孫 波 周洪英 吳洪麗 王卓仁 劉啟燕 趙會長

(湖北省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，湖北武漢 430064)

桑枝是蠶桑產(chǎn)業(yè)大宗副產(chǎn)物，平均公頃成林桑園年產(chǎn)桑枝15～22 t，占桑園總產(chǎn)出的60%以上[1]。隨著人們生活水平的提高，桑枝不再用作燃料，逐漸被廢棄在田間地頭，其價值不僅沒有得到充分利用，還造成環(huán)境污染。桑枝綜合利用對延長蠶桑產(chǎn)業(yè)鏈、提高桑園經(jīng)濟效益、穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)發(fā)展、增強抵御市場風險的能力，具有重要意義。近年來，桑枝綜合利用研究成果頗豐，降血糖天然藥物“桑枝總生物堿片”獲國家藥監(jiān)局批準上市。本文對近年來桑枝功能性成分、改性利用及栽培食用菌等研究進行了綜述，并就桑枝綜合利用產(chǎn)業(yè)化開發(fā)作了探討。

1 桑枝功能性成分研究進展

桑枝是傳統(tǒng)中藥材，含有多糖、桑皮苷A、生物堿、綠原酸、隱綠原酸、蘆丁、異槲皮苷和山奈酚等多種功能性成分，可采用高效液相色譜(HPLC)法測定含量，監(jiān)測藥材質量[2]。桑枝多糖主要由鼠李糖、樹膠醛糖、半乳糖、葡萄糖和木糖組成，有增強免疫抑制小鼠的非特異性免疫、體液免疫及細胞免疫功能的作用[3-4]。桑皮苷A為二羥基芪類化合物，又稱氧化白藜醇苷，主要存在于桑屬植物中。經(jīng)響應面法優(yōu)化提取工藝，在60%甲醇水溶液、溶劑體積55 mL、超聲時間40 min、超聲溫度35 ℃條件下提取桑枝中的桑皮苷A，測得桑皮苷A的含量為7.63 mg/g[5]。桑枝粗纖維含量51.88%，木質素含量18.81%，粗蛋白含量5.44%。采用膨化方式加工的桑枝飼料的粗蛋白含量(7.97%)以及在肉牛瘤胃中的降解率均高于簡單粉碎桑枝的飼料，可作為反芻動物的粗飼料[6]。

以無水乙醇為溶劑提取桑枝，得到黃色透明黏稠油狀液體，得率可達12%。采用氣相色譜-質譜分析得知，桑枝乙醇提取物揮發(fā)性組分主要由酯類(47.76%)、烷烴類(20.27%)、芳香烴類(15.84%)等化合物組成。研究證實，桑枝乙醇提取物對大腸桿菌(E.coli)具有較好的抑菌活性，對DPPH自由基有較強的清除作用，且隨著質量濃度增大，清除效果呈增加趨勢[7-8]。γ-氨基丁酸(氨酪酸，γ-aminobutyric acid，GABA)是一種非蛋白質組成的天然氨基酸，是重要的抑制性神經(jīng)遞質，參與多種代謝活動、具有降血壓，改善神經(jīng)功能、調節(jié)激素代謝等藥理作用。桑枝富含GABA，以70%乙醇溶液超聲提取，采用HPLC法測定含量，可用于桑枝藥材的質量控制[9-10]。

血管緊張素轉化酶(ACE)抑制劑能降低血壓，但長期服用化學合成的ACE抑制劑會引起咳嗽、喪失味覺等副作用。桑枝降血壓的功效與ACE抑制劑有關。翁渝潔等研究表明，超聲波處理可提高纖維素酶的活性，有效促進桑枝皮中ACE抑制劑的釋放，該研究完善了桑枝皮中ACE抑制活性物質的分離純化工藝，明確了桑枝皮中的降血壓活性成分[11]。

不同桑品種的桑枝功能性成分含量不同，不同枝條部位的成分含量也不同[12]。桑枝功能性成分提取工藝的優(yōu)化、HPLC法含量測定方法的建立，為桑枝藥材的質量監(jiān)測提供了依據(jù)，為桑枝藥材的高值化利用提供了參考。由中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所研發(fā)的“桑枝總生物堿片”于2020年3月17日獲國家藥監(jiān)局批準上市，該藥以桑枝為原料，經(jīng)提取、分離、純化而得，用于治療2型糖尿病，是國內首個降血糖原創(chuàng)天然藥物，也是我國近10年首個批準的糖尿病中藥新藥，為桑枝功能性成分研究及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)開創(chuàng)了一條道路[13]。

2 桑枝栽培食用菌研究

桑枝用于栽培食用菌是近年來桑枝綜合利用研究的重點，也是大量消化利用桑枝的重要途徑。多地將發(fā)展食用菌作為精準扶貧產(chǎn)業(yè)，隨著規(guī)模的擴大，栽培原料短缺、價格上漲的現(xiàn)象愈發(fā)嚴重，探索新的栽培原料勢在必行，如巨菌草、林果枝條、桑枝等。相比之下，桑枝資源豐富，含纖維素、半纖維素、木質素等多種成分，適合多種食用菌的生長，但桑枝木質素含量低于傳統(tǒng)雜木屑，也低于林果枝條，栽培食用菌易造成產(chǎn)菇后勁不足，產(chǎn)量偏低[14]。

篩選適宜桑枝屑栽培的食用菌品種及培養(yǎng)料中的添加比例等研究廣泛開展。在黑木耳栽培料中添加50%～70%的桑枝屑可以提高生物學轉化率和黑木耳產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質，可顯著提高黑木耳的產(chǎn)量和粗蛋白、總糖、總黃酮含量[15]。培養(yǎng)料中添加35%～55%的桑枝屑，栽培羊肚菌出菌率高、整齊度好、綜合效益高[16]。在金針菇培養(yǎng)料中，添加桑枝比例75%～80%，菌絲生長速度較快，生物學效率可達40%[17]。桑枝替代傳統(tǒng)櫟木屑，添加量達到100%時，猴頭菇菌絲生長速度最快，當添加量達到50%時，猴頭菇鮮品產(chǎn)量最高[18]。桑枝栽培靈芝的最佳配方為桑枝80%、稻草8%、稻谷10%、石膏2%或桑枝屑50%、棉籽殼30%、麥麩15%、石灰3%、石膏2%[19]。采用桑枝栽培白背木耳最佳的配方為：桑枝屑39.5%、橡膠木屑38.5%、麩皮10%、玉米粉10%、石膏0.5%、石灰0.5%、白糖1%，白背木耳有“樹上海蜇皮”的美稱，是熱帶和亞熱帶地區(qū)主要食用菌之一[20]。通過食用菌品種篩選及培養(yǎng)料配方研究，可充分利用桑枝，替代部分傳統(tǒng)木屑，生產(chǎn)較高質量的食用菌。桑枝中含有活性成分1-脫氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin，DNJ)，有報道顯示，采用桑枝栽培的多種食用菌中檢測到DNJ，推斷食用菌對桑枝中的DNJ有富集作用[21]。

桑園套種大球蓋菇，可利用桑園現(xiàn)有條件及副產(chǎn)物桑枝，提高桑園經(jīng)濟效益，菌渣還田改善土壤。桑枝廢菌包經(jīng)過無害化堆肥處理可生產(chǎn)有機肥，連施2年對石漠化地區(qū)的桑樹增產(chǎn)提質作用明顯，土壤的理化性質也得到了明顯的改良[22]。以桑枝廢菌包為原料制取活性炭，與鐵的氧化物反應制備磁性活性炭復合材料，對廢水中Pb2+有較大的吸附能力和吸附效率，具有一定的經(jīng)濟研究價值[23]。

3 改性桑枝研究進展

改性桑枝的研究為廢棄桑枝的綜合利用開辟了新途徑。桑枝粉富含纖維素和木質素，具有吸附去除廢水中重金屬離子的功能[24]。以桑枝為原料制備的改性生物質吸附劑，表面官能團主要有氫鍵、羥基、苯環(huán)等。以氫氧化鈉為改性劑制備的吸附劑，在pH為5.4～5.5、改性桑枝粉用量為0.6 g/100mL、吸附時間為1 h的條件下，對水中Cu2+的去除率可達95%，飽和吸附容量達13.18 mg/g。桑枝經(jīng)0.4 mol/L硫酸亞鐵溶液改性后，吸附劑可使水中Cr4+去除率達97.4%，吸附量達3.04 mg/g[25-26]。以十六烷基三甲基溴化銨為改性劑制備改性桑枝粉，表面的季銨陽離子基團能較好地吸附廢水中的高氯酸根，去除率隨吸附劑投加量的增加而提高，隨pH值和初始濃度升高而降低[27]。

以桑枝韌皮部為初始原料，制備桑枝韌皮纖維素，經(jīng)過改性以后，可以在傷口敷料、造紙和處理畜禽廢水等方面應用[28]。用氯乙酸反應進行表面改性，將四環(huán)素以化學鍵形式牢固修飾在纖維素表面，納米銀(Ag)負載在纖維素中，得到改性桑枝韌皮纖維素(Ag-T-CMC)協(xié)同抗菌劑。Ag-T-CMC呈現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能和較好的協(xié)同抗菌性，載銀量在1.5%時抗菌性能最優(yōu)。采用流延法制備載銀改性桑枝韌皮纖維素/聚乙烯醇(Ag-T-CMC/PVA)復合膜，隨著Ag-T-CMC含量增加，Ag-T-CMC/PVA復合膜的力學性能、耐水性及抗菌性能均有提高[29-30]，且對動物細胞無細胞毒性，有望實現(xiàn)在傷口敷料上的應用。

桑枝重組方材是一種新型人造生物質材料，是在不打亂桑枝纖維排列方向、保留其基本特性的前提下，通過碾壓疏解加工成網(wǎng)狀桑枝束，經(jīng)干燥、施膠、組坯和四面熱壓而制成，可用于產(chǎn)品包裝、家具、建筑工程等領域[31-32]。桑枝皮屬于韌皮纖維類原料，約占全桑枝的1/4。桑枝韌皮部及全桿纖維平均長度均大于紅麻全桿，是廉價易得的造紙纖維原料，經(jīng)開發(fā)利用可緩解我國造紙纖維資源短缺的問題。桑枝經(jīng)制漿、蒸煮，漂白，可獲得白度高、強度大、得率高的紙漿，用于生產(chǎn)中高檔紙產(chǎn)品[33]。

利用復合微生物發(fā)酵劑，可使廢棄桑枝快速發(fā)酵腐熟。適宜的碳氮比有利于微生物的分解活動和肥力的增加。增加微生物接種量，能夠提高其腐熟效率。發(fā)酵過程中較長時間的高溫可以殺滅發(fā)酵堆中的病原菌和寄生蟲卵，對作物生長安全，達到農(nóng)業(yè)部生物有機肥產(chǎn)品檢測標準[34-35]。

4 討 論

桑枝含有多種功能性成分，作為中藥材和畜禽飼料，其價值得到進一步證實和應用。2010年版藥典記載，中藥材桑枝是桑樹的干燥嫩枝[36]，其功能性成分提取工藝和檢測方法的研究，為桑枝中藥材質量監(jiān)測提供了依據(jù)?！吧Ｖ偵飰A片”的問世彰顯了桑枝的藥用價值，為產(chǎn)業(yè)化開發(fā)打開了大門，也為蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的方向。桑枝用作飼料，其栽培管理方式與葉用桑不同，多采用高密度播種、機械化收割加工，將嫩桑枝和桑葉一起制成畜禽飼料。桑葉既是食品又是藥品，含有多種功能性成分，是理想的動物蛋白質資源[37]，既能為畜禽提供營養(yǎng)，又可改善其身體狀況。飼料桑的嫩桑枝是中藥材，若是作為“桑枝總生物堿片”的原料，則不需要采用葉用桑枝的嫩枝部分，以至原料來源豐富，收集成本低，產(chǎn)業(yè)化應用前景廣闊。蠶桑產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物桑枝，通常是采葉養(yǎng)蠶后，為促進桑樹重新發(fā)條長葉而剪伐的枝條，與中藥材和畜禽飼料所用的桑枝相比，木質化部分占比較高，嫩枝占比較低，無法達到完全利用。如果只采用嫩枝部分，對于大量的桑枝消化利用也是杯水車薪。

桑枝栽培食用菌是大量消化利用桑枝的有效途徑。食用菌產(chǎn)業(yè)是農(nóng)民快速致富的有效途徑。近年來，隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，栽培原料匱乏和價格上漲成為重要的制約因素。桑枝用作食用菌栽培，有其獨特的功用。蠶桑產(chǎn)業(yè)尋求通過桑枝食用菌提高經(jīng)濟效益，相關產(chǎn)業(yè)在多地蓬勃發(fā)展，并有多人進行了食用菌品種選擇及培養(yǎng)料配方研究[26]。然而，從食用菌行業(yè)角度看，需要在經(jīng)歷標準化的栽培管理后，獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品收益，原料成本次之。桑枝雖然資源豐富且相對廉價，但在加工、運輸?shù)确矫娉杀据^高，且過于依賴人工。桑枝作為食用菌栽培原料，在技術熟化、經(jīng)濟效益以及所謂的產(chǎn)品功效方面并未達到顯著、可控的程度。這造成食用菌生產(chǎn)企業(yè)在嘗試采用桑枝作為原料后，依然傾向于采購價格較高的傳統(tǒng)雜木屑，使得桑枝栽培食用菌產(chǎn)業(yè)淪為“雞肋”，保健功效淪為“營銷概念”[38]。換言之，即使桑枝食用菌中含有較高含量的功能性成分，但與食用菌本身的營養(yǎng)價值相比也是相形見絀。因此，桑枝用于食用菌栽培，須重點研究栽培品種及產(chǎn)品加工問題，提高產(chǎn)品附加值，獲得市場認可，發(fā)揮桑枝的獨特功用，彌補加工、運輸成本較高的劣勢，通過桑枝栽培食用菌提高蠶桑產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益，與食用菌產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。桑枝改性利用也是大量消化利用桑枝的有效途徑，同樣面對加工、運輸成本較高的劣勢，同樣需要選擇特定產(chǎn)品，提高附加值，獲取較高的經(jīng)濟收益，才能實現(xiàn)桑枝利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

桑枝綜合利用應將跨學科和系統(tǒng)方法研究作為解決重大關鍵問題的首選項，從系統(tǒng)的要素構成、互作機理和耦合作用來探索問題解決的途徑。蠶桑是傳統(tǒng)勞動密集型產(chǎn)業(yè)，與其他產(chǎn)業(yè)相比，亟需提高勞動力投入產(chǎn)出比和單位面積效益，如人工飼料養(yǎng)蠶、桑園套種中藥材等。之前，有多個地方曾放棄蠶桑，發(fā)展比較效益更高的其他產(chǎn)業(yè)，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須直面的問題。桑枝功能性成分、栽培食用菌及改性利用等研究拓展了綜合利用的途徑，通過促進技術熟化，提高比較效益，形成良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，問題才能從根本上得到解決。