茶末的綜合利用研究進展

王偉偉，陳琳，2，張建勇，江和源，*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，農(nóng)業(yè)部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，浙江省茶葉加工工程實驗室，浙江杭州310008；2.中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京100081）

茶末、茶片主要是在茶葉加工的揉捻、烘焙等工序時脫落下來的片末。茶葉加工過程中會產(chǎn)生大量的茶末、茶片，約占茶葉總產(chǎn)量的10%～30%[1-2]。許多茶葉加工企業(yè)并未將茶片和茶末分開，且現(xiàn)有研究多數(shù)未對兩種副產(chǎn)物進行區(qū)分，本論文以茶末代表茶葉片末進行綜述。茶末中的游離氨基酸、茶多酚、兒茶素、糖類和咖啡堿等含量與茶葉相近，甚至高于茶葉中的含量[3]，因此，茶末可作為功能成分提取純化的優(yōu)質(zhì)原料。研究表明，茶末具有較多的功能活性，如抗氧化、調(diào)節(jié)血糖和血脂等功能，以及降低魚類的脂肪和膽固醇含量[4-11]，可用于開發(fā)功能性的食品、飼料和保健品。

目前，茶末的利用途徑主要有以下幾個方面：（1）名優(yōu)茶加工過程中產(chǎn)生的少量茶末，以嫩芽、嫩葉為主，滋味醇厚，通常用于直接沖飲；（2）低檔茶原料較為粗老，機械加工過程中會產(chǎn)生較多的茶末，該類茶末苦澀味較重，主要用于茶多酚、兒茶素、茶氨酸、茶多糖等成分的提取；（3）茶末還可以用于動物飼料、卷煙和茶酒等產(chǎn)品的開發(fā)。本文對茶末的不同利用途徑研究進展進行綜述，為今后茶末的深入研究和應用作參考。

1 茶末功能成分的提取純化

1.1 茶多酚的提取

茶多酚是茶葉中最主要的活性成分之一，具有良好的營養(yǎng)和藥坯價值，有抗氧化、抗輻射、抗腫瘤、抗動脈粥樣硬化等功效[12]，茶多酚主要有兒茶素、黃酮及黃酮苷類、花青素和花白素類、酚酸和縮酚酸類[13]，茶末中的茶多酚含量高，是提取利用的優(yōu)質(zhì)原料。

茶末中提取茶多酚的方法主要有溶劑提取法、離子沉淀法、吸附樹脂法、超聲波浸提法、超高壓提取法和超臨界流體萃取法等[14]。溶劑提取法一般用乙醇溶液或水浸提，應艷杰等[15]優(yōu)化了綠茶末中茶多酚提取的工藝條件，得到乙醇濃度45%，提取溫度67.5℃、料液比15∶1（g/mL）時兒茶素提取率最高。離子沉淀法采用氯化鋅和硫酸鋅作為沉淀劑，沉淀時要求調(diào)節(jié)pH值為中性或偏酸性，過濾后采用鹽酸轉(zhuǎn)溶，然后用乙酸乙酯萃取，濃縮干燥后得到純度較高的茶多酚[16-17]。超聲波輔助浸提能加速浸提物的擴散速度，縮短提取時間和降低提取溫度，薛麗群等[18]研究了超聲波輔助提取茶末中的茶多酚，提取溫度60℃，料液比1∶15（g/mL）、提取時間21 min，兩次浸提茶多酚的浸出率較高，經(jīng)殼聚糖吸附純化，茶多酚的純度可達到90.95%。李棟林[19]研究了超聲波耦合雙水相提取技術(shù)，采用乙醇/硫酸銨雙水相體系提取，乙醇濃度50%、硫酸銨25%、溫度45 ℃、料液比 1∶70（g/mL）、超聲時間 16 min，茶多酚的提取率為17.58%，該方法無污染，提取時間短，提取率高。超高壓技術(shù)用于提取茶末中的茶多酚具有效率高、能耗小、溫度低等優(yōu)勢，李素云等[20]采用乙醇濃度50%、料液比 1 ∶20（g/mL）、壓力 200 MPa、保壓時間5 min時，茶多酚的提取率達到37.7%。此外，馮歡歡等[21-22]采用機械化學法和β-環(huán)糊精輔助法研究了茶末中總黃酮的提取分離工藝，利用β-環(huán)糊精對黃酮的包合或吸附作用，提高黃酮的水溶性，β-環(huán)糊精添加量8.27%，總黃酮的提取率為7.84%，發(fā)現(xiàn)機械化學輔助提取能縮短提取時間，節(jié)約能源，提高提取率。Münevver S?kmen等[23]采用超臨界流體萃取法分離得到純度為94.28%的兒茶素，且分離時間短。

1.2 咖啡堿的提取

咖啡堿是茶葉中含量最高的生物堿，能刺激神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)，具有提神、去疲勞、提高記憶力、降低Ⅱ型糖尿病風險、抗癌等功效，但在過量使用時會引起高血壓、心律不齊和鈣流失等不良反應。茶葉中的咖啡堿含量一般為2%～4%，高于咖啡和可可屬植物，是咖啡堿利用的的優(yōu)質(zhì)原料[24-25]。

茶末可用于咖啡堿的提取。20世紀90年代研究采用分段提取法，熱水浸提，減壓過濾后濾液進行濃縮，濃縮液加入生石灰去除單寧酸，然后用60%～70%的乙醇溶解，過濾濃縮后冷卻結(jié)晶即可得到咖啡因粗品，粗品采用沸水溶解后活性炭脫色，趁熱過濾，冷卻結(jié)晶后過濾，干燥結(jié)晶，即得到咖啡堿的純品[26-27]。馬森[28]改進了茶葉中咖啡堿的提取方法，以武夷巖茶茶末為原料，采用95%的乙醇90℃回流提取，加入氧化鎂或氧化鈣，90℃烘干水分和乙醇，得到咖啡因粗品，再將粗品放置于180℃～190℃油浴中，使得咖啡堿升華，結(jié)晶在漏斗上，即得到純度為80%以上的咖啡堿。

總的來看，咖啡堿自身性質(zhì)較穩(wěn)定，能在適當高溫下進行提取，溶于熱水，微溶于冷水，溫度高于178℃時可大量升華。因此，水提和乙醇提取均可，純化后冷卻結(jié)晶和高溫升華均可得到純度較高的咖啡堿。

1.3 茶多糖的提取

茶多糖是茶末中重要的活性物質(zhì)，具有降血糖、降血脂、降血壓、增強免疫力、抗腫瘤、防輻射等功效[29]，6大茶類的茶末中茶多糖含量均較高。庫爾班吾斯曼等[30]研究發(fā)現(xiàn)3%的碳酸鈉溶液在85℃條件下可從綠茶、紅茶和茯茶中提取較多的茶多糖。趙叢叢[31]對云南綠茶茶末中茶多糖的提取工藝進行了優(yōu)化，得到料液比 1 ∶10（g/mL）、提取溫度 85℃、時間 100 min，提取 3次條件下提取率為93.82%。鄭霖華等[32]優(yōu)化了安溪鐵觀音茶末中茶多糖的提取工藝，得到料液比1∶80（g/mL）、提取溫度90℃、時間130 min，茶多糖的得率最高，浸提后離心、抽濾、濃縮、醇沉可得到茶多糖的粗提液。綜合來看，茶多糖的提取以水溶液為主，也有采用鹽溶液和酸堿溶液浸提的，浸提溫度一般為85℃以上，且pH值對茶多糖提取影響較大，不同茶末最佳提取工藝略有差異。茶多糖的純化工藝主要包括Sevage法去蛋白、活性炭或樹脂法去色素、透析法去小分子雜質(zhì)、柱層析法去纖維素和凝膠柱層析分離不同分子量的茶多糖等[33-34]。

1.4 茶氨酸的提取

茶氨酸是茶葉中含量最高的氨基酸組分，是茶葉的特征氨基酸，占茶葉干重的1%～2%，具有提高免疫力、調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)和預防心血管疾病等功效[35]，是近年來茶保健品市場的新寵。茶氨酸制備的方法以水提為主，結(jié)合超聲波、微波和酶處理等輔助提取方法，茶氨酸可通過活性炭吸附、樹脂動態(tài)吸附和洗脫等方法得到茶氨酸純品[36]。陳義勇等[37]采用超聲波和微波協(xié)同輔助法提取綠茶茶末中的茶氨酸，當料液比1∶40、提取時間50 min、微波功率80 W、超聲波功率50 W時，茶氨酸得率最高。陳政旭等[38]研究了鐵觀音茶末中茶氨酸的提取，發(fā)現(xiàn)料液比1∶23（g/mL）、提取溫度80℃、提取時間20 min條件下茶氨酸的得率最高。

1.5 其他成分的提取

茶末中水溶性膳食纖維、茶蛋白和多肽的提取和純化也有研究，水溶性膳食纖維具有減緩消化速度、調(diào)控血糖和膽固醇含量等功效[39]，王明元等[40]研究了堿法提取茶末中水溶性膳食纖維的工藝，發(fā)現(xiàn)影響提取率的因素依次是溫度、堿濃度和時間，當提取溫度90℃，NaOH含量8%和時間75 min時膳食纖維的提取率最高。

茶葉蛋白具有抗氧化、防輻射和降血脂等功效，蛋白中含有18種氨基酸，其中必需氨基酸占40.68%，是一種優(yōu)質(zhì)蛋白。茶葉中的多肽有調(diào)節(jié)激素、免疫、酶等功能，又可以抗氧化、抗病毒，且人體吸收率高于氨基酸[41-42]。茶葉蛋白和多肽提取方法主要是堿法提取和酶法提取，賀弘[43]的研究表明NaOH濃度0.1 mol/L，料液比 1 ∶60（g/mL）、溫度 80 ℃、時間 1.5 h，茶蛋白的提取率最高，為54.29%，然后用0.05%的堿性蛋白酶水解，經(jīng)10 000 Da超濾膜過濾，分子篩柱分離后可得到3種抗氧化能力強的茶多肽。

2 茶末的應用研究

2.1 動物飼料

茶末中富含茶多酚、粗纖維、蛋白質(zhì)等成分，用于動物飼料，能降低成本，提高禽畜的抗病能力，目前已有將茶末用于豬、雞和魚等飼料中的研究。

茶末添加在豬飼料中的影響。茶末能影響育肥豬胴體性狀，添加茶末能促進豬的消化器官發(fā)育和生長速率，研究表明，添加3%的茶末，能使育肥期縮短11 d，體重增加14%[44-45]。茶末添加在豬飼料中還能提高豬肉品質(zhì)，茶末中的茶多酚和茶多糖能降低豬肉中膽固醇和脂肪含量，減少豬背部脂肪含量，提高豬的廋肉率，提高豬肉的抗氧化能力，延長保鮮期，并且增加豬的肌肉中水分含量，保持豬肉鮮嫩，改善豬肉口感[46-47]。綠茶末改善豬肉品質(zhì)效果更好，綠茶添加飼料喂養(yǎng)的豬體重增長速率和谷胱甘肽過氧化物酶含量高于烏龍茶添加的飼料[48]。

茶末添加在雞飼料中的影響。茶末添加在雞飼料中可以提高產(chǎn)蛋個數(shù)、平均蛋重、產(chǎn)蛋率，提高雞蛋色級，提高飼料利用率、健雛率和出雛公雞率[49-52]。茶末添加能增強雞蛋蛋黃的黏聚性、咀嚼型、硬度、恢復性和彈性等指標[53]。茶末添加還能降低母雞的丙二醇、甘油三酯和膽固醇含量，提高蛋黃卵磷脂和維生素A含量，提高母雞體內(nèi)超氧化物歧化酶活力，提高母雞的抗病性，提高血清中總蛋白含量[54-55]。

茶末添加在魚飼料中的影響。研究表明，綠茶、紅茶、黃茶和黑茶添加在魚飼料中，均能降低肌肉中的脂肪和膽固醇含量，減少飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸含量，促進魚的生長，提高飼料的利用率，降低血清中低密度脂蛋白含量[56]。茶末還能提高魚肝臟中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性和維生素E、還原性谷胱甘肽含量，使得魚對環(huán)境刺激的抵抗力和抗應激能力增強[10]。

2.2 吸附材料

茶末是一種好的吸附材料，許多人會在新房裝修或購買新車后選擇放一些低檔茶葉或茶末用于吸附異味和甲醛，且茶末的物理結(jié)構(gòu)適合制備活性炭，可用于去除廢水中的污染物。有研究表明，茶末可以吸附水體污染物亞甲基藍、孔雀石綠和酚紅等染料，茶末經(jīng)過浸提去除部分化學物質(zhì)后干燥粉碎，即可作為染料的吸附劑，其中顆粒大小和pH值均會影響吸附量，茶末對亞甲基藍、孔雀石綠和酚紅的吸附量達到19.37、16.50、218.40 mg/g，孟加拉國的學者研究發(fā)現(xiàn)茶末對亞甲基藍的吸附高達85.16 mg/g，可能是采用的原料、pH值和吸附時間的差異[57-59]。綜合來看，茶末對廢水中的有毒有害染料具有較好的吸附效果。

茶末還可以用于重金屬元素的吸附。茶末能吸附廢水中的 Cu、Pb、Zn、Cr和 Cd等金屬元素，其中 Cu和Pb吸附速率快，當pH值為5～6時，15 min～20 min吸附率可達到90%，Cu和Pb的最大吸附量分別為48mg/g和65mg/g[60]。重金屬元素中茶末對Cr的吸附量最大，當pH值為7、溫度30℃時，吸附12 h，Cr的吸附量高達199.52 mg/g[61]。茶末對Zn也有一定的吸附效果，當pH值為4.2時，Zn的吸附率為8.9 mg/g[62]。茶末還可以吸附污染物中的Cd，如10%的茶末可減少沉積物中67.7%的Cd，使軟體動物和鳳眼蓮根部對Cd的攝取分別減少83%和75%[63]。由此可見，茶末對多種重金屬元素均有吸附去除效果，是治理水中重金屬污染的綠色途徑。

此外，茶末還可以吸附廢水中的氟離子，經(jīng)過胺交聯(lián)制備撐生物可以吸附劑去除水溶液中的磷酸根和硝酸根離子，還能用于生物柴油的凈化等[64-66]。總的來看，茶末的吸附效果好，適用范圍廣，包括燃料、金屬離子、鹽離子等，是一種新型的吸附劑材料。

2.3 卷煙行業(yè)

茶葉副產(chǎn)物在卷煙行業(yè)中的應用也有較多研究，茶末可用在卷煙的濾棒、煙絲和卷煙內(nèi)襯紙中。將茶末直接應用在煙絲上，或?qū)⒉杼崛∫簢姙⒃跓熃z上，可起到降低焦油、尼古丁，以及煙氣中有害成分含量的效果[67]；將茶末應用于濾棒中，不參與燃燒，可以吸附煙氣的異味，截留有害物質(zhì)，減少對人體的損傷，還可以增加煙氣中的致香成分[68]；將茶末應用于內(nèi)襯紙中，能使煙香細膩、柔和，刺激性減弱，茶韻凸顯，改善抽煙品質(zhì)[69]。此外，添加不同茶類的茶末能開發(fā)出差異化風味的卷煙產(chǎn)品。因此，將茶末應用于卷煙行業(yè)具有可行性，是推出高質(zhì)量卷煙產(chǎn)品的一種重要途徑。

2.4 其他應用

茶末在其他領(lǐng)域也有應用研究報道，例如，茶末可用于開發(fā)茶飲料、冰淇淋、面條、堅果、零食、點心等新型茶食品[70-71]；可以替代棉籽殼制備培養(yǎng)基，用于食用菌類的栽培[72]；茶末用于棉織物染色具有較高的色牢度，且無毒無害，滿足人們對高品質(zhì)和回歸自然的需求[73]；茶末添加入粘土磚中，可提高磚的抗壓力，生產(chǎn)出成本低、更環(huán)保建筑用磚[74]；茶末可以作為原料用于單寧酶的制備，變廢為寶，可以制得活性高達104 U/g的單寧酶[75]；茶末還可以用于生物質(zhì)燃料的加工原料、通過氣化可以產(chǎn)生氫氣，合成活性炭納米粒子后作為陽極鋰電池的材料具有較高的性能[76-78]。由此可見，茶末的應用研究領(lǐng)域廣，是一種生態(tài)、環(huán)保、健康產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)質(zhì)原料。

3 結(jié)論與展望

茶葉副產(chǎn)物的綜合利用一直是茶產(chǎn)業(yè)關(guān)注的重要研究方向。茶末的應用覆蓋了食品、日化品、保健、卷煙、吸附劑、建筑等行業(yè)，具有較好的開發(fā)利用前景。茶末的應用以天然產(chǎn)物的提取為主，如茶多酚、兒茶素、茶氨酸、茶黃素、茶褐素等成分和速溶茶的提取，每年用于提取的原料有數(shù)萬噸。其次，有部分茶末用于飲用和袋泡茶產(chǎn)品的開發(fā)。動物飼料、吸附劑、煙草、菌類的培養(yǎng)基、染色劑等方面還處于研究階段，相應的產(chǎn)品并不多，應用前景好，但仍有許多問題需要攻關(guān)，例如添加茶末對飼料口感的影響，茶多酚影響動物對微量元素的吸收，長期食用是否有負面作用，高添加量對雞產(chǎn)蛋和繁殖性能、蛋殼厚度和強度的影響，新的吸附劑和煙草產(chǎn)品開發(fā)等。整體來看，茶末的開發(fā)利用尚有待深入拓展研究。