CN112522332B - 一种基于后预处理的中药渣综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于固体废物处置与资源化利用技术领域，提供一种基于后预处理的中药渣综合利用的方法，本发明首先将中药渣干燥、粉碎后，中药渣直接进行高固液比补料批式酶水解，药渣显著减量，同时对洗涤的残渣进行稀酸预处理，固相显著减量可以显著降低预处理成本。另外中药药渣显著减量可以显著减少抑制剂产生。本发明结合预处理残渣的酶水解，药渣中的聚糖最终彻底高效水解为可发酵性糖，收获的水解液适合用于补料批式发酵高产微生物油脂。本发明经过两次酶水解后的剩余残渣，木质素含量高，灰分含量很低，制备生物质固体燃料，其颗粒成型简单，燃烧性能好。本发明实现了中药渣中碳水化合物高效转化为微生物油脂和富木质素水解残渣制备高品质生物质成型燃料，实现了中药渣固废的科学处置和高值化利用。

Description

一种基于后预处理的中药渣综合利用的方法
技术领域
本发明属于固体废物处置与资源化利用技术领域，尤其涉及一种基于后预处理的中药渣综合利用的方法。
背景技术
中药资源是国家战略资源，随着依赖中药和天然药物资源为原料的大健康产业迅猛发展，药材生产及深加工产业化过程产生的非药用部位及药渣等废弃物及副产物的生物产量高达亿吨计。中药渣中含有大量的氮、磷、钾等微量元素以及各种有机物，如纤维素、木质素、腐殖质、多糖等成分，中药材深加工过程产生的药渣，受加工目的、提取方法和工艺条件等因素的影响，对中药成分的提取不够完全或彻底，造成部分中药渣中残留多种活性成分和营养物质。我国每年产生的中药渣数量约为3000万吨，90％以上的厂家将中药渣作为废料处理，直接填埋或者堆积焚烧，不仅造成资源浪费，也会引发环境的污染。木质素、纤维素、半纤维素等是中药渣中重要的骨架成分，降解中药渣中的木质纤维素，才能更高效优质地利用中药渣。纤维素完全水解主要产物为葡萄糖；半纤维素水解可得到木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖等的混合物。
自然界中某些微生物在特定条件下，能够以碳水化合物、碳氢化合物、二氧化碳等为碳源，在体内合成并贮存大量油脂，凡是可以在胞内积累油脂并超过细胞干重20％(w/w，这里w/w表示质量比，下同)的微生物称为产油微生物。某些产油微生物胞内积累的油脂甚至超过其细胞干重的70％。微生物油脂，尤其是产油真菌产生的油脂，其主要成份是甘油三酯，脂肪酸组成与商品化的动植物油脂相似，以C14～C22长链脂肪酸为主。相对于动植物油脂，微生物油脂生产周期短，不受季节与气候限制，原料来源广，基本不占用额外耕地资源，易于实现规模生产，是极具潜力的新型油脂资源。微生物油脂不仅可以作为食用油或其他功能性油脂的替代品，还可以为生物柴油产业可持续发展提供原料。利用中药渣水解液培养产油微生物，有可能大幅度降低原料成本，并使规模化制备微生物油脂的原材料得到保障。
传统木质纤维素类原料，如秸秆、树木、能源植物等，由于其生物质抗降解特性(biomass recalcitrance)，导致很难通过经济、高效的方式降解木质纤维素获取产油微生物利用的可发酵性糖。通常需要先经过物理、化学、物理化学或生物的方法进行预处理，破坏木质纤维素的抗降解结构，从而提高纤维素的酶解效率。实现中药渣组分分离和各组分资源化利用，实现中药渣绿色、经济、高效地利用，延伸中药渣资源经济产业链是当前的研究热点。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于后预处理的中药渣综合利用的方法，旨在解决现有中药渣直接填埋或者堆积焚烧，不仅造成资源浪费，也会引发环境的污染的技术问题。
本发明采用如下技术方案：
所述基于后预处理的中药渣综合利用的方法，包括下述步骤：
步骤S1、将中药渣干燥、粉碎处理得到药渣粉料；
步骤S2、将药渣粉料进行补料批式酶水解，初始固液比为5％～15％w/v，纤维素酶载量5～15FPU/g，水解过程中，分批补加药渣和纤维素酶至固液比达到50％～60％w/v，水解结束后固液分离得到含高浓度糖的水解液A；
步骤S3、固液分离得到的残渣加适量水洗涤，再次固液分离收集得到水解液B；
步骤S4、将洗涤残渣采用稀酸预处理，结束后直接调整pH至4.0-5.6，固液比为5％～10％w/v，添加少量纤维素酶进行酶水解，经固液分离后得到水解液C和富含木质素的固相残渣；
步骤S5、挑取产油微生物接种于所述水解液C中培养，得到种子液；按照体积比5％～20％v/v接种量将上述种子液接种于水解液B中培养，当还原糖浓度低于一定浓度后向其中补入水解液A进行补料批式发酵，补料3～7次后结束发酵，离心收集菌体，提取胞内油脂。
进一步的，所述方法还包括下述步骤：
步骤S6、将经过两次酶水解后得到的固相残渣干燥处理，然后采用螺旋挤压机热压缩成型，用以制备生物质颗粒燃料。
进一步的，所述步骤S1中中药渣粉碎处理至粒径小于2mm，步骤S2水解时间为96～144h。
进一步的，步骤S6固相残渣干燥至含水量低于8％～12％w/w。
进一步的，所述中药渣是经过中药提取后的药渣固体废弃物。
进一步的，所述水解液A中还原糖浓度为150～320g/L，水解液B中还原糖浓度为40～70g/L，水解液C中还原糖浓度为10～20g/L。
进一步的，所述产油微生物为经发酵后菌体油脂含量超过细胞干重20％的微生物，为油脂酵母、红酵母、丝孢酵母、隐球酵母、耶氏酵母或产油霉菌。
进一步的，所述中药渣为玄参、麦冬、黄芩、大黄、丹参、仓术、甘草、高良姜、桔梗、天冬、白芷中的一种或者两种以上组合。
进一步的，步骤S5中，当还原糖浓度低于5g/L时补入水解液A进行补料批式发酵。
本发明的有益效果是：
本发明采用后预处理技术对中药渣先直接进行补料批式酶水解使药渣显著减量后，对洗涤的残渣进行稀酸预处理，固相显著减量，可以显著降低预处理成本，显著减少糠醛、羟甲基糠醛等抑制性因子的产生，所得水解液适合培养产油微生物；其次，由于中药渣水解液中具有一定药性抗菌成分，补料批式发酵可在开放体系中进行，无需灭菌，也降低了处理成本；第三，本发明药渣经过两次酶水解，总水解率高，且水解液中的碳水化合物高效转化成了微生物油脂，实现了碳水化合物的充分利用；第四，本发明经过两次酶水解后的剩余残渣，木质素含量高，灰分含量很低，制备生物质固体燃料，其颗粒成型简单，燃烧性能好；最后，本发明实现了中药渣中碳水化合物高效转化为微生物油脂和富木质素水解残渣制备高品质生物质成型燃料，实现了中药渣固废的科学处置和高值化利用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于后预处理的中药渣综合利用的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示，本发明提供的基于后预处理的中药渣综合利用的方法，包括下述步骤：
步骤S1、将中药渣干燥、粉碎处理得到药渣粉料。
中药渣是中药通过高温蒸煮或者有机溶剂萃取等步骤剩余的固体残渣，相对于其它生物质原料，中药提取的过程已经对中药结构造成了一定程度的破坏，因此可以直接通过酶水解即可高效将其中很大一部分聚糖水解成可溶性单糖，大大降低了后期处理过程中的操作成本和过程成本。
本步骤对中药渣首先进行干燥和粉碎处理，具体的，中药渣粉碎处理至粒径小于2mm，得到药渣粉料。
步骤S2、将药渣粉料进行补料批式酶水解，初始固液比为5％～15％w/v，纤维素酶载量5～15FPU/g，水解过程中，分批补加药渣和纤维素酶至固液比达到50％～60％w/v，水解结束后固液分离得到含高浓度糖的水解液A。
本步骤中，w/v表示质量体积比，水解时间为96～144h。本步骤为药渣的第一次水解，首先控制较低的固液比并加入纤维素酶，此后水解过程中分批补加药渣和纤维素酶，达到较高固液比，中药渣进行高固液比补料批式酶水解，水解率高达75％～90％，水解后药渣质量减量60％～80％。这里所述木质纤维素降解酶为具有降低碳水化合物聚合物的聚合度的酶，包括纤维素酶和半纤维素酶。
通过补料批式酶水解中药渣，将药渣中75％～90％的纤维素和半纤维素水解成了可发酵性生物质糖，主要包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、纤维寡糖、木寡糖、半乳糖醛酸等。第一次高固液比水解后，水解液A中的还原糖浓度很高，达到150～320g/L。
本发明不限于中药渣的种类，选择主要成份为纤维素、半纤维素和木质素的中药渣，比如可以为玄参、麦冬、黄芩、大黄、丹参、仓术、甘草、高良姜、桔梗、天冬、白芷等中的一种或者两种以上组合。当然也可以为其他中药成分。
步骤S3、固液分离得到的残渣加适量水洗涤，再次固液分离收集得到水解液B。
固液分离得到的残渣表面也有一些糖，通过纯净水对残渣洗涤，可以回收表面的糖，再次固液分离得到水解液B，水解液B中还原糖浓度为40～70g/L，浓度明显低于水解液A，但是此浓度的水解液可以直接用于种子液培养。
步骤S4、将洗涤残渣采用稀酸预处理，结束后直接调整pH至4.0-5.6，固液比为5％～10％w/v，添加少量纤维素酶进行酶水解，经固液分离后得到水解液C和富含木质素的固相残渣。
本步骤再次对洗涤残渣进行利用，以充分利用中药渣。洗涤残渣通过稀酸预处理，残渣中加入一定量的酸催化剂，预处理温度为120℃～190℃，预处理时间为5min～122min，能够显著提高未水解碳水化合物聚合物的酶可及性。本发明所适用的酸催化剂为硫酸、盐酸或硝酸，酸添加量为洗涤残渣干重的1％～10％。
预处理后加适量水调整固液比至10％～15％，调节pH至4.0-5.6，优选为4.8，混合均匀。由于洗涤残渣为经过一次水解后的残渣，只需要再加入少量纤维素酶进行酶水解，酶载量2～10FPU/g，温度为50℃，酶水解48h，水解结束后固液分离得到水解液C，剩余的固相残渣大部分都是木质素。水解液C中碳源主要包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖等单糖，还原糖浓度为10～20g/L，调节水解液的pH值至5～7，可补充少量微生物培养常用的营养物质，包括氮源、磷源、硫源、无机盐、维生素或它们的组合。最后灭菌处理备用。
步骤S5、挑取产油微生物接种于所述水解液C中培养，得到种子液；按照体积比5％～20％v/v接种量将上述种子液接种于水解液B中培养，当还原糖浓度低于一定浓度后向其中补入水解液A进行补料批式发酵，补料3～7次后结束发酵，离心收集菌体，提取胞内油脂。
所述产油微生物为经发酵后菌体油脂含量超过细胞干重20％的微生物，所述产油微生物为经发酵后菌体油脂含量可超过细胞干重20％的产油酵母/霉菌，它们包括但不限于下列之一：油脂酵母(如斯达油脂酵母Lipomyces starkeyi、毛孢子油脂酵母Cutaneotrichosporon oleaginosum)、红酵母(如圆红冬孢酵母Rhodosporidiumtoruloides和粘红酵母Rhodotorula glutinis)、丝孢酵母(如皮状丝孢酵母Trichosporoncutaneum和发酵性丝孢酵母Trichosporon fermentans)、隐球酵母(如白色隐球酵母Cryptococcus albidus)、解脂耶氏酵母Yarrowia lipolytica、被孢霉(如深黄被孢霉Mortierella isabellina和高山被孢霉Mortierella alpina)。这些菌株可以直接从中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)、中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)、美国典型培养物保藏中心(ATCC)、或美国农业研究菌种保藏中心(NRRL)、德国微生物菌种保藏中性(DSMZ)等菌种保藏机构购买或从自然界中分离，也可以使用与原来菌株性状不同的人工或自然突变菌株。
水解液C中的还原糖的浓度较低，可以直接用来接种产油微生物以培养得到种子液，挑取一环产油微生物接种于营养丰富的水解液C中培养得到种子液，然后将种子液接种于水解液B中并于25～35℃下通气培养，水解液B中的还原糖含量适中，可以用于培养基接种种子液培养产油微生物。必要时，还可以往培养基中添加一些营养物质，比如占产油微生物培养基总质量0.01％～2％的氮源、占产油微生物培养基总质量0.01％～2％的磷源、占产油微生物培养基总质量0.01％～1％的硫源、占产油微生物培养基总质量0.001％以内的维生素，任取其一或者它们之间的任意组合。
培养过程中实时监测培养基中还原糖含量，随着还原糖被消耗，还原糖的浓度逐渐降低，当低于一定浓度(如5g/L)后向其中补入水解液A进行补料批式发酵，由于水解液A中的还原糖浓度较高，需要分批补料，使得每次加入到培养基中后还原糖浓度不能过高，使浓度达到40～70g/L即可，因此本发明通过补料3～7次补料，必要时补料同时补入一些营养物质，最后一次补料后，培养基中的还原糖浓度低于5g/L时终止发酵，离心收集菌体，提取胞内油脂。产油微生物菌体积累的油脂，可以作为制备生物柴油的原料，产油微生物提取油脂的过程不是本发明的重点，这里不赘述。
由于药渣水解液中具有一定抗菌成分，补料批式发酵可在开放体系中进行，无需灭菌。
本发明采用后预处理技术，先中药渣干燥、粉碎后直接进行补料批式酶水解，中药渣直接进行高固液比补料批式酶水解，药渣显著减量，水解后药渣质量减量60％～80％，同时对洗涤的残渣进行稀酸预处理，固相显著减量可以显著降低预处理成本。另外中药药渣显著减量可以显著减少抑制剂产生，抑制剂主要是糠醛，如羟甲基糠醛，对微生物有毒性。因此本发明通过二次水解，固相残渣能够显著减量，使得水解液适合培养产油微生物。
步骤S6、将经过两次酶水解后得到的固相残渣干燥处理，然后采用螺旋挤压机热压缩成型，用以制备生物质颗粒燃料。
将两次酶水解后最终残留的中药残渣自然干燥，进一步风干/烘干至含水量8％～12％(w/w)。采用螺旋挤压机连续投料方式，将残渣热压缩成型造粒，制备生物质颗粒燃料。
中药药渣经过二次水解后，残渣中灰质较低，灰质为生物质高温灼烧后的残余物，一般是各种各样的无机盐。灰质含量很低，因此制备得到的生物质固体燃料其颗粒成型简单，燃烧性能好，比中药渣不经水解直接制备生物质颗粒燃料能量密度更高，燃烧性能更好，不结渣。如果利用中药渣直接制备生物质颗粒燃料，由于灰质比较多，生物质颗粒燃料燃烧后会在锅炉里结焦结渣，经常要处理锅炉，提高了维护成本，也降低了锅炉寿命。另外，经过水解处理后残渣中木质素会富集，木质素能量密度更高，制备的燃料燃烧性能更好。
下面通过具体实施例来对本发明进行说明。以下实施例选取了典型的玄麦药渣、黄芪药渣、丹参药渣、甘草药渣、大黄药渣、桔梗药渣等材料酶水解及培养典型产油微生物的例子，有助于了解本发明，但不以任何形式限制将本发明应用于其他中药渣原料或产油菌株。
对比例1
1)玄麦药渣水解液的制备：称取1kg过2mm筛的干燥玄麦药渣，加入10g/L的稀硫酸溶液，固液比10％(w/v)，于120℃预处理60min；调整固液比至8％(w/v)，添加纤维素酶20FPU/g、半纤维素酶50U/g，调整pH至4.8，50℃酶水解48h；水解液离心得上清液，调整pH至6.0作为培养基，于121℃灭菌20min后备用，水解液中还原糖浓度为29.8g/L；
2)在种子培养基(葡萄糖20g/L，酵母粉5g/L，蛋白胨3g/L)中接入毛孢子油脂酵母Cutaneotrichosporon oleaginosum ATCC 20509(购自美国典型微生物菌种保藏管理中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得种子液；
3)向步骤1)所得培养基中接入步骤(2)制备的产油微生物种子液，接种量10％(v/v)，在30℃下通气培养48h；
4)终止发酵，此时发酵液中残糖低于1g/L，固液分离收集菌体，得干菌体11.5g/L，油脂量3.4g/L，油脂含量29.6％(w/w)。
5)将玄麦水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量11％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.15kg/dm3，含水率为9.9％，灰分2.9％，热值达到16.8MJ/kg。
对比例2
1)黄芪药渣水解液的制备：称取1kg过1mm筛的干燥黄芪药渣，加入5g/L的稀盐酸水溶液，固液比15％(w/v)，于180℃预处理15min；调整固液比至10％(w/v)，添加纤维素酶20FPU/g、半纤维素酶100U/g，调整pH至4.8，50℃水解72h，得水解液；离心得水解上清液，调整pH至5.5，于121℃灭菌20min后备用，作为培养基，其中还原糖浓度为37.7g/L；
2)在种子培养基(葡萄糖20g/L，酵母粉3g/L，蛋白胨3g/L)中接入圆红冬孢酵母Rhodosporidium toruloides AS 2.1389(购自中国微生物菌种保藏管理中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向步骤1)所得培养基中接入步骤(2)制备的产油微生物种子液，接种量10％(v/v)，在30℃下通气培养72h；
4)终止发酵，此时发酵液中残糖浓度低于1g/L；固液分离收集菌体，得干菌体14.2g/L，油脂量5.5g/L，油脂含量38.7％(w/w)。
5)将黄芪水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量10％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.16kg/dm3，含水率为9.1％，灰分3.1％，热值达到17.1MJ/kg。
实施例1
1)玄麦药渣水解液的制备：称取1.2kg过2mm筛的干燥玄麦药渣，初始固液比12％(w/v)，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶25U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、6h、12h、24h、48h、72h分别加入0.7kg玄麦药渣以及对应量的水解酶，达到固液比54％(w/v)，水解120h结束；离心得水解液A备用，残渣加10L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入5g/L的稀硫酸溶液，固液比10％(w/v)，于120℃预处理60min；调整固液比至8％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶25U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为168.3g/L，水解液B还原糖浓度为55.6g/L，水解液C还原糖浓度为15.9g/L，将三种水解液调整pH至6.0后于121℃灭菌20min后备用；
2)在水解液C中接入毛孢子油脂酵母C.oleaginosum ATCC 20509，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量10％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到50g/L左右进行补料批式发酵。补料5次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体51.8g/L；酸热法提取微生物油脂，得油脂量27.2g/L，油脂含量52.5％(w/w)。
5)将经两次酶解玄麦水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量11％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.21kg/dm3，含水率为9.1％，灰分0.3％，热值达到19.2MJ/kg。
实施例2
1)黄芪药渣水解液的制备：称取1.4kg过2mm筛的黄芪药渣，初始固液比14％(w/v)，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶50U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、6h、12h、24h、48h、72h分别加入0.6kg黄芪药渣以及对应量的水解酶，达到固液比50％(w/v)，水解120h结束；离心得水解液A备用，残渣加10L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入5g/L的稀硫酸溶液，固液比10％(w/v)，于180℃预处理15min；调整固液比至8％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶25U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为151.3g/L，水解液B还原糖浓度为60.1g/L，水解液C还原糖浓度为15.5g/L，将三种水解液调整pH至6.0后于121℃灭菌20min后备用；
2)在水解液C中接入圆红冬孢酵母R.toruloides AS 2.1389，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量10％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到70g/L进行补料批式发酵。补料4次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体48.2g/L，油脂量26.6g/L，油脂含量55.2％(w/w)。
5)将经两次酶解黄芪水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量10％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.21kg/dm3，含水率为8.8％，灰分0.4％，热值达到19.4MJ/kg。
实施例3
1)大黄药渣水解液的制备：称取0.5kg过1mm筛的大黄药渣，初始固液比5％(w/v)，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶40U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、6h、12h、24h、48h、72h分别加入0.8kg大黄药渣以及对应量的水解酶，达到固液比53％(w/v)，水解144h结束；离心得水解液A备用，残渣加8L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入2g/L的稀硫酸溶液，固液比10％(w/v)，于120℃预处理30min；调整固液比至8％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶5FPU/g、半纤维素酶20U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为191.3g/L，水解液B还原糖浓度为70.5g/L，水解液C还原糖浓度为19.5g/L，将三种水解液调整pH至6.0后于121℃灭菌20min后备用；
2)在水解液C中接入斯达油脂酵母Lipomyces starkeyi AS 2.1560(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心)，30℃，200rpm振荡培养40h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量20％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到70g/L进行补料批式发酵。补料5次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体83.3g/L，油脂量47.8g/L，油脂含量57.4％(w/w)。
5)将经两次酶解大黄水解残渣晒干并进一步加热干燥至含水量8％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.24kg/dm3，含水率为6.1％，灰分0.5％，热值达到19.7MJ/kg。
实施例4
1)丹参药渣水解液的制备：称取1.2kg过2mm筛的丹参药渣，初始固液比12％(w/v)，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶50U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、12h、24h、48h、72h、96h分别加入0.8kg丹参药渣以及对应量的水解酶，达到固液比60％(w/v)，水解144h结束；离心得水解液A备用，残渣加10L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入5g/L的稀硫酸溶液，固液比15％(w/v)，于120℃预处理120min；调整固液比至10％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶20U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为229.3g/L，水解液B还原糖浓度为67.5g/L，水解液C还原糖浓度为20g/L，将三种水解液调整pH至6.0后于121℃灭菌20min后备用；
2)水解液C中接入解脂耶氏酵母Yarrowia lipolytica Po1g(购自日本JCM菌株保藏中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量10％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到70g/L进行补料批式发酵。补料6次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体91.4g/L，油脂量49.6g/L，油脂含量54.3％(w/w)。
5)将经两次酶解丹参水解残渣晒干并进一步加热干燥至含水量10％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.25kg/dm3，含水率为8.3％，灰分0.2％，热值达到19.9MJ/kg。
实施例5
1)苍术药渣水解液的制备：称取1.5kg过1mm筛的苍术药渣，初始固液比15％(w/v)，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶25U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第6h、12h、24h、48h、72h分别加入0.7kg苍术药渣以及对应量的水解酶，达到固液比50％(w/v)，水解96h结束；离心得水解液A备用，残渣加8L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入1g/L的稀盐酸溶液，固液比10％(w/v)，于180℃预处理15min；调整固液比至5％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶5FPU/g、半纤维素酶20U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为142.1g/L，水解液B还原糖浓度为40.0g/L，水解液C还原糖浓度为11.2g/L，将三种水解液调整pH至5.5后于121℃灭菌20min后备用；
2)水解液C中接入发酵性丝孢酵母Trichosporon fermentans CICC 1368(购自中国工业微生物菌种保藏管理中心)，30℃，200rpm振荡培养20h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量10％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到40g/L进行补料批式发酵。补料3次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体45.7g/L，油脂量22.1g/L，油脂含量48.4％(w/w)。
5)将经两次酶解苍术水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量12％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.22kg/dm3，含水率为9.8％，灰分0.5％，热值达到19.1MJ/kg。
实施例6
1)甘草药渣水解液的制备：称取1.0kg过2mm筛的甘草药渣，初始固液比10％(w/v)，添加纤维素酶5FPU/g、半纤维素酶25U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、12h、24h、48h、72h、96h分别加入0.7kg甘草药渣以及对应量的水解酶，达到固液比52％(w/v)，水解120h结束；离心得水解液A备用，残渣加9L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入2.5g/L的稀盐酸溶液，固液比10％(w/v)，于190℃预处理5min；调整固液比至8％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶5FPU/g、半纤维素酶10U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为207.5g/L，水解液B还原糖浓度为55.7g/L，水解液C还原糖浓度为14.5g/L，将三种水解液调整pH至5.5后于121℃灭菌20min后备用；
2)水解液C中接入粘红酵母Rhodotorula glutinis AS 2.703(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量15％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到50g/L进行补料批式发酵。补料4次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体71.5g/L，油脂量39.7g/L，油脂含量55.5％(w/w)。
5)将经两次酶解甘草水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量8％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.25kg/dm3，含水率为6.5％，灰分0.5％，热值达到20.1MJ/kg。
实施例7
1)高良姜药渣水解液的制备：称取0.8kg过2mm筛的高良姜药渣，初始固液比8％(w/v)，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶20U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、12h、24h、48h、72h、96h分别加入0.8kg高良姜药渣以及对应量的水解酶，达到固液比56％(w/v)，水解144h结束；离心得水解液A备用，残渣加10L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入1.0g/L的稀硝酸溶液，固液比10％(w/v)，于150℃预处理20min；调整固液比至5％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶20U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为274.7g/L，水解液B还原糖浓度为65.9g/L，水解液C还原糖浓度为12.5g/L，将三种水解液调整pH至5.5后于121℃灭菌20min后备用；
2)水解液C中接入高山被孢霉Mortierella alpine ATCC 32222(购自美国典型微生物菌株保藏中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量5％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到70g/L进行补料批式发酵。补料4次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体91.4g/L，油脂量47.5g/L，油脂含量52.0％(w/w)。
5)将经两次酶解高良姜水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量8％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.27kg/dm3，含水率为5.8％，灰分0.4％，热值达到20.5MJ/kg。
实施例8
1)天冬药渣水解液的制备：称取1.5kg过1mm筛的天冬药渣，初始固液比15％(w/v)，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶25U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、12h、24h、48h、72h分别加入0.7kg天冬药渣以及对应量的水解酶，达到固液比50％(w/v)，水解96h结束；离心得水解液A备用，残渣加7L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入5.0g/L的稀硫酸溶液，固液比10％(w/v)，于130℃预处理30min；调整固液比至5％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶5FPU/g、半纤维素酶10U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为151.4g/L，水解液B还原糖浓度为50.9g/L，水解液C还原糖浓度为11.5g/L，将三种水解液调整pH至5.5后于121℃灭菌20min后备用；
2)水解液C中接入皮状丝孢酵母Trichosporon cutaneum GIM 2.67(购自广东省微生物菌株保藏中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量10％(v/v)，在30℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到40g/L进行补料批式发酵。补料3次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体44.1g/L，油脂量25.9g/L，油脂含量58.7％(w/w)。
5)将经两次酶解天冬水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量12％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.18kg/dm3，含水率为9.8％，灰分0.4％，热值达到18.9MJ/kg。
实施例9
1)白芷药渣水解液的制备：称取0.8kg过1mm筛的白芷药渣，初始固液比8％(w/v)，添加纤维素酶15FPU/g、半纤维素酶25U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、12h、24h、48h、72h、96h分别加入0.7kg白芷药渣以及对应量的水解酶，达到固液比50％(w/v)，水解120h结束；离心得水解液A备用，残渣加8L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入1.0g/L的稀盐酸溶液，固液比15％(w/v)，于160℃预处理20min；调整固液比至10％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶25U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为192.0g/L，水解液B还原糖浓度为54.9g/L，水解液C还原糖浓度为19.5g/L，将三种水解液调整pH至5.5后于121℃灭菌20min后备用；
2)水解液C中接入深黄被孢霉Mortierella isabelline NRRL 1757(美国农业研究菌株保藏中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量5％(v/v)，在35℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到50g/L进行补料批式发酵。补料3次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体51.7g/L，油脂量35.8g/L，油脂含量69.2％(w/w)。
5)将经两次酶解白芷水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量10％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.21kg/dm3，含水率为8.8％，灰分0.4％，热值达到19.4MJ/kg。
实施例10
1)桔梗药渣水解液的制备：称取1.2kg过1mm筛的桔梗药渣，初始固液比12％(w/v)，添加纤维素酶15FPU/g、半纤维素酶20U/g，调整pH至4.8，50℃水解，水解第3h、12h、24h、48h、72h、96h分别加入0.8kg桔梗药渣以及对应量的水解酶，达到固液比60％(w/v)，水解144h结束；离心得水解液A备用，残渣加9L水充分混匀，离心得水解液B；水解残渣中加入5.0g/L的稀硝酸溶液，固液比10％(w/v)，于190℃预处理5min；调整固液比至5％(w/v)并调节pH至4.8，添加纤维素酶10FPU/g、半纤维素酶20U/g，50℃水解48h，离心得水解液C；上述水解液A还原糖浓度为320.0g/L，水解液B还原糖浓度为69.9g/L，水解液C还原糖浓度为11.9g/L，将三种水解液调整pH至5.5后于121℃灭菌20min后备用；
2)在水解液C中接入白色隐球酵母Cryptococcus albidus ATCC 34140(购自美国典型微生物菌种保藏管理中心)，30℃，200rpm振荡培养24h，得产油微生物种子液；
3)向水解液B中接入产油微生物种子液，接种量20％(v/v)，在25℃下通气培养，实时监测培养基中还原糖含量，当含量低于5g/L时，将水解液A补加至培养基中，使浓度达到40g/L进行补料批式发酵。补料7次后，当培养基中的还原糖浓度再次低于5g/L时终止发酵；
4)固液分离收集菌体，得干菌体105.1g/L，油脂量62.9g/L，油脂含量59.8％(w/w)。
5)将经两次酶解桔梗水解残渣晒干并进一步热风干燥至含水量10％(w/w)。采用小型螺旋挤压机将残渣热压缩成型，制备圆柱体成型燃料，直径1cm，长度5cm。该生物质颗粒，密度为1.24kg/dm3，含水率为8.5％，灰分0.3％，热值达到19.8MJ/kg。
上述实施例和对比例结果如下表所示：
中药药渣 干菌体g/L 油脂量g/L 油脂含量％(w/w)
对比例1 玄麦药渣 11.5 3.4 29.6
对比例2 黄芪药渣 14.2 5.5 38.7
实施例1 玄麦药渣 51.8 27.2 52.5
实施例2 黄芪药渣 48.2 26.6 55.2
实施例3 大黄药渣 83.3 47.8 57.4
实施例4 丹参药渣 91.4 49.6 54.3
实施例5 苍术药渣 45.7 22.1 48.4
实施例6 甘草药渣 71.5 39.7 55.5
实施例7 高良姜药渣 91.4 47.5 52.0
实施例8 天冬药渣 44.1 25.9 58.7
实施例9 白芷药渣 51.7 35.8 69.2
实施例10 桔梗药渣 105.1 62.9 59.8
对比例1和对比例2直接将中药药渣通过酸预处理，然后加入酶水解，实施例1-10采用后预处理方法。比较对比例1和实施例1，以及对比例2和实施例2的实验结果发现，两个对比例水解液中的糖浓度较低，微生物油脂产量较低，实施例1、2采用补料批式水解结合后预处理的方法，显著降低了预处理成本，可以看出最后得到的干菌体、油脂量、油脂含量均有成倍提升，实现了中药渣中的碳水化合物聚合物充分水解和微生物油脂的大量生产，提高了油脂产量和得率。
而且本发明通过两次水解的残渣也可以资源化作为优良的生物质成型燃料原料，对比例1、2和实施例1、2最终利用残渣制备的圆柱体成型燃料相比，对比例制备的燃料密度较低、灰分明显偏高、热值也较低，其燃烧性能明显不及实施例1、2。
因此本发明实最终实现了中药渣的全利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于后预处理的中药渣综合利用的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤S1、将中药渣干燥、粉碎处理得到药渣粉料；所述中药渣为玄参、麦冬、黄芩、大黄、丹参、仓术、甘草、高良姜、桔梗、天冬、白芷中的一种或者两种以上组合；
步骤S2、将药渣粉料进行补料批式酶水解，初始固液比为5％～15％w/v，纤维素酶载量5～15FPU/g，水解过程中，分批补加药渣和纤维素酶至固液比达到50％～60％w/v，水解结束后固液分离得到含高浓度糖的水解液A；
步骤S3、固液分离得到的残渣加适量水洗涤，再次固液分离收集得到水解液B；
步骤S4、将洗涤残渣采用稀酸预处理，结束后直接调整pH至4.0-5.6，固液比为5％～10％w/v，添加少量纤维素酶进行酶水解，经固液分离后得到水解液C和富含木质素的固相残渣；
步骤S5、挑取产油微生物接种于所述水解液C中培养，得到种子液；按照体积比5％～20％v/v接种量将上述种子液接种于水解液B中培养，当还原糖浓度低于5g/L后向其中补入水解液A进行补料批式发酵，补料3～7次后结束发酵，离心收集菌体，提取胞内油脂；
步骤S6、将经过两次酶水解后得到的固相残渣干燥处理，然后采用螺旋挤压机热压缩成型，用以制备生物质颗粒燃料；
所述水解液A中还原糖浓度为150～320g/L，水解液B中还原糖浓度为40～70g/L，水解液C中还原糖浓度为10～20g/L。
2.如权利要求1所述基于后预处理的中药渣综合利用的方法，其特征在于，所述步骤S1中，中药渣粉碎处理至粒径小于2mm，步骤S2水解时间为96～144h。
3.如权利要求1所述基于后预处理的中药渣综合利用的方法，其特征在于，步骤S6固相残渣干燥至含水量低于8％～12％w/w。
4.如权利要求1所述基于后预处理的中药渣综合利用的方法，其特征在于，所述中药渣是经过中药提取后的药渣固体废弃物。
5.如权利要求1所述基于后预处理的中药渣综合利用的方法，其特征在于，所述产油微生物为经发酵后菌体油脂含量超过细胞干重20％的微生物，为油脂酵母、红酵母、丝孢酵母、隐球酵母、耶氏酵母或产油霉菌。
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