廢棄茶渣資源化應(yīng)用及作污染物處理介質(zhì)的研究進(jìn)展

李　麗，朱　彬，王馨悅

（遵義師范學(xué)院a.化學(xué)化工學(xué)院；b.黔北特色資源應(yīng)用研究實驗室，遵義貴州563002）

廢棄茶渣資源化應(yīng)用及作污染物處理介質(zhì)的研究進(jìn)展

李麗a，b，朱彬a，王馨悅a，b

（遵義師范學(xué)院a.化學(xué)化工學(xué)院；b.黔北特色資源應(yīng)用研究實驗室，遵義貴州563002）

對廢棄茶渣的資源化應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了概述，對其作為污染物處理介質(zhì)的開發(fā)價值、途徑、效果及應(yīng)用前景提出了展望。

茶渣；應(yīng)用研究；資源化；污染物處理

茶葉中富含人體必需的礦物質(zhì)元素、茶多酚、兒茶素、維生素等成分，喝茶不僅有助于促進(jìn)腸胃蠕動，還有增強(qiáng)體質(zhì)等功效，因此常喝茶有利于人體健康。隨著我國茶葉生產(chǎn)的發(fā)展，茶葉種類不斷增多，茶葉質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)量不斷增大。據(jù)統(tǒng)計，2014年我國茶葉5月份的產(chǎn)量達(dá)19.7萬噸，超過全球總產(chǎn)量的1/3。如此大量的茶葉在深加工和飲用后必然產(chǎn)生大量的茶渣，如果隨意丟棄或焚燒必然造成環(huán)境污染。因此，如何將廢棄茶渣資源化再利用，進(jìn)一步提升茶葉的經(jīng)濟(jì)效益，成為茶產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點。

1　廢棄茶渣的資源化應(yīng)用

1.1作有機(jī)肥料

大量使用化肥會導(dǎo)致茶園土壤酸化［1］，從而影響茶樹的生長，降低茶葉的品質(zhì)和產(chǎn)量。而使用以廢棄茶渣為主要原料，經(jīng)優(yōu)化配比、菌種發(fā)酵而成的茶園專用有機(jī)肥，可改良酸性土壤，均衡土壤養(yǎng)分，改善茶葉品質(zhì)，提高茶葉產(chǎn)量。經(jīng)何炎森等［2］試驗證明，高溫堆肥是茶渣變廢為寶資源化應(yīng)用的有效途徑，為茶渣的有效利用提供了簡單可行的方法。

1.2作飼料添加劑

泡飲后的茶渣中含有17%～19%的粗蛋白、16%～18%的粗纖維、0.5%～1.0%的粗脂肪、8%～9%的礦物質(zhì)、0.1%～0.3%的咖啡因、1%～2%的茶多酚以及豐富的維生素等營養(yǎng)成分和藥用成分［3］，能為畜禽提供52%以上的營養(yǎng)物質(zhì)，并能對畜禽起到很好的免疫保健作用，還可改善畜禽的肉質(zhì)。佐野昭滿等［4］通過試驗表明，添加茶渣的飼料可改善雞肉肉質(zhì)，雞肉中的維生素E和維生素A含量也有明顯提高，還可使雞蛋殼的顏色加深，更有光澤，蛋黃呈深紅色。Zhong等在公羊［5］的日糧中添加適宜水平的兒茶素可提高肉色的穩(wěn)定性，降低公羊肉滴水損失。孫克年［6］在豬飼料中添加3%的茶渣，不但提高了飼料的利用率，降低了飼養(yǎng)成本，而且豬的育肥期也提前11天，增重提高14.7%，整體經(jīng)濟(jì)效益提高19.4%。豬食入含1%～2%的茶渣飼料可輔助治療貧血、胃腸疾病、眼疾、白肌病等疾病。據(jù)陳小紅報道［7］，添加茶渣為飼料的豬肉，腥味降低，維生素C含量更高，口感更好。在奶牛飼料中添加茶渣粉，奶牛育成期縮短，產(chǎn)奶量明顯增加［8］。在肉兔精料中添加1.5%的茶渣末，飼料利用率提高8.5%，增重率提高12.7%，成活率提高26.5%［9］。茶渣還可以用作魚飼料［10］。

1.3提取有效成分

1.3.1提取蛋白質(zhì)

茶渣中含有豐富的茶葉蛋白，具有多種保健功能。張士康等［11］對茶葉蛋白功能特性進(jìn)行了研究，以低蛋白含量（65%）的大豆?jié)饪s蛋白為參照，將茶渣蛋白的功能特性與大豆?jié)饪s蛋白進(jìn)行對比，結(jié)果表明茶渣蛋白在pH4.0附近吸油性為4.86g/g，吸水性為4.13g/g，氮溶解指數(shù)最低，茶渣蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、起泡穩(wěn)定性均優(yōu)于大豆蛋白。沈蓮清等［12］將茶葉浸泡三次后，烘干，粉碎，過60目篩，然后采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定茶渣中的主要化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示。

表1　茶渣的主要化學(xué)成分

通過表1可以看出，茶渣中含有豐富的蛋白質(zhì)和粗纖維。沈蓮清等還研究了堿法提取茶渣蛋白的最佳工藝條件，在NaOH濃度0.10mol/L、提取溫度40℃、液固比40：1、提取時間5h的最佳提取條件下，茶渣蛋白的提取率可達(dá)56.36%。

毛銀等［13］也研究了堿法提取茶渣蛋白的最佳工藝條件，通過正交試驗表明，在NaOH濃度0.30mol/L、提取溫度80℃、液固比30：1、提取時間1h條件下，茶渣中的蛋白質(zhì)提取率可達(dá)77.35%。

靳偉剛等［14］在現(xiàn)有茶渣蛋白提取工藝的基礎(chǔ)上，采用新的復(fù)合酶酶法提取工藝，在NaOH濃度0.10mol/L、溫度50℃、液固比35：1、提取時間2h、復(fù)合酶B加量0.5%條件下，茶渣蛋白的提取率可達(dá)85.3%，純度可達(dá)82.4%。

1.3.2提取茶多酚

茶多酚是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，在茶葉中的含量一般在20%～35%。穩(wěn)定性極強(qiáng)，在250℃、pH值4～8的環(huán)境中，1.5h內(nèi)都能保持穩(wěn)定。相繼被我國列為食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)和中成藥原料。茶多酚還具有抗癌、防治心血管疾病、降血壓等藥理作用，更有研究表明，茶多酚還具有抗輻射和解毒作用，被譽(yù)為“輻射克星”。

抗氧化劑被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、保健等行業(yè)，通過化學(xué)合成的抗氧化劑BHA、BHT等存在安全隱患，而茶多酚具有較強(qiáng)的抗氧化作用，是一種天然安全的抗氧化劑。

目前，茶多酚的提取工藝［15］主要有：（1）溶劑萃取法，工藝簡單，成本低，但產(chǎn)品純度和提取率較低；（2）離子沉淀提取法，工藝簡單，成本低，選擇性強(qiáng)，產(chǎn)品純度較好，但在轉(zhuǎn)溶時需嚴(yán)格控制酸度，否則會影響產(chǎn)品品質(zhì)；（3）吸附樹脂法，工藝簡單，操作條件溫和，有機(jī)溶劑回收容易，樹脂再生后可反復(fù)使用，但樹脂用量大，價格高，只適用于少量生產(chǎn)；（4）超臨界二氧化碳萃取法，具有優(yōu)良的傳遞性能，較強(qiáng)的滲透力，良好的選擇性，萃取率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，但一次性投入資金量大，只適用于少數(shù)成分的提取。另外還有微波和超聲波浸提法等。

汪興平等［16］采用沉淀法提取綠茶中的茶多酚。用平均粒徑0.246mm的茶葉末作原料，以水作溶劑，料液比1：20，時間3min，微波浸提2次后再用50℃水浴浸提10min，茶多酚浸出率達(dá)90.73%。實驗證明，Al3+在pH3.5～5.7范圍內(nèi)能有效沉淀茶多酚。

Xi Jun等［17］采用超高壓提取法（high hydrostatic pressure extraction：HHPE）從綠茶茶渣中提取茶多酚。用50%（mL/mL）乙醇，液固比20：1（mL/g），500 Mpa超高壓下提取1min，茶多酚提取率達(dá)30±1.3%。超高壓提取法1min的茶多酚提取率與在室溫下提取20 h、超聲下提取90min、加熱回流下提取45min相同。

1.3.3提取咖啡堿

咖啡堿又稱咖啡因，是從茶葉、咖啡果中提取出來的一種生物堿，具有興奮中樞神經(jīng)和利尿的作用，醫(yī)藥上可用作呼吸和心臟興奮劑，臨床上用于治療昏迷復(fù)蘇和神經(jīng)衰弱，咖啡堿還是天然的殺蟲劑。

從茶葉中提取咖啡因的方法主要有大孔樹脂吸附層析法、升華法和萃取法［18］。中國農(nóng)科院茶葉研究所［19］選用茶葉精制過程中廢棄的茶末（約含咖啡因2.4%）作原料，采用10%～40%的乙醇水溶液逆流浸提，提取液回收乙醇后，通過雙效薄膜蒸發(fā)器濃縮，濃縮液冷卻后用有機(jī)溶劑萃取出咖啡因，萃取效率可達(dá)95%以上，生產(chǎn)成本較低，得率高，達(dá)到了工業(yè)化水平。趙旭壯等［20］采用超臨界CO2萃取茶葉中的咖啡堿，在30%乙醇做夾帶劑、萃取溫度40℃、萃取壓力25MPa、萃取4h的條件下，咖啡堿的提取率為3.95%。

1.3.4提取茶多糖

茶多糖是一種酸性糖蛋白，并結(jié)合有大量的礦物元素，蛋白部分由約20種常見氨基酸組成，多糖部分由阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖等組成。茶多糖具有降低血糖含量、降血脂、抗凝血、抗血栓、耐缺氧、減慢心率、增加冠脈流量和增強(qiáng)免疫力等作用，還有治療糖尿病的功效。

茶多糖在老葉中的含量比嫩葉高，這就為低檔老茶提供了一條合理的利用途徑。茶多糖的提取方法有單獨提取法和綜合提取法［20，21］。崔志芳等［22］選用低檔烏龍茶為原料，采用水浸提與微波加熱提取茶多糖，固液比1：30，浸提液經(jīng)乙醇沉淀，5%三氯乙酸脫除蛋白質(zhì)后，茶多糖得率達(dá)7.5%。

1.4生產(chǎn)沼氣

沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的一種主要成分為甲烷的混合氣體。

白娜等［23］以茶渣為原料，在自行設(shè)計的小型厭氧消化系統(tǒng)中對茶渣厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的過程進(jìn)行了研究。實驗表明，在不添加任何物質(zhì)調(diào)節(jié)碳氮比的條件下，茶渣能正常完成厭氧消化過程，在35℃條件下，250g茶渣經(jīng)過57天的發(fā)酵，平均日產(chǎn)氣量為1.97L，累計產(chǎn)氣量 118.36L，單位茶渣產(chǎn)氣率0.47L/g。發(fā)酵所得的氣體中甲烷含量高于50%，具有良好的燃燒性。

1.5合成銀納米顆粒

“銀納米顆粒”俗稱“納米銀”，是指粒徑在1～100 nm的銀單質(zhì)，具有廣譜抗菌作用，且不產(chǎn)生耐藥性。Qian Sun等［24］用硝酸銀與茶葉提取物在室溫下反應(yīng)2h，合成了近球形的銀納米顆粒，粒徑大小20～90nm。1.6作食品添加劑

茶渣經(jīng)擠壓膨化改性，可溶性膳食纖維和可溶性蛋白含量增加，用作食品添加劑可提高食品中可溶性膳食纖維和可溶性蛋白含量，從而提高茶渣的附加值。

袁根良等［25］將粉碎后的茶渣與玉米粉按1：9比例混合，用雙螺桿擠壓機(jī)對混合物進(jìn)行擠壓膨化處理，在螺桿轉(zhuǎn)速259r/min、擠壓溫度145℃、水分含量14%、喂料速度24r/min條件下，所得產(chǎn)品容重較小，膨化度較大，口感和酥脆性好，還保留了茶葉的香味，且產(chǎn)品中可溶性膳食纖維和可溶性蛋白質(zhì)含量分別增加10.11%和15.56%。

1.7用于減肥

大量研究表明，茶葉提取物及其主要活性成分茶多酚、咖啡因具有良好的減肥作用。茶葉提取物能促進(jìn)能量消耗，減少能量攝入，改變脂類代謝，抑制食欲，減少對營養(yǎng)成分的吸收。

Hursel R等［26］對11個以綠茶提取物進(jìn)行臨床實驗的薈萃分析報道表明，經(jīng)過約12周的干預(yù)實驗，綠茶提取物受試對象體重平均降低1.31kg。陳玉瓊等［27］用湖北青磚茶水提取物對肥胖大鼠的減肥作用進(jìn)行了研究，實驗表明湖北表磚茶水提取物對實驗大鼠體重、體脂降低作用明顯，對血脂和肝臟脂質(zhì)也有明顯的降低作用。因此將廢棄茶渣資源化應(yīng)用到減肥這一新興產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2.3在日常生活中的應(yīng)用

盧綺靜［28］等對廢棄茶渣吸附甲醛進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)茶渣對甲醛有著較好的吸附效果，因此，利用茶渣可以在一定程度上去除空氣中的甲醛，達(dá)到凈化空氣的效果。也可用茶渣代替活性炭，去除冰箱中的異味。

泡飲過的茶渣曬干后可制成茶枕［29］，對高血壓患者和失眠者有輔療作用；用紙包裹制成鞋墊，可除濕去臭；燃燒后的煙有驅(qū)蚊作用；放在廁所或空氣不流通的地方可去除異味。

茶渣去污效果好，可以用來擦洗玻璃、門窗、家具、炊具和皮鞋等。

在有腥味的容器中放入些許茶渣，煮一下就能有效去除腥味。

深色衣服上沾了油漬，用茶渣搓洗即能去污。

2　廢棄茶渣作為處理污染物介質(zhì)的開發(fā)途徑及應(yīng)用效果

2.1煤氣、天然氣脫硫

以煤為原料合成氨或用煤生產(chǎn)居民燃用煤氣時，煤中的硫元素被轉(zhuǎn)化為H2S。從地層采出的天然氣中也含有少量的H2S。H2S會使氨合成塔中的催化劑中毒，也會腐蝕燃?xì)廨斔凸艿?，降低管道壽命，因此煤氣或天然氣必須進(jìn)行脫硫處理。

茶葉中含有豐富的兒茶多酚類化合物，這些化合物易被氧化生成醌類化合物，與H2S反應(yīng)時可將S2-氧化成單質(zhì)S，其本身被還原成兒茶多酚類化合物，因此可循環(huán)使用。浙江省化工研究所用純DL-兒茶素在催化劑存在下進(jìn)行脫硫試驗，結(jié)果表明脫硫率達(dá)99%［30］。

2.2處理廢水

茶渣因其表面多孔，比表面積大，是一種具有較強(qiáng)吸附能力的吸附劑，特別是對金屬離子有很強(qiáng)的吸附性，僅茶湯組分便可以與20多種金屬離子發(fā)生配合反應(yīng)，從而達(dá)到吸附金屬離子的目的［31］。

2.2.1處理廢水中的重金屬離子

采礦、電鍍、燃煤發(fā)電、核工業(yè)等會產(chǎn)生大量含重金屬離子的廢水，這些廢水必須經(jīng)過處理才能排放。張軍科等［32］用廢棄茶渣處理含Pb2+和Cd2+的廢水，試驗表明，廢棄茶渣對廢水中的Pb2+和Cd2+具有良好的去除效果。王巧玲［33］采用綠茶速溶茶渣處理含Cr（Ⅳ）廢水，試驗表明，速溶茶渣對鉻（Ⅳ）的吸附力良好。馬宏飛等［34］研究了茶渣對Ni2+的吸附性能，試驗表明茶渣對Ni2+具有很好的吸附性能，吸附率可達(dá)81%；何猛雄等［35］研究了茶葉渣對Cu2+的吸附性能，試驗表明茶渣對Cu2+有較好的吸附效果，在pH4～6時，吸附率為60%。謝紅梅等［36］研究了茶葉對Cr（Ⅵ）的吸附性能，試驗表明當(dāng)pH=7、Cr（Ⅵ）濃度為50mg/L時，吸附率可達(dá)80.1%。用茶渣處理廢水中的重金屬離子不僅保護(hù)了環(huán)境，還使茶渣得到有效利用。

2.2.2處理廢水中的孔雀石綠

孔雀石綠是一種三苯甲烷型的綠色染料，既可作染料，也可作殺真菌、殺細(xì)菌、殺寄生蟲的藥物，由于價格低廉，療效顯著，被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)中。但孔雀石綠有毒，長期超量使用可致癌，我國農(nóng)業(yè)部已將其列為水產(chǎn)養(yǎng)殖的禁藥。

EmineAkar等［37］將茶渣制成活性炭（STAC），吸附水溶液中的孔雀石綠。在45℃、pH 4的條件下，STAC的最大吸附容量為256.4mg/g，在最佳操作條件下，可去除廢水溶液中94%的孔雀石綠。

3　茶渣作污染物處理介質(zhì)存在的問題及開發(fā)前景

3.1缺乏實際應(yīng)用

我國是制造業(yè)大國，工業(yè)污染物排放量大，環(huán)境污染較為嚴(yán)重。我國的茶資源豐富，若能將茶渣應(yīng)用于污染物的處理，不僅保護(hù)了環(huán)境，也解決了大量茶渣的利用問題。盡管我國學(xué)者對茶渣處理工業(yè)廢水作了大量研究，但是大多數(shù)成果僅僅停留在實驗室層面，鮮有實際的工業(yè)應(yīng)用。因此，目前迫切需要要做的工作是將茶渣處理工業(yè)廢水的有關(guān)研究成果應(yīng)用到工廠中去，為工廠解決治污的問題。

3.2沒有規(guī)范有效的推廣體系和成套設(shè)備

由于各類茶渣中所含有效成分各不相同，因此在提取應(yīng)用時還沒有相對成熟的技術(shù)來支撐。據(jù)孫金棟等［38］介紹，火電廠脫硫技術(shù)還沒有建成規(guī)范有效的推廣體系，而且在脫硫過程中會對系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕和磨損，國內(nèi)還沒有開發(fā)出脫硫工藝專用設(shè)備，國外引進(jìn)的設(shè)備價格高，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在合成氨化肥廠和燃?xì)夤疽泊嬖陬愃魄闆r。因此，目前要加大廢棄茶渣處理工業(yè)污染物的研究力度，研發(fā)適合我國工業(yè)發(fā)展的工藝和設(shè)備，加大新技術(shù)的推廣力度，從而提升企業(yè)的治污能力，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，茶渣的資源化應(yīng)用無論是在有效成分的提取還是作污染物處理介質(zhì)方面都有廣闊的應(yīng)用前景。

4　總結(jié)

目前，茶渣的資源化應(yīng)用研究已達(dá)一定深度，茶渣作肥料和飼料添加劑的研究成果已在很多地方付諸實踐，茶渣中的有效成分茶多酚、茶多糖、咖啡因等已在食品、醫(yī)藥行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是茶渣作為污染物處理介質(zhì)的研究還有待加強(qiáng)，實驗室的研究成果還有待進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。用茶渣處理工業(yè)污染物是以廢治廢的最好方法，也是未來茶渣應(yīng)用研究值得更加關(guān)注的方向。

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（責(zé)任編輯：朱彬）

Research Progress of Waste Tea Residue Recycling Application and Pollutant Treatment Medium

LI Lia，b，ZHU Bina，WANG Xin-yuea，b
（a.College of Chemistry and Chemical Engineering；b.Laboratory of Utilization Research on Characteristic Resources in Qianbei，Zunyi Normal College，Zunyi 563002，China）

This paper is an overview of waste tea residue recycling application research，as pollutant treatment medium，the paper looks into the prospects of its development value，approach，effect and application.

tea residue；application research；recycling；pollutant treatment

TS272

A

1009-3583（2016）-0088-05

2015-12-11

李麗，女，貴州遵義人，遵義師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院教授，主要從事分析測試研究工作。