干酵母改性对茶叶吸附性能的影响

吴开金，李 霞，陈 志，常颖萃，林春桂，吴惠萍，林冠烽，

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012； 2.福建农林大学金山学院，福建 福州 350002)

干酵母改性对茶叶吸附性能的影响

吴开金1，李 霞2，陈 志2，常颖萃1，林春桂2，吴惠萍2，林冠烽1，2

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012； 2.福建农林大学金山学院，福建 福州 350002)

以茶叶副产物——茶叶末为原料，采用干酵母进行改性，研究干酵母的用量、发酵时间、温度和湿度对茶叶末吸附剂性能的影响。结果表明，干酵母改性有助于提高其吸附性能，随着干酵母用量、发酵时间、温度和湿度的增大，茶叶末吸附剂对甲醛和苯的吸附性能呈先升后降的趋势。在较优的工艺条件下，茶叶末吸附剂对甲醛、苯的吸附量分别达到0.209、0.158 g·g-1。

茶叶末；干酵母；改性；吸附性能

我国是茶叶种植、生产和出口大国，茶叶资源十分丰富，茶产业在国民经济中发挥着不可替代的基础性作用[1]。目前，我国的茶叶产量位居世界首位，并且呈逐年增长的趋势。随着茶叶产业的发展，必将带来大量的加工副产物。据报道，我国每年约有10万t的粗老茶叶滞销或积压，如果这些茶副产物没法得到综合利用，将造成极大的资源浪费和经济损失。

茶叶是一种具有网状结构、多孔的材料，并且含有大量的多元酚等活性羟基，因此，在环保吸附领域得到越来越广泛的应用。为了进一步提高茶叶的吸附性能，研究者采用化学药剂对茶叶进行改性。Pirbazari等[2]采用碱改性茶叶剩余物，并用于吸附水溶液中亚甲基蓝。结果表明，改性茶叶与亚甲基蓝发生了络合和离子交换，吸附过程符合Langmuir和Freundlich等模型。Auta等[3]采用乙酸钾活化制备茶叶剩余物活性炭，用于吸附酸性蓝25。结果表明，活性炭对酸性蓝25的吸附率高达97.88%，吸附过程符合拟二级动力学模型。杨江帆等[4]采用乌龙茶梗与活性炭为原料，硫酸亚铁和柠檬酸为添加剂，复合制备出具有特殊吸附功能的材料。结果表明，复合材料对苯、氨水及甲醛具有良好的吸附性能，添加剂是制备复合材料的关键。黄泱等[5]采用盐酸改性茶叶粉，并对其吸附甲基紫溶液进行研究。结果表明，改性后茶叶粉对甲基紫的去除率达到98%。白卯娟等[6]和田奇峰等[7]采用氯化铁等改性茶叶，结果表明，氯化铁0.3 mol·L-1处理效果最好，吸附过程符合Freundlich模型。

本研究采用干酵母对茶叶副产物进行改性。探讨温度、湿度、微生物用量对茶叶副产物的吸附甲醛和苯等有机污染物的影响，可望充分利用这些茶叶资源开发出高附加值的产品，创造出良好的经济价值和社会效益。

1 实验材料与方法

1.1 原料与试剂

甲醛、苯和羧甲基纤维素钠均为市售分析纯，茶叶末来自福州某茶叶店，粉碎、过筛，取粒径0.2～1 mm。干酵母来自福州沃尔玛超市。

1.2 实验方法

粘结剂的配置：取2 g羧甲基纤维素钠溶于98 mL蒸馏水中，配置成质量分数为2%的粘结剂。

茶叶吸附剂的制备：取100 g茶叶末(绝干)与一定量的干酵母(0～7 g，0表示未添加干酵母)混合，并搅拌均匀，然后加入100 mL粘结剂，拌匀后，手工成球。将成球后的茶叶末置于恒温恒湿箱中，在一定的温度(25～40 ℃)和湿度(30%～60%)下发酵0～8 d(0表示未进行发酵)，即得茶叶吸附剂。

1.3 吸附性能测试

采用增重法测定茶叶吸附剂对甲醛和苯的吸附量：取一定量干燥后的茶叶吸附剂置于装着甲醛和苯的干燥器中，24 h后测定其质量增量。

2 结果与讨论

2.1 干酵母用量的影响

以一定量的干酵母(0～7 g)与茶叶末进行混合，在温度30 ℃、湿度50%的条件下发酵6 d制备茶叶吸附剂，用于甲醛和苯的吸附试验，结果见图1。由图1可知，随着干酵母用量的增加，茶叶吸附剂对甲醛、苯的吸附性能呈先增加后下降的趋势，在干酵母用量为5 g时达到最大，分别为0.209、0.158 g·g-1。与未添加干酵母进行改性的茶叶末相比，添加了干酵母的茶叶吸附剂对甲醛、苯的吸附量均有一定的提升(除添加量为7 g的甲醛吸附量外)，说明干酵母的添加有利于茶叶末吸附性能的提高。这可能是干酵母在发酵过程中对茶叶末的纤维素、果胶和萜烯类等物质产生了氧化、降解、分解和裂解反应，改变了茶叶末的表面化学结构和孔隙结构，提高了其物理和化学吸附性能。

2.2 发酵时间的影响

取5 g干酵母与茶叶末进行混合，在温度30 ℃、湿度50%的条件下发酵一定时间(0～8 d)制备茶叶吸附剂，用于甲醛、苯的吸附试验，结果见图2。由图2可知，随着发酵时间的延长，茶叶吸附剂对甲醛、苯的吸附量呈先上升后下降趋势，从发酵2 d时的0.197、0.073 g·g-1升高到6 d时的0.209、0.158 g·g-1，发酵时间为8 d时，又降为0.123、0.106 g·g-1。这可能是发酵时间太长对其孔隙结构产生破坏，降低其吸附性能。与茶叶末相比，发酵后的茶叶吸附剂具有更高的吸附能力，说明发酵有利于提高茶叶末的吸附性能。

2.3 温度的影响

取5 g干酵母与茶叶末进行混合，在温度25～40 ℃、湿度50%的条件下发酵6 d，制备茶叶吸附剂，用于甲醛、苯的吸附试验，结果见图3。由图3可知，随着发酵温度的升高，茶叶吸附剂对甲醛、苯的吸附量呈先上升后下降趋势，从发酵温度25 ℃时的0.195、0.092 g·g-1上升到30 ℃时达到最大值，然后又降为40 ℃时的0.169、0.084 g·g-1，其中，在35～40 ℃降低的幅度较大。这是由于温度较低时不利于干酵母的发酵，而温度太高其发酵速率较快，反而会对其孔隙结构产生破坏，降低其吸附性能。

2.4 湿度的影响

取5 g干酵母与茶叶末进行混合，在温度30 ℃、湿度30%～60%的条件下发酵6 d，制备茶叶吸附剂，用于甲醛、苯的吸附试验，结果见图4。由图4可知，随着湿度的升高，茶叶吸附剂对甲醛、苯的吸附量呈先上升后下降的趋势，从湿度30%时的0.196、0.102 g·g-1上升到湿度50%时的0.209、0.158 g·g-1，随着湿度的进一步增大，茶叶吸附剂对甲醛、苯的吸附性能下降。这是由于湿度较低时，干酵母发酵较慢，湿度较高也抑制干酵母的发酵，均不利于吸附性能的提高。

图3 温度对吸附值的影响 图4 湿度对吸附量的影响

3 小结

与未改性的茶叶末相比，采用干酵母对茶叶末进行改性，有助于提高其吸附性能。随着干酵母用量、发酵时间、温度、湿度的增大，茶叶末吸附剂对甲醛、苯的吸附性能均呈先升后降的趋势。

[1]那海燕，张明辉，张育松.茶叶副产品的综合开发与利用[J].亚热带农业研究，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]杨江帆，黄彪，王彦威.茶叶产业剩余物制备环境友好型复合功能材料的研究与开发[J].武夷学院学报，2011，30(2)：1-5.

[5]黄泱，林永兴.茶叶资源化利用及对染料废水的去除[J].漳州师范学院学报，2010，23(2)：102-106.

[6]白卯娟，甘明强.茶叶处理含氟废水的研究[J].茶叶科学，2009，29(4)：325-328.

[7]田奇峰，孙杰.茶叶对氟的吸附研究[J].化学与生物工程，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，FujianProvince，Fuzhou350012，Fujian，China；2.JinshanCollegeofFujianAgricultureandForestryUniverstiy，FujianProvince，Fuzhou350002，Fujian，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

省属公益类科研院所基本科研专项(2014R1011-5)

吴开金(1957—)，男，福建福州人，福建省林业科学研究院高级工程师，从事林产化学与工业的研究。E-mail：wkj321@sohu.com。

S571.1

A

1002-7351(2016)04-0089-03