ฮีทปั๊มกับยาสมุนไพร

พืชสมุนไพรหมายถึงพันธุ์ไม้ที่สามารถนำมาใช้ปรุงหรือประกอบเป็นยารักษาโรคและใช้ในการบำรุงสุขภาพ สมุนไพรถูกใช้มานานนับ1000ปีก่อนที่จะมีความรู้ความเจริญสามารถสังเคราะห์ผลิตยาจากสารเคมีซึ่งใช้ได้ง่ายกว่า เป็นเหตุให้วิทยาการด้านสมุนไพรขาดการพัฒนา แต่ในปัจจุบันเชื้อโรควิวัฒนาการทำให้การสังเคราะห์ยามีความซับซ้อนและมีผลกระทบต่อสุขภาพมากขึ้น ทั่วโลกจึงหันมาสกัดสมุนไพรเพื่อใช้เป็นยาแทน ประเทศไทยมีพืชที่ใช้เป็นสมุนไพรได้นับหมื่นชนิด ปัจจุบันประเทศไทยส่งออกสมุนไพรหลายชนิดเป็นวัตถุดิบไปต่างประเทศ แต่การส่งออกเป็นวัตถุดิบไม่มีมูลค่าเพิ่มเท่ากับการผลิตเป็นยารักษาโรคและอาหารเสริมบำรุงร่างกายดูแลสุขภาพ

ผลิตภัณฑ์สมุนไพรมีหลายประเภท ได้แก่ ลูกประคบ ยาผง ยาเม็ด ยาเม็ดเคลือบ ยาแคปซูล ยาน้ำ ยาอม ยาดม เป็นต้น ซึ่งผลิตภัณฑ์ตั้งต้นคือสมุนไพรอบแห้ง น้ำสมุนไพร ผงสมุนไพร น้ำมันหอมระเหย และอื่นๆ เพื่อรักษาคุณค่าทางยาของสมุนไพร การใช้ความร้อนในกระบวนการผลิตควรใช้อุณหภูมิต่ำโดยใช้ฮีตปั๊มเป็นแหล่งความร้อนและความเย็นเพื่อรักษาคุณค่าทางยาและการประหยัดพลังงาน

ความสำคัญของสมุนไพร

1. ความสำคัญในด้านสาธารณสุข

ประเทศไทยเริ่มต้นนโยบายสาธารณสุขขั้นมูลฐานอย่างเป็นทางการในปีพ.ศ.2522 โดยเพิ่มโครงการสาธารณสุขขั้นมูลฐานเข้าในแผนพัฒนาการสาธารณสุข ตามแผนพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ ฉบับที่ 4 (พ.ศ.2520-2524) ต่อเนื่องจนถึงแผนพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 7 (พ.ศ.2535-2539) โดยมีกลวิธีการพัฒนาสมุนไพรและการแพทย์แผนไทยในงานสาธารณสุขมูลฐานเพื่อให้ประชาชนสามารถพึ่งตนเองได้มากขึ้นดังนี้

– สนับสนุนและพัฒนาวิชาการและเทคโนโลยีพื้นบ้านอันได้แก่ การแพทย์แผนไทย เภสัชกรรมแผนไทย การนวดไทย สมุนไพร และเทคโนโลยีพื้นบ้าน เพื่อใช้ประโยชน์ในการแก้ไขปัญหาสุขภาพของชุมชน

– สนับสนุนและส่งเสริมการดูแลรักษาสุขภาพของตนเองโดยใช้สมุนไพร การแพทย์พื้นบ้าน การนวดไทย ในระดับบุคคล ครอบครัว และชุมชน ให้เป็นไปอย่างถูกต้องเป็นระบบสามารถปรับประสานการดูแลสุขภาพแผนปัจจุบัน

2. ความสำคัญในด้านเศรษฐกิจ

พืชสมุนไพรเป็นพืชเศรษฐกิจชนิดหนึ่ง สมุนไพรหลายชนิดส่งออกเป็นรูปของวัตถุดิบได้แก่ กระวาน ขมิ้นชัน เร่ว เปล้าน้อยและมะขามเปียกเป็นต้น ซึ่งตลาดต่างประเทศยังคงมีความต้องการสมุนไพรเหล่านี้อีกมาก กรมวิชาการเกษตร กรมส่งเสริมการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ให้ความสนใจและมีโครงการวิจัยบรรจุไว้ในแผนพัฒนาระบบการผลิต การตลาดและการสร้างงานในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ ฉบับที่ 6 (พ.ศ.2530-2534) เพื่อหาความเป็นไปได้ในการพัฒนาคุณภาพและแหล่งปลูกสมุนไพรเพื่อส่งออก

หน่วยงานอื่นๆที่เกี่ยวข้องเช่นกระทรวงพาณิชย์ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ควรมีนโยบายสนับสนุนเพื่อให้สามารถส่งออกยาสมุนไพรไทยและอาหารเสริมบำรุงร่างกายดูแลสุขภาพ หรืออย่างน้อยก็เป็นสารสกัดเพื่อให้ได้มูลค่าเพิ่มมากกว่าการส่งออกสมุนไพรเป็นวัตถุดิบ

การอบแห้งสมุนไพร

การอบแห้งสมุนไพรเริ่มต้นจากการใช้แสงอาทิตย์ซึ่งไม่สามารถควบคุมคุณภาพการอบได้เนื่องจากไม่สามารถควบคุมธรรมชาติได้ แสงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงตามเวลา ฤดูกาล สภาพอากาศเปลี่ยนแปลงจากเมฆหมอก ฝน ควันจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง รถยนต์ และอื่นๆ เมื่อผลิตเป็นจำนวนมากจึงจำเป็นต้องใช้ตู้อบซึ่งอาจใช้ไฟฟ้า ก๊าซหุงต้ม หรือไอน้ำเป็นแหล่งความร้อนสำหรับการอบแห้ง ซึ่งสามารถควบคุมตัวประกอบต่างๆได้ดีกว่ารวมทั้งการควบคุมเวลา

หลักการอบแห้งคือการให้พลังงาน(ความร้อน)กับน้ำในสมุนไพรเพื่อให้น้ำมีพลังงานพอที่จะสามารถหลุดจากแรงดึงดูดของสมุนไพรออกมาที่ผิวและกลายเป็นไอลอยออกไป โดยใช้อากาศเป็นตัวกลางพาความร้อนมาให้สมุนไพรและรับไอ(ตวามชื้น)ออกจากผิวสมุนไพร ตู้อบแห้งจึงเรียกว่าตู้อบลมร้อน(Hot air dryer)

เตาอบลมร้อนมีการทำงานตามรูปที่ 1.ใช้พัดลมส่งอากาศผ่านแหล่งความร้อนทำให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นและมีความชื้นสัมพัทธ์ลดลง อากาศร้อนเมื่อเข้าเตาอบจะคายความร้อนให้เตาและสมุนไพรทำให้อุณหภูมิอากาศลดลง และรับความชื้นจากสมุนไพรทำให้ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศเพิ่มขึ้น จากนั้นปล่อยอากาศที่รับความชื้นจากสมุนไพรแล้วทิ้งไปทำให้สูญเสียความร้อน ประสิทธิภาพต่ำ ถ้าอากาศมีอุณหภูมิสูงเกินไปไม่สมดุลกับอัตราการถ่ายเทน้ำมาที่ผิว น้ำจะกลายเป็นไอในเนื้อวัตถุดิบขยายตัวทำให้โครงสร้างวัตถุดิบเสียหาย และอาจทำลายคุณค่าทางยาของสมุนไพร

รูปที่ 1. การทำงานของเตาอบลมร้อน

การอบแห้งด้วยสุญญากาศ เตาอบแห้งต้องมีโครงสร้างที่ทนความดันภายนอกได้ เตาขนาดใหญ่มีปริมาตรมากต้องใช้ปั๊มสุญญาก่ศขนาดใหญ่จึงมีเคาอบมีราคาแพง เมื่อภายในเตาอบมีความดันสุญญากาศน้ำในสมุนไพรจะมีพลังงานหลุดมาที่ผิวได้แต่ถ้าจะเป็นไอจะต้องมีความร้อนพอสำหรับการเปลี่ยนสถานะจึงต้องมีความร้อนเติมให้สมุนไพร เมื่อเป็นไอแล้วปั๊มสุญญากาศจึงจะดูดออกไปได้ จึงมีค่าใช้จ่ายในการอบแห้งสูง

วิธีการสกัดสมุนไพรพื้นฐาน

การสกัดสมุนไพรเป็นกระบวนการแรกเพื่อเตรียมสารตัวยาเพื่อไปทำผลืตภัณฑ์อื่นๆต่อไป คุณค่าทางยา ประสิทธิภาพและคุณภาพของยาขึ้นอยู่กับวิธีการสกัดซึ่งสรุปคร่าวๆได้ดังต่อไปนี้

- Maceration บดหรือสับวัตถุดิบพอประมาณใส่ในภาชนะแช่ในสารทำละลาย(อัตราส่วน 1/10) ประมาณอย่างน้อย 3วัน(3–7วัน)กวนเป็นระยะจนละลาย ส่วนที่เหลือนำไปบีบ ของเหลวทั้งหมดเอาไปกรองหรือเหวียงเพื่อแยกกาก ส่วนที่เหลือจากการบีบนำไปทำอีกรอบจนแน่ใจว่าตัวยาหมด

- Percolation บดหรือสับวัตถุดิบให้ละเอียดเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวแช่ให้ชุ่มด้วยสารทำละลาย4ชม.แล้วใส่ในภาชนะ(percolator) ด้านบนของชั้นวัตถุดิบวางแผ่นกรองทับด้วยทร่ยสอาดเพื่อใช้กระจายสารทำละลาย เติมสารทำละลายช้าๆจนท่วมชั้นทรายทิ้งไว้24ชม. เปิดให้สารละลายออกทางด้านล่างช้าๆในอัตราคงที่พร้อมทั้งเติมสารทำละลายใหม่รักษาระดับสารทำละลายในถัง จนได้ผลผลิต75% ตรวจสอบตัวยาในวัตถุดิบ บีบส่วนที่เหลือัพิ่อเอาสารละลายที่ค้างมาผทสมที่ได้จากถังแล้วเติมด้วยสารทำละลายเพื่อให้ได้ปริมาตรที่ต้องการ

- Infusion ใช้กับวัตถุดิบที่อ่อนและมีตัวยาที่ละลายน้ำได้ง่าย ภาขนะใส่น้ำมีชั้นสำฟรับใส่วัตถุดิบ เติมน้ำให้ท่วมวัตถุอิบ คนเป็นระยะๆ

- Digestion เพิ่มความร้อนในกระบวนการmaceration และเพิ่มความดัน ความร้อนจะเพิ่มประสิทธิภาพของสารทำละลาย

- Decoction แยกด้วยการผสมน้ำในอัตราส่วนที่เหมาะสมเช่น 1:4 หรือ 1:16 ต้มจนเดือดเป็นเวลาที่ทดลองไว้(ประมาณ15นาที) และเคี่ยวจนเหลือปริมาตร ¼ ของปริมาตรเริ่มต้น จากนั้นจึงกรองก่อนนำไปใช้

การเลือกวิธีการสกัดสมุนไพร

ตัวประกอบที่ควรพิจารณาเพื่อการเลือกวิธีการสกัดสมุนไพรประกอบด้วย

1. ลักษณะโดยธรรมชาติของสมุนไพร

ลักษณะโดยธรรมชาติของสมุนไพร วิธีการสกัด

แข็ง percolation

อ่อน maceration

Unorganized maceration ไม่ใช้ percolationเพราะอาจตัน

2. สมุนไพรมีราคาแพงใช้ percolation เพราะต้องมีต้นทุนการเตรียมขนาดด้วย ถ้าราคาถูกจะใช้ maceration

3. ความเสถียรของยา ไม่ควรใช้ความร้อนอย่างต่อเนื่องถ้ามีตัวยาที่เสื่อมสภาพจากความร้อน

4. Therapeutic value ของสมุนไพร เมื่อมีค่าสูงจะต้องใช้เป็นปริมาณมากจึงจะเป็นพิษจึงมีความปลอดภัยมากกว่าสมุนไพรที่มีค่าต่ำ สมุนไพรที่มีค่าสูงควรสกัดด้วยpercolation ค่าน้อยควรใช้maceration

5. ธรรมชาติของสารทำละลาย สามารถใช้น้ำกับmaceration ถ้าเป็นสารระเหยควรใช้กับpercolation

6. ความเข้มข้นของผลผลิต ถ้าเป็นสารละลายเจือจางเช่นทิงเจอร์ใช้maceration หรือpercolation ถ้าต้องการเข้มข้นใช้percolation หรือ reserved percolation

ตารางที่ 1.เปรียบเทียบการสกัดสมุนไพรแบบMacerationและDecoction

ตารางที่ 2.เปรียบเทียบการสกัดสมุนไพรด้วยวืธีต่างๆ

พัฒนาการสกัดสมุนไพร

สำหรับการผลิตที่ต้องสกัดเป็นปริมาณมาก ให้มีตวามเข้มข้นมากขึ้นจึงมีการปรับปรุงวิธีการสกัดดังต่อไปนี้

- Circulatory Extraction เพิ่มประสิทธิภาพของMacerationด้วยการใช้ปั๊มหมุนเวียนสารทำละลายและกระจายผ่านวัตถุดิบเพื่อไม่ให้สารละลายอิ่มตัวเฉพาะที่สัมผัสสมุนไพร การสกัดจึงใช้เวลาน้อยลง

รูปที่ 2.Circulatory Extraction

- Multi Stage Extraction เพื่อเร่งเวลาการสกัดปริมาณมากๆ การสกัดแต่ละครั้งจะทำ3รอบตามจำนวนถังเพิ่อให้ได้ตัวยาทั้งหมด เมื่อหมุนเวียนตามเวลาจะถ่ายสารละลายมาที่ถังแรกแล้เติมสารทำละลายใหม่ หมุนเวียนแล้วถ่ายมาเก็บถังต่อไป เมื่อครบ3รอบใส่สมุนไพรใหม่ใช้สารละลายจากถังแรกซึ่งจะมีความเข้มข้นมากที่สุดมาหมุนเวียนก่อนนำไปบรรจุ ใช้สารละลายจากถังที่2มาหมุเวียนแล้วนำมาเก็บถังแรก

รูปที่ 3.Multi Stage Extraction

- Extraction Battery ปรับปรุงจากMulti Stage Extraction โดยให้ทุกถังใส่สมุนไพรเป็นถังสกัดทั้งหมดโดยถ่ายสารละลายเป็นขั้นตอนทำให้ได้ผลผลิตเป็น3เท่าเป็นอย่างน้อย โดยเป็นการทำงานแบบต่อเนื่องใส่วัตถุดิบทีละถังและย้ายสารละลายจากถังอื่นมาตามลำดับ ทุกถังจะมีสมุนไพรและย้ายสารละลายมาเท่ากับสกัด3ครั้งทุกถังตามรูปที่ 4.

รูปที่ 4.-Extraction Battery

- Continuous Extractor พัฒนาจากPercolatorในห้องปฏิบัติการ ส่วนบนใส่วัตถุดิบบดละเอียด ความดันในภาชนะเป็นสูญญากาศเพื่อให้สารทำละลายด้านล่างเปลี่ยนสถานะเป็นไอได้ง่ายโดยให้ความร้อนแก่สารละลายด้านล่าง สารทำละลายระเหยจะกลายเป็นไอลอยขึ้นไปคายความร้อนให้สมุนไพรกลายเป็นของเหลวละลายตัวยาในวัตถุดิบ ไออีกส่วนลอยไปกลั่นตัวในคอนเดนเซอร์ไหลมากระจายด้านบนของวัตถุดิบไหลลงมาแบบPercolation ตกไปที่ด้านล่างร่วมกับสารละลายที่ไอคายความร้อนให้วัตถุดิบโดยตรงเพื่อรับความร้อนกลายเป็นไอวนเวียนทำให้ของเหลวด้านล่างมีความเข้มข้นมากขึ้นจนถึงจุดสมดุลระหว่างวัตถุดิบกับสารละลาย ปริมาณของสารทำละลายละลายจึงต้องมากพที่จะดึงตัวยาจากสมุนไพรได้หมด

รูปที่ 5.Continuous Extractor

การปรับความเข้มข้น

สารละลายจากการสกัดจะปรับความเข้มข้นเพื่อใช้ในกระบวนการต่อไปด้วยการระเหยสารทำละลายออก การระเหยที่ดีจะต้องเพิ่มความเข้มข้นจนเป็นครีมได้ ถ้าตัวยาสามารถระเหยได้ง่ายหรือเสื่อมสภาพด้วยความร้อนจะต้องพิจารณาเรื่องอุณหภูมิและเวลาที่ใช้ระเหยเป็นพิเศษเพื่อคุณภาพของตัวยา จึงควรระเหยในความดันต่ำกว่าบรรยากาศ(Vacuum Evaporation) ถ้าไม่กำหนดค่าเป็นพิเศษไม่ควรใช้อุณหภูมิสูงกว่า 55 ซ.

เมื่อใช้น้ำเป็นสารทำละลาย การระเหยน้ำออกที่อุณหภูมิ 55 ซ. อุณหภูมิแตกต่างของสารละลาย 4 ซ.(ขึ้นกับการออกแบบ) ความดันน้ำในถัง 12.9759 kPa (ตามตารางที่ 3.ความดันอิ่มตัวที่อุณหภูมิน้ำ 51 ซ.) เมื่อทำสุญญากาศจะยังมีอากาศเหลืออยู่ในถังระเหย ต้องคุมความดันในถังให้ต่ำกว่าความดันอิ่มตัวของน้ำตลอดเวลา

ตารางที่ 3. คุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกของน้ำอิ่มตัว (2005 ASHRAE Handbook, Fundamentals, chapter 6)

โรงงานที่มีหม้อไอน้ำจะใช้ไอน้ำเป็นแหล่งความร้อนให้กับเครื่องระเหยน้ำ รูปที่ 5.ไอน้ำจะปรับลดความดันเป็นไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิที่ต้องการเพื่อให้พลังงานแก่น้ำในของเหลวให้ระเหยกลายเป็นไอ ของเหลวจะมีความเข้มข้นมากขึ้น ไอน้ำที่คายความร้อนแล้วจะกลายเป็นน้ำเรียกว่าคอนเดนเซทและระบายทิ้งไป

รูปที่ 6. ถังระเหยน้ำด้วยไอน้ำ (Steam evaporator)

ถ้าใช้อัลกอฮอร์เป็นสารทำละลายสำหรับการสกัดตัวยาสมุนไพรสามารถใช้ถังระเหยแยกอัลกอฮอร์กลับมาใช้สำหรับการสกัดในครั้งต่อไปได้

การเตรียมผงสมุนไพร

การผลิตยาผงสมุนไพรอาจทำได้หลายวิธีขึ้นกับปริมาณตัวยาที่ใช้มีปฏิกริยาทีให้ผลเพียงพอตามความต้องการหรือไม่ อาจบดจากสมุนไพรอบแห้ง หรือผลิตจากสารละลายที่สกัดตัวยามาแล้วด้วยการล่ารทำละลายออกให้เหลือแต่ตัวยาซึ่งมีหลายวิธีได้แก่

- Freeze dry เนื่องจากจุด triple point ของน้ำอยู่ที่อุณหภูมิ 0.01 ซ. ความดัน 0.61 kPa เมื่อทำให้สารละลายแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่า triple point แล้วนำเข้าในภาขนะที่ควบคุมให้ความดันต่ำกว่า 0.61 kPa น้ำแข็งจะระเหิด(sublimate)เป็นไอออกจากสารละลายแล้วจึงนำไปบดเป็นผง เหมาะสำหรับตัวยาที่ไวต่ออุณหภูมิ การระเหิคต้องใช้ความร้อนประมาณ 2,840kJ/kg จึงมีค่าใช้จ่ายในการทำงาน และราคาเครื่องสูงกว่าเครื่องอบแห้งสุญญากาศ ต้องใช้กับตัวยาที่มีราคาแพง

- Spray dry พ่นสารละลายที่มีความเข้มข้นคงที่ผ่านอากาศร้อนเพื่อให้สารละลายกลายเป็นไอทันทีเหลือเป็นผงยาลอยไปกับอากาศ ซึ่งจะนำไปแยกด้วยไซโครน เหมาะสำหรับตัวยาที่ทนต่ออุณหภูมิเพราะต้องใช้อุณหภูมิสูงเพื่อระเหยน้ำทำให้ตัวยากลายเป็นผงลอยไปพร้อมกับอากาศซึ่งยังคงมีอุณหภูมิสูงทำให้มีความร้อนสูญเสียมากค่าใช้จ่ายในการทำงาน และราคาเครื่องสูงปานกลาง ต้องใช้กับตัวยาที่มีราคาแพง

- Dehumidifier สามารถไล่น้ำออกจากสารละลายโดยใช้หลักการเดียวกับเตาอบแห้งคือใช้อากาศให้ความร้อนและพาความขื้นออกจากสารละลาย โดยใช้อุณหภูมิปานกลางทำให้ระยะเวลาการทำงานมากกว่าแบบก่อนหน้านี้ มีค่าใช้จ่ายปานกลาง และมีราคาต้นทุนต่ำกว่า สารละลายจะถูกใส่ในถาด เมื่อแห้งแล้วจึงนำไปบด

สารละลายที่ได้จากการสกัดสมุนไพรจะต้องปรับความเข้มข้นเพราะถ้ามีน้ำในสารละลายมาก การผลิตยาผงก็จะมีค่าใช้จ่ายมากเพื่อไล่น้ำออก

หลักการทำงานของฮีทปั๊ม

ฮีทปั๊มมีการทำงานและอุปกรณ์เหมือนเครื่องปรับอากาศ อุปกรณ์หลักประกอบด้วย คอยล์เย็น คอยล์ร้อน คอมเพรสเซอร์และเอ็กซ์แปนชั่นวาล์ว คอมเพรสเซอร์ทำหน้าที่อัดไอสารทำความเย็นในจากคอยล์เย็นซึ่งมีความดันและอุณหภูมิต่ำให้มีความดันและอุณหภูมิสูงส่งไปที่คอยล์ร้อนซึ่งจะระบายความร้อนให้ตัวกลางเพื่อนำไปใช้งาน ไอสารทำความเย็นเปลี่ยนเป็นของเหลวทีมความดันและอุณหภูมิสูง เอ็กซ์แปนชั่นวาล์วลดความดันสารทำความเย็นเหลวให้มีความดันและอุณหภูมิต่ำลงก่อนเข้าคอยล์เย็นเพื่อนำความเย็นตัวกลางอีกชุดหนึ่งเพื่อนำไปใช้งาน สารทำความเย็นเหลวจะเปลี่ยนเป็นไอที่มีความดันและอุณหภูมิต่ำ และถูกคอมเพรสเซอร์อัดวนเวียนในวงจรตลอดการทำงานของเครื่อง

การเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นที่คอยล์เย็นและคอยล์ร้อนจะดึงและคายความร้อนแฝงเพื่อการเปลี่ยนสถานะ ปริมาณความร้อนมากกว่าพลังงานที่คอมเพรสเซอร์ใช้สำหรับอัดส่งสารทำความเย็นมาก ฮีทปั๊มจึงเป็นเครื่องจักรประเภทเดียวที่ให้ความร้อนมากกว่าพลังงานที่ใช้และได้ความเย็นมาพร้อมกันเป็นผลพลอยได้ ประสิทธิภาพCOP (Coefficient of Performance) หรือสัมประสิทธิการทำงาน คืออัตราส่วนของความร้อนที่ได้ต่อพลังงานไฟฟ้าที่ใช้จึงมีค่ามากกว่า 1 เท่า และมีค่าแปรผันกลับกับผลต่างของอุณหภูมิของคอยล์เย็นและคอยล์ร้อน ซึ่งในช่วงอุณหภูมิที่ใช้ในประเทศเราสามารถออกแบบให้มีค่าเท่ากับ 3 ขึ้นไป

รูปที่ 7.ซ้าย แผนผังอุปกรณ์การทำงานของฮีตปั๊ม เพิ่มคอยล์ร้อนเสริมเพื่อให้ระบายความร้อนได้มากยิ่งขึ้น รูปที่ 7.ขวาเขียนวงจรการทำงานของฮีทปั๊มเมื่อเขียนบน PH diagram เมื่อเพิ่มการระบายความร้อนทำให้สามารถขยายคอยล์เย็นให้ใหญ่ขึ้นและเพิ่มความเย็นได้มากขึ้น ความร้อนที่นำไปใช้คือความร้อนจากคอยล์ร้อน ส่วนความร้อนจากคอยล์ร้อนเสริมนั้นทิ้งไป สามารถออกแบบให้ฮีตปั๊มให้ความร้อนและความเย็นเท่ากันได้ทำให้ฮีตปั๊มมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ปัจจุบันด้านร้อนสามารถทำน้ำร้อนได้ถึง 90 ซ.ส่วนด้านเย็นสามารถทำน้ำเย็นได้ถึง 5 ซ.และถ้าใช้น้ำผสมไกลคอลจะสามารถทำอุณหภูมิได้ต่ำกว่าศูนย์ จึงสามารถเพิ่มการใช้ฮีตปั๊มในกระบวนการต่างๆได้มากยิ่งขึ้น

รูปที่ 7. วงจรการทำงานของสารทำความเย็นและอุปกรณ์ของฮีทปั๊ม

การใช้ฮีทปั๊มกับยาสมุนไพร

การผลิตยาสมุนไพรมีการใช้ความร้อนในทุกขั้นตอน ตั้งแต่การอบแห้ง การสกัด การปรับความเข้มข้นของสารละลายและการเก็บสารทำละลายกลับมาใช้ และการเตรียมผงยาสมุนไพรตามที่กล่าวไว้ข้างต้น

แหล่งความร้อนในโรงงานที่มีหม้อไอน้ำคือเชื้อเพลิงที่ใช้ผลิตไอน้ำ ไอน้ำที่มีความดันและอุณหภูมิสูงจะถูกส่งมาที่จุดใช้งาน อุณหภูมิไอน้ำจะต้องสูงกว่า 100 ซ. เพื่อให้สามารถขับคอนเดนเซทออกจากภาชนะให้ความร้อนได้ การควบคุมอุณหภูมิต่ำกว่า 100 ซ.จึงทำได้ยาก หม้อไอน้ำมีความร้อบสูญเสียจากการเผาไหม้ ปล่องไอเสีย น้ำคอนเดนเซทและอื่นๆ และมีข้อควรระวังในเรื่องความปลอดภัยจึงมีค่าใช้จ่ายสูง เมื่อต้องการระบายความร้อนจะต้องมีเครื่องทำความเย็นและ/หรือหอผึ่งน้ำเพิ่มขึ้นอีก

ฮีตปั๊มเหมาะสำหรับเป็นแหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำกว่า 100 ซ.และได้ความเย็นมาใช้ระบายความร้อนหรือปรับอากาศแล้วแต่ความต้องการ จึงเหมาะสำหรับการผลิตยาสมุนไพรมาก สามารถใช้ได้ในทุกขั้นตอนของการผลิต มีค่าใช้จ่ายน้อย ราคาถูก การควบคุมทำได้ง่าย แม่นยำ ประหยัดพลังงานและช่วยลดปัญหาโลกร้อน

การอบแห้ง เตาอบแห้งฮีตปั๊มสำหรับงานสมุนไพรควรเป็นแบบปิด(ศึกษาเพิ่มเติมได้จากบทความเรื่อง”ออกแบบเตาอบฮีตปั๊มแบบปิด”) ซึ่งสามารถอบแพ้งที่อุณหภูมิต่ำได้ อากาศหมุนเวียนอยู่ภายในตู้ ไม่มีสิ่งแปลกปลอมจากภาสนอกเข้ามาปนเปื้อน ประสิทธิภาพสูง รูปที่ 8. แสดงวงจรการทำงานของเตาอบฮีตปั๊มแบบปิด ซึ่งมีคอยล์ร้อนเสริม และอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในวงจรอากาศ เพิ่มการดึงน้ำจากคอยล์เย็นให้เท่ากับหรือมากกว่าความชื้นที่วัสดุคายออกมาทำให้ความชื้นในเตาลดลง และสามารถควบคุมอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ในเตาอบแห้งเข้าสู่สภาวะสำหรับการอบแห้งได้เร็ว

รูปที่ 8. ลักษณะของเตาอบฮีตปั๊มแบบปิดที่ติดตั้งอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน

จากตารางที่ 4.จะเห็นได้ว่าการอบแห้งด้วยเตาอบฮีตปั๊ม(HPD drying)มีประสิทธิภาพสูงที่สุด ค่าใช้จ่ายในการอบต่ำสุด เมื่อเทียบกับเตาอบแบบอื่นๆ ซึ่งคำจำกัดความของค่าต่างๆในตารางมีดังต่อไปนี้

- สัมประสิทธิการดึงน้ำ ( Specific Moisture Extraction Rate, SMER ) คือความสามารถของตู้อบที่สามารถดึงน้ำออกได้/หน่วยพลังงาน มีหน่วยเป็น กก.น้ำ/กิโลวัตต์,ชั่วโมง

- สัมประสิทธิการใช้พลังงาน ( Specific Power Consumption, SPC ) คือพลังงานที่ใช้/หน่วยน้ำหนักน้ำที่ดึงออก มีหน่วยเป็น กิโลวัตต์ชั่วโมง/กก.น้ำ )

- ประสิทธิภาพการอบแห้ง ( Drying Efficiency ) คืออัตราส่วนพลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะของน้ำที่ดึงออก/พลังงานที่ใช้ทั้งหมด มีหน่วยเป็น %

ตารางที่ 4.เปรียบเทียบการทำงานของเตาอบฮีตปั๊ม(heat pump dehumidifier (HPD) กับการอบแห้งด้วยสุญญากาศและเตาอบลมร้อน

การสกัด การสกัดด้วยวิธี Decoction สิ้นเปลืองพลังงานมากและอาจทำให้ตัวยาเสื่อมคุณภาพเพราะใช้ความร้อนต้มจนเดือด จึงใช้ฮีตปั๊มให้ความร้อนติดตั้งกับอุปกรณ์Circulatory Extractionเพื่อการสกัดแบบDigestionตามรูปที่ 9.โดยใช้อุณหภูมิไม่สูง ทำให้การสกัดเร็วขึ้นกว่าCirculatory Extraction

รูปทึ่ 9.สกัดแบบDigestion โดยใช้ฮีตปั๊มเป็นแหล่งความร้อน ติดตั้งฮีตปั๊มให้ความร้อนกับCirculatory Extraction

การปรับความเข้มข้นของสารละลายและการเก็บสารทำละลายกลับมาใช้ สามารถใช้เครื่องระเหยน้ำด้วยฮีทปั๊มตามรูปที่ 10.(ศึกษาเพิ่มเติมจากบทความเรื่อง “Heat pump vacuum evaporator”) ประกอบด้วย เครื่องทำสุญญากาศที่ดึงอากาศออกเพื่อให้ภายในระบบมีความดันสุญญากาศ ถังของเหลวควบคุมการจ่ายของเหลวเข้าระบบคอยล์ร้อนของฮีทปั๊มให้ความร้อนแก่ของเหลวจนมีอุณหภูมิที่ต้องการสำหรับการระเหยน้ำ ถังระเหยเป็นถังสุญญากาศซึ่งของเหลวที่มีอุณหภูมิที่ต้องการเมื่อจ่ายเข้าไปขะระเหยน้ำออกมา ถังควบแน่นทำหน้าที่ควบแน่นน้ำออกจากถังระเหยโดยใช้คอยล์เย็นของฮีตปั๊ม น้ำที่ควบแน่นจะใช้เครื่องสูบน้ำดูดออกมาจากระบบ เครื่องสูบน้ำสำหรับหมุนเวียนของเหลวที่ถังระเหยจะทำหน้าที่ดึงของเหลวออกจากถังระเหยเมื่อได้ตวามเข้มข้นตามต้องการ อุปกรณ์อื่นๆของฮีทปั๊มได้แก่คอมเพรสเซอร์ เอ็กซ์แปนด์ชั่นวาล์ว คอยล์ร้อนเสริมและพัดลม

รูปที่ 10.เครื่องระเหยน้ำฮีตปั๊ม (Heat pump vacuum evaporator)

การเตรียมผงสมุนไพร การเตรียมผงสมุนไพรทุกวิธีการต้องการความร้อนสำหรับการเปลี่ยนสถานะของน้ำทั้งสิ้น ปริมาณความร้อนที่ใช้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของของเหลวที่นำมาเตรียม การใช้ฮีตปั๊มเตรียมผงสมุนไพรมีหลักการทำงานเหมือนเตาอบแห้งฮีตปั๊มแบบปิดนั่นเอง ของเหลวที่จะนำมาเตรียมผงจะใส่ถาดให้เป็นชั้นบางๆ ต้องการเตรียมผงที่อุณหภูมิเท่าไร จะต้องออกแบบให้ได้อากาศแห้งมีอุณหภูมิสูงกว่าเพื่อให้ความร้อนถ่ายเทให้ของเหลวได้โดยที่ของเหลวมีอุณหภูมิตามต้องการโดยใช้อุณหภูมิของเหลวมาคุมการทำงานของฮีตปั๊ม

เมื่อยาในถาดแห้งแล้วจึงนำมาบดเป็นผงซึ่งจะต้องเลือกวิธีการที่ไม่ทำให้เกิดความร้อนมากและบดในสภาพแวดล้อมห้องที่ควบคุมความชื้นเพื่อป้องกันไม่ให้ผงยาดูดความชื้นกลับเข้าไป

รูปที่ 11.เตาอบแห้งฮิตปั๊มสำหรับเตรียมผงสมุนไพร

บทส่งท้าย

การผลิตยาสมุนไพรใช้ความร้อนอุณหภูมิไม่สูง บางกระบวนการถึงจะใช้อุณหภูมิสูงก็สามารถทดแทนด้วยอุปกรณ์ที่ใช้อุณหภูมิไม่สูงนักได้ ในห้องผลิตควรใช้ความเย็นเพื่อควบคุมสภาวะอากาศ ควบคุมความสอาด และความความสุขสบายของคนงาน การใช้หม้อไอน้ำหรือหม้อน้ำร้อนมีความร้อนสูญเสียมาก มีค่าใช้จ่ายได้แก่ ค่าเชื้อเพลิง ค่าซ่อมแซมดูแลรักษา ค่าตรวจสอบความปลอดภัย จึงต้องมีอุปกรณ์ระบายความร้อนและเครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่สำหรับความเย็นที่ต้องการ เพิ่มต้นทุนและค่าใช้จ่าย

ฮีตปั๊มสามารถใช้เป็นแหล่งความร้อนใช้ในกระบวนการต่างๆได้ทั้งหมด ทำให้สามารถใช้แทนหม้อไอน้ำได้มีต้นทุนโดยรวมใกส้เคียงกันกับหม้อไอน้ำและอุปกรณ์ แต่มีค่าใช้จ่ายทั้งหมดต่ำกว่ามาก มีความปลอดภัยสูง และได้ความเย็นฟรีสำหรับใช้ในกระบวนการเตรียมยาและงานปรับอากาศ ลดค่าใช้จ่าย ลดงานซ่อมแซมบำรุงรักษา และขนาดเครื่องปรับอากาศ

สามารถใช้ฮีตปั๊มทำน้ำร้อนและน้ำเย็นส่วนกลางเพื่อจ่ายให้อุปกรณ์ในกระบวนการต่างๆ ซึ่งจะทำให้สามารถควบคุมการทำงานของแต่ละอุปรณ์ได้ง่ายและแม่นยำกว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้ฮีตปั๊มในแต่ละอุปกรณ์ สามารถใช้น้ำเย็นสำหรับกระบวนการและใช้งานปรับอากาศได้มากกว่าซึ่งจะอธิบายในบทความต่อไป