葛采收加工過程及深加工過程廢棄物的資源化利用現(xiàn)狀與策略探討△

曾慧婷，張媛媛，宿樹蘭，劉德根，王小青，虞金寶*

1.江西省中醫(yī)藥研究院，江西 南昌 330046；2.南京中醫(yī)藥大學(xué) 江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023；3.南昌濟順制藥有限公司，江西 南昌 330046

葛為豆科Leguminosae葛屬Pueraria多年生落葉藤本植物，作為我國傳統(tǒng)藥用植物資源已有近兩千年的臨床應(yīng)用歷史，始載于漢代《神農(nóng)本草經(jīng)》：“主消渴，身大熱、嘔吐、諸痹，起陰氣，解諸毒，味甘、辛、涼，歸脾胃二經(jīng)”[1]。葛屬植物約有35種，主要分布于溫帶至亞熱帶地區(qū)海拔100～2000 m處，喜溫暖濕潤的環(huán)境，屬陽生植物，常生長于森林或河溪邊向陽坡面。我國為葛屬植物分布中心，據(jù)《中國植物志》第41卷記載，我國產(chǎn)9種及1變種，包括三裂葉野葛P.phaseoloides、小花野葛P.stricta、苦葛P.peduncularis、須彌葛P.wallichii、葛麻姆P.lobatavar.montana、野葛P.lobata、粉葛P.thomsonii、密花葛P.alopecuroides、黃毛萼葛P.calycina、食用葛P.edulis[2]。其中野葛和粉葛是我國分布最廣、資源較多、產(chǎn)量最高的葛屬植物，亦被《中華人民共和國藥典》所收載，其性味、功效相似，均具解肌退熱、生津止渴、透疹、升陽止瀉、通經(jīng)活絡(luò)、解酒毒的功效[3]，現(xiàn)代研究表明，葛根中含有的黃酮類物質(zhì)，在心血管系統(tǒng)、降血糖、抗癌、抗氧化等方面亦表現(xiàn)出顯著藥理活性。此外，葛塊根還富含淀粉、多種氨基酸、無機元素等，粉葛中淀粉含量高達40%，具有良好的食用價值，素來有“北參南葛”、“亞洲人參”之稱，葛根被衛(wèi)生部首批列為藥食同源植物，粉葛亦于2018年被新增入藥食同源目錄[4-5]。野葛主要為自然分布，粉葛則以栽培為主，在廣東、廣西、浙江、云南、四川、重慶等地均有人工栽培。

葛在我國資源豐富、分布極廣，除新疆、西藏和青海等少數(shù)省份外，全國各省區(qū)均有所分布，且以長江流域及黃河流域自然分布居多[6-8]。葛在中醫(yī)臨床、方藥配伍中應(yīng)用廣泛，以葛根配伍的經(jīng)典名方有葛根黃連湯、葛根白虎湯、升麻葛根湯等。由于葛藥食兩用的特性，目前已廣泛應(yīng)用于藥品、食品、化妝品等領(lǐng)域，葛產(chǎn)業(yè)正逐漸成為“21世紀黃金產(chǎn)業(yè)”，在國內(nèi)外具有廣闊的市場前景。根據(jù)藥智網(wǎng)搜索到的數(shù)據(jù)顯示，以葛作為處方原料藥材的中成藥處方數(shù)據(jù)多達309條，如感冒清熱膠囊、根痛平顆粒、桑葛降脂丸、兒瀉止顆粒等；以葛作為處方原料藥材的國產(chǎn)保健食品數(shù)據(jù)多達560條，如正大牌雙馨膠囊、華州牌太欣茶、汝樂膠囊、一力牌森邦膠囊等；以葛作為化妝品原料的數(shù)據(jù)有19條，如野葛根提取物、葛根提取物、野葛淀粉等。據(jù)統(tǒng)計，我國葛資源(栽培和野生)約40 hm2左右，年產(chǎn)量在150萬t以上[9]，然而目前對于葛資源的開發(fā)利用仍然以其傳統(tǒng)藥用部位根部入藥和生產(chǎn)葛粉為主，葛花亦有入藥，在葛采收加工過程中產(chǎn)生的大量廢棄物，如采收加工過程中較為發(fā)達的葛藤莖、葉及未采收的葛花，深加工產(chǎn)業(yè)化過程中產(chǎn)生的葛根藥渣均未被有效利用而廢棄，造成生態(tài)環(huán)境的污染和資源的浪費。本文通過查閱相關(guān)文獻資料，針對我國葛采收加工過程中產(chǎn)生的藤莖、葉、花和藥渣等廢棄物的資源化利用作一綜述，以期為葛資源的進一步研究及開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 化學(xué)成分研究

近年來，隨著國內(nèi)外對葛屬植物栽培、選育及加工的相關(guān)研究及產(chǎn)業(yè)化的迅速發(fā)展，有關(guān)葛非藥用部位(藤莖、葉、花和藥渣)有效成分及藥理活性的研究工作也已初步展開。研究發(fā)現(xiàn)，葛非藥用部位中含有與葛根相同的化學(xué)成分和類似的藥理活性，具有潛在的綜合利用價值，現(xiàn)介紹如下。

1.1 黃酮類

黃酮類物質(zhì)在葛全植株均有分布，同時也是葛中主要功效物質(zhì)基礎(chǔ)，主要包括葛根素(puerarin)、大豆苷(daidzin)、大豆苷元(daidzein)、染料木素(genistein)、染料木苷(genistin)、3-甲氧基大豆苷元(3′-methoxydaidzein)、芒柄花素(formononetin)等[10-11]，結(jié)構(gòu)式如圖1所示。張德武等[1]從野葛藤莖中分離得到了葛根素(puerarin)、3-甲氧基大豆苷元(3′-methoxydaidzein)、芒柄花素(formononetin)、染料木素(genistein)、大豆苷元(daidzein)、大豆苷(Daidzin)等13種黃酮類成分，通過比較葛藤莖與葛根中相關(guān)異黃酮類成分含量分析，發(fā)現(xiàn)葛藤莖中葛根素含量較高，兩年以上生野葛藤莖中葛根素含量可高達3.46%，且大豆苷在葛藤莖中含量顯著高于葛根[12-13]；周紅英等從葛葉中分離得到了葛根素、大豆苷、大豆苷元等黃酮類成分[13]；張杰等報道葛花中含有葛花苷(kakkalide)、尼泊爾鳶尾素(irisolidone)、鳶尾苷(tectoridin)，鳶尾黃素(tectorigenin)、黃豆苷(Glycitin)、黃豆黃素(Glycitein)等19種黃酮類成分[14-16]；黃彤等利用纖維素酶提取了葛根渣中黃酮類化學(xué)成分。葛根渣中總異黃酮得率可達1.38%[17]。黃酮類成分具有抗菌、抗病毒、抗微生物、抗高血壓、抗腫瘤、降血糖等多種生物活性。其中葛根素呈現(xiàn)典型植物雌激素樣作用，具有明顯心血管保護活性，且具有顯著提高骨密度、促進骨形成的特性，目前已逐漸成為研究心血管疾病、骨質(zhì)疏松癥等所關(guān)注的熱點[18-19]。

圖1 葛中主要異黃酮類化合物結(jié)構(gòu)式

1.2 揮發(fā)油類

葛藤莖和葛花中均含有揮發(fā)油成分，仰玲玲[20]等從葛藤莖中提取分離得到了64種揮發(fā)油成分，其中主要以烷酸和烯酸類化合物為主，如壬二酸、十二烷酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、11-十八碳烯酸、9-十八炔等；王勝鵬等[15]從葛花中提取分離得到了樟腦(campher)、壬醛(nonanal)、反式石竹烯(trans-caryophyllene)、斧柏烯(thujopsene)、六氫金合歡基丙酮(hexahydrofarnesylacetone)、十六酸甲酯(methyl hexadecanoate)、十六酸(hexadecanoic acid)、正二十二烷(n-docosane)等揮發(fā)油成分。該類成分具有抗菌消炎、解熱鎮(zhèn)痛、健胃、祛痰等作用。

1.3 有機營養(yǎng)成分及微量元素

研究表明，葛藤莖[12，21]、葛葉[22-23]和葛花[15]中均富含蛋白質(zhì)、氨基酸、淀粉、多糖等有機營養(yǎng)成分；葛全植株均含有豐富的銅、鋅、鐵、鈣、鎂等微量元素，其中葛葉中所含銅、鋅、鈣等微量元素含量高于葛其他部位[24-25]。

1.4 其他類

葛花中還含有皂苷類、甾醇類和生物堿等可利用成分；葛葉中還含有葉綠素、纖維素等可利用物質(zhì)[26]，葛葉中含有的葉綠素，被證實有造血、解毒、提供維生素、抗病等用途；葛根廢渣干物質(zhì)中尚有達70%以上的膳食纖維以及葛根淀粉等。

2 葛采收加工過程廢棄物的資源化利用策略

目前對于葛資源的開發(fā)利用仍然以其傳統(tǒng)藥用部位根部入藥和生產(chǎn)葛粉為主，葛花亦有入藥，在葛采收加工過程中產(chǎn)生的大量廢棄物未被有效利用而廢棄，造成資源浪費和環(huán)境污染。因此，基于資源循環(huán)利用的思路，開展傳統(tǒng)非藥用部位及資源化深加工，將對我國葛資源產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展起到積極的推動作用。

2.1 葛藤莖、葉的資源化利用

葛藤莖在我國有著悠久的應(yīng)用歷史，葛藤纖維由于韌性好且細長，經(jīng)蒸煮、發(fā)酵、漂洗制成潔白的纖維葛麻，可用于織布、造紙和制作精美的工藝品(如葛繩、地毯、沙發(fā)等)，具有較高的經(jīng)濟和實用價值。由于葛為豆科植物，其藤莖和葉干物質(zhì)中含有約16.5%～22.5%的蛋白質(zhì)，以及多種氨基酸、維生素、微量元素等[27]，葛藤莖或葛葉經(jīng)殺青、定色、滅菌等操作可制成葛蔓葛葉茶，亦有從野葛葉中提取蛋白的工藝研究[28-29]。生長初期的葛藤莖和葉幼苗質(zhì)地嫩、口感好，加之再生性好、生長速度快、可飼面寬，可以不同制備工藝制成青貯飼料、混合飼料、飼料添加劑等形式，可改善動物生長性能，提高機體免疫功能及抗氧化能力，改善畜禽產(chǎn)品品質(zhì)，從而有效緩解飼料價高、緊缺的問題，降低養(yǎng)殖成本。葛藤莖藥理作用始載于《新修本草》，謂之“葛蔓”，曰“蔓燒為灰，水服方寸匕，主喉痹”，均表明葛藤莖具有較高的資源利用價值。葛藤莖、葉中還含有異黃酮類等多種資源性活性成分，研究表明，野葛當年生葛藤莖中所含葛根素約為1.4%，含量雖不及塊根，但其來源廣、采收方便且植株為多年生，因此若加以充分利用，可產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益[30]。此外，葛藤莖中含有的揮發(fā)油成分具有較強的抗菌活性，所含葛根素含量較高，可作為制備葛根素的新藥源，葉中所含葉綠素，被證實有造血、解毒、提供維生素、抗病等用途，均可用于醫(yī)藥產(chǎn)品的開發(fā)。關(guān)于葛葉的臨床應(yīng)用始載于《本草經(jīng)集注》：“葉主治金瘡，止血”，現(xiàn)代藥理活性研究亦表明，葛葉具有消腫止痛、化瘀止血的功效，可用于治療跌打損傷、創(chuàng)傷出血[31]。葛藤莖、葛葉中富含蛋白質(zhì)、氨基酸、淀粉、多糖等有機營養(yǎng)成分及豐富的銅、鋅、鐵、鈣、鎂等微量元素，可用于保健食品、膳食補充劑和動物飼料的開發(fā)；通過對葛藤莖、葉進行功能性開發(fā)，進而提高葛資源的利用效率。

2.2 葛花的資源化利用

葛花為中醫(yī)臨床常用中藥，明代《滇南本草》中記載：“治頭暈，憎寒壯熱。解酒醒脾，治酒毒酒痢，飲食不思，胸膈飽脹發(fā)呃，嘔吐酸痰，酒毒傷胃，吐血嘔血。消熱，解酒毒”[32]。葛花除少量用于臨床調(diào)劑配方，如解酒醒肝湯(由葛花、柴胡、黃芩、茯苓、白茅根、佩蘭組成)，多以制備葛花茶等保健飲品為主，市場上已有多種以葛花生產(chǎn)的葛花茶、葛花露等保健品，如利用葛花配以葛根、烏梅等或葛根、楊梅汁、甘草和菊花等，并添加果糖、酸味劑等制成醒酒飲料，亦有用桂圓、花生仁等混合制成的桂圓花生養(yǎng)生葛花茶，能夠提高人體免疫力、滋潤、補血，使人保持良好的精神狀態(tài)[33]。近年來對葛花的化學(xué)成分研究表明，葛花中同樣富含有異黃酮類化合物，在解酒、護肝、抗炎、抗腫瘤、抗氧化等方面發(fā)揮藥理作用，同時具有雌激素樣活性，因而可成為獲取該類化合物的新來源[34]；葛花中還含有揮發(fā)油類、皂苷類、甾醇類和生物堿等可利用成分，可用于醫(yī)藥產(chǎn)品和化妝品的開發(fā)；葛花中富含蛋白質(zhì)、氨基酸、淀粉、多糖等有機營養(yǎng)成分及豐富的銅、鋅、鐵、鈣、鎂等微量元素，可用于保健食品、膳食補充劑和動物飼料的開發(fā)；同時，葛花為藥食同源之品，針對臨床常見心腦血管疾病、高血糖、高血脂、衰老等慢性疾病，將其作為食療產(chǎn)品而輔助治療，擴大葛花的綜合利用，將具有極大的研究和應(yīng)用價值。

2.3 葛根藥渣的資源化利用

提取葛粉后的葛根藥渣除少數(shù)用來造紙和用作飼料外，大多數(shù)被廢棄，葛根藥渣富含膳食纖維，韓軍等采用淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，利用酶解法從葛根渣中制備膳食纖維，結(jié)果顯示方法簡便易行、成本較低、污染少，可較好地保護葛根藥渣中膳食纖維的組織結(jié)構(gòu)和生理功能[35]。葛根藥渣中粗蛋白、粗纖維和粗脂肪含量均較高，營養(yǎng)成分結(jié)構(gòu)合理，可將葛根渣中膳食纖維作為輔料制作曲奇餅干，可改善通常曲奇餅干中高脂肪、高熱量、口感油膩的缺點；葛根渣理化性質(zhì)與傳統(tǒng)原料雜木屑相接近，因此可用于栽培食用菌類的新基質(zhì)，目前國內(nèi)外已有將葛根藥渣用于香菇、平菇、雞腿菇栽培的成功報道[36]；此外，提取葛粉后殘渣中尚含有約50%的異黃酮類化合物，有必要對其再提取利用[37]，可采用超聲波輔助、微波輔助、酶反應(yīng)及發(fā)酵等方法提取制備，其中醇提法是提取葛根渣中異黃酮類的常規(guī)工藝，但葛根渣中纖維素類成分的致密結(jié)構(gòu)會影響異黃酮的提取，因此有報道通過利用纖維素酶和木聚糖酶對葛根渣實行預(yù)處理后，總異黃酮得率較常規(guī)醇提法明顯提高，經(jīng)富集、純化的異黃酮類成分可用于醫(yī)藥產(chǎn)品及保健品的開發(fā)利用。此外，以葛根渣為主要原料，采用微生物發(fā)酵的方式也可制得表面富含多羥基、多羧基功能基極性化的葛根渣吸附材料，提高了葛根藥渣的資源利用效率。

2.4 資源性化學(xué)成分轉(zhuǎn)化率提升研究

在葛根和粉葛加工過程中采用適宜技術(shù)提高葛中資源性化學(xué)成分(主要為葛根素)的轉(zhuǎn)化率，進行轉(zhuǎn)化增效及精細高值利用，無疑具有良好的經(jīng)濟效益。有報道采用高速剪切法細胞破碎與微波偶聯(lián)提取鮮葛根中葛根素，集兩種方法之所長可有效提高葛根素的轉(zhuǎn)移率。此外，采用短時間(2～4 min)的蒸汽爆破技術(shù)對葛根預(yù)處理后進行葛根總黃酮的提取，蒸汽爆破技術(shù)可使葛根組織的細胞壁破裂，利于葛根黃酮類化學(xué)成分的溶出，從而提高得率[38-39]。

3 總結(jié)與展望

目前，在國家相關(guān)政策的引導(dǎo)下，中醫(yī)藥大健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來了新機遇，葛根及粉葛列入藥食兩用植物目錄，對于科技成果在大健康領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，提供了政策保障。近年來，葛根系列產(chǎn)品的保健價值得到越來越多的認可，國內(nèi)外對葛的市場需求亦不斷擴大。隨著葛根中活性成分和藥理活性的深入研究，以及葛系列產(chǎn)品深加工技術(shù)的不斷提高，在葛采收、加工過程所產(chǎn)生的非藥用部位、廢渣廢水等可通過化學(xué)、生物等方法向醫(yī)藥中間體、食品、保健品、日用化工品、農(nóng)林產(chǎn)品、園藝產(chǎn)品等方面轉(zhuǎn)化利用，實現(xiàn)廢棄物的轉(zhuǎn)化增效價值。葛資源綜合利用途徑如圖2所示。

隨著國內(nèi)外市場對中藥及天然藥物資源性產(chǎn)品需求量的不斷增長，利用資源與節(jié)約資源、保護資源與開發(fā)資源之間的矛盾日益突出，為實現(xiàn)中藥資源的有效和可持續(xù)發(fā)展，必然要求提升資源利用效率，減少資源消耗[40]。目前，我國葛資源開發(fā)利用存在的問題主要包括：(1)葛根制藥與葛粉生產(chǎn)過程相分離，即從葛根中提取異黃酮類化合物時未考慮淀粉的收集，而收集淀粉時放棄了黃酮類成分的提??；(2)葛麻纖維的利用尚存在較大的發(fā)展空間；(3)目前藥用和食用主要以野葛和粉葛資源為主，葛屬其它種未被開發(fā)利用；(4)葛資源產(chǎn)業(yè)化過程中產(chǎn)生的地上部分及廢渣廢水等，其多宜性價值和新用途有待進一步研究及開發(fā)。因此，葛資源利用效率的提高，需開展對其再認識和新用途、新價值的發(fā)現(xiàn)研究，在葛根制藥過程中葛根酶解液經(jīng)離心分離所得沉淀中的葛根淀粉尚可加以富集，應(yīng)用于保健食品開發(fā)，在粉葛提取葛粉加工葛系列食品過程中，其廢棄上清液中仍含有大量異黃酮，通過富集純化再回收，實現(xiàn)其資源循環(huán)利用。此外，對葛麻纖維可進行系統(tǒng)性和精細化的開發(fā)利用，將進一步提高葛資源產(chǎn)品的附加值和產(chǎn)業(yè)化效益，延伸和拓展中藥資源經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，使葛資源的利用進一步合理化、綜合化和產(chǎn)業(yè)化。

圖2 葛資源綜合利用途徑示意圖