摘要：近年來中藥產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致中藥資源產(chǎn)業(yè)化制造過程中產(chǎn)生大量的中藥藥渣。目前對中藥藥渣的處理方式以堆積、填埋、焚燒為主，這些粗放低值化利用方式造成巨大的資源浪費及潛在的環(huán)境污染。“碳達(dá)峰”“碳中和”(“雙碳”)成為國家戰(zhàn)略目標(biāo)，在“雙碳”的大背景之下，中藥產(chǎn)業(yè)正迎來新一輪“低碳”風(fēng)潮，中藥藥渣高值化利用成為中藥行業(yè)踐行低碳經(jīng)濟(jì)的突破口。該文在低碳經(jīng)濟(jì)視角下，通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對中藥藥渣的微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)、酶轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物質(zhì)熱解、氣化、水熱液化等高值化利用技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)。對中藥藥渣在飼料添加劑、生物有機肥、食用菌栽培基質(zhì)、制備活性炭處理廢水、新能源電池等方面的應(yīng)用進(jìn)行綜述。結(jié)合中藥藥渣的資源利用現(xiàn)狀，提出切實可行的資源化開發(fā)利用策略和建議，以期為中藥資源產(chǎn)業(yè)鏈提質(zhì)增效與綠色發(fā)展，推動實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供研究思路和理論依據(jù)。

在大力提倡低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的背景下，實現(xiàn)中藥藥渣資源的健康和可持續(xù)發(fā)展，需要得到行業(yè)和全社會的共同關(guān)注[1]。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排，解決能源安全問題，提高經(jīng)濟(jì)效益的重中之重。以消耗中藥及天然藥物資源為特征的產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，對社會的貢獻(xiàn)率逐漸提高，中藥產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率占全國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)總額的1/3[2]。中藥材作為中藥制藥產(chǎn)業(yè)的原料，藥材原料的利用率較低，中藥藥渣中仍殘留大量的有效成分。目前對中藥藥渣的處理主要采用傳統(tǒng)的焚燒、填埋、堆放，導(dǎo)致巨大的資源浪費和潛在的環(huán)境污染，與現(xiàn)階段國家積極倡導(dǎo)的低碳環(huán)保理念背道而馳。

我國中藥資源生產(chǎn)與深加工全產(chǎn)業(yè)鏈過程中仍存在資源利用效率低下、資源浪費嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境壓力不斷加劇等社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問題[3]，如何實現(xiàn)中藥資源最有效利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境已成為我國中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中亟須解決的問題。為應(yīng)對全球氣候變化問題，我國提出“碳達(dá)峰”“碳中和”(“雙碳”)目標(biāo)，在推動高質(zhì)量發(fā)展中促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型[4]。本團(tuán)隊多年來致力于中藥資源副產(chǎn)物及廢棄物資源化利用研究，緊扣碳中和的時代主題，系統(tǒng)構(gòu)建了中藥資源循環(huán)利用模式及技術(shù)體系。本文在中藥資源循環(huán)利用理論體系的指引下，以低碳經(jīng)濟(jì)為切入點，對中藥藥渣高值化利用技術(shù)與途徑進(jìn)行系統(tǒng)歸納總結(jié)。以期為中藥藥渣高值化利用，促進(jìn)中藥藥渣循環(huán)利用與價值提升，實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供一定的參考依據(jù)。

01

中藥藥渣處理現(xiàn)狀及迫切需求

1.1中藥藥渣處理現(xiàn)狀 “健康中國”已上升為國家戰(zhàn)略，中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來天時、地利、人和的大好時機[5]。近年來，隨著中醫(yī)藥在國際認(rèn)可度的不斷提高[6]以及我國政府支持力度的加大[7]，中藥產(chǎn)業(yè)快速增長、產(chǎn)值穩(wěn)步提高[8]。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國中藥材種植面積為240余萬h㎡，藥材年產(chǎn)量為7000萬噸。產(chǎn)生的中藥藥渣等廢棄物高達(dá)3500萬噸[9]。中醫(yī)藥事業(yè)快速發(fā)展，中藥及中成藥的市場需求逐漸加大，醫(yī)藥企業(yè)數(shù)量也隨之劇增。

中藥制藥企業(yè)一般對其產(chǎn)生的中藥藥渣進(jìn)行直接排放或簡單的低附加值轉(zhuǎn)化，中藥藥渣的資源價值未得到有效釋放[10]。中藥藥渣傳統(tǒng)的粗放低值化處理方式不僅投入大量資金，而且導(dǎo)致生物質(zhì)資源的浪費以及生態(tài)環(huán)境的潛在污染[11]，同時可能會造成二次污染，如土壤、大氣、水資源污染，最終危害人類健康并阻礙中藥資源產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。中醫(yī)藥事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有賴于中藥資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展，有賴于藥用生物資源可利用物質(zhì)、潛在利用價值的發(fā)現(xiàn)技術(shù)和手段[12]。因此，亟須通過行之有效的方法對中藥藥渣進(jìn)行高值化利用，秉承“低碳經(jīng)濟(jì)”理念，應(yīng)用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，減少廢棄中藥藥渣對環(huán)境造成的污染，實現(xiàn)資源節(jié)約、循環(huán)利用目標(biāo)，為中藥產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效注入新動能。

1.2中藥企業(yè)節(jié)能減排、踐行低碳環(huán)保理念迫在眉睫 當(dāng)前，中藥藥渣科學(xué)處置與循環(huán)利用成為行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題[13-14]。有效地綜合利用中藥藥渣，減少其對生態(tài)環(huán)境的污染破壞是醫(yī)藥工作者必須思考并予以解決的問題[15]。中藥藥渣資源化是一個涉及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益等多方面的連續(xù)過程[16]。當(dāng)前中藥藥渣已被用作飼料添加劑、食用菌栽培基質(zhì)、制備活性炭、造紙原料等[17]，部分實現(xiàn)其資源化利用。但這僅是對中藥藥渣的粗放低值轉(zhuǎn)化，且尚停留在初級階段，未充分挖掘其潛在的資源利用價值。目前，由于對能源的需求不斷增加，人們正在尋找廉價、環(huán)保、可再生且能替代化石燃料的能源。研究表明，中藥藥渣含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等生物質(zhì)能高分子[18]。生物質(zhì)經(jīng)過熱解、氣化、水熱液化等技術(shù)可產(chǎn)生燃?xì)?、生物燃油、煤焦油等。因此，中藥制藥企業(yè)可采取各項生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)，將中藥藥渣中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成清潔能源供企業(yè)常規(guī)生產(chǎn)用能，替代部分煤炭。這樣既能實現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)利用、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，又能實現(xiàn)低碳排放，助推低碳節(jié)能減排。

02

低碳經(jīng)濟(jì)視角下中藥藥渣的開發(fā)利用技術(shù)

2.1微生物發(fā)酵技術(shù) 微生物發(fā)酵作為一種通過真菌生產(chǎn)各種產(chǎn)品的技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用[19]。中藥藥渣的微生物發(fā)酵是一種雙向轉(zhuǎn)化技術(shù)，一方面微生物需要依靠中藥藥渣中殘留的營養(yǎng)成分進(jìn)行生長、繁殖、代謝，另一方面微生物產(chǎn)生的各種酶能破壞中藥藥渣細(xì)胞壁的完整性和致密性，提高藥渣中有效成分的提取效率。中藥藥渣經(jīng)過各種微生物進(jìn)行分解之后可用于菌種栽培，作為生物有機肥，動物飼料添加劑，用于生物能源以及環(huán)境污染治理等領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，中藥藥渣經(jīng)過微生物發(fā)酵后纖維孔隙率提高，易于菌絲體著生和繁殖，能將其作為優(yōu)良的培養(yǎng)基質(zhì)用于各種食用菌的栽培;在畜牧業(yè)領(lǐng)域，利用微生物尤其是益生菌發(fā)酵中藥藥渣，可以促進(jìn)關(guān)鍵營養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)變，提高蛋白含量，制成動物飼料添加劑，促進(jìn)動物生長發(fā)育;在生物能源領(lǐng)域，富含淀粉、半纖維素和纖維素等碳水化合物的中藥藥渣經(jīng)過微生物發(fā)酵后得到發(fā)酵糖，發(fā)酵糖可用作制備乙醇、沼氣和生物油等生物能源的原料;在環(huán)保領(lǐng)域，利用微生物發(fā)酵對中藥藥渣進(jìn)行改性處理，使其比表面積增大，制備成生物絮凝劑，能夠?qū)U水混懸溶液起到有效的絮凝作用。

微生物作為自然界的“清道夫”，在中藥藥渣的綠色轉(zhuǎn)化和利用方面具有一定的優(yōu)勢[20]。微生物發(fā)酵技術(shù)與其他處理技術(shù)相比，其具有綠色環(huán)保、成本低廉、操作簡單等優(yōu)點。中藥藥渣作為中藥材生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的廢棄物，其以環(huán)保的方式轉(zhuǎn)化為可用于生產(chǎn)增值產(chǎn)品的新資源[21]。中藥藥渣含有粗蛋白、粗纖維、粗脂肪等營養(yǎng)成分，直接作為動物飼料蛋白含量低、適口性較差。經(jīng)微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化的中藥藥渣蛋白質(zhì)含量顯著提高，用于制備蛋白飼料可改善飼喂動物的肉質(zhì)品質(zhì)、繁殖性能。利用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白飼料，可為養(yǎng)殖業(yè)提供高蛋白飼料，解決傳統(tǒng)飼料無法滿足飼料短缺的矛盾，使中藥藥渣成為新型蛋白飼料資源，實現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)利用。中藥藥渣經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后可顯著增加蛋白質(zhì)、多糖、藥效成分的含量，同時降低纖維素含量。

2.2酶轉(zhuǎn)化技術(shù) 中藥藥渣的酶轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的酶對中藥藥渣中殘留的營養(yǎng)成分或活性成分進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。中藥藥渣發(fā)酵過程需要微生物的參與，微生物會分泌纖維素分解酶、半纖維素分解酶和木質(zhì)素分解酶分解木質(zhì)纖維素。中藥藥渣因為存在植物細(xì)胞壁，直接用于飼料添加劑、食用菌栽培等殘留的有效成分無法全部釋放，經(jīng)過微生物發(fā)酵產(chǎn)生的大量酶系可破壞中藥藥渣細(xì)胞壁的完整性和致密性，極大提高活性成分的轉(zhuǎn)化和釋放。中藥藥渣的酶轉(zhuǎn)化技術(shù)在減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面具有應(yīng)用潛力。

可有效降解甘草藥渣的菌株并優(yōu)化其纖維素酶生產(chǎn)工藝。結(jié)果表明，草酸青霉G液體發(fā)酵甘草藥渣可以產(chǎn)生活力較高的纖維素酶，該酶可使甘草藥渣糖化，提高其有效成分的提取率。研究表明靈芝藥渣在發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶轉(zhuǎn)化人參皂苷，顯著提高人參皂苷的含量[35]。通過酶轉(zhuǎn)化技術(shù)對中藥藥渣進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可以再次提取和挖掘其殘留的有效成分，提升中藥藥渣的利用價值，實現(xiàn)中藥藥渣資源高值化利用目標(biāo)。

2.3生物質(zhì)熱裂解技術(shù) 生物質(zhì)熱解是一種高溫?zé)o氧過程，溫度范圍為300~1000℃。中藥藥渣是一種典型的廢棄生物質(zhì)，其含有的纖維素和半纖維素?zé)峤猱a(chǎn)生揮發(fā)分，木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)生焦炭。研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)熱解可以產(chǎn)生不同產(chǎn)量和不同質(zhì)量的生物燃?xì)?、生物油和生物炭[37]。生物質(zhì)熱解可產(chǎn)生生物燃?xì)?、生物油以及固體生物炭。生物燃?xì)饪芍苯舆M(jìn)行發(fā)電轉(zhuǎn)化為液體燃油，為居民生活及企業(yè)加工生產(chǎn)供電;生物油可轉(zhuǎn)化為綠色化學(xué)品;固體生物炭可加工成吸附劑、活性炭等，用于廢水處理、化工和冶煉等領(lǐng)域。對中藥藥渣進(jìn)行熱裂解，變廢為寶的同時大大減少了中藥制藥企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物的量，同時減少了企業(yè)對化石燃料的依賴，踐行“低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)約”理念，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會3個方面的綜合效益。

丹參藥渣催化熱解制取生物燃油的可行性，考察熱解溫度對產(chǎn)物的影響。結(jié)果顯示，在溫度為445℃時，液體產(chǎn)物生物油產(chǎn)率最高為39%。張銳等[39]從美洲大蠊藥渣中提取殘油，對得到的殘油進(jìn)一步制備生物柴油。研究發(fā)現(xiàn)生物柴油的轉(zhuǎn)化率可達(dá)94.37%。孟小燕等[40]采用沸石分子篩、介孔分子篩、Al2O3研究中藥藥渣催化裂解資源化技術(shù)。通過實驗得出，燃油產(chǎn)率最高為34.26%，催化裂解技術(shù)將成為中藥行業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。

2.4生物質(zhì)氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化是在1100℃下將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為合成氣的熱化學(xué)過程。中藥藥渣氣化產(chǎn)生的燃?xì)饪蔀橹兴幹扑幤髽I(yè)生產(chǎn)供能，降低企業(yè)對煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的依賴，降低大氣中溫室氣體的排放量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時實現(xiàn)中藥藥渣資源化循環(huán)利用，有利于中藥產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展。中藥藥渣氣化發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用見圖2，中藥藥渣作為一種廢棄生物質(zhì)經(jīng)過脫水、高溫干燥、粉碎等處理后進(jìn)入循環(huán)流化床氣化爐，在氣化爐內(nèi)進(jìn)行燃燒、氧化、還原反應(yīng)。中藥藥渣中的纖維素、半纖維素經(jīng)過不完全燃燒、氧化、還原成燃料氣體。燃?xì)庠诎l(fā)電機的作用下將產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成機械能，再被轉(zhuǎn)化成電能。發(fā)電機產(chǎn)生的熱能可用于中藥藥渣的干燥環(huán)節(jié)，電能可為工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等供電。

分析兩面針?biāo)幵臒峤鈿饣卣?，發(fā)現(xiàn)可通過熱解氣化技術(shù)從木質(zhì)中藥藥渣中制取潔凈燃?xì)狻Ｒ杂衩捉斩捵鳛楸容^，對枸菊地黃丸、六味地黃丸、香砂養(yǎng)胃丸3種藥渣進(jìn)行氣化實驗。結(jié)果顯示3種中藥藥渣熱解氣化均可產(chǎn)生較多的焦油，燃?xì)鉄嶂稻_(dá)到5300kJ·m-3以上。范鵬飛等[44]在雙回路循環(huán)流化床設(shè)備中，以感冒清顆粒藥渣為原料進(jìn)行熱解氣化實驗。研究發(fā)現(xiàn)，在特定的實驗條件下，感冒清顆粒藥渣的氣化效率較高，具有較好的氣化特性。張彤輝等[45]研究空氣當(dāng)量比對六味地黃丸藥渣氣化特性的影響。研究表明，在水蒸氣配比為0.4時，六味地黃丸藥渣燃?xì)鉄嶂悼蛇_(dá)6100kJ·m-3?！　?.5生物質(zhì)水熱液化技術(shù) 生物質(zhì)熱解、氣化、液化都屬于熱化學(xué)加工，但三者在操作方法上有所不同。生物質(zhì)熱解、氣化需要對原材料進(jìn)行干燥并且在較高的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，生物質(zhì)水熱液化不需要干燥。生物質(zhì)水熱液化處理技術(shù)是指加工過的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為壓縮的熱水的熱化學(xué)過程[46]，可直接利用濕質(zhì)原料，實現(xiàn)原料全組分轉(zhuǎn)化，具有較強的應(yīng)用潛力。

生物質(zhì)水熱液化過程中會產(chǎn)生生物油、水相產(chǎn)物、固體殘渣和氣體[47]。在4種產(chǎn)物中，生物油可用作燃料或生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，減少企業(yè)對石油的消耗;水相產(chǎn)物可用于藻類培養(yǎng)，通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷等;固體殘渣進(jìn)一步處理可作生物炭;氣相產(chǎn)物可作為溫室的氣體燃料。比起中藥藥渣傳統(tǒng)的處理方式，生物質(zhì)水熱液化可實現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)再利用，減少自身產(chǎn)生的環(huán)境污染、為企業(yè)生產(chǎn)供能，減少溫室氣體的排放量，有助于實現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)。丁文冉[48]以當(dāng)歸藥渣為原料，開展水熱液化制取生物油研究。結(jié)果表明，水熱液化技術(shù)能有效脫除當(dāng)歸藥渣中的氧元素，富集碳元素至生物油。以水為反應(yīng)介質(zhì)，以粉防己藥渣作為原料，研究粉防己藥渣直接低溫液化制備生物油的工藝條件。結(jié)果表明，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，有助于液化效率的提高。

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