中藥藥渣發酵研究

李詩卉，劉月新*，吳 萍，梁詩瑤，顏冬蘭，黃 勝

(1.湖南中醫藥大學，湖南長沙 410208；2.九芝堂股份有限公司，湖南長沙 410008)

中藥產業是我國的傳統產業之一，在生產中藥產品與中藥材加工炮制的過程中，產生了大量藥渣。藥渣多為濕物料，易腐壞發臭，隨著中醫藥行業發展，藥渣廢棄物也隨之增多。現處理藥渣多為填埋、焚燒等，這些方法費用昂貴，對周邊空氣、水質、土壤等環境產生嚴重的污染[1]。中藥企業在進行中藥產品生產時，往往只能提取部分有效成分，造成了嚴重的資源浪費。因此中藥廢渣的再利用日益受到重視，不僅能減輕環境污染、節約資源能源，還能帶來可觀的經濟效益[2]。

中藥發酵是中藥炮制的重要組成部分，在中國已有四千年歷史[3]。傳統的中藥發酵是利用環境中自然菌進行發酵，這種發酵技術難以控制菌種的種類與數量，質量難以保證。現代中藥發酵實現了菌種的掌控，發酵技術更加成熟[4]。在中藥發酵的基礎上，藥渣發酵的研究也日益發展，在種植業和有效成分提取等方面取得了顯著的成果[5]。

1 處理方法

藥渣的利用轉化主要有化學轉化、物理轉化和生物轉化[6]。其發酵是微生物及其產生的酶使藥渣固態發酵轉化為腐植質的生物轉化過程[7]。發酵轉化可降低藥渣的纖維素、木質素等含量，提高蛋白質含量。根據物理性質不同，發酵轉化可分為液態發酵與固態發酵[8]。固態發酵是近年來生產生物燃料等高附加值工業產品中最環保廉價的發酵方法[9]。

化學轉化分為熱化學轉化、化學反應轉化和富集技術等。熱化學轉化可使藥渣轉化為生物油、甲烷等燃料，熱能、電力等生物質能源[10]。化學反應轉化有化學催化轉化技術、酸堿預水解化學轉化等技術，其中酸堿預水解化學轉化技術廣泛應用于造紙與制備乙醇。富集技術則是通過分離集成實現藥渣的回收利用。物理轉化技術主要有材料化技術與固體燃料化技術，主要用于生產固體燃料與化工產品。

2 發酵藥渣的綜合應用

藥渣發酵主要分為生物轉化、化學轉化和物理轉化。其中生物轉化可應用于制作飼料、肥料、栽培基質、食用菌培養、改良土壤和處理廢水等；化學轉化可應用于提取有效成分、制備甲醇、造紙和制備能源等。

2.1 生物轉化

2.1.1 作為飼料 藥渣在固體發酵后可作為發酵飼料替代普通飼料。藥渣制作的飼料跟普通飼料相比，可提高動物的育肥效果、飼料利用率，降低藥物殘留、毒副作用。藥渣中殘留的活性成分還能起到防病治病，提高免疫力的效果[11]。研究表明，使用藥渣作為飼料，能顯著增加羔羊的體重[12]，使豬肉更加軟嫩有嚼勁[13]。

2.1.2 作為肥料 藥渣含大量植物生長所需營養成分，是良好的肥料原料。藥渣堆肥是指微生物定向將載體中的有機物轉化為腐殖質。藥渣有機肥不僅能改善土壤理化性質還有促進種子發芽、幼苗發根等作用[14]，如將藥渣與食物廢棄物共同堆肥開發出高價值的抗病原堆肥[15]。此技術還可應用于其他廢棄物發酵、動物糞便堆肥[16-17]。

2.1.3 用于栽培基質生產 藥渣的多級發酵降解是指在發酵前激活菌種，再將菌種與藥渣混合發酵，經基質多級降解反應得到藥渣基質[7]。藥渣基質成分穩定、性能可靠且無毒無害，在生物降解過程中能生成腐殖質并釋放CO2，為植物提供良好的生長環境，是理想的育苗基質[18]。有研究表明，利用藥渣做基質育苗，增強了植株的抗病災能力[19]；將藥渣與動物糞便等廢棄物混合發酵，比單用藥渣效果更好[20]。

2.1.4 用于食用菌培養 食用菌是我國常用的藥補食品，含人體所需多種氨基酸[21]。藥渣中含大量食用菌生長所需的營養物質，具殺蟲殺菌的作用。藥渣栽培菌種后剩下的殘渣，可被食用菌分解轉化為肥料，在含藥用成分環境下培養出來的食用菌也具藥用效果[22]，長期食用可降低人體血膽固醇和血糖、增強人體免疫力[23]。有研究表明，利用藥渣栽培草菇，可提高草菇的產量[24]，用藥渣栽培糙皮側耳，獲得了較好的碳氮比[25]。

2.1.5 改良土壤 藥渣是重要的有機廢棄物，有效利用可改善環境。藥渣通過加熱后通入水蒸氣活化等反應可制備生物炭[26]。生物炭是一種優良的重金屬吸附劑，表面積大且具多孔結構[27]，可有效吸附土壤重金屬離子[28]。藥渣還含豐富的有機質以及礦物質，使用后具有改善土壤理化性質等作用[29]。

2.1.6 廢水處理 重金屬經過工業生產進入水源，通過吸入、攝取等方式進入人體，具有很大的危害[30]。工業廢水中重金屬的處理有萃取、化學沉淀法等方式[31]，傳統的處理技術不僅費用高還會產生大量有毒化學污泥[32]。藥渣制成的生物質活性炭與重金屬離子結合的官能團，可作為天然的絮凝劑處理廢水[33]。將藥渣與麥麩的吸附能力進行比較，表明藥渣吸附能力更強[34]，利用藥渣對廢水進行處理，吸附率非常高[35]。

2.2 化學轉化

2.2.1 富集技術提取有效成分 藥渣含豐富的活性成分，具有營養藥用價值，提取藥渣中的剩余成分可提高藥材的利用價值[36]。使用脫脂、脫蛋白等方法用大蠊藥渣制備殼聚糖[37]；利用醇沉、酶解等方法從人參藥渣中分離人參酸性多糖[38]。

2.2.2 化學反應轉化 制備乙醇：藥渣的發酵技術在乙醇生產工藝中具有廣闊的前景，其過程是利用酸遇水的方法解離藥渣中纖維素之間的連接鍵，將其水解為單糖后，將單糖發酵、蒸餾脫水制成乙醇[39]。有研究表明可用黃芪、木通藥渣來提取乙醇[40-41]。造紙：藥渣中含有豐富的纖維素、半纖維素，可作為造紙的原料，其原理是利用解離藥渣中纖維素間的連接鍵，生成造紙原料[42]。有文獻表明可將靈芝藥渣處理后磨漿制成藥渣漿料[43]，將靈芝藥渣粉末加葉漿處理制作成藥渣紙[44]。

2.2.3 熱化學轉化制備能源 使用藥渣制能源既可解決能源短缺問題，還能減少環境污染，取得良好了的經濟效益。將藥渣與其他材料混合燃燒可得生物質炭，再通過排水集氣法、沼液堆漚法在無氧或少氧條件下降解可產生沼氣[45-46]。另外，熱解氣化是指生物質通過熱化學反應制備氣體燃料[47]。微波熱解是指生物質在微波以及無氧或少氧的情況下熱降解，最終形成生物油、炭與可燃性氣體[48]。例如利用大蠊藥渣制取燃氣與生物柴油[49]。

2.3 藥用

藥渣外敷具有活血化瘀、收斂止痛等效果[50]。食用益生菌發酵的健胃消食片藥渣可治療腹瀉、脾虛[51-52]。

3 討論

我國中藥資源豐富，用途廣泛，在生產中藥產品與中藥材加工炮制時產生的藥渣大部分作為廢棄物處理。傳統的藥渣處理方式主要是堆放、焚燒等，這些處理方式對大氣、土地和水源造成了嚴重的污染，使藥渣成為中藥企業最重要的污染源之一。藥渣作為生物質資源，含豐富的營養成分，是比較有價值的廢棄資源，因此藥渣的開發利用是極具前景的。發酵技術在我國歷史悠久，早在四千年前就開始將發酵應用于中藥炮制，如神曲、半夏曲都是經典的發酵中藥。藥渣經過微生物的發酵不僅具提高藥效、產生新活性物質等優點，還能降低廢棄物的處理成本。藥渣通過不同發酵技術處理，可應用于生產飼料、藥品、生物質能源等方面，將廢棄藥渣變廢為寶，不僅促進可持續發展，還具有重要的經濟、社會效益。

盡管藥渣在各行各業有所應用，仍有很多不足。如藥渣來源途徑廣泛，使藥渣的處理工作復雜，在作為飼料、培養食用菌等方面，需要依據藥渣的具體化學成分、物理性質甚至藥理作用才能進行資源的合理化應用，所以在深層次利用藥渣資源的進程中，對藥渣發酵前后的化學成分及藥理作用進行深入研究是極具前途的，可以有針對性地對藥渣中的化學成分進行利用，拓寬藥渣的用途，從而拓寬中藥資源的開發與利用途徑，擴大藥源和緩解市場供應[53]，為藥渣的產業化提供更有力的幫助，使中藥行業走上綠色可持續的發展道路。