Cercetarea şi dezvoltarea unei tehnologii de procesare primară a plantelor medicinale şi aromatice în vederea conservării calităţilor terapeutice şi valorificării lor eficiente

Programul: NUCLEU 2009 - Dezvoltarea cercetărilor privind sistemele, tehnologiile de mecanizare, informatizare, automatizare, management şi echipamente tehnice competitive pentru agricultura şi industria alimentară / STIMM

Domeniul: Agricultura, siguranta si securitate alimentara

Contract nr. 15N/27.02.2009

Perioada de derulare: 2009 - 2011

OBIECTIVE GENERALE:

- crearea şi consolidarea unui parteneriat între cercetare, învăţământ şi agricultură pentru dezvoltarea de activităţi de cercetare industrială şi precompetitivă şi a unui grup de specialişti în proiectarea şi exploatarea sistemelor acvacole recirculante, de creştere superintensivă a peştilor;

- obţinerea de noi cunoştinţe ştiinţifice în domeniul tehnologiilor şi echipamentelor de procesare primară a plantelor medicinale şi aromatice în vederea conservării calităţilor terapeutice şi valorificării lor eficiente, care vor putea fi fructificate la nivelul instituţiilor de cercetare-dezvoltare şi a instituţiilor de învăţământ superior, în contextul integrării cercetării româneşti în Aria Europeană a Cercetării.

OBIECTIVE SPECIFICE:

- fundamentarea procesului tehnologic de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice;

- optimizarea soluţiilor tehnice utilizate privind reglarea parametrilor funcţionali ai organelor active (avansul materialului vegetal, turaţia cuţitelor, amplitudinea vibraţiilor sitelor) ale utilajelor tehnologice în funcţie de caracteristicile reologice şi de friabilitate ale plantelor medicinale prelucrate;

- elaborarea unei metodologii ce are ca obiect reglementarea unitară a modului de testare a echipamentelor tehnice pentru prelucrarea primară şi extragerea principiilor active din plantele medicinale şi aromatice şi a modului de efectuare a analizelor acestora.

ETAPELE DE DERULARE ALE PROIECTULUI

Etapa 1: Studiul tehnologic al procesului de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extragere şi prelucrare primară a substanţelor active

Etapa 2: Documentaţie tehnică pentru echipamente de procesare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extragere şi prelucrare primară a substanţelor active

Etapa 3: Metodologie de testare şi dezvoltarea de echipamente tehnice pentru extragerea şi prelucrarea primară a substanţelor active

Etapa 4: Dezvoltarea de echipamente tehnice specifice de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice

Etapa 5: Experimentarea echipamentelor tehnice

Etapa 6: Demonstrarea funcţionalităţii şi utilităţii instalaţiei de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice

Etapa 7: Evaluarea rezultatelor şi diseminarea rezultatelor pe scară largă

REZUMATUL PROIECTULUI

Echipamentele pentru procesarea primară a plantelor medicinale şi aromatice preiau succesiv materialul vegetal supus procesării, echipamentele de prelucrare primară fiind aşezate în linie, sau în altă dispunere, funcţie de incinta amenajată sau disponibilă a celui care utilizează aceste echipamente. Linia pentru procesarea primară a plantelor medicinale şi aromatice este compusă următoarele echipamente: maşină de tăiat plante, transportor înclinat cu bandă, sortator de plante tăiate şi instalaţie electrică de acţionare, comandă şi control a echipamentelor. Într-un spaţiu separat, special amenajat, se amplasează percolatorul şi echipamentul de laborator. Plantele medicinale şi aromatice proaspăt recoltate sau uscate se aşează manual pe banda de alimentare a maşinii de tăiat plante, astfel încât tulpinile să fie orientate pe direcţia mişcării acesteia. Plantele trebuie curăţite în prealabil de corpurile străine (materiale anorganice sau alte plante), precum şi de părţile vătămate sau infectate conţinute şi aşezate sub formă de mănunchiuri pentru a putea fi manevrate cu uşurinţă. Plantele tăiate la dimensiunea prestabilită, în funcţie de utilizarea ulterioară, cad pe banda transportorului înclinat şi sunt transferate în pâlnia sortatorului vibrator. Aici, la trecerea prin cele trei site, plantele tăiate sunt separate pe patru sorturi care se colectează în lăzi, astfel: refuzul sitei superioare (sita 1) poate fi direcţionat, după necesităţi, la aparatele pentru extragerea principiilor active, instalaţia de distilare a plantelor cu abur, maşina de tăiat plante pentru reprocesare; refuzurile sitelor 2 şi 3 se pot ambala în pungi sau la plicuri pentru ceaiuri medicinale; cernutul sitei inferioare reprezintă, în majoritatea cazurilor, deşeu. Ramele cu site fiind interschimbabile, în cele trei locaşuri din batiu, se pot monta site cu diferite mărimi de ochiuri, în funcţie de dimensiunile plantelor tăiate sau de scopul urmărit (obţinerea anumitor sorturi dimensionale sau efectuarea de cercetări asupra procesului de separare a plantelor tăiate). Amplitudinea şi frecvenţa vibraţiilor sitelor se pot regla modificând: unghiul de înclinare a motoarelor electrice vibratoare faţă de batiu, poziţia contragreutăţilor motoarelor vibratoare sau turaţia motoarelor vibratoare.

REZULTATE OBTINUTE

Rezultatele obţinute sunt următoarele:

1. Studiul tehnologic al procesului de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extragere şi prelucrare primară a substanţelor active

Rezultatele activităţilor desfăşurate s-au concretizat prin:

- întocmirea unui studiu pentru cercetarea tehnologiei de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extracţie a principiilor active, precum şi posibilitatea aplicării ei la o instalaţie tehnologică, cu scopul de a determina posibilităţile de adaptare a producţiei interne de astfel de utilaje la nivelul tehnic şi la cerinţele actuale;

- stabilirea soluţiilor tehnice şi a caracteristicilor principale pentru o instalaţie de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extracţie a principiilor active din acestea;

- stabilirea condiţiilor pentru asigurarea calităţii execuţiei modelului experimental.

2. Documentaţie tehnică pentru echipamente de procesare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extragere şi prelucrare primară a substanţelor active

Documentaţia tehnică de execuţie pentru „echipamente de procesare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extragere şi prelucrare primară a substanţelor active” cu următoarele caracteristici principale:

- Capacitatea de procesare a liniei	80 …. 120 kg/h plante uscate; 130...400 kg/h plante proaspete
- Puterea instalată	1,24 kW
Maşina de tăiat plante
- lungimea de tăiere:	6 … 40 mm (reglabilă)
- lăţimea de tăiere:	max. 300 mm
- putere motor acţionare:	0,37 kW, 220/380 V
Transportorul înclinat
- lăţimea benzii:	400 mm
- lungimea benzii: - acţionare:	2600 mm motoreductor 0,55 kW, 110 min^-1
Sortatorul de plante tăiate
- numărul de rame cu site:	3
- dimensiunile ramelor cu site:	600x1500 mm
- mărimea ochiurilor sitelor:	1 … 12,5 mm
- înclinarea sitelor:	12 … 15 ^o
- frecvenţa oscilaţiilor:	960 min-1 (reglabilă)
- acţionare:	2 motoare electrice vibratoare 0,16 kW
Extractorul principiilor active
- modul de funcţionare:	continuă, cu acţiune pneumatică
- numărul camerelor de extracţie:	2
- volumul camerelor de extracţie:	20 litri / 10 litri

3. Metodologie de testare şi dezvoltarea de echipamente tehnice pentru extragerea şi prelucrarea primară a substanţelor active

Metodologia elaborată are aplicabilitate în activitatea de testare a echipamentelor tehnice pentru prelucrarea primară şi extragerea principiilor active din plantele medicinale şi aromatice, precum şi a maşinilor, echipamentelor şi instalaţiilor de prelucrare la rece a seminţelor, în vederea obţinerii uleiurilor vegetale. Testările se efectuează în cadrul DI - "Laboratorul de Încercări Tractoare şi Echipamente Tehnice pentru Agricultură şi Industria Alimentară" – DITRMA. Metodologia se referă la activităţile care se desfăşoară de către responsabilul de încercare, începe odată cu primirea produsului la încercări şi continuă până la predarea raportului / buletinului de încercări. Identificarea, manipularea şi depozitarea produselor de încercat se face conform PGS - 04, iar întocmirea raportului / buletinului de încercări conform PGS - 08. Metodologia are la bază manualele de utilizare de la producător şi documentaţiile instalaţiilor şi echipamentelor.

4. Dezvoltarea de echipamente tehnice specifice de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice

Obiectivul fazei a constat în realizarea unui model experimental prin executarea şi achiziţionarea echipamentelor tehnice necesare prelucrării primare a plantelor medicinale şi aromatice având componenţa şi parametrii stabiliţi prin documentaţia de execuţie, în vederea testării atât a echipamentelor tehnice cât şi a produselor obţinute prin procesarea plantelor.

Rezultatul obţinut pentru atingerea obiectivului acestei faze au fost realizarea unui model experimental pentru echipamente tehnice specifice de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice.

5. Experimentarea echipamentelor tehnice

Obiectivul fazei l-a constituit experimentarea instalaţiei în gol şi în sarcină pentru verificarea tehnologiei preconizate de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extragere a principiilor active prin metoda percolării.

Rezultatele obţinute sunt prezentate în rapoartele de experimentare pentru echipamentele din fluxul tehnologic de prelucrare primară şi extracţia principiilor active din plantele medicinale şi aromatice pentru: maşina de tăiat plante, transportorul înclinat cu bandă, sortatorul de plante tăiate şi percolator.

Experimentarea echipamentelor ce fac parte din linia pentru prelucrarea primară şi extragerea principiilor active din plantele medicinale şi aromatice a avut ca scop determinarea performanţelor acestora, în acest scop fiind realizate metodologii specifice de experimentare pentru fiecare echipament, astfel încât să fie asigurată trasabilitatea măsurătorilor şi coerenţa datelor obţinute.

Pentru experimentarea tehnologiei pentru prelucrarea primară şi extragerea principiilor active din plantele medicinale şi aromatice s-a avut în vedere testarea fiecărui echipament din fluxul tehnologic de lucru, urmărindu-se pentru fiecare dintre acestea indicii calitativi de lucru, astfel încât să se poată determina performanţele în exploatare.

După ce s-au verificat, reglat şi corelat capacităţile de lucru ale echipamentelor din flux astfel încât acestea să funcţionează corect, la parametrii necesari, fără blocaje şi înfundări, pe baza metodologiei de lucru realizată anterior, s-a realizat experimentarea efectivă a tehnologiei.

Echipamentele pentru procesarea primară a plantelor medicinale şi aromatice preiau succesiv materialul vegetal supus procesării (fig. 1), echipamentele de prelucrare primară fiind aşezate în linie, aceastea putând fi aşezate în diferite forme, funcţie de incinta amenajată sau disponibilă a celui care utilizează aceste echipamente. Linia pentru procesarea primară a plantelor medicinale şi aromatice următoarele echipamente:

§ maşina de tăiat plante (1);

§ transportor înclinat cu bandă (2);

§ sortator de plante tăiate (3);

§ percolator (4).

1

4

2

3

Fig. 1 - Fluxul de lucru al echipamentelor pentru procesarea primară

a plantelor medicinale şi aromatice

Maşina de tăiat plante (fig. 2) are rolul de a tăia materialul vegetal uscat sau proaspăt recoltat la dimensiuni prestabilite, fiind alcătuită din:

§ batiu, realizat din profile laminate sudate şi sprijinit pe patru picioare reglabile pentru asigurarea orizontalităţii la locul de montaj; batiul este închis de o serie de capace şi apărători de protecţie;

§ bandă transportoare pe care se aşează materialul vegetal;

§ mecanism de alimentare prevăzut cu role pentru presarea plantelor;

§ dispozitiv de tăiere cu cuţit din oţel inoxidabil, cu lungimea de tăiere reglabilă şi programabilă;

§ automat programabil pentru reglarea avansului materialului spre gura de tăiere.

Fig. 2 - Maşina de tăiat plante

Transportorul înclinat cu bandă (fig. 3) are rolul de a prelua produsul mărunţit de maşina de tăiat plante şi de a-l transfera în sortator, la înălţimea corespunzătoare alimentării acestuia. Transportorul, realizat prin asamblarea de elemente modulare tipizate, este compus din:

§ cadru de susţinere a benzii sprijinit pe patru picioare reglabile;

§ bandă de transport casetată;

§ tambur superior, de antrenare a benzii transportoare, acţionat de un motoreductor;

§ tambur inferior, prevăzut cu un dispozitiv de întindere a benzii transportoare.

Fig. 3 - Transportorul înclinat cu bandă

Sortatorul de plante tăiate (fig. 4) separă materialul vegetal mărunţit primit de la transportorul cu bandă pe patru grupe de material ale căror dimensiuni depind de mărimea ochiurilor sitelor. Batiul cu site este acţionat de două motoare vibratoare şi trei site din împletitură de sârmă suprapuse, interschimbabile, astfel încât plantele tăiate să fie colectate pe patru fracţiuni prin metoda refuzurilor, astfel:

§ plante de dimensiuni mai mari, ca refuz al sitei superioare (sita 1);

§ plante tăiate la dimensiuni corespunzătoare scopului dorit, ca refuz al sitei mijlocii (nr. 2) şi a celei inferioare (nr. 3);

§ praf mineral sau organic şi plante tăiate mărunt, ca cernut al sitei inferioare.

Sortatorul este prevăzut cu 9 rame cu site, utilizate în seturi de câte trei, cu ochiuri de dimensiuni diferite a căror utilizare se va face în funcţie de necesităţi. Construcţia batiului permite accesul la site din părţile laterale pentru curăţire în caz de colmatare. Batiul sitelor se sprijină pe un suport din profile laminate sudate prin intermediul unor amortizoare din cauciuc. Motoarele vibratoare sunt montate pe plăci sudate simetric în exteriorul batiului, a căror construcţie permite rotirea şi modificarea înclinării lor faţă de orizontală în vederea reglării amplitudinii oscilaţiilor. Turaţia motoarelor vibratoare se poate varia cu ajutorul unui invertor.

Fig. 4 - Sortator de plante tăiate

Echipamentul pentru extracţia principiilor active din plante - percolatorul (fig. 5) se amplasează într-o încăpere separată, împreună cu aparatura pentru analiza calităţii materiei prime şi produselor obţinute prin procesarea acesteia. Percolatorul are două incinte: 12 litri, respectiv 24 litri, putând funcţiona alternativ cu oricare dintre acestea, funcţie de cantitatea de plante ce trebuie procesată - extras principii active.

Fig. 5 - Extractorul de principii active

Funcţionare

Modul de funcţionare a instalaţiei de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de obţinere a extractelor cu principiilor active din acestea este prezentat în schema din figura 6.

Fig. 6 – Schema de principiu a liniei de prelucrare primară şi extragere a principiilor active

6. Demonstrarea funcţionalităţii şi utilităţii instalaţiei de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice

Obiectivul fazei a constat în demonstrarea funcţionalităţii şi utilităţii instalaţiei de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice.

Rezultatul obţinut a fost demonstrarea funcţionalităţii şi utilităţii pentru echipamentele din fluxul tehnologic de prelucrare primară şi extracţia principiilor active din plantele medicinale şi aromatice, respectiv pentru: maşina de tăiat plante, transportorul înclinat cu bandă, sortatorul de plante tăiate şi percolator.

Activitatea practică a etapei de demonstrare s-a desfăşurat la sediul INMA Bucureşti, într-o incintă amenajată corespunzător, în locul în care s-au realizat încercările modelului experimental.

7. Evaluarea rezultatelor şi diseminarea rezultatelor pe scară largă

Obiectivele acestei faze sunt evaluarea rezultatelor obţinute în cursul derulării proiectului şi diseminarea pe diferite căi a rezultatelor obţinute pentru sistemul de procesare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi de extragere a principiilor active din acestea prin metoda percolării.

Rezultatele obţinute în cadrul fazei au fost:

- participarea la manifestări expoziţionale şi simpozioane cu materiale specifice pentru diseminarea pe scară largă a informaţiilor: comunicări ştiinţifice, articole, poster, fişă tehnică, pliant, film;

- întocmirea rapoartelor de evaluare şi diseminare a rezultatelor.

Activitatea de diseminare pe scară largă a rezultatelor proiectului a avut ca scop atât prezentarea rezultatelor cercetării cât şi a funcţionalităţii modelului experimental al instalaţiei de prelucrare primară a plantelor medicinale şi aromatice şi extragere a prinipiilor active, în vederea popularizării lor către cei interesaţi, constituind un prim pas pentru promovarea produsului pe piaţă.

Activităţile de diseminare a informaţiilor şi rezultatelor referitoare la proiect s-au desfăşurat la:

- sediul INMA Bucureşti, în aprilie 2011, la acţiunea de demonstrare a funcţionalităţii şi utilităţii instalaţiei, cu o largă participare: specialişti invitaţi de la Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară a Banatului Timişoara, Facultatea de Agricultură, Departamentul de Tehnologii agricole – 2 persoane; Universitatea Politehnica Timişoara – Facultatea de Mecanică – 2 persoane; Universitatea „Ioan Slavici” Timişoara – 1 persoană; Universitatea Politehnica Bucureşti – 3 persoane; Universitatea Transilvania Braşov – 2 persoane; Nutraceutical SRL Săcele - 1 persoană; Universitatea din Craiova – 2 persoane. În afara organizatorilor din cadrul INMA, au mai participat şi alţi specialişti din institut care au preocupări în domeniul procesării produselor agricole;

- Revista Mecanizarea agriculturii sunt în curs de publicare două articole având următoarele titluri: „ECHIPAMENTE TEHNICE PENTRU PROCESAREA PRIMARĂ A PLANTELOR MEDICINALE ŞI AROMATICE” şi „SISTEM DE EXTRACŢIE A PRINCIPIILOR ACTIVE DIN PLANTE MEDICINALE ŞI AROMATICE”;

- Revista INMATEH - AGRICULTURAL ENGINEERING, nr. 2/2011, vol. 34 este în curs de publicare articolul cu titlul „EXPERIMENTAREA TEHNOLOGIEI ŞI ECHIPAMENTELOR PENTRU PROCESAREA PRIMARĂ A PLANTELOR MEDICINALE ŞI AROMATICE ŞI OBŢINEREA EXTRACTELOR CU PRINCIPII ACTIVE”;

S-au editat, multiplicat şi oferit celor interesaţi un pliant, precum şi o fişă de prezentare a instalaţiei, s-au realizat un poster, o pagină web, un film, iar materialele realizate au fost de asemenea înregistrate în format electronic pe CD ROM.