桑枝的高值化綜合利用研究進(jìn)展

黎月娟，宋憲軍

（1.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧市 530007；2.廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)技術(shù)推廣站，南寧市 530007）

在蠶桑生產(chǎn)過(guò)程中，桑樹(shù)每年要進(jìn)行兩次剪伐，分別是冬伐和夏伐。剪伐出來(lái)的桑枝條需搬離桑園，由于環(huán)保的要求，桑枝一般是不可以直接進(jìn)行焚燒的，使得不被利用的桑枝成為蠶桑生產(chǎn)的最大廢棄物［1］。如何處理桑樹(shù)伐條后產(chǎn)生的枝條是蠶桑生產(chǎn)中的一個(gè)重要問(wèn)題，不但造成資源浪費(fèi)，也造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，還給環(huán)境帶來(lái)壓力［2］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年全國(guó)桑園面積為79萬(wàn)hm2，按平均每667 m2成林桑園年產(chǎn)桑枝1.2～1.5 t［3-4］，桑樹(shù)每年伐條2次，以2018年全國(guó)的桑園面積計(jì)算，一年可生產(chǎn)2 844萬(wàn)～3 555萬(wàn)t桑枝，如能積極開(kāi)發(fā)其附加值，對(duì)其進(jìn)行資源利用，則既可以提高桑樹(shù)資源利用率，又能減輕環(huán)境壓力，還能增加蠶農(nóng)收入。本文主要對(duì)桑枝作為食用菌的培養(yǎng)基、桑枝的藥用價(jià)值及活性物質(zhì)的提取、制作板材、吸附劑等方面進(jìn)行了綜述，以期為桑枝的高值化利用提供參考依據(jù)。

1 桑枝

桑枝為桑樹(shù)的桑條、嫩枝的總稱。桑枝皮呈灰白色，有條狀淺裂，纖維性強(qiáng)。桑枝中含有豐富的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等，韌皮部纖維素具有可與麻媲美的天然纖維素，其經(jīng)過(guò)改性改良以后，可用于制作傷口敷料、造紙和處理畜禽廢水等［5］。桑枝還含有豐富的化學(xué)物質(zhì)，梁永鋒［6］從桑枝條中分離鑒定出白藜蘆醇（Ⅰ）、桑色素（Ⅱ）、β-谷甾醇（Ⅲ）、槲皮素（Ⅳ）、桑辛素A（Ⅴ）、桑辛素B（Ⅵ）、桑辛素C（Ⅶ）、桑辛素D（Ⅷ）、桑辛素E（Ⅸ）、桑辛素F（Ⅹ）、桑辛素G（Ⅺ）共11種化合物。通過(guò)開(kāi)發(fā)研究桑枝的各項(xiàng)化學(xué)成分及活性物質(zhì)，可以提高桑枝各部分綜合利用價(jià)值從而提高附加值。

2 桑枝高值化綜合利用

2.1 作為菌類培養(yǎng)基

桑枝木纖維化程度適中，富含纖維素、粗蛋白等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能夠?yàn)榫惿L(zhǎng)提供一定的碳源、氮源及微量元素，是栽培食用菌和藥用菌的良好基質(zhì)。將廢棄的桑枝曬干粉碎后作為培養(yǎng)基的主料，然后加入食用菌菌種，培育出來(lái)的食用菌稱為桑枝食用菌。將桑枝進(jìn)行主要成分測(cè)定后，由表1 可知，其營(yíng)養(yǎng)成分豐富［7］。桑枝因其具有較高的營(yíng)養(yǎng)成分，所培養(yǎng)的食用菌的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也較高［8］。曾澤彬等［7］以桑枝（屑）配制培養(yǎng)基栽培香菇（占主料50%），該配方栽培香菇時(shí)菌絲生長(zhǎng)速度快、粗壯、濃密、潔白、活力強(qiáng)，產(chǎn)出的香菇蛋白質(zhì)和活性多糖含量高、低脂肪、富硒，且生產(chǎn)成本低，具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。王勇［9］利用桑枝木屑栽培猴頭菇，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)桑枝木屑與傳統(tǒng)雜木屑配比栽培猴頭菇，具有發(fā)菌快、子實(shí)體產(chǎn)量高的特點(diǎn)。安美君等［10］在研究不同比例桑枝基質(zhì)對(duì)黑木耳產(chǎn)量及品質(zhì)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中添加70%的桑枝木屑的配方為最佳，黑木耳每袋產(chǎn)量為181.26 g，生物學(xué)效率為45.32%，蛋白含量為11.54 g/100 g，粗脂肪含量為0.93 g/100 g，總糖含量為42.18 g/100 g，氨基酸總量為4.15%，總黃酮含量為210.65 mg/100 g。研究認(rèn)為添加適當(dāng)比例的桑枝屑可以提高黑木耳的產(chǎn)量和品質(zhì)。馬婷婷等［11］用桑枝代替?zhèn)鹘y(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)栽培靈芝，發(fā)現(xiàn)用20%和50%的桑枝提取液代替PDA 培養(yǎng)基中的馬鈴薯汁時(shí)，菌絲生長(zhǎng)速度顯著提高，菌絲滿袋時(shí)間和第1潮菇采收時(shí)間也均有所提前，這為桑枝用于靈芝栽培提供較好方案。目前用桑枝栽培食用菌越來(lái)越普遍，食用菌的種類也呈現(xiàn)多樣化，如銀耳、大球蓋菇、松杉靈芝等，均可用桑枝作為培養(yǎng)基的原料栽培。全國(guó)很多地區(qū)也利用桑枝生產(chǎn)各類食用菌，如山西省的陽(yáng)城縣、高平市、沁水縣［12］，陜西省的武勝縣、石泉縣［13-14］，四川省的內(nèi)江市、珙縣等都大力發(fā)展桑枝食用菌［15-16］，以幫助農(nóng)民增收。浙江省成立了食用菌技術(shù)團(tuán)隊(duì)承接食用菌技術(shù)集成、中試和熟化，不斷促進(jìn)食用菌產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展［17］。近幾年廣西食用菌產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，發(fā)展勢(shì)頭良好。2012—2014年廣西雙孢蘑菇產(chǎn)量均居全國(guó)第一，2014 年廣西首次出口有機(jī)桑枝食用菌鮮品到東盟國(guó)家［18］。在2005—2016 年的12 年間，廣西食用菌產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)量和總產(chǎn)值分別增長(zhǎng)279%和785%，分別達(dá)到128.64萬(wàn)t、115.26 億元［19］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年廣西全區(qū)桑枝食用菌產(chǎn)量約20萬(wàn)t，產(chǎn)值約10億元［20］。隨著桑枝食用菌產(chǎn)業(yè)的壯大，經(jīng)濟(jì)效益逐步提高，發(fā)展桑枝食用菌產(chǎn)業(yè)也成為脫貧致富的好產(chǎn)業(yè)之一。

表1 桑枝主要成分［7］

2.2 提取活性物質(zhì)

2.2.1 桑枝提取活性物質(zhì) 桑樹(shù)渾身是寶，根、枝、葉、果均可入藥。桑樹(shù)在古代被稱作“神木”?，F(xiàn)代研究表明桑枝具有抗氧化、抗炎、抗癌、降脂、降糖、降壓等藥理作用。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道可知，桑枝所含化學(xué)成分種類多樣，主要有多糖類化合物、生物堿和氨基酸、黃酮類化合物、一些揮發(fā)油、鞣質(zhì)、琥珀酸、腺嘌呤等物質(zhì)［21］。朱祥瑞等［22］利用體積比為1∶1的80%乙醇與丙酮混合液作為提取劑提取桑枝中的白藜蘆醇，發(fā)現(xiàn)干燥桑枝韌皮部中白藜蘆醇的質(zhì)量比為0.114 mg/g，而木質(zhì)部中未檢測(cè)出該物質(zhì)。徐衛(wèi)東等［23］運(yùn)用響應(yīng)曲面法優(yōu)化提取桑枝多糖，最佳提取工藝條件為溫度100 ℃、料液比1∶20、浸提時(shí)間2.5 h、提取2次，實(shí)際測(cè)得的多糖得率為6.15%。為探究微波、超聲波、酸堿、加熱、紫外光和自然光6 個(gè)因素對(duì)桑枝提取物中DNJ 穩(wěn)定性的影響，劉超等［24］借助高效液相色譜儀測(cè)定DNJ 含量的變化，結(jié)果表明微波可以明顯破壞DNJ，而超聲波對(duì)DNJ穩(wěn)定性的影響不大，且在不同功率的一定時(shí)間點(diǎn)還可以增加提取物中DNJ的含量。曹琳等［25］運(yùn)用超聲法提取桑枝中DNJ，發(fā)現(xiàn)桑枝中DNJ 的最佳提取工藝條件是pH 為2.5，溫度為65 ℃，液料比為1∶30，提取功率為300 W，提取率為0.102 6%。陸海麗等［26］比較了不同工藝下桑枝黃酮的提取效率，結(jié)果表明，采用60%乙醇提取效果最好，產(chǎn)品濃度可達(dá)到32.03 mg/mL。桑枝活性物質(zhì)的提取條件還有待繼續(xù)優(yōu)化，使操作更簡(jiǎn)單，提取效率更高。以桑枝提取物制備藥物的研究已經(jīng)早有報(bào)道，早在1999年，就有專家運(yùn)用“桑枝顆粒劑”治療Ⅱ型糖尿?。?7］。后續(xù)又有專家對(duì)“桑枝顆?！彼幬镞M(jìn)行研究，但由于受各種因素的影響，此類藥物還存在物質(zhì)基礎(chǔ)不明確、質(zhì)量不可控的缺陷。直到2020 年3月17 日，由中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所歷時(shí)21年研制的桑枝總生物堿及其片劑獲國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市，成為十幾年來(lái)我國(guó)首個(gè)獲批的中藥創(chuàng)新藥，也是糖尿病治療領(lǐng)域唯一的有效組分天然藥物［28］，這新藥的上市為后期桑枝提取物制備藥物的研究提供了重要的啟發(fā)。

2.2.2 桑枝皮提取物 桑枝皮為從桑枝剖離下來(lái)的樹(shù)皮。研究發(fā)現(xiàn)桑枝皮含有多種活性成分，如黃酮類、多糖、酚類和生物堿等，這些活性物質(zhì)具有良好的抗?jié)儭⒔獐d、抗菌、消炎、降血糖、降血脂、降血壓、抗腫瘤和鎮(zhèn)痛等作用［29-31］。近年來(lái)桑枝皮的藥用價(jià)值的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到重視。劉艷偉等［32］和翁渝潔等［33］以桑枝皮為原料提取血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）活性抑制物，為桑枝皮藥用成分的高附加值開(kāi)發(fā)利用開(kāi)辟新的技術(shù)途徑。周林［34］以桑枝皮為材料，在最佳工藝條件為提取溫度80 ℃，原料質(zhì)量濃度33 g/L，乙醇體積百分比70%，提取時(shí)間為120 min時(shí)，桑枝皮總黃酮的提取率可達(dá)1.01%。趙忠啟［35］對(duì)桑葉、桑白皮、桑枝皮等進(jìn)行篩選，在綜合比較它們的活性后，確定以桑枝皮為研究對(duì)象，對(duì)桑枝皮中的生物堿進(jìn)行降血糖動(dòng)物試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組效果比較明顯。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，果膠有降低膽固醇和血糖的作用，可用于治療心血管硬化、糖尿病和胃潰瘍等疾病。田繼武等［36］以桑枝皮為原料，采用草酸銨—草酸水解、乙醇法沉淀提取果膠，發(fā)現(xiàn)濕桑枝皮中果膠提取率比烘干后的桑枝皮中的提取率高，因此提取果膠選用濕桑枝皮較佳。桑枝皮提取物還可在護(hù)膚、化妝品中運(yùn)用，WANG等［37］從桑枝皮中提取桑皮苷A，其可以影響酪氨酸酶的活性，從而影響黑色素的合成，這為桑皮苷A 對(duì)黑色素合成的抑制機(jī)制提供了重要的信息，為其在美白化妝品中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

2.3 制作板材

桑枝韌皮部纖維占全桿總量的26%～30%，長(zhǎng)纖維含量占40%～50%，是各種生物質(zhì)板材的好原料，因此，可將桑枝條加工成重組模塊木地板及相關(guān)產(chǎn)品，或利用桑枝加工桑木定向?qū)嵞景?，并生產(chǎn)新型環(huán)保桑木家具等。李玉秀［38］在研究桑枝、杜仲條和柳條的化學(xué)成分及纖維形態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)，桑枝的纖維素含量最高，平均纖維長(zhǎng)度比杜仲條低，比柳條高。研究結(jié)果表明，3 種枝條均適合做重組木原料。目前用桑枝加工成板材方面的技術(shù)也比較成熟，如費(fèi)建明等［39］對(duì)桑枝重組木地板、桑木定向?qū)嵞景宓燃庸ぜ夹g(shù)進(jìn)行了歸納，桑木板材是一項(xiàng)具有較高生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的好產(chǎn)業(yè)。在桑枝板材加工方面，現(xiàn)階段浙江企業(yè)已解決桑枝條去皮與高溫固定型的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題［1］，這為桑枝的高效利用提供技術(shù)支持。白鷺［40］以棉稈和桑枝為原料制備重組方材，并對(duì)其主要性能進(jìn)行評(píng)價(jià)與應(yīng)用研究。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)密度均為0.8 g/cm3相同膠種的方材，桑枝重組方材的三種力學(xué)強(qiáng)度均高于棉稈重組方材，以桑枝重組方材力學(xué)、機(jī)械加工性能、涂飾性能研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、制作出一款衣帽架，具有較好的視覺(jué)效果。張靜［41］也對(duì)桑枝重組方材熱壓工藝及性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)最佳工藝參數(shù)為：施膠量為10%，熱壓溫度160 ℃，熱壓時(shí)間45 min。密度是影響桑枝重組方材性能的極顯著因素，當(dāng)密度為0.6 g/cm3時(shí)，在最優(yōu)工藝條件下，其彈性模量、靜曲強(qiáng)度、內(nèi)膠合強(qiáng)度等都表現(xiàn)極好。這說(shuō)明桑枝重組方材具有替代其他木材資源進(jìn)行加工應(yīng)用的潛力。

2.4 制成纖維素制品

桑枝韌皮纖維發(fā)達(dá)，纖維素含量高，約占50%，是一種優(yōu)質(zhì)的造紙?jiān)?。呂金鳳等［42］在提取桑枝皮纖維素時(shí)采用Van Soest 法測(cè)定纖維素含量和得率，經(jīng)計(jì)算，提取的桑枝皮纖維素的含量為76.87%，纖維素得率為10.83%。桑枝皮纖維同棉麻纖維相似，具有優(yōu)良的吸濕性、透氣性，且光澤良好，手感柔軟，易于染色，是一種純天然的綠色紡織纖維［43］。桑枝皮纖維素具有來(lái)源穩(wěn)定、可再生性、無(wú)毒性、可生物降解和較好的生物相容性等特點(diǎn)。桑枝皮纖維不僅運(yùn)用于紡織還運(yùn)用于合成制備各種生物膜及高分子晶體。馮煥等［44］對(duì)桑枝皮纖維進(jìn)行加工處理，制備的桑枝皮纖維絲素蛋白多層復(fù)合膜，具有吸水保濕性能好，熱穩(wěn)定性高，結(jié)晶度降低，力學(xué)性能提高等特點(diǎn)，解決了當(dāng)前復(fù)合膜單純物理混合的問(wèn)題。還可用桑枝纖維制備得到長(zhǎng)徑比大、結(jié)晶度高的納米纖維素微晶，其獨(dú)具的流變性能、機(jī)械性能和液晶性能，可讓桑枝纖維在高分子復(fù)合材料方面發(fā)揮巨大潛能［42］。

2.5 作為吸附劑

利用農(nóng)林廢棄物作為吸附劑處理重金屬溶液和重金屬離子，具有原料來(lái)源廣泛、成本低廉、吸附量高、吸附速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此深受人們青睞。運(yùn)用生物吸附法去除重金屬污染的研究已日漸成熟，如運(yùn)用花生殼、木屑、柚子皮、玉米秸稈及玉米芯等5種典型農(nóng)林廢棄物處理含鉻廢水，減少重金屬污染，取得良好效果［45］。運(yùn)用桑枝作為吸附劑也有研究報(bào)道，如以桑枝為原料，制備桑枝活性炭，該活性炭對(duì)多環(huán)芳烴菲和重金屬離子Pb（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）都具有較好的吸附效果［46-47］。李秀玲等［48］以桑枝為原料制備6 種改性生物質(zhì)吸附劑，結(jié)果表明0.4 mol/L 硫酸亞鐵溶液的改性效果最好，改性后的吸附劑可使Cr（VI）去除率達(dá)97.4%。浦成強(qiáng)等［49］制備桑枝基吸附劑對(duì)質(zhì)量濃度為50 mg/L 日落黃的最大吸附去除率達(dá)92.0%。采用微波氯化鋅法制備桑枝基活性炭還可以吸附苯酚和Cr6+，其吸附值分別為138.300 mg/g和7.877 mg/g。桑枝制成吸附劑為實(shí)現(xiàn)吸附各種重金屬離子、燃料、化學(xué)物質(zhì)提供了一種價(jià)格低廉、安全的方法。

3 展望

桑枝作為蠶桑生產(chǎn)的副產(chǎn)物每年的產(chǎn)量都以數(shù)百萬(wàn)噸來(lái)計(jì)算，如河池地區(qū)桑樹(shù)種植面積超過(guò)6.67 萬(wàn)hm2，每年可產(chǎn)生桑枝100 多萬(wàn)t，因此桑枝資源十分豐富，如果對(duì)這些資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，不但可以減少環(huán)境污染，還可以增加經(jīng)濟(jì)效益?；诎踩钥紤]，可利用桑枝制作綠色環(huán)保家具和可降解的打包盒等。通過(guò)優(yōu)化提取工藝，提高桑枝活性物質(zhì)的提取率，并進(jìn)一步研究桑枝尚未發(fā)現(xiàn)和利用的活性物質(zhì)。由于桑枝纖維含量高，可通過(guò)物理、化學(xué)、生物以及復(fù)合處理等方法進(jìn)行改善和改造桑枝纖維，也可在重金屬及有害物質(zhì)富集方面復(fù)合優(yōu)化處理，消除污染，制備更多高分子復(fù)合性能材料。采用桑枝纖維制備的高吸水樹(shù)脂，增強(qiáng)土壤的保水保肥能力，還可將桑枝纖維運(yùn)用于生物膜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究及生物醫(yī)藥材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用?？偠灾ＶΦ母咧祷C合利用，既可增加經(jīng)濟(jì)效益又可減少環(huán)境污染的壓力，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。