桑枝綜合利用研究進(jìn)展

孫 波 周洪英 吳洪麗 王卓仁 劉啟燕 趙會(huì)長(zhǎng)

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，湖北武漢 430064)

桑枝是蠶桑產(chǎn)業(yè)大宗副產(chǎn)物，平均公頃成林桑園年產(chǎn)桑枝15～22 t，占桑園總產(chǎn)出的60%以上[1]。隨著人們生活水平的提高，桑枝不再用作燃料，逐漸被廢棄在田間地頭，其價(jià)值不僅沒(méi)有得到充分利用，還造成環(huán)境污染。桑枝綜合利用對(duì)延長(zhǎng)蠶桑產(chǎn)業(yè)鏈、提高桑園經(jīng)濟(jì)效益、穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)發(fā)展、增強(qiáng)抵御市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的能力，具有重要意義。近年來(lái)，桑枝綜合利用研究成果頗豐，降血糖天然藥物“桑枝總生物堿片”獲國(guó)家藥監(jiān)局批準(zhǔn)上市。本文對(duì)近年來(lái)桑枝功能性成分、改性利用及栽培食用菌等研究進(jìn)行了綜述，并就桑枝綜合利用產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)作了探討。

1 桑枝功能性成分研究進(jìn)展

桑枝是傳統(tǒng)中藥材，含有多糖、桑皮苷A、生物堿、綠原酸、隱綠原酸、蘆丁、異槲皮苷和山奈酚等多種功能性成分，可采用高效液相色譜(HPLC)法測(cè)定含量，監(jiān)測(cè)藥材質(zhì)量[2]。桑枝多糖主要由鼠李糖、樹(shù)膠醛糖、半乳糖、葡萄糖和木糖組成，有增強(qiáng)免疫抑制小鼠的非特異性免疫、體液免疫及細(xì)胞免疫功能的作用[3-4]。桑皮苷A為二羥基芪類化合物，又稱氧化白藜醇苷，主要存在于桑屬植物中。經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝，在60%甲醇水溶液、溶劑體積55 mL、超聲時(shí)間40 min、超聲溫度35 ℃條件下提取桑枝中的桑皮苷A，測(cè)得桑皮苷A的含量為7.63 mg/g[5]。桑枝粗纖維含量51.88%，木質(zhì)素含量18.81%，粗蛋白含量5.44%。采用膨化方式加工的桑枝飼料的粗蛋白含量(7.97%)以及在肉牛瘤胃中的降解率均高于簡(jiǎn)單粉碎桑枝的飼料，可作為反芻動(dòng)物的粗飼料[6]。

以無(wú)水乙醇為溶劑提取桑枝，得到黃色透明黏稠油狀液體，得率可達(dá)12%。采用氣相色譜-質(zhì)譜分析得知，桑枝乙醇提取物揮發(fā)性組分主要由酯類(47.76%)、烷烴類(20.27%)、芳香烴類(15.84%)等化合物組成。研究證實(shí)，桑枝乙醇提取物對(duì)大腸桿菌(E.coli)具有較好的抑菌活性，對(duì)DPPH自由基有較強(qiáng)的清除作用，且隨著質(zhì)量濃度增大，清除效果呈增加趨勢(shì)[7-8]。γ-氨基丁酸(氨酪酸，γ-aminobutyric acid，GABA)是一種非蛋白質(zhì)組成的天然氨基酸，是重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，參與多種代謝活動(dòng)、具有降血壓，改善神經(jīng)功能、調(diào)節(jié)激素代謝等藥理作用。桑枝富含GABA，以70%乙醇溶液超聲提取，采用HPLC法測(cè)定含量，可用于桑枝藥材的質(zhì)量控制[9-10]。

血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)抑制劑能降低血壓，但長(zhǎng)期服用化學(xué)合成的ACE抑制劑會(huì)引起咳嗽、喪失味覺(jué)等副作用。桑枝降血壓的功效與ACE抑制劑有關(guān)。翁渝潔等研究表明，超聲波處理可提高纖維素酶的活性，有效促進(jìn)桑枝皮中ACE抑制劑的釋放，該研究完善了桑枝皮中ACE抑制活性物質(zhì)的分離純化工藝，明確了桑枝皮中的降血壓活性成分[11]。

不同桑品種的桑枝功能性成分含量不同，不同枝條部位的成分含量也不同[12]。桑枝功能性成分提取工藝的優(yōu)化、HPLC法含量測(cè)定方法的建立，為桑枝藥材的質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供了依據(jù)，為桑枝藥材的高值化利用提供了參考。由中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所研發(fā)的“桑枝總生物堿片”于2020年3月17日獲國(guó)家藥監(jiān)局批準(zhǔn)上市，該藥以桑枝為原料，經(jīng)提取、分離、純化而得，用于治療2型糖尿病，是國(guó)內(nèi)首個(gè)降血糖原創(chuàng)天然藥物，也是我國(guó)近10年首個(gè)批準(zhǔn)的糖尿病中藥新藥，為桑枝功能性成分研究及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)開(kāi)創(chuàng)了一條道路[13]。

2 桑枝栽培食用菌研究

桑枝用于栽培食用菌是近年來(lái)桑枝綜合利用研究的重點(diǎn)，也是大量消化利用桑枝的重要途徑。多地將發(fā)展食用菌作為精準(zhǔn)扶貧產(chǎn)業(yè)，隨著規(guī)模的擴(kuò)大，栽培原料短缺、價(jià)格上漲的現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，探索新的栽培原料勢(shì)在必行，如巨菌草、林果枝條、桑枝等。相比之下，桑枝資源豐富，含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等多種成分，適合多種食用菌的生長(zhǎng)，但桑枝木質(zhì)素含量低于傳統(tǒng)雜木屑，也低于林果枝條，栽培食用菌易造成產(chǎn)菇后勁不足，產(chǎn)量偏低[14]。

篩選適宜桑枝屑栽培的食用菌品種及培養(yǎng)料中的添加比例等研究廣泛開(kāi)展。在黑木耳栽培料中添加50%～70%的桑枝屑可以提高生物學(xué)轉(zhuǎn)化率和黑木耳產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，可顯著提高黑木耳的產(chǎn)量和粗蛋白、總糖、總黃酮含量[15]。培養(yǎng)料中添加35%～55%的桑枝屑，栽培羊肚菌出菌率高、整齊度好、綜合效益高[16]。在金針菇培養(yǎng)料中，添加桑枝比例75%～80%，菌絲生長(zhǎng)速度較快，生物學(xué)效率可達(dá)40%[17]。桑枝替代傳統(tǒng)櫟木屑，添加量達(dá)到100%時(shí)，猴頭菇菌絲生長(zhǎng)速度最快，當(dāng)添加量達(dá)到50%時(shí)，猴頭菇鮮品產(chǎn)量最高[18]。桑枝栽培靈芝的最佳配方為桑枝80%、稻草8%、稻谷10%、石膏2%或桑枝屑50%、棉籽殼30%、麥麩15%、石灰3%、石膏2%[19]。采用桑枝栽培白背木耳最佳的配方為：桑枝屑39.5%、橡膠木屑38.5%、麩皮10%、玉米粉10%、石膏0.5%、石灰0.5%、白糖1%，白背木耳有“樹(shù)上海蜇皮”的美稱，是熱帶和亞熱帶地區(qū)主要食用菌之一[20]。通過(guò)食用菌品種篩選及培養(yǎng)料配方研究，可充分利用桑枝，替代部分傳統(tǒng)木屑，生產(chǎn)較高質(zhì)量的食用菌。桑枝中含有活性成分1-脫氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin，DNJ)，有報(bào)道顯示，采用桑枝栽培的多種食用菌中檢測(cè)到DNJ，推斷食用菌對(duì)桑枝中的DNJ有富集作用[21]。

桑園套種大球蓋菇，可利用桑園現(xiàn)有條件及副產(chǎn)物桑枝，提高桑園經(jīng)濟(jì)效益，菌渣還田改善土壤。桑枝廢菌包經(jīng)過(guò)無(wú)害化堆肥處理可生產(chǎn)有機(jī)肥，連施2年對(duì)石漠化地區(qū)的桑樹(shù)增產(chǎn)提質(zhì)作用明顯，土壤的理化性質(zhì)也得到了明顯的改良[22]。以桑枝廢菌包為原料制取活性炭，與鐵的氧化物反應(yīng)制備磁性活性炭復(fù)合材料，對(duì)廢水中Pb2+有較大的吸附能力和吸附效率，具有一定的經(jīng)濟(jì)研究?jī)r(jià)值[23]。

3 改性桑枝研究進(jìn)展

改性桑枝的研究為廢棄桑枝的綜合利用開(kāi)辟了新途徑。桑枝粉富含纖維素和木質(zhì)素，具有吸附去除廢水中重金屬離子的功能[24]。以桑枝為原料制備的改性生物質(zhì)吸附劑，表面官能團(tuán)主要有氫鍵、羥基、苯環(huán)等。以氫氧化鈉為改性劑制備的吸附劑，在pH為5.4～5.5、改性桑枝粉用量為0.6 g/100mL、吸附時(shí)間為1 h的條件下，對(duì)水中Cu2+的去除率可達(dá)95%，飽和吸附容量達(dá)13.18 mg/g。桑枝經(jīng)0.4 mol/L硫酸亞鐵溶液改性后，吸附劑可使水中Cr4+去除率達(dá)97.4%，吸附量達(dá)3.04 mg/g[25-26]。以十六烷基三甲基溴化銨為改性劑制備改性桑枝粉，表面的季銨陽(yáng)離子基團(tuán)能較好地吸附廢水中的高氯酸根，去除率隨吸附劑投加量的增加而提高，隨pH值和初始濃度升高而降低[27]。

以桑枝韌皮部為初始原料，制備桑枝韌皮纖維素，經(jīng)過(guò)改性以后，可以在傷口敷料、造紙和處理畜禽廢水等方面應(yīng)用[28]。用氯乙酸反應(yīng)進(jìn)行表面改性，將四環(huán)素以化學(xué)鍵形式牢固修飾在纖維素表面，納米銀(Ag)負(fù)載在纖維素中，得到改性桑枝韌皮纖維素(Ag-T-CMC)協(xié)同抗菌劑。Ag-T-CMC呈現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能和較好的協(xié)同抗菌性，載銀量在1.5%時(shí)抗菌性能最優(yōu)。采用流延法制備載銀改性桑枝韌皮纖維素/聚乙烯醇(Ag-T-CMC/PVA)復(fù)合膜，隨著Ag-T-CMC含量增加，Ag-T-CMC/PVA復(fù)合膜的力學(xué)性能、耐水性及抗菌性能均有提高[29-30]，且對(duì)動(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞毒性，有望實(shí)現(xiàn)在傷口敷料上的應(yīng)用。

桑枝重組方材是一種新型人造生物質(zhì)材料，是在不打亂桑枝纖維排列方向、保留其基本特性的前提下，通過(guò)碾壓疏解加工成網(wǎng)狀桑枝束，經(jīng)干燥、施膠、組坯和四面熱壓而制成，可用于產(chǎn)品包裝、家具、建筑工程等領(lǐng)域[31-32]。桑枝皮屬于韌皮纖維類原料，約占全桑枝的1/4。桑枝韌皮部及全桿纖維平均長(zhǎng)度均大于紅麻全桿，是廉價(jià)易得的造紙纖維原料，經(jīng)開(kāi)發(fā)利用可緩解我國(guó)造紙纖維資源短缺的問(wèn)題。桑枝經(jīng)制漿、蒸煮，漂白，可獲得白度高、強(qiáng)度大、得率高的紙漿，用于生產(chǎn)中高檔紙產(chǎn)品[33]。

利用復(fù)合微生物發(fā)酵劑，可使廢棄桑枝快速發(fā)酵腐熟。適宜的碳氮比有利于微生物的分解活動(dòng)和肥力的增加。增加微生物接種量，能夠提高其腐熟效率。發(fā)酵過(guò)程中較長(zhǎng)時(shí)間的高溫可以殺滅發(fā)酵堆中的病原菌和寄生蟲(chóng)卵，對(duì)作物生長(zhǎng)安全，達(dá)到農(nóng)業(yè)部生物有機(jī)肥產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[34-35]。

4 討 論

桑枝含有多種功能性成分，作為中藥材和畜禽飼料，其價(jià)值得到進(jìn)一步證實(shí)和應(yīng)用。2010年版藥典記載，中藥材桑枝是桑樹(shù)的干燥嫩枝[36]，其功能性成分提取工藝和檢測(cè)方法的研究，為桑枝中藥材質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供了依據(jù)?！吧Ｖ偵飰A片”的問(wèn)世彰顯了桑枝的藥用價(jià)值，為產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)打開(kāi)了大門，也為蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的方向。桑枝用作飼料，其栽培管理方式與葉用桑不同，多采用高密度播種、機(jī)械化收割加工，將嫩桑枝和桑葉一起制成畜禽飼料。桑葉既是食品又是藥品，含有多種功能性成分，是理想的動(dòng)物蛋白質(zhì)資源[37]，既能為畜禽提供營(yíng)養(yǎng)，又可改善其身體狀況。飼料桑的嫩桑枝是中藥材，若是作為“桑枝總生物堿片”的原料，則不需要采用葉用桑枝的嫩枝部分，以至原料來(lái)源豐富，收集成本低，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景廣闊。蠶桑產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物桑枝，通常是采葉養(yǎng)蠶后，為促進(jìn)桑樹(shù)重新發(fā)條長(zhǎng)葉而剪伐的枝條，與中藥材和畜禽飼料所用的桑枝相比，木質(zhì)化部分占比較高，嫩枝占比較低，無(wú)法達(dá)到完全利用。如果只采用嫩枝部分，對(duì)于大量的桑枝消化利用也是杯水車薪。

桑枝栽培食用菌是大量消化利用桑枝的有效途徑。食用菌產(chǎn)業(yè)是農(nóng)民快速致富的有效途徑。近年來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，栽培原料匱乏和價(jià)格上漲成為重要的制約因素。桑枝用作食用菌栽培，有其獨(dú)特的功用。蠶桑產(chǎn)業(yè)尋求通過(guò)桑枝食用菌提高經(jīng)濟(jì)效益，相關(guān)產(chǎn)業(yè)在多地蓬勃發(fā)展，并有多人進(jìn)行了食用菌品種選擇及培養(yǎng)料配方研究[26]。然而，從食用菌行業(yè)角度看，需要在經(jīng)歷標(biāo)準(zhǔn)化的栽培管理后，獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品收益，原料成本次之。桑枝雖然資源豐富且相對(duì)廉價(jià)，但在加工、運(yùn)輸?shù)确矫娉杀据^高，且過(guò)于依賴人工。桑枝作為食用菌栽培原料，在技術(shù)熟化、經(jīng)濟(jì)效益以及所謂的產(chǎn)品功效方面并未達(dá)到顯著、可控的程度。這造成食用菌生產(chǎn)企業(yè)在嘗試采用桑枝作為原料后，依然傾向于采購(gòu)價(jià)格較高的傳統(tǒng)雜木屑，使得桑枝栽培食用菌產(chǎn)業(yè)淪為“雞肋”，保健功效淪為“營(yíng)銷概念”[38]。換言之，即使桑枝食用菌中含有較高含量的功能性成分，但與食用菌本身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相比也是相形見(jiàn)絀。因此，桑枝用于食用菌栽培，須重點(diǎn)研究栽培品種及產(chǎn)品加工問(wèn)題，提高產(chǎn)品附加值，獲得市場(chǎng)認(rèn)可，發(fā)揮桑枝的獨(dú)特功用，彌補(bǔ)加工、運(yùn)輸成本較高的劣勢(shì)，通過(guò)桑枝栽培食用菌提高蠶桑產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，與食用菌產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。桑枝改性利用也是大量消化利用桑枝的有效途徑，同樣面對(duì)加工、運(yùn)輸成本較高的劣勢(shì)，同樣需要選擇特定產(chǎn)品，提高附加值，獲取較高的經(jīng)濟(jì)收益，才能實(shí)現(xiàn)桑枝利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

桑枝綜合利用應(yīng)將跨學(xué)科和系統(tǒng)方法研究作為解決重大關(guān)鍵問(wèn)題的首選項(xiàng)，從系統(tǒng)的要素構(gòu)成、互作機(jī)理和耦合作用來(lái)探索問(wèn)題解決的途徑。蠶桑是傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，與其他產(chǎn)業(yè)相比，亟需提高勞動(dòng)力投入產(chǎn)出比和單位面積效益，如人工飼料養(yǎng)蠶、桑園套種中藥材等。之前，有多個(gè)地方曾放棄蠶桑，發(fā)展比較效益更高的其他產(chǎn)業(yè)，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須直面的問(wèn)題。桑枝功能性成分、栽培食用菌及改性利用等研究拓展了綜合利用的途徑，通過(guò)促進(jìn)技術(shù)熟化，提高比較效益，形成良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，問(wèn)題才能從根本上得到解決。