CN102864671B - 根茎类中药渣的再利用方法及应用 - Google Patents
根茎类中药渣的再利用方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于中药废弃物生物提取和发酵领域，具体涉及根茎类中药渣的预处理方法，步骤：根茎类中药渣烘干后，粉碎为粒径不小于20目，加入相当于根茎类中药渣体积0.6-1.5倍的水介质充分浸泡，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述蒸汽***预处理的压力不低于1.0MPa，蒸汽***预处理时间不低于2分钟；该方法得到的预处理方法获得的蒸汽***预处理料经酶解后，进行发酵，可作为生物饲料或饲料添加剂；本发明绿色环保，将中药渣变废为宝，成为合生元生物饲料；预处理料也可以用于木质素、纤维素和半纤维素的提取。
Description
技术领域
本发明属于中药废弃物的发酵和生物提取领域，特别涉及中药渣的再利用方法。
背景技术
中药渣是中药材经一定溶媒或其他方式提取后所剩残渣。目前这些中药渣多被作为垃圾，这不仅是资源的极大浪费，同时也会对环境造成污染。随着畜牧业和养殖业的发展，传统的饲料资源(各类粮食、麸皮、豆粕等)已不能满足迅猛增长的饲料市场，并存在与人争粮的弊端。中药渣中除含有蛋白质、纤维素、还原糖、氨基酸等营养成分外，还含有多种功效成分。因此，以中药渣为原料发酵生产功能饲料，既可以减轻环境污染，又能解决日益紧迫的饲料短缺问题，同时这种新型饲料具有增强动物的免疫力、调节代谢，促进生长、改善肉质等保健功效，是一项具有发展潜力的新技术。多菌种混合发酵可以产生复合酶系(如纤维素酶系的C1酶和Cx酶、纤维二糖酶、淀粉酶和乳糖酶等)，除对纤维素类物质有较好的降解能力外，还能产生低聚糖等功能性次级代谢产物。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种根茎类中药渣的预处理方法及中间产品，通过该方法处理所得的预处理料，可作原料进一步提取木质素、纤维素或半纤维素。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
根茎类中药渣的预处理方法，具体包括以下步骤：将根茎类中药渣烘干后，粉碎为粒径不小于20目，加入水介质充分浸泡，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述蒸汽***预处理的压力不低于1.0MPa，蒸汽***预处理时间不低于2分钟。浸泡时，加入相当于根茎类中药渣体积0.6-1.5倍的水介质，浸泡时间不少于8小时。浸泡过程对整齐***效果影响大。0.6-1.5倍的水介质可以促进半纤维素在整齐***中溶出，提高半纤维素的回收率。
上述根茎类中药包括黄芪、甘草、百合、白附片、白术、白芍、板蓝根、柴胡、川芎、人参、三七、、葛根、地黄、天南星、知母、当归、黄连、黄芩、川贝母、白芷、牛膝、天麻、天冬、大黄、木香、半夏、桔梗、元胡、苍术、黄精、何首乌、土茯苓、两面针、丹参、党参、贝母、白芷和麦冬及《中药大辞典》中提及的其它根茎类中药。
通过实验优选，根茎类中药预处理的条件优选为：蒸汽***预处理的压力为1.5MPa，蒸汽***预处理时间为5分钟。
作为优选的，所述水介质中含有质量分数为2-5％的柠檬酸溶液。采用水介质作为浸泡溶液，除了经济、简便外，水介质是纤维素的溶胀剂。但作为优选，含有稀酸的水介质，可以促使蒸汽***过程中半纤维素的降解及木质素酯键的断裂。
所述的根茎类中药渣的预处理方法获得的蒸汽***预处理料，其含有木质素、纤维素和半纤维素。该蒸汽***预处理料回收木质素、纤维素和半纤维素的得率比传统工艺高。如该中间产物后续作为动物饲料，为提升口感，需进一步去除木质素，木质素的去除可以用现有技术。
本发明的目的之二在于提供一种对中药废渣的再利用方法和该方法制备的产品及其应用，其绿色环保，工艺成熟，成本低，运用该方法制备的产物可作动物饲料原料，该饲料原料富含益生菌。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
基于所述的蒸汽***预处理料的再利用方法，将所述蒸汽***预处理料用纤维素酶和半纤维素酶酶解处理，得酶解产物，所述纤维素酶为葡聚糖内切酶、葡聚糖外切酶和纤维二糖酶和β-葡萄糖苷酶中任一种或多种，所述半纤维素酶为木聚糖酶和甘露聚糖酶中任一种或两种，所述纤维素酶和半纤维素酶的质量相当于所述蒸汽***预处理料的1-4‰。
进一步，将所述酶解产物作固体培养基，加入益生菌进行固体发酵，得发酵饲料。当蒸汽***预处理料作为发酵饲料的原料时，在酶解前用常规方法除去木质素，去除方法参见王华、陈明强等人发表的论文《木质素分离研究进展》，或其它常规方法。
进一步，所述发酵工艺具体为：益生菌为枯草芽孢杆菌、乳酸芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、和产朊假丝酵母菌的混合物，所述枯草芽孢杆菌∶乳酸芽孢杆菌∶嗜酸乳杆菌∶产朊假丝酵母菌的重量比为2∶1∶2∶1，益生菌菌种总接种重量为2-6％，固体培养基中加有相当于固体培养及质量50％的水介质，发酵温度为35℃，初始pH值为6-7，发酵时间为6天，发酵终止时菌体含量为6.5×108cfu/g。
作为优选，所述固体培养基中加入相当于固体培养基质量10-30％的辅料，所述辅料(添加剂)按重量份计由以下组分组成：麸皮5-10份，豆粕5-10份，氯化钠0.2-0.5份。
所述的再利用方法制备的产物在生物饲料中的应用。
本发明的目的之三在于提供一种生物饲料，该生物饲料是利用根茎类中药渣为原料，通过生物发酵工艺制备而成的，该饲料营养丰富，口感好。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
生物饲料，按重量份计具体由以下组分组成：所述发酵饲料80-100份，薄荷醇0.8-1.2份，乙基麦芽酚2-5份。其中，添加配方量的薄荷醇和乙基麦芽酚，是为了调和中药渣的口感。
更多的有益效果，详见具体实施方式。
具体实施方式
实施例中，纤维素含量的检测方式为范氏纤维素含量检测方法。
半纤维素含量：
1原理：用沸腾的质量体积分数为80％硝酸钙溶液使淀粉溶解，同时将干扰测定半纤维素的溶于水的其它碳水化合物除掉。将沉淀用蒸馏水冲洗以后，用较高浓度的盐酸，大大缩短半纤维素的水解时间，水解得到的糖溶液，稀释到一定体积，用氢氧化钠溶液中和，其中的总糖量用铜碘法测定。
2半纤维素含量的测定所需溶液
(1)质量体积分数为80％硝酸钙溶液(2)2mol/l盐酸(3)酚酞指示剂(4)2mol/l氢氧化钠溶液(5)碱性铜试剂(配置方法：称取无水Na2CO340g，溶于100ml蒸馏水中，溶后加酒石酸7.5g若不易溶解可稍加热，冷却后移入1000ml的容量瓶中。另取纯结晶CuSO44.5g溶200ml蒸馏水中，溶后再将此溶液倾入上述容量瓶内，加蒸馏水至1000ml刻度，放置备用)(6)草酸-硫酸混合液(7)质量体积分数为0.5％的淀粉溶液(8)0.1mol/l硫代硫酸钠溶液。
3实验步骤(3个平行)
(1)称取自然风干的生物质粉末0.1-0.2g，数值为n；
(2)装入10ml离心管中，加入10mL80％的硝酸钙溶液，盖好加热至沸腾，在慢慢沸腾的情况下加热5min；
(3)分步离心，分别用10mL热水洗涤沉淀3次，之后加5ml丙酮再洗3次；
(4)在沉淀中加入10mL2mol/l的盐酸，搅匀，沸水浴中不停搅拌情况下微沸45min；
(5)离心，残渣分别用10mL蒸馏水冲洗三次，冲洗后的水溶液合并在离心液中。(注意：离心液千万别倒掉了，要倒在三角瓶中)；
(6)加入1滴酚酞，用2mol/l氢氧化钠溶液中和到显橙红色(或者成为玫瑰色)；
(7)转入100mL的容量瓶，稀释到刻度；
(8)用干燥滤纸过滤到干燥烧杯中(注：抛弃最初滤出的少量滤液)
(9)移液管吸取10mL滤液装入大试管中，加入10mL碱性铜试剂，盖好在沸水中煮15min；
(10)冷却，加入5mL草酸-硫酸混合液(加酸混合的时候必须在不断搅拌的情况下加入)，再加入0.5mL0.5％淀粉，用0.1mol/l硫代硫酸钠溶液滴定至蓝色消失，用去bmL；
(11)取10mL碱性铜试剂，加5mL草酸-硫酸混合液，再加10mL滤液，加入0.5mL0.5％的淀粉，0.01N硫代硫酸钠溶液滴定至蓝色消失，用去amL(做空白对照)
(12)生物质中半纤维素的含量计算公式：
纤维素的百分含量为＝0.9×100×[248-(a-b)](a-b)/(1000×n)
实施例1
本实施例中的根茎类中药，以黄芪渣为例。黄芪渣是以蒸馏水为溶剂充分提取完有效药物成分后的中药渣。
将黄芪渣烘干后，粉碎为粒径20目的粉末，加入相当于中药渣体积0.6倍的蒸馏水充分浸泡，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述蒸汽***预处理的压力为1.0MPa，蒸汽***预处理时间为2分钟。
对比例：将黄芪渣烘干后，粉碎为粒径20目的粉末，加入相当于中药渣体积0.6倍的蒸馏水充分浸泡，得预处理料；所述蒸汽***预处理的压力为1.0MPa，蒸汽***预处理时间为2分钟。
将蒸汽***预处理料中的纤维素和半纤维素的含量按上述方法检测，蒸汽***预处理料中提取纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的纤维素含量提高了18％，蒸汽***预处理料中提取半纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的半纤维素含量提高了13％。
实施例2
本实施例中的根茎类中药，以甘草渣为例。甘草渣是以蒸馏水为溶剂充分提取完有效药物成分后的中药渣。
将甘草渣烘干后，粉碎为粒径20目的粉末，加入相当于中药渣体积1.5倍的蒸馏水充分浸泡，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述蒸汽***预处理的压力为1.0MPa，蒸汽***预处理时间为2分钟。
对比例：将甘草渣烘干后，粉碎为粒径20目的粉末，加入相当于中药渣体积1.5倍的蒸馏水充分浸泡，得预处理料。
将蒸汽***预处理料中的纤维素和半纤维素的含量按上述方法检测，蒸汽***预处理料中提取纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的纤维素含量提高了22％，蒸汽***预处理料中提取半纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的半纤维素含量提高了19％。
实施例3
本实施例中的根茎类中药，以甘草渣为例。甘草渣是以蒸馏水为溶剂充分提取完有效药物成分后的中药渣。
将甘草渣烘干后，粉碎为粒径30目的粉末，加入相当于中药渣体积0.8倍的蒸馏水充分浸泡(8小时)，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述蒸汽***预处理的压力为1.5MPa，蒸汽***预处理时间为5分钟。
对比例：将甘草渣烘干后，粉碎为粒径30目的粉末，加入相当于中药渣体积0.8倍的蒸馏水充分浸泡(8小时)，得预处理料。
将蒸汽***预处理料中的纤维素和半纤维素的含量按上述方法检测，蒸汽***预处理料中提取纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的纤维素含量提高了16％，蒸汽***预处理料中提取半纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的半纤维素含量提高了15％。
实施例4
本实施例中的根茎类中药，以甘草渣为例。甘草渣是以蒸馏水为溶剂充分提取完有效药物成分后的中药渣。
将甘草渣烘干后，粉碎为粒径30目的粉末，加入相当于中药渣体积0.8倍质量体积分数为2％的柠檬酸水溶液充分浸泡(12小时)，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述蒸汽***预处理的压力为1.5MPa，蒸汽***预处理时间为5分钟。
对比例：将甘草渣烘干后，粉碎为粒径30目的粉末，加入相当于中药渣体积0.8倍蒸馏水充分浸泡(12小时)，得预处理料。
将蒸汽***预处理料中的纤维素和半纤维素的含量按上述方法检测，蒸汽***预处理料中提取纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的纤维素含量提高了32％，蒸汽***预处理料中提取半纤维素的含量比对比例提及的预处理料中的半纤维素含量提高了28％。
实施例5
分别以提取有效药物成份后的黄芪、甘草、百合、白附片、白术、白芍、板蓝根、柴胡、川芎、人参、三七、、葛根、地黄、天南星、知母、当归、黄连、黄芩、川贝母、白芷、牛膝、天麻、天冬、大黄、木香、半夏、桔梗、元胡、苍术、黄精、何首乌、土茯苓、两面针、丹参、党参、贝母、白芷和麦冬的中药渣为原料，粉碎为粒径30目的粉末，加入相当于中药渣体积0.8倍质量体积分数为5％的柠檬酸水溶液充分浸泡(12小时)，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述蒸汽***预处理的压力为1.5MPa，蒸汽***预处理时间为5分钟。分别得到不同的蒸汽***预处理料。
实施例6效果观察
通过对实施例5中的纤维素、半纤维素的提取和含量测定，上述各种中药渣制备的蒸汽***预处理料与未经蒸汽***处理的中药渣相比，纤维素的收率平均提高了15％，半纤维素的收率平均提高了20％。
通过SEM图比较，未经蒸汽***处理的中药渣原料表面平滑，致密有序，此种规整的结构后续纤维素和半纤维素的提取；蒸汽***预处理料表面出现大量的孔洞，长条状结构已消失，物料已经完全呈现出无规则的结构，说明其离子液体处理已经破坏了其结晶结构。蒸汽***处理后物料的无规则结构使其比表面积大大增加。
实施例7
在实施例1方法制备的(黄芪渣)蒸汽***预处理料用纤维素酶酶解处理，得酶解产物，所述纤维素酶为葡聚糖内切酶和葡聚糖外切酶的混合物，该混合物的酶活力300IU/100mL，工艺参数为：45℃条件下，30转/分钟，酶解时间为48小时，所述纤维素酶的质量相当于所述蒸汽***预处理料的千分之一，酶解后得固体培养基。
实施例8
在实施例4方法制备的(甘草渣)蒸汽***预处理料用纤维素酶酶解处理，得酶解产物，所述纤维素酶为葡聚糖内切酶、葡聚糖外切酶和纤维二糖酶和β-葡萄糖苷酶的混合物，其酶活力300IU/100mL，所述半纤维素酶为木聚糖酶和甘露聚糖酶的混合物，其酶活力400IU/100mL，所述纤维素酶的质量相当于所述蒸汽***预处理料的千分之四，所述半纤维素酶的质量相当于所述蒸汽***预处理料的千分之一；酶解工艺参数为：在45℃条件下，30转/分钟，酶解时间为48小时所述酶解产物得固体培养基。
实施例9
为了提高口感，实施例8和9的整齐***预处理液在酶解前，将木质素去除后，再进行酶解，木质素的去除工艺具体为：去除方法参见王华、陈明强等人发表的论文《木质素分离研究进展》，或其它常规方法。
实施例10
分别以实施例9制备的两种固体培养基(简称甘草渣料固体培养基和黄芪渣料固体培养基)为发酵养料，进行发酵，发酵工艺为：益生菌为枯草芽孢杆菌、乳酸芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、产朊假丝酵母菌的混合菌，混合菌种按重量比计算益生菌为枯草芽孢杆菌、乳酸芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、产朊假丝酵母菌的比例2∶1∶2∶1，水分与固体培养基的质量比为1∶2，发酵温度为35℃，初始pH值为6-7，发酵时间为6天，发酵终止时菌体含量为6.5×108cfu/g。发酵后，得两种发酵饲料。
实施例11
以实施例9制备的甘草渣料固体培养基为发酵养料，进行发酵。固体培养基中加入相当于固体培养基质量10％的添加剂，所述添加剂按重量份计由以下组分组成：麸皮10份，豆粕5份，氯化钠1份。发酵工艺为：益生菌为枯草芽孢杆菌∶乳酸芽孢杆菌∶嗜酸乳杆菌∶产朊假丝酵母菌为2∶1∶2∶1，水分与固体培养基的质量比为1∶2，发酵温度为35℃，初始pH值为6-7，发酵时间为6天，菌体含量为1.5×108cfu/g。发酵后，发酵饲料。
实施例12
以实施例9制备的黄芪渣料固体培养基为发酵养料，进行发酵。固体培养基中加入相当于固体培养基质量30％的添加剂，所述添加剂按重量份计由以下组分组成：麸皮5份，豆粕10份，氯化钠0.5份。发酵工艺为：益生菌为枯草芽孢杆菌、乳酸芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、产朊假丝酵母菌的混合菌，混合菌种按重量比计算益生菌为枯草芽孢杆菌、乳酸芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、产朊假丝酵母菌的比例为2∶1∶2∶1，水分与固体培养基的质量比为1∶2，发酵温度为35℃，初始pH值为6-7，发酵时间为6天，菌体含量为1.5×108cfu/g。发酵后，得发酵饲料。
实施例12
以实施例11中制备的所述粗饲料为基础饲料，配制生物饲料，按重量份计具体由以下组分组成：所述粗饲料100份，薄荷醇0.8份，乙基麦芽酚2份。
实施例13
以实施例12中制备的所述发酵饲料为基础饲料，配制生物饲料，按重量份计具体由以下组分组成：所述发酵饲料80份，薄荷醇1.2份，乙基麦芽酚5份。实施例13制备的生物饲料，经检测，益生菌等各项指标参数和所述发酵饲料相同。以100头空腹猪进行口感测试，90％的猪选择食用所述生物饲料。
实施例10-13方法制备的饲料，在整个生产过程中安全、顺畅。半成品及成品各检验项目均达到《微生态饲料添加剂(企业)质量标准》的各项指标之上，充分证明了本添加剂生产工艺稳定，按照《微生态饲料添加剂生产规范》(草案)所制定的添加剂质量稳定、安全有效，可进行规模化生产。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.根茎类中药渣的预处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：根茎类中药渣烘干后，粉碎为粒径不小于20目，加入相当于根茎类中药渣体积0.6-1.5倍的水介质充分浸泡，并进行蒸汽***预处理，得蒸汽***预处理料；所述水介质中含有质量体积分数为2-5％的柠檬酸；所述蒸汽***预处理的压力不低于1.0MPa,蒸汽***预处理时间不低于2分钟。
2.根据权利要求1所述的根茎类中药渣的预处理方法，其特征在于：所述蒸汽***预处理的压力为1.5MPa,蒸汽***预处理时间为5分钟。
3.权利要求1所述的根茎类中药渣的预处理方法获得的蒸汽***预处理料。
4.基于权利要求3所述的蒸汽***预处理料的再利用方法，其特征在于，将所述蒸汽***预处理料用纤维素酶和半纤维素酶酶解处理，得酶解产物，所述纤维素酶为葡聚糖内切酶、葡聚糖外切酶和纤维二糖酶和β－葡萄糖苷酶中任一种或多种，所述半纤维素酶为木聚糖酶和甘露聚糖酶中任一种或两种，所述纤维素酶和/或半纤维素酶的质量相当于所述蒸汽***预处理料的1-4‰；
将所述酶解产物作固体培养基，加入益生菌进行固体发酵，得发酵饲料。
5.根据权利要求4所述的蒸汽***预处理料的再利用方法，其特征在于，所述发酵工艺具体为：益生菌为枯草芽孢杆菌、乳酸芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌和产朊假丝酵母菌的混合物，所述枯草芽孢杆菌∶乳酸芽孢杆菌∶嗜酸乳杆菌∶产朊假丝酵母菌的重量比为2∶1∶2∶1，益生菌菌种总接种重量为2-6％，固体培养基中加有相当于固体培养及质量50％的水介质，发酵温度为35℃，初始pH值为6-7，发酵时间为6天,发酵终止时菌体含量为6.5×108cfu/g。
6.根据权利要求5所述的蒸汽***预处理料的再利用方法，其特征在于，所述固体培养基中加入相当于固体培养基质量10-30％的辅料，所述辅料按重量份计由以下组分组成：麸皮5-10份，豆粕5-10份，氯化钠0.2-0.5份。
7.权利要求4所述的再利用方法制备的产物在生物饲料中的应用。
8.一种生物发酵饲料，其特征在于，按重量份计具体由以下组分组成：权利要求4的再利用方法制得的发酵饲料80-100份，薄荷醇0.8-1.2份，乙基麦芽酚2-5份。
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2012
- 2012-09-03 CN CN201210321796.1A patent/CN102864671B/zh not_active Expired - Fee Related
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