肉桂渣資源化利用研究進(jìn)展

張?bào)谢?，童永清，錢信怡，畢良武，鄧家剛

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，廣西 南寧 530200；2.廣西中藥藥效研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530200；3.廣西農(nóng)作物廢棄物功能成分研究協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 南寧 530200；4.廣西庚源香料有限責(zé)任公司，廣西 東興 538100；5.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所 生物質(zhì)化學(xué)利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家林業(yè)和草原局 林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開放性實(shí)驗(yàn)室 江蘇省生物質(zhì)能源與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210042)

肉桂(Cinnamomum cassia Presl)又名玉桂，是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食兩用作物，植物資源豐富，主要分布于廣西、廣東等地區(qū)。肉桂枝葉在工業(yè)上主要用于提取肉桂油，提油后所余殘?jiān)礊槿夤鹪?。我?guó)兩廣地區(qū)每年都有大量的肉桂渣產(chǎn)生，肉桂渣的傳統(tǒng)處理方式是作為肉桂油生產(chǎn)車間的鍋爐燃料，提供熱量。而肉桂渣中含有多糖、多酚、黃酮、皂苷等中藥活性成分以及大量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)等高分子生物質(zhì)[1-2]并未得到有效利用。若能利用肉桂渣開發(fā)系列新產(chǎn)品，不僅能減少其焚燒對(duì)局域環(huán)境的污染，還能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。本文對(duì)肉桂渣的活性成分及開發(fā)利用進(jìn)行了綜述，以期為開發(fā)肉桂加工副產(chǎn)物提供參考依據(jù)。

1 肉桂渣的活性成分

1.1 多糖類

肉桂多糖有抗氧化、抗病毒[3]、降糖[4]、抗腫瘤等[5]作用。于峰等[5]對(duì)乙醇浸提回流法提取的肉桂渣提取液中多糖的含量進(jìn)行測(cè)定，得出肉桂渣中多糖含量為116.8 mg/g。梁秋霞[6]采用3,5-二硝基水楊酸法(DNS法)測(cè)得肉桂渣總糖和還原糖含量分別為24.16%,1.09%，由此計(jì)算出肉桂渣多糖含量為23.07%。并用響應(yīng)面法優(yōu)化得出提取多糖的最佳工藝為溫度100 ℃，時(shí)間4 h，固液比1∶25，得率為19.20%。黎貴卿等[7]研究了直接浸提和微波輔助提取肉桂渣多糖的最佳提取條件。微波輔助提取的最佳條件為：料液比1∶8，微波時(shí)間25 min，微波功率350 W，提取2次，提取液中多糖濃度為24 mg/mL。 直接浸提的最佳條件為：料液比1∶10，浸提2.5 h，浸提溫度80 ℃，浸提3次，提取液多糖濃度為2.34 mg/mL。

1.2 多酚類

肉桂多酚具有抗炎[8]、抗氧化[9]、降低血糖、調(diào)節(jié)血脂、改善肝功能等[10]藥理作用。肉桂中已鑒定的多酚主要為類黃酮類及其多聚體化合物：兒茶素，表兒茶精，肉桂多酚A2、A3、A4，甲基羥基查耳酮，表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)，原花青素-A，原花青素-B(單倍體、二聚體、三聚體、多聚體)，縮合單寧，阿魏酸等[11]。鐘益寧等[12]采用95%乙醇索氏回流提取肉桂枝葉非揮發(fā)部分粗粉，所得浸膏用AB-8大孔樹脂富集純化得到肉桂非揮發(fā)部分總多酚，酒石酸亞鐵比色法和福林酚比色法測(cè)得總多酚含量分別為82.2,90.5 mg/g。李英杰等[13]對(duì)肉桂渣進(jìn)行提取研究，得到低香豆素、高多酚量、顏色和流動(dòng)性好的高品質(zhì)肉桂多酚提取物，最佳提取條件：時(shí)間2 h，溫度60 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)55%，料液比1∶8，其多酚提出率為106.4 mg/g，產(chǎn)率為20.7%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.4%。重慶都好生物科技有限公司發(fā)明了一種肉桂渣制備多酚的方法[14]：肉桂渣干粉與乙醇混合，萃取1～3次，合并萃取液，蒸干后與石油醚混合，取上清液回收石油醚后加入乙酸乙酯萃取2～4次，合并上清液回收乙酸乙酯得到固體凍結(jié)后冷凍干燥得肉桂渣多酚粗提物。

1.3 黃酮類

黃酮類化合物具有抗氧化、抗腫瘤、抗病毒、消炎、抑菌、保護(hù)心腦血管系統(tǒng)和肝臟，延緩衰老提高免疫力等作用[15-16]。研究表明桂葉渣及桂皮渣中總黃酮含量分別為1.18 g/L和3.76%～4.47%[17-19]。庫(kù)詠峰[20]采用乙醇浸提法、水浸提法和超聲波輔助法確定提取肉桂渣總黃酮最佳工藝分別為：(1)乙醇浸提法：乙醇濃度50%、料液比1∶40(g/mL)、 提取溫度80 ℃、提取時(shí)間4 h，總黃酮提取率為3.80%；(2)水浸提法：料液比1∶50(g/mL)、 提取溫度90 ℃、提取時(shí)間5 h，總黃酮提取率為1.51%；(3)超聲波輔助法：乙醇濃度50%、料液比1∶50(g/mL)，提取溫度50 ℃、提取時(shí)間30 min，總黃酮提取率為3.56%。趙月[21]采用超聲-微波協(xié)同提取儀提取肉桂渣總黃酮，得到優(yōu)化工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù) 72%，液料比 28∶1，萃取溫度66 ℃，微波功率300 W，萃取時(shí)間 6 min，超聲功率 50 W，肉桂黃酮得率為5.62%，純度為26.46%。用動(dòng)態(tài)純化法確定最優(yōu)工藝：上樣液濃度1.0 mg/mL、樣品液吸附流速2 BV/h、洗脫流速3 BV/h、 乙醇洗脫劑為70%。純化后黃酮純度增加到49.26%，其純化得率為21.5%。

1.4 皂苷類

肉桂皂苷具有降血糖、降血脂、驅(qū)蚊、抗菌、預(yù)防骨質(zhì)疏松、提高免疫力、抗氧化等功能[22-24]。李健等采用水浴振蕩法和超聲波輔助溶劑法提取肉桂渣總皂苷，得出水浴振蕩法的優(yōu)化工藝為：提取溫度50 ℃，固液比1∶16，提取溶劑的濃度為60%，提取時(shí)間5 h，得到總皂苷含量為3.407%[25]；超聲波輔助溶劑法的優(yōu)化工藝為超聲溫度60 ℃，超聲功率70%，超聲時(shí)間40 min，得到肉桂總皂苷含量為4.393%[26]，可見超聲波輔助溶劑法對(duì)肉桂渣總皂苷的提取效果優(yōu)于傳統(tǒng)溶劑法。

2 肉桂渣的開發(fā)利用

2.1 制備生物發(fā)酵飼料及添加劑

肉桂渣中含有多種中藥化學(xué)成分，具有一定的藥效作用。以肉桂渣為原料，開發(fā)生物發(fā)酵飼料及添加劑，不僅能促進(jìn)動(dòng)物食欲、提高飼料利用率和營(yíng)養(yǎng)水平，還提高了飼料耐貯性， 增強(qiáng)動(dòng)物免疫力，調(diào)節(jié)腸道菌群，而且發(fā)酵脫毒，也提高飼料安全性[3]。楊漓等[27]對(duì)八角、肉桂和香茅渣進(jìn)行發(fā)酵處理，配制飼料添加劑，研究其對(duì)肉雞和蛋雞的影響。結(jié)果表明，在基礎(chǔ)日糧中添加八角、肉桂和香茅渣配比為1∶1∶3所制成的添加劑能有效增強(qiáng)肉雞和蛋雞的抗病性、增加肉雞體重、減少所需食料量以及提高蛋雞產(chǎn)蛋量。肉雞喂養(yǎng)120 d平均增重1 153 g，發(fā)病率降低13%，食料量減少15%；蛋雞提前8 d產(chǎn)蛋，80 d 多產(chǎn)蛋62個(gè)。廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院[28]發(fā)明了一種制備肉桂生物飼料的方法。該方法以肉桂油生產(chǎn)剩余枝葉為原料，采用微生物復(fù)合菌及纖維素梅、木聚糖酶協(xié)同作用發(fā)酵得到肉桂生物飼料，再以6%～15%添加到豬飼料中，可增進(jìn)家畜食欲，提高免疫力。安徽旺潤(rùn)生物科技有限公司[29]發(fā)明了一種肉桂渣生物飼料添加劑的制備方法。此方法以肉桂渣作為原料，經(jīng)過高溫殺菌處理、用耐高溫a-淀粉酶進(jìn)行酶解至DE值5～16，調(diào)pH 3 滅酶，均質(zhì)機(jī)均質(zhì)，得到肉桂水解物，干燥后作為飼料添加劑使用。張厚冰[30-39]發(fā)明了10種降解肉桂渣制備魚飼料添加劑的方法，分別具有補(bǔ)充維生素、補(bǔ)鈣、補(bǔ)充氨基酸、補(bǔ)充微量元素以及驅(qū)蟲等作用。

2.2 栽培食用菌

肉桂渣含有豐富的木質(zhì)纖維，可作為食用、藥用菌培養(yǎng)料新資源用于栽培食用菌，既合理利用現(xiàn)有資源創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，也在一定程度上解決了食用菌栽培材料緊張及資源浪費(fèi)問題。夏鳳娜等[40]利用肉桂木屑與普通闊葉樹木屑作對(duì)比，栽培了6種食用菌，其中刺芹側(cè)耳在兩種培養(yǎng)料上的生長(zhǎng)情況差異不大；白黃側(cè)耳和靈芝在肉桂木屑培養(yǎng)料上菌絲生長(zhǎng)速度明顯比在普通闊葉木屑上快，但子實(shí)體整齊度和生物轉(zhuǎn)化率都無較大差別；猴頭菇在肉桂木屑培養(yǎng)料上生物轉(zhuǎn)化率明顯高于在普通闊葉木屑上；秀珍菇在肉桂木屑培養(yǎng)料上生長(zhǎng)速度和生物轉(zhuǎn)化率均比在普通闊葉木屑上快/高；柱狀田頭菇在肉桂木屑下的生長(zhǎng)情況較好。6種食用菌均能在肉桂木屑培養(yǎng)料上生長(zhǎng)，且長(zhǎng)勢(shì)良好，甚至比在普通闊葉木屑上更好，有望為綜合利用肉桂渣資源提供一條途徑。此外，以肉桂木屑為栽培材料培育出的肉桂靈芝、肉桂黑木耳等多種食用菌還獲得了專利及有機(jī)食品認(rèn)證[41]。

2.3 制備生物燃?xì)馀c活性炭

利用肉桂渣生產(chǎn)清潔能源和炭材料，變廢為寶。肉桂渣中含有的大量生物質(zhì)可通過熱解或氣化的方法轉(zhuǎn)化為生物燃?xì)饧盎钚蕴?，同時(shí)也能有效解決腐爛造所成的環(huán)境污染。廣西南寧榮威德新能源科技有限公司[42]公開了一種肉桂藥渣制備可燃?xì)獾姆椒?，肉桂渣?jīng)過烘干、粉碎、氣化、降溫、分離等步驟，可制備可燃?xì)?，條件可控且收率高。此方法所制得的可燃?xì)庵饕煞譃镃H4，占79%以上，可燃?xì)獾幕厥章矢哌_(dá)52%以上。此外，柳葉[43]以肉桂渣為原料，用磷酸熱解法制備活性炭，得到最佳制備工藝條件：磷酸濃度40%，料液比1∶3，微波功540 W，微波時(shí)間20 min，得到活性炭收率達(dá)45.28%，亞甲基藍(lán)吸附值達(dá)12.43 mL/0.1 g，碘吸附值達(dá)881 mg/g。

2.4 其他

肉桂渣可以用來制備肉桂衍生物肉桂酰胺，肉桂酰胺具有一定的生物活性，可作為抗腫瘤藥物開發(fā)的先導(dǎo)物[44]，抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[45]。張?bào)谢薜萚46]對(duì)肉桂渣生物降解制備肉桂酰胺進(jìn)行研究，得出在鏈霉菌CG19濕菌體40 g/L、底物(肉桂渣)8.0 g/L、發(fā)酵培養(yǎng)基初始pH=5、30 ℃下反應(yīng)3 d，肉桂酰胺收率為0.32%。

GRANATO D等的研究表明[47]添加肉桂、丁香等草藥提取物能提高酸奶的生物活性及功能。TANG PL等[48]對(duì)桂皮渣、桂枝渣、桂葉渣的水解液和提取液分別與脫脂乳共發(fā)酵生產(chǎn)酸奶的抗氧化活性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明桂枝渣水解液和桂皮渣提取液制備的酸奶抗氧化活性最高，體外消化能顯著提高酸奶的抗氧化活性。

3 小結(jié)與展望

肉桂是我國(guó)兩廣地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)作物，目前對(duì)肉桂的研究主要集中在肉桂油的提取及成分分析、肉桂活性成分的藥效研究及肉桂深加工產(chǎn)品的制備等方面，而對(duì)每年殘余的量達(dá)數(shù)十萬噸的肉桂渣則簡(jiǎn)單采取焚燒供熱的方式處理，不僅浪費(fèi)資源，焚燒產(chǎn)生的黑煙還造成一定的環(huán)境污染。肉桂渣中含有的大量中藥化學(xué)成分及高分子生物質(zhì)經(jīng)提取分離或處理后，可用于醫(yī)藥化工、飼料、食用菌及生物質(zhì)等行業(yè)。充分利用肉桂渣，大力開發(fā)肉桂渣相關(guān)產(chǎn)品，對(duì)延長(zhǎng)肉桂產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)肉桂產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。