全竹化学利用的思考

汤 锋

(国际竹藤中心 北京 100102)

中国是竹资源大国，竹子种类约占全球总量的50%，面积约占20%。近年来，中国竹产业得到迅速发展，2018年产值已达2 456亿元[1]。但是，产业发展不均衡，过于偏重材料利用，导致行业无序竞争、企业利润率剧降等问题的凸显。因此，如何顺应我国制造业总体发展趋势和要求，创新产业发展模式，引导竹产业由高速发展向高质量发展转变，实现竹产业的转型升级，成为业界亟待解决的问题。

竹资源化学利用是指通过化学加工的方法，利用竹子纤维素、半纤维素、木质素和内含物，生产各种产品[2]。目前，竹资源化学利用总体规模小，主要以竹材加工剩余物、废弃物为原料，完整的产业链尚未形成。随着生态文明建设的大力推进和天然林保护工程的深入实施，竹资源化学利用和产业发展迎来新的发展机遇。本文在简述竹资源化学利用现状的基础上，从全产业链和产业升级的角度，提出全竹化学利用的概念和模式，以供业界同行探讨。

1 竹资源化学利用现状

1.1 竹炭和竹醋

竹炭是一种以竹材为原料，经高温无氧干馏制成的炭材料。竹炭质地坚硬，结构疏松多孔，具有很强的吸附能力。根据原料和形状的不同，竹炭可分为筒炭、片炭、颗粒炭和粉末炭等。除用于烧烤、火锅等燃料外，竹炭还具有净化空气、消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫等作用，在化工、冶金、农业、水质和空气净化、食品等领域广泛应用。烧制温度是影响竹炭应用领域的重要因素，作为燃料，炭化温度一般在400～500 ℃即可；用于吸附等用途，则需要更高的炭化温度。基于降低原材料成本的考虑，目前竹炭主要以竹材加工剩余物为原料烧制，较少以竹竿直接烧制。

竹醋是烧制竹炭得到的一种液体副产物，有独特的烟熏气味，其化学组成非常复杂，主要成分是水、有机酸、酚类、酮类和醇类等物质。关于竹醋的用途，目前理论研究和小规模实验的报道较多，主要包括农药增效剂、土壤改良剂、液体肥料、饲料添加剂以及日化用品等领域，但实际进入产业化应用的较少。由于没有大规模的应用途径，目前企业收集竹醋较少，通常经二次燃烧后直接排放。

据统计，2018年我国竹炭产量约为25.52万t，较2017年增长5.67%；产值约为8.84亿元，较2017年增长5.87%。通常生产1 t竹炭，会产生0.8～1.0 t的竹醋，据此推算，若全部收集，竹醋的产量约为20万～25万t。

1.2 竹叶提取物

竹叶在中国具有悠久的药用和食用历史。《本草纲目》记载：苦竹叶具有明目、利九窍、治不睡、止消渴、解酒毒等作用。《中国中药资源志要》收录的药用竹种有10属31种。随着对竹叶化学成分、生物活性及生理功能的深入研究，竹叶提取物的开发、利用逐渐兴起。2011年竹叶抗氧化物被列入《食品添加剂使用标准(GB 2760—2011)》中，可在油脂、肉制品、火腿等食品生产中使用；2014年以毛环竹(Phyllostachysmeyeri)竹叶为原料的竹叶黄酮，被批准为新食品原料[3-4]。

目前，竹叶提取物产业规模还相对较小，主要用于饮料等食品生产中，产品接受度基本局限于竹产区，但开发潜力很大。

1.3 竹汁饮料

李时珍在《本草纲目》中记载，“《金门记》云：‘五月五日午时有雨，急伐竹竿，中必有神水，沥取为药’；其味甘，寒，无毒；主治心腹积聚及虫病，和獭肝为丸服。又饮之，消热化痰，定惊安神。”。按现代科学观点，竹竿中所谓的“神水”，其实是竹子的伤流液。研究表明，在竹伤流液中含有丰富的矿质元素、微量元素、多种维生素、多糖及氨基酸等。竹汁饮料即是以活竹中采集的伤流液为主要原料，配以竹叶提取物加工成的无酒精饮料。

目前，在广西、浙江、云南等地，均有竹汁饮料生产企业，但多数企业的产品仍局限于产地附近或省内销售，市场尚待拓展；企业规模较小，年销售额通常在千万元水平，个别企业达到亿元。

1.4 竹筒酒/鲜竹酒

竹筒酒/鲜竹酒是一种中国少数民族的传统含酒精饮料，文献记载已有1 800余年的饮用历史[5]。它是将基酒(白酒)通过微孔技术，注入竹腔中，封闭陈酿一段时间后得到的一种烈酒。成酒色如琥珀，入口绵甜，竹香浓郁，自然清纯。检测表明，竹筒酒中含有多种矿质元素和黄酮、活性多糖等天然产物。

目前竹筒酒市场规模已达数亿元，但品牌较多，鱼龙混杂，产品质量良莠不齐。

1.5 竹茹与竹沥

竹茹是一种传统中药，《中华人民共和国药典》(2015年版)记载，“竹茹是禾本科植物青秆竹BambusatuldoidesMunro、大头典竹Sinocalamusbeecheyanus(Munro)McClure var.pubescensP.F.Li 或淡竹Phyllostachysnigra(Lodd.)Munro var.henonis(Mitf.)Stapf ex Rendle茎秆的干燥中间层。全年均可采制，取新鲜茎，除去外皮，将稍带绿色的中间层刮成丝条，或削成薄片，捆扎成束，阴干。前者称‘散竹茹’，后者称‘齐竹茹’”。“小儿清肺化痰口服液”“小儿止嗽糖浆”“清喉利咽颗粒”“消痤丸”等均含有竹茹[6]。

竹沥也是一种传统中药，一般为淡竹等的茎秆经火烤后所流出的汁液，富含氨基酸、有机酸和矿质元素等，具有清肺降火、镇咳、祛痰、利窍等多种功效。最早采用竹沥治疗痰热咳嗽、中风痰盛、破伤风等疾病的记载出自《本草经集注》。《食疗本草》《名医别录》和《本草纲目》等典籍均有记载。《本草衍义》称竹沥为“痰家之圣剂也”，具有镇咳、祛痰、治消渴和利窍等功效。《丹溪心法》记载：“痰在腹间，使人癫狂，或健忘或风痰，皆用竹沥，亦能养血”。《中华人民共和国药典》(2015年版)仍收录有“竹沥达痰丸”“复方鲜竹沥液”“袪痰灵口服液”等数种含有鲜竹沥的中药制剂[6]。

1.6 竹浆造纸

竹材的化学组成和木材基本相同，主要有纤维素、半纤维素和木质素等。竹子是优质的造纸纤维原料，竹纤维的柔韧品质和我国悠久的竹文化相得益彰。我国古代就有用嫩竹土法制竹浆、造竹纸的传统。随着造纸技术的发展，解决了竹材有机硅含量高等技术难题，促进了其在生活用纸工业的应用。目前，我国竹浆生产能力达到200万t/年，约占纸浆总量的2%左右；年生产竹浆生活用纸约80万t，占生活用纸总量的10%左右[7-8]。

2 全竹化学利用

全竹化学利用是指创新集成竹子现有化学利用单项技术，以竹竿、竹叶等竹子地上部分为主要原料，通过化学加工的方法，生产各种产品，实现资源的高效、高附加值和清洁利用。

2.1 全竹化学利用模式

2.1.1 竹酒沥炭醋联产模式

该模式可用于毛竹等大径级竹种，在生长过程中，选择合适年龄的竹子，注入基酒，生长、陈酿一段时间后，收取鲜竹酒。采伐的竹竿，用于制取竹沥；剩余的固形物，再高温干馏，制备竹炭，同时收集竹醋；利用炭化产生的可燃气和余热，对竹醋进行纯化，获得精制竹醋；利用精制竹醋，制备竹醋粉。采伐的竹叶、细枝，可用于提取竹叶黄酮、多糖等产品。该模式集成了鲜竹酒、竹沥和竹炭生产技术，实现竹沥与竹炭联产，并通过竹醋粉这一产品形式，实现竹醋的高附加值利用，最终实现全竹利用。竹醋粉可作为饲料添加剂使用，替代兽用抗生素，具有优良的效果，市场潜力巨大[9]。

2.1.2 竹汁沥炭醋联产模式

该模式可用于各种大径级竹种，在生长过程中，选择合适年龄的竹子，于合适的生长期，采集竹子伤流液，获得竹汁；以竹汁、竹提取物为原料，生产竹汁饮料。采伐的竹竿，用于竹沥、竹炭、竹醋以及竹醋粉的生产。该模式集成了竹汁、竹叶提取物、竹沥和竹炭生产技术，获得的终产品包括竹汁饮料、竹提取物、竹沥、竹炭和竹醋粉等。

2.1.3 竹茹沥炭醋联产模式

该模式可用于青秆竹、大头典竹和淡竹等竹种，也可与竹编产业相结合，实现联产。具体是将刮取竹茹后的竹材，用于竹沥、竹炭、竹醋以及竹醋粉的生产。对于淡竹等可用于编织的竹种，亦可将刮下的外皮部分，用于制备竹茹提取物。

以上3种全竹化学利用模式的核心均为竹沥、竹炭的联产，增值利用主体为竹沥和竹醋粉产品。按照目前市场情况和各种产品的得率，以竹酒沥炭醋联产模式为例，经初步测算，全竹化学利用的产值可达7 800～11 000元/t鲜竹(表1)。

表1 竹酒沥炭醋联产模式产值估算

2.1.4 机械竹浆液综合利用模式

据《中国造纸工业可持续发展白皮书》报告，2017年全国纸及纸板消费量达10 879 万t，约占全球的1/4。10年间产量年均增长4.43%，消费量年均增长4.05%。2018年纸及纸板生产量为10 435万t，较上年下降6.24%，消费量10 439万t，下降4.20%，人均年消费量75 kg[10]。竹浆纸产业近年得到迅速发展，充分利用了竹子生长快、成材周期短、再生能力强等优良生物学特性所赋予的优越性。但是，相对于木材等原料，竹材含有丰富的内含物，制浆过程产业的废液处理压力极大，同时也造成资源浪费。研究表明，机械竹浆液含有丰富的可溶性糖以及黄酮等活性成分，开发利用潜力极大。因此，该模式采用机械热磨技术，以生产中低档竹浆为目标，挖掘利用蒸煮浆液，生产液体肥料、生物农药等产品，实现竹浆清洁生产。

2.2 需解决的科学问题

以上提出了几种全竹化学利用模式，由于竹种众多，不同竹种的化学组成略有差异。因此，除了传统中药或药典记载的竹种外，不同竹种竹沥、竹茹的化学组成和功效差异、竹伤流液/竹汁化学组成与功效、机械热磨制浆液的化学组成与活性等问题尚需开展系统研究。

2.3 需解决的关键技术与装备

全竹化学利用模式虽以现有各单项技术集成为主，但从节约成本和联产的角度，竹沥、竹炭、竹醋联产技术与自动化设备，竹酒注入、采收技术与装备，竹伤流液/竹汁采收装备，功能性竹活性炭制备等关键技术或装备也需要解决，在此不再展开讨论。

3 结语

2017年全球木炭生产量为5 099.5万t，木炭的市场需求持续增加，预计2024年销售额有望达到172亿美元。随着我国不断加大生态环境建设力度，大力实施天然林保护工程，禁止砍伐林木、限用天然林木炭、禁止出口木炭、严禁土窑烧炭，竹炭取代天然木炭获得了前所未有的发展机遇。

此外，以上提出的全竹化学利用模式的终端产品涉及保健食品、生物农药、生物饲料添加剂等产品。目前我国营养保健产业仍处于起步阶段，普及率不及10%，远远低于美国的70%；人均消费不足20美元，远低于美国的101美元。随着我国《“健康中国2030”规划纲要》和“健康中国战略”的实施，健康产业迎来了前所未有的发展机遇，发展空间巨大。

竹产业发展面临严峻挑战，提高资源综合利用率，拓展资源利用途径，增强产业科技水平，提升产品附加值，是促进竹产业高效可持续发展的必然途径。挖掘竹资源化学利用潜力，集成现有化学利用技术，构建全竹化学利用新模式，实现竹子生长至采伐的全生育期化学利用，发展前景广阔。