摘 要

中药生产制造过程中及使用后产生的固体废弃物称为药渣，它的年产量非常之高，如若将其直接丢弃不仅会污染环境，也会浪费资源，探索中药废弃物的综合利用，开发实现资源再利用的产品，具有重要的意义和研究价值。本文主要研究了中药渣固体发酵的应用。通过实验对比分析了红参药渣、黄芪浸膏残渣和几种益生元对肠道益生菌的生长促进作用，得到了经过固体发酵后的中药渣对肠道益生菌（乳酸菌、双歧杆菌）的促进作用，较没发酵的更强的结论。还通过分析不同配方的红参药渣和黄芪浸膏残渣对乳酸菌和双歧杆菌的生长影响，得到更优的配比和添加量方案。本文还对中药废弃物的综合利用方案进行了对比分析，特别是生物发酵中的固体发酵利用方式，总结了各方案的优缺点。

关键词：中药废弃物；发酵；综合利用；红参药渣；黄芪浸膏残渣

Abstract

The solid waste produced in the process of production and use of traditional Chinese medicine is called medicine residue. Its annual output is very high. If it is directly discarded, it will not only pollute the environment, but also waste resources. It is of great significance and research value to explore the comprehensive utilization of traditional Chinese medicine wastes and develop products for resource reuse. In this paper, the application of solid fermentation of traditional Chinese medicine residue was studied. The effects of red ginseng dregs, astragalus extract dregs and several prebiotics on the growth of intestinal probiotics were compared and analyzed through experiments. It was concluded that the Chinese medicine dregs after solid fermentation can promote the growth of intestinal probiotics (Lactobacillus, Bifidobacterium), which is stronger than that without fermentation. Through the analysis of the effects of different formulations of red ginseng dregs and astragalus extract dregs on the growth of Lactobacillus and Bifidobacterium, a better ratio and dosage scheme was obtained. In this paper, the comprehensive utilization of traditional Chinese medicine waste was compared and analyzed, especially the utilization of solid fermentation in biological fermentation, and the advantages and disadvantages of each scheme were summarized.

Key Words：Traditional Chinese medicine waste; fermentation; comprehensive utilization; red ginseng dregs; astragalus extract dregs

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 液体发酵及其特点 1

1.3 固态发酵及其特点 2

1.4 相关研究进展 2

1.4.1中药渣发酵应用于乙醇、生物发酵制剂的生产 2

1.4.2 中药渣发酵应用于动物饲料的生产 3

1.5 本研究的目的及意义 4

第2章 材料与方法 5

2.1 实验材料 5

2.1.1 菌种 5

2.1.2 培养基 5

2.1.3 试剂 5

2.1.4 仪器设备 6

2.2 中草药药渣对肠道益生菌生长促进作用 6

2.2.1 实验目标 6

2.2.2 实验方案 6

2.3 黄芪浸膏残渣、红参药渣固体发酵及促益生菌生长作用 7

2.3.1 实验目标 7

2.3.2 实验方案 7

第3章 结果与分析 10

3.1 多种元素对红球菌R’15发酵的影响 10

3.2 不同益生元对肠道益生菌生长的影响 10

3.3 红球菌R’15发酵液对肠道益生菌的生长促进效果 12

3.4 黄芪浸膏残渣发酵物促双歧杆菌、乳酸菌生长情况 12

3.5 红参药渣发酵物促双歧杆菌、乳酸菌生长情况 13

第4章 结论 15

第5章 方案评价 16

参考文献 18

致谢 20

第1章 绪论

1.1 研究背景

我国中医药事业在现代化、工业化的影响下，快速发展，对中药需求量不断增加，随之产生的中药药渣也日益增多。如今受到技术、资金、利用意识等多种因素的影响，对中药废渣的处理还有很多不妥之处，比如传统的堆放、填埋、焚烧等处理方式，这不仅会造成资源浪费，还会带来严重环境污染^[1]。所以，对中药废弃物综合利用方案进行研究与分析具有十分重要的意义。目前主要转化再利用的方法有：化学转化、物理转化和生物转化。其中利用微生物及其产生的酶使药渣固态发酵转化为腐植质的生物转化过程是本次研究的主要方法对象。发酵转化可降低药渣的纤维素、木质素等含量，提高蛋白质含量。根据物理性质不同，发酵转化可分为液态发酵与固态发酵。固态发酵是近年来生产生物燃料等高附加值工业产品中最环保廉价的发酵方法^[2]。

1.2 液体发酵及其特点

液体发酵技术是现代生物技术之一，它是指在生化反应器中，比如在罐内进行的菌体大量培养繁殖过程。首先培养基模拟菌株在自然界的生长环境，提供菌株生长过程中所必需的糖类、有机和无机含有氮素的化合物、无机盐等一些微量元素以及其它营养物质，这些都是溶解在水中后形成液态培养基；接着灭菌后进行接种，再通入无菌空气并加以搅拌，提供适于菌体呼吸代谢所需要的氧气，并控制适宜的外界条件，培养菌体完成生长、繁殖^[3]。液体发酵培养的特点主要有：

1. 原料来源广泛，价格低廉：常见的多糖都可作为碳源；氮源也是很常见易得的材料，成本低。
2. 菌体生长快速：因为在液体培养基中，微生物能与底物充分接触，有利于菌体对营养物质的吸收利用；在液态发酵中，易于掌握对发酵条件的控制，可以保持菌体生长的最适pH、温度等条件。
3. 培养周期短：要达到培养目标，获得大量菌体和生物活性物质，液体发酵培养一般只需2-7天左右。
4. 能有效降低菌种污染率：由于液体培养基质流动快、易分散，使得菌种接入养料时的污染可能性减小。  
5. 工厂化生产、无季节性：液体发酵一般在密闭环境中进行，条件易于控制，受环境、季节影响不大，而且不像固体培养对培养空间的需求大。

1.3 固态发酵及其特点

固态发酵(solid state fermentation,SSF)，主要是指利用一种或几种微生物进行发酵，以天然的固体基质作为培养基，提供微生物生长繁殖所需的碳源和能源，体系中没水或几乎无自由流动水，仅有一定湿度。基质是不溶于水的，它既是微生物的生长场所，又能为其提供氮源、碳源、无机盐和水分等多种营养物质^[4-5]。固态发酵中微生物的生化作用，可使各种废弃物的蛋白质增加，在动物饲料的应用中，将大分子物质转化为小分子物质，有利于动物的消化吸收，还可以减少或去除某些毒性成分和不利于吸收营养的抗营养因子，生成一些功能性成分^[6]，从而成为优质的动物饲料。另外，经过微生物发酵的饲料，口感更佳，还有独特的风味，其中一些物质，如益生菌等还可以改善动物肠道微生物平衡，增强动物体质，健康更有保障，进而减少抗生素等药物的使用，减少药物在动物体内的残留累积，最终有效提高动物食品安全性^[7]。

总的来说，SSF相比于常规液态发酵，优势如下：操作更简单、工艺流程简化、成本低、产率高、节能、产生的废弃物更少等，更易操作，也更环保；培养基底物选择很多，还可以根据当时当地的情况进行最优化处理，有效利用了资源；原料来源于自然底物，更天然的环境更有利于微生物的生长繁殖^[8-9]。当然有优势就有劣势，固态发酵也存在着一些不足，比如：样品通常需要经过粉碎、物理、化学或酶水解处理等预处理才能使用，这与原料的自身特点有关；固体发酵培养基流动性不够，菌种与基质难以充分接触，不利于对营养物质的吸收；难以精确控制发酵过程中的工艺参数，定量比较难，通常定性控制；由于难以精确测量生物量，许多结论都只是以观察性质为主得出来的，都是定性的，这也就导致了量化生产不易实现，也难以设计合理化的发酵流程等。

1.4 相关研究进展

中药废弃物的综合利用方向很广，可以进行化学转化、生物转化和物理转化。化学转化目前可应用于制备甲醇、造纸、制备能源和提取有效成分等。在生物发酵方面也有着广泛的应用，利用中药渣发酵产沼气、酒精，制备饲料、肥料、培养基等，目前已有不少专利方法。

1.4.1中药渣发酵应用于乙醇、生物发酵制剂的生产

目前，有效利用中药废渣的方案之一，就是将中药废渣发酵，加工生成乙醇，在这方面的研究上，一直有不断优化的方案。张英等^[10]在研究中药渣发酵制备乙醇的方案上，2013年时，以藿香正气水药渣为原料，利用了稀硫酸对药渣进行预处理，然后加入酵母膏、纤维素酶对药渣进行同步糖化发酵，并通过实验对发酵温度、发酵时间、接种量等影响同步糖化的因素进行了优化，得到结论——在最优工艺条件下，乙醇的质量浓度可达16 g/L左右。在2016年时，张英等^[11]则以黄芪药渣为原料，利用筛选出的融合子D2菌株为发酵微生物，研究分步糖化发酵、同步糖化共发酵、改进同步糖化共发酵、两步同步糖化共发酵4种工艺路线下乙醇的生产情况。增加了三种糖化发酵工艺，进行实验，对比分析后得到，两步同步糖化共发酵产乙醇的体积分数最高，为20.4 g/L，并且在相同工艺路线下，融合菌株生产乙醇的能力较酿酒酵母要强。这就是从对发酵菌种的选择和发酵条件（方法）的改善来提高发酵效果，当然发酵用原料中药渣不同，对结果也会有一定的影响。在中药渣制备生物发酵制剂的研究上，王建芳等^[12]采用香菇作为发酵菌种对中药废渣进行固态发酵，使得粗蛋白和可溶性多糖在发酵产物中的含量大大提高，并对其进行小鼠增重和免疫试验。结果显示，此生物发酵制剂能促进小鼠生长、提高小鼠的免疫能力。

1.4.2 中药渣发酵应用于动物饲料的生产

1）发酵中药渣应用于动物饲料的研究进展

利用微生物发酵中药渣，研制饲料或饲料添加剂，可以得到含多糖和蛋白较多的发酵产物，比普通饲料更具功能性和营养价值。另外发酵中药渣还具有促进肠道益生菌生长的作用，有助于动物的肠道健康和新陈代谢。中药渣中残留的活性成分，还可以预防疾病，提高动物免疫力。中药渣的虽然是废弃的固体残渣，但其成分还是有许多可利用的物质，比如：多糖、氨基酸以及蛋白质等，利用微生物对中药渣进行生物发酵，可以将纤维素、半纤维素和木质素等大分子物质，分解转化为小分子的糖和小分子蛋白质等物质，大大增加了小分子蛋白质和游离氨基酸的含量，还能释放出更多有益的活性物质，有助于动物更好的吸收利用这些有益成分。而且具有天然无污染、低残留、毒副作用小、无抗生素等优势。