中药废弃物的转化增效资源化模式及其研究与实践_段金廒

2. 2 中药废弃物的生物转化方法技术及其应用实践 生物转化技术在中药废弃物资源化利用中起着重要作
用。通过微生物转化和酶转化使中药废弃物中的生物质转 化成为利用价值较高的木糖醇、乙醇、微生物蛋白饲料、有机 肥料等资源性物质； 或通过微生物或酶的作用将中药废渣、 废水中的次生小分子物质转化为功能活性更优的转化产物， 以提升其资源化潜力，开发高附加值的资源性产品。 2. 2. 1 发酵转化方法技术与应用［19-20］ 发酵技术依据对氧 的需要可分为厌氧性和好氧性发酵； 依据培养基物理性状可 区分为液态和固态发酵； 依据发酵设备可区分为： 敞口发酵、 密闭发酵、浅盘发酵、深层发酵。依据发酵转化产品的不同可 分为： 微生物菌体发酵； 微生物酶发酵； 微生物代谢产物发酵； 微 生物的转化发酵； 生物工程细胞的发酵等类型。微生物转化是 利用微生物细胞的一种或多种酶与中药废弃组织细胞相互作 用，将其中的可转化物质的化学结构改构或对其功能基团进行 修饰、转移等，促使其转化为经济价值更高的产物［21-22］。
尚有分析表明，中药虎杖水提药渣中残余白藜芦醇的含 量可达 2. 3 mg·g － 1 。将其药渣进一步通过醇提-大孔树脂 吸附-硅胶柱分离集成技术，可有效回收白藜芦醇，大大节约 了虎杖资源的生产，有效缓解了国内 20 余家白藜芦醇生产 企业争抢原料，导致虎杖药材及其白藜芦醇价格不断攀升的 局面［18］。
上［5-6］ ，依据中药废弃物 所 含 资 源 性 物 质 的 不 同 理 化 性 质 与 资源化潜力、不同利用价值等，在“三大利用策略”的引导下， 构建了“三类资源化模式”，即粗放低值资源化模式； 转化增 效资源化模式； 精细高值资源化模式。本文在资源循环经济 理论和中药资源化学思路的指导下，针对中药废弃物转化增 效的资源化模式，从转化增效的实现途径、适宜技术体系、应 用实践等方面进行论述，以期为推动和有效解决这一长期制 约中药资源产业健康发展的瓶颈问题，实现中药废弃物的资 源化利用提供借鉴和引导［7-9］。 1 中药废弃物转化增效资源化模式的基本内涵
转化增效资源化模式是针对具有一定资源化潜力的中 药废弃物，通过化学转化技术酶转化技术、微生物转化技术、 细胞生物转化、发酵转化技术等，使其转化成为利用价值较 高的资源性物质，以提高产品附加值，充分挖掘中药废弃物 的资源化潜力； 通过技术革新或技术集成，提升资源性物质 的利用效 率。该 模 式 是 实 现 节 约 资 源、循 环 经 济 的 重 要 途 径，为逐步推进中药废弃物资源化及资源产业链的延伸提供 重要支撑，其资源化过程涉及多领域的多学科交融、多元技 术集成等，以实现中药废弃物的转化增效与高效利用［10］。 2 中药废弃物的转化增效途径、方法技术及其应用实践
第 38 卷第 23 期 2013 年 12 月
Vol. 38，Issue 23 December，2013
·专论·
中药废弃物的转化增效资源化模式及其研究与实践
段金廒* ，宿树兰，郭盛，刘培，钱大玮，江曙，朱华旭，唐于平，吴启南
（ 南京中医药大学 江苏省中药资源产业化过程协同创新中心，江苏 南京 210023）
图 2 以中药固态废弃物为原料可生产的各类资源性产品 Fig. 2 Kinds of produce products from solid waste materials of Chinese material medica
2. 1. 3 高效富集 / 转移方法技术与应用 通过现代分离材 料与适宜技术的集成和应用，有效提高中药废弃物中可利用 物质的富集 效 率 和 转 移 率，以 实 现 废 弃 资 源 产 物 的 回 收 利 用，达到节约资 源 的 目 的。例 如，从 丹 参 废 弃 物 中 高 效 富 集 和回收利用脂溶性丹参酮类、水溶性丹酚酸类等资源性化学 成分。在含有 丹 参 的 中 药、保 健 产 品 等 的 深 加 工 制 造 过 程 中，当采用以水为溶剂提取工艺时，药材原料中含有的丹参 酮类等脂溶性成分大多留在了药渣中被废弃。若采用多相 提取工艺，并通过萃取转移与硅胶柱分离等多元技术集成， 可实现丹参各类型资源性物质的高效富集与回收利用［17］。
热解气化技术［11-12］，废弃物的热解气化技术是热转化技 术应用之一，其基本原理是在有氧参与下将废弃物中可燃物 质转化成一氧 化 碳、氢 气、甲 烷 等 可 燃 性 气 体。气 化 一 般 是 将废弃物部分燃烧，在中温或高温下气化生成燃料气、合成 气和不活泼残留物的过程。气化是所有生物质热化学加工 中开发最早、可规模化生产的利用技术，从气化到产品气的 后续加工和应用均已有较高的商业化程度。
［摘要］ 药材生产-饮片加工-产品深加工等产业化过程构成了我国独具特色的中药资源产业链和产品集群，产生了巨 大的社会和经济效益。然而，在药材生产与饮片加工过程中产生的“非药用部位”及“下脚料”，在资源性产品深加工制造过程 产生的废渣、废水、废气等大量的废弃物，既导致了中药资源的极大浪费又给生态环境带来了新的压力。在前期研究和实践 的基础上，依据中药废弃物所含资源性物质的不同理化性质与资源化潜力、不同利用价值等，构建了“三大利用策略”和“三类 资源化模式”。该文在资源循环经济理论和中药资源化学研究思路的指导下，针对中药废弃物转化增效的资源化模式，从转 化增效的实现途径、适宜技术体系、应用实践等方面进行论述，以期为推动和有效解决这一长期制约中药产业健康发展的瓶 颈问题，实现中药废弃物的资源化利用提供借鉴和引导。
［收稿日期］ 2013-10-09 ［基金项目］ 国家“十二五”科技支撑计划项目（ 2010BA I04B 03 ） ； 江苏高校中药资源产业化过程协同创新中心建设专项（ 2013） ； 江苏省 “333 高层次人才工程”第一层次培养对象项目（ 2013） ［通信作者］ * 段 金 廒，教 授，博 士 生 导 师，Tel： （ 025 ） 85811116， E-mail： dja@ njutcm. edu. cn
中药资源生产过程所追求的目标是实现有限资源的最 大化利用。中药废弃物主体为可再生物质，尤其是废弃的植 物组织器官、废渣、废水等是一类可转化利用的生物质原料。 通过转化实现废弃物的资源化，提升其利用价值、发现其潜 在利用价值。该过程主要包括： 化学转化、生物转化和物理 转化三大类方法技术体系。中药废弃物的转化增效资源化 途经与集成技术体系见图 1。 2. 1 中药废弃物的化学转化与富集转移技术及其应用实践
碱预水解化学转化技术： 利用不同浓度的碱液与某些助 剂的共同作 用，将 中 药 生 物 质 中 不 同 类 型 的 多 聚 糖 抽 提 出 来。碱液还可削弱皂化纤维素与半纤维素之间的氢键、半纤 维素与木质素之间的酯键，从而将半纤维素释放到溶液中。
化学催化反应转化技术： 以中药固态废弃物经处理液化 产物，或中药生产过程产生的废水等，加入特定的化学催化
热 / 压裂解转化技术［13-14］： 废弃物的热 / 压裂解化学转化 技术主要是指在一定温度和压力条件下（ 或添加催化剂） ，经 过一定时间的化学反应使中药固态废弃物转化为液态性产 物的过程。不同的工艺技术条件，其转化率一般在 50% ～ 90% 。大致可以分成高压热解、常压热解、常压快速热解、气
化途径与技术，使中药废弃物转化为固态、液态和气态等资 源性产品； 通过酸、碱预处理，以及化学催化反应等化学转化 途径与技术，将废弃物中大分子物质解聚转化为低聚类或小 分子化学物质，或通过转化提升资源性化学物质的利用价值 或潜在利用价值。也可通过应用现代分离材料及其技术集 成使中药废弃物中可利用物质高效富集或提高其转移率，以 实现提高利用效率的目的。 2. 1. 1 热化学转化方法技术与应用 燃烧热转化技术： 废 弃物燃烧模式是将贮存在废弃物中的化学能转化为可利用 的热能、电能等 能 源 化 方 式，用 于 供 热 和 发 电 等。该 方 式 虽 一定程度上缓解了废弃物处理压力和提供了热能和电能，但 直接燃烧效率低，烟尘排放量大，污染环境等，是粗放低值化 的利用方式。
第 38 卷第 23 期 2013 年 12 月
Vol. 38，Issue 23 December，2013
试剂，促使中药废弃物中可转化的物质转化为高附加值的可 利用物质，进一步开发为资源性产品。
有机溶剂处理法： 中药固体废弃物经有机溶剂处理后， 回收的半纤维素纯度高、活性好，有利于进一步转化为酒精、 制浆造纸助剂、木糖及木糖醇、阿拉伯糖木聚糖、黏合剂、增 稠剂、稳定剂、水凝胶、食用纤维、薄膜形成剂及乳化剂等资 源性产品。
以丹参药渣为 研 究 对 象，由 于 其 含 有 丰 富 的 纤 维 素、半 纤维素和木质素等生物质高分子物质，通过催化热解技术实 现高附加值转化。方法是将丹参药渣于固定床热解炉中进 行热解处理，热解产生的气体进行催化反应得到生物油。 2. 1. 2 化学反应转化方法技术与应用 酸预水解化学转化 技术： 中药废弃生物质原料经酸预水解后，组织材料中的半 纤维素与纤维素之间的连接键被解离，得到由纤维素和木质 素组成的固体物质，或可用做制浆造纸的原料，或经进一步 发酵生产获得乳酸或乙醇等。
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化合成、超临界液化等 5 种的富含纤维
素类物质的植物茎叶为原料，通过热裂解液化可制取液体产 物，主要为不凝性气体或生物质燃气，其中的有机小分子化 合物含量约 15% 。所采用的技术方法为： 在缺氧状态下快速 加热中药废弃物，然后迅速冷却为液体生物油； 在气体中的 高分子化合物完全分解前进行中温浓缩，以减少气体产物的 形成，提高液相产物产量； 再通过脱水分离为木醋酸和木焦 油。木醋酸经减压分馏获得乙酸、丙酸、丁酸、甲醇和其它有 机溶剂，木焦油可加工为杂酚等抗聚剂。
化学转化利用途径与方法技术主要包括： 通过热化学转
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第 38 卷第 23 期 2013 年 12 月
Vol. 38，Issue 23 December，2013
图 1 中药废弃物的转化增效资源化途经与集成技术体系 Fig. 1 Ｒesources ways and the integrated technology system of castoff from Chinese material medica conversion efficiency