茶叶废弃物制纸工艺探索

邱晓莹，王校常

（1.临海市特产技术推广总站，浙江台州 317000；2.浙江大学茶叶研究所，浙江杭州 310058）

茶叶废弃物制纸工艺探索

邱晓莹1，王校常2*

（1.临海市特产技术推广总站，浙江台州 317000；2.浙江大学茶叶研究所，浙江杭州 310058）

主要研究茶叶废弃物作为纤维原料制纸的可行性及相关工艺参数的优化。试验获得的最优生产工艺为将原料进行漂烫后超声波处理30 min，用强酸高温（pH值1，90℃）处理1.5 h，洗涤过滤后强碱（pH值13，100℃）处理48 h，洗涤过滤漂白后，加入0.5%海藻酸钠静置1 h，然后40℃定型烘干4 h。该工艺所制成的茶渣纤维纸具有书写功能，有较好的延展性，生产成本低，文化附加值高。

茶叶废弃物；茶纤维；茶纸

国家统计局数据表明，2013年中国茶叶年产量达到192.45万t，而茶叶沏泡与速溶茶加工中利用的可溶性成分仅占茶叶干重的30%～40%［1］，茶饮料及速溶茶公司每年产生的茶渣达到16万t［2］。目前工业生产上，茶渣综合利用的主要方向有经微生物固体发酵后用作栽培基质、有机肥源、膳食纤维源、利用茶渣吸附作用制造吸附剂、茶渣中有效成分的制备等方面［3-7］，这些应用大多存在费用高昂、利用程序烦琐等实际问题，造成茶渣的实际利用极少，往往被作为生产废弃物，堆弃腐烂，不仅造成浪费，还污染环境。早期研究表明，茶梗纤维的平均长度为0.870 mm，平均宽度为0.017 mm［8］，与山杨比较相近，相较于其他优质制浆原料则较为细短，且细小纤维（0.15～0.50 mm）比例较高，平均达32%。考虑到目前茶文化的流行，特别是茶相关的书画产品的流行，如果在这些产品上引入茶纸元素，也许是一个很好的创意。

一个产品的核心价值在于其文化内涵，茶纤维纸在纸的基本功能上，赋予产品中华茶文化的文化特性，使得该产品有了清晰的市场定位，能准确地找到市场切入点。在商品化时，茶纤维纸可以制成茶叶小包装、会议便签、茶叶包装内的宣传书签等，结合茶叶营销宣传，能够有效地避开市场产品同质化的竞争，具有强大的市场生命力。本文旨在开发一种茶叶废弃物综合利用的新方法，探索茶叶废弃物造纸的初步工艺。

1 材料与方法

1.1 供试材料

材料为茶叶冲泡废弃物（由饮料加工工厂提供）以及茶树修剪废弃物（华家池茶园）。海藻酸钠（化学纯，天津市博迪化工有限公司），明胶（化学纯）、氢氧化钠（分析纯）和盐酸（分析纯）均为国药集团化学试剂有限公司生产。

电子显微镜、分析天平（上海精密科学仪器有限公司）、电热鼓风干燥箱、布氏漏斗、循环水式多用真空泵、超声波清洗器。

1.2 制纸工艺流程及参数

机械制浆容易破坏纤维长度，成纸强度低［9］，因此，本研究选用化学制浆。适当酸处理可以水解淀粉、果胶等物质［10］，以提高得浆率。为了凸显茶特点，制纸过程适当保持茶叶纤维纹理。

利用茶叶废弃物造纸的试验流程。以饮料加工厂的生产废弃物及茶园剪枝废弃物为原料，先将原料晒干，干茶渣用粉碎机粗略粉碎，用沸水漂烫5～10 min，至柔软取出，用冷水冲净后沥干，加沸水100℃超声处理30 min。然后进行酸处理，取4 g预处理后的材料加入50 m L酸液，恒温处理，用100目筛网滤去浆料中的水，用蒸馏水洗涤3次。再进行碱处理，向材料中加入50 m L碱液，恒温处理，用100目筛网滤去浆料中的水，用蒸馏水洗涤3次。将海藻酸钠、明胶置于水中浸泡24 h后溶解，可溶性淀粉需糊化，再用水定容至50 m L，加入浆料中，室温放置1 h，用100目筛网滤去浆料中的水，用蒸馏水洗涤3次。然后向材料中加入50 m L蒸馏水，用摇床振荡30 min，混匀浆料，排除气泡。接下来将处理好的浆料倒入垫有100目筛布的60 mm布氏漏斗，加压吸滤成型。吸滤时间不能过久，过久容易造成纸张成型不均匀；时间也不能太短，时间太短易造成纸张松软难成型。最后，将涂布好的试样用透水纸板固定，置于热风干燥箱中干燥。

1.3 工艺参数试验

酸处理pH值的确定。共设7个处理，pH值分别为1，2，3，4，5，6和7，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃不同pH值酸处理1.5 h，90℃碱处理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

酸处理时间的确定。共设5个处理，酸处理时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）不同时间，90℃碱处理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

酸处理温度确定。共设7个处理，酸处理温度分别为50，60，70，80，90，100和110℃，每组3次重复。预处理原料4 g，在设定的不同温度下酸处理（pH值1）1.5 h，90℃碱处理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

碱处理pH值的确定。共设7个处理，pH值分别为7，8，9，10，11，12和13，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，90℃不同pH值碱处理24 h，40℃烘干5 h。

碱处理时间确定。共设7个处理，碱处理时间分别为4，8，12，16，20，24，和48 h，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，100℃碱处理（pH值13）不同时间，40℃烘干5 h。

碱处理温度的确定。共设7个处理，碱处理温度分别为70，80，90，100，110，120和130℃，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，不同温度碱处理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

增稠剂比较试验。增稠剂类型为海藻酸钠和明胶，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，90℃碱处理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

增稠剂添加量的确定。共设10个处理，增稠剂添加量分别为0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09和0.10 g，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，90℃碱处理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

烘干温度的确定。共设5个处理，烘干温度分别为30，35，40，45和50℃，每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，90℃碱处理（pH值13）24 h，不同温度烘干5 h。

烘干时间的确定。共设7个处理，烘干时间分别为1，2，3，4，5，6和7 h。每组3次重复。预处理原料4 g，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，90℃碱处理（pH值13）24 h，40℃烘干。

2 结果与分析

2.1 酸处理

酸处理可以除去一些糖类等，同时为后面的碱处理做前期准备。由表1中可看出，pH值为1时，有利于消解的进行，得到的茶纤维纸均匀度较好。

表1 不同酸处理对茶渣纤维纸成型状况影响

从表2可以看出，延长酸处理时间可以使纸张更均匀，但处理2 h以上效果变化不明显。考虑到酸处理会水解纤维素，减少原料的有效利用率，因此，本研究选用酸处理时间为1.5 h。

表2 不同酸处理时间对茶渣纤维纸成型状况影响

由表3可知，不同酸处理温度对茶渣纤维纸的成型效果影响不大，但酸处理温度高于90℃时，茶渣纤维纸略微坚韧。所以本研究酸处理最优方案为pH值为1，90℃处理1.5 h。

表3 不同酸处理温度对茶渣纤维纸成型状况影响

2.2 碱处理

从表4可以看出，pH对碱处理过程中纤维消解影响较大，且具有跃变性。pH值＜12时，茶渣消解程度很低；pH值≥12时，能够得到较好的消解产物。

表4 不同碱处理对茶渣纤维纸成型状况影响

表5结果表明，碱温度越高越有利于茶渣的碱消解，但由于试验条件限制，本研究选取碱处理温度100℃。

表5 不同碱处理温度对茶渣纤维纸成型状况影响

表6结果表明，延长碱处理时间，虽然会稍微影响产量，但可以大大改善纤维品质，碱处理48 h已能达到制浆要求。

表6 不同碱处理时间对茶渣纤维纸成型状况影响

酸碱处理试验结果表明，碱处理过程中提高pH值和温度、延长消解时间都可以提高纸张质量。相比酸处理条件，碱处理条件对纤维质量有着决定性的影响。因此，在压缩酸处理时间的基础上，可以适当延长碱处理时间。

2.3 增稠剂筛选

2种增稠剂的比较结果表明，海藻酸钠的成型性能比明胶好，但纸张性状方面比明胶差，添加海藻酸钠的纸张表面光滑度好、纸张较脆、易产生气泡，而添加明胶的纸张表面较粗糙、纸张韧性较好、不易产生气泡。使用明胶后纸层容易产生一层薄膜状物质，不利于书写、喷墨，因此成型性好的海藻酸钠更适合作为增稠剂塑形。

海藻酸钠溶液在纸张定型之前会被滤去，所以添加不同质量海藻酸钠的试验重复度较低，可以延长海藻酸钠溶液的浸泡时间来减少误差。海藻酸钠可以加强纤维之间的聚合力，帮助定型，但过多的海藻酸钠会在纸表面产生一层膜，影响茶渣纤维纸的柔韧度以及透明度。结果表明，添加0.02 g海藻酸钠的纸张成型情况最佳，其次为添加0.03和0.04 g。因此加入0.02 g为最优组，即海藻酸钠质量占原料质量的0.5%。

2.4 烘干参数

烘干温度为25℃时，纸张皱缩、较硬、胶皮状；30，35，40℃时，纸张边缘略微皱缩、平整光滑；45，50，60℃时，纸张较硬脆、易皱缩、不均匀。表明低温慢烘茶渣纤维纸有更好的成型效果，温度过高会导致失水不均匀而产生皱缩。

烘干1 h时，纸张未干；烘干2 h时，纸张微湿；烘干3 h时，纸张大致干透且较平整、韧性好；烘干4 h时，纸张干透且较平整、韧性好；烘干5 h时，纸张干透且较平整、较脆；烘干6和7 h时，纸张干透、微皱缩、脆。表明烘干时间不能太长，时间过久可能会导致茶渣纤维纸水分含量过少而变脆，韧度和扩张力降低。

综合上述结果，茶叶废弃物造纸实验室方案：原料进行漂烫后超声波处理30 m in，90℃酸处理（pH值1）1.5 h，洗涤过滤，100℃碱处理（pH值13）48 h，洗涤过滤，漂白，加入原料质量0.5%海藻酸钠静置1 h后成型烘干。该工艺所制成的茶纤维纸对原料的平均有效利用率为9.13%，具有书写功能以及较好的延展性，生产成本低、文化附加值高。

2.5 茶渣纤维纸与各种市售纸比较

对比市售纸张，发现茶渣纤维纸存在着柔软度不足，较脆且透气度不足的缺点，茶纤维纸与打印纸、牛皮纸的比较见表7。茶渣纤维纸在喷涂油墨后容易擦除（图1中E），但对水性笔有着较好的亲和力，书写效果见图1中D。可能是因为茶叶中半纤维素含量较高，导致纸张孔隙较少，油墨难以渗入，在工厂化生产中可以添加少量木质纤维或竹子纤维进行调节。可以用茶渣纤维纸制作茶叶包装袋，绿色环保（图1中F）。

表7 茶渣纤维纸与2种市售纸的优劣比较

图1 3种纸对比及茶纤维纸的应用效果

3 小结

本研究所得到的茶渣纤维纸有较强的韧度和较好的伸张力，且纸张本身呈现较为清丽的鹅黄色，减去了染色的麻烦，茶纸的质地体现了茶叶的原料特点。茶渣纤维纸作为一种新型原料产品，其受到的市场关注度将远远高于其他普通市售纸，同时延长了茶产业的产业链，降低了茶产业对环境的污染，满足时尚消费者猎奇心理的同时，迎合了消费者对中国传统文化的需求。

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（责任编辑：侯春晓）

S 571.1；TQ 914.1

：B

：0528-9017（2015）10-1643-04

文献著录格式：邱晓莹，王校常.茶叶废弃物制纸工艺探索［J］.浙江农业科学，2015，56（10）：1643-1646.

10.16178/j.issn.0528-9017.20151040

2015-05-18

邱晓莹（1990-），女，浙江台州人，本科，研究方向为茶叶种植加工、茶叶综合利用。E-mail：xiaoyingqiu920@163.com。

王校常，教授，博士，研究方向为茶园土壤质量及安全生产、茶叶香气分析及应用。E-mail：xcwang@zju.edu.cn。