晁雨蕊,高锦红,朱文博,王亚宁

(渭南师范学院 化学与材料学院,陕西 渭南 714099)

废弃茶是指在茶叶种植修及及茶叶加工过程中的茶渣和茶梗、茶片和茶末等一些茶的废弃物。废弃茶中留有丰富的活性物质,含有游离氨基酸、茶多酚、儿茶素、糖类和咖啡碱等大量的有用成分,这些活性成分的含量与茶叶中的相近,甚至比茶叶中的含量要高。若对废弃茶进行合理的研究利用,用于农牧业、食品业、精细化工、医药以及环保等领域,能为企业带来很好的生产效益[1-2]。

目前,我国对废弃茶的综合利用还处在初步研究阶段,主要在废弃茶中成分分析、提取、肥料和饲料添加剂等方面的研究较多,对茶渣的高值化利用主要途径有动物饲料添加剂、菌类培养基、植物土壤肥料、药物吸收与缓释以及重金属及染料吸附剂等[3]。废弃茶在农牧业、食品和医药等领域有很广阔的应用前景,本文从废弃茶的活性成分研究和利用两方面的进展进行综述,主要从废弃物茶中茶多酚、生物碱、多糖、氨基酸等方面进行,为废弃茶的综合开发利用提供参考。

1 主要活性成分的研究

1.1 茶多酚

茶多酚是茶叶中特有的成分,是多酚类物质的总称,具有抗氧化辐射、抗肿瘤、抗衰老、降血糖以及抑菌等多种作用[4]。目前对茶多酚的研究在食品行业较多,常作为化妆品等生活日用品的添加剂,作为某些疾病的药品原料以提高药效。在食品工业中要加入各种功能的食品添加剂,茶多酚就是一种天然食品添加剂,陈露[5]等对茶多酚的结构、功能特性及其在食品发酵中的应用现状进行了综述,研究得出茶多酚能抑制发酵肉制品中脂质氧化、抑制杂菌生成,在乳制品发酵中能抑制酪蛋白水解、增强乳制品抗氧化性和稳定性,在谷物发酵中能降低丙烯酰胺等的含量,通过对茶多酚在传统发酵食品中的应用和作用分析,指出茶多酚在食品贮藏保鲜领域具有良好的应用前景。张冠亚[6]等阐述了茶多酚的特点、物理及化学性质,分析和讨论了茶多酚在食品领域中的应用和发展前景。

1.2 咖啡碱

咖啡碱在茶叶中含量很高,一般为2%～4%,是茶叶的重要风味物质,也是重要的生物活性化合物,作为世界常用药物之一,是中枢神经系统兴奋剂,是广泛被消费的生物碱类。茶中咖啡碱的提取方法有升华法、超临界CO2提取法、吸附法和离子液体提取法等,目前对咖啡碱的研究并不多,大多数研究在医疗方面,用于临床治疗昏迷复苏[7]。

1.3 茶多糖

茶多糖是具有一定生物活性的复合多糖,是极具开发潜力的天然活性物质。茶多糖的提取方法有超滤法提取、水浸提法、酶法辅助提取等,目前研究方法中水提法和酶法提取较多[8]。董亮[9]等以云南普洱茶为对象,用丙酮沉淀法提取茶多糖,结合响应曲面优化选出最佳工艺,提高了茶多糖的提取率。焦自明[10]等研究了从中低档茶渣中提取茶多糖的最佳工艺,在提取条件为料液比1∶30(g∶mL),提取温度85 ℃、时间2 h、浸提3次后茶多糖的提取率达5.22%。粗老茶叶等废弃茶中的茶多糖比新茶中的含量高,说明废弃茶是提取茶多糖的良好材料,如果能合理开发利用,对解决茶渣造成的环境污染问题是一种新途径。

1.4 蛋白质

茶蛋白是茶叶中的一种植物蛋白,具有丰富的营养价值,具有抗肿瘤、抗氧化性、降血脂等多种生理功能,对动脉粥样硬化及冠心病有一定的预防作用,茶蛋白也在预防辐射方面具有积极作用。茶渣中蛋白质的提取方法有超声波提取法、碱法提取、酶法提取等。黄晓辉[11]等利用超声波对茶渣中的蛋白质进行提取,通过正交实验得出最佳条件,提取率达到90.82%。韩玮[12]等以夏秋茶为原料,对茶蛋白的提取工艺进行了优化,并且利用冻融法和超声波来辅助提取,通过研究使茶渣中茶蛋白得到有效利用。

1.5 膳食纤维

膳食纤维作为一种重要的生物活性成分,具有促进消化、降血糖、降血脂等功效。沈锐[13]等采用醇沉碱提法,提取了永川秀芽茶渣中的可溶性膳食纤维,设计4因素3水平的正交试验,研究了可溶性膳食纤维提取的最佳工艺条件。在最佳工艺条件下进行膳食纤维的提取,茶渣中膳食纤维得率可达27.06%。目前对不可溶性膳食纤维的提取方法采用碱提法较多,谢青松[14]等采用单因素分析法对永川秀芽茶渣不溶性膳食纤维进行提取工艺研究,对碱提法的关键因素进行优化,并通过设计正交试验确定了提取最佳工艺条件,茶渣中不溶性膳食纤维的提出率达46.95%,这为开发高附加值产品提供了科学依据。

1.6 粗纤维

粗纤维是膳食纤维的一类,膳食纤维体现的是不能被消化吸收的那些化合物,粗纤维体现的是不能被消化液水解的那部分,在预防某些疾病如冠心病、糖尿病、结肠癌和便秘等方面起着重要作用。茶叶深加工过程中产生的副产物茶渣中,含有少量的络合态色素、矿物质、氨基酸、茶多酚、咖啡碱等,同时还含有大量水不溶性物质,比如蛋白质和茶纤维[15]。废弃茶中粗纤维是最主要成分,郑清梅[16]等研究了市面上常见4种茶及其茶渣的粗纤维含量,测定结果表明茶叶中粗纤维含量在10%～16%,茶渣中粗纤维含量在13%～19%,还发现在所有分析检测的样本中的铁观音及其茶渣的粗纤维含量是最高的。

1.7 抗氧化活性肽

废弃茶中的抗氧化活性肽具有抗氧化能力,可作为添加剂及保健品应用于食品行业,具抵抗肌肤衰老、防止化妆品氧化等作用广泛应用于化妆品。祝子坪[17]等以茶渣为原料,优化制备抗氧化活性肽的制备工艺,有效提高了碱性蛋白酶酶解茶渣中的蛋白效率,提高了抗氧化活性肽得率,为茶渣的回收利用新路径提供实验依据。血管紧张素转换酶(ACE)在血压调节中扮演重要角色,目前也得到广泛关注,代成[18]等采用超声波预处理酶解法,从茶渣蛋白中获得高ACE抑制活性的新肽,用响应面法进行工艺参数优化,并对多肽进行分子量分布以及稳定性分析,为茶渣的高值化利用提供了理论基础。利用食源蛋白制备的天然活性肽是当前的研究热点,茶渣中抗氧化活性肽的制备有着很好的应用前景。

1.8 其他活性成分

废弃茶中还有其他的活性成分如茶色素、茶皂素、茶氨酸等,这些对人体具有较好的保健作用[19]。

2 茶废弃物的利用

2.1 生物吸附剂

茶叶渣中的膳食纤维及水不溶性的成分,是具有吸附作用的主要活性成分,所以茶渣具有吸附功能,且吸附效果优于原茶。目前,茶渣在有机染料、放射性元素、重金属的吸附等方面研究较多。张晶晶[20]等探究茶渣的吸附性能对茶汤的保鲜作用,将茶渣、交联聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、木质纤维素三种吸附剂的吸附结果进行分析对比,发现茶渣的吸附性能改善茶汤在储藏期间的外观品质,更具实用意义。

2.2 生物有机肥

茶渣中的氮含量为2.5%～4.0%,五氧化二磷含量为0.4%,氧化钾的含量为1.4%,可作为生物有机肥,另外,茶渣中的茶多酚对土壤有改良修复的效果,能够抑制土壤中脲酶的活性,能防止氨和氮的挥发。茶渣作为有机肥其肥效具有速效性和长效性。曾雄[21]等揭示了茶渣中的生物质炭对茶园土壤有机碳矿化特征的影响,经实验发现施用茶渣生物质炭后,茶园土壤有机碳的含量明显提高,茶渣中生物质炭能促进茶园紫色土和水稻土的矿化作用,少量施用时对黄壤土的有机碳矿化分解有着一定的抑制作用,同时能显著减弱紫色土和水稻土的固碳能力,黄壤土的固碳能力也显著提高。

2.3 动物饲料添加剂

废弃茶中有蛋白质、维生素、胡萝卜素等多种营养成分。茶渣用作动物饲料添加剂可提高动物饲料的营养价值,延长饲料储存时间,能增强动物免疫力并促进动物生长。蔡顶晓[22]等以肉兔为对象,在其饲料中添加茶叶提取物,能降低肉兔脂肪和胆固醇含量,增强动物的抵抗力和免疫力。将废弃茶作为动物饲料添加剂,能给畜牧业及社会带来经济效益,应用前景十分可观。

2.4 颗粒燃料

废弃茶作为颗粒燃料是将废弃茶渣转化为新型资源加以利用,颗粒燃料是以茶渣和污泥作为原料,既可以保护生态环境,又可以资源再利用,作为一种新型的燃料以其特有的优势赢得了广泛关注,与传统的化学燃料相比,具有经济效益还具有环保理念,符合我国经济的可持续发展。钟亮[23]等通过生产生物质颗粒燃料的工艺流程图,详细介绍了茶渣生物质颗粒燃料的生产及应用前景,为茶渣的综合利用提供理论依据。

2.5 用于废水处理

茶渣在废水处理中有过滤、净化、测试的作用,在处理含酚、含氟、含重金属等废水中有一定的研究进展。李必才[24]等以黑茶茶渣为原料制备的生物炭用于吸附废水中的Cr6+,研究显示茶渣生物炭的吸附效果要比未进行处理的茶渣的吸附效果好。重金属废水对环境污染严重,对人体健康伤害很大,目前利用茶渣处理含重金属废水的研究较多,废弃茶在实际污水处理方面有比较广阔的应用前景。

2.6 能源储存和环境修复

随着对废弃茶的深入研究和开发,其应用领域越来越广阔,目前,茶叶废弃物在能源储存和环境修复方面也有了新的进展,周琰[25]等为探索废弃生物质材料的高值化利用在储能和环境修复中的应用潜力,以茶渣为原料,采用简便方法用KOH活化法制备了多级孔炭材料(TWBC750),研究了将其作为超级电容器电极和环境吸附剂时的性能,探析了TWBC750在能量存储和去除污染物时所表现出的实际应用价值,实验合成的高效TWBC750为茶叶废弃物在环境修复和能源储存领域中可循环利用提供了理论依据,为废弃茶的高值化利用提供了一个可持续发展的途径。

2.7 其他方面

废弃茶可作为制备活性炭的原料、木屑板原料及聚合物填充材料、吸附材料、土壤改良剂原料、食用菌培养料,也常作为工业、建筑、环保家具及生物能源等的原料[26],在日常生活中可用作枕头的枕芯;能用来泡脚治脚气;可用来刷锅除油污、煮茶叶蛋等。目前,在食品中的新进展,如茶醋,茶醋是以茶叶为主要原料制成的饮料型醋产品,具有较广的市场前景[27]。如发酵的茶酒,茶酒是以茶汤为基础原料,经发酵酿制出的一种低咖啡碱含酒精饮料,适当饮用可帮助肠胃消化,可调节人体免疫力,这类低咖啡碱食品拥有广阔的市场前景[28]。

3 结语

作为来源广泛、成本低廉的生物质资源,废弃茶具有很好的多用途开发应用前景。目前,虽然废弃茶中活性成分及其在工农业、食品业、医药和环保等领域中的应用有了一定的研究进展,但国内对废弃茶的利用程度仍比较低,对茶渣等的开发利用技术缺乏较大规模推广,在有些领域的研发技术也不完善,这需要结合交叉学科及高新技术的合作,废弃茶的工业化应用将会是未来的研究重点。废弃茶中含有丰富的营养物质及活性成分,随着各种交叉领域学科的发展,加上现代分析技术的不断提高,废弃茶将在化工业、食品业、畜牧业等领域会有很好的应用前景。