidabil Transportorul înclinat cu bandă casetată, cu raclete (fig. 5.10) are rolul de a prelua produsul mărunţit de către maşina de tăiat plante şi de a-l transfera către sortatorul vibrator, la înălţimea corespunzătoare alimentării acestuia Sortatorul vibrator (fig. 5.11) efectuează separarea materialului vegetal mărunţit în patru sorturi (intervale de dimensiuni), ale căror dimensiuni depind de mărimea ochiurilor celor trei site montate pe cadrul oscilant, prin metoda refuzurilor. Fluxul de lucru al liniei pentru procesarea primară a plantelor medicinale formată din maşina de tăiat plante, transportorul înclinat cu raclete şi sortatorul vibrator este prezentat în figura Fig Fluxul de lucru al echipamentelor pentru procesarea primară a plantelor medicinale [74] 43

46 Echipamentul de laborator Zwick/Roell 5.0 N În cadrul cercetărilor experimentale pentru determinarea rezistenţei la tăiere a plantelor medicinale s-a utilizat echipamentul universal de testare a materialelor Zwick/Roell 5.0 N, produs de firma Zwick- Roell din Germania. Procesul de lucru al echipamentului Z 5.0 este asistat şi controlat prin intermediul unui calculator numeric. Comunicarea dintre echipament şi calculatorul numeric este realizată prin softul "TestXpert II", soft care asigură stocarea valorilor mărimilor fizice urmărite, obţinute în urma efectuării încercărilor experimentale, fapt care permite analiza ulterioară a acestora. Toate datele înregistrate de softul echipamentului se pot exporta în programul Microsoft Excel, unde pot fi supuse unor operaţii de prelucrări matematice şi apoi prezentate sub formă tabelară sau reprezentări grafice. Cuţitele folosite pentru desfăşurarea cercetărilor experimentale de laborator sunt executate în varianta constructivă cu tăiş drept, ascuţit unilateral, cu unghiurile de ascuţire de 15, 30 şi 45 (fig. 5.14) şi sunt realizate din oţel aliat de scule, marca MCV 14 STAS , grosimea materialului fiind de 1,4 mm Aparatura şi instrumentele folosite la desfăşurarea cercetărilor experimentale Pentru acurateţea rezultatelor cercetărilor experimentale s-au folosit aparate şi instrumente de măsură performante, care sunt prezentate în continuare Aparatul pentru măsurarea consumului de energie electrică CA 8334B Acest aparat (fig. 5.15) este prevăzut cu un software profesional, care afişează în timp real pe calculatorul conectat la aparat formele de undă şi rezultatele măsurătorile efectuate de către operator. Software-ul DataView generează automat rapoarte de măsurare şi poate crea, de asemenea, şi noi rapoarte personalizate. Aparatul oferă o gamă largă de funcţii adiţionale pentru efectuarea unor analize precise. Datele înregistrate pot fi exportate în programul Microsoft Excel Etuva de laborator model Froilabo AC60 Modelul Froilabo AC60 (fig. 5.16) este o etuvă de laborator cu ventilaţie forţată care funcţionează în gama de temperatură cuprinsă între C. În general, acest model este folosit pentru determinarea conţinutului de apă şi de substanţă uscată din produse, prin încălzirea lor la 105 C, pentru sterilizare la temperaturi ridicate, dar şi pentru uscarea unor cantităţi relativ mici de produse vegetale. Fig Etuva Froilabo AC60 [150] Termobalanţa OHAUS, model MB45 Această termobalanţă (fig. 5.17) oferă performanţă, precizie pentru încălzire şi rezultate finale rapide. Este destinată aplicaţiilor din industria farmaceutică, chimică şi cercetare, precum şi în domeniul alimentar, controlul calităţii mediului etc. Termobalanţa OHAUS, model MB45 prezintă următoarele caracteristici: încălzire cu halogen; software performant pentru operare cât mai simplă; afişaj mare cu software în cinci limbi; interfaţă RS 232; calibrare cu kit opţional. dispune de o bază de date de până la 50 de proceduri de uscare pentru maximizarea productivităţii cu funcţie de reapelare din memorie; afişaj cu indicaţie pentru % de umiditate, % solid, cântărire, temperatură, timp, timp real al curbei de uscare, statistică; opţiuni Auto Shut off; 44

47 Fig Termobalanţa OHAUS model MB45 [137] Fig Cuptorul de calcinare Nabertherm cu controler P 320 [143] Cuptorul de calcinare Nabertherm cu controler P 320 Cuptorul de calcinare model Nabertherm (fig. 5.18) este controlat integral de un microprocesor, care permite programarea temperaturii de lucru, a timpului de aşteptare înainte de pornire, precum şi a timpului de creştere a temperaturii. Temperatura maximă de operare este de 1400 C, care poate fi atinsă în maximum 40 minute. Dimensiunile interioare (Lxlxh) sunt 170x290x170 mm Exsicatorul de laborator Exsicatorul (fig. 5.19) este un recipient de sticlă cu capac, în partea inferioară având o substanţă higroscopică (CaCl 2, silicagel, Na 2 SO 4 anhidru). Exsicatorul este prevăzut cu o placă de porţelan cu orificii, pe care se aşază vasele conţinând substanţele care trebuie menţinute în stare uscată. Închiderea şi deschiderea exsicatorului se face trăgând capacul prin alunecare. Fig Exsicatorul de laborator [111] Şublerul electronic Erba Şublerul electronic Erba (fig. 5.20) este un instrument de măsurare cu afişare numerică, utilizat pentru măsurarea cu precizie a dimensiunilor la interior şi exterior şi a adâncimii găurilor. Fig Şublerul electronic Erba 45

48 Refractometrul KRÜSS OPTRONIC ABBE AR2 Refractometrul KRÜSS OPTRONIC ABBE AR2 (fig. 5.21) este constituit dintr-un stativ metalic prevăzut cu un postament masiv pe care se fixează un sistem de prisme, una fixă şi alta mobilă, între care se pune proba de analizat, un ocular cu scală gradată în indici de refracţie şi concentraţie de zahăr şi un ocular pentru determinare. Caracteristicile tehnice ale refractometrului ABBE AR2 sunt următoarele: domeniu de măsurare index refractiv nd: ; concentraţia de zahăr : 0 95%; precizia şi rezoluţia: indexul refractiv: 0,0003 nd; concentraţia de zahăr: 0,2%; greutate: 4,9 kg Echipamentul de decontaminare cu UVC MidasAnAir Fig Echipament MidasAnAir [140] Placa de achiziţie date, tip NI 9233 Fig Placa de achiziţie date pe 4 canale, tip NI 9233 [144] Fig Refractometrul KRÜSS OPTRONIC ABBE AR2 [111] Echipamentul MidasAnAir (fig. 5.22) este prevăzut cu 2 lămpi Philips TUV 15W G13 având următoarele caracteristici: - putere lampă: 15 W; - tensiune lampă: 54 V; - curent lampă: 0.34 A; - putere radiaţie: UV-C 4,9 W - vârf de emisie UV-C: 253,7 nm; - aplicaţie principală: dezinfecţie; - mercur (Hg): 2 mg; - tip soclu: G13; - tip bec: T26; - filtru special pe lungimea de undă de 185 nm împotriva emisiei de ozon; - durata de viaţă: 9000 h; - doza de iradiere la distanţa standard de 1 m: 48 μw/cm 2. Principalele funcţii ale plăcii de achiziţie date tip NI 9233 produsă de National Instruments, SUA (fig. 5.23) sunt următoarele: intrare analogică (măsurarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice, provenit de la un traductor aflat în sistemul studiat); ieşire analogică (generarea unui semnal, sub forma unei tensiuni electrice care să comande un element de acţionare din sistemul monitorizat); comunicaţii digitale (primirea şi emiterea de valori în formă binară, reprezentând date sau coduri ale unor comenzi; numărare/ cronometrare (primirea şi emiterea de semnale în care informaţia este conţinută în numărul de impulsuri din serie sau în frecvenţa acestora). 46

49 Balanţa analitică KERN EG 420-3NM Caracteristicile tehnice ale balanţei analitice KERN EG 420-3NM (fig. 5.24) sunt următoarele: precizie la citire: 0,001 g; calibrare: internă; cantitatea minimă: 0,02 g; dimensiunea platanului: 118 mm; reproductibilitatea: 0,001 g; liniaritatea: +/-0,003 g. Fig Balanţa analitică KERN EG 420-3NM [154] 5.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale Conform precizărilor din subcapitolul 5.3 cercetările experimentale s-au desfăşurat în mai multe etape: acţiuni preliminare, cercetări în laborator şi cercetări în exploatare Metodica de lucru privind acţiunile preliminare cercetărilor experimentale Activităţile preliminare desfăşurării cercetărilor experimentale sunt prezentate în schema din figura Analizarea documentelor de referinţă şi conexe (legi, standarde etc.) Alegerea obiectelor supuse cercetărilor experimentale Alegerea aparatelor şi echipamentelor pentru cercetările experimentale Aparatura pentru cercetarea de laborator Aparatură pentru cercetarea din exploatare Stabilirea schemelor de măsurare Pregătirea pentru cercetările experimentale de laborator Pregătirea pentru cercetarea experimentală din exploatare Fig Metodica de lucru privind acţiunile preliminare cercetărilor experimentale Desfăşurarea cercetărilor experimentale în laborator Cercetările experimentale din laborator s-au efectuat în cadrul laboratoarelor RP7, RI4 şi RI8 ale Facultăţii de Alimentaţie şi Turism din cadrul Universităţii Transilvania din Braşov, în perioada iunieiulie 2013 şi în laboratorul de specialitate de la D.S.V. - Braşov, în aceeaşi perioadă, conform metodicii de cercetare prezentată în figura 5.26 şi au avut ca obiectiv perfecţionarea tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure. 47

50 Pregătirea produselor Mentă proaspătă Mentă uscată Sunătoare proaspătă Sunătoare uscată Coada şoricelului proaspătă Coada şoricelului uscată Afine Zmeură 1 buc 3 buc 9 buc 1 buc 3 buc 9 buc 1 buc 3 buc 9 buc Cântărirea produselor Analiză calitativă a produselor înainte de condiţionare Determinarea indicelui refractometric, a conţinutului de zahăr şi a numărului total de germeni înainte de condiţionare Tăierea produselor folosind aparatul Zwick/Roell 5.0 N Analiză calitativă a produselor după condiţionare Tratarea produselor cu radiaţii neionizante UV-C Determinarea indicelui refractometric, a conţinutului de zahăr şi a numărului total de germeni după condiţionare Înregistrarea, prelucrarea şi analiza datelor Fig Metodica desfăşurării cercetărilor experimentale în laborator Desfăşurarea cercetării experimentale a procesului de tăiere, folosind aparatul Zwick/Roell 5.0 N Primele operaţii efectuate au constat în analiza cantitativă prin cântărire a plantelor medicinale şi analiza calitativă prin examinarea organoleptică a acestora. S-a cercetat aspectul exterior, respectiv culoarea, mărimea, starea de curăţenie, impurităţile, starea de prospeţime etc. Fig Măsurarea dimensiunilor plantelor medicinale Determinarea umidităţii probelor de plante medicinale Pentru determinarea umidităţii s-au folosit două metode: metoda prin uscare în etuvă şi metoda de determinare folosind termobalanţa. Determinarea procentului de umiditate s-a făcut cu ajutorul relaţiei: 48

51 b c U 100 [%], (5.2) b a în care: U reprezintă umiditatea probei, în %; a masa recipientului din sticlă pe care se aşază proba, în g, b masa recipientului cu produs, în g; c masa recipientului de cântărire cu produs uscat, în g. În cazul părţii aeriene proaspătă provenită de la mentă valorile lui a, b, c şi U sunt: a = 57,97 g; b = 60,80g; c = 58,67 g b c 60,80 58,67 2,13 U 100 = , 26 b a 60,80 57,97 2,83 [%] Metoda prin utilizarea termobalanţei. O altă metodă mult mai rapidă foloseşte în acest sens o termobalanţă. În această lucrare, pentru determinarea umidităţii s-a folosit termobalanţa Ohaus MB 45. Se aşază câteva grame de produs mărunţit pe balanţă, după ce s-a luat tara şi se citeşte umiditatea, după ce proba a fost încălzită la 105 C. În cazul părţii aeriene proaspătă provenită de la mentă umiditatea medie citită a fost de 75,26%. Rezultatele determinărilor pentru cele trei specii de plante medicinale în stare proaspătă şi uscată sunt prezentate tabelar sub forma unor buletine de analiză calitativă (tab. 5.7) Determinarea substanţei uscate din probele de plante medicinale Substanţa uscată reprezintă substanţa organică şi minerală prezentă într-un produs şi se calculează cu relaţia: Substanţa uscată = 100 U [%] (5.3) În cazul părţii aeriene proaspătă provenită de la mentă substanţa uscată este ,26 = 24,74 [%]. În mod similar s-a determinat conţinutul de substanţă uscată din toate probele de plante medicinale, care constituie obiectele cercetărilor experimentale de laborator Determinarea substanţelor minerale totale (cenuşii) Principiul metodei. Determinarea cenuşii se efectuează, în mod obişnuit, prin calcinarea probei în condiţii stabilite, prin metoda lentă la C. Determinarea conţinutului de cenuşă s-a determinat cu formula: c b Cenusa 100 [%], (5.4) a b unde: a este masa creuzetului cu produs iniţial, în g; b - masa creuzetului gol, în g; c - masa creuzetului cu produs, după calcinare, în g. În cazul părţii aeriene proaspătă provenită de la mentă valorile lui a, b, c şi conţinutul de cenuşă sunt: a = 31,19 g; b = 28,25 g; c = 28,31 g c b 28,31 28,25 0,06 Cenuşa = , 041 a b 31,19 28,25 2,94 [%] Determinarea conţinutului de ulei volatil prin metoda antrenării cu vapori de apă Uleiurile volatile sunt amestecuri complexe de hidrocarburi alifatice şi aromatice şi derivaţii lor oxigenaţi (alcooli, aldehide, cetone, acizi), predominând compuşii din clasa terpenoidelor. Sunt, în general, lichide, insolubile în apă, solubile în solvenţi organici. Prezenţa uleiurilor volatile într-un produs vegetal este percepută foarte uşor prin prezenţa mirosului, care, în parte, se volatilizează în mediul exterior. 49

52 Principiul metodei constă în faptul că substanţele volatile din compoziţia produsului vegetal sunt antrenabile în prezenţa vaporilor de apă, chiar dacă, de regulă, temperaturile lor de fierbere sunt mult mai mari decât temperatura de fierbere a apei. Vaporii de apă antrenează substanţele volatile din produsul vegetal, care nefiind solubil în apă, se separă de aceasta prin stratificare. În cazul părţii aeriene proaspătă provenită de la mentă volumul de ulei volatil extras este 0,36 ml, iar randamentul de extracţie este 0,36 ml la 100 g produs Efectuarea cercetărilor experimentale cu aparatul Zwick/Roell 5.0N A fost testată rezistenţa la tăiere a plantele medicinale luate în studiu. S-au efectuat trei seturi de determinări, luându-se în lucru 1 bucată, 3 bucăţi şi 9 bucăţi de plante. S-au folosit cuţite cu tăiş drept unilateral cu unghiuri de ascuţire de 15, 30 şi 45 şi trei viteze de lucru, respectiv 50, 150 şi 300 mm/min. Baza de date a fost salvată şi ulterior s-au prelucrat rezultatele, cu ajutorul programului Microsoft Excel. Fig Imagini din timpul desfăşurării cercetărilor experimentale de laborator Influenţa vitezei de tăiere asupra forţei de rezistenţă la tăiere Pentru evidenţierea influenţei vitezei asupra forţei de rezistenţă la tăiere a celor trei specii de plante medicinale care constituie obiectul cercetărilor experimentale de laborator, operaţia de tăiere s-a efectuat folosind trei viteze de lucru, şi anume 50, 150 şi 300 mm/min şi cuţite de tăiere cu tăiş drept unilateral cu unghi de ascuţire de 15, 30 şi respectiv 45.Graficele preluate din soft-ul testxpert II al echipamentului de testare a materialelor sunt de forma celui prezentat în figura buc, v=300 mm/min 3 buc, v=50 mm/min 9 buc, v=300 mm/min 1 buc, v=150 mm/min 3 buc, v=150 mm/min 1 buc, v=50 mm/min 9 buc, v=50 mm/min 3 buc, v=300 mm/min 9 buc, v=150 mm/min Fig Diagrama care evidenţiază forţele de rezistenţă la tăiere a materialului în raport cu deplasarea cuţitului Această diagramă evidenţiază forţele de rezistenţă la tăierea cozii şoricelului plantă proaspătă (1 bucată, 3 bucăţi şi 9 bucăţi) cu un cuţit cu tăiş drept unilateral cu unghiul de ascuţire de 30 şi la vitezele de tăiere de 50, 150 şi 300 mm/min. 50

53 Cercetarea experimentală a procesului de iradiere cu radiaţíi neionizante UV-C a fructelor de pădure Primele operaţii efectuate au constat în analiza cantitativă prin cântărire a fructelor de pădure şi analiza calitativă prin examinarea organoleptică. S-a cercetat aspectul exterior, respectiv culoarea, mărimea, starea de curăţenie, impurităţile, starea de prospeţime etc. Pentru determinarea culorii, mirosului şi gustului s-a procedat în acelaşi mod ca şi la plantele medicinale. Măsurarea diametrelor fructelor s-a făcut cu ajutorul şublerului electronic, exprimarea acestei valori făcându-se în mm Determinarea indicelui refractometric şi a conţinutului de glucide al probelor de fructe de pădure Refractometria este o metodă optică de analiză, care constă în măsurarea indicilor de refracţie ai substanţelor (n) şi are la bază fenomenul de refracţie. Fig Imagini din timpul determinării indicelui refractometric şi a concentraţiei de zahăr din fructele de pădure Desfăşurarea cercetărilor privind tratarea cu radiaţii UV-C a fructelor de pădure Pentru a studia influenţa radiaţiilor neionizante UV-C asupra fructelor de pădure s-a utilizat echipamentul din figura 5.32, prevăzut cu o lampă bactericidă tip SU 215, căruia i s-au ataşat 4 picioare de susţinere reglabile. Fig Echipamentul folosit pentru iradierea fructelor cu radiaţii neionizante UV-C Distanţa de la lampa UV-C la produsul supus decontaminării a fost reglată din picioarele de susţinere la 20 cm. Valoarea intensităţii radiaţiei (I) la această distanţă este, conform specificaţiilor tehnice ale producătorului, de 1,75 mw/cm 2 şi ţinând cont de faptul că doza de iradiere D = I t, rezultă că timpul minim necesar decontaminării va fi: t D 5 2,86 s s I 1,

54 Fig Variaţia intensităţii radiaţiei UV-C cu distanţa [] Calculul este valabil pentru o suprafaţă plană, dar în ipoteza că produsele iradiate, respectiv fructele de pădure, au forma aproximativ sferică, atunci şi distribuţia radiaţiei pe suprafaţă va fi variabilă, având valoarea maximă în extremul superior ( la pol ) şi descrescând către zero la ecuator (fig. 5.34). Pentru a determina efectul bactericid al radiaţiilor neionizante UV-C asupra fructelor de pădure, s- au iradiat timp de 10 secunde 4 probe de zmeură şi afine, din flora spontană şi de cultură. După 10 secunde fructele au fost rotite manual cu 180 o şi s-a continuat procesul încă 10 secunde. Fructele tratate cu radiaţii neionizante UV-C au fost comparate zilnic cu probele martor netratate, timp de 5 zile. Temperatura medie la care s-au efectuat cercetările experimentale a fost de 25 C. Pentru a nu apărea fenomenul de fotoreactivare, în tot acest timp, fructele au fost menţinute la întuneric. Eficienţa cea mai mare a tratamentului cu radiaţii neionizante UV-C s-a dovedit a fi în cazul zmeurei de cultură, după cum se poate vedea în fig Fig Dezvoltarea microorganismelor pe zmeura de cultură netratată, după o perioada de 5 zile Prin tratarea produselor cu radiaţii neionizante UV-C se constată o creştere a indicelui refractometric şi a concentraţiei de zahăr a fructelor de pădure Determinarea numărului total de germeni aerobi prin numărarea coloniilor dezvoltate la 30 C Determinarea numărului total de germeni aerobi (N.T.G.) s-a efectuat în cadrul Laboratorului Sanitar Veterinar şi pentru Siguranţa Alimentelor, aparţinând Direcţiei Sanitară Veterinară şi pentru Siguranţa Alimentelor Braşov. Standardul SR EN ISO 4833:2003, care stabileşte o metodă orizontală pentru enumerarea microorganismelor, prin numărarea coloniilor crescute pe un mediu solid, după incubarea aerobă la 30 C, a reprezentat documentul de referinţă în conformitate cu care s-a desfăşurat această cercetare experimentală. 52

55 După expirarea perioadei de incubare, pentru numărarea coloniilor dezvoltate au fost reţinute plăcile Petri care conţineau colonii la nivelul a două diluţii succesive. Numărarea coloniilor s-a efectuat folosind aparatul de numărare a coloniilor cu sistem de iluminare din figura Fig Aparatul folosit pentru numărarea coloniilor dezvoltate pe plăcile Petri În figura 5.40 este prezentată distribuţia procentuală a numărului total de germeni dezvoltaţi pe zmeura netratată, cu valori cuprinse între , (30%) şi mai mari de 1, (70%) şi distribuţia procentuală a numărului total de germeni dezvoltaţi pe zmeura tratată cu radiaţii neionizante UV-C, cu valori cuprinse între 1, , (70%) şi mai mari de 1, (30%). ufc/g 10^4 30% ufc/g 10^3 30% ufc/g 10^5 70% ufc/g 10^2 70% Fig Distribuţia procentuală a N.T.G. aerobi dezvoltaţi pe zmeura netratată şi pe zmeura tratată cu UV-C Din datele înscrise în tabelele 5.11 şi 5.12 se poate constata că tratamentul cu UV-C asupra fructelor proaspete de zmeură de cultură determină reducerea semnificativă a numărului total de germeni aerobi, acest lucru influenţând pozitiv calităţile organoleptice ale acestora, precum şi durata lor de păstrare. Astfel, se constată că în timp ce la zmeura netratată cu UV-C numărul maxim de germeni aerobi a crescut până la valoarea de 1, ufc/g, la zmeura tratată acesta a ajuns la valoarea de 5, ufc/g Desfăşurarea cercetărilor experimentale în exploatare Cercetările experimentale în exploatare s-au efectuat în cadrul Laboratorului de cercetare Tehnologii în Industria Alimentară din cadrul Institutului Naţional de Maşini Agricole (I.N.M.A.) Bucureşti, în perioada iunie-august 2013, conform metodicii de cercetare prezentate în figura 5.42 şi au avut ca obiectiv perfecţionarea tehnologiilor şi echipamentelor pentru condiţionarea plantelor medicinale şi a fructelor de pădure. 53

56 Pregătirea produselor Mentă proaspătă Mentă uscată Coada şoricelului proaspătă Coada şoricelului uscată Sunătoare proaspătă Sunătoare uscată Analiză calitativă Stabilirea regimului de tăiere Tăiere la dimensiunea de 5 mm Tăiere la dimensiunea de 12 mm Stabilirea regimului de sortare Sortare cu site cu orificii de 6,30/4,00/2,15 mm Sortare cu site cu orificii de 13,20/8,00/5,00 mm Efectuarea măsurătorilor şi analizei calitative Determinarea influenței parametrilor procesului de sortare Analiză calitativă Centralizarea şi prelucrarea datelor obţinute Interpretarea datelor cercetărilor experimentale Fig Metodica desfăşurării cercetărilor experimentale în exploatare Pentru desfăşurarea operaţiei de tăiere, plantele proaspete au fost cântărite cu balanţa analitică KERN EG 420-3NM şi s-a determinat numărul de plante corespunzător celor 250 g luate în lucru. S-a întocmit un tabel cu măsurătorile respective. În cazul plantelor medicinale uscate, a fost selectat un număr egal de plante cu cel corespunzător plantelor proaspete şi ulterior au fost cântărite. Măsurătorile efectuate sunt prezentate în tabelul Plantele medicinale proaspete şi uscate au fost tăiate la două dimensiuni de 5 şi 12 mm. Pe durata procesului a fost monitorizat consumul energetic cu ajutorul aparatului CA 8334B (fig. 5.43). Fig Imagini din timpul desfăşurării cercetării experimentale din exploatare 54

57 În timpul procesului de sortare a fost monitorizat consumul energetic cu ajutorul aparatului de măsurare CA 8334B. De asemenea, a fost efectuată şi o măsurare a consumului energetic în gol. Datele au fost înregistrate într-o bază de date, pe baza cărora au fost întocmite diagrame cu consumul de energie al celor trei echipamente, în gol şi în sarcină Determinarea consumului energetic la prelucrarea primară a materialului vegetal medicinal Aparatul folosit pentru determinări este un analizor trifazic de energie tip CA8334B Chauvin Arnoux MN93A, care permite măsurarea, afişarea, memorarea, dar şi exportul înregistrărilor parametrilor urmăriţi (fig. 5.46) către un laptop sau PC prevăzut cu port serial. Pentru achiziţia de date pe PC s-a utilizează software-ul QualiStar View v. 2.3, care permite atât vizualizarea graficelor rezultate (fig. 5.47), cât şi exportul de date în programul Microsoft Excel. Fig Graficele vizualizate cu ajutorul software-ului Qualistar View v. 2.3 S-au măsurat tensiunile de fază şi de linie şi s-a urmărit variaţia în timp a puterilor active, reactive şi reale, precum şi a factorului de putere FP (cos φ). Măsurările s-au făcut în condiţiile în care tensiunile efective de fază, V rms, precum şi cele de linie U rms au avut valorile din graficele din fig Se poate observa că diferenţele maxime de tensiune între faze nu depăşesc 1%. Într-o primă etapă s-a măsurat puterea activă la mersul în gol pentru echipamentul de tăiat plante. Valoarea înregistrată a fost de 179 W. În următoarea etapă, echipamentul a fost reglat pentru tăierea succesivă, la lungimea de 5 şi respectiv 12 mm, a celor trei specii de plante medicinale în stare proaspătă şi uscată. Toate speciile de plante au fost aduse printr-o ajustare prealabilă la lungimi egale de 210 mm. Cu echipamentul de tăiere a materialului vegetal în sarcină, puterile active măsurate în cazul tăierii celor trei specii de plante medicinale au avut valorile din graficele din fig

58 Puterea activa, W Timp, s Sunatoare proaspata Sunatoare uscata Mers in gol Fig Puterea activă măsurată la tăierea sunătorii proaspete şi uscate la dimensiunea de 12 mm Din graficele din figurile 5.50, 5.51 şi 5.52 se constată că puterile active măsurate în procesul de taiere au fost, în toate cazurile, mai mari pentru plantele proaspete, comparativ cu cele uscate. Astfel, de exemplu, în cazul tăierii mentei proaspete puterea activă a înregistrat valoarea maximă de 188 W, în timp ce la menta uscată aceasta a fost de maximum 183 W. De asemenea, se remarcă faptul că puterea nu are o variaţie uniformă şi prezintă un trend descendent pentru toate speciile de plante medicinale tăiate. Această variaţie în timp se datorează mai multor cauze şi anume: pentru orice plantă, diametrul tulpinii, dar şi rezistenţa ramificaţiilor scade ca valoare dinspre rădăcină spre vârf, determinând trendul descendent al puterii măsurate. Această tendinţă de variaţie a forţei de rezistenţă la taiere de-a lungul unei tulpini a fost constatată şi în cadrul experimentelor efectuate în laborator, aşa cum se poate observa în graficul din figura 5.53; Sunătoare - 17 tăieri transversale la distanţa de 12 mm între ele Fig Variaţia forţei de tăiere de-a lungul unei tulpini de sunătoare Fig Influenţa unghiului de intrare sub cuţit asupra forţei de rezistenţă la tăierea mentei proaspete 56

59 Forţa de rezistenţă la tăiere creşte cu unghiul de tăiere deoarece, odată cu mărirea acestuia, creşte proporţional şi aria secţiunii tăiate. Astfel, în cazul tăierii mentei proaspete cu unghiul de intrare sub cuţit de 60 forţa de rezistenţă la tăiere are valoarea de 43 N, în timp ce la unghiul de intrare sub cuţit de 15 este de 37 N. Studiind graficul din figura 5.56 se poate constata că energia activa W p consumată pentru tăierea plantelor, într-un timp de 17 secunde este aria suprafeţei cuprinsă între graficul de variaţie a puterii şi axa ox şi reprezintă suma ariilor celor n dreptunghiuri formate. Această energie se poate calcula cu ajutorul formulei: W p n k 1 Puterea activa, W P t. (5.13) k Timp, s Sunatoare proaspata Fig Variaţia puterii active în cursul procesului de tăiere a sunătorii proaspete Exemplificând, în timpul procesului de tăiere a 0,25 kg sunătoare proaspătă, respectiv a 66 de fire de plantă, s-a calculat o energie activă consumată W p = 3244 W s. În această energie totală este cuprinsă şi energia consumată şi în afara tăierii propriu-zise, măsurată ca fiind energia consumată în gol (fig. 5.57), respectiv 3048 W s sau J. Dacă se scade din energia activă consumată în sarcină, cea consumată în gol, se obţine energia activă utilizată pentru procesului de tăiere, şi anume 196 J. Pe baza cercetării experimentale din laborator efectuată cu aparatul Zwick/ Roell 5.0N, având ridicate diagramele de variaţie a forţei de rezistenţă la tăiere în funcţie de deplasarea cuţitului, se poate calcula energia de tăiere, ca fiind aria suprafeţei cuprinse între graficul de variaţie a forţei şi axa ox, care reprezintă deplasarea. Graficele s-au realizat în Microsoft Excel, folosindu-se şi facilităţile acestui program pentru efectuarea calculelor (fig. 5.58). 1,4 Energia de taiere, J 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Coada soricelului proaspata Coada soricelului uscata Menta proaspata Menta uscata Sunatoare proaspata Sunatoare uscata Numar bucati plante taiate Fig Variaţia energiei de tăiere în funcţie de numărul de plante tăiate 57

60 Valoarea energiei rezultată din calcule (163 J) a fost mai mică decât cea măsurată (196 J) deoarece, în procesul de tăiere mai apar şi alte consumuri energetice, precum: energia consumată pentru transportul produselor şi cea datorată frecării dintre plante şi banda transportorului în procesul de comprimare a acestora înaintea tăierii (fig. 5.60). În mod similar s-au calculat energiile de taiere pentru toate plantele care fac obiectul cercetării experimentale, datele rezultate fiind prezentate în figura Energia de taiere, J Energia de taiere masurata in sarcina pe echipamentul de taiere Herbcut TS 1340 Energia de taiere masurata in laborator pe aparatul Zwick/Roell 5.0N Sunătoare proaspătă Sunătoare uscată Coada şoricelului proaspătă Coada şoricelului uscată Mentă proaspătă Mentă uscată Fig Energiile de tăiere a celor trei specii de plante măsurate în cercetările experimentale din exploatare şi din laborator În urma calculelor efectuate a rezultat că energia activă consumată efectiv în procesul de tăiere este foarte mică, reprezentând circa 1,4 6,4% din energia totală consumată. O concluzie importantă a cercetărilor experimentale efectuate este că, deşi puterile active măsurate au fost foarte apropiate ca valoare în cazul tuturor plantelor (fig. 5.63), valoarea energiei consumate pentru separarea pe sorturi de dimensiuni a fost mai mare pentru plantele proaspete, acest lucru datorându-se faptului că acestea au necesitat o durată mai mare de sortare în comparaţie cu cele uscate Puterea activa, W Timp, s 60 Sunatoare uscata Sunatoare proaspata Coada soricelului uscata Coada soricelului proaspata Menta uscata Menta proaspata Mers in gol Fig Variaţia puterilor active în timp, în procesul de sortare 58

61 Se observă că puterile active prezintă o variaţie aproape sinusoidală, cu o amplitudine relativ mică, lucru datorat faptului că acţionarea sortatorului este asigurată de două motoare cu excentric. Mers in gol 303,6 W Sunatoare proaspata 317,1 W Coada soricelului proaspata 318,1 W Menta proaspata 317,4 W Sunatoare uscata 313,8 W Coada soricelului uscata 313,9 W Menta uscata 313,5 W Fig Valorile medii calculate ale puterilor active în procesul de sortare S-a constatat faptul că energia activă aferentă numai procesului de sortare reprezintă între 3,16 4,56% din energia activă totală consumată în sarcină (fig. 5.65) Energia consumata, J Energia totala/efectiv consumata sunatoare uscata Energia totala/efectiv consumata, sunatoare proaspata Energia totala/efectiv consumata, coada soricelului uscata Energia totala/efectiv consumata, coada soricelului proaspata Energia totala/efectiv Energia totala/efectiv consumata, menta uscata consumata, menta proaspata Fig Comparaţie între energia totală consumată şi energia efectiv consumată în cadrul procesului de sortare Determinarea calităţii materialului mărunţit Pentru determinarea calităţii mărunţirii materialului au fost întocmite tabelele cu masele celor patru categorii de sorturi obţinute în urma sortării. Pe baza datelor au fost trasate şi diagramele reprezentând gradul de sortare obţinut pentru cele două lungimi de tăiere de 5 şi 12 mm. Reprezentarea grafică a gradului de sortare pentru cele trei specii de plante medicinale din cele două categorii proaspete şi uscate este prezentată în figurile

62 Gradul de sortare, % 50,00% 45,00% 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00% peste 6,3 mm 4,01 6,3 mm 2,16 4,0 mm sub 2,15 mm Dimensiunea sorturilor, mm Coada şoricelului proaspătă, 5 mm Mentă proaspătă, 5 mm Sunătoare proaspătă, 5 mm Fig Gradul de sortare pentru plantele medicinale proaspete, tocate la dimensiunea de 5 mm Datele obţinute experimental sunt prelucrate în tabelul 5.18 în vederea reprezentării grafice şi a interpretării acestora. În coloanele 2 şi 3 sunt prezentate dimensiunile ochiurilor sitelor folosite la operaţia de sortare şi cantităţile de material colectate pe sorturi de dimensiuni. Pentru exemplificare se consideră datele obţinute la sortarea sunătorii tocată la 12 mm. În coloana 4 se calculează frecvenţele relative pe clase de dimensiuni, iar în coloanele 5 şi 6 frecvenţele relative cumulate pentru refuzuri, respectiv pentru cernuturi. Tabelul 5.18 Prelucrarea datelor obţinute experimental la sortarea sunătorii tocate la 12 mm Nr. 4 Ri crt. x i ΔR i Qi Ri QCi 1 Q Q Ri Ri M 1 M UM mm g ,20 21,3 0,0852 0,0852 0, ,00 60,7 0,2428 0,328 0, ,00 123,4 0,4936 0,8216 0, ,6 0, M Ri g În figura 5.70 este reprezentată curba frecvenţelor relative cumulate a refuzurilor, obţinută pe baza datelor din tabelul Fig Curba frecvenţelor relative cumulate a refuzurilor la sortarea sunătorii proaspete, tocate la dimensiunea de 12 mm 60

63 Determinarea influenţei amplitudinii oscilaţiilor asupra procesului de sortare Pentru calcularea amplitudinii mişcării oscilatorii efectuate de sitele sortatorului s-a amplasat un accelerometru cu măsurare simultană pe trei axe în 6 puncte importante, respectiv în cele patru colţuri ale ramei şi în două puncte simetrice în planul median (fig. 5.71). a b Fig Amplasarea accelerometrului pe rama sitei în colţul stânga-jos a vedere generală; b - detaliu privind amplasarea accelerometrului Pentru efectuarea măsurătorilor s-au folosit: accelerometru piezoelectric cu măsurare pe 3 axe tip amplificator pe 3 canale tip 480B21, producător PCB Piezotronics, SUA, (fig. 5.72), care realizează condiţionarea semnalelor primite de la accelerometru şi amplificarea acestora în trei game posibile (x1, x10, x100); Fig Amplificator de semnal tip 480B21 Fig Placă de achiziţie pe 4 canale tip NI 9233 placa de achiziţie pe 4 canale tip NI 9233 produsă de National Instruments, SUA (fig. 5.73), care realizează conversia semnalului de intrare analog în semnal digital, semnal care este transmis mai departe către PC (laptop). Pentru a putea realiza cuplarea ieşirii seriale a plăcii de achiziţie la una dintre intrările USB ale laptop-ului s-a utilizat un adaptor tip NI USB-9162 produs de National Instruments. Pentru achiziţia de date s-a folosit o diagramă - bloc (fig. 5.75) realizată cu ajutorul software-ului LabVIEW. Pentru realizarea schemei logice s-a configurat instrumentul de măsurare şi s-au creat înregistratoarele grafice. Reprezentarea instrumentelor fizice s-a realizat cu ajutorul elementelor grafice existente în biblioteca limbajului de programare grafică LabVIEW. Perioada de eşantionare a fost aleasă 0,5 ms. Timpul de măsurare a fost de 9 secunde pentru fiecare punct în parte, în graficele din figura 5.76, prezentându-se primele 3 secunde de măsurare. Variaţia acceleraţiei pe fiecare axă în parte, în gol şi în sarcină, într-un interval de 0,5 secunde, este prezentată în figura

64 Variaţia acceleraţiei pe axa ox, in gol Variaţia acceleraţiei pe axa ox, in sarcină Acceleraţia, m/s² ,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,2 g 0,22 0,24 0,26 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 0,4 0,42 0,44 0,46 0,48 Acceleraţia, m/s² ,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 0,4 0,42 0,44 0,46 0, Timp, s Timp, s Acceleraţia pe axa ox Acceleraţia pe axa ox Variaţia acceleraţiei pe axa oy, in gol Variaţia acceleraţiei pe axa oy, in sarcină Acceleraţia, m/s² ,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,2 0,22 g 0,24 0,26 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 0,4 0,42 0,44 0,46 0,48 Acceleraţia, m/s² ,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 0,4 0,42 0,44 0,46 0, Timp, s Timp, s Acceleraţia pe axa oy Acceleraţia pe axa oy Variaţia acceleraţiei pe axa oz, in gol Variaţia acceleraţiei pe axa oz, in sarcină Acceleraţia, m/s² ,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,2 0,22 0,24 g 0,26 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 0,4 0,42 0,44 0,46 0,48 Acceleraţia, m/s² ,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 0,4 0,42 0,44 0,46 0,48 Timp, s Timp, s Acceleraţia pe axa oz Acceleraţia pe axa oz Fig Variaţia acceleraţiei pe axele ox, oy şi oz, în gol şi în sarcină Amplitudinile maxime, pe cele trei direcţii, în gol au fost calculate cu relaţiile: ax max g ax max g 7,05 Axg , 7 mm, (5.17) a y max g a y max g 23,96 Ayg , 37 mm, (5.18) az max g az max g 24,88 Azg , 46 mm. (5.19) Calculând similar acceleraţia medie a sitei vibratoare pe direcţiile ox, oy şi oz, în sarcină, s-au obţinut următoarele valori pentru amplitudinile maxime: ax max s 2 5,55 m / s ; A xs 0, 55mm, 2 a y max s 22,99 m / s ; A ys 2, 27 mm, az max s 2 19,89 m / s ; A zs 1, 97 mm, unde: ax max s, a y max s, az max s reprezintă media acceleraţiilor maxime pe direcţiile ox, oy şi oz, în intervalul considerat, în sarcină, iar Axs, Ays, Azs - amplitudinile maxime pe cele trei direcţii, în sarcină. În urma efectuării calculelor s-a concluzionat că amplitudinile oscilaţiilor pe direcţiile oy şi oz se înscriu în valorile prescrise de literatura de specialitate respectiv, între 1 şi 6 mm. 62

65 5.6. Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale În urma prelucrării datelor înregistrate de către echipamentul de testare a materialelor Zwick/ Roell 5.0N au fost întocmite diagramele care evidenţiază variaţia valorilor forţelor de rezistenţă la tăiere a plantelor medicinale în stare proaspătă şi uscată, folosind cuţite de tăiere cu tăiş drept unilateral cu unghi de ascuţire de 15, 30 şi respectiv 45, precum şi trei viteze de lucru de 50, 150 şi 300 mm/min. Diagramele reprezintă variaţia valorilor forţelor de rezistenţă obţinute la tăierea celor trei specii de plante medicinale în stare proaspătă şi uscată folosind cuţite cu tăiş drept cu unghiuri de ascuţire de 15, 30 şi 45. Forţa maximă, N ,99 36,19 22,28 35,74 38,04 57,78 34,98 35,39 21,96 49,07 30,15 29,84 34,4 31,34 21,55 35,35 26,48 26,12 Coada şoricelului proaspătă Coada şoricelului uscată Mentă proaspătă Mentă uscată 10 Sunătoare proaspătă 0 50 mm/min 150 mm/min 300 mm/min Sunătoare uscată Fig Variaţia valorilor forţelor de rezistenţă obţinute la tăierea celor trei specii de plante medicinale cu un cuţit cu tăiş drept cu unghi de ascuţire de 15 Graficele prezentate evidenţiază faptul că viteza influenţează procesul de tăiere a plantelor medicinale, în sensul că forţa de rezistenţă la tăiere se diminuează odată cu creşterea vitezei de lucru. Influenţa unghiului de ascuţire a cuţitelor asupra forţei de rezistenţă la tăiere Influenţa pe care o are unghiului de ascuţire a tăişului cuţitului folosit în procesul de tăiere asupra forţei de rezistenţă la tăiere a celor trei specii de plante medicinale s-a evidenţiat prin folosirea cuţitelor cu tăiş drept unilateral, cu unghiuri de ascuţire de 15, 30 şi 45. Diagramele din figurile reprezintă variaţia valorilor forţelor de rezistenţă obţinute la tăierea celor trei specii de plante medicinale aflate în stare proaspătă şi uscată, cu folosirea unor cuţite cu tăiş drept unilateral, cu unghiuri de ascuţire de 15, 30 şi 45, la viteza de lucru de 50, 150 şi 300 mm/min. Forţa maximă, N ,99 36,19 22,28 57,78 35,74 38,04 51,17 49,6 37,05 67,45 77,7 91, ,32 67,59 53,42 116,94 95,04 Coada şoricelului proaspătă, v=50 mm/min Coada şoricelului uscată, v=50 mm/min Mentă proaspătă, v= 50 mm/min Mentă uscată, v= 50 mm/min Unghiuri de ascuţire, grade Sunătoare proaspătă, v= 50 mm/min Sunătoare uscată, v= 50 mm/min Fig Variaţia valorilor forţelor de rezistenţă obţinute la tăierea celor trei specii de plante medicinale cu folosirea unor cuţite cu tăiş drept cu unghiuri de ascuţire de15, 30 şi 45, la viteza de 50 mm/min 63

66 Se constată faptul că unghiul de ascuţire al cuţitului influenţează procesul de tăiere, în sensul că valorile forţei de rezistenţă la tăiere cresc direct proporţional cu creşterea valorii unghiului de ascuţire a cuţitului. Astfel, la tăierea mentei proaspete cu un cuţit având unghiul de ascuţire de 15 s-a înregistrat o forţă de rezistenţă la tăiere de 21,55 N, în timp ce la tăierea cu un cuţit având unghiul de ascuţire de 45, forţa de rezistenţă la tăiere înregistrată a avut valoarea de 40,24 N. Alegerea variantei optime a tehnologiei de prelucrare a plantelor medicinale În scopul alegerii unei variante optime de tehnologie de prelucrare a plantelor medicinale s-au studiat variantele I şi a II-a din figura VARIANTA I VARIANTA a II-a RECOLTARE RECOLTARE SORTARE MANUALĂ SORTARE MANUALĂ ANALIZĂ CALITATIVĂ ANALIZĂ CALITATIVĂ TOCARE USCARE SORTARE ŞI ELIMINARE CORPURI STRĂINE ANALIZĂ CALITATIVĂ TOCARE SORTARE ŞI ELIMINARE CORPURI STRĂINE USCARE ANALIZĂ CALITATIVĂ Fig Variante tehnologice de condiţionare a plantelor medicinale Pe baza datelor obţinute din cercetările experimentale din laborator şi din exploatare şi studiind cele două variante tehnologice pentru prelucrarea plantelor medicinale se poate constata că la sortarea plantelor proaspete, durata procesului este mai mare, cu implicaţii asupra creşterii consumului energetic. Tăierea plantelor proaspete şi uscarea ulterioară a acestora poate aduce o uşoară diminuare a consumului energetic în procesul de uscare (dacă se efectuează uscarea în cuptoare electrice), datorită micşorării dimensiunilor acestora. În situaţia în care plantele medicinale cu conţinut ridicat de uleiuri volatile urmează a fi procesate pentru extracţia uleiurilor volatile, este de preferat ca acestea să fie tăiate în stare proaspătă. Pentru celelalte specii de plante a căror utilizare ulterioară este aceea de comercializare sub formă de ceaiuri este mai avantajoasă varianta a II-a. Perfecţionarea variantelor tehnologice de prelucrare primară a plantelor medicinale se poate realiza prin scăderea consumului energetic specific (energie consumată/ tonă de produs) sau prin creşterea capacităţii de lucru. Capacitate de lucru maximă a liniei de condiţionare este determinată de capacitatea de lucru maximă a echipamentului de tăiere, deoarece acesta este primul echipament al liniei de prelucrare. Capacitatea de lucru a echipamentului depinde la rândul ei de mai mulţi factori printre care debitul transportorului propriu şi frecvenţa de cădere a cuţitului. 64

67 Materialul este transportat de la gura de alimentare prin intermediul a două benzi de cauciuc continue, cea superioară presând plantele cu o forţă din ce în ce mai mare atunci când acestea se apropie de cuţitul de tăiere (fig. 5.84). Fig Modul de funcţionare al transportorului echipamentului de tăiere şi gura de ieşire spre cuţitul de tăiere Dacă se alege un alt tip de motoreductor, care sa aibă o turaţie a arborelui de ieşire superioară celui existent, se poate realiza concomitent, atât mărirea vitezei benzii, cât şi frecvenţa de cădere a cuţitului în procesul de tăiere, mărindu-se implicit capacitatea de lucru a echipamentului. Studiind variaţia factorului de putere cos φ, s-a constatat că acesta are o valoare foarte mică (0,28 0,32), ceea ce determină o valoare mare a puterii reactive, şi implicit un preţ de achiziţie al energiei electrice mai mare. Astfel, de exemplu, pentru tăierea sunătoarei proaspete, puterea reactivă medie măsurată a fost de 596 VAR. Micşorarea valorii puterii reactive se poate obţine prin utilizarea raţională a motorului electric, astfel încât să fie încărcat, pe cât posibil, la o putere de cel puţin 75% din puterea lui nominală. Ţinând cont de acest lucru se recomandă alegerea cu atenţie a motoreductorului, în sensul că acesta să nu fie supradimensionat. De asemenea, se recomandă alegerea unei benzi transportoare din cauciuc cu faţa striată (fig. 5.86), care să aibă un coeficient mare de frecare cu plantele şi să permită înaintarea acestora spre cuţitul de tăiere simultan cu banda, fără alunecare. Fig Tipuri de benzi transportoare pentru produse alimentare, cu faţă striată, antiderapantă Pe baza datelor măsurate se poate compara energia electrică consumată în cazul prelucrării plantelor în stare proaspătă sau după uscarea acestora (cele două variante tehnologice de condiţionare) În figura 5.87 este prezentat un grafic comparativ al energiilor consumate în cele două variante tehnologice de condiţionare. 65