创建“喜树碱、纸与GMP活性炭联产”的生物产业

侯梦斌 王家枢

（福建省造纸学会 350013）

创建“喜树碱、纸与GMP活性炭联产”的生物产业

侯梦斌 王家枢

（福建省造纸学会 350013）

喜树是我国重点保护、特有的野生植物。喜树可用于制浆造纸、建筑材料、包装板材。喜树还是一种重要的药材，可以制成一种具抗肿瘤作用的生物碱——喜树碱，还可以制成生物质活性炭，形成喜树碱、纸活性炭产业链。

喜树碱造纸 造纸 药材 活性炭

中共十八大提出的关于国计民生的一系列新观点、新思想、新论断中，最能激起社会各界的共鸣、受普通大众的欢迎，“美丽中国”无疑首当其冲。建设“美丽中国”，需要我们树立对自然的敬畏观，必须从粗放型增长模式向可持续发展模式转变，必须在制度上下功夫，把资源消耗、环境损害、生态效益等指标纳入经济社会发展评价体系。建立体现生态文明要求的考核办法、奖惩制度，形成长效机制。

不可否认，现在劫后余生般地去修复满目苍夷的自然环境，是需要投入大量时间、精力、劳力与钱财的，因此更需要通过管理创新，技术创新，做到少花钱，多赢利。于是，生态危机也催生了一个新产业——“生态环保业”。它与传统环保业有一个本质区别即“传统环保业”是“烧钱保平安”，耗费财力物力只求将“有害物”变“小害物或无害物”，排出了事；而“生态环保业”则利用自然生态链，将上一级的“有害物”变成下一级的“生产原料”， 因此它的“环保行为”，是一个“赢利的生产过程”。这在市场经济环境下，显然更受推崇。

建立“产业生态工业园”就是一个实施“生态环保业”好办法。

1 关于生物产业生态工业园

生态工业园是一种先进的发展理念，它将人类工业活动融入自然生态系统，有效缓解了发展生产与保护环境的矛盾。生态工业园是一种先进生产力，改变了资源利用方式，提高了资源利用率与资源价值，使人民共同享受到新技术与大自然带来的恩惠。

它着力于园区内生态链和生态网的建设，最大限度地提高资源利用率与资源价值，从源头上将工业的污染物排放量减至最低，实现区域清洁生产。与传统的“设计—生产—使用—废弃—生产方式不同，生态工业园区遵循的是“回收—再利用—设计—生产”的循环经济模式。它仿照自然生态系统物质循环方式，使不同企业之间形成共享资源和互换副产品的产业共同组合，使上游生产过程中产生的废物成为下游生产的原料，达到相互间资源的最优化配置。

我们可以选择“喜树碱、纸与GMP活性炭联产”作生态工业园首发项目。

2 生态工业链构建

以造纸为主业的生态工业链可以这样构成的：

2.1 关于喜树概述

喜树是中国特有树种，1999年8月经国务院批准列为第一批国家重点保护野生植物，保护级别为Ⅱ级。喜树英文名为：Common Camptothbeca Fruit；拉丁学名为Cimptotheca acuminata。喜树是蓝果树科（珙桐科），喜树属落叶大乔木。喜树为阳性树种，深根，喜光照和潮湿。对酸性、中性和微碱性土壤均能适应。在石灰岩形成的钙质土壤及板页岩形成的微酸性土壤均生长良好，喜树生长快，一年生苗高可达l m，径粗l cm，3～5年便可郁闭成林。喜树栽培简易，便于大面积推广。

喜树对气候要求不严，分布地的气候类型属南亚热带、中亚热带半干燥或半湿润气候。引种栽培区域已扩大到北亚热带和热带湿润地区及干热河谷地带。喜树在中国自然分布于海拔300～800m的山地。主要分布在江苏南部、浙江、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、云南等地。

喜树木材为散孔材。纹理略斜，结构细、均匀，质轻软，气干容重0.516 g，干缩中，强度小至中，适于做造纸原料、胶合板、火紫、牙签、包装箱、绘图板、室内装修、日常用具等。

喜树的果实、根、树皮、树枝、叶均可入药。主要含有抗肿瘤作用的生物碱——喜树碱，有治疗癌症的作用。癌症是严重威胁人类的常见病多发病，全世界每年约630万人，中国约130万人死于癌症。喜树具有抗癌的功能，可以治疗胃癌、结肠癌、直肠癌、膀胱癌、慢性粒细胞性白血病和急性淋巴细胞性白血病；外用可以治疗牛皮癣。

喜树碱也可用于生产生物农药。

2.2 喜树碱的生产

喜树碱（Camptothecin CPT）能稳定拓扑异构酶I和DNA的共价化合物，形成了三元可解离复合物，通过复制冲突模型造成DNA损伤，最终导致细胞死亡。

喜树碱(CFF)是一种拓扑异构酶I抑制剂，具有较强抗肿瘤活性，对胃肠道肿瘤、膀胱癌、肝癌和白血病等恶性肿瘤均有一定疗效。但它也产生了一定的副作用包括骨髓抑制、呕吐、腹泻和严重的出血性膀肮炎等。

喜树碱作为弱极性成分，根据“相似相溶”原则，多采用醇提。例如：史伟国“匀浆法提取喜树果和喜树叶中喜树碱的研究”，以喜树果和喜树叶为原料，对匀浆法提取喜树碱的工艺进行了研究，并采用HPLC法进行定量分析，确定了最佳的工艺条件：提取溶剂为体积分数55%的乙醇，匀浆时间为8 min，料液比为1∶15（g: mL）。在此工艺条件下，喜树果和喜树叶中喜树碱的得率分别为0.0801%和0.0679%。将该法与超声波提取、回漉提取、常温冷浸提取、水浴振荡提取等方法进行了比较，结果表明：匀浆提取具有得率高、时间省等优势，是一种高效提取喜树碱的方法。

本项目可以依托自主知识产权的“弱极性、极性植物成分提取公共技术平台”，优化弱碱水匀浆提取技术，更可大幅节约成本。

2.3 碱法造纸

造纸本质是从含有木质素、半纤维素、纤维素的植物原料中去除木质素、半纤维素，留下纤维素过程。不同植物中含比不同，如麦秆中木质素25%、半纤维素28%、纤维素40%。

现有方法是用碱或亚硫酸盐加水，去高温蒸煮植物原料，使木质素变成碱木质素与木质素磺酸盐溶入水中，加上其他复杂反应物就构成又臭又毒的造纸“黑液”，黑液占造纸污染源的90%。

现有产业化处理黑液方案：

（1）通过黑液提取、蒸发、燃烧、苛化回收碱，这过程复杂，能耗大，碱回收中乃生成大量的CaC03“白泥”，二次污染问题须进行净化处理回用。

（2）黑液提取、蒸发加铁酸钠(NaF02)燃烧、水解回收碱，副产赤铁矿。这不产生“白泥”，但能耗大，成本高。

（3）还有电渗析法、酸析法、等离子体技术、液膜分离技术、絮凝沉降法、生物化学法等在实验中。

这些办法都存在一个要害问题：企业要倒贴成本，因此企业没有实施动力。

治理造纸“黑液”的关键在于转变观念，不要只把造纸“黑液”看成污染负担，应该看成未利用的资源；造纸“黑液”中富含木质素就是一种珍贵生物质资源。

2.4 造纸黑液与活性炭

回观活性炭生产行业，它们就是利用木屑等生物质作碳源，如今由于国家加强生态保护，削减木材砍伐指标，己造成原料短缺。因此利用黑液生产活性炭是两全其美的好方法，既彻底解决了造纸“黑液”污染问题，又为活性炭生产找到免费原料，可节约活性炭生产成本50%～70%。

已有发明专利“一种造纸黑液碱回收同时制备活性炭的方法”，介绍了用造纸黑液碱回收同时制备活性炭。

本项目正是在继承前人研究基础上提出了：直接用活性炭吸附造纸黑液中固形物，获得净水，再把吸有造纸黑液中固形物的活性炭混合物重新烧制活性炭，部分活性炭回用再作造纸黑液吸附剂，利用电吸附技术，从活性炭洗脱水中回收碱液回用。

这样既可以解决造纸黑液的污染，又无原料成本地生产活性炭。一个年产10万t纸浆厂可产出2万t活性炭，纯利1.2亿元，而且新厂由于节约了造纸黑液处理设备投资；足以与活性炭生产投资相抵。

本项目已完成产业化设计，各设备与工艺已分别申请9个发明专利，足以生产各种高级活性炭。

2.5 活性炭的生产

利用农林三废物等生物质碳源，生产生物质活性炭已在自来水生产厂应用，污水处理，味糟脱色等等领域获得良好应用，可惜目前大小企业都只会生产化学粉末炭或果壳炭，于是出现廉价出口低质炭，4～10倍高价进口专用炭的现象。

本项目开发了多项发明专利，自主知识产权涵盖活性炭生产设备与工艺各个环节，从而有能力