正文 中藥廢棄物的轉化增效資源化模式及其研究與實踐(2 / 3)

以富含澱粉、糖類的中藥廢棄物為原料,利用發酵技術將其轉化生產乙醇;尚可將中藥廢棄物中可利用物質發酵轉化生產木聚糖等高附加值的資源性產品[23-24]。富含木聚糖酶的廉價中藥廢棄物適宜於作為固體發酵的底物生產木聚糖酶。研究表明,以酵母菌發酵產生的青蒿酸為原料,以P450酶係合成青蒿素,可大大降低青蒿素生產成本[25]。

2.2.2酶催化轉化方法技術與應用酶的催化具有高度的化學選擇性和專一性,一種酶往往隻能對某一種或某一類反應起催化作用,且酶和被催化的反應物在結構上往往有相似性,一般在37 ℃左右,接近中性環境下進行[26]。酶工程是利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段將中藥資源產業化過程產生的廢棄生物質轉化成為可利用物質。通過選擇適宜的酶可將中藥廢棄物及其資源性化學成分轉化為高附加值的產物或特定活性化合物,提升其資源化利用價值。

基於酶催化轉化實例:杜仲(Ecommia ulmoides)的果實(杜仲籽)為非傳統藥用部位,但其富含環烯醚萜苷類成分桃葉珊瑚苷(aucubin)等,采用β-葡萄糖苷酶將其轉化得到桃葉珊瑚苷元,可提高保肝、利尿、免疫調節、抗氧化、促進膠原合成、抗腫瘤等生物活性[27]。采用澱粉酶、糖化酶和蛋白酶,利用酶法處理葛根藥渣獲得豐富的膳食纖維,為其產業化利用提供了依據[28]。

2.2.3植物內生菌生物轉化方法技術與應用植物內生菌對藥用植、動物體內某些資源性物質的形成和積累具有重要影響。內生菌通過可將資源性化學成分的前體物或中間代謝物轉化為利用價值更高的目標產物。內生菌自身代謝也可產生與宿主生物體相同或相似的代謝產物。

基於植物內生菌生物轉化實例:采用植物內生菌毛黴和禾穀鐮刀菌對喜樹堿類生物堿進行生物轉化,得到抗癌活性更強的10-羥基喜樹堿[29-30]。利用從藥用植物中分離獲得的藥用真菌對葛根藥渣進行降解和轉化,製備生產出活性膳食纖維的含量高達73.4%的健康產品,同時有效保留了其中的葛根素等異黃酮類活性成分,可直接使用或作為食品添加劑使用[31]。

2.2.4腸道菌群生物轉化方法技術與應用人體腸道中有數量龐大、種類複雜的細菌,這些細菌可產生消化食物或代謝藥物所需的酶係,利用這些酶進行中藥廢棄物的轉化是十分值得研究的科學問題。腸道菌群生物轉化一般可分為體外、體內兩類方式。體外法是利用糞便溫孵法和離體消化道內容物溫孵法進行;後者是研究中藥廢棄物及其所含化學物質在腸道菌體內的代謝與轉化過程及其機理。

研究實踐結果表明,人參皂苷Rb1經腸道菌作用後轉化為人參皂苷Rd,再經糖鏈裂解,最終形成活性代謝產物20(S)-原人參二醇[32]。烏頭堿是有毒中藥烏頭中的主要活性成分,經腸道菌群作用後代謝為脂烏頭堿而使毒性減弱,其中包括8-O-油酰苯甲烏頭原堿(OBA)和8-O-十六酰苯甲烏頭原堿(PBA)[33]。中藥白芍藥渣中含有一定量的芍藥苷,經與腸道菌群作用後轉化產生4種新的代謝產物,並證明腸道菌群中的厭氧消化鏈球菌是實現其有效轉化的優勢菌種[34]。

2.3中藥廢棄物的物理轉化方法技術及其應用實踐中藥廢棄物可通過物理形態改變轉化為附加值較高的資源性產品。常見的物理轉化途徑有:蒸汽爆破預處理物理轉化途徑與方法技術,以提高中藥廢渣中資源性物質的得率;通過壓縮技術可將固體纖維性廢棄物壓縮成型,製備固體燃料、板材、吸附劑等資源性產品。

2.3.1蒸汽爆破預處理物理轉化方法技術與應用采用蒸汽爆破預處理中藥廢棄物,可顯著提高固態中藥廢渣中纖維素類資源性物質的得率和酶解產量,同時可使所含次生小分子產物的轉移率明顯增大。常用方法技術為:將原料置於蒸汽壓可達3 mPa,235 ℃飽和水蒸氣溫度的電力蒸汽鍋中,先在高溫高壓和水蒸氣作用下處理,然後突然將高壓釋放,此時存在於植物纖維孔隙間的氣體急劇膨脹產生爆破效果,被處理原料脹裂為細小纖維態,其中的纖維素、半纖維素會部分降解,為廢棄物的進一步利用提供了必要的條件。

2.3.2固化成型物理轉化方法技術與應用中藥廢棄物通過物理轉化利用較為成熟的產業化方式主要是固化成型技術,也是目前國內外利用麥杆、甘蔗渣等植物纖維性廢棄物製備出新型碳質材料較為普遍且效果顯著的技術之一。根及根莖類藥材在采收加工過程中產生的大量地上莖葉,以及花、果實、種子類藥材收獲時廢棄的植物全株等,均含有大量的纖維素、半纖維素、木質素、糖類及少量蛋白質等。在適當溫度下(130~200 ℃)材料會被軟化,當加以一定的壓力可使其與纖維素緊密粘接並與相鄰顆粒互相膠接,冷卻後即可固化成型。通過物理轉化生產可替代煤炭的壓塊燃料和高性能成型活性碳,克服生物質能量密度低、燃燒效率低的缺點。尚可用來製備纖維板、木塑板等資源性產品。通過材料化技術將中藥固體廢棄物擠壓成型是生物質固化技術的核心,成型有間歇式擠壓和連續式擠壓等方式[35]。

壓縮固化成型技術為中藥資源生產加工過程產生的廢棄非藥用組織器官、深加工過程廢棄纖維性藥渣的資源化利用提供了一種工藝簡單、成本較低、可操作性強的資源化利用途徑。壓縮固化成型技術可分為熱壓縮成型技術、冷壓縮成型技術和炭化成型技術3種。熱壓縮顆粒成型技術是把粉碎後的原材料在170~220 ℃高溫及高壓下壓縮成625 kg·m-3的高密度成型燃料,極大地降低了生物質的儲運成本,提高了燃燒效率;冷壓縮顆粒成型技術對原料含水率要求不高,也稱之為濕壓成型工藝技術,其成型機理是在常溫下通過特殊的擠壓方式,使粉碎的纖維結構互相鑲嵌包裹而形成顆粒;炭化成型技術是將成型燃料經幹燥後,置於炭化設備中,在缺氧條件下燜燒,即可得到機製木炭的技術等[36]。

3小結

中藥廢棄物資源化利用是一項涉及多領域多學科複雜而係統的綜合性工程,從資源經濟學角度看,中藥廢棄物是某種物質和能量的載體,是一種可轉化的資源[37-38]。因此,如何依據中藥資源產業化的不同階段和中藥廢棄物形成的產業背景、利用現狀、資源化潛力、生態環境壓力等因素,以及不同類型廢棄物所具有的理化性質、可利用價值、資源化程度等特點,科學合理有效地推動和實施中藥資源產業化過程中各類型廢棄物的資源化利用,切實提高中藥資源利用效率,延伸中藥資源經濟產業鏈,實現資源節約型、環境友好型循環經濟發展理念,是培育具有產業價值和資源優勢的重要源泉和途徑,是我國中藥資源及其產業化事業健康可持續發展不可回避的重要課題。

[參考文獻]

[1] 石玉林. 資源科學[M]. 北京:高等教育出版社, 2006.

[2] 段金廒,周榮漢. 中藥資源學[M]. 北京:中國中醫藥出版, 2013.

[3] 我國循環經濟發展戰略研究課題組.我國循環經濟發展戰略研究報告[M].北京:高等教育出版社,2005.

[4] 苗建青.論循環經濟的效率問題——日本廢棄物回收政策研究[J].外國經濟與管理,2005,12:51.

[5] 段金廒. 中藥資源化學研究技術體係的建立及其應用[J]. 中國藥科大學學報, 2012(4): 289.

[6] 段金廒,宿樹蘭,郭盛,等. 中藥資源產業化過程廢棄物的產生及其利用策略與資源化模式[J]. 中草藥, 2013, 44(20): 2787.

[7] 郎一環,沈鐳. 垃圾資源化的理論探討[J]. 資源科學, 2002, 24(2): 12.

[8] 段金廒,周榮漢,宿樹蘭,等. 我國中藥資源科學發展現狀及展望[J]. 自然資源學報, 2009, 24(3): 378.

[9] 段金廒,陳士林. 中藥資源化學[M]. 北京:中國中醫藥出版社, 2013.

[10] 陳代傑,朱寶泉. 微生物轉化技術在現代醫藥工業中的應用[J]. 中國抗生素雜誌, 2006, 31(2): 112.

[11] 蔣立科,張寬,葉輝,等. 中藥渣熱裂解液化技術的研究[J]. 化學與生物工程, 2009, 26(10): 66.

[12] 汪印,劉殊遠,任明威,等. 基於流化床熱解的中藥渣兩段氣化基礎研究[J]. 燃料化學學報, 2013, 41(3): 294.

[13] Mohand D, Pittman C U, Steele P H. Pyrolysis of wood/biomass forbio-oil: a critical review [J].Energy Fuels, 2006, 20(3): 848.

[14] 王攀,展思輝,於宏兵,等. 廢棄中藥渣催化熱解製取生物油的研究[J]. 環境汙染與防治, 2010, 32(5): 14.

[15] 周娜. 生物質糖化技術研究[D]. 天津:天津大學, 2011.

[16] 唐勇,朱莉偉,邢楊,等. 生物質化學轉化產品譜係及研究進展[J]. 化工時刊, 2011, 25(6): 49.

[17] 石嶺,洪皓,張雁,等. 丹參藥渣中丹參酮IIA 的分離純化[J]. 大連工業大學學報, 2010, 29(2): 106.

[18] 田鳳,徐德生,馮怡,等. 虎杖藥渣中白藜蘆醇的提取和純化[J]. 中國醫藥工業雜誌, 2012, 43(10): 824.

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