中國茶渣綜合利用研究現(xiàn)狀

丁其歡 武珊珊 錢楊楊 馬占霞 李向波 熊昌云

(1滇西應用技術大學普洱茶學院云南普洱 665000;2云南農(nóng)業(yè)大學熱帶作物學院云南普洱665099;3云南天士力帝泊洱生物茶集團有限公司云南普洱 665000)

中國是茶葉生產(chǎn)的大國，每年產(chǎn)生大量的茶渣。中國茶葉流通協(xié)會的統(tǒng)計，2020年全國干毛茶產(chǎn)量為298.60 t，比上年增加19.26萬t，增幅9.62%。隨著茶葉深加工的發(fā)展，將會產(chǎn)生越來越多的茶渣，茶渣的綜合利用尤為顯得重要。

茶渣是茶葉經(jīng)沖泡飲用或活性成分提取加工后的副產(chǎn)物，含有豐富的纖維素、木質素、蛋白、多酚、多糖、皂素等功效成分，其中粗纖維含量為13.0%～19.0%，粗蛋白含量為26.0%～35.0%，茶多酚含量為4.2%～10.1%［1］。茶渣是一種可再生的生物質資源，在重金屬及染料的吸附劑、動物飼料的添加劑、植物的土壤肥料、菌類的培養(yǎng)基、有效成分提取及造紙等方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?/p>

1 茶渣在工業(yè)廢水等處理中的應用

茶渣雖屬于農(nóng)業(yè)廢棄物，但其自身具有較好的污染物吸附性能，可用于廢水中重金屬、有機物、氟化物和氰化物等污染物的脫除，其主要成分中的羧基、羥基、氨基等官能團能與重金屬或有機污染物發(fā)生鍵合從而對這些物質產(chǎn)生吸附作用，其脫除作用以化學吸附為主［2-3］。茶渣的孔隙發(fā)達，同時具有物理吸附作用［4］。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，產(chǎn)生越來越多的工業(yè)廢水，水體中重金屬污染、染料污染問題日趨嚴重，工業(yè)廢水處理的主要方法有化學沉淀法、電解法、離子交換法、吸附法等［5］。茶渣在工業(yè)廢水處理中的應用，多以茶渣直接用于廢水處理或者以茶渣為原料制備成活性炭、氧化微晶纖維素水凝等，利用其所制品的吸附性進行廢水處理［6］。

CAY等［7］研究表明，茶渣可有效地從污水系統(tǒng)中去除Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ），其最大吸附容量可分別達（8.64±0.51）和（11.29±0.48）mg/g。陳華泉等［8］以茶渣為原料，采用氫氧化鉀活化法制備茶渣活性炭，通過FE-SEM和BET表征，說明茶渣活性炭具有豐富的孔結構，屬于微孔活性炭，表面含有含氧官能團，能夠提高其親水性，對亞甲基藍有優(yōu)異的吸附效果，可應用于染料廢水的處理。唐躍武等［9］研究表明，F(xiàn)e3O4納米粒子可有效被茶渣修飾，F(xiàn)e3O4納米粒子與茶渣發(fā)生共軛效應，74.95%左右的茶渣修飾在Fe3O4納米粒子表面，當pH 7.0時，吸附效果最好，Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）初始質量濃度為100 mg/L，吸附時間為2 h時，F(xiàn)e3O4茶復合物對Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）的吸附率分別為94.58%、94.28%。張軍科等［10］發(fā)現(xiàn)，茶葉渣對Pb2+和Cd2+的吸附率、吸附量都會隨著時間的延長而增高，最后可分別達到72.13%和93.75%，效果良好。龔新懷等［11］采用化學共沉淀技術制備了茶渣/納米Fe3O4磁性復合材料，其表面可見有顆粒狀物質堆積，對水溶液中亞甲基藍的吸附量隨Fe3O4負載量增加而先增大后減小，在303 K下，其對亞甲基藍的最大吸附量為160.5 mg/g，比單純茶渣提高了9.93%，且具有良好的再生與循環(huán)使用性能。黃華［12］以茶渣為原料提取茶渣纖維素，經(jīng)過鹽酸水解轉化為微晶纖維素，然后采用TEMPO氧化體系進行氧化改性制備氧化微晶纖維素和納米纖維素，在離子液體體系中制備成氧化微晶纖維素水凝。并研究了其對亞甲基藍的吸附性能、吸附動力學模型及吸附等溫線模型，該水凝膠在工業(yè)廢水處理領域具有潛在的應用價值。范世鎖等［13］以茶渣為原料，在300、500和700℃限氧條件下熱解制備成茶渣生物炭，對比研究表明，700℃制備成茶渣生物炭對四環(huán)素的吸附量最高，可作為工業(yè)廢水中四環(huán)素去除的良好吸附劑。劉智鈞［14］研究表明，不同嫩度的茶葉所提取的纖維素在結構上沒有差異，在制得的茶葉纖維素復合水凝膠中加入不同比例的氧化碳納米管和氧化石墨烯能夠改善其各項性能。

盧綺靜等［15］利用甲醛與乙酰丙酮可生成穩(wěn)定黃色化合物的原理，在414 nm波長下測定黃色化合物的吸光度，從而可測定茶葉渣中所吸附的甲醛的含量。研究表明，廢棄茶葉渣對甲醛有較好的吸附效果，10～30 min，茶渣對甲醛的吸附能力較大，且溫度對茶葉渣的吸附效果有著明顯的影響，隨著溫度的升高，茶葉渣對甲醛的吸附量呈現(xiàn)上升的趨勢，茶渣對甲醛的吸附作用是一個動力學和熱力學的行為［16-17］。

2 茶渣在畜禽飼料中的利用

茶渣中含有數(shù)量可觀的茶多酚、茶多糖、氨基酸、維生素、纖維素、半纖維素等［18-19］，作為飼料使用，具有豐富的營養(yǎng)價值［20-21］，茶多酚具有消炎殺菌作用［22］，能夠降低飼養(yǎng)成本，改善豬肉品質，提高動物的抗病能力，減少抗生素等藥物的使用［23］?？蔀榘l(fā)展低脂、綠色健康豬肉產(chǎn)品提供思路。目前茶渣在飼料中的應用主要是直接添加到飼料中、提取有效成分添加到飼料中、茶渣作為基質與輔料利用微生物發(fā)酵［24］。

高鳳仙［25-26］等在飼料中添加5%的茶渣替代5%的麥麩進行生豬飼養(yǎng)實驗，研究表明對生長育肥豬的生長及肉質無顯著影響，茶渣中粗纖維含量較高，不易吸收，配比不宜過高。

舒慶齡等［27］研究表明，將茶渣直接添加到飼料中喂食肉雞，添加3%的稍好于5%的，但都不如未添加茶渣的對照組增重率高，但是用糖化酶對茶渣進行發(fā)酵后再添加，有明顯的增重效果，飼養(yǎng)15 d增重超過對照雞32.97%，飼養(yǎng)30 d增重超過對照雞8.2%。胡桂萍等［28］選用麩皮、稻殼粉、玉米粉、豆粕、花生秸稈、燕麥草、高粱糠、紅薯渣為輔料，添加到茶渣中進行混合菌微生物固體發(fā)酵，得到豆粕發(fā)酵效果最好，發(fā)酵飼料中蛋白質含量最高，達到29.49%。冉雷［29］利用茶渣和麥麩的混合發(fā)渣酵茶，研究表明，用發(fā)酵茶渣替換等比例的肉羊精補料對肉羊的生長性能、瘤胃發(fā)酵、營養(yǎng)物質的消化率和血液參數(shù)沒有顯著影響，但從飼養(yǎng)成本和對肉羊生長性能的考慮，發(fā)酵茶渣替換肉羊精補料的最適比例為20%。朱飛等［30］研究表明，在85%茶渣＋15%麥麩的混合原料中添加100 mg/kg乳酸菌制劑可獲得較優(yōu)質的青貯茶渣飼料。賴建輝等［31］、李英［32］的研究表明，在奶牛飼料中添加茶渣，可增加奶牛的采食量，有利于提高日平均產(chǎn)奶量。

對多數(shù)研究進行分析可見，茶渣在畜禽飼料中的利用是可行的，直接添加的方式不如發(fā)酵后再利用，雖不能提高增重速度，但能節(jié)約飼養(yǎng)成本，對提高肉質品質具有潛在影響。

3 茶渣在肥料中的應用

茶渣中還存留大量的營養(yǎng)物質。研究表明，以茶渣為堆肥原料的各項堆肥指標要高于用家禽糞便為原料的堆肥指標，茶渣作為肥料可以增加大棚蔬菜和瓜果的產(chǎn)量，加快農(nóng)作物的生長速度，能夠滿足培養(yǎng)食用菌的養(yǎng)分［33-34］。

陳利燕［35］從自然發(fā)酵的茶渣中選出假絲酵母菌、青霉菌、黑曲霉和白地霉，再將篩選出的菌株添加到茶渣中進行前三天好氧發(fā)酵后三天厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)出“茶渣有機-無機復合肥”，研究表明：施用茶渣肥后茶樹的最低產(chǎn)量也比尿素高出18.7%，而且產(chǎn)量都比施用有機肥要高，4月和5月施用茶渣肥的茶葉中的氨基酸比施用尿素的茶葉分別高出44.8%和10.8%，水浸出物4月和10月施用茶渣肥的茶葉比施用尿素的茶葉分別高出18.1%和16.2%，且該肥料有改善土壤的作用。胡民強等［36］用茶渣肥料與復合肥進行蔬菜種植對比，結果表明，茄子增產(chǎn)18.9%，番茄增產(chǎn)10.9%，葫蘆增產(chǎn)8.6%，辣椒無顯著差異，茶渣肥料兼具速效性和長效性，并具有明顯的抗連作障礙作用。鄭世伯等［37］從腐熟茶渣中篩選得到的白地霉、放線菌、嗜熱芽孢桿菌、乳酸菌和熱帶假絲酵母組合制備成發(fā)酵菌劑，接種到茶渣與牛羊糞便混合物中進行發(fā)酵處理，生產(chǎn)出的有機肥與對照組相比，全氮含量提高10.4%，全磷和全鉀分別提高10.2%和12.2%，C/N比值降低6.5，粗纖維含量降低6.87%，促進了堆肥中有機物質的礦化，以及纖維素等難降解物質的降解。程萬莉等［38］研究表明，施用茶渣有機肥降低了土壤的堿化度，對于緩解NO3-和SO42-失衡導致的土壤鹽堿化有明顯的改良作用。肖欣娟等［39］研究表明，茶渣生物炭能顯著增加紫色土、水稻土和黃壤的土壤TOC含量，能夠顯著提升土壤有機碳的氧化穩(wěn)定性。黃藝寧等［40］研究表明，加入茶渣代替木屑有助于提高虎奶菇的產(chǎn)量，將20%的木屑替換成茶渣的產(chǎn)量最高。木屑全部替換成茶渣栽培虎奶菇，不僅菌絲正常生長，而且產(chǎn)量也比對照組高。

4 茶渣有效成分提取研究

從茶渣中提取有效成分的研究多以提取纖維素、蛋白質、茶多糖等為主［41］。Ishmael Ayim［42］將超聲波技術用于茶渣蛋白質堿提過程的強化，并進一步通過水解制備功能多肽，利用響應面法得出最佳的超聲輔助堿提條件，全面研究了預處理方法對茶渣蛋白各方面影響，制備出茶渣多肽和紅茶渣蛋白降血壓肽，并對其活性進行研究。楊旭等［43］采用濕法糖基化對茶渣蛋白進行改性，以接枝度和褐變指數(shù)為指標，通過單因素和響應面試驗優(yōu)化改性工藝，并分析改性對蛋白功能特性的影響。結果表明，以葡萄糖作為糖基供體，與茶渣蛋白1∶1（m/m)，在83.68℃、pH 10.60的條件下進行糖基化反應，此時接枝度達到32.89%左右。該工藝得到的茶渣蛋白較改性前，溶解性、乳化性及乳化穩(wěn)定性、起泡性及泡沫穩(wěn)定性都明顯增加。鄭天芝［44］以微乳法從茶渣中提取出的茶渣蛋白，進行了不同蛋白酶酶解制備茶渣抗氧化肽和茶渣ACE抑制肽的研究以及超聲輔助酶解制備茶渣抗氧化肽和茶渣ACE抑制肽的研究，并且對茶渣多肽的分離與活性進行了研究。楊文婷等［45］利用質量分數(shù)為13%的NaOH、提取時間100 min、料液比1∶20（m/V），在此工藝條件下能高效提取出茶葉中纖維素。祝子坪等［46］研究表明，低功率超聲能夠有效提高堿性蛋白酶酶解茶渣蛋白效率，增加抗氧化活性肽得率。丁世環(huán)等［47］利用普洱茶茶渣提取茶多糖，研究表明，浸提溫度100℃、時間120 min、料液比1∶30（g/mL），超聲波功率420 W為最優(yōu)提取條件，茶多糖得率為2.29%，所得的普洱茶渣茶多糖具有較強的抗氧化性。

5 茶渣的造紙利用初探

伊藤園公司利用茶渣制造出多種紙產(chǎn)品，有名片、信封等。邱曉瑩等［48］以茶渣和茶樹修剪廢棄物為原料，研究表明最優(yōu)工藝為將原料進行漂煮后超聲波處理30 min，用強酸高溫（pH 1，90℃）處理1.5 h，洗滌過濾后強堿（pH 13，100℃）處理48 h，洗滌過濾漂白后，加入0.5%海藻酸鈉靜置1 h，然后40℃定型烘干4 h。董俊杰等［49］將茶渣粉與木漿原料混合制成紙漿，生產(chǎn)出具有淡淡茶香的可書寫的紙張。

本課題組利用普洱茶茶渣進行古法制漿抄紙實驗，具體工藝為：茶渣→蒸煮→打漿→洗漿→抄紙→曬干，雖能抄出紙張，但柔韌性差，無法應用在普洱茶包裝上。將構樹皮制漿后，混合茶渣制得的紙漿，共同抄紙，可制出柔韌性好且具有茶香的紙張。具體工藝為：構樹皮→蒸煮→打漿→洗漿→混合茶渣紙漿→抄紙→曬干。另外將茶渣用氫氧化鈉和硫酸鈉進行堿化和硫化，所得紙漿可抄出紙張。僅利用茶渣進行古法打漿抄紙的可行性較低，和構樹皮共同打漿抄紙或者將茶渣經(jīng)過堿化和硫化處理制漿可行，所得紙張進行普洱茶餅的包裝，不僅達到了資源的循環(huán)利用，也為普洱茶產(chǎn)品包裝增加了亮點，為茶渣的綜合利用新方向提供思路。