廢棄茶中活性成分的研究利用進展

晁雨蕊,高錦紅,朱文博,王亞寧

(渭南師范學院 化學與材料學院,陜西 渭南 714099)

廢棄茶是指在茶葉種植修及及茶葉加工過程中的茶渣和茶梗、茶片和茶末等一些茶的廢棄物。廢棄茶中留有豐富的活性物質,含有游離氨基酸、茶多酚、兒茶素、糖類和咖啡堿等大量的有用成分,這些活性成分的含量與茶葉中的相近,甚至比茶葉中的含量要高。若對廢棄茶進行合理的研究利用,用于農牧業(yè)、食品業(yè)、精細化工、醫(yī)藥以及環(huán)保等領域,能為企業(yè)帶來很好的生產效益[1-2]。

目前,我國對廢棄茶的綜合利用還處在初步研究階段,主要在廢棄茶中成分分析、提取、肥料和飼料添加劑等方面的研究較多,對茶渣的高值化利用主要途徑有動物飼料添加劑、菌類培養(yǎng)基、植物土壤肥料、藥物吸收與緩釋以及重金屬及染料吸附劑等[3]。廢棄茶在農牧業(yè)、食品和醫(yī)藥等領域有很廣闊的應用前景,本文從廢棄茶的活性成分研究和利用兩方面的進展進行綜述,主要從廢棄物茶中茶多酚、生物堿、多糖、氨基酸等方面進行,為廢棄茶的綜合開發(fā)利用提供參考。

1 主要活性成分的研究

1.1 茶多酚

茶多酚是茶葉中特有的成分,是多酚類物質的總稱,具有抗氧化輻射、抗腫瘤、抗衰老、降血糖以及抑菌等多種作用[4]。目前對茶多酚的研究在食品行業(yè)較多,常作為化妝品等生活日用品的添加劑,作為某些疾病的藥品原料以提高藥效。在食品工業(yè)中要加入各種功能的食品添加劑,茶多酚就是一種天然食品添加劑,陳露[5]等對茶多酚的結構、功能特性及其在食品發(fā)酵中的應用現(xiàn)狀進行了綜述,研究得出茶多酚能抑制發(fā)酵肉制品中脂質氧化、抑制雜菌生成,在乳制品發(fā)酵中能抑制酪蛋白水解、增強乳制品抗氧化性和穩(wěn)定性,在谷物發(fā)酵中能降低丙烯酰胺等的含量,通過對茶多酚在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的應用和作用分析,指出茶多酚在食品貯藏保鮮領域具有良好的應用前景。張冠亞[6]等闡述了茶多酚的特點、物理及化學性質,分析和討論了茶多酚在食品領域中的應用和發(fā)展前景。

1.2 咖啡堿

咖啡堿在茶葉中含量很高,一般為2%～4%,是茶葉的重要風味物質,也是重要的生物活性化合物,作為世界常用藥物之一,是中樞神經系統(tǒng)興奮劑,是廣泛被消費的生物堿類。茶中咖啡堿的提取方法有升華法、超臨界CO2提取法、吸附法和離子液體提取法等,目前對咖啡堿的研究并不多,大多數(shù)研究在醫(yī)療方面,用于臨床治療昏迷復蘇[7]。

1.3 茶多糖

茶多糖是具有一定生物活性的復合多糖,是極具開發(fā)潛力的天然活性物質。茶多糖的提取方法有超濾法提取、水浸提法、酶法輔助提取等,目前研究方法中水提法和酶法提取較多[8]。董亮[9]等以云南普洱茶為對象,用丙酮沉淀法提取茶多糖,結合響應曲面優(yōu)化選出最佳工藝,提高了茶多糖的提取率。焦自明[10]等研究了從中低檔茶渣中提取茶多糖的最佳工藝,在提取條件為料液比1∶30(g∶mL),提取溫度85 ℃、時間2 h、浸提3次后茶多糖的提取率達5.22%。粗老茶葉等廢棄茶中的茶多糖比新茶中的含量高,說明廢棄茶是提取茶多糖的良好材料,如果能合理開發(fā)利用,對解決茶渣造成的環(huán)境污染問題是一種新途徑。

1.4 蛋白質

茶蛋白是茶葉中的一種植物蛋白,具有豐富的營養(yǎng)價值,具有抗腫瘤、抗氧化性、降血脂等多種生理功能,對動脈粥樣硬化及冠心病有一定的預防作用,茶蛋白也在預防輻射方面具有積極作用。茶渣中蛋白質的提取方法有超聲波提取法、堿法提取、酶法提取等。黃曉輝[11]等利用超聲波對茶渣中的蛋白質進行提取,通過正交實驗得出最佳條件,提取率達到90.82%。韓瑋[12]等以夏秋茶為原料,對茶蛋白的提取工藝進行了優(yōu)化,并且利用凍融法和超聲波來輔助提取,通過研究使茶渣中茶蛋白得到有效利用。

1.5 膳食纖維

膳食纖維作為一種重要的生物活性成分,具有促進消化、降血糖、降血脂等功效。沈銳[13]等采用醇沉堿提法,提取了永川秀芽茶渣中的可溶性膳食纖維,設計4因素3水平的正交試驗,研究了可溶性膳食纖維提取的最佳工藝條件。在最佳工藝條件下進行膳食纖維的提取,茶渣中膳食纖維得率可達27.06%。目前對不可溶性膳食纖維的提取方法采用堿提法較多,謝青松[14]等采用單因素分析法對永川秀芽茶渣不溶性膳食纖維進行提取工藝研究,對堿提法的關鍵因素進行優(yōu)化,并通過設計正交試驗確定了提取最佳工藝條件,茶渣中不溶性膳食纖維的提出率達46.95%,這為開發(fā)高附加值產品提供了科學依據(jù)。

1.6 粗纖維

粗纖維是膳食纖維的一類,膳食纖維體現(xiàn)的是不能被消化吸收的那些化合物,粗纖維體現(xiàn)的是不能被消化液水解的那部分,在預防某些疾病如冠心病、糖尿病、結腸癌和便秘等方面起著重要作用。茶葉深加工過程中產生的副產物茶渣中,含有少量的絡合態(tài)色素、礦物質、氨基酸、茶多酚、咖啡堿等,同時還含有大量水不溶性物質,比如蛋白質和茶纖維[15]。廢棄茶中粗纖維是最主要成分,鄭清梅[16]等研究了市面上常見4種茶及其茶渣的粗纖維含量,測定結果表明茶葉中粗纖維含量在10%～16%,茶渣中粗纖維含量在13%～19%,還發(fā)現(xiàn)在所有分析檢測的樣本中的鐵觀音及其茶渣的粗纖維含量是最高的。

1.7 抗氧化活性肽

廢棄茶中的抗氧化活性肽具有抗氧化能力,可作為添加劑及保健品應用于食品行業(yè),具抵抗肌膚衰老、防止化妝品氧化等作用廣泛應用于化妝品。祝子坪[17]等以茶渣為原料,優(yōu)化制備抗氧化活性肽的制備工藝,有效提高了堿性蛋白酶酶解茶渣中的蛋白效率,提高了抗氧化活性肽得率,為茶渣的回收利用新路徑提供實驗依據(jù)。血管緊張素轉換酶(ACE)在血壓調節(jié)中扮演重要角色,目前也得到廣泛關注,代成[18]等采用超聲波預處理酶解法,從茶渣蛋白中獲得高ACE抑制活性的新肽,用響應面法進行工藝參數(shù)優(yōu)化,并對多肽進行分子量分布以及穩(wěn)定性分析,為茶渣的高值化利用提供了理論基礎。利用食源蛋白制備的天然活性肽是當前的研究熱點,茶渣中抗氧化活性肽的制備有著很好的應用前景。

1.8 其他活性成分

廢棄茶中還有其他的活性成分如茶色素、茶皂素、茶氨酸等,這些對人體具有較好的保健作用[19]。

2 茶廢棄物的利用

2.1 生物吸附劑

茶葉渣中的膳食纖維及水不溶性的成分,是具有吸附作用的主要活性成分,所以茶渣具有吸附功能,且吸附效果優(yōu)于原茶。目前,茶渣在有機染料、放射性元素、重金屬的吸附等方面研究較多。張晶晶[20]等探究茶渣的吸附性能對茶湯的保鮮作用,將茶渣、交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、木質纖維素三種吸附劑的吸附結果進行分析對比,發(fā)現(xiàn)茶渣的吸附性能改善茶湯在儲藏期間的外觀品質,更具實用意義。

2.2 生物有機肥

茶渣中的氮含量為2.5%～4.0%,五氧化二磷含量為0.4%,氧化鉀的含量為1.4%,可作為生物有機肥,另外,茶渣中的茶多酚對土壤有改良修復的效果,能夠抑制土壤中脲酶的活性,能防止氨和氮的揮發(fā)。茶渣作為有機肥其肥效具有速效性和長效性。曾雄[21]等揭示了茶渣中的生物質炭對茶園土壤有機碳礦化特征的影響,經實驗發(fā)現(xiàn)施用茶渣生物質炭后,茶園土壤有機碳的含量明顯提高,茶渣中生物質炭能促進茶園紫色土和水稻土的礦化作用,少量施用時對黃壤土的有機碳礦化分解有著一定的抑制作用,同時能顯著減弱紫色土和水稻土的固碳能力,黃壤土的固碳能力也顯著提高。

2.3 動物飼料添加劑

廢棄茶中有蛋白質、維生素、胡蘿卜素等多種營養(yǎng)成分。茶渣用作動物飼料添加劑可提高動物飼料的營養(yǎng)價值,延長飼料儲存時間,能增強動物免疫力并促進動物生長。蔡頂曉[22]等以肉兔為對象,在其飼料中添加茶葉提取物,能降低肉兔脂肪和膽固醇含量,增強動物的抵抗力和免疫力。將廢棄茶作為動物飼料添加劑,能給畜牧業(yè)及社會帶來經濟效益,應用前景十分可觀。

2.4 顆粒燃料

廢棄茶作為顆粒燃料是將廢棄茶渣轉化為新型資源加以利用,顆粒燃料是以茶渣和污泥作為原料,既可以保護生態(tài)環(huán)境,又可以資源再利用,作為一種新型的燃料以其特有的優(yōu)勢贏得了廣泛關注,與傳統(tǒng)的化學燃料相比,具有經濟效益還具有環(huán)保理念,符合我國經濟的可持續(xù)發(fā)展。鐘亮[23]等通過生產生物質顆粒燃料的工藝流程圖,詳細介紹了茶渣生物質顆粒燃料的生產及應用前景,為茶渣的綜合利用提供理論依據(jù)。

2.5 用于廢水處理

茶渣在廢水處理中有過濾、凈化、測試的作用,在處理含酚、含氟、含重金屬等廢水中有一定的研究進展。李必才[24]等以黑茶茶渣為原料制備的生物炭用于吸附廢水中的Cr6+,研究顯示茶渣生物炭的吸附效果要比未進行處理的茶渣的吸附效果好。重金屬廢水對環(huán)境污染嚴重,對人體健康傷害很大,目前利用茶渣處理含重金屬廢水的研究較多,廢棄茶在實際污水處理方面有比較廣闊的應用前景。

2.6 能源儲存和環(huán)境修復

隨著對廢棄茶的深入研究和開發(fā),其應用領域越來越廣闊,目前,茶葉廢棄物在能源儲存和環(huán)境修復方面也有了新的進展,周琰[25]等為探索廢棄生物質材料的高值化利用在儲能和環(huán)境修復中的應用潛力,以茶渣為原料,采用簡便方法用KOH活化法制備了多級孔炭材料(TWBC750),研究了將其作為超級電容器電極和環(huán)境吸附劑時的性能,探析了TWBC750在能量存儲和去除污染物時所表現(xiàn)出的實際應用價值,實驗合成的高效TWBC750為茶葉廢棄物在環(huán)境修復和能源儲存領域中可循環(huán)利用提供了理論依據(jù),為廢棄茶的高值化利用提供了一個可持續(xù)發(fā)展的途徑。

2.7 其他方面

廢棄茶可作為制備活性炭的原料、木屑板原料及聚合物填充材料、吸附材料、土壤改良劑原料、食用菌培養(yǎng)料,也常作為工業(yè)、建筑、環(huán)保家具及生物能源等的原料[26],在日常生活中可用作枕頭的枕芯;能用來泡腳治腳氣;可用來刷鍋除油污、煮茶葉蛋等。目前,在食品中的新進展,如茶醋,茶醋是以茶葉為主要原料制成的飲料型醋產品,具有較廣的市場前景[27]。如發(fā)酵的茶酒,茶酒是以茶湯為基礎原料,經發(fā)酵釀制出的一種低咖啡堿含酒精飲料,適當飲用可幫助腸胃消化,可調節(jié)人體免疫力,這類低咖啡堿食品擁有廣闊的市場前景[28]。

3 結語

作為來源廣泛、成本低廉的生物質資源,廢棄茶具有很好的多用途開發(fā)應用前景。目前,雖然廢棄茶中活性成分及其在工農業(yè)、食品業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)保等領域中的應用有了一定的研究進展,但國內對廢棄茶的利用程度仍比較低,對茶渣等的開發(fā)利用技術缺乏較大規(guī)模推廣,在有些領域的研發(fā)技術也不完善,這需要結合交叉學科及高新技術的合作,廢棄茶的工業(yè)化應用將會是未來的研究重點。廢棄茶中含有豐富的營養(yǎng)物質及活性成分,隨著各種交叉領域學科的發(fā)展,加上現(xiàn)代分析技術的不斷提高,廢棄茶將在化工業(yè)、食品業(yè)、畜牧業(yè)等領域會有很好的應用前景。