中藥渣資源化利用研究進展

高靜靜，莊新輝，譚雪松，苗長林，蘭天晴，張 宇，孫 悅?

（1.廣東藥科大學中藥學院，廣東 廣州 510006； 2.武夷學院圖書館，福建 武夷山 354300； 3.中國科學院廣州能源研究所中國科學院可再生能源重點實驗，廣東 廣州 510640； 4.昆明理工大學食品科學與工程學院，云南 昆明 650500）

中醫藥文化源遠流長、底蘊深厚，是我國傳統優勢產業。而中藥作為中醫藥產業的重要組成部分，具有資源豐富、產量大的特點。隨著中藥的廣泛應用，中藥渣的產量愈來愈大。因此對中藥渣進行資源化利用研究和開發具有巨大的發展空間和潛力。本文就中藥渣的不同利用方式及優缺點進行梳理，以期為中藥渣的進一步探索研究和應用提供參考。

1 中藥渣研究現狀

隨著人們對中醫藥產業的認可，中藥的使用更為廣泛，中藥渣的排放量也逐年增多，與此同時中藥渣的處理也給環境和中藥企業帶來了沉重的負擔。據統計，我國每年的中藥渣產量有3 000 ～7 000 萬噸［1］。中藥廢棄物是中藥材的非藥用部位以及中藥材加工生產過程中產生的固體廢棄物。目前，企業和醫療機構對中藥廢棄物處理的常用方法為簡單的堆放、填埋、焚燒等［2］，然而中藥渣大多為濕物料，異味重、易腐爛，處理不當則會對土壤、空氣質量、水質造成嚴重的污染。

中藥材提取加工后產生的中藥渣依然剩余約40%的有效成分［3］，還含有纖維、半纖維素、木質素、多糖、蛋白質等有機物質以及氮、磷、鉀等微量元素［4］，且中藥渣中的重金屬含量較低，故其用于食用菌的栽培，有機肥、動物飼料、生物炭、生物質能源、電催化劑、復合材料、生物化學品等的制備具有巨大潛力，見圖1。中藥渣的高價值利用，不僅可以減少對環境的污染，同時可以降低企業生產成本，為企業帶來較高的生產利潤，有利于中藥企業的可持續發展。通過Fulink 數字平臺在“只檢索學術文章” 的條件下查詢2007 年至2021 年中藥渣利用情況，15年內關于中藥渣的學術論文發表情況見圖2。

圖2 中藥渣各種利用方式發表學術論文情況

2 中藥渣綜合利用方式

2.1 中藥渣有效成分再提取 中藥企業和醫療機構通常采用水提法對中藥材中的有效成分進行提取，然而中藥材中往往還有相當一部分微溶于水或不溶于水的有效成分滯留在中藥材中未被提出。目前中藥渣再提取分離方法有溶劑提取法、水蒸氣蒸餾法、超聲波提取法、超臨界流體萃取法、微波提取法、酶提取法、色譜法等，較常用的是超聲波提取法，具有提取速度快、時間短、無需加熱、操作簡單等特點。中藥渣中剩余有效成分含量較高，且活性較好，可再次提取利用，減少中藥資源的浪費，見表1。

表1 中藥渣有效成分再提取實例分析

2.2 中藥渣在農業種植與養殖業中的應用

2.2.1 生物有機肥 中藥在有效成分被提取后依然含有豐富的有機物質，可為土壤提供氮、磷、鉀等微量元素，提高作物產量，見表2。

表2 中藥渣施肥效果實例分析

Zhou 等［22］研究發現，中藥渣可以作為理想的填充劑，且中藥渣具有開發高價值的抗病原堆肥的潛力。中藥渣還可以改善重金屬污染土壤性質，吸附土壤中鎘、汞等重金屬離子，從而鈍化土壤中的重金屬元素，進而可以改善重金屬污染土壤理化性質，減少農作物對污染土壤中重金屬的吸收富集［23］。故中藥渣是一種具有較大潛力的堆肥原料。

2.2.2 食用菌栽培基質 中藥渣中含有較為豐富的氨基酸、蛋白質、多糖、纖維素、半纖維素、木質素類等成分，故中藥渣可用于食用菌的栽培基質，為食用菌的生長提供營養物質，降低食用菌類的生產成本。然而不同中藥渣中成分不同，需要對其進行分類，以選擇合適的中藥渣作為食用菌的培養基質。李盛杰等［24］研究發現，與對照組相比，將黃芪藥渣用作猴頭菇的栽培基質，其產量提高了28.5%，同時猴頭菇中蛋白質等營養成分的含量也有提高。陳春等［25］研究發現，急支糖漿藥渣和稻殼以2 ∶3 的比例用作培養大球蓋菇的培養基時，其生長速度快且產量大質量好，同時大球蓋菇的生產成本降低，利潤提高49.20%。Jin 等［26］在添加中藥渣的基質上培養平菇，發現子實體中含有多種生物活性化合物具有較高的抗氧化活性，同時可以提高平菇的產量和生物降解能力。中藥渣用于食用菌的培養，操作簡單、可行性強，有助于中藥渣的管理，可實現中藥渣的資源化利用。

2.2.3 動物飼料 中藥渣含有一定的藥效成分和營養成分，可用于制作動物飼料、飼料添加劑、獸藥等。劉倩等［27］對21 種中成藥原渣進行檢測，發現其pH 值均呈酸性。較低的pH 值更適合動物胃內酸性條件，有利于消化且酸性條件有利于中藥渣的發酵，延長儲存時間。以中藥渣為原料制備的動物飼料不僅可以解決動物飼料短缺問題，同時對于禽畜的健康生長有著積極的作用，如增強動物免疫力抑制病原微生物的繁殖、調節動物機體代謝、改善禽畜肉的品質等，見表3。中藥渣用于動物飼料可行性強，可以代替抗生素類飼料在動物養殖中的應用，具有較高的社會價值和生態價值。

表3 中藥渣飼料喂養效果實例分析

2.3 中藥渣的工業應用

2.3.1 用作造紙原料 近年來，造紙纖維原料的供求矛盾日益嚴峻，尋找新型造紙原料對于我國造紙行業可持續發展具有極大意義。中藥渣中含有較多的纖維，而纖維組分是一種非常優良的造紙用漿原料，故含有較高含量纖維的中藥渣是造紙行業潛在的原料［32］。呂毅東［33］研究發現，混合靈芝藥渣中纖維素含量為66.83%，且纖維的平均纖維長度為0.669 mm，平均纖維寬度為14.7 μm，長寬比為46 ∶1，藥渣纖維形態均一，混合靈芝藥渣是一種可用的造紙原料。

2.3.2 制作吸附材料處理廢水 中藥渣是制備生物炭的潛在原料，生物炭是一種有廣泛應用前景的吸附劑。Li 等［34］研究發現微波活化和氯化銨浸漬的中藥渣生物炭對汞有較好的吸附作用。Wang 等［35］以艾草藥渣為原料采用簡單炭化法制備多孔炭樣品，結果表明，鉬在800 ℃下活化艾草藥渣多孔炭上具有較好的吸附性能且經過5 次吸附/解吸循環后，鉬在艾草藥渣生物炭上的吸附量保持在94%，表明艾草藥渣多孔炭具有良好的可重復使用性。夏偉欽等［36］對板藍根藥渣制備的活性炭進行研究，發現其對重金屬廢水中的砷具有較好的吸附效果，可使溶液中的砷濃度從2.0 mg/L 降低到0.20 mg/L 以下。張威龍等［37］研究發現，采用真空熱解方式制備的中藥渣生物炭能夠有效去除水中的活性藍19。曹陽等［38］研究發現，雞血藤藥渣可以通過與表面官能團絡合作用、離子交換作用以及與材料所帶負電荷之間的靜電吸附作用，可對廢水中銅離子進行吸附并去除，且吸附能力較好。Shen 等［39］通過以威靈仙藥渣為制備生物炭原材料，采用化學共沉淀法制備了二氧化錳改性生物炭，發現其對四環素抗生素廢水具有較好的吸附和去除效果。蔡思穎等［40］采用限氧熱解法制備中藥渣生物炭，發現700 ℃制備的中藥渣生物炭吸附性能最佳，且吸附過程主要以化學吸附為主。綜上所述，以中藥渣為原料制備的生物炭對汞、鉬、砷、銅等重金屬離子和四環素等抗生素的吸附效果較好，可用于處理工業廢水，有利于實現中藥渣的高價值利用。

2.3.3 制作復合材料 中藥渣/塑料復合材料是一種無毒、可循環利用的環境友好型生物質復合材料。將中藥渣中的高抗拉強度和高伸長率的纖維提取出來作為增強體，與聚合物復合后可以提高聚合物的某些性能，可以制備出性能優異的復合材料。中藥渣具有成本低的特點，同時可以降低生產成本，解決中藥渣排放帶來的環境問題，在環保領域中具有較大的發展潛力［41］。Feng 等［42］發現選擇纖維細胞壁腔比大、木質素和纖維素含量高、雜細胞和半纖維素含量低的中藥渣，有助于制備綜合性能好的復合材料。施佳楠等［43］研究發現，以黃芪藥渣與聚乳酸為原料制備聚乳酸基天然可降解復合材料，在打印溫度為220 ℃時，用于FDM-3D 打印的效果最佳。羅煥虎等［44］采用偶聯劑KH570對杜仲藥渣、魚腥草藥渣、葛根藥渣、艾納香藥渣進行改性用于制備聚丙烯/中藥渣復合材料，研究發現葛根中藥渣填充聚丙烯的綜合性能最好，可將其用于實際生產。故中藥渣是一種優良的制備復合材料的新型原材料，可用于開發制備高值化資源性產品。

2.4 中藥渣的能源化利用 中藥渣中含有較為豐富的纖維素、半纖維素、木質素，是一種較好的生物質可再生能源制備原料。將中藥渣進行能源轉化，不僅可以解決能源短缺問題，生產出的能源還可以降低中藥企業生產成本，增加生產利潤，同時也可以減少中藥渣排放對環境造成的污染。目前中藥渣能源轉化的方式有直接燃燒、發酵制備燃料乙醇和沼氣、熱解氣化或者液化等。Xin 等［45］研究發現烘烤后的中藥渣的綜合燃燒指數比原始樣品增加了3～5 倍，在較低溫度下以及在二氧化碳和氧氣下燃燒的中藥渣具有更好的可燃性，可用于固體燃料的制備。丁偉婧［46］通過對中藥渣催化熱解制氣的研究發現，中藥渣熱解產氫氣含量可達48.13%，熱解得到燃氣熱值達到14.1 MJ/Nm3以上。董磊等［47］采用循環流化床氣化爐對制藥過程中產生的藥渣、污泥等廢棄物進行共氣化試驗，發現空氣當量比為0.35 時氣化效率達到最大值68.42%，對應的燃氣熱值為5.47 MJ/Nm3。Yu 等［48］研究發現，制藥污泥和銀杏葉藥渣的共熱解過程中，可以通過增加制藥污泥的添加量從而使熱解產生較高的能量。揚子江藥業江蘇中藥渣綜合利用項目將中藥渣作為生物質能源鍋爐燃料替代化石類能源煤炭生產蒸汽，該系統可產出蒸汽20 520 t，可減少原煤消耗10 800 t［49］。中藥渣生物質能源轉化對于生態可持續發展和企業經濟效益都具有較高的價值。

2.5 其他 中藥渣可用于生物化學品生產。Su 等［50］研究發現，從100 g 人參藥渣中可獲得18 g 人參多糖、230 mg人參皂苷和39.43 g 琥珀酸，1 000 kg 人參藥渣的總經濟產量可達到80 149 元，該工藝可行性強且增值潛力巨大。中藥渣也可用于電催化劑制備，趙悅等［51］以中藥渣為原料，制備了有開放的孔結構、較大比表面積、無金屬、氮摻雜的多孔碳基氧還原電催化劑，其性能與商業催化劑20% Pt/C相近，且該電催化劑具有更好的穩定性和甲醇耐受性，可行性強。中藥渣還可用于電極材料制備，Xu 等［52］從靈芝殘渣中合成了一種三維分級多孔碳，通過熔融堿處理碳化工藝應用于超級電容器電極，靈芝殘渣衍生的多孔碳電極具有分級孔結構和優異的電容和電阻，在電流密度為2 Ag－1時進行10 000 次循環，循環穩定性高達99%，靈芝殘渣制備多孔炭電極可行性強。

3 中藥渣不同處理方式優缺點

中藥渣來源豐富、價格低廉，高價值化利用后不僅可以提高企業利潤，同時可以實現中藥渣的生態化處理［53］。對中藥渣的不同處理方式優缺點進行總結，見表4。

表4 不同處理方法的優缺點

4 結語與展望

中藥渣資源化利用，不僅可以解決環境問題，同時可以給企業帶來一定的經濟效益，進一步推進中醫藥企業的可持續發展。中藥渣具有成本低的優勢，但通常為濕物料，較難儲存，且種類較多，成分復雜，還可能含有毒性的化學成分，目前還未能形成較好的產業化處理模式，可持續資源化利用任重而道遠。從論文數量發展趨勢來看，一定程度上表明中藥渣用于動物飼料的制備、生物有機肥是較好的解決方式，另外，有效成分再提取、工業應用也有很大潛力，近年來，能源化利用呈上升趨勢。根據中藥渣的不同性質進行高價值化利用，選擇合適的處理方式，然而目前藥企大多數都將藥渣混合堆放，不利于中藥渣的高價值，故建議藥企根據中藥渣性質分類堆放，如含蛋白質含量高的中藥用于培養食用菌和制備動物飼料，同時要確立一定的生產規范，以提高其安全性。高纖維含量的中藥渣可以用于造紙、制作復合材料以及能源的制備。目前多數藥企處理中藥渣的方式為堆肥處理，其他處理方式可能由于安全性、技術短缺、再處理成本高需要國家補貼才可以正常運行等原因暫時未被廣泛利用。未來中藥渣綜合利用方式應進一步優化，降低中藥渣處理成本，將中藥渣高價值資源化利用技術普遍應用于各大藥企，真正實現中藥渣資源的高值化利用，這對社會、環境、經濟的發展都具有非常重要的意義。