中藥渣的深加工及其資源化利用

袁 琪，李偉東，鄭艷萍，金俊杰，李 霜

(1.南京工業大學生物與制藥工程學院，江蘇南京211800；2.江蘇海昇藥業有限公司，江蘇南京210061)

中藥渣是中藥提取活性成分后的殘留物，隨著近幾年國內外中藥產業的飛速發展，中藥渣的排放量也日益上升，據統計，中藥渣的年排放量可達3 000萬t[1]。中藥渣經一次提取后，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素、纖維素、半纖維素以及大量的多糖、蛋白質和氨基酸等生物活性物質，同時，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，這不僅會導致環境污染，也會造成中藥渣資源的極大浪費。所以，對中藥渣進行深加工和資源化利用尤為重要。目前，對中藥渣的資源化利用主要體現在農業種植利用(包括食用菌種植和堆肥)、養殖業飼料利用(作為飼料添加劑或發酵產蛋白飼料)以及工業利用(包括造紙、土壤修復、廢水處理、熱解氣化、產沼氣以及酶解獲得可發酵糖等)。本文中，筆者重點綜述近3年來的中藥渣資源化利用的相關工作，對資源化利用方式進行分類闡述，并對中藥渣的深加工開發方向進行展望。

1 中藥渣的主要成分及其利用現狀

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]對市場中6種常見的藥渣進行分析，結果見表1。由表1可見，中藥渣中營養物質豐富，為進一步加工和利用奠定了基礎。

表1 中藥渣的主要殘留成分

1.2 中藥渣的利用現狀

中藥渣的主要來源是一些中藥制劑公司以及醫院煎藥房等。據統計，在各類中藥生產過程中，藥渣的年排放量達到3 000萬t，其中，中成藥藥渣占總藥渣的比例高達70%[1]。人們也認識到中藥渣的堆積問題日益嚴重，雖然有一些企業嘗試將中藥渣進行加工再利用，但是更多的企業仍然選擇直接排放廢棄藥渣，如果用簡單的堆積或焚燒來處理中藥渣，不僅是對中藥渣資源的浪費，還嚴重污染了環境。隨著國家對環境監管力度的日益加大，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 農業種植利用

2.1.1 生物有機肥

中藥渣既含有大量微量元素、蛋白質和纖維素，又具有通氣性好且質輕的特點，因此可用來改善土壤的通透性，是一種優質的輕基質原料和有機肥；與工業化肥相比，用它作為肥料不會產生土壤板結和土質退化等問題，同時它還具有節水增肥的特點，更不需要進行原料粉碎，操作簡便的同時可降低生產成本[1]。我國是農業大國，每年有大量的秸稈產生，利用中藥渣和秸稈共同發酵，待其腐爛分解后，用作生物肥料，可以增強土壤肥力。夏文靜等[5]以中藥渣、玉米秸稈、麩皮和水按不同比例，用平菇來發酵生產有機肥，發酵結束后基質中氮磷鉀的總含量為5.51%，有機質含量是49.66%，此結果證明：用平菇對中藥渣進行發酵，可以生產有機肥，實現中藥渣的無害化處理。萬燕等[6]利用婦科千金片生產過程中產生的藥渣發酵制備有機肥，該有機肥能有效促進半夏出芽，顯著增半夏質量。陳美蘭等[7]采用盆栽的方法研究了丹參、麥芽、 連翹、白術、丹皮及苦參等藥渣發酵后的有機肥對紫蘇生長及有效成分的影響，結果表明：不同種類的中藥渣均能促進紫蘇生長，且均能改善根系結構，增加葉片面積，提高紫蘇酚類物質的積累量。周林山等[8]以甘藍型油菜為供試品種，研究黃芪藥渣生物有機肥對油菜的影響，結果表明：黃芪藥渣生物有機肥在油菜種植中肥效達到了無機肥或市售生物有機肥的水平，同時有利于提高油菜籽品質，由此可見，黃芪藥渣生物有機肥具有實際應用價值。

2.1.2 食用菌栽培基質

傳統的食用菌栽培基質主要以棉籽殼、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，可提供微生物生長利用的碳源、氮源、生長因子以及無機鹽等營養物質，可用于栽培食用菌[2]。劉國宇等[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基質對平菇菌絲培養期和出菇期的影響，結果表明：藥渣基質栽培平菇，菌絲長勢良好，均能正常出菇，無病變無畸形，生物學效率高，為中藥渣生產平菇提供了依據。劉正魯[10]以漢方浸膏4 號藥渣為原料栽培榆黃菇，結果發現：藥渣原料栽培榆黃菇的菌絲生長速度、長勢以及鮮菇產量均高于純棉籽殼料，生物轉化效率達106.7%。

2.2 養殖業飼料添加劑

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，可以直接磨碎用于養殖業。中藥渣混合飼料在畜禽養殖及水產養殖中均有成功案例，添加中藥渣可有效提高畜禽免疫力，改善肉質，提高魚苗存活率等，相關研究實例總結于表2。

表2 中藥渣直接作為飼料添加劑實例

2.2.2 雙向發酵后成為功能性飼料添加劑

莊毅[15]提出了“藥用真菌雙向性發酵工程”用來開發中藥渣，并認為該方法是目前開發中藥渣最有希望的途徑。所謂“雙向發酵”，即以藥用真菌為發酵菌種(目前較常見的真菌菌株為靈芝)，利用藥材或藥渣作為藥性基質共同構成發酵組合[16]，其基本原理為利用微生物的生長代謝所產的酶來調節中藥渣成分，不僅可以降低中藥渣直接利用帶來的毒副作用，還可以經過生長代謝獲得新物質，得到1+1>2的效果。在功能評價中發現，雙向發酵后的菌質，其營養成分有顯著提高，作為飼料添加劑可以有效地提高動物免疫力和魚苗存活率，在減少甚至替代抗生素使用的情況下，達到增產的效果，將相關研究進行總結，見表3。

表3 中藥渣-藥用真菌雙向發酵實例

2.3 工業應用及環境保護

2.3.1 作為造紙原料

中藥渣含有豐富的纖維素，是造紙的理想原料。現階段我國的主要造紙原料是木漿，這為我國本來就匱乏的森林資源增加了沉重負擔；如果將中藥渣應用到造紙行業，不僅可以緩解木漿造紙原料緊張的局勢，同時也將廢棄藥渣進行循環利用，在經濟和環境保護方面都有重大意義。目前，以中藥渣為原料造紙在日本已有成熟的產業鏈，與木漿生產的紙張相比，此類產品不僅在價格上便宜了10%，而且紙張具有絕緣性和一定的抗菌效果[24]。

2.3.2 制作吸附材料修復土壤、處理廢水

中藥渣具有碳含量高的特點，可以用來制作活性炭。葛曉利等[25]以大黃藥渣為原料，H3PO4為活化劑，制備了超級活性炭，結果表明：用60% H3PO4浸漬，在400 ℃活化60 min生產的活性炭表面積達到2 413 m2/g，相應的微孔和介孔體積分別為0.91 cm3/g和0.93 cm3/g，吸附能力較強。于穎等[26]以香櫞、桂枝和板藍根3種中藥渣為原料，Na2CO3為活化劑，800 ℃下活化1.5 h，制備了香櫞活性炭、桂枝活性炭和板藍根活性炭，通過掃描電子顯微鏡(SEM)分析發現，這3種活性炭活性炭表面存在大量的孔結構，吸附能力較好。

中國的土壤污染問題日益嚴重，現已成為社會關注的焦點。中藥渣可通過高溫裂解制備生物炭，此類生物炭既可以有效修復土壤重金屬污染問題，同時又可改善土壤結構，提高土壤肥力，從而提高農作物產量[27]。吳春蕾[28]以普通耕作農田土壤為實驗對象，以花生殼和黃精藥渣為原料，按質量比1∶ 1混合制作生物炭，結果發現：該生物炭可有效修復鉛污染問題，促進植物生長。

中藥渣在廢水處理方面也有極大的功效，曹飛麗等[29]用白腐菌對華南農業大學校醫院煎藥房的中藥渣進行改性，結果發現：改性后的中藥渣比表面積增大，在最優條件下對廢水中Cr(Ⅵ) 的吸附率達到了99.5%。白鷺等[30]以板藍根藥渣為原料進行改性，結果發現：其對廢水中Pb2+吸附能力極強，是一種優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化為電能、液體燃料或氣體燃料等高品質能源的一種手段。中藥渣用于熱解氣化的具體特點是清潔無害、資源循環等，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，在雙回路循環流化床中試設備中進行熱解氣化的工業放大實驗，結果表明：當原料含水量<9%、原料粒徑<4 mm以及空氣當量比為0.25～0.27時，氣化效率較高，具有較好的氣化特性。陳冠益等[32]以生產六味地黃丸過程中產生的中藥渣為原料進行了水蒸氣氣化實驗，結果發現：該中藥渣具備良好的水蒸氣氣化特性，氣化溫度為 800 ℃，氣化過程通入的水蒸氣與生物質的質量比(S/B)為1.0時，氣化效果最佳，氣化效率高達 72.91%。王雪[33]利用快速熱解裝置對宛西制藥股份有限公司的中藥渣進行熱解炭化，利用微型流化床反應器(MFBRA)考察藥渣炭化產物的動力學以及灰熔融特性，為中藥渣兩段氣化裝置的設計和運行提供基礎實驗數據。

2.3.4 厭氧發酵產沼氣

將有機廢棄物進行厭氧發酵生產沼氣是當前無害化和資源化的一種有效途徑。習彥花等[34]以石家莊某中藥企業產生的廢棄藥渣為原料進行厭氧消化，結果發現，2種不同成分中藥渣總固體產氣潛力分別為0.15 和0.23 L/g， CH4含量為58%～60%，證明了中藥藥渣可以作為厭氧消化產沼氣的優良原料。 習彥花等[35]以人參、赤芍和桂皮等混合中藥渣為發酵原料進行厭氧發酵，結果發現，厭氧發酵該中藥渣的沼氣日產量可達8.38 L。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、枇杷葉、黃芪、黨參、麥冬和何首烏等)為原料進行厭氧發酵，結果發現：藥渣產氣量可達11 940 mL，原料產氣率為54.4 L/kg (以干藥渣計)。

2.3.5 酶解獲得可發酵糖

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

2.4 活性成分再提取

由于現有提取技術的局限，中藥材經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]測定不同藥渣(來自貴州省百花藥業有限公司)中微量元素的含量，數據表明：多種藥渣中的微量元素平均含量318.3 mg/kg，其中，鋅和錳平均含量分別為34.31和39.13 mg/kg。多數藥渣中含有較為豐富的鐵、鋅、銅和錳等元素，具有再利用價值[3]。

提取廢棄藥渣中的活性物質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，結果發現：丹參酮復合物得率可達29.2%，丹參酮復合物經硅膠柱層析法分離、濃縮、結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，對其進行活性物質進提取，通過實驗比較藥渣提取物與地黃醇提物的抗抑郁作用，結果發現，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，來源廣泛，對其再次加工后進行資源化利用，實現中藥渣變廢為寶，應用前景十分廣闊，在環境保護和經濟效益上都有重要意義。從當前的社會熱點來看，將中藥渣與藥用真菌雙向發酵后作為功能性飼料添加劑能高度契合熱點需求，是目前最有潛力的應用領域之一。

養殖業在我國發展迅速，飼料以及養殖品種的同質化競爭激烈；同時，養殖過程中非法使用或過量使用激素、抗生素等行為擾亂了市場，打擊了消費者信心。養殖業亟需綠色安全的飼料添加劑以及綠色環保的養殖模式為消費者提供安全可靠的高品質產品。與普通的養殖飼料相比，藥用真菌與中藥渣進行雙向發酵所產的功能性飼料添加劑不僅富含蛋白質、氨基酸及多糖等營養成分，同時也具有雙重藥用療效，在養殖業增產、提高肉質、減少或取代抗生素使用等方面具有重要意義。但是，作為飼料添加劑對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，尤其對于那些具有毒性成分的藥渣，該方法存在一定局限性。而將中藥渣進行熱解氣化或制備生物炭等模式，可以大規模處理各種藥渣，包括有一定生物毒性的藥渣。

此外，中藥渣所含成分復雜，在對中藥渣的合理應用方面，不該局限于已有技術，可以嘗試將其運用到別的領域，并對應用在該領域后的利弊關系做出明確的分析。