Обеззараживание лекарственного растительного сырья чабреца методом инфракрасного излучения

Основными параметрами, характеризующими процесс стерилизации, является температура, которую необходимо поддерживать в стерилизационном аппарате, и время, в течение которого материалы подвергаются нагреванию [1]. Эти два показателя можно назвать микробиологическими в процессах стерилизации, поскольку именно ими определяется гибель микроорганизмов. Однако как нельзя говорить о летальном времени, не учитывая температуры стерилизации, так нельзя говорить и о температуре, не связывая ее со временем, необходимым для такой обработки. Летальные условия для определенного вида организмов нельзя определить лишь одной температурой, а только определенным сочетанием – летальная температура – время.

Цель настоящего исследования – выбор оптимального режима ИК-облу-чения до требуемых стандартов, удовлетворяющего микробиологической чистоте.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования являлось растительное лекарственное сырье чабреца ползучего ( Thymus serpyllum L.). Сырье подвергалось сушке в естественных условиях, было загрязнено дрожжевыми и плесневыми грибами (10⁵/г), кишечными бактериями (10⁴/г) и аэробными бактериями (более 10⁷/г).

В результате применения метода математического планирования эксперимента для каждого объекта получены параметры оптимального режима термообработки: время ИК-обработки, температура обработки, интенсивность ИК-облучения, толщина слоя. Для проведения замеров электротехнических параметров: напряжения, тока, мощности, расхода электрической энергии – использовали как отдельные электроизмерительные приборы, так и электроизмерительный комплект К-505. Измерение температуры нагрева перераба- тываемого сырья осуществлялось более чувствительными (время отклика – 2 с) хромель-копелевыми термопарами диаметром 0,5 мм, подключенными к регистрирующему самопишущему потенциометру ПП-01. При этом учитывали основную погрешность термопары (при 23°С не более ± 0,1 % от показания), дополнительную температурную погрешность (не более ± 0,01 % на градус показаний при отклонении от 23°С). Температуру нагревания излучателей устанавливали регулятором напряжения, измерение температуры нагрева излучателя производили при помощи термопар, подключенных к потенциометру ПП-63, и контролировали оптическим пирометром ОППИР-09. Облученность лекарственных растений измеряли при помощи альбедометра, подключенного к гальванометру ГСА.

Статистическую обработку экспериментальных данных выполнили по общепринятым методикам [2,3].

Для снижения микробной обсемененности сухого растительного сырья использовали разработанную и изготовленную промышленную ИК-установку (рис.).

ШШ*

ШР

ши*

и*

Конструктивно-технологическая схема промышленной ИК-установки: 1 – отражатель;

2 – переключатель уровней мощности; 3 – реле времени программное; 4 – пульт управления

ИК облучателями; 5 – пульт управления центробежным вентилятором; 6 – регулятор уровней мощности; 7 – ИК облучатели; 8 – кассета сетчатая с сырьем; 9 – вентилятор центробежный; поток воздуха; направление перемещения кассет с сырьем

Установка состоит из облучателя, сушильной камеры, центробежного вентилятора и пульта с пусковой и измерительной аппаратурой. Конструкция лабораторной установки предусмотрена так, что облучатель легко снимается, а на его место может быть установлен другой. В качестве источников излучения применяли серийно изготавливаемые: ТЭНы, силитовые излучатели, керамические излучатели, ламповые излучатели типа ЗС, ИКЗ, ИКЗК, КИ и КГ, а также излучатели, изготовленные в лабораторных условиях на основе нихрома и слюдопластовых электронагревателей. В квадратной камере термообработки установки 1 x 1 м размещены четыре плоских ИК-излучателя. Максимальная мощность всех излучателей – 30 кВт. Максимальная производительность по удалению влаги – 30 кг/ч.

В промежутке между двумя плоскими излучателями можно размещать от одной до пяти кассет с сырьем, а в камере – от трех до 15 и более кассет.

Методика определения толщины слоя сырья в кассете и послойного перемещения кассеты с сырьем в зависимости от начальной влажности изложена в трудах В.Н. Карпова с позиции закона Бугера [1].

Набор аппаратуры управления позволяет регулировать уровнем мощности трехфазного ИК-облучателя тремя методами: ступенчатым регулированием уровня мощности при помощи автоматических выключателей и семиступенчатого регулятора; плавным регулированием при помощи управляемых тиристоров; комбинациями ступенчатого и плавного методов.

Управление ИК-облучателями с целью автоматизации и обеспечения режима повторнократковременного облучения в эксперименте осуществляли с помощью электронных и электромеханических устройств. На базе электромеханического реле времени разработаны устройства, позволяющие обеспечить заданный режим прерывного облучения, а программным регулятором температуры «Термодат-14» обеспечивалось плавное управление мощностью трехфазного ИК-облучателя.

Результаты исследования. Применительно к лекарственному сырью растительного происхождения исследовано влияние ИК-облучения не только на микрофлору, но и на сохранение содержания экстрактивных веществ в обрабатываемом материале. Все образцы подвергались микробиологическим и фитохимиче-ским анализам согласно фармакопейным статьям в Центре сертификации контроля качества лекарственных средств комитета по фармацевтической деятельности и производству лекарств администрации Иркутской области и лаборатории Иркутского государственного центра Госсанэпиднадзора.

Инфракрасный метод стерилизации растительного сырья оказывает термическое воздействие на микроорганизмы, что ведет к их подавлению. Наложение вибраций на слой материала способствует равномерности его обработки за счет постоянного обновления поверхности облучения.

В процессе исследования изучено влияние интенсивности и времени ИК-облучения на величину микробной обсемененности, качество и количество экстрактивных веществ в лекарственном растительном сырье травы чабреца (табл.).

Результаты влияния параметров ИК-облучения на микробную обсемененность и содержание экстрактивных веществ в лекарственном сырье чабреца (при толщине слоя измельченной фракции 7 мм)

Вариант	Параметр обработки			Показатель микробной загрязненности в повторностях			Содержание экстрактивных веществ, %
	Экспозиция, секунд	Плотность мощности, кВт/м2	Температура нагрева, °С
				1-й	2-й	3-й
1	60	7,5	85 ± 0,30	-	-	-	17,7 ± 0,50
2	45	7,5	78 ± 0,15	-	-	-	19,6 ± 0,89
3	30	7,5	70 ± 1,50	-	-	-	21,3 ± 0,36
4	15	7,5	66 ± 0,20	-	-	-	23,4 ± 0,42
5	60	5	60 ± 0,68	-	-	-	25,9 ± 0,55
6	45	5	55 ± 0,72	-	-	-	26,0 ± 0,09
7	30	5	51 ± 1,20	+	+	-	26,4 ± 0,15
8	15	5	45 ± 0,90	+	-	-	26,4 ± 0,30
9	60	2,5	40 ± 2,02	+	+	+	26,8 ± 0,02
10	45	2,5	35 ±1,41	+	+	+	27,0 ± 0,13
11	30	2,5	30 ± 2,00	+	+	+	27,3 ± 0,41
12	15	2,5	25 ± 1,30	+	+	+	27,4 ± 0,01
Контроль	0	0	0	+	+	+	27,4 ± 0,20

Опыты показали, что при термообработке температура на поверхности сырья должна находиться в пределах 55–78°С при экспозиции 15–45 с, плотности мощности облучения 5–7,5 кВт/м2. Температура нагрева сырья до 85°С вызывает снижение экстрактивных веществ на 35,4 % от исходного. При плотности мощности 5 кВт/м2 эффект стерилизации был достигнут в двух вариантах из четырех со временем обработки 45–60 с. При плотности мощности 7,5 кВт/м2 и времени обработки от 15 до 45 с эффект стерилизации достигнут во всех вариантах, при этом содержание экстрактивных веществ в сырье чабреца соответствует требованиям, предъявляемым к качеству сырья, и составляет 19,6 %. Несмотря на то, что эффект стерилизации был достигнут и в первом варианте опыта (при температуре выше 80°С, интенсивности ИК-облучения 7,5 кВт/м2 и экспозиции 60 с), сырье чабреца не соответствовало требованиям качества, так как содержание экстрактивных веществ в нем после стерилизации снижалось до 17,7% (при допустимых – не менее 18 %).

Выводы. Предлагаемый энергосберегающий метод обеззараживания на промышленной ИК-установке за счет снижения уровня микробной обсемененности до норм, установленных Государственной фармакопеей и санитарно-эпидемиологическим надзором, позволяет получить лекарственное сырье чабреца повышенного качества с оптимальным составом экстрактивных веществ – от 27,4% в контроле до 17,7% после обработки.

Наибольшую эффективность в процессе обеззараживания травы чабреца показал режим с параметрами температуры нагрева сырья – 55 °С, экспозицией обработки – 45 с и нтенсивностью обработки – 5 кВт/м2.