中药渣资源化利用研究进展

高静静，庄新辉，谭雪松，苗长林，兰天晴，张 宇，孙 悦∗

（1.广东药科大学中药学院，广东 广州 510006； 2.武夷学院图书馆，福建 武夷山 354300； 3.中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验，广东 广州 510640； 4.昆明理工大学食品科学与工程学院，云南 昆明 650500）

中医药文化源远流长、底蕴深厚，是我国传统优势产业。而中药作为中医药产业的重要组成部分，具有资源丰富、产量大的特点。随着中药的广泛应用，中药渣的产量愈来愈大。因此对中药渣进行资源化利用研究和开发具有巨大的发展空间和潜力。本文就中药渣的不同利用方式及优缺点进行梳理，以期为中药渣的进一步探索研究和应用提供参考。

1 中药渣研究现状

随着人们对中医药产业的认可，中药的使用更为广泛，中药渣的排放量也逐年增多，与此同时中药渣的处理也给环境和中药企业带来了沉重的负担。据统计，我国每年的中药渣产量有3 000 ～7 000 万吨［1］。中药废弃物是中药材的非药用部位以及中药材加工生产过程中产生的固体废弃物。目前，企业和医疗机构对中药废弃物处理的常用方法为简单的堆放、填埋、焚烧等［2］，然而中药渣大多为湿物料，异味重、易腐烂，处理不当则会对土壤、空气质量、水质造成严重的污染。

中药材提取加工后产生的中药渣依然剩余约40%的有效成分［3］，还含有纤维、半纤维素、木质素、多糖、蛋白质等有机物质以及氮、磷、钾等微量元素［4］，且中药渣中的重金属含量较低，故其用于食用菌的栽培，有机肥、动物饲料、生物炭、生物质能源、电催化剂、复合材料、生物化学品等的制备具有巨大潜力，见图1。中药渣的高价值利用，不仅可以减少对环境的污染，同时可以降低企业生产成本，为企业带来较高的生产利润，有利于中药企业的可持续发展。通过Fulink 数字平台在“只检索学术文章” 的条件下查询2007 年至2021 年中药渣利用情况，15年内关于中药渣的学术论文发表情况见图2。

图2 中药渣各种利用方式发表学术论文情况

2 中药渣综合利用方式

2.1 中药渣有效成分再提取 中药企业和医疗机构通常采用水提法对中药材中的有效成分进行提取，然而中药材中往往还有相当一部分微溶于水或不溶于水的有效成分滞留在中药材中未被提出。目前中药渣再提取分离方法有溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、超声波提取法、超临界流体萃取法、微波提取法、酶提取法、色谱法等，较常用的是超声波提取法，具有提取速度快、时间短、无需加热、操作简单等特点。中药渣中剩余有效成分含量较高，且活性较好，可再次提取利用，减少中药资源的浪费，见表1。

表1 中药渣有效成分再提取实例分析

2.2 中药渣在农业种植与养殖业中的应用

2.2.1 生物有机肥 中药在有效成分被提取后依然含有丰富的有机物质，可为土壤提供氮、磷、钾等微量元素，提高作物产量，见表2。

表2 中药渣施肥效果实例分析

Zhou 等［22］研究发现，中药渣可以作为理想的填充剂，且中药渣具有开发高价值的抗病原堆肥的潜力。中药渣还可以改善重金属污染土壤性质，吸附土壤中镉、汞等重金属离子，从而钝化土壤中的重金属元素，进而可以改善重金属污染土壤理化性质，减少农作物对污染土壤中重金属的吸收富集［23］。故中药渣是一种具有较大潜力的堆肥原料。

2.2.2 食用菌栽培基质 中药渣中含有较为丰富的氨基酸、蛋白质、多糖、纤维素、半纤维素、木质素类等成分，故中药渣可用于食用菌的栽培基质，为食用菌的生长提供营养物质，降低食用菌类的生产成本。然而不同中药渣中成分不同，需要对其进行分类，以选择合适的中药渣作为食用菌的培养基质。李盛杰等［24］研究发现，与对照组相比，将黄芪药渣用作猴头菇的栽培基质，其产量提高了28.5%，同时猴头菇中蛋白质等营养成分的含量也有提高。陈春等［25］研究发现，急支糖浆药渣和稻壳以2 ∶3 的比例用作培养大球盖菇的培养基时，其生长速度快且产量大质量好，同时大球盖菇的生产成本降低，利润提高49.20%。Jin 等［26］在添加中药渣的基质上培养平菇，发现子实体中含有多种生物活性化合物具有较高的抗氧化活性，同时可以提高平菇的产量和生物降解能力。中药渣用于食用菌的培养，操作简单、可行性强，有助于中药渣的管理，可实现中药渣的资源化利用。

2.2.3 动物饲料 中药渣含有一定的药效成分和营养成分，可用于制作动物饲料、饲料添加剂、兽药等。刘倩等［27］对21 种中成药原渣进行检测，发现其pH 值均呈酸性。较低的pH 值更适合动物胃内酸性条件，有利于消化且酸性条件有利于中药渣的发酵，延长储存时间。以中药渣为原料制备的动物饲料不仅可以解决动物饲料短缺问题，同时对于禽畜的健康生长有着积极的作用，如增强动物免疫力抑制病原微生物的繁殖、调节动物机体代谢、改善禽畜肉的品质等，见表3。中药渣用于动物饲料可行性强，可以代替抗生素类饲料在动物养殖中的应用，具有较高的社会价值和生态价值。

表3 中药渣饲料喂养效果实例分析

2.3 中药渣的工业应用

2.3.1 用作造纸原料 近年来，造纸纤维原料的供求矛盾日益严峻，寻找新型造纸原料对于我国造纸行业可持续发展具有极大意义。中药渣中含有较多的纤维，而纤维组分是一种非常优良的造纸用浆原料，故含有较高含量纤维的中药渣是造纸行业潜在的原料［32］。吕毅东［33］研究发现，混合灵芝药渣中纤维素含量为66.83%，且纤维的平均纤维长度为0.669 mm，平均纤维宽度为14.7 μm，长宽比为46 ∶1，药渣纤维形态均一，混合灵芝药渣是一种可用的造纸原料。

2.3.2 制作吸附材料处理废水 中药渣是制备生物炭的潜在原料，生物炭是一种有广泛应用前景的吸附剂。Li 等［34］研究发现微波活化和氯化铵浸渍的中药渣生物炭对汞有较好的吸附作用。Wang 等［35］以艾草药渣为原料采用简单炭化法制备多孔炭样品，结果表明，钼在800 ℃下活化艾草药渣多孔炭上具有较好的吸附性能且经过5 次吸附/解吸循环后，钼在艾草药渣生物炭上的吸附量保持在94%，表明艾草药渣多孔炭具有良好的可重复使用性。夏伟钦等［36］对板蓝根药渣制备的活性炭进行研究，发现其对重金属废水中的砷具有较好的吸附效果，可使溶液中的砷浓度从2.0 mg/L 降低到0.20 mg/L 以下。张威龙等［37］研究发现，采用真空热解方式制备的中药渣生物炭能够有效去除水中的活性蓝19。曹阳等［38］研究发现，鸡血藤药渣可以通过与表面官能团络合作用、离子交换作用以及与材料所带负电荷之间的静电吸附作用，可对废水中铜离子进行吸附并去除，且吸附能力较好。Shen 等［39］通过以威灵仙药渣为制备生物炭原材料，采用化学共沉淀法制备了二氧化锰改性生物炭，发现其对四环素抗生素废水具有较好的吸附和去除效果。蔡思颖等［40］采用限氧热解法制备中药渣生物炭，发现700 ℃制备的中药渣生物炭吸附性能最佳，且吸附过程主要以化学吸附为主。综上所述，以中药渣为原料制备的生物炭对汞、钼、砷、铜等重金属离子和四环素等抗生素的吸附效果较好，可用于处理工业废水，有利于实现中药渣的高价值利用。

2.3.3 制作复合材料 中药渣/塑料复合材料是一种无毒、可循环利用的环境友好型生物质复合材料。将中药渣中的高抗拉强度和高伸长率的纤维提取出来作为增强体，与聚合物复合后可以提高聚合物的某些性能，可以制备出性能优异的复合材料。中药渣具有成本低的特点，同时可以降低生产成本，解决中药渣排放带来的环境问题，在环保领域中具有较大的发展潜力［41］。Feng 等［42］发现选择纤维细胞壁腔比大、木质素和纤维素含量高、杂细胞和半纤维素含量低的中药渣，有助于制备综合性能好的复合材料。施佳楠等［43］研究发现，以黄芪药渣与聚乳酸为原料制备聚乳酸基天然可降解复合材料，在打印温度为220 ℃时，用于FDM-3D 打印的效果最佳。罗焕虎等［44］采用偶联剂KH570对杜仲药渣、鱼腥草药渣、葛根药渣、艾纳香药渣进行改性用于制备聚丙烯/中药渣复合材料，研究发现葛根中药渣填充聚丙烯的综合性能最好，可将其用于实际生产。故中药渣是一种优良的制备复合材料的新型原材料，可用于开发制备高值化资源性产品。

2.4 中药渣的能源化利用 中药渣中含有较为丰富的纤维素、半纤维素、木质素，是一种较好的生物质可再生能源制备原料。将中药渣进行能源转化，不仅可以解决能源短缺问题，生产出的能源还可以降低中药企业生产成本，增加生产利润，同时也可以减少中药渣排放对环境造成的污染。目前中药渣能源转化的方式有直接燃烧、发酵制备燃料乙醇和沼气、热解气化或者液化等。Xin 等［45］研究发现烘烤后的中药渣的综合燃烧指数比原始样品增加了3～5 倍，在较低温度下以及在二氧化碳和氧气下燃烧的中药渣具有更好的可燃性，可用于固体燃料的制备。丁伟婧［46］通过对中药渣催化热解制气的研究发现，中药渣热解产氢气含量可达48.13%，热解得到燃气热值达到14.1 MJ/Nm3以上。董磊等［47］采用循环流化床气化炉对制药过程中产生的药渣、污泥等废弃物进行共气化试验，发现空气当量比为0.35 时气化效率达到最大值68.42%，对应的燃气热值为5.47 MJ/Nm3。Yu 等［48］研究发现，制药污泥和银杏叶药渣的共热解过程中，可以通过增加制药污泥的添加量从而使热解产生较高的能量。扬子江药业江苏中药渣综合利用项目将中药渣作为生物质能源锅炉燃料替代化石类能源煤炭生产蒸汽，该系统可产出蒸汽20 520 t，可减少原煤消耗10 800 t［49］。中药渣生物质能源转化对于生态可持续发展和企业经济效益都具有较高的价值。

2.5 其他 中药渣可用于生物化学品生产。Su 等［50］研究发现，从100 g 人参药渣中可获得18 g 人参多糖、230 mg人参皂苷和39.43 g 琥珀酸，1 000 kg 人参药渣的总经济产量可达到80 149 元，该工艺可行性强且增值潜力巨大。中药渣也可用于电催化剂制备，赵悦等［51］以中药渣为原料，制备了有开放的孔结构、较大比表面积、无金属、氮掺杂的多孔碳基氧还原电催化剂，其性能与商业催化剂20% Pt/C相近，且该电催化剂具有更好的稳定性和甲醇耐受性，可行性强。中药渣还可用于电极材料制备，Xu 等［52］从灵芝残渣中合成了一种三维分级多孔碳，通过熔融碱处理碳化工艺应用于超级电容器电极，灵芝残渣衍生的多孔碳电极具有分级孔结构和优异的电容和电阻，在电流密度为2 Ag－1时进行10 000 次循环，循环稳定性高达99%，灵芝残渣制备多孔炭电极可行性强。

3 中药渣不同处理方式优缺点

中药渣来源丰富、价格低廉，高价值化利用后不仅可以提高企业利润，同时可以实现中药渣的生态化处理［53］。对中药渣的不同处理方式优缺点进行总结，见表4。

表4 不同处理方法的优缺点

4 结语与展望

中药渣资源化利用，不仅可以解决环境问题，同时可以给企业带来一定的经济效益，进一步推进中医药企业的可持续发展。中药渣具有成本低的优势，但通常为湿物料，较难储存，且种类较多，成分复杂，还可能含有毒性的化学成分，目前还未能形成较好的产业化处理模式，可持续资源化利用任重而道远。从论文数量发展趋势来看，一定程度上表明中药渣用于动物饲料的制备、生物有机肥是较好的解决方式，另外，有效成分再提取、工业应用也有很大潜力，近年来，能源化利用呈上升趋势。根据中药渣的不同性质进行高价值化利用，选择合适的处理方式，然而目前药企大多数都将药渣混合堆放，不利于中药渣的高价值，故建议药企根据中药渣性质分类堆放，如含蛋白质含量高的中药用于培养食用菌和制备动物饲料，同时要确立一定的生产规范，以提高其安全性。高纤维含量的中药渣可以用于造纸、制作复合材料以及能源的制备。目前多数药企处理中药渣的方式为堆肥处理，其他处理方式可能由于安全性、技术短缺、再处理成本高需要国家补贴才可以正常运行等原因暂时未被广泛利用。未来中药渣综合利用方式应进一步优化，降低中药渣处理成本，将中药渣高价值资源化利用技术普遍应用于各大药企，真正实现中药渣资源的高值化利用，这对社会、环境、经济的发展都具有非常重要的意义。