废弃茶渣资源化应用及作污染物处理介质的研究进展

李　丽，朱　彬，王馨悦

（遵义师范学院a.化学化工学院；b.黔北特色资源应用研究实验室，遵义贵州563002）

废弃茶渣资源化应用及作污染物处理介质的研究进展

李丽a，b，朱彬a，王馨悦a，b

（遵义师范学院a.化学化工学院；b.黔北特色资源应用研究实验室，遵义贵州563002）

对废弃茶渣的资源化应用研究进展进行了概述，对其作为污染物处理介质的开发价值、途径、效果及应用前景提出了展望。

茶渣；应用研究；资源化；污染物处理

茶叶中富含人体必需的矿物质元素、茶多酚、儿茶素、维生素等成分，喝茶不仅有助于促进肠胃蠕动，还有增强体质等功效，因此常喝茶有利于人体健康。随着我国茶叶生产的发展，茶叶种类不断增多，茶叶质量不断提高，产量不断增大。据统计，2014年我国茶叶5月份的产量达19.7万吨，超过全球总产量的1/3。如此大量的茶叶在深加工和饮用后必然产生大量的茶渣，如果随意丢弃或焚烧必然造成环境污染。因此，如何将废弃茶渣资源化再利用，进一步提升茶叶的经济效益，成为茶产业界关注的焦点。

1　废弃茶渣的资源化应用

1.1作有机肥料

大量使用化肥会导致茶园土壤酸化［1］，从而影响茶树的生长，降低茶叶的品质和产量。而使用以废弃茶渣为主要原料，经优化配比、菌种发酵而成的茶园专用有机肥，可改良酸性土壤，均衡土壤养分，改善茶叶品质，提高茶叶产量。经何炎森等［2］试验证明，高温堆肥是茶渣变废为宝资源化应用的有效途径，为茶渣的有效利用提供了简单可行的方法。

1.2作饲料添加剂

泡饮后的茶渣中含有17%～19%的粗蛋白、16%～18%的粗纤维、0.5%～1.0%的粗脂肪、8%～9%的矿物质、0.1%～0.3%的咖啡因、1%～2%的茶多酚以及丰富的维生素等营养成分和药用成分［3］，能为畜禽提供52%以上的营养物质，并能对畜禽起到很好的免疫保健作用，还可改善畜禽的肉质。佐野昭满等［4］通过试验表明，添加茶渣的饲料可改善鸡肉肉质，鸡肉中的维生素E和维生素A含量也有明显提高，还可使鸡蛋壳的颜色加深，更有光泽，蛋黄呈深红色。Zhong等在公羊［5］的日粮中添加适宜水平的儿茶素可提高肉色的稳定性，降低公羊肉滴水损失。孙克年［6］在猪饲料中添加3%的茶渣，不但提高了饲料的利用率，降低了饲养成本，而且猪的育肥期也提前11天，增重提高14.7%，整体经济效益提高19.4%。猪食入含1%～2%的茶渣饲料可辅助治疗贫血、胃肠疾病、眼疾、白肌病等疾病。据陈小红报道［7］，添加茶渣为饲料的猪肉，腥味降低，维生素C含量更高，口感更好。在奶牛饲料中添加茶渣粉，奶牛育成期缩短，产奶量明显增加［8］。在肉兔精料中添加1.5%的茶渣末，饲料利用率提高8.5%，增重率提高12.7%，成活率提高26.5%［9］。茶渣还可以用作鱼饲料［10］。

1.3提取有效成分

1.3.1提取蛋白质

茶渣中含有丰富的茶叶蛋白，具有多种保健功能。张士康等［11］对茶叶蛋白功能特性进行了研究，以低蛋白含量（65%）的大豆浓缩蛋白为参照，将茶渣蛋白的功能特性与大豆浓缩蛋白进行对比，结果表明茶渣蛋白在pH4.0附近吸油性为4.86g/g，吸水性为4.13g/g，氮溶解指数最低，茶渣蛋白的乳化性、乳化稳定性、起泡性、起泡稳定性均优于大豆蛋白。沈莲清等［12］将茶叶浸泡三次后，烘干，粉碎，过60目筛，然后采用国家标准方法测定茶渣中的主要化学成分，结果如表1所示。

表1　茶渣的主要化学成分

通过表1可以看出，茶渣中含有丰富的蛋白质和粗纤维。沈莲清等还研究了碱法提取茶渣蛋白的最佳工艺条件，在NaOH浓度0.10mol/L、提取温度40℃、液固比40：1、提取时间5h的最佳提取条件下，茶渣蛋白的提取率可达56.36%。

毛银等［13］也研究了碱法提取茶渣蛋白的最佳工艺条件，通过正交试验表明，在NaOH浓度0.30mol/L、提取温度80℃、液固比30：1、提取时间1h条件下，茶渣中的蛋白质提取率可达77.35%。

靳伟刚等［14］在现有茶渣蛋白提取工艺的基础上，采用新的复合酶酶法提取工艺，在NaOH浓度0.10mol/L、温度50℃、液固比35：1、提取时间2h、复合酶B加量0.5%条件下，茶渣蛋白的提取率可达85.3%，纯度可达82.4%。

1.3.2提取茶多酚

茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，在茶叶中的含量一般在20%～35%。稳定性极强，在250℃、pH值4～8的环境中，1.5h内都能保持稳定。相继被我国列为食品添加剂使用标准和中成药原料。茶多酚还具有抗癌、防治心血管疾病、降血压等药理作用，更有研究表明，茶多酚还具有抗辐射和解毒作用，被誉为“辐射克星”。

抗氧化剂被广泛应用于医药、食品、保健等行业，通过化学合成的抗氧化剂BHA、BHT等存在安全隐患，而茶多酚具有较强的抗氧化作用，是一种天然安全的抗氧化剂。

目前，茶多酚的提取工艺［15］主要有：（1）溶剂萃取法，工艺简单，成本低，但产品纯度和提取率较低；（2）离子沉淀提取法，工艺简单，成本低，选择性强，产品纯度较好，但在转溶时需严格控制酸度，否则会影响产品品质；（3）吸附树脂法，工艺简单，操作条件温和，有机溶剂回收容易，树脂再生后可反复使用，但树脂用量大，价格高，只适用于少量生产；（4）超临界二氧化碳萃取法，具有优良的传递性能，较强的渗透力，良好的选择性，萃取率高，产品质量好，但一次性投入资金量大，只适用于少数成分的提取。另外还有微波和超声波浸提法等。

汪兴平等［16］采用沉淀法提取绿茶中的茶多酚。用平均粒径0.246mm的茶叶末作原料，以水作溶剂，料液比1：20，时间3min，微波浸提2次后再用50℃水浴浸提10min，茶多酚浸出率达90.73%。实验证明，Al3+在pH3.5～5.7范围内能有效沉淀茶多酚。

Xi Jun等［17］采用超高压提取法（high hydrostatic pressure extraction：HHPE）从绿茶茶渣中提取茶多酚。用50%（mL/mL）乙醇，液固比20：1（mL/g），500 Mpa超高压下提取1min，茶多酚提取率达30±1.3%。超高压提取法1min的茶多酚提取率与在室温下提取20 h、超声下提取90min、加热回流下提取45min相同。

1.3.3提取咖啡碱

咖啡碱又称咖啡因，是从茶叶、咖啡果中提取出来的一种生物碱，具有兴奋中枢神经和利尿的作用，医药上可用作呼吸和心脏兴奋剂，临床上用于治疗昏迷复苏和神经衰弱，咖啡碱还是天然的杀虫剂。

从茶叶中提取咖啡因的方法主要有大孔树脂吸附层析法、升华法和萃取法［18］。中国农科院茶叶研究所［19］选用茶叶精制过程中废弃的茶末（约含咖啡因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，通过双效薄膜蒸发器浓缩，浓缩液冷却后用有机溶剂萃取出咖啡因，萃取效率可达95%以上，生产成本较低，得率高，达到了工业化水平。赵旭壮等［20］采用超临界CO2萃取茶叶中的咖啡碱，在30%乙醇做夹带剂、萃取温度40℃、萃取压力25MPa、萃取4h的条件下，咖啡碱的提取率为3.95%。

1.3.4提取茶多糖

茶多糖是一种酸性糖蛋白，并结合有大量的矿物元素，蛋白部分由约20种常见氨基酸组成，多糖部分由阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖等组成。茶多糖具有降低血糖含量、降血脂、抗凝血、抗血栓、耐缺氧、减慢心率、增加冠脉流量和增强免疫力等作用，还有治疗糖尿病的功效。

茶多糖在老叶中的含量比嫩叶高，这就为低档老茶提供了一条合理的利用途径。茶多糖的提取方法有单独提取法和综合提取法［20，21］。崔志芳等［22］选用低档乌龙茶为原料，采用水浸提与微波加热提取茶多糖，固液比1：30，浸提液经乙醇沉淀，5%三氯乙酸脱除蛋白质后，茶多糖得率达7.5%。

1.4生产沼气

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种主要成分为甲烷的混合气体。

白娜等［23］以茶渣为原料，在自行设计的小型厌氧消化系统中对茶渣厌氧发酵产生沼气的过程进行了研究。实验表明，在不添加任何物质调节碳氮比的条件下，茶渣能正常完成厌氧消化过程，在35℃条件下，250g茶渣经过57天的发酵，平均日产气量为1.97L，累计产气量 118.36L，单位茶渣产气率0.47L/g。发酵所得的气体中甲烷含量高于50%，具有良好的燃烧性。

1.5合成银纳米颗粒

“银纳米颗粒”俗称“纳米银”，是指粒径在1～100 nm的银单质，具有广谱抗菌作用，且不产生耐药性。Qian Sun等［24］用硝酸银与茶叶提取物在室温下反应2h，合成了近球形的银纳米颗粒，粒径大小20～90nm。1.6作食品添加剂

茶渣经挤压膨化改性，可溶性膳食纤维和可溶性蛋白含量增加，用作食品添加剂可提高食品中可溶性膳食纤维和可溶性蛋白含量，从而提高茶渣的附加值。

袁根良等［25］将粉碎后的茶渣与玉米粉按1：9比例混合，用双螺杆挤压机对混合物进行挤压膨化处理，在螺杆转速259r/min、挤压温度145℃、水分含量14%、喂料速度24r/min条件下，所得产品容重较小，膨化度较大，口感和酥脆性好，还保留了茶叶的香味，且产品中可溶性膳食纤维和可溶性蛋白质含量分别增加10.11%和15.56%。

1.7用于减肥

大量研究表明，茶叶提取物及其主要活性成分茶多酚、咖啡因具有良好的减肥作用。茶叶提取物能促进能量消耗，减少能量摄入，改变脂类代谢，抑制食欲，减少对营养成分的吸收。

Hursel R等［26］对11个以绿茶提取物进行临床实验的荟萃分析报道表明，经过约12周的干预实验，绿茶提取物受试对象体重平均降低1.31kg。陈玉琼等［27］用湖北青砖茶水提取物对肥胖大鼠的减肥作用进行了研究，实验表明湖北表砖茶水提取物对实验大鼠体重、体脂降低作用明显，对血脂和肝脏脂质也有明显的降低作用。因此将废弃茶渣资源化应用到减肥这一新兴产业，具有广阔的应用前景。

1.2.3在日常生活中的应用

卢绮静［28］等对废弃茶渣吸附甲醛进行了研究，发现茶渣对甲醛有着较好的吸附效果，因此，利用茶渣可以在一定程度上去除空气中的甲醛，达到净化空气的效果。也可用茶渣代替活性炭，去除冰箱中的异味。

泡饮过的茶渣晒干后可制成茶枕［29］，对高血压患者和失眠者有辅疗作用；用纸包裹制成鞋垫，可除湿去臭；燃烧后的烟有驱蚊作用；放在厕所或空气不流通的地方可去除异味。

茶渣去污效果好，可以用来擦洗玻璃、门窗、家具、炊具和皮鞋等。

在有腥味的容器中放入些许茶渣，煮一下就能有效去除腥味。

深色衣服上沾了油渍，用茶渣搓洗即能去污。

2　废弃茶渣作为处理污染物介质的开发途径及应用效果

2.1煤气、天然气脱硫

以煤为原料合成氨或用煤生产居民燃用煤气时，煤中的硫元素被转化为H2S。从地层采出的天然气中也含有少量的H2S。H2S会使氨合成塔中的催化剂中毒，也会腐蚀燃气输送管道，降低管道寿命，因此煤气或天然气必须进行脱硫处理。

茶叶中含有丰富的儿茶多酚类化合物，这些化合物易被氧化生成醌类化合物，与H2S反应时可将S2-氧化成单质S，其本身被还原成儿茶多酚类化合物，因此可循环使用。浙江省化工研究所用纯DL-儿茶素在催化剂存在下进行脱硫试验，结果表明脱硫率达99%［30］。

2.2处理废水

茶渣因其表面多孔，比表面积大，是一种具有较强吸附能力的吸附剂，特别是对金属离子有很强的吸附性，仅茶汤组分便可以与20多种金属离子发生配合反应，从而达到吸附金属离子的目的［31］。

2.2.1处理废水中的重金属离子

采矿、电镀、燃煤发电、核工业等会产生大量含重金属离子的废水，这些废水必须经过处理才能排放。张军科等［32］用废弃茶渣处理含Pb2+和Cd2+的废水，试验表明，废弃茶渣对废水中的Pb2+和Cd2+具有良好的去除效果。王巧玲［33］采用绿茶速溶茶渣处理含Cr（Ⅳ）废水，试验表明，速溶茶渣对铬（Ⅳ）的吸附力良好。马宏飞等［34］研究了茶渣对Ni2+的吸附性能，试验表明茶渣对Ni2+具有很好的吸附性能，吸附率可达81%；何猛雄等［35］研究了茶叶渣对Cu2+的吸附性能，试验表明茶渣对Cu2+有较好的吸附效果，在pH4～6时，吸附率为60%。谢红梅等［36］研究了茶叶对Cr（Ⅵ）的吸附性能，试验表明当pH=7、Cr（Ⅵ）浓度为50mg/L时，吸附率可达80.1%。用茶渣处理废水中的重金属离子不仅保护了环境，还使茶渣得到有效利用。

2.2.2处理废水中的孔雀石绿

孔雀石绿是一种三苯甲烷型的绿色染料，既可作染料，也可作杀真菌、杀细菌、杀寄生虫的药物，由于价格低廉，疗效显著，被广泛应用于养殖业中。但孔雀石绿有毒，长期超量使用可致癌，我国农业部已将其列为水产养殖的禁药。

EmineAkar等［37］将茶渣制成活性炭（STAC），吸附水溶液中的孔雀石绿。在45℃、pH 4的条件下，STAC的最大吸附容量为256.4mg/g，在最佳操作条件下，可去除废水溶液中94%的孔雀石绿。

3　茶渣作污染物处理介质存在的问题及开发前景

3.1缺乏实际应用

我国是制造业大国，工业污染物排放量大，环境污染较为严重。我国的茶资源丰富，若能将茶渣应用于污染物的处理，不仅保护了环境，也解决了大量茶渣的利用问题。尽管我国学者对茶渣处理工业废水作了大量研究，但是大多数成果仅仅停留在实验室层面，鲜有实际的工业应用。因此，目前迫切需要要做的工作是将茶渣处理工业废水的有关研究成果应用到工厂中去，为工厂解决治污的问题。

3.2没有规范有效的推广体系和成套设备

由于各类茶渣中所含有效成分各不相同，因此在提取应用时还没有相对成熟的技术来支撑。据孙金栋等［38］介绍，火电厂脱硫技术还没有建成规范有效的推广体系，而且在脱硫过程中会对系统产生腐蚀和磨损，国内还没有开发出脱硫工艺专用设备，国外引进的设备价格高，增加了企业的生产成本，降低了企业的经济效益。在合成氨化肥厂和燃气公司也存在类似情况。因此，目前要加大废弃茶渣处理工业污染物的研究力度，研发适合我国工业发展的工艺和设备，加大新技术的推广力度，从而提升企业的治污能力，提高企业的经济效益。所以，茶渣的资源化应用无论是在有效成分的提取还是作污染物处理介质方面都有广阔的应用前景。

4　总结

目前，茶渣的资源化应用研究已达一定深度，茶渣作肥料和饲料添加剂的研究成果已在很多地方付诸实践，茶渣中的有效成分茶多酚、茶多糖、咖啡因等已在食品、医药行业得到广泛应用。但是茶渣作为污染物处理介质的研究还有待加强，实验室的研究成果还有待进一步的推广应用。用茶渣处理工业污染物是以废治废的最好方法，也是未来茶渣应用研究值得更加关注的方向。

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（责任编辑：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

李丽，女，贵州遵义人，遵义师范学院化学化工学院教授，主要从事分析测试研究工作。