中藥殘?jiān)闹饕煞峙c資源化再利用-生物制藥論文-生物學(xué)論文

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摘要：隨著近年來(lái)政策的推動(dòng)和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,中藥越來(lái)越多地被開(kāi)發(fā)和利用;與此同時(shí),中藥渣的排放量也日益增大。傳統(tǒng)的中藥渣處理方法多采取堆積、焚燒以及掩埋的方式,不僅影響生態(tài)環(huán)境,而且造成中藥渣資源的極大浪費(fèi)。近年來(lái),中藥渣的資源化利用引起了廣泛的關(guān)注。本文中,筆者綜述近3年來(lái)中藥渣在農(nóng)業(yè)種植、畜牧業(yè)養(yǎng)殖和環(huán)境修復(fù)等多方面的應(yīng)用,并對(duì)中藥渣的幾種主要資源化利用方式進(jìn)行了總結(jié),最后對(duì)中藥渣的進(jìn)一步利用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：中藥渣;資源化利用;深加工;生物農(nóng)業(yè);畜牧業(yè);

ValorizationofChinesemedicineresidue-areview

YUANQiLIWeidongZHENGYanpingJINJunjieLIShuang

CollegeofBiotechnologyandPharmaceuticalEngineering,NanjingTechUniversityJiangsuHaishengPharmaceuticalCompany

Abstract：WiththerapiddevelopmentoftraditionalChinesemedicine,thedischargeofChinesemedicineresidueisincreasinginthemeantimeandcausesapotentialenvironmentproblem.Atpresent,thetreatmentonChinesemedicineresidueisstillstacking,incineration,andlandfill,toformpollutionstotheenvironment.Here,wereviewtheapplicationofChinesemedicineresidueinagriculture,animalhusbandryandindustry,tobrieflyelucidatethevalorizationpotentialofChinesemedicineresidue.

中藥渣是中藥提取活性成分后的殘留物,隨著近幾年國(guó)內(nèi)外中藥產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,中藥渣的排放量也日益上升,據(jù)統(tǒng)計(jì),中藥渣的年排放量可達(dá)3000萬(wàn)t[1]。中藥渣經(jīng)一次提取后,其活性成分約剩余30%殘留在藥渣中[2]。中藥渣含有豐富的木質(zhì)素、纖維素、半纖維素以及大量的多糖、蛋白質(zhì)和氨基酸等生物活性物質(zhì),同時(shí),藥渣中有多種微量元素,包括氮、磷、鎂、鐵和鋅等[3]。一般處理中藥渣的方式包括堆積、焚燒和掩埋等,這不僅會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染,也會(huì)造成中藥渣資源的極大浪費(fèi)。所以,對(duì)中藥渣進(jìn)行深加工和資源化利用尤為重要。目前,對(duì)中藥渣的資源化利用主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)種植利用(包括食用菌種植和堆肥)、養(yǎng)殖業(yè)飼料利用(作為飼料添加劑或發(fā)酵產(chǎn)蛋白飼料)以及工業(yè)利用(包括造紙、土壤修復(fù)、廢水處理、熱解氣化、產(chǎn)沼氣以及酶解獲得可發(fā)酵糖等)。本文中,筆者重點(diǎn)綜述近3年來(lái)的中藥渣資源化利用的相關(guān)工作,對(duì)資源化利用方式進(jìn)行分類(lèi)闡述,并對(duì)中藥渣的深加工開(kāi)發(fā)方向進(jìn)行展望。

1中藥渣的主要成分及其利用現(xiàn)狀

1.1中藥渣的主要成分

通常,植物藥為中藥的主要成分。黎智華等[4]對(duì)市場(chǎng)中6種常見(jiàn)的藥渣進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),中藥渣中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富,為進(jìn)一步加工和利用奠定了基礎(chǔ)。

表1中藥渣的主要?dú)埩舫煞謱?dǎo)出到EXCEL

Table1MaincomponentsofChinesemedicineresidue

%

1.2中藥渣的利用現(xiàn)狀

中藥渣的主要來(lái)源是一些中藥制劑公司以及醫(yī)院煎藥房等。據(jù)統(tǒng)計(jì),在各類(lèi)中藥生產(chǎn)過(guò)程中,藥渣的年排放量達(dá)到3000萬(wàn)t,其中,中成藥藥渣占總藥渣的比例高達(dá)70%[1]。人們也認(rèn)識(shí)到中藥渣的堆積問(wèn)題日益嚴(yán)重,雖然有一些企業(yè)嘗試將中藥渣進(jìn)行加工再利用,但是更多的企業(yè)仍然選擇直接排放廢棄藥渣,如果用簡(jiǎn)單的堆積或焚燒來(lái)處理中藥渣,不僅是對(duì)中藥渣資源的浪費(fèi),還嚴(yán)重污染了環(huán)境。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境監(jiān)管力度的日益加大,中藥渣的排放必須得到有效的治理[2]。

2中藥渣的資源化利用方式

2.1農(nóng)業(yè)種植利用

2.1.1生物有機(jī)肥

中藥渣既含有大量微量元素、蛋白質(zhì)和纖維素,又具有通氣性好且質(zhì)輕的特點(diǎn),因此可用來(lái)改善土壤的通透性,是一種優(yōu)質(zhì)的輕基質(zhì)原料和有機(jī)肥;與工業(yè)化肥相比,用它作為肥料不會(huì)產(chǎn)生土壤板結(jié)和土質(zhì)退化等問(wèn)題,同時(shí)它還具有節(jié)水增肥的特點(diǎn),更不需要進(jìn)行原料粉碎,操作簡(jiǎn)便的同時(shí)可降低生產(chǎn)成本[1]。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),每年有大量的秸稈產(chǎn)生,利用中藥渣和秸稈共同發(fā)酵,待其腐爛分解后,用作生物肥料,可以增強(qiáng)土壤肥力。夏文靜等[5]以中藥渣、玉米秸稈、麩皮和水按不同比例,用平菇來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥,發(fā)酵結(jié)束后基質(zhì)中氮磷鉀的總含量為5.51%,有機(jī)質(zhì)含量是49.66%,此結(jié)果證明:用平菇對(duì)中藥渣進(jìn)行發(fā)酵,可以生產(chǎn)有機(jī)肥,實(shí)現(xiàn)中藥渣的無(wú)害化處理。萬(wàn)燕等[6]利用婦科千金片生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的藥渣發(fā)酵制備有機(jī)肥,該有機(jī)肥能有效促進(jìn)半夏出芽,顯著增半夏質(zhì)量。陳美蘭等[7]采用盆栽的方法研究了丹參、麥芽、連翹、白術(shù)、丹皮及苦參等藥渣發(fā)酵后的有機(jī)肥對(duì)紫蘇生長(zhǎng)及有效成分的影響,結(jié)果表明:不同種類(lèi)的中藥渣均能促進(jìn)紫蘇生長(zhǎng),且均能改善根系結(jié)構(gòu),增加葉片面積,提高紫蘇酚類(lèi)物質(zhì)的積累量。周林山等[8]以甘藍(lán)型油菜為供試品種,研究黃芪藥渣生物有機(jī)肥對(duì)油菜的影響,結(jié)果表明:黃芪藥渣生物有機(jī)肥在油菜種植中肥效達(dá)到了無(wú)機(jī)肥或市售生物有機(jī)肥的水平,同時(shí)有利于提高油菜籽品質(zhì),由此可見(jiàn),黃芪藥渣生物有機(jī)肥具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.1.2食用菌栽培基質(zhì)

傳統(tǒng)的食用菌栽培基質(zhì)主要以棉籽殼、麩皮和玉米芯等為原料,而中藥渣中富含纖維素以及粗蛋白等組分,可提供微生物生長(zhǎng)利用的碳源、氮源、生長(zhǎng)因子以及無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),可用于栽培食用菌[2]。劉國(guó)宇等[9]研究了白芍、柴胡、甘草、香附、延胡索和枳殼等混合藥渣為培養(yǎng)基質(zhì)對(duì)平菇菌絲培養(yǎng)期和出菇期的影響,結(jié)果表明:藥渣基質(zhì)栽培平菇,菌絲長(zhǎng)勢(shì)良好,均能正常出菇,無(wú)病變無(wú)畸形,生物學(xué)效率高,為中藥渣生產(chǎn)平菇提供了依據(jù)。劉正魯[10]以漢方浸膏4號(hào)藥渣為原料栽培榆黃菇,結(jié)果發(fā)現(xiàn):藥渣原料栽培榆黃菇的菌絲生長(zhǎng)速度、長(zhǎng)勢(shì)以及鮮菇產(chǎn)量均高于純棉籽殼料,生物轉(zhuǎn)化效率達(dá)106.7%。

2.2養(yǎng)殖業(yè)飼料添加劑

2.2.1直接作為飼料添加劑

中藥渣含有豐富的纖維素和蛋白質(zhì),可以直接磨碎用于養(yǎng)殖業(yè)。中藥渣混合飼料在畜禽養(yǎng)殖及水產(chǎn)養(yǎng)殖中均有成功案例,添加中藥渣可有效提高畜禽免疫力,改善肉質(zhì),提高魚(yú)苗存活率等,相關(guān)研究實(shí)例總結(jié)于表2。

表2中藥渣直接作為飼料添加劑實(shí)例導(dǎo)出到EXCEL

2.2.2雙向發(fā)酵后成為功能性飼料添加劑

莊毅[15]提出了藥用真菌雙向性發(fā)酵工程用來(lái)開(kāi)發(fā)中藥渣,并認(rèn)為該方法是目前開(kāi)發(fā)中藥渣最有希望的途徑。所謂雙向發(fā)酵,即以藥用真菌為發(fā)酵菌種(目前較常見(jiàn)的真菌菌株為靈芝),利用藥材或藥渣作為藥性基質(zhì)共同構(gòu)成發(fā)酵組合[16],其基本原理為利用微生物的生長(zhǎng)代謝所產(chǎn)的酶來(lái)調(diào)節(jié)中藥渣成分,不僅可以降低中藥渣直接利用帶來(lái)的毒副作用,還可以經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)代謝獲得新物質(zhì),得到1+12的效果。在功能評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn),雙向發(fā)酵后的菌質(zhì),其營(yíng)養(yǎng)成分有顯著提高,作為飼料添加劑可以有效地提高動(dòng)物免疫力和魚(yú)苗存活率,在減少甚至替代抗生素使用的情況下,達(dá)到增產(chǎn)的效果,將相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié),見(jiàn)表3。

表3中藥渣-藥用真菌雙向發(fā)酵實(shí)例

2.3工業(yè)應(yīng)用及環(huán)境保護(hù)

2.3.1作為造紙?jiān)?/p>

中藥渣含有豐富的纖維素,是造紙的理想原料?，F(xiàn)階段我國(guó)的主要造紙?jiān)鲜悄緷{,這為我國(guó)本來(lái)就匱乏的森林資源增加了沉重負(fù)擔(dān);如果將中藥渣應(yīng)用到造紙行業(yè),不僅可以緩解木漿造紙?jiān)暇o張的局勢(shì),同時(shí)也將廢棄藥渣進(jìn)行循環(huán)利用,在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)方面都有重大意義。目前,以中藥渣為原料造紙?jiān)谌毡疽延谐墒斓漠a(chǎn)業(yè)鏈,與木漿生產(chǎn)的紙張相比,此類(lèi)產(chǎn)品不僅在價(jià)格上便宜了10%,而且紙張具有絕緣性和一定的抗菌效果[24]。

2.3.2制作吸附材料修復(fù)土壤、處理廢水

中藥渣具有碳含量高的特點(diǎn),可以用來(lái)制作活性炭。葛曉利等[25]以大黃藥渣為原料,H3PO4為活化劑,制備了超級(jí)活性炭,結(jié)果表明:用60%H3PO4浸漬,在400℃活化60min生產(chǎn)的活性炭表面積達(dá)到2413m2/g,相應(yīng)的微孔和介孔體積分別為0.91cm3/g和0.93cm3/g,吸附能力較強(qiáng)。于穎等[26]以香櫞、桂枝和板藍(lán)根3種中藥渣為原料,Na2CO3為活化劑,800℃下活化1.5h,制備了香櫞活性炭、桂枝活性炭和板藍(lán)根活性炭,通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)分析發(fā)現(xiàn),這3種活性炭活性炭表面存在大量的孔結(jié)構(gòu),吸附能力較好。

中國(guó)的土壤污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,現(xiàn)已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。中藥渣可通過(guò)高溫裂解制備生物炭,此類(lèi)生物炭既可以有效修復(fù)土壤重金屬污染問(wèn)題,同時(shí)又可改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量[27]。吳春蕾[28]以普通耕作農(nóng)田土壤為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,以花生殼和黃精藥渣為原料,按質(zhì)量比1∶1混合制作生物炭,結(jié)果發(fā)現(xiàn):該生物炭可有效修復(fù)鉛污染問(wèn)題,促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

中藥渣在廢水處理方面也有極大的功效,曹飛麗等[29]用白腐菌對(duì)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校醫(yī)院煎藥房的中藥渣進(jìn)行改性,結(jié)果發(fā)現(xiàn):改性后的中藥渣比表面積增大,在最優(yōu)條件下對(duì)廢水中Cr(Ⅵ)的吸附率達(dá)到了99.5%。白鷺等[30]以板藍(lán)根藥渣為原料進(jìn)行改性,結(jié)果發(fā)現(xiàn):其對(duì)廢水中Pb2+吸附能力極強(qiáng),是一種優(yōu)良的生物吸附劑材料。

2.3.3熱解氣化

熱解氣化是把生物能轉(zhuǎn)化為電能、液體燃料或氣體燃料等高品質(zhì)能源的一種手段。中藥渣用于熱解氣化的具體特點(diǎn)是清潔無(wú)害、資源循環(huán)等,這為中藥渣的再利用提供了一條新思路。范鵬飛等[31]以感冒清熱顆粒中藥渣為原料,在雙回路循環(huán)流化床中試設(shè)備中進(jìn)行熱解氣化的工業(yè)放大實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:當(dāng)原料含水量9%、原料粒徑4mm以及空氣當(dāng)量比為0.25～0.27時(shí),氣化效率較高,具有較好的氣化特性。陳冠益等[32]以生產(chǎn)六味地黃丸過(guò)程中產(chǎn)生的中藥渣為原料進(jìn)行了水蒸氣氣化實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn):該中藥渣具備良好的水蒸氣氣化特性,氣化溫度為800℃,氣化過(guò)程通入的水蒸氣與生物質(zhì)的質(zhì)量比(S/B)為1.0時(shí),氣化效果最佳,氣化效率高達(dá)72.91%。王雪[33]利用快速熱解裝置對(duì)宛西制藥股份有限公司的中藥渣進(jìn)行熱解炭化,利用微型流化床反應(yīng)器(MFBRA)考察藥渣炭化產(chǎn)物的動(dòng)力學(xué)以及灰熔融特性,為中藥渣兩段氣化裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.3.4厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣

將有機(jī)廢棄物進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣是當(dāng)前無(wú)害化和資源化的一種有效途徑。習(xí)彥花等[34]以石家莊某中藥企業(yè)產(chǎn)生的廢棄藥渣為原料進(jìn)行厭氧消化,結(jié)果發(fā)現(xiàn),2種不同成分中藥渣總固體產(chǎn)氣潛力分別為0.15和0.23L/g,CH4含量為58%～60%,證明了中藥藥渣可以作為厭氧消化產(chǎn)沼氣的優(yōu)良原料。習(xí)彥花等[35]以人參、赤芍和桂皮等混合中藥渣為發(fā)酵原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵,結(jié)果發(fā)現(xiàn),厭氧發(fā)酵該中藥渣的沼氣日產(chǎn)量可達(dá)8.38L。姚利等[36]以魯南厚普制藥公司的混合藥渣(主要成分為山楂、檳榔、枳實(shí)、枇杷葉、黃芪、黨參、麥冬和何首烏等)為原料進(jìn)行厭氧發(fā)酵,結(jié)果發(fā)現(xiàn):藥渣產(chǎn)氣量可達(dá)11940mL,原料產(chǎn)氣率為54.4L/kg(以干藥渣計(jì))。

2.3.5酶解獲得可發(fā)酵糖

中藥渣富含植物纖維組分,可以通過(guò)各種預(yù)處理手段獲得可發(fā)酵糖,進(jìn)而用于發(fā)酵生產(chǎn)高附加值化學(xué)品或生物燃料。任海偉等[37]研究逍遙丸藥渣的纖維素酶解優(yōu)化工藝,其最適參數(shù):纖維素酶添加量6%、酶解時(shí)間5.6h和料液比1∶12(g/mL),在該條件下的酶解得率高達(dá)43.89%。蘇新堯等[38]考察桑白皮藥渣的酶解產(chǎn)糖能力,結(jié)果發(fā)現(xiàn):桑白皮藥渣中纖維素含量達(dá)52.5%,最優(yōu)工藝下酶解后葡萄糖質(zhì)量濃度可達(dá)38g/L,酶解率為36%。

2.4活性成分再提取

由于現(xiàn)有提取技術(shù)的局限,中藥材經(jīng)初次提取活性成分后,至少還有30%的有效成分殘留在藥渣中。金茜等[39]測(cè)定不同藥渣(來(lái)自貴州省百花藥業(yè)有限公司)中微量元素的含量,數(shù)據(jù)表明:多種藥渣中的微量元素平均含量318.3mg/kg,其中,鋅和錳平均含量分別為34.31和39.13mg/kg。多數(shù)藥渣中含有較為豐富的鐵、鋅、銅和錳等元素,具有再利用價(jià)值[3]。

提取廢棄藥渣中的活性物質(zhì)是藥渣再利用最直接的途徑,再次提取后的成分也具有等量的藥用價(jià)值。石嶺等[40]以丹參藥渣為原料,以乙醚為溶劑提取丹參酮,再用硅膠柱層析法分離純化丹參酮ⅡA,結(jié)果發(fā)現(xiàn):丹參酮復(fù)合物得率可達(dá)29.2%,丹參酮復(fù)合物經(jīng)硅膠柱層析法分離、濃縮、結(jié)晶后得到純品丹參酮ⅡA,純度可為96%。王君明等[41]以地黃藥渣為原料,對(duì)其進(jìn)行活性物質(zhì)進(jìn)提取,通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較藥渣提取物與地黃醇提物的抗抑郁作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),地黃藥渣的提取物同樣具有抗抑郁作用。

3展望

中藥渣資源豐富,來(lái)源廣泛,對(duì)其再次加工后進(jìn)行資源化利用,實(shí)現(xiàn)中藥渣變廢為寶,應(yīng)用前景十分廣闊,在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益上都有重要意義。從當(dāng)前的社會(huì)熱點(diǎn)來(lái)看,將中藥渣與藥用真菌雙向發(fā)酵后作為功能性飼料添加劑能高度契合熱點(diǎn)需求,是目前最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

養(yǎng)殖業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速,飼料以及養(yǎng)殖品種的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈;同時(shí),養(yǎng)殖過(guò)程中非法使用或過(guò)量使用激素、抗生素等行為擾亂了市場(chǎng),打擊了消費(fèi)者信心。養(yǎng)殖業(yè)亟需綠色安全的飼料添加劑以及綠色環(huán)保的養(yǎng)殖模式為消費(fèi)者提供安全可靠的高品質(zhì)產(chǎn)品。與普通的養(yǎng)殖飼料相比,藥用真菌與中藥渣進(jìn)行雙向發(fā)酵所產(chǎn)的功能性飼料添加劑不僅富含蛋白質(zhì)、氨基酸及多糖等營(yíng)養(yǎng)成分,同時(shí)也具有雙重藥用療效,在養(yǎng)殖業(yè)增產(chǎn)、提高肉質(zhì)、減少或抗生素使用等方面具有重要意義。但是,作為飼料添加劑對(duì)中藥渣的原料組分有較高的要求;因此,該方法不能處理所有的藥渣種類(lèi),尤其對(duì)于那些具有毒性成分的藥渣,該方法存在一定局限性。而將中藥渣進(jìn)行熱解氣化或制備生物炭等模式,可以大規(guī)模處理各種藥渣,包括有一定生物毒性的藥渣。

此外,中藥渣所含成分復(fù)雜,在對(duì)中藥渣的合理應(yīng)用方面,不該局限于已有技術(shù),可以嘗試將其運(yùn)用到別的領(lǐng)域,并對(duì)應(yīng)用在該領(lǐng)域后的利弊關(guān)系做出明確的分析。

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