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方悅悅，陳諾，肖平，張森，劉海峰，宿樹(shù)蘭，郭盛，段金廒
（南京中醫(yī)藥大學(xué)、江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過(guò)程協(xié)同創(chuàng)新中心、中藥資源產(chǎn)業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心、國(guó)家中醫(yī)藥管理局中藥資源循環(huán)利用重點(diǎn)研究室，江蘇南京210023）
摘要：近年來(lái)中藥產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致中藥資源產(chǎn)業(yè)化制造過(guò)程中產(chǎn)生大量的中藥藥渣。目前對(duì)中藥藥渣的處理方式以堆積、填埋、焚燒為主，這些粗放低值化利用方式造成巨大的資源浪費(fèi)及潛在的環(huán)境污染。“碳達(dá)峰”“碳中和”（“雙碳”）成為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，在“雙碳”的大背景之下，中藥產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)新一輪“低碳”風(fēng)潮，中藥藥渣高值化利用成為中藥行業(yè)踐行低碳經(jīng)濟(jì)的突破口。該文在低碳經(jīng)濟(jì)視角下，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)中藥藥渣的微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)、酶轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物質(zhì)熱解、氣化、水熱液化等高值化利用技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)。對(duì)中藥藥渣在飼料添加劑、生物有機(jī)肥、食用菌栽培基質(zhì)、制備活性炭處理廢水、新能源電池等方面的應(yīng)用進(jìn)行綜述。結(jié)合中藥藥渣的資源利用現(xiàn)狀，提出切實(shí)可行的資源化開(kāi)發(fā)利用策略和建議，以期為中藥資源產(chǎn)業(yè)鏈提質(zhì)增效與綠色發(fā)展，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供研究思路和理論依據(jù)。
在大力提倡低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的背景下，實(shí)現(xiàn)中藥藥渣資源的健康和可持續(xù)發(fā)展，需要得到行業(yè)和全社會(huì)的共同關(guān)注[1]。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排，解決能源安全問(wèn)題，提高經(jīng)濟(jì)效益的重中之重。以消耗中藥及天然藥物資源為特征的產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)率逐漸提高，中藥產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率占全國(guó)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)總額的1/3[2]。中藥材作為中藥制藥產(chǎn)業(yè)的原料，藥材原料的利用率較低，中藥藥渣中仍殘留大量的有效成分。目前對(duì)中藥藥渣的處理主要采用傳統(tǒng)的焚燒、填埋、堆放，導(dǎo)致巨大的資源浪費(fèi)和潛在的環(huán)境污染，與現(xiàn)階段國(guó)家積極倡導(dǎo)的低碳環(huán)保理念背道而馳。
我國(guó)中藥資源生產(chǎn)與深加工全產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程中仍存在資源利用效率低下、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境壓力不斷加劇等社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問(wèn)題[3]，如何實(shí)現(xiàn)中藥資源最有效利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境已成為我國(guó)中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中亟須解決的問(wèn)題。為應(yīng)對(duì)全球氣候變化問(wèn)題，我國(guó)提出“碳達(dá)峰”“碳中和”（“雙碳”）目標(biāo)，在推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展中促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型[4]。本團(tuán)隊(duì)多年來(lái)致力于中藥資源副產(chǎn)物及廢棄物資源化利用研究，緊扣碳中和的時(shí)代主題，系統(tǒng)構(gòu)建了中藥資源循環(huán)利用模式及技術(shù)體系。本文在中藥資源循環(huán)利用理論體系的指引下，以低碳經(jīng)濟(jì)為切入點(diǎn)，對(duì)中藥藥渣高值化利用技術(shù)與途徑進(jìn)行系統(tǒng)歸納總結(jié)。以期為中藥藥渣高值化利用，促進(jìn)中藥藥渣循環(huán)利用與價(jià)值提升，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供一定的參考依據(jù)。
1中藥藥渣處理現(xiàn)狀及迫切需求
1.1中藥藥渣處理現(xiàn)狀 “健康中國(guó)”已上升為國(guó)家戰(zhàn)略，中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)天時(shí)、地利、人和的大好時(shí)機(jī)[5]。近年來(lái)，隨著中醫(yī)藥在國(guó)際認(rèn)可度的不斷提高[6]以及我國(guó)政府支持力度的加大[7]，中藥產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)、產(chǎn)值穩(wěn)步提高[8]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)中藥材種植面積為240余萬(wàn)h㎡，藥材年產(chǎn)量為7000萬(wàn)噸。產(chǎn)生的中藥藥渣等廢棄物高達(dá)3500萬(wàn)噸[9]。中醫(yī)藥事業(yè)快速發(fā)展，中藥及中成藥的市場(chǎng)需求逐漸加大，醫(yī)藥企業(yè)數(shù)量也隨之劇增。中藥制藥企業(yè)一般對(duì)其產(chǎn)生的中藥藥渣進(jìn)行直接排放或簡(jiǎn)單的低附加值轉(zhuǎn)化，中藥藥渣的資源價(jià)值未得到有效釋放[10]。中藥藥渣傳統(tǒng)的粗放低值化處理方式不僅投入大量資金，而且導(dǎo)致生物質(zhì)資源的浪費(fèi)以及生態(tài)環(huán)境的潛在污染[11]，同時(shí)可能會(huì)造成二次污染，如土壤、大氣、水資源污染，最終危害人類健康并阻礙中藥資源產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。中醫(yī)藥事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有賴于中藥資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展，有賴于藥用生物資源可利用物質(zhì)、潛在利用價(jià)值的發(fā)現(xiàn)技術(shù)和手段[12]。因此，亟須通過(guò)行之有效的方法對(duì)中藥藥渣進(jìn)行高值化利用，秉承“低碳經(jīng)濟(jì)”理念，應(yīng)用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，減少?gòu)U棄中藥藥渣對(duì)環(huán)境造成的污染，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、循環(huán)利用目標(biāo)，為中藥產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效注入新動(dòng)能。
1.2中藥企業(yè)節(jié)能減排、踐行低碳環(huán)保理念迫在眉睫 當(dāng)前，中藥藥渣科學(xué)處置與循環(huán)利用成為行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題[13-14]。有效地綜合利用中藥藥渣，減少其對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染破壞是醫(yī)藥工作者必須思考并予以解決的問(wèn)題[15]。中藥藥渣資源化是一個(gè)涉及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益等多方面的連續(xù)過(guò)程[16]。當(dāng)前中藥藥渣已被用作飼料添加劑、食用菌栽培基質(zhì)、制備活性炭、造紙?jiān)系萚17]，部分實(shí)現(xiàn)其資源化利用。但這僅是對(duì)中藥藥渣的粗放低值轉(zhuǎn)化，且尚停留在初級(jí)階段，未充分挖掘其潛在的資源利用價(jià)值。目前，由于對(duì)能源的需求不斷增加，人們正在尋找廉價(jià)、環(huán)保、可再生且能替代化石燃料的能源。研究表明，中藥藥渣含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等生物質(zhì)能高分子[18]。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)熱解、氣化、水熱液化等技術(shù)可產(chǎn)生燃?xì)?、生物燃油、煤焦油等。因此，中藥制藥企業(yè)可采取各項(xiàng)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)，將中藥藥渣中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成清潔能源供企業(yè)常規(guī)生產(chǎn)用能，替代部分煤炭。這樣既能實(shí)現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)利用、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，又能實(shí)現(xiàn)低碳排放，助推低碳節(jié)能減排。
2低碳經(jīng)濟(jì)視角下中藥藥渣的開(kāi)發(fā)利用技術(shù)
2.1微生物發(fā)酵技術(shù) 微生物發(fā)酵作為一種通過(guò)真菌生產(chǎn)各種產(chǎn)品的技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用[19]。中藥藥渣的微生物發(fā)酵是一種雙向轉(zhuǎn)化技術(shù)，一方面微生物需要依靠中藥藥渣中殘留的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行生長(zhǎng)、繁殖、代謝，另一方面微生物產(chǎn)生的各種酶能破壞中藥藥渣細(xì)胞壁的完整性和致密性，提高藥渣中有效成分的提取效率。中藥藥渣經(jīng)過(guò)各種微生物進(jìn)行分解之后可用于菌種栽培，作為生物有機(jī)肥，動(dòng)物飼料添加劑，用于生物能源以及環(huán)境污染治理等領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，中藥藥渣經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵后纖維孔隙率提高，易于菌絲體著生和繁殖，能將其作為優(yōu)良的培養(yǎng)基質(zhì)用于各種食用菌的栽培;在畜牧業(yè)領(lǐng)域，利用微生物尤其是益生菌發(fā)酵中藥藥渣，可以促進(jìn)關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)變，提高蛋白含量，制成動(dòng)物飼料添加劑，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育;在生物能源領(lǐng)域，富含淀粉、半纖維素和纖維素等碳水化合物的中藥藥渣經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵后得到發(fā)酵糖，發(fā)酵糖可用作制備乙醇、沼氣和生物油等生物能源的原料;在環(huán)保領(lǐng)域，利用微生物發(fā)酵對(duì)中藥藥渣進(jìn)行改性處理，使其比表面積增大，制備成生物絮凝劑，能夠?qū)U水混懸溶液起到有效的絮凝作用，見(jiàn)圖1。
微生物作為自然界的“清道夫”，在中藥藥渣的綠色轉(zhuǎn)化和利用方面具有一定的優(yōu)勢(shì)[20]。微生物發(fā)酵技術(shù)與其他處理技術(shù)相比，其具有綠色環(huán)保、成本低廉、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。中藥藥渣作為中藥材生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，其以環(huán)保的方式轉(zhuǎn)化為可用于生產(chǎn)增值產(chǎn)品的新資源[21]。中藥藥渣含有粗蛋白、粗纖維、粗脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分，直接作為動(dòng)物飼料蛋白含量低、適口性較差。經(jīng)微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化的中藥藥渣蛋白質(zhì)含量顯著提高，用于制備蛋白飼料可改善飼喂動(dòng)物的肉質(zhì)品質(zhì)、繁殖性能。利用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白飼料，可為養(yǎng)殖業(yè)提供高蛋白飼料，解決傳統(tǒng)飼料無(wú)法滿足飼料短缺的矛盾，使中藥藥渣成為新型蛋白飼料資源，實(shí)現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)利用。中藥藥渣經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后可顯著增加蛋白質(zhì)、多糖、藥效成分的含量，同時(shí)降低纖維素含量，見(jiàn)表1。
2.2酶轉(zhuǎn)化技術(shù) 中藥藥渣的酶轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的酶對(duì)中藥藥渣中殘留的營(yíng)養(yǎng)成分或活性成分進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。中藥藥渣發(fā)酵過(guò)程需要微生物的參與，微生物會(huì)分泌纖維素分解酶、半纖維素分解酶和木質(zhì)素分解酶分解木質(zhì)纖維素[32-33]。中藥藥渣因?yàn)榇嬖谥参锛?xì)胞壁，直接用于飼料添加劑、食用菌栽培等殘留的有效成分無(wú)法全部釋放，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的大量酶系可破壞中藥藥渣細(xì)胞壁的完整性和致密性，極大提高活性成分的轉(zhuǎn)化和釋放。中藥藥渣的酶轉(zhuǎn)化技術(shù)在減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面具有應(yīng)用潛力。
曾飛等[34]篩選可有效降解甘草藥渣的菌株并優(yōu)化其纖維素酶生產(chǎn)工藝。結(jié)果表明，草酸青霉G液體發(fā)酵甘草藥渣可以產(chǎn)生活力較高的纖維素酶，該酶可使甘草藥渣糖化，提高其有效成分的提取率。研究表明靈芝藥渣在發(fā)酵過(guò)程中可以產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶轉(zhuǎn)化人參皂苷，顯著提高人參皂苷的含量[35]。通過(guò)酶轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)中藥藥渣進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可以再次提取和挖掘其殘留的有效成分，提升中藥藥渣的利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)中藥藥渣資源高值化利用目標(biāo)。
2.3生物質(zhì)熱裂解技術(shù) 生物質(zhì)熱解是一種高溫?zé)o氧過(guò)程，溫度范圍為300~1000℃[36]。中藥藥渣是一種典型的廢棄生物質(zhì)，其含有的纖維素和半纖維素?zé)峤猱a(chǎn)生揮發(fā)分，木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)生焦炭。研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)熱解可以產(chǎn)生不同產(chǎn)量和不同質(zhì)量的生物燃?xì)?、生物油和生物炭[37]。生物質(zhì)熱解可產(chǎn)生生物燃?xì)?、生物油以及固體生物炭。生物燃?xì)饪芍苯舆M(jìn)行發(fā)電轉(zhuǎn)化為液體燃油，為居民生活及企業(yè)加工生產(chǎn)供電;生物油可轉(zhuǎn)化為綠色化學(xué)品;固體生物炭可加工成吸附劑、活性炭等，用于廢水處理、化工和冶煉等領(lǐng)域。對(duì)中藥藥渣進(jìn)行熱裂解，變廢為寶的同時(shí)大大減少了中藥制藥企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物的量，同時(shí)減少了企業(yè)對(duì)化石燃料的依賴，踐行“低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)約”理念，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)3個(gè)方面的綜合效益。
王攀等[38]研究丹參藥渣催化熱解制取生物燃油的可行性，考察熱解溫度對(duì)產(chǎn)物的影響。結(jié)果顯示，在溫度為445℃時(shí)，液體產(chǎn)物生物油產(chǎn)率最高為39%。張銳等[39]從美洲大蠊藥渣中提取殘油，對(duì)得到的殘油進(jìn)一步制備生物柴油。研究發(fā)現(xiàn)生物柴油的轉(zhuǎn)化率可達(dá)94.37%。孟小燕等[40]采用沸石分子篩、介孔分子篩、Al2O3研究中藥藥渣催化裂解資源化技術(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，燃油產(chǎn)率最高為34.26%，催化裂解技術(shù)將成為中藥行業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。
2.4生物質(zhì)氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化是在1100℃下將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為合成氣的熱化學(xué)過(guò)程[41]。中藥藥渣氣化產(chǎn)生的燃?xì)饪蔀橹兴幹扑幤髽I(yè)生產(chǎn)供能，降低企業(yè)對(duì)煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的依賴，降低大氣中溫室氣體的排放量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)實(shí)現(xiàn)中藥藥渣資源化循環(huán)利用，有利于中藥產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展。中藥藥渣氣化發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用見(jiàn)圖2，中藥藥渣作為一種廢棄生物質(zhì)經(jīng)過(guò)脫水、高溫干燥、粉碎等處理后進(jìn)入循環(huán)流化床氣化爐，在氣化爐內(nèi)進(jìn)行燃燒、氧化、還原反應(yīng)。中藥藥渣中的纖維素、半纖維素經(jīng)過(guò)不完全燃燒、氧化、還原成燃料氣體。燃?xì)庠诎l(fā)電機(jī)的作用下將產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再被轉(zhuǎn)化成電能。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱能可用于中藥藥渣的干燥環(huán)節(jié)，電能可為工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等供電。
冼萍等[42]分析兩面針?biāo)幵臒峤鈿饣卣?，發(fā)現(xiàn)可通過(guò)熱解氣化技術(shù)從木質(zhì)中藥藥渣中制取潔凈燃?xì)狻９w強(qiáng)等[43]以玉米秸稈作為比較，對(duì)枸菊地黃丸、六味地黃丸、香砂養(yǎng)胃丸3種藥渣進(jìn)行氣化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示3種中藥藥渣熱解氣化均可產(chǎn)生較多的焦油，燃?xì)鉄嶂稻_(dá)到5300kJ·m-3以上。范鵬飛等[44]在雙回路循環(huán)流化床設(shè)備中，以感冒清顆粒藥渣為原料進(jìn)行熱解氣化實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在特定的實(shí)驗(yàn)條件下，感冒清顆粒藥渣的氣化效率較高，具有較好的氣化特性。張彤輝等[45]研究空氣當(dāng)量比對(duì)六味地黃丸藥渣氣化特性的影響。研究表明，在水蒸氣配比為0.4時(shí)，六味地黃丸藥渣燃?xì)鉄嶂悼蛇_(dá)6100kJ·m-3。
2.5生物質(zhì)水熱液化技術(shù) 生物質(zhì)熱解、氣化、液化都屬于熱化學(xué)加工，但三者在操作方法上有所不同。生物質(zhì)熱解、氣化需要對(duì)原材料進(jìn)行干燥并且在較高的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，生物質(zhì)水熱液化不需要干燥。生物質(zhì)水熱液化處理技術(shù)是指加工過(guò)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為壓縮的熱水的熱化學(xué)過(guò)程[46]，可直接利用濕質(zhì)原料，實(shí)現(xiàn)原料全組分轉(zhuǎn)化，具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。
生物質(zhì)水熱液化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生生物油、水相產(chǎn)物、固體殘?jiān)蜌怏w[47]。在4種產(chǎn)物中，生物油可用作燃料或生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，減少企業(yè)對(duì)石油的消耗;水相產(chǎn)物可用于藻類培養(yǎng)，通過(guò)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷等;固體殘?jiān)M(jìn)一步處理可作生物炭;氣相產(chǎn)物可作為溫室的氣體燃料。比起中藥藥渣傳統(tǒng)的處理方式，生物質(zhì)水熱液化可實(shí)現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)再利用，減少自身產(chǎn)生的環(huán)境污染、為企業(yè)生產(chǎn)供能，減少溫室氣體的排放量，有助于實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)。丁文冉[48]以當(dāng)歸藥渣為原料，開(kāi)展水熱液化制取生物油研究。結(jié)果表明，水熱液化技術(shù)能有效脫除當(dāng)歸藥渣中的氧元素，富集碳元素至生物油。丁世磊等[49]以水為反應(yīng)介質(zhì)，以粉防己藥渣作為原料，研究粉防己藥渣直接低溫液化制備生物油的工藝條件。結(jié)果表明，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，有助于液化效率的提高。
3中藥藥渣高值化利用途徑
中藥藥渣主要來(lái)源于中成藥原料生產(chǎn)、配方顆粒生產(chǎn)、醫(yī)院制劑加工與煎藥等。中藥藥渣通過(guò)固態(tài)發(fā)酵進(jìn)行轉(zhuǎn)化，原料中蛋白質(zhì)含量明顯增加，可作為飼料添加劑飼喂畜禽，畜禽產(chǎn)生的糞便等回歸于農(nóng)田用于藥材種植基地，見(jiàn)圖3。中藥藥渣中的營(yíng)養(yǎng)成分和活性成分在微生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中被極大釋放與轉(zhuǎn)化，其有效成分的提取效率明顯提高，發(fā)酵后的藥渣可作為生物有機(jī)肥回歸于藥材種植基地，為土壤提供養(yǎng)分。中藥藥渣中含有大量的生物質(zhì)能，通過(guò)熱裂解、氣化、液化技術(shù)可將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成生物燃油、可燃?xì)狻⒁掖嫉饶茉次镔|(zhì)為企業(yè)供能、供電、供熱，在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中藥藥渣資源化利用，變廢為寶的同時(shí)減少各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的溫室氣體的量，為早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。
3.1飼料及添加劑 目前，中藥藥渣在豬、牛、羊、雞等經(jīng)濟(jì)畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。由于生產(chǎn)工藝等原因，中藥材經(jīng)提取加工后仍殘留一定的營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)，但因?yàn)橹参锛?xì)胞壁的存在，中藥藥渣中很多營(yíng)養(yǎng)成分難以被非草食性動(dòng)物吸收利用。通過(guò)對(duì)中藥藥渣進(jìn)行微生物發(fā)酵，分解中藥藥渣中含有的纖維素類物質(zhì)產(chǎn)生低聚糖等功能性次級(jí)代謝產(chǎn)物。將發(fā)酵中藥藥渣用作畜禽飼料，不僅能夠促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育、改善肉質(zhì)，亦能提高動(dòng)物機(jī)體免疫力、調(diào)節(jié)代謝，見(jiàn)表2。因此，將中藥藥渣用作飼料添加劑在避免其本身堆放產(chǎn)生的環(huán)境污染、降低企業(yè)養(yǎng)殖成本和推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)等方面具有應(yīng)用潛力。
3.2作為生物有機(jī)肥 普通化肥易造成土壤板結(jié)、鹽漬化程度高。尋找兼顧土壤理化性質(zhì)和提高中藥材質(zhì)量及品質(zhì)的有機(jī)肥料成為研究熱點(diǎn)。中藥藥渣木質(zhì)素含量高，腐殖化速度快，可用于堆肥育苗[62]。中藥藥渣含有大量氮、磷、鉀等微量元素，在適宜的溫度和pH條件下，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵且腐熟以后，能滿足植物苗期所需養(yǎng)分，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料和栽培基質(zhì)，見(jiàn)表3。將中藥藥渣作為生物有機(jī)肥用于中藥生態(tài)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的平衡和可持續(xù)發(fā)展具有顯著效果[63]。中藥藥渣殘留營(yíng)養(yǎng)成分高，可作為生物有機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，替代化學(xué)合成的肥料，實(shí)現(xiàn)中藥藥渣的循環(huán)利用，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較小。
3.3作為食用菌栽培基質(zhì) 棉籽殼、雜木屑、玉米芯、稻草等是食用菌常用的栽培基質(zhì)。近年來(lái)，由于木屑價(jià)格的不斷上漲以及棉籽殼存在安全問(wèn)題，亟需尋找可替代的栽培基質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，中藥藥渣含有大量益于食用菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)成分，能為微生物的生長(zhǎng)提供碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可用于栽培食用菌。相比于棉籽殼、玉米芯等傳統(tǒng)栽培基質(zhì)，中藥藥渣具有纖維孔隙率高，易于菌絲著生和繁殖等特點(diǎn)[72]，培育的食用菌生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量高、生長(zhǎng)狀態(tài)良好、營(yíng)養(yǎng)成分含量高，見(jiàn)表4。因此，中藥藥渣與食藥用菌產(chǎn)業(yè)結(jié)合是可持續(xù)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的必然趨勢(shì)，不僅實(shí)現(xiàn)中藥藥渣的資源循環(huán)利用，也間接減少農(nóng)業(yè)肥料的使用，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出一定貢獻(xiàn)。
3.4制備吸附材料處理廢水 活性炭具有較強(qiáng)的吸附功能，主要是由含碳的原材料經(jīng)過(guò)熱解、活化加工制備而成。廢棄中藥藥渣中含有大量碳，可用于制備活性炭。于穎等[79]以Na2CO3為活化劑，香櫞、桂枝、板藍(lán)根3種藥渣為原料，制備活性炭。掃描電子顯微鏡結(jié)果顯示，制備的活性炭存在大量的孔結(jié)構(gòu)，具有較好的吸附性。葛曉利等[80]以磷酸為活化劑，大黃藥渣為原料，制備超級(jí)活性炭。結(jié)果表明，用60%的磷酸浸漬，在600℃下活化60min，產(chǎn)生的活性炭的表面積為2413c㎡·g-1，具有較好的吸附性能。YANGJ等[81]在真空條件下以ZnCl2為活化劑，以中藥藥渣作為原料，制備活性炭。結(jié)果表明，在真空條件下，從堿浸漬過(guò)的中藥藥渣中獲得的活性炭吸附性能較好，其表面積增加125.3%、總孔體積增加64.9%。
重金屬?gòu)U水排放量大、來(lái)源廣、危害大。當(dāng)前，由于鋼鐵及有色金屬的冶煉、礦山開(kāi)采等行業(yè)的快速發(fā)展，水源中重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，危害人類及水生生物的生命健康。中藥藥渣用于重金屬?gòu)U水處理具有成本低、環(huán)境友好、吸附力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。中藥藥渣通過(guò)氣化、熱解、水熱液化等技術(shù)將其所含的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成燃料氣體，燃?xì)庠诎l(fā)電機(jī)的作用下發(fā)電為污水預(yù)處理、生物處理、深度處理等環(huán)節(jié)供電，中藥藥渣經(jīng)過(guò)微生物轉(zhuǎn)化制備的活性炭、生物絮凝劑可吸附廢水中的重金屬離子，減少?gòu)U水生物處理環(huán)節(jié)外加劑的使用，見(jiàn)圖4。經(jīng)過(guò)處理的再生水資源可用于居民生活、工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)補(bǔ)水等，減少水資源的浪費(fèi)。
CHENX等[82]用磷酸二氫鉀對(duì)雞糞和中藥藥渣進(jìn)行改性，熱解以獲得在水溶液中處理Pb（Ⅱ）的改性材料（PBC）。根據(jù)Langmuir模型分析，PBC對(duì)Pb（Ⅱ）的最大吸附量為599.4mg·mL-1，可以作為廢水中Pb（Ⅱ）的有效吸附劑。曹陽(yáng)等[83]以雞血藤藥渣為生物吸附劑，吸附廢水中的Cu2+。結(jié)果表明，雞血藤藥渣對(duì)Cu2+有較好的吸附處理作用。陳月芳等[84]研究發(fā)現(xiàn)中藥藥渣和麥麩對(duì)模擬礦山酸性廢水中的Cu2+具有吸附作用。ZHANGL等[85]以KOH為活化劑，中藥藥渣為碳源，采用碳化及活化的方法制備高比表面積介孔碳材料。結(jié)果表明，制備的介孔碳材料吸附功能較強(qiáng)，可吸附大分子和自由基。LIUYW等[86]研究胖大海藥渣作為吸附劑對(duì)鉻和鉛的吸附行為。胖大海對(duì)鉛和鉻有較好的吸附性能，是一種良好的天然吸附劑。ZHAOS等[87]研究表明丹參殘?jiān)勺鳛槲鬯衼喖谆{(lán)的有效生物吸附劑，其最大單層生物吸附量為100.0mg·g-1。綜上所述，中藥藥渣可以被資源化利用處理重金屬?gòu)U水，達(dá)到“以廢治廢”的效果，為推動(dòng)環(huán)境與中藥產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展助力。
3.5制備新能源電池 在“雙碳”的大背景之下，與新能源相關(guān)的產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展。然而太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能等新能源面臨著隨機(jī)性和嚴(yán)重的氣候依賴性等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高效利用。研究大規(guī)模穩(wěn)定的能源儲(chǔ)存系統(tǒng)勢(shì)在必行。鋰電池和超級(jí)電容器是目前應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速的2種儲(chǔ)能方式。查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，中藥藥渣可通過(guò)活化制備成活性炭用于鋰電池或超級(jí)電容材料。
LIANGJF等[88]利用刺五加廢棄根制備富含微孔和氮摻雜的多孔碳框架，其優(yōu)良的蜂窩狀結(jié)構(gòu)有利于電解質(zhì)的滲透和Li+向電極材料的滲透，該電極材料的優(yōu)異性在促進(jìn)鋰硫電池的發(fā)展方面有一定潛力。趙悅等[89]以廢棄生物質(zhì)中藥藥渣為原料，ZnCl2為活化劑，制備生物炭碳基氧還原電催化劑。結(jié)果表明，其具有出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。張慶武等[90]以土茯苓藥渣制備含鐵、硫化合物等多孔炭材料。該材料含有的中孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積為離子傳輸提供了良好的通道。
中藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展依賴于中藥資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展。中藥藥渣循環(huán)利用無(wú)疑也是中藥資源高效利用的方式之一。綜上所述，無(wú)論是將廢棄中藥藥渣作為經(jīng)濟(jì)畜禽的飼料添加劑、生物有機(jī)肥、食用菌栽培基質(zhì)、吸附材料處理廢水還是制備成新能源電池，都實(shí)現(xiàn)了中藥藥渣的高值化與循環(huán)利用，可有效降低碳排放，為早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。
4總結(jié)與展望
對(duì)中藥藥渣進(jìn)行資源化利用，有利于中藥產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。中藥藥渣經(jīng)過(guò)微生物轉(zhuǎn)化，蛋白質(zhì)含量明顯提高，可用作生產(chǎn)蛋白飼料、食用菌栽培基質(zhì)。中藥藥渣中含有氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)，是生物有機(jī)肥的潛在原料。中藥藥渣的熱裂解、生物質(zhì)氣化、液化技術(shù)可制備生物燃油、乙醇、燃?xì)獾惹鍧嵞茉矗糜谥扑幤髽I(yè)生產(chǎn)供能。
中藥藥渣的綜合、高效、循環(huán)利用是一項(xiàng)復(fù)雜且艱巨的任務(wù)，當(dāng)前我國(guó)中藥藥渣的綜合利用尚且停留在初級(jí)階段，尚未形成完整的中藥藥渣資源循環(huán)利用體系。首先，中藥藥渣綜合利用率偏低是其面臨的最主要的問(wèn)題。中藥藥渣是重要的生物質(zhì)資源、傳統(tǒng)的處理方式造成極大的資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，作為生物有機(jī)肥、菌種栽培基質(zhì)等處理技術(shù)亦存在一定的弊端。中藥藥渣資源化利用技術(shù)仍處于理論研究階段，并未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，無(wú)法徹底解決中藥藥渣引起的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題。其次，中藥資源產(chǎn)業(yè)涉及面廣泛，產(chǎn)生的中藥藥渣來(lái)源復(fù)雜、成分多樣、理化性質(zhì)不一。目前，中藥制藥企業(yè)、中醫(yī)醫(yī)院產(chǎn)生的中藥藥渣，通常采用混合收集、混合運(yùn)輸、混合處理，沒(méi)有實(shí)行源頭分類處理。最后，中藥藥渣回流市場(chǎng)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，國(guó)家已明確規(guī)定，經(jīng)煎煮提取有效成分的中藥藥渣禁止再次流入市場(chǎng)，但不法分子鋌而走險(xiǎn)，回收中藥藥渣，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理之后再次銷售，擾亂市場(chǎng)秩序。
中藥藥渣資源化處理不僅取決于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度，與政府相關(guān)政策法規(guī)的建立也密切相關(guān)。首先，政府應(yīng)該建立中藥藥渣統(tǒng)計(jì)制度，對(duì)中藥制藥企業(yè)及中醫(yī)院等產(chǎn)生的中藥藥渣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，摸清底數(shù)，為后續(xù)中藥藥渣的處理、利用提供依據(jù)。其次，政府與企業(yè)應(yīng)齊心協(xié)力，共同參與中藥藥渣資源化處理這項(xiàng)任務(wù)中來(lái)?？梢龑?dǎo)有條件的企業(yè)或機(jī)構(gòu)構(gòu)建中藥藥渣資源化利用中心，力爭(zhēng)在中藥藥渣發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料、生物質(zhì)燃料、食用菌栽培基質(zhì)等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)的重大突破。最后，建立能夠防范提取有效成分的中藥藥渣回流市場(chǎng)的處置管理制度，嚴(yán)防中藥藥渣被不法分子回收利用。中藥藥渣資源化利用處理成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，短期內(nèi)無(wú)法為企業(yè)帶來(lái)利潤(rùn)，企業(yè)難以一直堅(jiān)持。因此，中藥藥渣資源化處理亟須政府、企業(yè)共同倡導(dǎo)，基于低碳環(huán)保理念，采用相關(guān)技術(shù)手段，對(duì)中藥藥渣進(jìn)行資源化處理，以實(shí)現(xiàn)中藥產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展。 |
