中药药渣发酵研究

李诗卉，刘月新*，吴 萍，梁诗瑶，颜冬兰，黄 胜

(1.湖南中医药大学，湖南长沙 410208；2.九芝堂股份有限公司，湖南长沙 410008)

中药产业是我国的传统产业之一，在生产中药产品与中药材加工炮制的过程中，产生了大量药渣。药渣多为湿物料，易腐坏发臭，随着中医药行业发展，药渣废弃物也随之增多。现处理药渣多为填埋、焚烧等，这些方法费用昂贵，对周边空气、水质、土壤等环境产生严重的污染[1]。中药企业在进行中药产品生产时，往往只能提取部分有效成分，造成了严重的资源浪费。因此中药废渣的再利用日益受到重视，不仅能减轻环境污染、节约资源能源，还能带来可观的经济效益[2]。

中药发酵是中药炮制的重要组成部分，在中国已有四千年历史[3]。传统的中药发酵是利用环境中自然菌进行发酵，这种发酵技术难以控制菌种的种类与数量，质量难以保证。现代中药发酵实现了菌种的掌控，发酵技术更加成熟[4]。在中药发酵的基础上，药渣发酵的研究也日益发展，在种植业和有效成分提取等方面取得了显著的成果[5]。

1 处理方法

药渣的利用转化主要有化学转化、物理转化和生物转化[6]。其发酵是微生物及其产生的酶使药渣固态发酵转化为腐植质的生物转化过程[7]。发酵转化可降低药渣的纤维素、木质素等含量，提高蛋白质含量。根据物理性质不同，发酵转化可分为液态发酵与固态发酵[8]。固态发酵是近年来生产生物燃料等高附加值工业产品中最环保廉价的发酵方法[9]。

化学转化分为热化学转化、化学反应转化和富集技术等。热化学转化可使药渣转化为生物油、甲烷等燃料，热能、电力等生物质能源[10]。化学反应转化有化学催化转化技术、酸碱预水解化学转化等技术，其中酸碱预水解化学转化技术广泛应用于造纸与制备乙醇。富集技术则是通过分离集成实现药渣的回收利用。物理转化技术主要有材料化技术与固体燃料化技术，主要用于生产固体燃料与化工产品。

2 发酵药渣的综合应用

药渣发酵主要分为生物转化、化学转化和物理转化。其中生物转化可应用于制作饲料、肥料、栽培基质、食用菌培养、改良土壤和处理废水等；化学转化可应用于提取有效成分、制备甲醇、造纸和制备能源等。

2.1 生物转化

2.1.1 作为饲料 药渣在固体发酵后可作为发酵饲料替代普通饲料。药渣制作的饲料跟普通饲料相比，可提高动物的育肥效果、饲料利用率，降低药物残留、毒副作用。药渣中残留的活性成分还能起到防病治病，提高免疫力的效果[11]。研究表明，使用药渣作为饲料，能显著增加羔羊的体重[12]，使猪肉更加软嫩有嚼劲[13]。

2.1.2 作为肥料 药渣含大量植物生长所需营养成分，是良好的肥料原料。药渣堆肥是指微生物定向将载体中的有机物转化为腐殖质。药渣有机肥不仅能改善土壤理化性质还有促进种子发芽、幼苗发根等作用[14]，如将药渣与食物废弃物共同堆肥开发出高价值的抗病原堆肥[15]。此技术还可应用于其他废弃物发酵、动物粪便堆肥[16-17]。

2.1.3 用于栽培基质生产 药渣的多级发酵降解是指在发酵前激活菌种，再将菌种与药渣混合发酵，经基质多级降解反应得到药渣基质[7]。药渣基质成分稳定、性能可靠且无毒无害，在生物降解过程中能生成腐殖质并释放CO2，为植物提供良好的生长环境，是理想的育苗基质[18]。有研究表明，利用药渣做基质育苗，增强了植株的抗病灾能力[19]；将药渣与动物粪便等废弃物混合发酵，比单用药渣效果更好[20]。

2.1.4 用于食用菌培养 食用菌是我国常用的药补食品，含人体所需多种氨基酸[21]。药渣中含大量食用菌生长所需的营养物质，具杀虫杀菌的作用。药渣栽培菌种后剩下的残渣，可被食用菌分解转化为肥料，在含药用成分环境下培养出来的食用菌也具药用效果[22]，长期食用可降低人体血胆固醇和血糖、增强人体免疫力[23]。有研究表明，利用药渣栽培草菇，可提高草菇的产量[24]，用药渣栽培糙皮侧耳，获得了较好的碳氮比[25]。

2.1.5 改良土壤 药渣是重要的有机废弃物，有效利用可改善环境。药渣通过加热后通入水蒸气活化等反应可制备生物炭[26]。生物炭是一种优良的重金属吸附剂，表面积大且具多孔结构[27]，可有效吸附土壤重金属离子[28]。药渣还含丰富的有机质以及矿物质，使用后具有改善土壤理化性质等作用[29]。

2.1.6 废水处理 重金属经过工业生产进入水源，通过吸入、摄取等方式进入人体，具有很大的危害[30]。工业废水中重金属的处理有萃取、化学沉淀法等方式[31]，传统的处理技术不仅费用高还会产生大量有毒化学污泥[32]。药渣制成的生物质活性炭与重金属离子结合的官能团，可作为天然的絮凝剂处理废水[33]。将药渣与麦麸的吸附能力进行比较，表明药渣吸附能力更强[34]，利用药渣对废水进行处理，吸附率非常高[35]。

2.2 化学转化

2.2.1 富集技术提取有效成分 药渣含丰富的活性成分，具有营养药用价值，提取药渣中的剩余成分可提高药材的利用价值[36]。使用脱脂、脱蛋白等方法用大蠊药渣制备壳聚糖[37]；利用醇沉、酶解等方法从人参药渣中分离人参酸性多糖[38]。

2.2.2 化学反应转化 制备乙醇：药渣的发酵技术在乙醇生产工艺中具有广阔的前景，其过程是利用酸遇水的方法解离药渣中纤维素之间的连接键，将其水解为单糖后，将单糖发酵、蒸馏脱水制成乙醇[39]。有研究表明可用黄芪、木通药渣来提取乙醇[40-41]。造纸：药渣中含有丰富的纤维素、半纤维素，可作为造纸的原料，其原理是利用解离药渣中纤维素间的连接键，生成造纸原料[42]。有文献表明可将灵芝药渣处理后磨浆制成药渣浆料[43]，将灵芝药渣粉末加叶浆处理制作成药渣纸[44]。

2.2.3 热化学转化制备能源 使用药渣制能源既可解决能源短缺问题，还能减少环境污染，取得良好了的经济效益。将药渣与其他材料混合燃烧可得生物质炭，再通过排水集气法、沼液堆沤法在无氧或少氧条件下降解可产生沼气[45-46]。另外，热解气化是指生物质通过热化学反应制备气体燃料[47]。微波热解是指生物质在微波以及无氧或少氧的情况下热降解，最终形成生物油、炭与可燃性气体[48]。例如利用大蠊药渣制取燃气与生物柴油[49]。

2.3 药用

药渣外敷具有活血化瘀、收敛止痛等效果[50]。食用益生菌发酵的健胃消食片药渣可治疗腹泻、脾虚[51-52]。

3 讨论

我国中药资源丰富，用途广泛，在生产中药产品与中药材加工炮制时产生的药渣大部分作为废弃物处理。传统的药渣处理方式主要是堆放、焚烧等，这些处理方式对大气、土地和水源造成了严重的污染，使药渣成为中药企业最重要的污染源之一。药渣作为生物质资源，含丰富的营养成分，是比较有价值的废弃资源，因此药渣的开发利用是极具前景的。发酵技术在我国历史悠久，早在四千年前就开始将发酵应用于中药炮制，如神曲、半夏曲都是经典的发酵中药。药渣经过微生物的发酵不仅具提高药效、产生新活性物质等优点，还能降低废弃物的处理成本。药渣通过不同发酵技术处理，可应用于生产饲料、药品、生物质能源等方面，将废弃药渣变废为宝，不仅促进可持续发展，还具有重要的经济、社会效益。

尽管药渣在各行各业有所应用，仍有很多不足。如药渣来源途径广泛，使药渣的处理工作复杂，在作为饲料、培养食用菌等方面，需要依据药渣的具体化学成分、物理性质甚至药理作用才能进行资源的合理化应用，所以在深层次利用药渣资源的进程中，对药渣发酵前后的化学成分及药理作用进行深入研究是极具前途的，可以有针对性地对药渣中的化学成分进行利用，拓宽药渣的用途，从而拓宽中药资源的开发与利用途径，扩大药源和缓解市场供应[53]，为药渣的产业化提供更有力的帮助，使中药行业走上绿色可持续的发展道路。