桑枝的高值化综合利用研究进展

黎月娟，宋宪军

（1.广西农业职业技术学院，南宁市 530007；2.广西壮族自治区蚕业技术推广站，南宁市 530007）

在蚕桑生产过程中，桑树每年要进行两次剪伐，分别是冬伐和夏伐。剪伐出来的桑枝条需搬离桑园，由于环保的要求，桑枝一般是不可以直接进行焚烧的，使得不被利用的桑枝成为蚕桑生产的最大废弃物［1］。如何处理桑树伐条后产生的枝条是蚕桑生产中的一个重要问题，不但造成资源浪费，也造成经济上的浪费，还给环境带来压力［2］。据统计，2018 年全国桑园面积为79万hm2，按平均每667 m2成林桑园年产桑枝1.2～1.5 t［3-4］，桑树每年伐条2次，以2018年全国的桑园面积计算，一年可生产2 844万～3 555万t桑枝，如能积极开发其附加值，对其进行资源利用，则既可以提高桑树资源利用率，又能减轻环境压力，还能增加蚕农收入。本文主要对桑枝作为食用菌的培养基、桑枝的药用价值及活性物质的提取、制作板材、吸附剂等方面进行了综述，以期为桑枝的高值化利用提供参考依据。

1 桑枝

桑枝为桑树的桑条、嫩枝的总称。桑枝皮呈灰白色，有条状浅裂，纤维性强。桑枝中含有丰富的木质素、纤维素和半纤维素等，韧皮部纤维素具有可与麻媲美的天然纤维素，其经过改性改良以后，可用于制作伤口敷料、造纸和处理畜禽废水等［5］。桑枝还含有丰富的化学物质，梁永锋［6］从桑枝条中分离鉴定出白藜芦醇（Ⅰ）、桑色素（Ⅱ）、β-谷甾醇（Ⅲ）、槲皮素（Ⅳ）、桑辛素A（Ⅴ）、桑辛素B（Ⅵ）、桑辛素C（Ⅶ）、桑辛素D（Ⅷ）、桑辛素E（Ⅸ）、桑辛素F（Ⅹ）、桑辛素G（Ⅺ）共11种化合物。通过开发研究桑枝的各项化学成分及活性物质，可以提高桑枝各部分综合利用价值从而提高附加值。

2 桑枝高值化综合利用

2.1 作为菌类培养基

桑枝木纤维化程度适中，富含纤维素、粗蛋白等多种营养物质，能够为菌类生长提供一定的碳源、氮源及微量元素，是栽培食用菌和药用菌的良好基质。将废弃的桑枝晒干粉碎后作为培养基的主料，然后加入食用菌菌种，培育出来的食用菌称为桑枝食用菌。将桑枝进行主要成分测定后，由表1 可知，其营养成分丰富［7］。桑枝因其具有较高的营养成分，所培养的食用菌的营养价值也较高［8］。曾泽彬等［7］以桑枝（屑）配制培养基栽培香菇（占主料50%），该配方栽培香菇时菌丝生长速度快、粗壮、浓密、洁白、活力强，产出的香菇蛋白质和活性多糖含量高、低脂肪、富硒，且生产成本低，具有很高的应用推广价值。王勇［9］利用桑枝木屑栽培猴头菇，试验发现桑枝木屑与传统杂木屑配比栽培猴头菇，具有发菌快、子实体产量高的特点。安美君等［10］在研究不同比例桑枝基质对黑木耳产量及品质的影响时发现，在培养基中添加70%的桑枝木屑的配方为最佳，黑木耳每袋产量为181.26 g，生物学效率为45.32%，蛋白含量为11.54 g/100 g，粗脂肪含量为0.93 g/100 g，总糖含量为42.18 g/100 g，氨基酸总量为4.15%，总黄酮含量为210.65 mg/100 g。研究认为添加适当比例的桑枝屑可以提高黑木耳的产量和品质。马婷婷等［11］用桑枝代替传统营养物质栽培灵芝，发现用20%和50%的桑枝提取液代替PDA 培养基中的马铃薯汁时，菌丝生长速度显著提高，菌丝满袋时间和第1潮菇采收时间也均有所提前，这为桑枝用于灵芝栽培提供较好方案。目前用桑枝栽培食用菌越来越普遍，食用菌的种类也呈现多样化，如银耳、大球盖菇、松杉灵芝等，均可用桑枝作为培养基的原料栽培。全国很多地区也利用桑枝生产各类食用菌，如山西省的阳城县、高平市、沁水县［12］，陕西省的武胜县、石泉县［13-14］，四川省的内江市、珙县等都大力发展桑枝食用菌［15-16］，以帮助农民增收。浙江省成立了食用菌技术团队承接食用菌技术集成、中试和熟化，不断促进食用菌产业升级发展［17］。近几年广西食用菌产业不断升级，发展势头良好。2012—2014年广西双孢蘑菇产量均居全国第一，2014 年广西首次出口有机桑枝食用菌鲜品到东盟国家［18］。在2005—2016 年的12 年间，广西食用菌产业总产量和总产值分别增长279%和785%，分别达到128.64万t、115.26 亿元［19］。据统计，2018 年广西全区桑枝食用菌产量约20万t，产值约10亿元［20］。随着桑枝食用菌产业的壮大，经济效益逐步提高，发展桑枝食用菌产业也成为脱贫致富的好产业之一。

表1 桑枝主要成分［7］

2.2 提取活性物质

2.2.1 桑枝提取活性物质 桑树浑身是宝，根、枝、叶、果均可入药。桑树在古代被称作“神木”。现代研究表明桑枝具有抗氧化、抗炎、抗癌、降脂、降糖、降压等药理作用。据相关研究报道可知，桑枝所含化学成分种类多样，主要有多糖类化合物、生物碱和氨基酸、黄酮类化合物、一些挥发油、鞣质、琥珀酸、腺嘌呤等物质［21］。朱祥瑞等［22］利用体积比为1∶1的80%乙醇与丙酮混合液作为提取剂提取桑枝中的白藜芦醇，发现干燥桑枝韧皮部中白藜芦醇的质量比为0.114 mg/g，而木质部中未检测出该物质。徐卫东等［23］运用响应曲面法优化提取桑枝多糖，最佳提取工艺条件为温度100 ℃、料液比1∶20、浸提时间2.5 h、提取2次，实际测得的多糖得率为6.15%。为探究微波、超声波、酸碱、加热、紫外光和自然光6 个因素对桑枝提取物中DNJ 稳定性的影响，刘超等［24］借助高效液相色谱仪测定DNJ 含量的变化，结果表明微波可以明显破坏DNJ，而超声波对DNJ稳定性的影响不大，且在不同功率的一定时间点还可以增加提取物中DNJ的含量。曹琳等［25］运用超声法提取桑枝中DNJ，发现桑枝中DNJ 的最佳提取工艺条件是pH 为2.5，温度为65 ℃，液料比为1∶30，提取功率为300 W，提取率为0.102 6%。陆海丽等［26］比较了不同工艺下桑枝黄酮的提取效率，结果表明，采用60%乙醇提取效果最好，产品浓度可达到32.03 mg/mL。桑枝活性物质的提取条件还有待继续优化，使操作更简单，提取效率更高。以桑枝提取物制备药物的研究已经早有报道，早在1999年，就有专家运用“桑枝颗粒剂”治疗Ⅱ型糖尿病［27］。后续又有专家对“桑枝颗粒”药物进行研究，但由于受各种因素的影响，此类药物还存在物质基础不明确、质量不可控的缺陷。直到2020 年3月17 日，由中国医学科学院北京协和医学院药物研究所历时21年研制的桑枝总生物碱及其片剂获国家药品监督管理局批准上市，成为十几年来我国首个获批的中药创新药，也是糖尿病治疗领域唯一的有效组分天然药物［28］，这新药的上市为后期桑枝提取物制备药物的研究提供了重要的启发。

2.2.2 桑枝皮提取物 桑枝皮为从桑枝剖离下来的树皮。研究发现桑枝皮含有多种活性成分，如黄酮类、多糖、酚类和生物碱等，这些活性物质具有良好的抗溃疡、解痉、抗菌、消炎、降血糖、降血脂、降血压、抗肿瘤和镇痛等作用［29-31］。近年来桑枝皮的药用价值的开发利用越来越受到重视。刘艳伟等［32］和翁渝洁等［33］以桑枝皮为原料提取血管紧张素转换酶（ACE）活性抑制物，为桑枝皮药用成分的高附加值开发利用开辟新的技术途径。周林［34］以桑枝皮为材料，在最佳工艺条件为提取温度80 ℃，原料质量浓度33 g/L，乙醇体积百分比70%，提取时间为120 min时，桑枝皮总黄酮的提取率可达1.01%。赵忠启［35］对桑叶、桑白皮、桑枝皮等进行筛选，在综合比较它们的活性后，确定以桑枝皮为研究对象，对桑枝皮中的生物碱进行降血糖动物试验，发现试验组效果比较明显。医学研究发现，果胶有降低胆固醇和血糖的作用，可用于治疗心血管硬化、糖尿病和胃溃疡等疾病。田继武等［36］以桑枝皮为原料，采用草酸铵—草酸水解、乙醇法沉淀提取果胶，发现湿桑枝皮中果胶提取率比烘干后的桑枝皮中的提取率高，因此提取果胶选用湿桑枝皮较佳。桑枝皮提取物还可在护肤、化妆品中运用，WANG等［37］从桑枝皮中提取桑皮苷A，其可以影响酪氨酸酶的活性，从而影响黑色素的合成，这为桑皮苷A 对黑色素合成的抑制机制提供了重要的信息，为其在美白化妆品中的应用提供参考依据。

2.3 制作板材

桑枝韧皮部纤维占全杆总量的26%～30%，长纤维含量占40%～50%，是各种生物质板材的好原料，因此，可将桑枝条加工成重组模块木地板及相关产品，或利用桑枝加工桑木定向实木板，并生产新型环保桑木家具等。李玉秀［38］在研究桑枝、杜仲条和柳条的化学成分及纤维形态时发现，桑枝的纤维素含量最高，平均纤维长度比杜仲条低，比柳条高。研究结果表明，3 种枝条均适合做重组木原料。目前用桑枝加工成板材方面的技术也比较成熟，如费建明等［39］对桑枝重组木地板、桑木定向实木板等加工技术进行了归纳，桑木板材是一项具有较高生态效益和经济效益的好产业。在桑枝板材加工方面，现阶段浙江企业已解决桑枝条去皮与高温固定型的关键技术问题［1］，这为桑枝的高效利用提供技术支持。白鹭［40］以棉秆和桑枝为原料制备重组方材，并对其主要性能进行评价与应用研究。试验发现密度均为0.8 g/cm3相同胶种的方材，桑枝重组方材的三种力学强度均高于棉秆重组方材，以桑枝重组方材力学、机械加工性能、涂饰性能研究为基础，设计、制作出一款衣帽架，具有较好的视觉效果。张静［41］也对桑枝重组方材热压工艺及性能进行了研究，发现最佳工艺参数为：施胶量为10%，热压温度160 ℃，热压时间45 min。密度是影响桑枝重组方材性能的极显著因素，当密度为0.6 g/cm3时，在最优工艺条件下，其弹性模量、静曲强度、内胶合强度等都表现极好。这说明桑枝重组方材具有替代其他木材资源进行加工应用的潜力。

2.4 制成纤维素制品

桑枝韧皮纤维发达，纤维素含量高，约占50%，是一种优质的造纸原料。吕金凤等［42］在提取桑枝皮纤维素时采用Van Soest 法测定纤维素含量和得率，经计算，提取的桑枝皮纤维素的含量为76.87%，纤维素得率为10.83%。桑枝皮纤维同棉麻纤维相似，具有优良的吸湿性、透气性，且光泽良好，手感柔软，易于染色，是一种纯天然的绿色纺织纤维［43］。桑枝皮纤维素具有来源稳定、可再生性、无毒性、可生物降解和较好的生物相容性等特点。桑枝皮纤维不仅运用于纺织还运用于合成制备各种生物膜及高分子晶体。冯焕等［44］对桑枝皮纤维进行加工处理，制备的桑枝皮纤维丝素蛋白多层复合膜，具有吸水保湿性能好，热稳定性高，结晶度降低，力学性能提高等特点，解决了当前复合膜单纯物理混合的问题。还可用桑枝纤维制备得到长径比大、结晶度高的纳米纤维素微晶，其独具的流变性能、机械性能和液晶性能，可让桑枝纤维在高分子复合材料方面发挥巨大潜能［42］。

2.5 作为吸附剂

利用农林废弃物作为吸附剂处理重金属溶液和重金属离子，具有原料来源广泛、成本低廉、吸附量高、吸附速度快等优点，因此深受人们青睐。运用生物吸附法去除重金属污染的研究已日渐成熟，如运用花生壳、木屑、柚子皮、玉米秸秆及玉米芯等5种典型农林废弃物处理含铬废水，减少重金属污染，取得良好效果［45］。运用桑枝作为吸附剂也有研究报道，如以桑枝为原料，制备桑枝活性炭，该活性炭对多环芳烃菲和重金属离子Pb（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）都具有较好的吸附效果［46-47］。李秀玲等［48］以桑枝为原料制备6 种改性生物质吸附剂，结果表明0.4 mol/L 硫酸亚铁溶液的改性效果最好，改性后的吸附剂可使Cr（VI）去除率达97.4%。浦成强等［49］制备桑枝基吸附剂对质量浓度为50 mg/L 日落黄的最大吸附去除率达92.0%。采用微波氯化锌法制备桑枝基活性炭还可以吸附苯酚和Cr6+，其吸附值分别为138.300 mg/g和7.877 mg/g。桑枝制成吸附剂为实现吸附各种重金属离子、燃料、化学物质提供了一种价格低廉、安全的方法。

3 展望

桑枝作为蚕桑生产的副产物每年的产量都以数百万吨来计算，如河池地区桑树种植面积超过6.67 万hm2，每年可产生桑枝100 多万t，因此桑枝资源十分丰富，如果对这些资源进行开发利用，不但可以减少环境污染，还可以增加经济效益。基于安全性考虑，可利用桑枝制作绿色环保家具和可降解的打包盒等。通过优化提取工艺，提高桑枝活性物质的提取率，并进一步研究桑枝尚未发现和利用的活性物质。由于桑枝纤维含量高，可通过物理、化学、生物以及复合处理等方法进行改善和改造桑枝纤维，也可在重金属及有害物质富集方面复合优化处理，消除污染，制备更多高分子复合性能材料。采用桑枝纤维制备的高吸水树脂，增强土壤的保水保肥能力，还可将桑枝纤维运用于生物膜系统的开发研究及生物医药材料的开发应用。总而言之，桑枝的高值化综合利用，既可增加经济效益又可减少环境污染的压力，具有广阔的开发前景。