晁雨蕊,高錦紅,朱文博,王亞寧

(渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)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(zhì),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(duì)廢棄茶進(jìn)行合理的研究利用,用于農(nóng)牧業(yè)、食品業(yè)、精細(xì)化工、醫(yī)藥以及環(huán)保等領(lǐng)域,能為企業(yè)帶來很好的生產(chǎn)效益[1-2]。

目前,我國對(duì)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(duì)茶渣的高值化利用主要途徑有動(dòng)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(nóng)牧業(yè)、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域有很廣闊的應(yīng)用前景,本文從廢棄茶的活性成分研究和利用兩方面的進(jìn)展進(jìn)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(jìn)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(zhì)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(duì)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(duì)茶多酚的結(jié)構(gòu)、功能特性及其在食品發(fā)酵中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,研究得出茶多酚能抑制發(fā)酵肉制品中脂質(zhì)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(qiáng)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(duì)茶多酚在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的應(yīng)用和作用分析,指出茶多酚在食品貯藏保鮮領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。張冠亞[6]等闡述了茶多酚的特點(diǎn)、物理及化學(xué)性質(zhì),分析和討論了茶多酚在食品領(lǐng)域中的應(yīng)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(fēng)味物質(zhì),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(jīng)系統(tǒng)興奮劑,是廣泛被消費(fèi)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(duì)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(fù)蘇[7]。

1.3 茶多糖

茶多糖是具有一定生物活性的復(fù)合多糖,是極具開發(fā)潛力的天然活性物質(zhì)。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(duì)象,用丙酮沉淀法提取茶多糖,結(jié)合響應(yīng)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(shí)間2 h、浸提3次后茶多糖的提取率達(dá)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(duì)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(zhì)

茶蛋白是茶葉中的一種植物蛋白,具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值,具有抗腫瘤、抗氧化性、降血脂等多種生理功能,對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化及冠心病有一定的預(yù)防作用,茶蛋白也在預(yù)防輻射方面具有積極作用。茶渣中蛋白質(zhì)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(duì)茶渣中的蛋白質(zhì)進(jìn)行提取,通過正交實(shí)驗(yàn)得出最佳條件,提取率達(dá)到90.82%。韓瑋[12]等以夏秋茶為原料,對(duì)茶蛋白的提取工藝進(jìn)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(jìn)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(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn),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(jìn)行膳食纖維的提取,茶渣中膳食纖維得率可達(dá)27.06%。目前對(duì)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(duì)永川秀芽茶渣不溶性膳食纖維進(jìn)行提取工藝研究,對(duì)堿提法的關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化,并通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)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(dá)46.95%,這為開發(fā)高附加值產(chǎn)品提供了科學(xué)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(yù)防某些疾病如冠心病、糖尿病、結(jié)腸癌和便秘等方面起著重要作用。茶葉深加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物茶渣中,含有少量的絡(luò)合態(tài)色素、礦物質(zhì)、氨基酸、茶多酚、咖啡堿等,同時(shí)還含有大量水不溶性物質(zhì),比如蛋白質(zhì)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(cè)定結(jié)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(cè)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(yīng)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(yīng)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(shí)驗(yàn)依據(jù)。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)在血壓調(diào)節(jié)中扮演重要角色,目前也得到廣泛關(guān)注,代成[18]等采用超聲波預(yù)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(yīng)面法進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化,并對(duì)多肽進(jìn)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(chǔ)。利用食源蛋白制備的天然活性肽是當(dāng)前的研究熱點(diǎn),茶渣中抗氧化活性肽的制備有著很好的應(yīng)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(duì)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(jī)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(duì)茶湯的保鮮作用,將茶渣、交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、木質(zhì)纖維素三種吸附劑的吸附結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比,發(fā)現(xiàn)茶渣的吸附性能改善茶湯在儲(chǔ)藏期間的外觀品質(zhì),更具實(shí)用意義。

2.2 生物有機(jī)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(jī)肥,另外,茶渣中的茶多酚對(duì)土壤有改良修復(fù)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(jī)肥其肥效具有速效性和長(zhǎng)效性。曾雄[21]等揭示了茶渣中的生物質(zhì)炭對(duì)茶園土壤有機(jī)碳礦化特征的影響,經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用茶渣生物質(zhì)炭后,茶園土壤有機(jī)碳的含量明顯提高,茶渣中生物質(zhì)炭能促進(jìn)茶園紫色土和水稻土的礦化作用,少量施用時(shí)對(duì)黃壤土的有機(jī)碳礦化分解有著一定的抑制作用,同時(shí)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(dòng)物飼料添加劑

廢棄茶中有蛋白質(zhì)、維生素、胡蘿卜素等多種營養(yǎng)成分。茶渣用作動(dòng)物飼料添加劑可提高動(dòng)物飼料的營養(yǎng)價(jià)值,延長(zhǎng)飼料儲(chǔ)存時(shí)間,能增強(qiáng)動(dòng)物免疫力并促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。蔡頂曉[22]等以肉兔為對(duì)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(qiáng)動(dòng)物的抵抗力和免疫力。將廢棄茶作為動(dòng)物飼料添加劑,能給畜牧業(yè)及社會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)效益,應(yīng)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(zhuǎn)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(hù)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(shì)贏得了廣泛關(guān)注,與傳統(tǒng)的化學(xué)燃料相比,具有經(jīng)濟(jì)效益還具有環(huán)保理念,符合我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。鐘亮[23]等通過生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的工藝流程圖,詳細(xì)介紹了茶渣生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)及應(yīng)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(cè)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(jìn)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(jìn)行處理的茶渣的吸附效果好。重金屬廢水對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,對(duì)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(shí)際污水處理方面有比較廣闊的應(yīng)用前景。

2.6 能源儲(chǔ)存和環(huán)境修復(fù)

隨著對(duì)廢棄茶的深入研究和開發(fā),其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊,目前,茶葉廢棄物在能源儲(chǔ)存和環(huán)境修復(fù)方面也有了新的進(jìn)展,周琰[25]等為探索廢棄生物質(zhì)材料的高值化利用在儲(chǔ)能和環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用潛力,以茶渣為原料,采用簡(jiǎn)便方法用KOH活化法制備了多級(jí)孔炭材料(TWBC750),研究了將其作為超級(jí)電容器電極和環(huán)境吸附劑時(shí)的性能,探析了TWBC750在能量存儲(chǔ)和去除污染物時(shí)所表現(xiàn)出的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,實(shí)驗(yàn)合成的高效TWBC750為茶葉廢棄物在環(huán)境修復(fù)和能源儲(chǔ)存領(lǐng)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(gè)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(jìn)展,如茶醋,茶醋是以茶葉為主要原料制成的飲料型醋產(chǎn)品,具有較廣的市場(chǎng)前景[27]。如發(fā)酵的茶酒,茶酒是以茶湯為基礎(chǔ)原料,經(jīng)發(fā)酵釀制出的一種低咖啡堿含酒精飲料,適當(dāng)飲用可幫助腸胃消化,可調(diào)節(jié)人體免疫力,這類低咖啡堿食品擁有廣闊的市場(chǎng)前景[28]。

3 結(jié)語

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