桑枝综合利用研究进展

孙 波 周洪英 吴洪丽 王卓仁 刘启燕 赵会长

(湖北省农业科学院经济作物研究所，湖北武汉 430064)

桑枝是蚕桑产业大宗副产物，平均公顷成林桑园年产桑枝15～22 t，占桑园总产出的60%以上[1]。随着人们生活水平的提高，桑枝不再用作燃料，逐渐被废弃在田间地头，其价值不仅没有得到充分利用，还造成环境污染。桑枝综合利用对延长蚕桑产业链、提高桑园经济效益、稳定产业发展、增强抵御市场风险的能力，具有重要意义。近年来，桑枝综合利用研究成果颇丰，降血糖天然药物“桑枝总生物碱片”获国家药监局批准上市。本文对近年来桑枝功能性成分、改性利用及栽培食用菌等研究进行了综述，并就桑枝综合利用产业化开发作了探讨。

1 桑枝功能性成分研究进展

桑枝是传统中药材，含有多糖、桑皮苷A、生物碱、绿原酸、隐绿原酸、芦丁、异槲皮苷和山奈酚等多种功能性成分，可采用高效液相色谱(HPLC)法测定含量，监测药材质量[2]。桑枝多糖主要由鼠李糖、树胶醛糖、半乳糖、葡萄糖和木糖组成，有增强免疫抑制小鼠的非特异性免疫、体液免疫及细胞免疫功能的作用[3-4]。桑皮苷A为二羟基芪类化合物，又称氧化白藜醇苷，主要存在于桑属植物中。经响应面法优化提取工艺，在60%甲醇水溶液、溶剂体积55 mL、超声时间40 min、超声温度35 ℃条件下提取桑枝中的桑皮苷A，测得桑皮苷A的含量为7.63 mg/g[5]。桑枝粗纤维含量51.88%，木质素含量18.81%，粗蛋白含量5.44%。采用膨化方式加工的桑枝饲料的粗蛋白含量(7.97%)以及在肉牛瘤胃中的降解率均高于简单粉碎桑枝的饲料，可作为反刍动物的粗饲料[6]。

以无水乙醇为溶剂提取桑枝，得到黄色透明黏稠油状液体，得率可达12%。采用气相色谱-质谱分析得知，桑枝乙醇提取物挥发性组分主要由酯类(47.76%)、烷烃类(20.27%)、芳香烃类(15.84%)等化合物组成。研究证实，桑枝乙醇提取物对大肠杆菌(E.coli)具有较好的抑菌活性，对DPPH自由基有较强的清除作用，且随着质量浓度增大，清除效果呈增加趋势[7-8]。γ-氨基丁酸(氨酪酸，γ-aminobutyric acid，GABA)是一种非蛋白质组成的天然氨基酸，是重要的抑制性神经递质，参与多种代谢活动、具有降血压，改善神经功能、调节激素代谢等药理作用。桑枝富含GABA，以70%乙醇溶液超声提取，采用HPLC法测定含量，可用于桑枝药材的质量控制[9-10]。

血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂能降低血压，但长期服用化学合成的ACE抑制剂会引起咳嗽、丧失味觉等副作用。桑枝降血压的功效与ACE抑制剂有关。翁渝洁等研究表明，超声波处理可提高纤维素酶的活性，有效促进桑枝皮中ACE抑制剂的释放，该研究完善了桑枝皮中ACE抑制活性物质的分离纯化工艺，明确了桑枝皮中的降血压活性成分[11]。

不同桑品种的桑枝功能性成分含量不同，不同枝条部位的成分含量也不同[12]。桑枝功能性成分提取工艺的优化、HPLC法含量测定方法的建立，为桑枝药材的质量监测提供了依据，为桑枝药材的高值化利用提供了参考。由中国医学科学院北京协和医学院药物研究所研发的“桑枝总生物碱片”于2020年3月17日获国家药监局批准上市，该药以桑枝为原料，经提取、分离、纯化而得，用于治疗2型糖尿病，是国内首个降血糖原创天然药物，也是我国近10年首个批准的糖尿病中药新药，为桑枝功能性成分研究及产业化开发开创了一条道路[13]。

2 桑枝栽培食用菌研究

桑枝用于栽培食用菌是近年来桑枝综合利用研究的重点，也是大量消化利用桑枝的重要途径。多地将发展食用菌作为精准扶贫产业，随着规模的扩大，栽培原料短缺、价格上涨的现象愈发严重，探索新的栽培原料势在必行，如巨菌草、林果枝条、桑枝等。相比之下，桑枝资源丰富，含纤维素、半纤维素、木质素等多种成分，适合多种食用菌的生长，但桑枝木质素含量低于传统杂木屑，也低于林果枝条，栽培食用菌易造成产菇后劲不足，产量偏低[14]。

筛选适宜桑枝屑栽培的食用菌品种及培养料中的添加比例等研究广泛开展。在黑木耳栽培料中添加50%～70%的桑枝屑可以提高生物学转化率和黑木耳产品的产量和品质，可显著提高黑木耳的产量和粗蛋白、总糖、总黄酮含量[15]。培养料中添加35%～55%的桑枝屑，栽培羊肚菌出菌率高、整齐度好、综合效益高[16]。在金针菇培养料中，添加桑枝比例75%～80%，菌丝生长速度较快，生物学效率可达40%[17]。桑枝替代传统栎木屑，添加量达到100%时，猴头菇菌丝生长速度最快，当添加量达到50%时，猴头菇鲜品产量最高[18]。桑枝栽培灵芝的最佳配方为桑枝80%、稻草8%、稻谷10%、石膏2%或桑枝屑50%、棉籽壳30%、麦麸15%、石灰3%、石膏2%[19]。采用桑枝栽培白背木耳最佳的配方为：桑枝屑39.5%、橡胶木屑38.5%、麸皮10%、玉米粉10%、石膏0.5%、石灰0.5%、白糖1%，白背木耳有“树上海蜇皮”的美称，是热带和亚热带地区主要食用菌之一[20]。通过食用菌品种筛选及培养料配方研究，可充分利用桑枝，替代部分传统木屑，生产较高质量的食用菌。桑枝中含有活性成分1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin，DNJ)，有报道显示，采用桑枝栽培的多种食用菌中检测到DNJ，推断食用菌对桑枝中的DNJ有富集作用[21]。

桑园套种大球盖菇，可利用桑园现有条件及副产物桑枝，提高桑园经济效益，菌渣还田改善土壤。桑枝废菌包经过无害化堆肥处理可生产有机肥，连施2年对石漠化地区的桑树增产提质作用明显，土壤的理化性质也得到了明显的改良[22]。以桑枝废菌包为原料制取活性炭，与铁的氧化物反应制备磁性活性炭复合材料，对废水中Pb2+有较大的吸附能力和吸附效率，具有一定的经济研究价值[23]。

3 改性桑枝研究进展

改性桑枝的研究为废弃桑枝的综合利用开辟了新途径。桑枝粉富含纤维素和木质素，具有吸附去除废水中重金属离子的功能[24]。以桑枝为原料制备的改性生物质吸附剂，表面官能团主要有氢键、羟基、苯环等。以氢氧化钠为改性剂制备的吸附剂，在pH为5.4～5.5、改性桑枝粉用量为0.6 g/100mL、吸附时间为1 h的条件下，对水中Cu2+的去除率可达95%，饱和吸附容量达13.18 mg/g。桑枝经0.4 mol/L硫酸亚铁溶液改性后，吸附剂可使水中Cr4+去除率达97.4%，吸附量达3.04 mg/g[25-26]。以十六烷基三甲基溴化铵为改性剂制备改性桑枝粉，表面的季铵阳离子基团能较好地吸附废水中的高氯酸根，去除率随吸附剂投加量的增加而提高，随pH值和初始浓度升高而降低[27]。

以桑枝韧皮部为初始原料，制备桑枝韧皮纤维素，经过改性以后，可以在伤口敷料、造纸和处理畜禽废水等方面应用[28]。用氯乙酸反应进行表面改性，将四环素以化学键形式牢固修饰在纤维素表面，纳米银(Ag)负载在纤维素中，得到改性桑枝韧皮纤维素(Ag-T-CMC)协同抗菌剂。Ag-T-CMC呈现出优异的抗菌性能和较好的协同抗菌性，载银量在1.5%时抗菌性能最优。采用流延法制备载银改性桑枝韧皮纤维素/聚乙烯醇(Ag-T-CMC/PVA)复合膜，随着Ag-T-CMC含量增加，Ag-T-CMC/PVA复合膜的力学性能、耐水性及抗菌性能均有提高[29-30]，且对动物细胞无细胞毒性，有望实现在伤口敷料上的应用。

桑枝重组方材是一种新型人造生物质材料，是在不打乱桑枝纤维排列方向、保留其基本特性的前提下，通过碾压疏解加工成网状桑枝束，经干燥、施胶、组坯和四面热压而制成，可用于产品包装、家具、建筑工程等领域[31-32]。桑枝皮属于韧皮纤维类原料，约占全桑枝的1/4。桑枝韧皮部及全杆纤维平均长度均大于红麻全杆，是廉价易得的造纸纤维原料，经开发利用可缓解我国造纸纤维资源短缺的问题。桑枝经制浆、蒸煮，漂白，可获得白度高、强度大、得率高的纸浆，用于生产中高档纸产品[33]。

利用复合微生物发酵剂，可使废弃桑枝快速发酵腐熟。适宜的碳氮比有利于微生物的分解活动和肥力的增加。增加微生物接种量，能够提高其腐熟效率。发酵过程中较长时间的高温可以杀灭发酵堆中的病原菌和寄生虫卵，对作物生长安全，达到农业部生物有机肥产品检测标准[34-35]。

4 讨 论

桑枝含有多种功能性成分，作为中药材和畜禽饲料，其价值得到进一步证实和应用。2010年版药典记载，中药材桑枝是桑树的干燥嫩枝[36]，其功能性成分提取工艺和检测方法的研究，为桑枝中药材质量监测提供了依据。“桑枝总生物碱片”的问世彰显了桑枝的药用价值，为产业化开发打开了大门，也为蚕桑产业发展提供了新的方向。桑枝用作饲料，其栽培管理方式与叶用桑不同，多采用高密度播种、机械化收割加工，将嫩桑枝和桑叶一起制成畜禽饲料。桑叶既是食品又是药品，含有多种功能性成分，是理想的动物蛋白质资源[37]，既能为畜禽提供营养，又可改善其身体状况。饲料桑的嫩桑枝是中药材，若是作为“桑枝总生物碱片”的原料，则不需要采用叶用桑枝的嫩枝部分，以至原料来源丰富，收集成本低，产业化应用前景广阔。蚕桑产业的副产物桑枝，通常是采叶养蚕后，为促进桑树重新发条长叶而剪伐的枝条，与中药材和畜禽饲料所用的桑枝相比，木质化部分占比较高，嫩枝占比较低，无法达到完全利用。如果只采用嫩枝部分，对于大量的桑枝消化利用也是杯水车薪。

桑枝栽培食用菌是大量消化利用桑枝的有效途径。食用菌产业是农民快速致富的有效途径。近年来，随着产业的快速发展，栽培原料匮乏和价格上涨成为重要的制约因素。桑枝用作食用菌栽培，有其独特的功用。蚕桑产业寻求通过桑枝食用菌提高经济效益，相关产业在多地蓬勃发展，并有多人进行了食用菌品种选择及培养料配方研究[26]。然而，从食用菌行业角度看，需要在经历标准化的栽培管理后，获得稳定的产品收益，原料成本次之。桑枝虽然资源丰富且相对廉价，但在加工、运输等方面成本较高，且过于依赖人工。桑枝作为食用菌栽培原料，在技术熟化、经济效益以及所谓的产品功效方面并未达到显著、可控的程度。这造成食用菌生产企业在尝试采用桑枝作为原料后，依然倾向于采购价格较高的传统杂木屑，使得桑枝栽培食用菌产业沦为“鸡肋”，保健功效沦为“营销概念”[38]。换言之，即使桑枝食用菌中含有较高含量的功能性成分，但与食用菌本身的营养价值相比也是相形见绌。因此，桑枝用于食用菌栽培，须重点研究栽培品种及产品加工问题，提高产品附加值，获得市场认可，发挥桑枝的独特功用，弥补加工、运输成本较高的劣势，通过桑枝栽培食用菌提高蚕桑产业经济效益，与食用菌产业协同发展。桑枝改性利用也是大量消化利用桑枝的有效途径，同样面对加工、运输成本较高的劣势，同样需要选择特定产品，提高附加值，获取较高的经济收益，才能实现桑枝利用的产业化发展。

桑枝综合利用应将跨学科和系统方法研究作为解决重大关键问题的首选项，从系统的要素构成、互作机理和耦合作用来探索问题解决的途径。蚕桑是传统劳动密集型产业，与其他产业相比，亟需提高劳动力投入产出比和单位面积效益，如人工饲料养蚕、桑园套种中药材等。之前，有多个地方曾放弃蚕桑，发展比较效益更高的其他产业，这是产业发展必须直面的问题。桑枝功能性成分、栽培食用菌及改性利用等研究拓展了综合利用的途径，通过促进技术熟化，提高比较效益，形成良性发展的产业链，问题才能从根本上得到解决。