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康缘中药学院黄子争同学团队专注药渣高值化利用
发布时间: 2020-07-30 浏览次数: 1731


时间倒回到2019年3月,安徽亳州市高新区建筑垃圾填埋场南侧,260吨中药提取生产中产生的药渣,被亳州市某生物科技有限公司分2次随意填埋到这里。

安徽亳州市高新区建筑垃圾填埋场南侧

这不是第一次,也不是最后一次,而这种现象,在国内各个地方层出不穷,屡见不鲜。


据《中医药发展战略规划纲要(2016-2030年)》显示,截止2019年底我国已累计产生约8亿吨中药药渣,每年新增中药药渣4500-5000万吨。这不仅仅只是数字,而是赤裸裸的现实。


目前我国的中药渣资源利用水平还十分较低,极大部分的中药药渣被错误处理,也造成了水质污染、土壤污染、空气污染等巨大环境危害,而且由于目前生产厂家分布在全国各地,不能使药渣集中处理,难以做到综合利用,各厂家还需要付费完成药渣处理,造成极大的社会资源浪费。


虽然中药药渣处理造成了社会资源、人力、物力、药用资源浪费等问题,但实际上,我们国内也有非常先进的药渣处理方法,比如厌氧制沼气、烘干焚烧、无害化制肥、气化制气、气化发电等方式,但由于中药药渣是特殊的生物质,处理起来难度非常大,所以目前90%的中药药渣处理方式投入巨大且无明显收益。贵州百灵就曾投资1998.8万元建设中药药渣综合利用项目,但每年中药药渣处理能力仅3万吨,年产有机肥能力2万吨。


究竟要如何处理这些药渣才能减少浪费,降低对环境的污染危害,甚至实现高效利用呢?面对这种情况,南京中医药大学段金廒教授提出,利用生物转化技术实现中药废弃物资源高值化利用策略。2015年9月,依托江苏省中药资源产业化过程协同创新中心、南京中医药大学药学院,段教授成立了中药废弃物资源生物转化科研小组,以张森老师、黄志恒、朱振华、曾飞等核心技术人员组建了一支年轻的科研团队,针对中药药渣的高值化利用进行了深入有效的研究。

走进企业

该科研小组为了减少对中药药渣固态废物的浪费现象,在研究过程中不断探索中药药渣的综合利用价值,并且从中开发出具有高附加值的资源性产品,通过菌种选育及驯化改造,最终获得两株高抗性独创菌种——有高效降解的草酸青霉G2和能转化提炼的解淀粉芽孢杆菌FJ18,菌株目前已存于中国典型培养物保藏中心。


这两种菌种的成功研发,为中药生物转化科研小组所有成员带来信心。他们利用草酸青霉G2,将低价值的纤维素转化为高价值的纤维素酶,实现了纤维质高效解离及高值化利用;而解淀粉芽孢杆菌FJ18,则把难溶性黄酮实现小分子与纤维质高效解离,转化为高水溶性黄酮苷,这一高附加值小分子的提炼,可谓是巧妙的“点石成金”。

图 / 独创性生物转化菌种

图 /黄酮类化合物生物转化过程

该科研小组的成立,一方面积极推动了中药资源高值转化的进程,一方面为本科生创新实践提供了理想平台。黄子争、赵宇翔、徐思凯、叶寅、刘佳琪、韩慧颖、李国庆、范雅宸、俞子静、金纬鉴等本科生先后加入到科研小组中。他们积极从事菌种筛选、驯化改造、组合生物转化、产物分离与检测等工作,积极参与市场调研和企业实习,在为小组的科研力量增添活力的同时,也让科研技术和中医药文化也得以传承。目前已形成了专注于“药渣炼金术”的“黄子争团队”。


2016年10月,黄子争团队在江苏天晟药业实习,在实际操作中详细了解中药的提炼转化。

图 /张森导师带领团队亲临指导 

图 / 黄子争团队在江苏天晟药业实习

2017年11月,团队成员赴江苏淮安车桥镇等各个中药药渣堆放点,针对药渣的处理、对周围环境的破坏以及综合利用情况进行了实地考察,这一调查结果也为小组科研带来了强有力的数据说明。




黄子争团队在实习和考察过程中,针对已有的两种独创菌种进行了合理有效的重组,终于将草酸青霉和解淀粉芽孢杆菌组合生物转化,首创了技术路线,创制出抗逆性组合菌种。团队在研发过程中,使用25吨容量的发酵罐,进行了7~8天的转化周期,预测10个罐子的药渣年处理量将达到11250吨,而每个罐子的建造成本为20万元,能转化处理药渣的成本为76.6元/吨,这极大地提高了转化效率,降低了药渣处理成本,高效降解和提炼转化两步协同,完美实现了药渣“炼金术”。


难溶性黄酮、纤维质以及剩余固形物等形成的中药药渣,通过黄子争团队的“炼金术”进行转化提炼,将得到极具价值和产值的黄酮苷、纤维素酶、生物有机肥等产品,可以大幅提高中药药渣的收益。


目前,该团队的组合生物转化相关技术已形成国家发明专利9项,其中授权专利5项,黄子争同学以第一发明人和第三发明人身份分别完成两项专利的申报。该项目也已通过科技查新报告。

此外,创始团队中的学生成员关于组合菌种生物转化技术相关研究内容,已发表论文十余篇,本科生直接参与并完成的达7篇之多(其中本科生一作的共计三篇,论文影响因子最高达7.539);并获得“互联网+”大学生创新创业大赛第五届“建行杯”国赛选拔赛中省赛高教主赛道二等奖多项荣誉,其中“基于组合生物转化技术的银杏叶药渣高值化利用研究”项目入选第十二届大学生创新创业年会并进行交流和展示,“新型高水溶性木犀草素糖苷衍生物的设计及高效生物合成”项目在第七届“远志杯”全国高等中医药院校大学生课外学术科技作品竞赛中荣获自然科学类学术论文三等奖。

虽然药渣炼金术团队的成员平均年龄非常年轻化,但大家的专业程度并不输其他科研团队,活力十足的小组,并不局限于产品技术的研究,而是进一步探寻技术项目的可利用商业价值,制定出一套内置于药企产区就地转化、外输高产值粗产物的B2B商业模式。


商业模式的构建,是由小组成员分工合作而建立的,其中对高水溶性糖苷产物高效生物合成技术和药渣组合生物转化技术专业研究的黄子争是商业模式构建团队的创始人,另外还包括对公司运作进行全程监督和调控的财务总监,有丰富科研经验的技术总监,对市场具有敏锐洞察力的销售总监,以及拥有相关专利、可以为本项目提供技术指导的技术经理等人。目前该团队已与天晟药业达成合作,第一年以甘草药渣处理为主,建立了相应药渣处理罐,一年甘草药渣总处理量为1万吨。

当前,这一“炼金术”的运用将使每一万吨中药药渣的处理减少0.425万吨总碳排放量。而接下来,中药生物转化科研小组将继续响应国家号召,为我国中药药渣处理提供新思路,运用科研力量助力大幅降低碳排放量,保护环境减少土地污染。


虽然中药药渣还有那么多,但将药渣“炼成金”,中药生物转化科研小组的每个人都是认真的!


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