中国茶渣综合利用研究现状

丁其欢 武珊珊 钱杨杨 马占霞 李向波 熊昌云

(1滇西应用技术大学普洱茶学院云南普洱 665000;2云南农业大学热带作物学院云南普洱665099;3云南天士力帝泊洱生物茶集团有限公司云南普洱 665000)

中国是茶叶生产的大国，每年产生大量的茶渣。中国茶叶流通协会的统计，2020年全国干毛茶产量为298.60 t，比上年增加19.26万t，增幅9.62%。随着茶叶深加工的发展，将会产生越来越多的茶渣，茶渣的综合利用尤为显得重要。

茶渣是茶叶经冲泡饮用或活性成分提取加工后的副产物，含有丰富的纤维素、木质素、蛋白、多酚、多糖、皂素等功效成分，其中粗纤维含量为13.0%～19.0%，粗蛋白含量为26.0%～35.0%，茶多酚含量为4.2%～10.1%［1］。茶渣是一种可再生的生物质资源，在重金属及染料的吸附剂、动物饲料的添加剂、植物的土壤肥料、菌类的培养基、有效成分提取及造纸等方面具有巨大的发展潜力和应用前景。

1 茶渣在工业废水等处理中的应用

茶渣虽属于农业废弃物，但其自身具有较好的污染物吸附性能，可用于废水中重金属、有机物、氟化物和氰化物等污染物的脱除，其主要成分中的羧基、羟基、氨基等官能团能与重金属或有机污染物发生键合从而对这些物质产生吸附作用，其脱除作用以化学吸附为主［2-3］。茶渣的孔隙发达，同时具有物理吸附作用［4］。随着我国经济的不断发展，产生越来越多的工业废水，水体中重金属污染、染料污染问题日趋严重，工业废水处理的主要方法有化学沉淀法、电解法、离子交换法、吸附法等［5］。茶渣在工业废水处理中的应用，多以茶渣直接用于废水处理或者以茶渣为原料制备成活性炭、氧化微晶纤维素水凝等，利用其所制品的吸附性进行废水处理［6］。

CAY等［7］研究表明，茶渣可有效地从污水系统中去除Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ），其最大吸附容量可分别达（8.64±0.51）和（11.29±0.48）mg/g。陈华泉等［8］以茶渣为原料，采用氢氧化钾活化法制备茶渣活性炭，通过FE-SEM和BET表征，说明茶渣活性炭具有丰富的孔结构，属于微孔活性炭，表面含有含氧官能团，能够提高其亲水性，对亚甲基蓝有优异的吸附效果，可应用于染料废水的处理。唐跃武等［9］研究表明，Fe3O4纳米粒子可有效被茶渣修饰，Fe3O4纳米粒子与茶渣发生共轭效应，74.95%左右的茶渣修饰在Fe3O4纳米粒子表面，当pH 7.0时，吸附效果最好，Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）初始质量浓度为100 mg/L，吸附时间为2 h时，Fe3O4茶复合物对Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）的吸附率分别为94.58%、94.28%。张军科等［10］发现，茶叶渣对Pb2+和Cd2+的吸附率、吸附量都会随着时间的延长而增高，最后可分别达到72.13%和93.75%，效果良好。龚新怀等［11］采用化学共沉淀技术制备了茶渣/纳米Fe3O4磁性复合材料，其表面可见有颗粒状物质堆积，对水溶液中亚甲基蓝的吸附量随Fe3O4负载量增加而先增大后减小，在303 K下，其对亚甲基蓝的最大吸附量为160.5 mg/g，比单纯茶渣提高了9.93%，且具有良好的再生与循环使用性能。黄华［12］以茶渣为原料提取茶渣纤维素，经过盐酸水解转化为微晶纤维素，然后采用TEMPO氧化体系进行氧化改性制备氧化微晶纤维素和纳米纤维素，在离子液体体系中制备成氧化微晶纤维素水凝。并研究了其对亚甲基蓝的吸附性能、吸附动力学模型及吸附等温线模型，该水凝胶在工业废水处理领域具有潜在的应用价值。范世锁等［13］以茶渣为原料，在300、500和700℃限氧条件下热解制备成茶渣生物炭，对比研究表明，700℃制备成茶渣生物炭对四环素的吸附量最高，可作为工业废水中四环素去除的良好吸附剂。刘智钧［14］研究表明，不同嫩度的茶叶所提取的纤维素在结构上没有差异，在制得的茶叶纤维素复合水凝胶中加入不同比例的氧化碳纳米管和氧化石墨烯能够改善其各项性能。

卢绮静等［15］利用甲醛与乙酰丙酮可生成稳定黄色化合物的原理，在414 nm波长下测定黄色化合物的吸光度，从而可测定茶叶渣中所吸附的甲醛的含量。研究表明，废弃茶叶渣对甲醛有较好的吸附效果，10～30 min，茶渣对甲醛的吸附能力较大，且温度对茶叶渣的吸附效果有着明显的影响，随着温度的升高，茶叶渣对甲醛的吸附量呈现上升的趋势，茶渣对甲醛的吸附作用是一个动力学和热力学的行为［16-17］。

2 茶渣在畜禽饲料中的利用

茶渣中含有数量可观的茶多酚、茶多糖、氨基酸、维生素、纤维素、半纤维素等［18-19］，作为饲料使用，具有丰富的营养价值［20-21］，茶多酚具有消炎杀菌作用［22］，能够降低饲养成本，改善猪肉品质，提高动物的抗病能力，减少抗生素等药物的使用［23］。可为发展低脂、绿色健康猪肉产品提供思路。目前茶渣在饲料中的应用主要是直接添加到饲料中、提取有效成分添加到饲料中、茶渣作为基质与辅料利用微生物发酵［24］。

高凤仙［25-26］等在饲料中添加5%的茶渣替代5%的麦麸进行生猪饲养实验，研究表明对生长育肥猪的生长及肉质无显著影响，茶渣中粗纤维含量较高，不易吸收，配比不宜过高。

舒庆龄等［27］研究表明，将茶渣直接添加到饲料中喂食肉鸡，添加3%的稍好于5%的，但都不如未添加茶渣的对照组增重率高，但是用糖化酶对茶渣进行发酵后再添加，有明显的增重效果，饲养15 d增重超过对照鸡32.97%，饲养30 d增重超过对照鸡8.2%。胡桂萍等［28］选用麸皮、稻壳粉、玉米粉、豆粕、花生秸秆、燕麦草、高粱糠、红薯渣为辅料，添加到茶渣中进行混合菌微生物固体发酵，得到豆粕发酵效果最好，发酵饲料中蛋白质含量最高，达到29.49%。冉雷［29］利用茶渣和麦麸的混合发渣酵茶，研究表明，用发酵茶渣替换等比例的肉羊精补料对肉羊的生长性能、瘤胃发酵、营养物质的消化率和血液参数没有显著影响，但从饲养成本和对肉羊生长性能的考虑，发酵茶渣替换肉羊精补料的最适比例为20%。朱飞等［30］研究表明，在85%茶渣＋15%麦麸的混合原料中添加100 mg/kg乳酸菌制剂可获得较优质的青贮茶渣饲料。赖建辉等［31］、李英［32］的研究表明，在奶牛饲料中添加茶渣，可增加奶牛的采食量，有利于提高日平均产奶量。

对多数研究进行分析可见，茶渣在畜禽饲料中的利用是可行的，直接添加的方式不如发酵后再利用，虽不能提高增重速度，但能节约饲养成本，对提高肉质品质具有潜在影响。

3 茶渣在肥料中的应用

茶渣中还存留大量的营养物质。研究表明，以茶渣为堆肥原料的各项堆肥指标要高于用家禽粪便为原料的堆肥指标，茶渣作为肥料可以增加大棚蔬菜和瓜果的产量，加快农作物的生长速度，能够满足培养食用菌的养分［33-34］。

陈利燕［35］从自然发酵的茶渣中选出假丝酵母菌、青霉菌、黑曲霉和白地霉，再将筛选出的菌株添加到茶渣中进行前三天好氧发酵后三天厌氧发酵，生产出“茶渣有机-无机复合肥”，研究表明：施用茶渣肥后茶树的最低产量也比尿素高出18.7%，而且产量都比施用有机肥要高，4月和5月施用茶渣肥的茶叶中的氨基酸比施用尿素的茶叶分别高出44.8%和10.8%，水浸出物4月和10月施用茶渣肥的茶叶比施用尿素的茶叶分别高出18.1%和16.2%，且该肥料有改善土壤的作用。胡民强等［36］用茶渣肥料与复合肥进行蔬菜种植对比，结果表明，茄子增产18.9%，番茄增产10.9%，葫芦增产8.6%，辣椒无显著差异，茶渣肥料兼具速效性和长效性，并具有明显的抗连作障碍作用。郑世伯等［37］从腐熟茶渣中筛选得到的白地霉、放线菌、嗜热芽孢杆菌、乳酸菌和热带假丝酵母组合制备成发酵菌剂，接种到茶渣与牛羊粪便混合物中进行发酵处理，生产出的有机肥与对照组相比，全氮含量提高10.4%，全磷和全钾分别提高10.2%和12.2%，C/N比值降低6.5，粗纤维含量降低6.87%，促进了堆肥中有机物质的矿化，以及纤维素等难降解物质的降解。程万莉等［38］研究表明，施用茶渣有机肥降低了土壤的碱化度，对于缓解NO3-和SO42-失衡导致的土壤盐碱化有明显的改良作用。肖欣娟等［39］研究表明，茶渣生物炭能显著增加紫色土、水稻土和黄壤的土壤TOC含量，能够显著提升土壤有机碳的氧化稳定性。黄艺宁等［40］研究表明，加入茶渣代替木屑有助于提高虎奶菇的产量，将20%的木屑替换成茶渣的产量最高。木屑全部替换成茶渣栽培虎奶菇，不仅菌丝正常生长，而且产量也比对照组高。

4 茶渣有效成分提取研究

从茶渣中提取有效成分的研究多以提取纤维素、蛋白质、茶多糖等为主［41］。Ishmael Ayim［42］将超声波技术用于茶渣蛋白质碱提过程的强化，并进一步通过水解制备功能多肽，利用响应面法得出最佳的超声辅助碱提条件，全面研究了预处理方法对茶渣蛋白各方面影响，制备出茶渣多肽和红茶渣蛋白降血压肽，并对其活性进行研究。杨旭等［43］采用湿法糖基化对茶渣蛋白进行改性，以接枝度和褐变指数为指标，通过单因素和响应面试验优化改性工艺，并分析改性对蛋白功能特性的影响。结果表明，以葡萄糖作为糖基供体，与茶渣蛋白1∶1（m/m)，在83.68℃、pH 10.60的条件下进行糖基化反应，此时接枝度达到32.89%左右。该工艺得到的茶渣蛋白较改性前，溶解性、乳化性及乳化稳定性、起泡性及泡沫稳定性都明显增加。郑天芝［44］以微乳法从茶渣中提取出的茶渣蛋白，进行了不同蛋白酶酶解制备茶渣抗氧化肽和茶渣ACE抑制肽的研究以及超声辅助酶解制备茶渣抗氧化肽和茶渣ACE抑制肽的研究，并且对茶渣多肽的分离与活性进行了研究。杨文婷等［45］利用质量分数为13%的NaOH、提取时间100 min、料液比1∶20（m/V），在此工艺条件下能高效提取出茶叶中纤维素。祝子坪等［46］研究表明，低功率超声能够有效提高碱性蛋白酶酶解茶渣蛋白效率，增加抗氧化活性肽得率。丁世环等［47］利用普洱茶茶渣提取茶多糖，研究表明，浸提温度100℃、时间120 min、料液比1∶30（g/mL），超声波功率420 W为最优提取条件，茶多糖得率为2.29%，所得的普洱茶渣茶多糖具有较强的抗氧化性。

5 茶渣的造纸利用初探

伊藤园公司利用茶渣制造出多种纸产品，有名片、信封等。邱晓莹等［48］以茶渣和茶树修剪废弃物为原料，研究表明最优工艺为将原料进行漂煮后超声波处理30 min，用强酸高温（pH 1，90℃）处理1.5 h，洗涤过滤后强碱（pH 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。董俊杰等［49］将茶渣粉与木浆原料混合制成纸浆，生产出具有淡淡茶香的可书写的纸张。

本课题组利用普洱茶茶渣进行古法制浆抄纸实验，具体工艺为：茶渣→蒸煮→打浆→洗浆→抄纸→晒干，虽能抄出纸张，但柔韧性差，无法应用在普洱茶包装上。将构树皮制浆后，混合茶渣制得的纸浆，共同抄纸，可制出柔韧性好且具有茶香的纸张。具体工艺为：构树皮→蒸煮→打浆→洗浆→混合茶渣纸浆→抄纸→晒干。另外将茶渣用氢氧化钠和硫酸钠进行碱化和硫化，所得纸浆可抄出纸张。仅利用茶渣进行古法打浆抄纸的可行性较低，和构树皮共同打浆抄纸或者将茶渣经过碱化和硫化处理制浆可行，所得纸张进行普洱茶饼的包装，不仅达到了资源的循环利用，也为普洱茶产品包装增加了亮点，为茶渣的综合利用新方向提供思路。