茶叶副产物中的有效成分、功效及综合利用研究进展

孟洋，陈莉，*，卢红梅

（1.贵州大学贵州省发酵工程与生物制药重点实验室，贵州贵阳550025；2.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州贵阳550025）

中国是茶叶的发源地，在几千年的历史发展中长盛不衰。茶文化起源于秦汉时期，兴于唐，盛于宋，普及至今，是中国传统文化的结晶[1]。目前我国的茶叶品种多样化，经不同的制作工艺加工后，茶叶可分为绿、黄、白、青、黑和红茶六大类[2]。

我国是世界上主要的茶叶生产国，在茶叶生产及消费过程中会产生大量的茶渣、茶末、茶梗、茶花、茶饼粕等副产物。据估计我国每年会产生100 万吨以上的茶叶副产物（2018 年茶叶产量264 万吨[3]，而副产物占30%左右[4]，大约是100 万吨），但在如此庞大的基数下，我国对茶叶副产物的利用仍然匮乏且利用范围较窄。茶叶副产物中含有丰富的可提取物质，主要包括茶多酚（tea polyphenol）、茶多糖（tea polysaccharide）、粗纤维（crude fiber）、茶蛋白（tea protein）、氨基酸（amino acid）、咖啡碱（caffeine）等，其功效有抗氧化、抗癌症、抗菌、减低胆固醇、降血压等。因此，了解茶叶副产物综合利用的研究进展以及发展动态，不仅能够保护生态环境、减少茶叶副产物的浪费、增加其经济附加值，还能提高我国茶叶副产物综合利用技术，完善我国茶叶产业链。

1 茶叶副产物中的有效成分及功效

茶为国饮，在生产及消费的同时，会产生大量的茶叶副产物，含有较多的可利用物，如：咖啡碱、茶多酚、蛋白质、茶多糖、氨基酸、矿物质等，这些物质具有很高的再利用价值[5]。有研究表明，经过提取的茶渣中仍残留1%～2%茶多酚，0.1%～0.3%的咖啡碱，17%～19%的粗蛋白，16%～18%的粗纤维，以及部分氨基酸和少量茶多糖[6]。

1.1 咖啡碱

咖啡碱是重要的生物活性化合物，作为世界常用药物之一，是众所周知的中枢神经系统兴奋剂，也是广泛被消费的生物碱类[7]。属于甲基黄嘌呤类生物碱，又称为三甲基黄嘌呤、咖啡因、茶毒、马黛因、瓜拉纳因子、甲基可可碱等，其分子式为C8H10N4O2。

1.2 茶多酚

茶多酚是从茶叶中提取出的天然强抗氧化剂，属于多羟基类化合物，是茶叶中多酚类物质的总称，又称为抗氧灵、维多酚、防哈灵、茶单宁、茶鞣质等，主要包含黄烷醇类（儿茶素类）、黄酮类、黄酮醇类、酚酸类等物质。儿茶素类物质含有：表儿茶素（epicatichin，EC）、表没食子儿茶素（epigallocatichin，EGC）、表儿茶素没食子酸酯（epicatichin gallate，ECG）、表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatichin gallate，EGCG），其中又以EGCG 的抗氧化活性最高[8]。

1.3 茶蛋白

茶蛋白种类丰富，茶渣蛋白中含有的主要成分有谷蛋白及醇溶蛋白等，是茶叶中重要的功能成分，其含量约占茶叶干重20%～30%，但水溶性蛋白质含量较少，绝大部分为非水溶性蛋白质，约占茶叶总蛋白量的95%[9]。

1.4 茶多糖

茶多糖是从茶叶中通过各种方法提取出的一类具有活性的多糖的总称，是一种酸性糖蛋白，并结合有大量的矿质元素，较易溶于水，在强酸、强碱下易分解。茶多糖是继茶多酚后的又一重要活性成分，其主要成分包括：D-葡萄糖醛酸、鼠李糖、D-岩藻糖、L-阿拉伯糖、D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖和D-半乳糖等[10]。

1.5 氨基酸

茶叶中所含的氨基酸约有20 多种，主要包含了天冬氨酸，谷氨酸，精氨酸，丙氨酸，茶氨酸和酪氨酸等，其中茶氨酸占了总氨基酸的50%。游离氨基酸是茶中重要的味道成分，高水平的游离氨基酸有利于茶的品质，茶氨酸是一种独特的游离氨基酸，是绿茶鲜美甜味的主要化合物，使茶的滋味更加细腻[11]。

1.6 粗纤维

茶渣中所含有的绝大部分粗纤维为水不溶性膳食纤维，茶物质中所含有的粗纤维已被作为鉴别茶叶的老、嫩以及评定茶等级的国际公认标准，茶叶中粗纤维含量与茶叶品质为高度的负相关关系[12]。

1.7 功效

茶叶副产物中可提取的有效成分具有多种功效，对人体健康十分有益，详见表1。

表1 茶叶副产物中的有效成分、功效及含量Table 1 Effective components，efficacy and extraction rate of tea by-products

由表1 可知，茶叶副产物中还含有丰富的有效成分，对人体具有多种生理功效。在我国茶叶产量不断增加的前提下，加强对茶叶副产物的综合利用，将有助于提高茶叶资源的经济价值，促进茶产业的全面发展。

2 茶叶副产物在食品领域的综合利用

茶叶副产物含有大量的茶多酚、茶多糖、氨基酸、维生素等营养和生物活性物质，因此将茶叶副产物开发为食品或是食品添加剂，将有益于人体健康。

Chang 等[24]研究发现，以油茶粉作为黄酒生产的潜在原料，高含量的氨基酸以及微量茶叶皂苷进一步提高了黄酒的营养价值，能够产生对人体健康的有利因素。Choi 等[25]在研究中发现绿茶籽提取物具有抗酵母活性，是一种安全、有效的食品防腐剂，且在浓度为100 μg/mL 时，可完全消除接种酵母，在酱油保鲜中显示出极好的防腐效果。在其他研究中，Ning 等[26]发现在1 ∶100（质量比）的面粉水平上添加绿茶粉末，能够显著提高抗氧化活性，且在较高的绿茶粉末水平下，增加面包的咀嚼度。Wu 等[27]在海绵蛋糕制作工艺中发现，添加了速溶茶粉末的海绵蛋糕具有较好的抗菌和抗氧化活性，可以延长海绵蛋糕的货架期。Zhang 等[28]研究发现，将1 g/L 茶多酚添加到海藻酸钠食用涂料中对冬枣进行常温保存，在保持抗坏血酸含量、总酚含量和抗氧化酶活性的同时，显著降低了总叶绿素含量、呼吸速率、电解质渗漏量和丙二醛含量，因此，添加1 g/L 茶多酚的海藻酸钠基食用涂料具有在常温下保持鲜枣品质的潜力。

3 茶叶副产物在医疗领域的综合利用

茶叶副产物中所含有的茶多酚、茶多糖、咖啡碱等成分，是具有一定生理功效的物质，其作用方式主要包括：抗菌作用、抗癌症、抗炎症、抗氧化作用、降血压等。

Yang 等[29]在抗前列腺癌（prostate cancer，PC）的研究中发现，茶树多糖几乎不影响正常人细胞的增殖，并对其体外生长抑制作用进行了研究，最终发现茶树多糖通过诱导PC-3 细胞凋亡的机制实现了对PC-3细胞的体外生长抑制作用，可成为一种潜在的前列腺癌治疗药物。Axling 等[30]通过小鼠饲养研究发现，绿茶粉末与植物乳杆菌的单一菌株结合能够促进乳酸杆菌在肠道中的生长并减弱高脂饮食诱导的炎症。Zheng等[31]在研究中发现，普洱茶粉对在控制恶性肿瘤中诱导的肝脏氧化损伤有保护作用，其中尤以剂量0.8 g/（kg·d）（顺铂/茶粉）效果最佳。Xu 等[32]在研究中发现，富硒绿茶微粉能够以剂量依赖性的方式抑制环磷酰胺（cyclophoshamide）诱发的突变，具有明显的抗突变作用。Yuda 等[33]在研究中发现，采用热水法提取红茶渣中的茶多酚，不仅能够作为膳食补充剂还能对胰腺脂肪酶产生抑制作用，可以用来治疗肥胖症。

4 茶叶副产物在农业领域的综合利用

随着生活水平的不断提高，人们开始追求更健康的生活方式，绿色无污染的农产品愈加受到关注。茶叶副产物中含有的茶多酚、茶蛋白、维生素、茶多糖、氨基酸、粗纤维等物质，能够在动物养殖饲料及肥料中产生有益作用，因此，将茶叶副产品与饲料及肥料相关联是大势所趋，是推进农业健康发展的重要研究。

4.1 作为动物养殖饲料

茶叶副产物的价格与其它饲料相比较为低廉，将茶叶副产物按照一定的比例与其他物料混合作为动物的饲料能够降低养殖成本。有研究表明，在饲料中添加5%的茶渣产生的可利用物质可完全替代麦麸进行饲养，且养殖产量、品质不减，成本至少节约10%[34]。茶叶副产物作为饲料，除了价格低廉外，还有其他优点，如：能够降低胆固醇、提高机体抗氧化能力、提高抗病抑菌能力、改善生产性能、降低腥味等[35]。AfSharmanesh 等[36]在雄性肉鸡饲养研究中发现，绿茶粉末补充剂在肉鸡养殖中具有降低胆固醇的作用，并且可以作为抗生素生长促进剂的良好替代品。Biswas 等[37]在利用日本绿茶粉末对肉鸡的饲养研究中发现，绿茶粉末补充剂适合优质肉鸡的生产，在肉鸡日粮中添加0.5%～1.0%的绿茶粉末能够使肉仔鸡脂肪和胆固醇沉积较少、氧化谱较少，且对一般性能无严重不良影响。Shomali 等[38]经研究发现，持续添加2 周绿茶粉的饲料对肉鸡PCV，D-木糖的肠道吸收，血清总蛋白，脂质谱，矿物质浓度以及肉鸡的性能参数均无不良影响。

4.2 作为肥料

茶叶副产物在肥料中的作用主要取决于茶多酚、茶蛋白、有机物等，其中茶多酚可作为改善土壤的改良剂，茶蛋白可在土壤中直接转化为氮肥供以植物吸收养分[39]。利用茶叶副产物生产肥料能够减少环境的污染，也可落实生态环境可持续发展战略。

有研究表明，有机营养源与无机肥料的结合使用能够提高有机肥的潜力，也能提高无机肥料的利用率。堆肥茶与氮肥配合施用是提高甜菜产量、品质以及糖肥比，降低氮肥成本的最佳管理体系[40]。Mangwandi等[41]研究发现，茶叶废料的联合造粒提供了一种替代的废物回收方法，利用石灰石和茶叶副产物的不同组成，成功地制备出肥料颗粒。且茶叶废料与石灰石的比例变化会影响颗粒的压缩性，随粉料成分的增加，茶叶废液质量分数增加，颗粒强度降低。Pant 等[42]在研究中发现，以茶叶副产物作为原料，采用相同的工艺条件所产生的堆肥，优于市场上常见的以鸡粪、绿肥等产生堆肥的综合指标，且堆肥茶中存在的矿物质和赤霉素对白菜生长有着积极的影响。Hargreaves 等[43]在研究中发现，堆肥茶既能预防植物疾病，又能提供营养促进植物生长，堆肥茶的施用提高了土壤中镍的含量，且为草莓的生长提供了充足的养分，与土壤堆肥相比，其产量相当。

5 茶叶副产物在环保领域的综合利用

茶叶副产物在环境保护中的主要角色就是作为吸附剂，茶叶副产物组织结构疏松多孔，具有较大的比表面积，且含有较多的粗纤维，能够作为一种高效的低成本生物吸附剂，在环保领域中具有广阔的应用前景。

Cherdchoo 等[44]在研究中发现，混合废茶可替代吸附剂去除合成废水中的Cr（VI），对Cr（VI）的吸附量为94.34 mg/g，且能够重复使用4 次，吸附效率＞50%。Weng 等[45]在研究中发现，用压力蒸汽和碱液对废红茶粉（black tea powder）处理得到的产物（OH-black tea powder），对废液中铜的吸附能力高于活性炭，在pH4.4 时，最大吸附容量为 43.18 mg/g。Li 等[46]在研究中发现，茶叶副产物对含铀废水的处理具有良好的潜力，且吸收能力较依赖于pH 值及离子强度。在pH=4.0和T=298 K 条件下，通过朗缪尔模型计算出茶叶废弃物对铀的最大吸附量为29.412 mg/g。Borah 等[47]在研究中发现以磷酸为活化剂，以茶叶废料为原料，合成的高比表面积多孔碳能够在中性pH 值条件下对水溶液中两种染料进行吸附，其中对亚甲基蓝的最大吸附量为402.25 mg/g、对伊红黄的最大吸附量为400 mg/g。Khan 等[48]在研究中发现，以茶叶粉尘为潜在的低成本吸附剂，能够通过间歇吸附技术从水溶液中除去结晶紫，且最大吸附量为175.4 mg/g。

6 茶叶副产物在能源领域的综合利用

随着传统不可再生能源物质如媒、石油等数量的不断减少，以及空气污染的愈加严重，各种替代能源的开发和应用日益受到重视。茶叶副产物中含有大量纤维素，可作为优良的燃烧物质，将茶叶副产物运用于燃料的研究既能缓解能源压力，又能促进环保和提升经济效益。

Basumatary 等[49]在研究中发现，茶厂废渣有潜力通过热解转化为生物油，以补充石油衍生液体燃料和生物炭，且在500 ℃的温度条件下，生物油提取率最高为 26.80%，可产生热值为 29.11 MJ/kg。Rojas 等[50]在红茶废料研究中发现，与传统的醋酸钠相比，茶叶产生的能量更多，尽管茶叶的电导率低于乙酸盐，但它是适合小型微生物燃料电池使用的替代燃料。Uzun 等[51]在茶叶废料研究中发现，茶叶废料在热解过程中产生的热解油可以作为一种潜在的燃料，且最大生物油和焦炭产率分别为30.4%和43.3%，氢/碳比率与常规燃料的比较表明，获得生物油的氢/碳比率介于轻质和重质石油产品之间。

7 茶叶副产物在其他方面的综合利用

茶叶副产物在其他领域也有多种利用价值。有研究表明将半水石膏与红茶末混合，红茶末可以替代传统的功能性混合液，用于制备半水石膏功能外加剂且获得较好的效果[52]。He 等[53]在研究中发现，采用茶叶渣（tea residue）与高密度聚乙烯（high-density polyethylene）共混制备出的木材塑料复合材料（type of wood plastic composites），随着茶叶渣的增加，TR-WPCs 的刚度明显提高，而强度和韧性下降，且采用沸水处理后的茶叶渣可以显着提高复合材料的力学性能。Liu等[54]在研究中发现，在制备的复合水凝胶中，以茶纤维素和壳聚糖、瓜尔胶为原料制备的水凝胶具有良好的热稳定性和力学性能。龚新怀等[55]为提高茶产业剩余物资源价值，拓宽木塑复合材料中植物纤维来源，以废弃茶梗为有机填料，与聚丙烯成功制备出了复合材料。刘雯等[56]将铁观音茶末提取物涂布在卷烟内衬纸上，结果表明用提取物涂布卷烟内衬纸一段时间后，不但能改善卷烟感官品质，提升卷烟润感，降低烟气刺激性，还能凸显铁观音茶的茶香。苏丽琴等[57]在研究中发现，铁观音茶叶废弃物可作为一种植物染料，能在无毒无害的基础下达到染色的目的，且染色效果古朴，伴有淡淡的茶香。

综上所述，我国茶叶副产物的产量巨大，充分利用茶叶副产物不仅可以减少环境污染，还能提高经济附加值。茶叶副产物中含有的茶多酚、茶多糖、咖啡碱、茶蛋白、氨基酸、粗纤维等物质具有抗癌、抗氧化、抗菌、降血压、降血脂以及吸附等作用，可在食品、医疗、农业、环保领域等方面大量运用，且利用效果优良，尤其在农业、食品、环保方面应用效果最为显著。

8 展望

我国茶叶种植面积居世界第一，茶叶副产物资源非常丰富，随着人们对茶叶副产物资源的日益重视，研究人员已就其在食品、农业、环保、能源等领域的应用开展了积极的探索和研究，取得了一定成果，但和国外的开发技术相比，还有较大差距，综合利用程度不足，还有很多值得深入研究的方面，比如可研究出更高效的提取纯化技术对茶叶副产物中的各种功能活性物质进行提取和纯化，并对其功效和作用机制进行研究，以进一步提高其经济价值，拓宽其应用领域。还可以将茶叶副产物与当地特有资源相结合，开发多种具有地域特色的产品，在丰富产品类型，更好满足消费者需求的同时，更好地发展壮大茶产业链，促进地方经济发展。总之，加大对茶叶副产物资源的开发利用研究，不仅可以解决大量被废弃的茶叶副产物的出路问题，还能获得良好的经济效益，促进茶产业的持续发展，具有十分广阔的应用前景和发展空间。