干酵母改性對(duì)茶葉吸附性能的影響

吳開(kāi)金，李 霞，陳 志，常穎萃，林春桂，吳惠萍，林冠烽，

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012； 2.福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福建 福州 350002)

干酵母改性對(duì)茶葉吸附性能的影響

吳開(kāi)金1，李 霞2，陳 志2，常穎萃1，林春桂2，吳惠萍2，林冠烽1，2

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012； 2.福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福建 福州 350002)

以茶葉副產(chǎn)物——茶葉末為原料，采用干酵母進(jìn)行改性，研究干酵母的用量、發(fā)酵時(shí)間、溫度和濕度對(duì)茶葉末吸附劑性能的影響。結(jié)果表明，干酵母改性有助于提高其吸附性能，隨著干酵母用量、發(fā)酵時(shí)間、溫度和濕度的增大，茶葉末吸附劑對(duì)甲醛和苯的吸附性能呈先升后降的趨勢(shì)。在較優(yōu)的工藝條件下，茶葉末吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附量分別達(dá)到0.209、0.158 g·g-1。

茶葉末；干酵母；改性；吸附性能

我國(guó)是茶葉種植、生產(chǎn)和出口大國(guó)，茶葉資源十分豐富，茶產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著不可替代的基礎(chǔ)性作用[1]。目前，我國(guó)的茶葉產(chǎn)量位居世界首位，并且呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨著茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必將帶來(lái)大量的加工副產(chǎn)物。據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年約有10萬(wàn)t的粗老茶葉滯銷或積壓，如果這些茶副產(chǎn)物沒(méi)法得到綜合利用，將造成極大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。

茶葉是一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、多孔的材料，并且含有大量的多元酚等活性羥基，因此，在環(huán)保吸附領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高茶葉的吸附性能，研究者采用化學(xué)藥劑對(duì)茶葉進(jìn)行改性。Pirbazari等[2]采用堿改性茶葉剩余物，并用于吸附水溶液中亞甲基藍(lán)。結(jié)果表明，改性茶葉與亞甲基藍(lán)發(fā)生了絡(luò)合和離子交換，吸附過(guò)程符合Langmuir和Freundlich等模型。Auta等[3]采用乙酸鉀活化制備茶葉剩余物活性炭，用于吸附酸性藍(lán)25。結(jié)果表明，活性炭對(duì)酸性藍(lán)25的吸附率高達(dá)97.88%，吸附過(guò)程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。楊江帆等[4]采用烏龍茶梗與活性炭為原料，硫酸亞鐵和檸檬酸為添加劑，復(fù)合制備出具有特殊吸附功能的材料。結(jié)果表明，復(fù)合材料對(duì)苯、氨水及甲醛具有良好的吸附性能，添加劑是制備復(fù)合材料的關(guān)鍵。黃泱等[5]采用鹽酸改性茶葉粉，并對(duì)其吸附甲基紫溶液進(jìn)行研究。結(jié)果表明，改性后茶葉粉對(duì)甲基紫的去除率達(dá)到98%。白卯娟等[6]和田奇峰等[7]采用氯化鐵等改性茶葉，結(jié)果表明，氯化鐵0.3 mol·L-1處理效果最好，吸附過(guò)程符合Freundlich模型。

本研究采用干酵母對(duì)茶葉副產(chǎn)物進(jìn)行改性。探討溫度、濕度、微生物用量對(duì)茶葉副產(chǎn)物的吸附甲醛和苯等有機(jī)污染物的影響，可望充分利用這些茶葉資源開(kāi)發(fā)出高附加值的產(chǎn)品，創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 原料與試劑

甲醛、苯和羧甲基纖維素鈉均為市售分析純，茶葉末來(lái)自福州某茶葉店，粉碎、過(guò)篩，取粒徑0.2～1 mm。干酵母來(lái)自福州沃爾瑪超市。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

粘結(jié)劑的配置：取2 g羧甲基纖維素鈉溶于98 mL蒸餾水中，配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的粘結(jié)劑。

茶葉吸附劑的制備：取100 g茶葉末(絕干)與一定量的干酵母(0～7 g，0表示未添加干酵母)混合，并攪拌均勻，然后加入100 mL粘結(jié)劑，拌勻后，手工成球。將成球后的茶葉末置于恒溫恒濕箱中，在一定的溫度(25～40 ℃)和濕度(30%～60%)下發(fā)酵0～8 d(0表示未進(jìn)行發(fā)酵)，即得茶葉吸附劑。

1.3 吸附性能測(cè)試

采用增重法測(cè)定茶葉吸附劑對(duì)甲醛和苯的吸附量：取一定量干燥后的茶葉吸附劑置于裝著甲醛和苯的干燥器中，24 h后測(cè)定其質(zhì)量增量。

2 結(jié)果與討論

2.1 干酵母用量的影響

以一定量的干酵母(0～7 g)與茶葉末進(jìn)行混合，在溫度30 ℃、濕度50%的條件下發(fā)酵6 d制備茶葉吸附劑，用于甲醛和苯的吸附試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，隨著干酵母用量的增加，茶葉吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附性能呈先增加后下降的趨勢(shì)，在干酵母用量為5 g時(shí)達(dá)到最大，分別為0.209、0.158 g·g-1。與未添加干酵母進(jìn)行改性的茶葉末相比，添加了干酵母的茶葉吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附量均有一定的提升(除添加量為7 g的甲醛吸附量外)，說(shuō)明干酵母的添加有利于茶葉末吸附性能的提高。這可能是干酵母在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)茶葉末的纖維素、果膠和萜烯類等物質(zhì)產(chǎn)生了氧化、降解、分解和裂解反應(yīng)，改變了茶葉末的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，提高了其物理和化學(xué)吸附性能。

2.2 發(fā)酵時(shí)間的影響

取5 g干酵母與茶葉末進(jìn)行混合，在溫度30 ℃、濕度50%的條件下發(fā)酵一定時(shí)間(0～8 d)制備茶葉吸附劑，用于甲醛、苯的吸附試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，茶葉吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附量呈先上升后下降趨勢(shì)，從發(fā)酵2 d時(shí)的0.197、0.073 g·g-1升高到6 d時(shí)的0.209、0.158 g·g-1，發(fā)酵時(shí)間為8 d時(shí)，又降為0.123、0.106 g·g-1。這可能是發(fā)酵時(shí)間太長(zhǎng)對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，降低其吸附性能。與茶葉末相比，發(fā)酵后的茶葉吸附劑具有更高的吸附能力，說(shuō)明發(fā)酵有利于提高茶葉末的吸附性能。

2.3 溫度的影響

取5 g干酵母與茶葉末進(jìn)行混合，在溫度25～40 ℃、濕度50%的條件下發(fā)酵6 d，制備茶葉吸附劑，用于甲醛、苯的吸附試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，茶葉吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附量呈先上升后下降趨勢(shì)，從發(fā)酵溫度25 ℃時(shí)的0.195、0.092 g·g-1上升到30 ℃時(shí)達(dá)到最大值，然后又降為40 ℃時(shí)的0.169、0.084 g·g-1，其中，在35～40 ℃降低的幅度較大。這是由于溫度較低時(shí)不利于干酵母的發(fā)酵，而溫度太高其發(fā)酵速率較快，反而會(huì)對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，降低其吸附性能。

2.4 濕度的影響

取5 g干酵母與茶葉末進(jìn)行混合，在溫度30 ℃、濕度30%～60%的條件下發(fā)酵6 d，制備茶葉吸附劑，用于甲醛、苯的吸附試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，隨著濕度的升高，茶葉吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附量呈先上升后下降的趨勢(shì)，從濕度30%時(shí)的0.196、0.102 g·g-1上升到濕度50%時(shí)的0.209、0.158 g·g-1，隨著濕度的進(jìn)一步增大，茶葉吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附性能下降。這是由于濕度較低時(shí)，干酵母發(fā)酵較慢，濕度較高也抑制干酵母的發(fā)酵，均不利于吸附性能的提高。

圖3 溫度對(duì)吸附值的影響 圖4 濕度對(duì)吸附量的影響

3 小結(jié)

與未改性的茶葉末相比，采用干酵母對(duì)茶葉末進(jìn)行改性，有助于提高其吸附性能。隨著干酵母用量、發(fā)酵時(shí)間、溫度、濕度的增大，茶葉末吸附劑對(duì)甲醛、苯的吸附性能均呈先升后降的趨勢(shì)。

[1]那海燕，張明輝，張育松.茶葉副產(chǎn)品的綜合開(kāi)發(fā)與利用[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2010，6(1)：48-51.

[2]A.E.Pirbazari，E.Saberikhah，M.Badrouh，et al.Alkali treated Foumanat tea waste as an efficient adsorbent for methylene blue adsorption from aqueous solution[J].Water Resources and Industry，2014(6)：64-80.

[3]M.Auta，B.H.Hameed.Preparation of waste tea activated carbon using potassium acetate as an activating agent for adsorption of Acid Blue 25 dye[J].Chemical Engineering Journal，2011，171(2)：502-509.

[4]楊江帆，黃彪，王彥威.茶葉產(chǎn)業(yè)剩余物制備環(huán)境友好型復(fù)合功能材料的研究與開(kāi)發(fā)[J].武夷學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，30(2)：1-5.

[5]黃泱，林永興.茶葉資源化利用及對(duì)染料廢水的去除[J].漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，23(2)：102-106.

[6]白卯娟，甘明強(qiáng).茶葉處理含氟廢水的研究[J].茶葉科學(xué)，2009，29(4)：325-328.

[7]田奇峰，孫杰.茶葉對(duì)氟的吸附研究[J].化學(xué)與生物工程，2011，28(4)：29-31.

Effect of Dry Yeast Modification on the Adsorption Properties of Tea

WU Kaijin1，LI Xia2，CHEN Zhi2，CHANG Yingcui1，LIN Chungui2，WU Huiping2，LIN Guanfeng1，2

(1.FujianAcademyofForestry，F(xiàn)ujianProvince，F(xiàn)uzhou350012，F(xiàn)ujian，China；2.JinshanCollegeofFujianAgricultureandForestryUniverstiy，F(xiàn)ujianProvince，F(xiàn)uzhou350002，F(xiàn)ujian，China)

The tea powder——byproduct of tea was used as the raw material to prepare the modified production by dry yeast.The effects of the amount of dry yeast，fermentation time，temperature and humidity on the adsorption capacity of the tea powder were discussed.The results show that the modification of dry yeast helps to improve the adsorption property，with the increase of amount of dry yeast，fermentation time，temperature and humidity，the adsorption capacity of formaldehyde and benzene by tea adsorbents decreased.Under the optimum conditions，the adsorption capacity of formaldehyde and benzene reached 0.209 g·g-1and 0.158 g·g-1，respectively.

tea powder；dry yeast；adsorption；modification

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.04.019

2016-09-12；

2016-10-08

省屬公益類科研院所基本科研專項(xiàng)(2014R1011-5)

吳開(kāi)金(1957—)，男，福建福州人，福建省林業(yè)科學(xué)研究院高級(jí)工程師，從事林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)的研究。E-mail：wkj321@sohu.com。

S571.1

A

1002-7351(2016)04-0089-03