中药废弃物资源分类及开发路径探讨

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关键词：中药废弃物资源;非药用部位;资源分类;开发路径;循环利用

中药资源是指在一定空间范围专用于中药材、中药饮片、中药配方颗粒及中成药等生产过程中的动物、植物及矿物资源蕴藏量的总和。据不完全统计,目前我国中药材种植面积5000多万亩,药材生产基地600多个,常年栽培的药材达250余种,药材年产量约7000万吨。近年来,随着医学模式的转变及人们对健康需求的增长,中医药事业及相关产业蓬勃发展,同时,中药资源需求量也显著增加,第四次全国中药资源普查明确了我国1.3万多种中药资源的种类和分布等信息,其中有上千种为中国特有种,普查过程中发现新物种79种,其中60%以上的物种具有潜在的药用价值〔1〕。传统植物类中药除全草类外多取药用植物的某一部位入药,如根、茎、叶、花、果实、种子及皮等,称为药用部位,多数中药药用部位的生物量远远低于非药用部位。非药用部位与在药材的初加工过程中产生的根头、须根、果核、种皮等“下脚料”以及在中成药生产过程中产生大量的药渣及副产物等组成了一种新的资源,其年产量可达3500万吨之巨,这类资源多被作为废物而弃之(以下简称:中药废弃物资源),目前对其以填埋和焚烧为主的处理方式不仅造成了严重的资源浪费,也污染了生态环境。随着《中医药法》等法规的实施,中药产业近年来也面临较好的发展机遇,伴随着中药资源使用量的进一步增加,我国中药废弃Journal·1112·ofChineseMedicinalMaterials第46卷第9期2023年9月物资源的总量也逐年增加。国家通过实施系列科学研究计划开展中药资源循环综合利用研究以支持中医药产业的健康发展。药用植物资源循环利用是以充分利用中药药用植物资源为目标,深入研究挖掘中药废弃物资源蕴含的可利用价值,将其纳入循环利用闭合系统,以有效延伸资源经济产业链,提升资源利用效益,减少生态环境压力,支撑“坚持节约资源和保护环境”的基本国策。其开发利用的方法可采用微生物学、中药化学、分析化学、中药药理学、毒理学等多学科的理论和原理设计,针对中药废弃物资源进行提取精制并鉴定有效成分或有效部位,赋予中药废弃物资源新的开发价值,为研究对象找到“产品出口”,为种植农户和饮片加工企业新增利润增长点,推动中药产业可持续发展。为了保护好、利用好中药资源,近年来一些地方出台了相关的法规,给予相关的政策扶持,如上海市发展和改革委员会于2021年11月24日出台了《上海市循环经济发展和资源综合利用专项扶持办法》(2021版),对农林类废弃物资源综合利用的项目给予支持,在一定程度上促进了基层开展中药资源循环利用的积极性。国家发改委于2021年7月7日发布《“十四五”循环经济发展规划》,规划明确到2025年,我国资源循环型产业体系基本建立,循环经济对资源安全的支撑保障作用进一步凸显,我国资源利用效率大幅提高,再生资源对原生资源的替代比例进一步提高,循环经济对资源安全的支撑保障作用进一步凸显。近年来,我国科研人员对中药废弃物资源的开发利用进行了大量的研究,产生了很多的成果,推动了中药资源综合利用产业的发展。但本课题组在“十三五”重点研发计划课题的研究过程中发现目前中药废弃资源分类模糊、开发路径分类不统一及开发过程中应遵守的原则尚未系统形成等问题,对其综合利用造成了一定的困扰。笔者对中药废弃物资源研究中涉及到的中药废弃物资源分类、开发路径分类,以及在开发研究过程中应注意的问题进行了阐述,以期抛砖引玉,引起业内重视,以推动中药废弃物研究的进一步发展。

1非药用部位资源的分类

中药废弃物资源种类繁多,形态各异,产生条件也各不相同,但从资源经济学角度来看,它们都是某种物质和能量的载体,是可经过一定技术加工而产生价值,甚至是重大价值的资源。废弃物资源按其自然属性可分为药用植物资源、药用动物资源和药用矿物资源三大类,前两类为生物药资源,可以再生,称可更新资源;后一类为非生物药资源,只能消耗,不能更新,称不可更新资源。根据中药废弃物资源深加工产业化过程中产生状态不同,可将其分类为固态资源、液态资源和气态资源〔2〕。按废弃物资源中所含成分类型进行分类,可分为四类,即:富含纤维素类的、富含脂(烃)类的、富含生物大分子物质的以及富含具有生物活性小分子物质的资源〔3〕,这些分类在中药废弃物分类方面有一定的指导作用,但还不能有效指导其开发利用。本课题组依据植物中药资源种植、采收、产地加工及工业大生产等产业链环节,将植物类中药可循环利用资源进行了以下分类:

1.1一类资源

指药材种植过程中产生的非药用部位资源。为了保证中药材种植的质量和产量,在田间管理过程中,常采用一些如摘心、打顶、打花、修枝等措施而被除去的一些部位,如黄连、栀子、白术、桔梗、人参、三七等资源属于此类。

1.2二类资源

指药材采收过程中产生的非药用部位资源。除全草类中药外,大多数药用植物在采收过程中会产生生物量巨大的非药用部位,包括根、茎、叶、花、果实、种子等资源,如丹参茎叶、白芍头、夏枯草种子、黄连须根等。

1.3三类资源

指药材加工过程中产生的下脚料资源。药材在加工过程产生大量的根头、尾梢、栓皮、木心、果核、果肉、果皮、种皮等“下脚料”,多被作为废物弃之。这些物料大多含有与其药用部位相似的化学组成,部分非药用部位在民间甚至医学典籍中有药用记载,如山楂核等。

1.4四类资源

指在中成药或中药配方颗粒工业化生产过程中产生的药渣资源。这些经过提取后的药渣,根据生产过程中所使用溶媒的不同,其中可能含有较多水溶性成分(如仅采用醇提工艺产生的药渣)或醇溶性成分(如仅采用水提工艺产生的药渣);根据提取的化学成分不同,其药渣中还含有一定的活性成分,如三七经提取后皂苷残留量为0.84%~1.27%,还含有多种氨基酸、无机元素、粗蛋白及粗纤维;当归经提取挥发油后还含有粗蛋白和氨基酸以及微量元素锌;露水草提取蜕皮激素后的药渣含粗蛋白、氨基酸、无机元素硒;小花盾叶薯芋经提取薯芋皂素后的药渣中含有粗纤维、粗蛋白和氨基酸及无机元素。

1.5五类资源

在中成药、保健食品、化妆品等大健康产品的生产过程中,通常会采用水提醇沉、醇提水沉、热处理冷藏等工艺,在此过程中会产生一些沉·2112·JournalofChineseMedicinalMaterials第46卷第9期2023年9月淀物,这些沉淀物中富含多糖、蛋白质、脂肪等物质,可供进一步开发使用。以上分类并不是绝对的,在一定条件下可以相互转化,如按照中药采收的原则,在利用丹参茎叶资源时,如果在花蕾将放或盛开时采收,此时它应为一类资源,但此时采收可能会对丹参药材的质和量产生影响,有研究发现在四川中江丹参的传统采收时间为12月末开始,当年12月左右丹参茎叶中的丹酚酸B等成分含量较7-9月略低,但较其他时间高,在12月采收丹参茎叶可以同时兼顾非药用部位化学成分含量和药用部位的质量,此时采收的丹参茎叶资源就为二类资源。

2非药用部位资源循环开发利用的途径

中医药事业的发展有赖于中药废弃物资源的高效利用和可持续发展,有赖于药用资源可利用物质、潜在利用价值的发现技术和手段,有赖于其废弃物资源化学成分的多途径、多层次、精细化利用以及产业链的有效延伸〔4,5〕,从而实现非药用部位资源循环利用的研究和资源产业健康发展的目的。在开发利用过程中,基于部分中药废弃物资源的特征,部分产品资源化潜力较小,或在现有技术条件下无法进行一系列的精细提取分离利用,就适宜将中药废弃物资源经过简单加工处理,将其转化成饲料、肥料及生物基质等,成为再生资源产品。例如,对于药渣类资源无法对其有效成分进行高效提取分离,而其纤维含量高,就可制成纤维板。根据超循环经济理论,对废弃物资源的利用都应该遵循减量和再利用原则〔6〕。也可以理解为提高利用效率,降低副产品产生量。高效增值循环利用模式是对资源利用效率最高并且价值增值最大的一种转化模式〔7〕。它基于最先进的科研成果和技术,利用化学分离技术获得具有潜在开发价值的资源性化学成分或利用现代生物技术将废弃物资源转化为具有生物功能的高附加值资源性物质,进而产业化形成高附加值的产品,包括药品、医疗保健品、化妆品、日用香精香料、化工产品以及化学标准品等。参照袁昌齐〔8〕的研究,中药资源开发可以分为以农业生产方式为主的一级开发、以工业生产方式为主的二级开发、以科学研究方式为主的三级开发模式。段金廒等〔9〕基于不同类型废弃物的理化性质、资源化潜力等特点,创建了5种循环利用模式:基于药材生产过程废弃物的新资源药材、医药产品开发模式;基于中药固废物及副产物的生物酶、低聚糖、生物醇等系列产品开发模式;基于中药固废物的“炭-液-气”联产产品开发模式;基于药材生产过程废弃物的功能食品开发模式和基于中药固废物的功能材料制备及产品开发模式。还可按照开发后产品的用途分为将其作为新药材资源原料的开发模式(如丹参茎叶〔10-13〕、地黄叶〔14-16〕、兴安升麻地上部分〔17〕的开发)、茶饮及保健食品新资源原料模式(如黄芪花的开发〔18〕)、功能性饲料添加剂新资源原料模式(如黄芩茎叶的开发〔19,20〕)及食用菌和药用菌基质材料的开发模式(如黄蜀葵茎秆、大黄茎秆的开发)。上述开发途径分类对中药废弃物资源的开发利用提供了一定的指导,但也存在分类复杂及系统性不够等问题,笔者建议按照中药资源开发利用的难易程度进行分类,可以分为以下分类途径:

2.1初级途径

中药资源在生产与加工过程中产生的废弃部位如根、茎、叶、花、果实、种子等,其中富含粗蛋白、粗脂肪、多糖类物质,部分补益类中药的非药用部位尚有一定的增强免疫作用,是良好的牲畜、家禽、渔业饲料或饲料添加剂。对于这些原料仅采用物理的方法(如干燥、粉碎)或进行简单加工处理后,就可开发为生物燃料、产沼原料、饲料原料或培养基。如利用黄芪和党参非药用部位栽培平菇和金针菇,对其子实体进行安全性评价,其重金属含量均符合食品安全国家标准〔21〕;丹参、桔梗、菊花等中药材的非药用部位栽培灵芝不仅切实可行,且生产的灵芝其药用成分和药用功效较常规原料菌材培育产品更具健康价值和特色优势〔22〕;采用忍冬茎水提物显著提高茶藨子叶状层菌的菌丝体中麦角甾醇和总多糖的含量〔23〕。此外,中药渣对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及鼠伤寒沙门氏菌具有一定的抗菌作用,可用作饲料原料的替代品〔24〕;且利用中药废渣、稻草、秸秆、硬果壳、甘蔗渣等生物废弃有机物质,以及地壳浅表含炭量较高含硫量较低的炭质页岩、煤粉、煤渣等具有可燃性的生物物质,经过干燥、粉碎、除臭,配适量粘合剂和助燃剂,均匀混合压制可生产生物燃料产品〔25〕。

2.2中级途径

在循环利用过程中,经过前处理后,通过提取、浓缩、发酵及简单的功用研究(如生物肥料的田间实验)后再开发利用的途径,通过开发,可将原料开发为普通日用品、化妆品原料及生物肥料原料等。例如,以丹参茎叶药渣和新鲜鸡粪作为堆肥原料和辅料,可显著影响大蒜的茎长,且对鲜重和直径具有一定影响,肥效较强,微肥价值高〔26〕;根灌中药肥对于提高云烟单叶重、增加生物量、协调烟叶内部化学成分、提高烟叶品质有积极作用〔27〕;以药用菊及其非药用部位精油与中药提取物配伍制备消炎祛痘类微乳和凝胶〔28〕;以白及须根和三白草根茎为原料,可制备一种显著抗氧化和抑制黑色素生成的护肤霜〔29〕。

2.3高级途径

经过较为系统的研究后,将其开发为新的药品、保健食品及新资源食品、人用或兽用药物原料、高纯度提取物或化学原料,在此基础上,可开发人用或兽用药品。例如将丹参茎叶中的酚酸类、黄酮类物质开发用于改善心血管疾病和调节糖尿病并发心肌病变、糖尿病肾病及调节肠道微生态等生物活性;将地黄叶开发为国家二类新药地黄叶总苷胶囊;如利用博落回植物良好的生物活性,开发出以血根碱、白屈菜红碱为主要有效成分的博落回散和以原阿片碱、别隐品碱为主要有效成分的博普总碱散2个二类新兽药,分别用于促生长和治疗鸡大肠杆菌病引起的腹泻〔30〕。以上开发路径可以单行、并行,也可以序贯进行。如经过研究,可以将丹参茎叶以初级途径的方式开发为饲料原料,也可以将其提取后以高级途径开发为兽用药物的原料,剩余的药渣通过中级途径可以经过发酵和其他原料开发为生物有机肥。

3开发研究过程中应注意的问题

目前,有关中药废弃物资源的综合利用研究越来越多,也出现了一问题,如盲目开发、开发出来的产品没有市场需求,生产工艺不能放大、无法适应规模化生产,未进行整体考虑、产生新的污染源等现象;需要引起行业高度重视。在中药资源循环综合利用过程中,一定要具体问题具体分析,结合不同品种的实际情况,开展扎实、细致的基础研究,在充分研究的基础上进行产品开发,遵守一定的准则,才能真正达到节约资源,保护环境的目的。

3.1不与药用部位争夺生物资源

中药废弃物资源循环利用应建立在保证中药药用资源的基础之上,对一些药材非药用部位的开发应遵循“不能影响药用部位的质和量”的基本原则,在研究过程中应对非药用部位的次生代谢物的累积情况进行系统研究,从而确定其采收时间。若其采收对药用部分的产量和质量有影响,应该遵循药用部位优先的原则。

3.2避免单纯化学成分论

一些研究认为非药用部位所含的个别化学成分或成分群与药用部位相同或相似,就认为其可作为药用部位的替代资源或作为新的药用部位进行开发研究。由于中药的安全性和有效性是在中医药理论指导下,绝大多数药物根据配伍原则,经过长期临床实践经验的总结,因此,并不能完全依据个别或部分化学成分相同或相似就认为药效等同而开展替代性研究,忽视了共存其他成分种类与含量与这些成分相互作用后对综合疗效或作用趋势的影响。建议以化学成分为指引,以中药药理论为指导,以临床用药经验为依据,再按照新药注册要求系统开展相关研究,以免浪费大量的人力及物力。

3.3避免产生新的污染源

在中药资源循环利用过程中,在对非药用资源进行加工处理过程中,采用清洗、提取、浓缩、干燥、发酵等工艺,要注意在此过程中不产生新的废渣、废水、废气及废弃物等新的污染源,同时也要考虑对使用对象潜在的影响,如现代中药种植过程中使用的以中药渣为主要原料经过发酵后生产的生物肥料可能对以根茎为主的药材产生的芽孢污染。

3.4控制生产和研发成本

大多数中药品种的生产仍按照较为落后的传统工艺和质量标准在进行,表现出资源性原料提取转移率低下,有效成分的转移率不高,导致大量宝贵的化学成分随药渣的排放进入废弃物环节。在中药资源循环利用过程中,一些研究和加工处理必不可少,而这些加工处理过程也需要消耗一定能源、资源,应就其产出/投入资源比进行核算,包括其生态及社会效益也应考虑在内,只有当总投入小于产出时,其循环利用研究才具有一定实际价值。

3.5不盲从文献研究结论

在药用资源开发利用的过程中,一些注册备案要求对人用历史进行考证说明。由于中国地大物博,中药使用情况复杂,长期以来一直存在同名异物、同物异名等现象,需在研究过程中进行文献考证,正本清源。必须明确,一方面随着本草文献考证的发展,很多常见药物的混淆品种已基本上澄清;另一方面,也可能由于过分依赖古代本草文献,造成仅凭文献考证的结果受到质疑,应该对此引起重视。

3.6避免事实违法

资源的多宜性与多用性特点决定了中药资源产业化过程废弃物及副产物资源化利用途径的多元性〔31〕。激励机制和导向政策,在一定程度上影响中药资源全产业链各环节产生的废弃物和副产物的资源化利用、相关领域研究成果的有效转化和产业链延伸动力的形成。个别法规与现实脱节,行政审批时间过长。个别人或单位为了快速产生经济效益,可能未经合规性研究及准入批准就将研究成果产业化,而事实违法(如互联网、个别景区非法将农产品土特产包装成商品成品销售),存在极大的安全隐患。

4结语

高质量发展实现中药废弃物资源的循环利用是解决中药生产负外部性问题和实现中药废弃物资源价值创新的必由之路。随着健康中国建设的推进,人民的环境保护意识日益增强,社会对中药废弃物资源利用程度要求日益提高,有效利用中药废弃物资源是利国利民的大计。中药废弃物资源进行合理分类,规范其开发利用途径有助于中药企业运用各类先进科学技术开发健康绿色产品,创新中国特色大健康产业体系,促进我国中药废弃物资源事业的良性与可持续发展。在开发利用过程中,应根据中药废弃物资源的理化性质,以中医药理论为指导对中药废弃物资源的多元功效及其物质归属进行系统研究,可有力支撑当代社会科学认识和广泛接受中药废弃物资源性产品,也可为中药废弃物资源的多途径开发和多层次利用提供强有力的科学依据。通过研究后,可促进将一味药分解转变为多味药,通过精细化利用形成源自单一药材原料的高附加值产品群,推动中药废弃物资源产业向着资源节约型、环境友好型、精细高值型的绿色高效产业发展模式转型升级。

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单位:成都大学药学院;成都大学附属医院;重庆中药饮片厂有限公司;广西中医药大学;成都大学食品与生物工程学院;四川省抗病毒中药产业化工程技术研究中心 作者:杨俊莉;时政;李青蔚;卢文婷;徐玉玲;刘涛