摘 要：剑麻加工副产物是指压榨剑麻叶片获取纤维过程中的麻渣、麻水等非目标产物。因其含有丰富的果胶、皂素、叶肉组织、纤维素、木质素等生物源物质，而具有较高的利用价值。文章针对剑麻加工副产物的综合利用研究进行综述，分析剑麻加工副产物综合利用的研究进展和技术水平，并针对剑麻加工副产物的研究和应用提出问题和建议,旨为剑麻加工副产物的研究和应用提供参考。
关键词：剑麻；副产物；综合利用；研究进展
剑麻纤维因具有坚韧耐磨、质地刚柔、富有弹性、耐腐蚀、防静电等特性被广泛应用于重工业、轻工业、国防、民生等重要领域，在我国被列为重要的战略性物资[1-3]。当前，剑麻纤维的获取主要来源于剑麻叶片加工，叶片加工过程中除产出占剑麻叶片 3%～5%[4-5]的纤维外，还会产生大量含有丰富果胶、皂素、纤维素、木质素等生物质[6-9]的副产物，如麻水、麻渣。因其生物质含量丰富，剑麻麻水、麻渣未经处理直接排入环境会产生较大的负面影响[10]，进而制约剑麻加工的工业产出，影响产业的可持续发展。剑麻加工副产物麻渣、麻水中的生物源物质综合利用可降低剑麻加工产业对环境造成的负面影响[11-12]，促进有机物的高值化利用，解决当前制约剑麻加工的主要瓶颈，进一步优化产业产出结构，促进剑麻产业的可持续健康发展，对剑麻产业的长远发展具有重要意义。
1 剑麻加工副产物综合利用研究
当前剑麻叶片加工中产生的一些非目标产出物主要有剑麻麻水、剑麻麻渣、剑麻短乱纤维，针对不同产物的资源化利用方法差异较大。
1.1 剑麻麻水资源化利用
剑麻麻水是剑麻纤维加工过程中对剑麻叶片进行压榨、冲洗、清洁所产生的混合液体，其含有的果胶、皂素等生物源有机物经过发酵会散发出极其刺鼻的恶臭味。目前，麻水的综合利用途径主要有厌氧发酵生产生物源沼气、提取剑麻皂素用于制药工业和针对性处理后用于作物灌溉。
1.1.1 麻水生产沼气
20 世纪 80 年代贺鹰抟等[13-14]探索剑麻麻水发酵沼气已产出可满足使用要求的沼气。Muthangya 等[15-16]研究表明，适当的发酵前处理、基料粒径（<2 mm)及载体对以剑麻麻水作为发酵基底的厌氧消化生产沼气具有促进作用，可有效提高剑麻加工副产物的发酵表现。2008 年，我国提供技术支撑援助坦桑尼亚 Tanga 市建成了年产沼气 50 万 m3、年发电约 75 万 kWh剑麻废水沼气发电工程，有力促进了剑麻麻水的循环利用[17-18]，表明麻水发酵生产沼气已达到应用水准。近年来，陈涛等[19-20]利用发酵微生物菌和甲烷微生物菌混合菌剂开展剑麻麻水除臭发酵取得了明显进展。
1.1.2 麻水提取剑麻皂素
剑麻皂素是合成动物甾体类激素的重要原料，具有抗炎、止血、镇痛等作用[21]。我国自 20 世纪 70 年代初开始了剑麻皂素的分离鉴定和提取[22-24]，至 1979 年成功利用剑麻皂素合成蛋白同化激素[25]，此后利用剑麻皂素合成氢化可的松、倍他米松、地塞米松、哌库溴铵、雄甾烯酮等重要的医疗和化工用品[12]，于 1992 年建立剑麻麻水中剑麻皂素的提取工艺[26]，探索出利用 ZG-21 菌株进行生物转化生产剑麻皂苷元的清洁生产工艺[27]，目前剑麻皂素提取和利用已经较为成熟，与皂素提取相关的设备、技术、工艺、方法形成了较为全面的技术方案[28-30]。
1.1.3 麻水回田灌溉
广西壮族自治区亚热带作物研究所针对剑麻麻水的回田再利用建立了年处理麻水 2 万吨的核心示范区，对处理的麻水利用管道输送进行滴灌还田，取得了较好的示范效果(广西热作所承担的广西重点研发计划项目“剑麻麻渣麻水资源化利用关键技术研究与示范”通过现场查定 http://www.gxrzs.com/article/1630052178.html)，显示剑麻麻水回田具备一定的应用价值。
剑麻麻水的资源化利用在沼气生产构架[15-18]、剑麻皂素提取[28-30]方面取得了较好成效，在麻水回田灌溉方面开展了试验探索，筛选出了麻水发酵的特定菌株菌种[19]，在麻水利用方面集成了较为成熟的技术。综合而言，对剑麻麻水资源化利用的产业链结构已经较为完备，基本达到了剑麻麻水的资源再利用，但技术在市场的大规模应用与生产基础、产业相关政策息息相关，麻水的资源化无害利用仍无法完全实现。
1.2 剑麻麻渣利用方法
剑麻麻渣中主要有剑麻叶表组织、叶肉组织、果胶、不溶性膳食纤维等生物源材料[31-34]，针对其中丰富的有机物，目前剑麻麻渣的无害化利用方式有微生物发酵堆肥、膳食纤维研究、制备叶绿素铜钠和提取剑麻果胶。
1.2.1 剑麻麻渣堆肥
麻渣还田可有效改良土壤肥力[35]，但直接还田极易传播剑麻病虫害，影响剑麻植株的健康生长。覃旭等[36]利用商品化的腐熟剂筛选出了最佳的剑麻麻渣腐熟剂和腐熟时间（21d）；谭施北等研究指出，低水平石灰与微生物菌剂混合进行堆肥具有最佳的腐熟效果[37]。目前，利用剑麻麻渣腐熟的有机肥栽培蘑菇尝试较多[38-42]，含剑麻渣 42%、棉籽壳 32%为主料的配方用于栽培夏秀玲食用菌，投入产出比可达 1.00∶5.05[38]，剑麻麻渣种植平菇的转化率可达到 79.9%[42]，显示出剑麻麻渣用于作物栽培的堆肥原料具有较好前景。
1.2.2 剑麻麻渣膳食纤维
胡蝶[43]利用酸处理法完成了剑麻麻渣中的可溶性纤维和不可溶性纤维的分离，并针对性测定提取物的理化活性，建立了剑麻渣全利用的连续工艺，确定了可溶性膳食纤维得率为9.8%、不可溶性膳食纤维得率为 58.9%的最适提取条件（料液比为 1:20、pH 为 1.5，温度为100 ℃，时间为 90 min），并对分离出来的成分进行了活性评价，明确了膳食纤维的主要成分，为剑麻加工副产物的利用提供了新的途经，但与剑麻的膳食纤维利用研究相关成果较为少见，显示该利用途径暂未受到重视。
1.2.3 剑麻麻渣制备叶绿素铜钠
叶绿素铜钠作为一种无毒的天然食用色素在食品加工中大量使用。韩耀玲[12]2004 年首次完成了剑麻麻渣制备叶绿素铜钠的研究，并明确指出其急性毒素较低；林翠梧等[44]建立了麻渣的叶绿素铜钠制备方法。自此之后，2018 年又有利用剑麻麻膏进行叶绿素铜钠制备的研究，制备获得了具有较高稳定性的叶绿素铜钠[45]，但未见相关的实践应用。
1.2.4 剑麻麻渣提取果胶
1958年Aspinall等确定了剑麻果胶的存在[46]，2004 年韩耀玲[12]利用酸解和盐析完成了对剑麻麻渣中果胶成分的抽提工作，获得了符合国家标准的低酯果胶。此后，研究人员利用卡唑比色法[47]、红外光谱法[48]等方法对剑麻果胶的鉴定分析不断进行，为筛选最佳的提取缓冲液和沉淀方法持续优化剑麻麻渣果胶的提取工艺[49]。2013年，Santos等[50]利用水萃取的方法建立了最高达19.2%得率的剑麻麻渣果胶提取方法；2014年，Maran等[51]利用超声波技术辅助抽提剑麻麻渣果胶，果胶得率提升到 29.32%；YANG 等[52]利用酶和超声联合处理进一步将果胶得率提升到 31.1%。目前，剑麻麻渣提取纯化技术体系已建立了涵盖果胶制备、果胶提取、高效分离、产品开发等多维度的专利技术[53-56]。
通过肥料化利用实现剑麻麻渣资源化利用已较为成熟[36-38]，剑麻麻渣堆肥已经具备了整套处理工艺，但实际生产中将未堆肥麻渣直接还田十分常见，造成后茬剑麻病虫害流行严重的情况屡见不鲜[43]；剑麻麻渣制备膳食纤维、提取果胶、制备叶绿素铜钠等技术现还处于开发阶段，且膳食纤维、叶绿素铜钠制备技术研究现已基本停滞，市场化应用有待推进。
1.3 短纤维、乱纤维的利用开发
剑麻加工过程中产生的短纤维和乱纤维经济价值低于优质的剑麻纤维，无法满足剑麻钢丝绳芯、工业缆绳等高要求的应用需求，但仍具有较高的经济价值。短乱纤维的资源化利用，主要可以在水泥中作为应力增强材料和高端纸张的纸浆原料。
1.3.1 短乱纤维在水泥基复合材料的应用
通过掺加纤维改善水泥基复合材料的脆性[57-58]，在高速路面、桥梁公路、隧道、码头、国防工程、水利工程、工业建筑及建筑墙面等场景中多有应用。研究[59-61]表明，掺入长度 10～40 mm 的剑麻纤维可增强材料的抗弯强度、提升抗渗防裂和防冻性能，浸渍防护处理工艺可有效提升混凝土中剑麻纤维的耐久性[62]，不同使用场景的剑麻纤维水泥基材料中纤维应用长度、纤维直径、单位添加量等参数已有探索[63-65]。目前，剑麻纤维增强复合材料已经建立较为完善的技术方法[66-68]，剑麻短乱纤维符合复合材料添加的材料需求，可作为资源再利用的解决方案。
1.3.2 纤维造纸
20 世纪 50 年代，研究人员利用剑麻纤维制备纸浆的探索已经开始，后来根据剑麻纤维特性，剑麻纤维特种造纸的应用逐步开拓，剑麻纸浆所具备的市场潜力逐渐被认可[69-70]。我国最早于 1991 年尝试性利用剑麻纤维造纸[71]，逐步优化制备出具有强度高、耐折、透气等性能的纸张[72-74]，该类纸张可用于包装纸、钞票纸、证券纸、新闻纸等高端用途[75-76]。已有研究[77-78]利用剑麻纤维作为原材料成功制备无纺布，进一步拓宽了剑麻纤维造纸的应用场景。
造纸工艺中纸浆原料中剑麻纤维的长度多为 1～2 mm[74,77-79]，并不需要优质的长纤维，剑麻的短纤维、乱纤维经过处理便是极佳的纸浆原材料。
综合研究和应用情况，剑麻纤维加强水泥基材料性能已应用普遍且优势明显，利用剑麻纤维提升混凝土材料性能方面，在技术研究和生产应用中已经十分成熟[63-68]，但尚无利用剑麻短乱纤维在水泥基材料性能优化方面的综合利用；利用剑麻纤维制备剑麻无纺布和特种纸张的技术已经成熟[76-79]，已有剑麻纤维制备纸张投入应用。
2 我国剑麻加工副产物资源再利用制约因素
2020―2024 年，笔者依托中国科学技术协会“剑麻产业与技术发展路线图研究”项目对我国广西、广东剑麻主产区和初加工工厂进行实地调研，结合从业人员座谈和技术研究资料查阅分析，在剑麻的综合无害化资源利用方面，麻水、麻渣和短乱纤维资源化利用方法受到的制约因素的重点不同。
2.1 麻水资源化利用制约因素
目前，麻水资源利用的制约因素主要有四个方面：一是剑麻麻水产区分散，制约麻水的集中处理；二是剑麻麻水沼气产出量有待提升，现阶段沼气处理、皂素提取的投入产出盈利极为困难；三是剑麻麻水的回田灌溉受到麻水营养成分不足、麻水酸值过高等问题制约；四是剑麻麻膏的处理措施和提取工艺分离导致了产业上下游利益分配不均。
2.2 麻渣资源化利用制约因素
目前，麻渣资源利用的制约因素主要有五个方面：一是剑麻麻渣区域产出量大、局域产出量小，难以形成规模优势从而降低生产成本；二是剑麻麻渣制取的有机肥附加值与其他生物源肥料相比优势不明显；三是剑麻麻渣制取有机肥的规范标准和监管机制不够成熟；四是剑麻麻渣提取果胶优势不突出，提取过程中的有机溶剂可能造成新的污染；五是叶绿素铜钠、膳食纤维提取技术实用性探索不足。
2.3 短纤维、乱纤维资源化利用制约因素
目前，短纤维、乱纤维资源利用的制约因素主要有三个方面：一是剑麻短纤维、乱纤维的脱胶工艺处理流程不完备；二是加工企业对剑麻短纤维、乱纤维管理不规范，影响后续使用质量；三是剑麻纤维专用纸张、无纺布的产出受市场规模限制。
3 总结与展望
3.1 总结
剑麻加工副产物含有的剑麻皂素、纤维素以及沼气发电等生物质能源原料具有较好的再利用价值，通过技术研究实现剑麻加工副产物的资源化再应用十分必要。本文针对剑麻加工副产物资源的综合利用情况，梳理分析了剑麻麻水、麻渣和短乱纤维的资源化利用方法研究进展，其中麻水的沼气发酵、皂素提取和麻渣的堆肥利用技术目前相对成熟，但进一步扩大应用仍受市场投入产出效益制约；麻渣提取叶绿素铜钠、膳食纤维和果胶以及短乱纤维再利用研究仍处于探索阶段，近期研究表明，麻渣提取叶绿素铜钠、膳食纤维等部分研究进展已经停滞，其主要原因在于技术的实用性和前景不够明确。结合剑麻加工副产物的产出和影响，剑麻加工副产物的利用研究首要应该是剑麻麻水、麻渣的资源化综合利用，通过麻水除臭发酵和麻渣堆肥利用等较为成熟的技术解决剑麻初加工产业面临的环境污染和资源浪费；其次是对剑麻短乱纤维的有效再利用，加快推进熟化果胶提取、特种造纸等技术提升产业的附加值，为剑麻产业的绿色发展提供支撑。
3.2 展望
剑麻加工副产物的研究和应用现已积累了较好的技术基础和产业态势，沼气发电、麻渣堆肥、皂素提取以及特种造纸等技术集成了成熟的技术基础，但总体而言，剑麻麻水、麻渣的综合利用水平仍不高，综合利用研究和应用仍有待深化，基于此本文提出两点建议：
一是强化技术研究开发，拓宽副产物应用场景。目前，涉及皂素提取、果胶提取等相关过程会引入有机溶剂而导致新的污染，麻渣堆肥、膳食纤维生产、沼气生产的总体生产架构不够完善，一定程度上限制了剑麻副产物的再次利用，进一步完善技术专项研究，细化具体参数，解决瓶颈问题，如探索剑麻麻渣提取物在多功能化妆品上的使用[80-81]，拓宽剑麻加工副产物的应用场景。
二是优化产区产业布局，降低副产物处理成本。剑麻副产物主要产出于初加工过程，具有区域产量大、局域产量不足的特征，在剑麻产区内一般分散于不同加工厂，通过合理规划产业布局，实现区域集中的标准处理，进一步降低基础生产成本，从而优化剑麻副产物的投入产出，促进副产物的高值化利用。
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文章摘自：袁志能,赵双双,徐杨玉,等.剑麻加工副产物综合利用研究进展[J/OL].中国麻业科学,1-10[2024-12-10].
