PDF《中草药生物质炼制工程》

2 中草药生物质炼制技术 中草药生物质炼制过程主要包括原料预处 理、有效成分提取、成分转化以及中药渣后处 理过程.以下介绍上述

4 个关键过程中主要技 术的研究进展,通过各项技术及其优化组合, 构建中草药生物质炼制平台,进而实现从原料 到多元化产品的高效综合利用. 2.1 汽爆预处理技术 植物生物质原料在进化过程中,形成了天 然的致密结构以及主要起骨架作用的木质化组 织.它们构成了有效成分的抗提取屏障以及后 续物质转化的抗降解屏障[4] , 因此生物质在提取 转化前有必要进行预处理.这种预处理方式不 同于单一提取过程中超声、微波等处理,它不 仅要求促进活性成分释放,还要有利于非活性 成分转化利用,从而打破上述屏障,提高原料 综合利用效益. 图1中草药生物质组成及化学利用途径理论模式[5] Fig.

1 Theoretical model of biomass composition and chemical utilization ways[5] . ISSN 1000-3061 CN 11-1998/Q Chin J Biotech June 25,

2014 Vol.30 No.6 http://journals.im.ac.cn/cjbcn

804 无污染汽爆技术是广泛应用于木质纤维素 类物料的预处理技术,主要包括高温高压气相 蒸煮和瞬时爆破两个过程[6] . 该法整合了热化学 水解和物理撕裂作用, 能够在短时间内 (几分钟) 破坏物料致密结构和化学组成,提高原料各组 分的利用率.这种预处理方法具有无污染、低 能耗、不添加化学品以及处理后物料的较高酶 解率、 糖回收率等优势[5] , 在食品、 生物基能源、 材料、化学品和环保等领域均有广泛应用[7] .我 们将其应用拓展至中药领域,建立了中药汽爆 炼制预处理平台[8] , 促进中草药生物质各组分的 提取分离和转化利用. 针对灵芝、麻黄、葛根、黄姜、盐肤木、银 杏叶、杜仲叶、两面针等[8] 不同来源、不同部位、 富含不同有效成分的原料进行汽爆处理后,结果 表明汽爆能够有效破坏原料的细胞结构,打破细 胞壁对有效成分溶出的屏障,增加原料与溶剂的 可及性并改变成分的传质通路,从而获得较高的 提取效率.与目前主要破壁技术 (超微粉碎、酶 解技术) 相比,它能够降低能耗和提取时间,控 制生产成本.Chen 等[9] 采用汽爆处理盐肤木果 实后提取黄酮,汽爆条件为

200 ℃/5 min 时,黄 酮的提取率达到最高为 19.65 mg/g 干物料,比 未处理物料提高了约

8 倍;

提取平衡时间则由 处理前的

180 min 缩短至

15 min.此外,汽爆过 程中的高温蒸煮作用能够促进苷类物质脱糖苷 制备苷元,解决了多数苷元通过糖苷键与细胞 壁结合而难以提取的问题.陈洪章等[10] 在对虎 杖进行汽爆处理后,与纤维素酶酶解等生物转 化法耦合,实现了白藜芦醇苷完全转化为白藜 芦醇. 对于中草药提取后的剩余物,由于汽爆处 理能够打破纤维素、半纤维素和木质素的天然 紧密结构,使半纤维素降解,纤维素结晶区破 坏,从而有利于药渣组分分离和后续酶解发酵、 化学改性等高值化利用.由于纤维素类原料在 高温高压预处理过程中会形成抑制物,如糠醛、 羟甲基糠醛、甲酸、乙酸和酚类化合物等,对 中药渣后续发酵产生影响,并且抑制物的浓度 随着处理温度和时间的增加而增加[11] .已报道 的用于去除或降低这些物质的方法有离子交 换、加碱、负压蒸发、活性炭吸附、酶解等[12] , 但因为成本、操作性等多种因素影响,有些还 处于研究阶段,尚未在大规模生产中应用.因此,需要优化预处理条件或采用二段汽爆工艺 避免此类物质的产生[13] . 汽爆预处理中通常采用饱和水蒸气作为爆 破介质,为避免高温水蒸气对热敏性成分的破 坏,我们开发了包括空气-蒸汽耦合汽爆在内的 混合介质气相爆破技术[14] ,实现对物料的低温 气相爆破;