Ahorro de energía en el secado de plantas medicinales

Téc. Carlos Alberto Rodríguez Ferradá,1 Téc. Caridad Carballo Guerra,2 Téc. Isabel Hechevarría Sosa1 y Dra. Lérida Acosta de la Luz3

Resumen

Se realizó un estudio de secado de plantas medicinales con el empleo de un secador solar multipropósito ubicado en la Estación Experimental de Plantas Medicinales "Dr. Juan Tomás Roig" entre cuyas ventajas, según el fabricante, está el gasto energético mínimo, el 30 % de la energía total que se utiliza. Para los experimentos se seleccionaron aquellas especies que por su gran demanda se cultivan en mayores cantidades: flores de Calendula officinalis L. y de Matricaria recutita L., hojas de Plantago lanceolata L. y follaje de Parthenium hysterophorus L. Todo el material se recogió en areales silvestres de la citada estación. La investigación se desarrolló entre el 10 febrero y el 13 marzo de 2003, período obligado para realizarla pues por sus requerimientos estas especies se cultivan en la época invernal en Cuba. Paralelamente a la desecación en el equipo, se secaron muestras al aire y a la sombra, al sol directamente y en estufa de aire recirculado. Se determinó el tiempo de secado y el gasto energético, las características organolépticas, color y aroma, para evaluar la calidad de la droga seca y los índices farmacognósticos humedad, cenizas totales y principios activos que se compararon con los de las Normas Ramales establecidas en cada una de las especies estudiadas excepto en P. hysterophorus en que se utilizaron datos experimentales. Los resultados demostraron que con el empleo del secador solar multipropósito se obtiene una droga de alta calidad y se produce un ahorro energético considerable.

Palabras clave: Ahorro de energía, secado de plantas medicinales.

Hoy la producción de plantas medicinales con el incremento de combustibles fósiles enfrenta grandes problemas desde el punto de vista energético. Fundamentalmente después del cultivo y la cosecha se requieren una serie de actividades poscosecha, puntos clave para el desarrollo sustentable, energéticamente, de la producción de estas plantas. La reducción del consumo energético precisamente en dichas actividades posteriores a la producción agrícola va a depender en gran medida del tipo de secado utilizado.

El secado es la operación más factible de hacer efectiva la racionalización o la eliminación del consumo energético en la producción de las plantas medicinales y es la que proporciona la conservación del producto por un tiempo lo más prolongado posible al disminuir la humedad en el material vegetal hasta porcentajes que impiden su fermentación, el desarrollo de los microorganismos y consecuentemente la pérdida de los principios activos.

Los factores más importantes y decisivos en la aceptación de un proceso de secado en las plantas medicinales son:

• La calidad de la droga seca, la que se determina por sus características organolépticas (principalmente aroma y color) y sus indicadores farmacognósticos, en particular su contenido en principio activo, los que deben cumplir con los índices de calidad establecidos.
• El consumo energético/kg de droga seca, el que depende del tipo de secado utilizado.

Con el secado artificial el producto final que se obtiene es de excelente calidad pero el consumo de energía es extremadamente alto.

Como aporte a la agricultura alternativa, el empleo de recursos energéticos renovables en la producción de plantas medicinales resulta de interés, por ejemplo la utilización de secadores solares.

Como se observa el esquema desarrollado en una época en que la energía era barata y su disponibilidad aparentemente ilimitada, enfrenta hoy serios problemas para sostenerse. Tanto disponibilidad futura de los recursos energéticos no renovables como los grandes problemas ecológicos que trae apareado, hace necesario un cambio fundamental de paradigma.

Reducir el costo energético en la producción de plantas medicinales debe ser uno de los objetivos fundamentales para los productores, pues hay que comprender mejor el papel de la energía en el contexto de la producción de plantas medicinales y en el conjunto de la economía global.

Uno de los grandes problemas en Cuba es lograr los incrementos necesarios de droga vegetal de calidad que aseguren el abastecimiento de fitofármacos sin implicar el aumento de los consumos energéticos y la afectación del medio ambiente.

Debido a que no existe mucha información sobre el tema, el presente trabajo tiene como objetivo fundamental determinar en algunas especies medicinales su consumo energético mediante el empleo de un secador solar multipropósito y el análisis de la calidad de las drogas obtenidas.

Métodos

En la Estación Experimental de Plantas Medicinales "Dr. Juan Tomás Roig" ubicada en San Antonio de los Baños, Provincia La Habana se realizó un estudio donde se compararon diferentes tipos de secado: a la sombra, al sol, artificialmente y mediante un secador solar multipropósito, cuyo fabricante alude que entre sus ventajas está el gasto energético mínimo, el 30 % de la energía total que se utiliza. Las pruebas se llevaron a cabo con las siguientes especies: flores de Calendula officinalis L.(caléndula), flores de Matricaria recutita L. (manzanilla), hojas de Plantago lanceolata L. (llantén menor) y follaje de Parthenium hysterophorus L. (escoba amarga). La selección fue sobre la base de elegir aquellas que por su gran demanda se cultivan en mayores cantidades. En el caso de la escoba amarga, procede de recogida de areales silvestres de la propia estación y las plantas se recolectaron en estado de floración.

En las pruebas de secado artificial se empleo una estufa de aire recirculado y se ajustó la temperatura acorde a lo requerido para cada especie, 40 °C para las flores y 45 °C para las hojas y follaje.

Descripción y procedimiento del secador solar multipropósito

El secador solar multipropósito está formado por un sistema modular con 3 compartimientos de 6 metros de largo, 2 metros de ancho y 1 metro de alto, con paredes de 140 mm de grosor, revestida con planchas metálicas negras. El techo es una lámina de policarbomato celular transparente de forma curva. Tiene 2 ventanillas de ventilación, delante y por detrás, por compartimiento y 1 ventilador axial colocado en su interior y situado a la misma altura de las ventanillas, lo que le permite mezclar el aire. Posee, además, 6 manómetros para regular la humedad y 6 carros que portan 6 bandejas cada uno para la colocación del material que se va a secar. El equipo se encuentra montado sobre un área cementada.

El procedimiento a seguir es el siguiente: después de realizada la cosecha, el material se prepara de forma conveniente en dependencia a la planta, si se trata de hojas y ramas, previamente se trocean de manera que no queden pedazos gruesos que requieren de mayor tiempo de secado, además se lavan y desinfectan2 (Lavado y desinfección de plantas medicinales. Normas 1996-2001. Informe en archivo de la Estación Experimental de Plantas Medicinales).

Las flores se colocan directamente en las bandejas y éstas a su vez en los carritos que se introducen en el secador y se cierra herméticamente. La operación se realiza preferentemente en la mañana para aprovechar al máximo la radiación solar. ]]>
La humedad y la temperatura en el interior del equipo se regula con la apertura o cierre de las ventanillas de recirculación.

Cada planta tiene una temperatura máxima de secado por encima de la cual no debe estar la del aire dentro del equipo para no afectar los principios activos en la droga.

En este trabajo, la temperatura para las flores se conservó durante todo el tiempo a 45 ºC , mientras que para las hojas de llantén y las ramas de escoba amarga, fue aproximadamente de 50 ºC. El producto se mantiene dentro del secador hasta que alcance la humedad final requerida según las exigencias de cada una de ellas.

La investigación se desarrolló en el período comprendido entre el 10 de febrero y el 13 de marzo de 2003, en la misma se analizaron los siguientes aspectos: el tiempo que demora la operación de secado en cada una de las formas empleadas, la altura del lecho o sea la cantidad de material en la bandeja, los factores del medio circundante ya que cuando la humedad relativa es alta el fenómeno de transferencia de más (migración del vapor de agua) se hace más lento al estar el medio saturado y el tiempo aumenta; la temperatura y la velocidad del aire, pues el incremento de este último produce una remoción continua de la humedad y una elevación de la evaporación, lo que hace que disminuya el tiempo de secado. Además se evaluaron las características organolépticas (color y aroma) y los indicadores farmacognóstico: humedad, cenizas totales y principios activos. Para la caléndula los porcentajes de flavonoides se analizaron por espectrofotometría en base a quercetina, en la manzanilla, los de aceite esencial y la presencia de bisabolol en el aceite; la del glicósido aucubina en el llantén y la de lactonas sesquiterpénicas en la escoba amarga. El método empleado fue la cromatografía en capa delgada excepto para caléndula. Los índices numéricos fueron comparados con los establecidos en la Norma Ramal: NRSP 303 hojas de llantén menor; NRSP 317, flores de Manzanilla y NRSP 323, flores de caléndula.3 Para la escoba amarga, por no estar establecida la norma ramal se emplearon resultados obtenidos experimentalmente (García D. Datos investigativos de la escoba amarga. Informe en archivo de la Estación Experimental de Plantas Medicinales). Así mismo se determinó el consumo de combustible en el secado artificial y el gasto en el secador solar.

Resultados

En la tabla 1 se aprecia que los tiempos en el secado artificial fueron menores que en los otros tipos de secado, en las flores de manzanilla y en las hojas de llantén solamente demoraron 2 días, mientras que en las otras especies el tiempo fue de 3 días.

Se observa también los altos valores de la humedad relativa promedio.

Tabla 1. Tiempo que demora el secado de las diferentes especies analizadas

En la tabla 2 se puede ver que en todos los casos, los porcentajes de humedad que mantuvieron las drogas secadas a la sombra están por encima del máximo permisible a pesar del tiempo que demoró. En relación con las cenizas totales, con pocas excepciones, los valores se mostraron por debajo del límite permisible, en el llantén sucedió que se presentaron ligeramente superiores en cualquiera de los tipos de secado que se estudiaron. Los tipos de secado probados no causaron afectaciones en lactonas y en aucubina. Los principios activos en caléndula y manzanilla se afectaron con el secado a la sombra en el primer caso y en la manzanilla el secado a la sombra produjo una disminución del aceite esencial del 20 % y en el secado al sol, la disminución fue del 28 % en comparación con los otros 2 tipos de secado.

Tabla 2. Análisis de los indicadores farmacognósticos evaluados

Los resultados expuestos en la tabla 3 demuestran que con el empleo del secador solar se produjo un ahorro considerable de energía.

Tabla 3. Consumo energético en 2 tipos de secados en las diferentes especies

          Secador artificial. Estufa: consumo 4000w/h.
          Secador solar. Secador solar multipropósito, consume 40w/hora = 0,04 kw/h.
          1 kw/h = 270 g = 0,27 kg petróleo.

Discusión

Los menores tiempo alcanzados en el secado artificial pudieran estar dado en primer término porque en este tipo de secado el proceso es continuo mientras que en los tipos solar y natural, los tiempos se ven incrementados por las intermitencias debido a que la fuente calórica (la energía solar) llega irregularmente. Las interrupciones se producen durante la noche, en los intervalos nublados y además por las variaciones día- noche de la humedad relativa y la temperatura ambiental en la condición insular de Cuba. En el secado a la sombra esta variación se ve menos afectada al no recibir directamente la acción solar, lo que hace que la temperatura que se alcanza a la sombra puede ser entre 30-33 % menor y determina que el tiempo de secado sea mucho mayor tal y como muestran los resultados alcanzados.

En relación con las especies, casi por lo general con el secado en la estufa y en el secador solar, el tiempo fue mayor en las flores de caléndula y en las ramas de la escoba amarga que en las flores de manzanilla o las hojas de llantén, las que por su constitución anatómica absorben menor cantidad de agua. ]]>
Sin embargo, en el secado natural la conducta fue diferente, en la caléndula el tiempo fue mayor con pocas diferencias con la manzanilla y el llantén en tanto que en la escoba amarga este fue menor probablemente debido a que hubo temperaturas más altas y humedad relativa más baja que facilitaron la eliminación del agua.

El tiempo de secado va a estar influenciado por numerosos factores entre ellos: la planta y sus características desde el punto de vista de su consistencia, por ejemplo se conoce que el secado de hojas carnosas de Plecthranthus amboinicus (Lour.) Spreng (orégano francés) en la estufa a 40 ºC demora 6 días, en tanto que en similares condiciones las ramas de Mentha sp. L. (diferentes especies de menta) tardan entre 2 y 3 días; así mismo el órgano que se va a secar, pues el tiempo consumido para el secado de flores será mayor que el empleado en el secado de hojas (Acosta L. Criterios de cosecha y manejo poscosecha. 1ra. Jornada Iberoamericana de Agrotecnología de Plantas Medicinales y II Simposio de Plantas Medicinales del género Smilax. Antigua Guatemala, 2002).

Las acciones combinadas de la humedad relativa y la temperatura contribuyeron a los resultados obtenidos en cuanto a la duración de la operación de secado y fundamentalmente en caléndula y llantén secadas a la sombra ya que aún cuando la temperatura no fue tan baja, los altos valores de la humedad relativa ocasionó el retardo de la migración del agua en el material vegetal con su consecuente afectación.

En razón de que estas especies se cultivan en su mayoría en febrero y marzo, la operación de secado es obligatoria realizarla en ese período, por tanto los resultados obtenidos no son comparables con otra época del año.

La humedad que mantuvieron las drogas secadas a la sombra, aunque conservaron su olor característico, presentaron coloración oscura, lo que indica que el exceso de agua les causó deterioro, y por lo tanto, hay que resaltar que en las condiciones de Cuba durante ese período del año no es posible utilizar esta forma de secado. En los restantes tipos de secados analizados no se manifestó afectación en las características organolépticas de las diferentes drogas, ni en el contenido de humedad, el que se mantuvo en rangos aceptables; se cita por algunos autores que con pocas excepciones el contenido de humedad en las drogas vegetales deben variar entre 8 y 14 %.4

Refieren algunos autores que la ceniza resultante de la incineración del material vegetal puede ser fisiológica o derivada de materia extraña, principalmente suelo, adherida a la superficie de la droga . La denominada "ceniza fisiológica" proviene de los componentes minerales de la propia planta.4 Es de destacar que los resultados de este estudio para el llantén y el contenido de cenizas, coincidieron con otros estudios realizados en esta especie por lo que es posible suponer que en esta planta se cumple lo antes referido a las cenizas derivadas de materia extraña.

Los porcentajes de flavonoides totales de la caléndula en el secado a la sombra disminuyeron, lo que pudiera deberse al deterioro de la droga por el tiempo que demoró en secarse. Algunos investigadores señalan que en un estudio realizado con la caléndula se demostró que el tiempo de secado prolongado, de 7 a 10 días, a la sombra favoreció la hidrólisis enzimática de los compuestos fenólicos y la afectación en la concentración de los flavonoides, en otros estudios llevados a cabo en la majagua (Hibiscus elatus. ) se determinó que las flores no pueden secarse a la sombra porque disminuyen sustancialmente la concentración de flavonoides. 5 ]]>
En relación con los aceites esenciales y a la presencia de bisabolol, el calentamiento pudiera ser la causa de las pérdidas de las sustancias volátiles, aunque se mantuvo por encima de lo establecido en la norma ramal. Esta merma que se produjo en los porcentajes de aceite en la manzanilla en el secado natural corrobora resultados anteriores obtenidos por otros investigadores[Acosta L. y otros. Observaciones sobre el cultivo y la calidad de la manzanilla (Matricaria recutita L.). La Habana. IV Seminario Científico del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, 1987].

Los resultados alcanzados demostraron que con el empleo del secador solar se produjo un ahorro energético considerable.

Los datos presentados en la tabla 3 fueron obtenidos en equipos experimentales, fundamentalmente en las pruebas de secado artificial, el que se realizó en una estufa de laboratorio donde la capacidad de material a secar es reducida, por tanto los valores extrapolados a toneladas de material vegetal hace que se eleve significativamente el consumo energético.

En el trabajo se demuestra la factibilidad y necesidad de hacer cambios en las tecnologías convencionales de secado con aire caliente mediante combustible o electricidad sustituyéndolas por tecnologías con menores gastos de energía donde se utilice como fuente de calor la luz solar, recurso de gran abundancia en los países tropicales.

Summary

Energy saving in the medicinal plants drying

A study of the medicinal plants drying was conducted by using an all-purpose solar drier located at "Dr. Juan Tomás Roig" Experimental Station of Medicinal Plants. According to the manufacturer, one of its advantages is the minimum energy consumption, 30 % of the total energy used. Those species that due to their great demand are the most cultivated were selected for the experiments: flowers of Calendula officinalis L. and of Matricaria recutita L., leaves of Plantago lanceolata and foliage of Parthenium hysterophorus L. All the material was collected in wild areas of the above mentioned station. The research was conducted from February 10th to March 13th, 2003, an obliged period, since according to their requirements, these species are cultivated during winter in Cuba. Parallel to the dessication in the equipment, samples were dried outdoors, in the shadow, directly in the sun and in a stove of recirculated air.The drying time, energy consumption, organoleptic characteristics, color and smell were determined to evaluate the quality of the dry drug and the pharmacognostic indexes of humidity, total ashes and active principles that were compared with the Branch Norms established in every of the studied species, excepting P. hysterophorus, where experimental data were used. The results showed that with the use of the all-purpose solar drier, a high quality drug is obtained and a considerable energy saving is possible.

Key words: Energy saving, medicinal plants drying.

Referencias bibliográficas

1. Pérez H, Acosta L, Fabelo J. Secador solar móvil de estructura metálica para plantas medicinales. Rev Cubana Plant Med. 2002:7(1):17- 22.

2. Carballo C, Alfaro T, Palazón Z, Ramos R, Rodríguez C, Cabezas C. Desinfección química de plantas medicinales II. Plantago lanceolata L. Rev Cubana Plant Med. 2002; 7(3).

3. Soler B, Sánchez E, Méndez G, García M, Miranda M. Normas Ramales. Medicamentos de origen vegetal. Drogas crudas. La Habana: Ministerio de Salud Pública; 1992.

4. Sharapin N, Machada L, Souza E, Valverde E, López J. Fundamentos de tecnología de productos fitoterapéuticos. Bogotá, Colombia: Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, Subprograma X (CYTED);2000.

5. Milanés R, Alonso D, González G. Farmacognosia de la droga flores de majagua (Hibiscus elatus sw. Familia Malvacae) III. Estandarización de la droga cruda. Alteraciones de la droga. Rev Cubana Plant Med. 1999;4(2)79 - 81.

Recibido: 21 de julio de 2004. Aprobado: 31 de enero de 2005.
Téc. Carlos Alberto Rodríguez Ferradá. Estación Experimental de Plantas Medicinales "Dr. Juan Tomás Roig". San Antonio de los Baños. Provincia La Habana, Cuba.

1 Técnico Medio en Agronomía.
2 Técnico Medio en Tecnología Farmacéutica.
3 Doctora en Ciencias Agrícolas.