葛采收加工过程及深加工过程废弃物的资源化利用现状与策略探讨△

曾慧婷，张媛媛，宿树兰，刘德根，王小青，虞金宝*

1.江西省中医药研究院，江西 南昌 330046；2.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；3.南昌济顺制药有限公司，江西 南昌 330046

葛为豆科Leguminosae葛属Pueraria多年生落叶藤本植物，作为我国传统药用植物资源已有近两千年的临床应用历史，始载于汉代《神农本草经》：“主消渴，身大热、呕吐、诸痹，起阴气，解诸毒，味甘、辛、凉，归脾胃二经”[1]。葛属植物约有35种，主要分布于温带至亚热带地区海拔100～2000 m处，喜温暖湿润的环境，属阳生植物，常生长于森林或河溪边向阳坡面。我国为葛属植物分布中心，据《中国植物志》第41卷记载，我国产9种及1变种，包括三裂叶野葛P.phaseoloides、小花野葛P.stricta、苦葛P.peduncularis、须弥葛P.wallichii、葛麻姆P.lobatavar.montana、野葛P.lobata、粉葛P.thomsonii、密花葛P.alopecuroides、黄毛萼葛P.calycina、食用葛P.edulis[2]。其中野葛和粉葛是我国分布最广、资源较多、产量最高的葛属植物，亦被《中华人民共和国药典》所收载，其性味、功效相似，均具解肌退热、生津止渴、透疹、升阳止泻、通经活络、解酒毒的功效[3]，现代研究表明，葛根中含有的黄酮类物质，在心血管系统、降血糖、抗癌、抗氧化等方面亦表现出显著药理活性。此外，葛块根还富含淀粉、多种氨基酸、无机元素等，粉葛中淀粉含量高达40%，具有良好的食用价值，素来有“北参南葛”、“亚洲人参”之称，葛根被卫生部首批列为药食同源植物，粉葛亦于2018年被新增入药食同源目录[4-5]。野葛主要为自然分布，粉葛则以栽培为主，在广东、广西、浙江、云南、四川、重庆等地均有人工栽培。

葛在我国资源丰富、分布极广，除新疆、西藏和青海等少数省份外，全国各省区均有所分布，且以长江流域及黄河流域自然分布居多[6-8]。葛在中医临床、方药配伍中应用广泛，以葛根配伍的经典名方有葛根黄连汤、葛根白虎汤、升麻葛根汤等。由于葛药食两用的特性，目前已广泛应用于药品、食品、化妆品等领域，葛产业正逐渐成为“21世纪黄金产业”，在国内外具有广阔的市场前景。根据药智网搜索到的数据显示，以葛作为处方原料药材的中成药处方数据多达309条，如感冒清热胶囊、根痛平颗粒、桑葛降脂丸、儿泻止颗粒等；以葛作为处方原料药材的国产保健食品数据多达560条，如正大牌双馨胶囊、华州牌太欣茶、汝乐胶囊、一力牌森邦胶囊等；以葛作为化妆品原料的数据有19条，如野葛根提取物、葛根提取物、野葛淀粉等。据统计，我国葛资源(栽培和野生)约40 hm2左右，年产量在150万t以上[9]，然而目前对于葛资源的开发利用仍然以其传统药用部位根部入药和生产葛粉为主，葛花亦有入药，在葛采收加工过程中产生的大量废弃物，如采收加工过程中较为发达的葛藤茎、叶及未采收的葛花，深加工产业化过程中产生的葛根药渣均未被有效利用而废弃，造成生态环境的污染和资源的浪费。本文通过查阅相关文献资料，针对我国葛采收加工过程中产生的藤茎、叶、花和药渣等废弃物的资源化利用作一综述，以期为葛资源的进一步研究及开发利用提供参考依据。

1 化学成分研究

近年来，随着国内外对葛属植物栽培、选育及加工的相关研究及产业化的迅速发展，有关葛非药用部位(藤茎、叶、花和药渣)有效成分及药理活性的研究工作也已初步展开。研究发现，葛非药用部位中含有与葛根相同的化学成分和类似的药理活性，具有潜在的综合利用价值，现介绍如下。

1.1 黄酮类

黄酮类物质在葛全植株均有分布，同时也是葛中主要功效物质基础，主要包括葛根素(puerarin)、大豆苷(daidzin)、大豆苷元(daidzein)、染料木素(genistein)、染料木苷(genistin)、3-甲氧基大豆苷元(3′-methoxydaidzein)、芒柄花素(formononetin)等[10-11]，结构式如图1所示。张德武等[1]从野葛藤茎中分离得到了葛根素(puerarin)、3-甲氧基大豆苷元(3′-methoxydaidzein)、芒柄花素(formononetin)、染料木素(genistein)、大豆苷元(daidzein)、大豆苷(Daidzin)等13种黄酮类成分，通过比较葛藤茎与葛根中相关异黄酮类成分含量分析，发现葛藤茎中葛根素含量较高，两年以上生野葛藤茎中葛根素含量可高达3.46%，且大豆苷在葛藤茎中含量显著高于葛根[12-13]；周红英等从葛叶中分离得到了葛根素、大豆苷、大豆苷元等黄酮类成分[13]；张杰等报道葛花中含有葛花苷(kakkalide)、尼泊尔鸢尾素(irisolidone)、鸢尾苷(tectoridin)，鸢尾黄素(tectorigenin)、黄豆苷(Glycitin)、黄豆黄素(Glycitein)等19种黄酮类成分[14-16]；黄彤等利用纤维素酶提取了葛根渣中黄酮类化学成分。葛根渣中总异黄酮得率可达1.38%[17]。黄酮类成分具有抗菌、抗病毒、抗微生物、抗高血压、抗肿瘤、降血糖等多种生物活性。其中葛根素呈现典型植物雌激素样作用，具有明显心血管保护活性，且具有显著提高骨密度、促进骨形成的特性，目前已逐渐成为研究心血管疾病、骨质疏松症等所关注的热点[18-19]。

图1 葛中主要异黄酮类化合物结构式

1.2 挥发油类

葛藤茎和葛花中均含有挥发油成分，仰玲玲[20]等从葛藤茎中提取分离得到了64种挥发油成分，其中主要以烷酸和烯酸类化合物为主，如壬二酸、十二烷酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、11-十八碳烯酸、9-十八炔等；王胜鹏等[15]从葛花中提取分离得到了樟脑(campher)、壬醛(nonanal)、反式石竹烯(trans-caryophyllene)、斧柏烯(thujopsene)、六氢金合欢基丙酮(hexahydrofarnesylacetone)、十六酸甲酯(methyl hexadecanoate)、十六酸(hexadecanoic acid)、正二十二烷(n-docosane)等挥发油成分。该类成分具有抗菌消炎、解热镇痛、健胃、祛痰等作用。

1.3 有机营养成分及微量元素

研究表明，葛藤茎[12，21]、葛叶[22-23]和葛花[15]中均富含蛋白质、氨基酸、淀粉、多糖等有机营养成分；葛全植株均含有丰富的铜、锌、铁、钙、镁等微量元素，其中葛叶中所含铜、锌、钙等微量元素含量高于葛其他部位[24-25]。

1.4 其他类

葛花中还含有皂苷类、甾醇类和生物碱等可利用成分；葛叶中还含有叶绿素、纤维素等可利用物质[26]，葛叶中含有的叶绿素，被证实有造血、解毒、提供维生素、抗病等用途；葛根废渣干物质中尚有达70%以上的膳食纤维以及葛根淀粉等。

2 葛采收加工过程废弃物的资源化利用策略

目前对于葛资源的开发利用仍然以其传统药用部位根部入药和生产葛粉为主，葛花亦有入药，在葛采收加工过程中产生的大量废弃物未被有效利用而废弃，造成资源浪费和环境污染。因此，基于资源循环利用的思路，开展传统非药用部位及资源化深加工，将对我国葛资源产业的绿色发展起到积极的推动作用。

2.1 葛藤茎、叶的资源化利用

葛藤茎在我国有着悠久的应用历史，葛藤纤维由于韧性好且细长，经蒸煮、发酵、漂洗制成洁白的纤维葛麻，可用于织布、造纸和制作精美的工艺品(如葛绳、地毯、沙发等)，具有较高的经济和实用价值。由于葛为豆科植物，其藤茎和叶干物质中含有约16.5%～22.5%的蛋白质，以及多种氨基酸、维生素、微量元素等[27]，葛藤茎或葛叶经杀青、定色、灭菌等操作可制成葛蔓葛叶茶，亦有从野葛叶中提取蛋白的工艺研究[28-29]。生长初期的葛藤茎和叶幼苗质地嫩、口感好，加之再生性好、生长速度快、可饲面宽，可以不同制备工艺制成青贮饲料、混合饲料、饲料添加剂等形式，可改善动物生长性能，提高机体免疫功能及抗氧化能力，改善畜禽产品品质，从而有效缓解饲料价高、紧缺的问题，降低养殖成本。葛藤茎药理作用始载于《新修本草》，谓之“葛蔓”，曰“蔓烧为灰，水服方寸匕，主喉痹”，均表明葛藤茎具有较高的资源利用价值。葛藤茎、叶中还含有异黄酮类等多种资源性活性成分，研究表明，野葛当年生葛藤茎中所含葛根素约为1.4%，含量虽不及块根，但其来源广、采收方便且植株为多年生，因此若加以充分利用，可产生巨大经济效益[30]。此外，葛藤茎中含有的挥发油成分具有较强的抗菌活性，所含葛根素含量较高，可作为制备葛根素的新药源，叶中所含叶绿素，被证实有造血、解毒、提供维生素、抗病等用途，均可用于医药产品的开发。关于葛叶的临床应用始载于《本草经集注》：“叶主治金疮，止血”，现代药理活性研究亦表明，葛叶具有消肿止痛、化瘀止血的功效，可用于治疗跌打损伤、创伤出血[31]。葛藤茎、葛叶中富含蛋白质、氨基酸、淀粉、多糖等有机营养成分及丰富的铜、锌、铁、钙、镁等微量元素，可用于保健食品、膳食补充剂和动物饲料的开发；通过对葛藤茎、叶进行功能性开发，进而提高葛资源的利用效率。

2.2 葛花的资源化利用

葛花为中医临床常用中药，明代《滇南本草》中记载：“治头晕，憎寒壮热。解酒醒脾，治酒毒酒痢，饮食不思，胸膈饱胀发呃，呕吐酸痰，酒毒伤胃，吐血呕血。消热，解酒毒”[32]。葛花除少量用于临床调剂配方，如解酒醒肝汤(由葛花、柴胡、黄芩、茯苓、白茅根、佩兰组成)，多以制备葛花茶等保健饮品为主，市场上已有多种以葛花生产的葛花茶、葛花露等保健品，如利用葛花配以葛根、乌梅等或葛根、杨梅汁、甘草和菊花等，并添加果糖、酸味剂等制成醒酒饮料，亦有用桂圆、花生仁等混合制成的桂圆花生养生葛花茶，能够提高人体免疫力、滋润、补血，使人保持良好的精神状态[33]。近年来对葛花的化学成分研究表明，葛花中同样富含有异黄酮类化合物，在解酒、护肝、抗炎、抗肿瘤、抗氧化等方面发挥药理作用，同时具有雌激素样活性，因而可成为获取该类化合物的新来源[34]；葛花中还含有挥发油类、皂苷类、甾醇类和生物碱等可利用成分，可用于医药产品和化妆品的开发；葛花中富含蛋白质、氨基酸、淀粉、多糖等有机营养成分及丰富的铜、锌、铁、钙、镁等微量元素，可用于保健食品、膳食补充剂和动物饲料的开发；同时，葛花为药食同源之品，针对临床常见心脑血管疾病、高血糖、高血脂、衰老等慢性疾病，将其作为食疗产品而辅助治疗，扩大葛花的综合利用，将具有极大的研究和应用价值。

2.3 葛根药渣的资源化利用

提取葛粉后的葛根药渣除少数用来造纸和用作饲料外，大多数被废弃，葛根药渣富含膳食纤维，韩军等采用淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，利用酶解法从葛根渣中制备膳食纤维，结果显示方法简便易行、成本较低、污染少，可较好地保护葛根药渣中膳食纤维的组织结构和生理功能[35]。葛根药渣中粗蛋白、粗纤维和粗脂肪含量均较高，营养成分结构合理，可将葛根渣中膳食纤维作为辅料制作曲奇饼干，可改善通常曲奇饼干中高脂肪、高热量、口感油腻的缺点；葛根渣理化性质与传统原料杂木屑相接近，因此可用于栽培食用菌类的新基质，目前国内外已有将葛根药渣用于香菇、平菇、鸡腿菇栽培的成功报道[36]；此外，提取葛粉后残渣中尚含有约50%的异黄酮类化合物，有必要对其再提取利用[37]，可采用超声波辅助、微波辅助、酶反应及发酵等方法提取制备，其中醇提法是提取葛根渣中异黄酮类的常规工艺，但葛根渣中纤维素类成分的致密结构会影响异黄酮的提取，因此有报道通过利用纤维素酶和木聚糖酶对葛根渣实行预处理后，总异黄酮得率较常规醇提法明显提高，经富集、纯化的异黄酮类成分可用于医药产品及保健品的开发利用。此外，以葛根渣为主要原料，采用微生物发酵的方式也可制得表面富含多羟基、多羧基功能基极性化的葛根渣吸附材料，提高了葛根药渣的资源利用效率。

2.4 资源性化学成分转化率提升研究

在葛根和粉葛加工过程中采用适宜技术提高葛中资源性化学成分(主要为葛根素)的转化率，进行转化增效及精细高值利用，无疑具有良好的经济效益。有报道采用高速剪切法细胞破碎与微波偶联提取鲜葛根中葛根素，集两种方法之所长可有效提高葛根素的转移率。此外，采用短时间(2～4 min)的蒸汽爆破技术对葛根预处理后进行葛根总黄酮的提取，蒸汽爆破技术可使葛根组织的细胞壁破裂，利于葛根黄酮类化学成分的溶出，从而提高得率[38-39]。

3 总结与展望

目前，在国家相关政策的引导下，中医药大健康产业的发展迎来了新机遇，葛根及粉葛列入药食两用植物目录，对于科技成果在大健康领域的转化应用，提供了政策保障。近年来，葛根系列产品的保健价值得到越来越多的认可，国内外对葛的市场需求亦不断扩大。随着葛根中活性成分和药理活性的深入研究，以及葛系列产品深加工技术的不断提高，在葛采收、加工过程所产生的非药用部位、废渣废水等可通过化学、生物等方法向医药中间体、食品、保健品、日用化工品、农林产品、园艺产品等方面转化利用，实现废弃物的转化增效价值。葛资源综合利用途径如图2所示。

随着国内外市场对中药及天然药物资源性产品需求量的不断增长，利用资源与节约资源、保护资源与开发资源之间的矛盾日益突出，为实现中药资源的有效和可持续发展，必然要求提升资源利用效率，减少资源消耗[40]。目前，我国葛资源开发利用存在的问题主要包括：(1)葛根制药与葛粉生产过程相分离，即从葛根中提取异黄酮类化合物时未考虑淀粉的收集，而收集淀粉时放弃了黄酮类成分的提取；(2)葛麻纤维的利用尚存在较大的发展空间；(3)目前药用和食用主要以野葛和粉葛资源为主，葛属其它种未被开发利用；(4)葛资源产业化过程中产生的地上部分及废渣废水等，其多宜性价值和新用途有待进一步研究及开发。因此，葛资源利用效率的提高，需开展对其再认识和新用途、新价值的发现研究，在葛根制药过程中葛根酶解液经离心分离所得沉淀中的葛根淀粉尚可加以富集，应用于保健食品开发，在粉葛提取葛粉加工葛系列食品过程中，其废弃上清液中仍含有大量异黄酮，通过富集纯化再回收，实现其资源循环利用。此外，对葛麻纤维可进行系统性和精细化的开发利用，将进一步提高葛资源产品的附加值和产业化效益，延伸和拓展中药资源经济产业链，使葛资源的利用进一步合理化、综合化和产业化。

图2 葛资源综合利用途径示意图