油茶蒲综合利用研究进展

蒋越华，罗再历，蒲琦，黄海连，时鹏涛，林鹰，罗平庆

摘 要：油茶是我国特有的木本食用油料树种，在南方地区得到大面积推广种植。油茶蒲是茶油加工的主要副产物，含有丰富的纤维素、木质素以及多种活性成分。随着油茶产业的发展，每年都会产生大量的油茶蒲，其资源化利用对改善生态环境、延长油茶产业链具有重要意义。近年来，国内外学者根据油茶蒲的成分和结构特点对油茶蒲开展相关研究工作。本文简述了油茶蒲在农业、医药和工业等领域的研究进展和应用情况，以期为油茶蒲更好的开发利用提供参考。

关键词：油茶蒲;活性成分;综合利用

中图分类号：TS229                   文献标志码：A

Research Progress on Comprehensive Utilization

of Camellia Fruit Shell

JIANG Yuehua1， LUO Zaili2， PU Qi3， HUANG Hailian3，

SHI Pengtao1， LIN Ying1， LUO Pingqing4

（1 Guangxi Subtropical Crops Research Institute/ Quality Supervision and Testing Center of Subtropical Fruits and Vegetables， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanning， Guangxi 530001， China;2 Guangxi Changjiang Tiancheng Agricultural Technical Research Institute Co.， Ltd.， Nanning， Guangxi 530000， China; 3 Wuzhou Institute of Agricultural Sciences， Wuzhou， Guangxi 543000， China; 4 Tianlin Changjiang Tiancheng Agricultural Investment Co.， Ltd.， Tianlin， Guangxi 533301， China ）

Abstract： Camellia oleifera is a unique woody edible oil tree which is widely planted in south China. Camellia fruit shell is the main by-product of camellia oil processing， containing cellulose， Lignin and many other active ingredients. With the development of camellia industry， a lot of camellia fruit shell is produced every year. Therefore， the resource utilization of camellia fruit shell is of great significance to improve the ecological environment and extend the industrial chain of camellia. In recent years， researchers have carried out researches on the composition and structural characteristics of camellia fruit shell. This paper introduces the research progress and application of camellia fruit shell in agriculture， medicine and industry， providing reference for better development and utilization of camellia fruit shell.

Key words： Camellia fruit shell; active ingredient; comprehensive utilization

油茶（Camellia oleifera Abel）又稱茶子树，是指山茶科山茶属植物中油脂含量较高并具有栽培经济价值的一类植物的总称，是我国南方特有的木本油料树种，与油橄榄、油棕、椰子并称为世界四大木本油料植物[1]。油茶在我国已有2300多年的种植历史，主要分布在长江以南地区，其中又以江西、湖南、广西3个省区最为集中，占到全国油茶种植面积的65%以上[2]。目前，我国油茶加工企业的业务主要集中在茶油生产。茶油因其色清味香，营养丰富，不饱和脂肪酸含量高，是理想的食用油，享有“东方橄榄油”的美誉。据统计，2020年我国油茶种植总面积约为453万公顷，年产油茶果实达560万吨，茶油产量62.7万吨[3]。油茶蒲是油茶果的果皮，一般占油茶鲜果质量的50%～60%，按此计算出仅2020年产生的油茶蒲约有300万吨。然而这些油茶蒲通常被丢弃或作为燃料使用，造成了很大的资源浪费和环境污染。作为油茶加工产业主要的副产物，油茶蒲以其低廉的价格将成为一种极具开发潜力的生物质资源，近年来不仅开发作为基质或有机肥用于农业生产，同时也可制备成高附加值的活性炭等产品用于工业和医药领域。本文分析总结了当前油茶蒲综合利用的研究现状，以期为推进油茶蒲工业化利用提供理论依据。

1 油茶蒲的主要成分及结构

油茶蒲作为一种生物质原料，其成分复杂，含有大量不能被微生物直接利用的木质素、纤维素和半纤维素[4]，其中，木质素约占30%、纤维素占17%，半纤维素22%。此外，还含有多缩戊糖、茶皂素、黄酮、多酚类等活性物质[5]。通过对其解剖结构观察显示，油茶蒲主要由外果壳、中果壳和内果壳组成，且三部分均呈孔隙结构。高含量的木质素和纤维素赋予了油茶蒲具有木材相似的特性，但果壳细胞长宽比较低的特性表明其柔韧性差，不适合造纸以及作为木质板材。油茶蒲的成分组成决定了其不仅可以作为有机肥用于农业生产，其丰富的活性成分还可以为生物医药产业提供资源。

2 油茶蒲在农业上的应用

2.1 作为栽培基质

利用农林废弃物作育苗基质是無土设施栽培的发展趋势，只需将废弃物经过堆制发酵处理即可作为栽培基质，能替代部分泥炭土，减少了泥炭资源消耗，降低育苗成本[6]。罗健等[7]通过添加不同的氮源和微生物菌剂以及设计不同的碳氮比对油茶蒲进行腐熟发酵试验研究，发现以复合肥为氮源、EM菌为微生物菌剂用来做油茶蒲基质化腐熟效果较好。利用油茶蒲替代部分杂木屑用于食用菌栽培也是一个较好基料化途径。研究发现，在香菇栽培基质中适量添加油茶蒲能增加培养基的氮含量，促进香菇提早成熟，提高产量，且香菇的总糖和粗蛋白等营养卫生指标优于对照[8-12]。

2.2 作为有机肥料回施农田

当前畜禽粪便和农林废弃物是有机肥料的主要来源，制备生物有机肥是实现化肥减量化的有效途径。有机肥施入土壤不仅为农作物提供营养，还可增加土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤理化性质，提高土壤肥力，是绿色和有机食品生产所需的主要养分[13-14]。油茶蒲含有丰富的木质素和纤维素，有机质含量约是鸡粪的2倍，经过堆肥化处理后，不仅为作物提供常规养分，其中的活性成分如茶皂素、多糖、多酚类等物质还能促进作物生长，抑制和减少病虫害发生，提高作物的产量和品质[15]。胡伟等[16]通过油茶蒲制备生物有机肥的田间应用效果试验表明，在紫薯种植过程中施用油茶蒲有机肥可提高土壤有机质含量，改善土壤酸碱度。

2.3 提取茶皂素制成农药助剂或杀菌剂

茶皂素是山茶科植物中含有的一类天然糖苷化合物，同时含有多种含氧亲水基团以及由碳氢环链构成的非极性疏水基团，具备多种表面活性性能，是一种天然的非离子型表面活性剂，广泛应用在化工、食品、农药等领域[17]。在农业上，茶皂素不仅可作为杀菌剂，还可作为固体型农药的湿润剂和悬浮剂，乳油型农药的增效剂与展着剂以及难溶性农药的助溶剂。茶皂素因品种及部位不同含量各异，一般为根>茎>叶>果。前人对茶皂素的提取和利用主要集中在油茶粕，而对油茶蒲中的茶皂素研究比较少。油茶蒲约含4%～8%的茶皂素，最早对油茶蒲作为杀菌剂的研究在上世纪90年代，李道顺等[18]将油茶果壳用水煮沸煎熬后过滤，得到棕褐色的滤液，冷却后把新鲜柑橘浸泡其中，发现油茶蒲滤液对柑橘青霉菌和绿霉菌有一定的抑制作用，起到防腐保鲜的功效。茶皂素提取和纯度差异因品种以及提取工艺不同而有所差异。张文婷[19]以海南油茶蒲为研究对象，采用乙醇有机溶剂法提取茶皂素，通过对提取时间、温度，提取液浓度、料液比以及pH等进行优化，得出在温度为82 ℃，提取液乙醇浓度57%，料液比为1：1.2，提取时间6h条件下提取效果最佳，但茶皂素得率比较低，仅为7.28%，经脱色和纯化工序后，得到的茶皂素其纯度为82.5%。许光辉[20]采用甲醇浸提法对江西油茶蒲中茶皂素提取工艺进行研究，得到的最佳工艺为甲醇体积分数80%，料液比1：4，提取时间4h，提取温度50℃，浸提2次，茶皂素粗品得率为10.34%，再经NaHSO3脱色，正丁醇纯化，得到纯度72.47%茶皂素。由于茶皂素易降解成无毒化合物，不会对环境造成污染，符合当前农业绿色环保的可持续发展要求，具有良好的应用前景，但茶皂素得率和纯度不高，关于油茶蒲中茶皂素的提取工艺仍需进一步的研究和改进。

3 油茶蒲在医药上的应用

相对于丰富的油茶蒲资源来说，仅作基质或肥料的附加值比较低。因此，开展油茶蒲高品位资源化利用，既有利于促进油茶产业的可持续发展，又可提高经济效益。张党权等[21]采用Py-GC/MS技术研究了油茶蒲高品位资源化利用的潜力，发现油茶蒲可直接用于生物能源的成分含量高达32.85%。此外，油茶蒲还含有较为丰富的香料及染料，理论上可用于开发生物能源、生物医药、香料染料和化妆品等，为油茶蒲高附加值利用打下了基础。

3.1 油茶蒲的抗癌、抗氧化功能

油茶蒲含有较为丰富的活性物质，如多糖、多酚、鞣酸等。其中，多糖类化合物是一类由酸糖或酮糖通过糖苷键连接而成的天然高分子多聚有机物，具有抗肿瘤作用，这已成为医学界的共识。康海权等[22] 采用体外四甲基偶氮唑盐比色法对油茶蒲多糖进行抗肿瘤活性研究，结果表明其对宫颈癌细胞Hela、肺癌细胞H460、肝癌细胞 HepG2 的增值具有明显的抑制作用，且抑制效果与多糖浓度呈明显的正相关，当油茶蒲多糖浓度为 500 mg/kg 时，对肝癌细胞HepG2 的生长抑制率达74.54 %。Jin[23]发现油茶蒲多糖在剂量为每天40mg/kg的水平下，对肿瘤的抑制率达65.2%，具有显著的抑制S180癌细胞的能力;当灌胃剂量达到450 mg/kg浓度时对小鼠肿瘤的抑制率达到 38.38 %。可见，油茶蒲多糖在抗氧化和抗肿瘤方面具有很高的研究价值和开发潜力。此外，油茶蒲中的多酚物质如没食子酸和儿茶素同样具有良好的抗氧化功能，同时这些酚类化合物可抑制细胞活性，起到抑菌抗癌作用;由油茶蒲制备的载银抗菌剂对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌表现出优异的抗菌性能[24]。

3.2 油茶蒲的降脂及其他保健功能

脂肪酸合酶是体内脂肪酸合成酶的关键酶，被认为是治疗肥胖症的潜在靶点。抑制脂肪酸合酶的活性，可减少体内脂肪酸的合成以及脂肪堆积而达到减肥的效果[25-26]。研究表明，油茶蒲中的鞣花酸可作用于酞基转移酶结构域抑制脂肪酸合酶的活性，能有效抑制前脂肪细胞的分化和脂肪的生成，表现出很强的促进细胞的脂肪分解，对高脂诱导的肥胖小鼠具有良好的减肥治疗效果[27]。此外，油茶蒲中含有的不溶性膳食纤维还可开发成保健品作为一种营养素补充人体所缺乏的膳食纤维[28]。

4 油茶蒲在工业上的应用

4.1 制成活性炭材料作为吸附剂

油茶蒲中含有丰富的木质素及其多孔结构，是制备活性炭的良好原料。国内外学者在这方面也开展了广泛的研究。以油茶蒲为原料制备的活性炭具有比表面积大、吸附容量大和孔隙度高等优点，可作为吸附剂处理废水中重金属和有机染料，并取得良好效果。苏燕艳[29]研究了三种油茶蒲活性炭作为吸附剂分别吸附水中的 Pb2+ 、 Zn2+ 、Cd2+ 三种离子，发现油茶蒲活性炭对铅的吸收效果要高于其他两种金属离子。宋冬阳等[30]对油茶壳活性炭吸附结晶紫的吸附效果进行了研究，得出在最佳吸附条件下，油茶壳活性炭对结晶紫的去除率达到 98.01%，且具有良好的再生性能，可重复使用。除了吸附水中的重金属和有机染料，近年来油茶蒲活性炭还应用于抗生素废水和废气治理。研究发现，油茶壳活性炭对阿莫西林和有机硫化合物二苯并噻吩的去除率分别为75.87%和68.94%[31-32]。

由于普通活性炭存在灰分高、吸附选择性能差以及比表面积小等缺点，同时电化学性质和表面官能团受限制，使其对污染物的吸附去除作用有限，因此通常会对活性炭进行改性处理。通过改变活性炭表面官能团、离子数量以及增强活性炭的还原性，制备出具有高效净化功能的活性炭，以降低使用成本，提高利用率以及扩大应用范围。因活化剂的选择和工艺方法的不同，制备出的油茶蒲活性碳的性能也有所差异。宋冬阳[33]采用柠檬酸改性油茶蒲活性炭去除水中的 Pb2+ 。实验得出最佳吸附 pH 为 4.5～5.5，吸附30 min 达到平衡。黄敏等[34]用高锰酸钾改性油茶壳活性炭对 Cu2 + 进行了吸附，在最佳的制备工艺条件下对 Cu2+ 的吸附率在99% 以上。向斯和GAO 等[35-36]制备的改性油茶壳活性炭对亚甲基蓝的吸附能力比普通商品活性炭高出48.2%。通常采用物理和化学联合改性能制备出中孔结构发达的活性炭吸附剂。

4.2 作为电极材料

除了制备活性炭，近年来研究人员在活化工艺方面进行了改进和优化，油茶蒲也被制备成生物质碳材料作为前躯体应用于能量储存和转换领域，如电池材料。目前制备油茶蒲多孔碳材料的方法主要采用碱活化法，这种使用强碱试剂制备的材料在使用中存在一定的安全隐患。为此，Ma等[37]改用碳酸钾为活化剂，将油茶蒲在900℃下炭化1h，作为锂电池阳极表现出良好的电化学性能，经过上百次充放电循环后，仍具有较高的放电效率。与直接活化法不同的是，采用微波辅助炭化工艺制备的活性炭电极具有更高的电容，原因在于微波使水分子以爆破的形式释放，促使油茶蒲活性炭孔隙结构或裂纹的形成且表面含有含氧官能团，且掺氮的油茶蒲活性炭其电容量和电化学性能要高于纯活性炭[38]。铅酸蓄电池因其技术成熟、性价比高等优点，目前仍被广泛应用于混合电动汽车领域[39]。在铅酸蓄电池的负极加入少量的碳材料能改善硫酸铅的导电性能，有效减缓电池的不可逆硫酸盐化，但同时也出现了析氢反应，导致电池寿命缩短[40]。针对这一问题，梁秋群等[41]通过溶胶—凝胶法制备油茶蒲C/ZnO复合材料，利用电化学技术等多種手段对复合材料进行表征分析，得出在醋酸铅和油茶蒲碳材料的质量比为1：5.69的条件下，油茶蒲结构得到较好的保留，具有较优的电化学性能，能有效抑制电池负极的硫酸盐化和析氢现象。

4.3 作为碎料板

碎料板是人造板的主要产品之一，是目前世界上产量和消耗量最大的人造板。为减少森林资源的消耗，国内外学者提出利用农林废弃物制备人造板，并在麦秸等农业废弃物上开展制备碎料板的研究，取得了丰硕的成果。我国油茶产业布局相对集中，油茶蒲收集方便，且油茶蒲在化学成分上与木材有一定的相似性，油茶蒲可成为碎料板加工企业理想的补充原料之一。胡孔飞等[42]从粘胶剂种类、碎料形态、碱处理三方面开展油茶蒲碎料板制造工艺以及力学性能研究，由于油茶果壳的半纤维素含量高于纤维素，且纤维长度短等特性，使得油茶蒲碎料板的静曲强度和抗弯弹性模量未能达到国家普通刨花板的标准要求，且油茶蒲的热稳定性和阻燃作用有待进一步改进提高，但制备成轻质人造板材或木质复合材料以满足市场多方需求是可行的。彭开元[43]探索利用油茶蒲和聚丙烯制备木塑复合材料，发现在油茶蒲粒径为60～80目、油茶蒲含量40%、KH550添加量3%的工艺参数下，其力学性能、冲击强度和静曲强度与杨木粉/聚丙烯复合材料相当，且热稳定性更好，但弹性模量有待提高。油茶蒲作为一种制备木质复合材料的全新原料，具体如何改性以提高复合材料的力学性能以及克服因半纤维素高不利于胶黏强度和燃烧放热量高等缺陷的问题，还需进一步深入研究。

4.4 其他工业应用

油茶蒲中含有较高的半纤维素，因此可作为一种廉价的原料生产生物质化学品，如糠醛、木糖、乙醇、乙二醇、丙二醇等。杨小敏等[44]通过对油茶蒲中糠醛的提取工艺进行改良，获得1.93%的糠醛提取率。木糖在食品中作为无热量甜味剂，适用于肥胖和糖尿病患者，木糖还可以通过加氢还原制备木糖醇，用途更为广泛。

5 总结与展望

本文结合油茶蒲的主要成分，对油茶蒲的综合利用情况进行了概述。油茶蒲作为油茶加工过程的主要副产物，以其丰富的活性成分以及多孔结构，可制备出一系列产品适用于农业、医药及工业领域，为延长油茶产业链，提高产品附加值，促进三产融合及油茶产业可持续发展具有重要意义。油茶蒲不仅可以经过简单的处理作为农业栽培基质或者生物有机肥还田，也可在先进的生产技术的推波助澜下，利用其高木质素以及高孔隙度等特点研发出具有高附加值的生物质碳材料，其丰富的活性成分还有抗氧化、抗癌功效用于医药领域，具有极大的开发利用价值和应用前景。然而，由于油茶蒲在成分提取工艺不成熟、预处理生产技术成本较高等因素，使得目前对油茶蒲的利用大多停留在实验室研究阶段，规模化的工业化生产有待进一步发展。目前仍存在一些问题亟待解决：对于研究较为广泛的油茶蒲活性炭，其制备方法众多，不同的工艺制备出的活性炭性能差别比较大，且在实际应用上还存在一定的缺陷，仍需研究出可操作性强的工艺方法;油茶蒲活性成分目前提取工艺不成熟，存在提取率低、纯度不高等问题，如何改进工艺高效获得高品质的提取物，还有待进一步研究;利用油茶蒲作为碎料板或木质复合材料时，如何克服因半纤维素高不利于胶黏强度、燃烧热量高、力学性能低等缺陷也是今后关注的重点。

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