全 文 ：·专论·
中药废弃物的转化增效资源化模式及其研究与实践
段金廒，宿树兰，郭盛，刘培，钱大玮，江曙，朱华旭，唐于平，吴启南
（南京中医药大学 江苏省中药资源产业化过程协同创新中心，江苏 南京 ２１００２３）
［摘要］ 药材生产饮片加工产品深加工等产业化过程构成了我国独具特色的中药资源产业链和产品集群，产生了巨
大的社会和经济效益。然而，在药材生产与饮片加工过程中产生的“非药用部位”及“下脚料”，在资源性产品深加工制造过程
产生的废渣、废水、废气等大量的废弃物，既导致了中药资源的极大浪费又给生态环境带来了新的压力。在前期研究和实践
的基础上，依据中药废弃物所含资源性物质的不同理化性质与资源化潜力、不同利用价值等，构建了“三大利用策略”和“三类
资源化模式”。该文在资源循环经济理论和中药资源化学研究思路的指导下，针对中药废弃物转化增效的资源化模式，从转
化增效的实现途径、适宜技术体系、应用实践等方面进行论述，以期为推动和有效解决这一长期制约中药产业健康发展的瓶
颈问题，实现中药废弃物的资源化利用提供借鉴和引导。
［关键词］ 中药资源学；中药资源化学；中药废弃物；转化增效；资源化模式
［收稿日期］ ２０１３１００９
［基金项目］ 国家“十二五”科技支撑计划项目（２０１０ＢＡＩ０４Ｂ０３）；
江苏高校中药资源产业化过程协同创新中心建设专项（２０１３）；江苏省
“３３３高层次人才工程”第一层次培养对象项目（２０１３）
［通信作者］ 段金廒，教授，博士生导师，Ｔｅｌ：（０２５）８５８１１１１６，
Ｅｍａｉｌ：ｄｊａ＠ ｎｊｕｔｃｍｅｄｕｃｎ
中药资源性产品是国家重要的战略物资，是保障国民健
康、发展民族医药产业的物质基础，中医药事业的健康发展
有赖于中药资源的高效利用和可持续发展。中药及天然药
物资源是我国自然资源的重要组成部分，其资源的稀缺性及
有限性始终是制约资源经济发展的关键要素［１２］。资源的原
料生产、加工、产业化制造过程不可避免的产生大量废弃物，
从废弃物中有效回收利用资源性物质和能量用于再生产，以
实现节约资源，发展循环经济的目的。这是衡量一个国家及
其行业科学技术、生产力水平高低的重要标志，关系到国家
经济社会与生态环境健康可持续发展的重大战略问题［３４］。
在中药资源生产及其利用过程中产生的废弃物大体包
括：药材生产与加工过程中产生的非药用部位和废弃组织器
官；中药制药等资源性产品生产过程中产生的大量废渣、废
水、废气以及废弃的可利用物质等；由于人们对中药多元功
效物质基础的科学认知和精细化利用水平尚处于较为滞后
的状态，中药资源的利用大多处于“总提取物”、“部位（群）”
等粗放式利用状态，致使资源性化学成分的利用价值或潜在
利用价值未能得到有效挖掘和充分利用；以中药制药为主体
的资源性产品制造过程中，由于提取和精制工程集成度不
高、工艺技术水平相对落后，资源性物质的利用效率较低，部
分可利用物质重新回到自然环境而导致资源的浪费和环境
的污染等。既导致了中药资源的极大浪费又给生态和社会
带来了日益增长的环境压力。在前期研究和实践的基础
上［５６］，依据中药废弃物所含资源性物质的不同理化性质与
资源化潜力、不同利用价值等，在“三大利用策略”的引导下，
构建了“三类资源化模式”，即粗放低值资源化模式；转化增
效资源化模式；精细高值资源化模式。本文在资源循环经济
理论和中药资源化学思路的指导下，针对中药废弃物转化增
效的资源化模式，从转化增效的实现途径、适宜技术体系、应
用实践等方面进行论述，以期为推动和有效解决这一长期制
约中药资源产业健康发展的瓶颈问题，实现中药废弃物的资
源化利用提供借鉴和引导［７９］。
１ 中药废弃物转化增效资源化模式的基本内涵
转化增效资源化模式是针对具有一定资源化潜力的中
药废弃物，通过化学转化技术酶转化技术、微生物转化技术、
细胞生物转化、发酵转化技术等，使其转化成为利用价值较
高的资源性物质，以提高产品附加值，充分挖掘中药废弃物
的资源化潜力；通过技术革新或技术集成，提升资源性物质
的利用效率。该模式是实现节约资源、循环经济的重要途
径，为逐步推进中药废弃物资源化及资源产业链的延伸提供
重要支撑，其资源化过程涉及多领域的多学科交融、多元技
术集成等，以实现中药废弃物的转化增效与高效利用［１０］。
２ 中药废弃物的转化增效途径、方法技术及其应用实践
中药资源生产过程所追求的目标是实现有限资源的最
大化利用。中药废弃物主体为可再生物质，尤其是废弃的植
物组织器官、废渣、废水等是一类可转化利用的生物质原料。
通过转化实现废弃物的资源化，提升其利用价值、发现其潜
在利用价值。该过程主要包括：化学转化、生物转化和物理
转化三大类方法技术体系。中药废弃物的转化增效资源化
途经与集成技术体系见图１。
２１ 中药废弃物的化学转化与富集转移技术及其应用实践
化学转化利用途径与方法技术主要包括：通过热化学转
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图１ 中药废弃物的转化增效资源化途经与集成技术体系
Ｆｉｇ１ ＲｅｓｏｕｒｃｅｓｗａｙｓａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍｏｆｃａｓｔｏｆｆｒｏｍＣｈｉｎｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｍｅｄｉｃａｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｉｃｉｅｎｃｙ
化途径与技术，使中药废弃物转化为固态、液态和气态等资
源性产品；通过酸、碱预处理，以及化学催化反应等化学转化
途径与技术，将废弃物中大分子物质解聚转化为低聚类或小
分子化学物质，或通过转化提升资源性化学物质的利用价值
或潜在利用价值。也可通过应用现代分离材料及其技术集
成使中药废弃物中可利用物质高效富集或提高其转移率，以
实现提高利用效率的目的。
２１１ 热化学转化方法技术与应用 燃烧热转化技术：废
弃物燃烧模式是将贮存在废弃物中的化学能转化为可利用
的热能、电能等能源化方式，用于供热和发电等。该方式虽
一定程度上缓解了废弃物处理压力和提供了热能和电能，但
直接燃烧效率低，烟尘排放量大，污染环境等，是粗放低值化
的利用方式。
热解气化技术［１１１２］，废弃物的热解气化技术是热转化技
术应用之一，其基本原理是在有氧参与下将废弃物中可燃物
质转化成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃性气体。气化一般是
将废弃物部分燃烧，在中温或高温下气化生成燃料气、合成
气和不活泼残留物的过程。气化是所有生物质热化学加工
中开发最早、可规模化生产的利用技术，从气化到产品气的
后续加工和应用均已有较高的商业化程度。
热／压裂解转化技术［１３１４］：废弃物的热／压裂解化学转化
技术主要是指在一定温度和压力条件下（或添加催化剂），经
过一定时间的化学反应使中药固态废弃物转化为液态性产
物的过程。不同的工艺技术条件，其转化率一般在５０％ ～
９０％。大致可以分成高压热解、常压热解、常压快速热解、气
化合成、超临界液化等５种类型。
研究实践表明，以药材采收加工过程中废弃的富含纤维
素类物质的植物茎叶为原料，通过热裂解液化可制取液体产
物，主要为不凝性气体或生物质燃气，其中的有机小分子化
合物含量约１５％。所采用的技术方法为：在缺氧状态下快速
加热中药废弃物，然后迅速冷却为液体生物油；在气体中的
高分子化合物完全分解前进行中温浓缩，以减少气体产物的
形成，提高液相产物产量；再通过脱水分离为木醋酸和木焦
油。木醋酸经减压分馏获得乙酸、丙酸、丁酸、甲醇和其它有
机溶剂，木焦油可加工为杂酚等抗聚剂。
以丹参药渣为研究对象，由于其含有丰富的纤维素、半
纤维素和木质素等生物质高分子物质，通过催化热解技术实
现高附加值转化。方法是将丹参药渣于固定床热解炉中进
行热解处理，热解产生的气体进行催化反应得到生物油。
２１２ 化学反应转化方法技术与应用 酸预水解化学转化
技术：中药废弃生物质原料经酸预水解后，组织材料中的半
纤维素与纤维素之间的连接键被解离，得到由纤维素和木质
素组成的固体物质，或可用做制浆造纸的原料，或经进一步
发酵生产获得乳酸或乙醇等。
碱预水解化学转化技术：利用不同浓度的碱液与某些助
剂的共同作用，将中药生物质中不同类型的多聚糖抽提出
来。碱液还可削弱皂化纤维素与半纤维素之间的氢键、半纤
维素与木质素之间的酯键，从而将半纤维素释放到溶液中。
化学催化反应转化技术：以中药固态废弃物经处理液化
产物，或中药生产过程产生的废水等，加入特定的化学催化
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试剂，促使中药废弃物中可转化的物质转化为高附加值的可
利用物质，进一步开发为资源性产品。
有机溶剂处理法：中药固体废弃物经有机溶剂处理后，
回收的半纤维素纯度高、活性好，有利于进一步转化为酒精、
制浆造纸助剂、木糖及木糖醇、阿拉伯糖木聚糖、黏合剂、增
稠剂、稳定剂、水凝胶、食用纤维、薄膜形成剂及乳化剂等资
源性产品。
通过化学、生物等方法技术集成，可将中药废渣、废水中
的纤维素等粗多糖类物质转化为低聚糖、寡糖类等产品［１５］，
并可进一步用于生产乙醇、甘油、乳酸、氨基酸、多元醇和二
元酸等化学品、聚合物、合成材料等高附加值产品。目前，甘
油、３羟基丁内酯、乙酰丙酸、２，５呋喃二甲酸、葡萄糖二酸及
山梨醇商品主要是以化学转化得到的化学制品［１６］。以中药
固态废弃物为原料生产的各种资源性产品见图２。
图２ 以中药固态废弃物为原料可生产的各类资源性产品
Ｆｉｇ２ ＫｉｎｄｓｏｆｐｒｏｄｕｃｅｐｒｏｄｕｃｔｓｆｒｏｍｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｍｅｄｉｃａ
２１３ 高效富集／转移方法技术与应用 通过现代分离材
料与适宜技术的集成和应用，有效提高中药废弃物中可利用
物质的富集效率和转移率，以实现废弃资源产物的回收利
用，达到节约资源的目的。例如，从丹参废弃物中高效富集
和回收利用脂溶性丹参酮类、水溶性丹酚酸类等资源性化学
成分。在含有丹参的中药、保健产品等的深加工制造过程
中，当采用以水为溶剂提取工艺时，药材原料中含有的丹参
酮类等脂溶性成分大多留在了药渣中被废弃。若采用多相
提取工艺，并通过萃取转移与硅胶柱分离等多元技术集成，
可实现丹参各类型资源性物质的高效富集与回收利用［１７］。
尚有分析表明，中药虎杖水提药渣中残余白藜芦醇的含
量可达２３ｍｇ·ｇ－１。将其药渣进一步通过醇提大孔树脂
吸附硅胶柱分离集成技术，可有效回收白藜芦醇，大大节约
了虎杖资源的生产，有效缓解了国内２０余家白藜芦醇生产
企业争抢原料，导致虎杖药材及其白藜芦醇价格不断攀升的
局面［１８］。
２２ 中药废弃物的生物转化方法技术及其应用实践
生物转化技术在中药废弃物资源化利用中起着重要作
用。通过微生物转化和酶转化使中药废弃物中的生物质转
化成为利用价值较高的木糖醇、乙醇、微生物蛋白饲料、有机
肥料等资源性物质；或通过微生物或酶的作用将中药废渣、
废水中的次生小分子物质转化为功能活性更优的转化产物，
以提升其资源化潜力，开发高附加值的资源性产品。
２２１ 发酵转化方法技术与应用［１９２０］ 发酵技术依据对氧
的需要可分为厌氧性和好氧性发酵；依据培养基物理性状可
区分为液态和固态发酵；依据发酵设备可区分为：敞口发酵、
密闭发酵、浅盘发酵、深层发酵。依据发酵转化产品的不同可
分为：微生物菌体发酵；微生物酶发酵；微生物代谢产物发酵；微
生物的转化发酵；生物工程细胞的发酵等类型。微生物转化是
利用微生物细胞的一种或多种酶与中药废弃组织细胞相互作
用，将其中的可转化物质的化学结构改构或对其功能基团进行
修饰、转移等，促使其转化为经济价值更高的产物［２１２２］。
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以富含淀粉、糖类的中药废弃物为原料，利用发酵技术
将其转化生产乙醇；尚可将中药废弃物中可利用物质发酵转
化生产木聚糖等高附加值的资源性产品［２３２４］。富含木聚糖
酶的廉价中药废弃物适宜于作为固体发酵的底物生产木聚
糖酶。研究表明，以酵母菌发酵产生的青蒿酸为原料，以
Ｐ４５０酶系合成青蒿素，可大大降低青蒿素生产成本［２５］。
２２２ 酶催化转化方法技术与应用 酶的催化具有高度的
化学选择性和专一性，一种酶往往只能对某一种或某一类反
应起催化作用，且酶和被催化的反应物在结构上往往有相似
性，一般在３７℃左右，接近中性环境下进行［２６］。酶工程是
利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将中药资源产
业化过程产生的废弃生物质转化成为可利用物质。通过选
择适宜的酶可将中药废弃物及其资源性化学成分转化为高
附加值的产物或特定活性化合物，提升其资源化利用价值。
基于酶催化转化实例：杜仲（Ｅｃｏｍｍｉａｕｌｍｏｉｄｅｓ）的果实
（杜仲籽）为非传统药用部位，但其富含环烯醚萜苷类成分桃
叶珊瑚苷（ａｕｃｕｂｉｎ）等，采用 β葡萄糖苷酶将其转化得到桃
叶珊瑚苷元，可提高保肝、利尿、免疫调节、抗氧化、促进胶原
合成、抗肿瘤等生物活性［２７］。采用淀粉酶、糖化酶和蛋白
酶，利用酶法处理葛根药渣获得丰富的膳食纤维，为其产业
化利用提供了依据［２８］。
２２３ 植物内生菌生物转化方法技术与应用 植物内生菌
对药用植、动物体内某些资源性物质的形成和积累具有重要
影响。内生菌通过可将资源性化学成分的前体物或中间代
谢物转化为利用价值更高的目标产物。内生菌自身代谢也
可产生与宿主生物体相同或相似的代谢产物。
基于植物内生菌生物转化实例：采用植物内生菌毛霉和
禾谷镰刀菌对喜树碱类生物碱进行生物转化，得到抗癌活性
更强的１０羟基喜树碱［２９３０］。利用从药用植物中分离获得的
药用真菌对葛根药渣进行降解和转化，制备生产出活性膳食
纤维的含量高达７３４％的健康产品，同时有效保留了其中的
葛根素等异黄酮类活性成分，可直接使用或作为食品添加剂
使用［３１］。
２２４ 肠道菌群生物转化方法技术与应用 人体肠道中有
数量庞大、种类复杂的细菌，这些细菌可产生消化食物或代
谢药物所需的酶系，利用这些酶进行中药废弃物的转化是十
分值得研究的科学问题。肠道菌群生物转化一般可分为体
外、体内两类方式。体外法是利用粪便温孵法和离体消化道
内容物温孵法进行；后者是研究中药废弃物及其所含化学物
质在肠道菌体内的代谢与转化过程及其机理。
研究实践结果表明，人参皂苷Ｒｂ１经肠道菌作用后转化
为人参皂苷 Ｒｄ，再经糖链裂解，最终形成活性代谢产物２０
（Ｓ）原人参二醇［３２］。乌头碱是有毒中药乌头中的主要活性成
分，经肠道菌群作用后代谢为脂乌头碱而使毒性减弱，其中包括
８Ｏ油酰苯甲乌头原碱（ＯＢＡ）和８Ｏ十六酰苯甲乌头原碱
（ＰＢＡ）［３３］。中药白芍药渣中含有一定量的芍药苷，经与肠道菌
群作用后转化产生４种新的代谢产物，并证明肠道菌群中的厌
氧消化链球菌是实现其有效转化的优势菌种［３４］。
２３ 中药废弃物的物理转化方法技术及其应用实践 中药
废弃物可通过物理形态改变转化为附加值较高的资源性产
品。常见的物理转化途径有：蒸汽爆破预处理物理转化途径
与方法技术，以提高中药废渣中资源性物质的得率；通过压
缩技术可将固体纤维性废弃物压缩成型，制备固体燃料、板
材、吸附剂等资源性产品。
２３１ 蒸汽爆破预处理物理转化方法技术与应用 采用蒸
汽爆破预处理中药废弃物，可显著提高固态中药废渣中纤维
素类资源性物质的得率和酶解产量，同时可使所含次生小分
子产物的转移率明显增大。常用方法技术为：将原料置于蒸
汽压可达３ｍＰａ，２３５℃饱和水蒸气温度的电力蒸汽锅中，先
在高温高压和水蒸气作用下处理，然后突然将高压释放，此
时存在于植物纤维孔隙间的气体急剧膨胀产生爆破效果，被
处理原料胀裂为细小纤维态，其中的纤维素、半纤维素会部
分降解，为废弃物的进一步利用提供了必要的条件。
２３２ 固化成型物理转化方法技术与应用 中药废弃物通
过物理转化利用较为成熟的产业化方式主要是固化成型技
术，也是目前国内外利用麦杆、甘蔗渣等植物纤维性废弃物
制备出新型碳质材料较为普遍且效果显著的技术之一。根
及根茎类药材在采收加工过程中产生的大量地上茎叶，以及
花、果实、种子类药材收获时废弃的植物全株等，均含有大量
的纤维素、半纤维素、木质素、糖类及少量蛋白质等。在适当
温度下（１３０～２００℃）材料会被软化，当加以一定的压力可
使其与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接，冷却后即可
固化成型。通过物理转化生产可替代煤炭的压块燃料和高
性能成型活性碳，克服生物质能量密度低、燃烧效率低的缺
点。尚可用来制备纤维板、木塑板等资源性产品。通过材料
化技术将中药固体废弃物挤压成型是生物质固化技术的核
心，成型有间歇式挤压和连续式挤压等方式［３５］。
压缩固化成型技术为中药资源生产加工过程产生的废
弃非药用组织器官、深加工过程废弃纤维性药渣的资源化利
用提供了一种工艺简单、成本较低、可操作性强的资源化利
用途径。压缩固化成型技术可分为热压缩成型技术、冷压缩
成型技术和炭化成型技术３种。热压缩颗粒成型技术是把
粉碎后的原材料在１７０～２２０℃高温及高压下压缩成６２５ｋｇ
·ｍ－３的高密度成型燃料，极大地降低了生物质的储运成本，
提高了燃烧效率；冷压缩颗粒成型技术对原料含水率要求不
高，也称之为湿压成型工艺技术，其成型机理是在常温下通
过特殊的挤压方式，使粉碎的纤维结构互相镶嵌包裹而形成
颗粒；炭化成型技术是将成型燃料经干燥后，置于炭化设备
中，在缺氧条件下焖烧，即可得到机制木炭的技术等［３６］。
３ 小结
中药废弃物资源化利用是一项涉及多领域多学科复杂
而系统的综合性工程，从资源经济学角度看，中药废弃物是
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某种物质和能量的载体，是一种可转化的资源［３７３８］。因此，
如何依据中药资源产业化的不同阶段和中药废弃物形成的
产业背景、利用现状、资源化潜力、生态环境压力等因素，以
及不同类型废弃物所具有的理化性质、可利用价值、资源化
程度等特点，科学合理有效地推动和实施中药资源产业化过
程中各类型废弃物的资源化利用，切实提高中药资源利用效
率，延伸中药资源经济产业链，实现资源节约型、环境友好型
循环经济发展理念，是培育具有产业价值和资源优势的重要
源泉和途径，是我国中药资源及其产业化事业健康可持续发
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第３８卷第２３期
２０１３年１２月
Ｖｏｌ３８，Ｉｓｓｕｅ ２３
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１３
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｆｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆ
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ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２３，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎｃｈａｉｎｓａｎｄｔｈｅｉｒｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌ
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［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｍｅｄｉｃａ；ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｍｅｄｉｃａ；ｃａｓｔｏｆｆｒｏｍＣｈｉｎｅｓｅｍａ
ｔｅｒｉａｌｍｅｄｉｃａｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｒｅｓｏｕｒｃｅｍｏｄｅｌｓ
ｄｏｉ：１０．４２６８／ｃｊｃｍｍ２０１３２３０１
［责任编辑 陈玲］
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第３８卷第２３期
２０１３年１２月
Ｖｏｌ３８，Ｉｓｓｕｅ ２３
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１３