孟洋，陳莉，*，盧紅梅

（1.貴州大學貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點實驗室，貴州貴陽550025；2.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025）

中國是茶葉的發(fā)源地，在幾千年的歷史發(fā)展中長盛不衰。茶文化起源于秦漢時期，興于唐，盛于宋，普及至今，是中國傳統(tǒng)文化的結晶[1]。目前我國的茶葉品種多樣化，經不同的制作工藝加工后，茶葉可分為綠、黃、白、青、黑和紅茶六大類[2]。

我國是世界上主要的茶葉生產國，在茶葉生產及消費過程中會產生大量的茶渣、茶末、茶梗、茶花、茶餅粕等副產物。據(jù)估計我國每年會產生100 萬噸以上的茶葉副產物（2018 年茶葉產量264 萬噸[3]，而副產物占30%左右[4]，大約是100 萬噸），但在如此龐大的基數(shù)下，我國對茶葉副產物的利用仍然匱乏且利用范圍較窄。茶葉副產物中含有豐富的可提取物質，主要包括茶多酚（tea polyphenol）、茶多糖（tea polysaccharide）、粗纖維（crude fiber）、茶蛋白（tea protein）、氨基酸（amino acid）、咖啡堿（caffeine）等，其功效有抗氧化、抗癌癥、抗菌、減低膽固醇、降血壓等。因此，了解茶葉副產物綜合利用的研究進展以及發(fā)展動態(tài)，不僅能夠保護生態(tài)環(huán)境、減少茶葉副產物的浪費、增加其經濟附加值，還能提高我國茶葉副產物綜合利用技術，完善我國茶葉產業(yè)鏈。

1 茶葉副產物中的有效成分及功效

茶為國飲，在生產及消費的同時，會產生大量的茶葉副產物，含有較多的可利用物，如：咖啡堿、茶多酚、蛋白質、茶多糖、氨基酸、礦物質等，這些物質具有很高的再利用價值[5]。有研究表明，經過提取的茶渣中仍殘留1%～2%茶多酚，0.1%～0.3%的咖啡堿，17%～19%的粗蛋白，16%～18%的粗纖維，以及部分氨基酸和少量茶多糖[6]。

1.1 咖啡堿

咖啡堿是重要的生物活性化合物，作為世界常用藥物之一，是眾所周知的中樞神經系統(tǒng)興奮劑，也是廣泛被消費的生物堿類[7]。屬于甲基黃嘌呤類生物堿，又稱為三甲基黃嘌呤、咖啡因、茶毒、馬黛因、瓜拉納因子、甲基可可堿等，其分子式為C8H10N4O2。

1.2 茶多酚

茶多酚是從茶葉中提取出的天然強抗氧化劑，屬于多羥基類化合物，是茶葉中多酚類物質的總稱，又稱為抗氧靈、維多酚、防哈靈、茶單寧、茶鞣質等，主要包含黃烷醇類（兒茶素類）、黃酮類、黃酮醇類、酚酸類等物質。兒茶素類物質含有：表兒茶素（epicatichin，EC）、表沒食子兒茶素（epigallocatichin，EGC）、表兒茶素沒食子酸酯（epicatichin gallate，ECG）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatichin gallate，EGCG），其中又以EGCG 的抗氧化活性最高[8]。

1.3 茶蛋白

茶蛋白種類豐富，茶渣蛋白中含有的主要成分有谷蛋白及醇溶蛋白等，是茶葉中重要的功能成分，其含量約占茶葉干重20%～30%，但水溶性蛋白質含量較少，絕大部分為非水溶性蛋白質，約占茶葉總蛋白量的95%[9]。

1.4 茶多糖

茶多糖是從茶葉中通過各種方法提取出的一類具有活性的多糖的總稱，是一種酸性糖蛋白，并結合有大量的礦質元素，較易溶于水，在強酸、強堿下易分解。茶多糖是繼茶多酚后的又一重要活性成分，其主要成分包括：D-葡萄糖醛酸、鼠李糖、D-巖藻糖、L-阿拉伯糖、D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖和D-半乳糖等[10]。

1.5 氨基酸

茶葉中所含的氨基酸約有20 多種，主要包含了天冬氨酸，谷氨酸，精氨酸，丙氨酸，茶氨酸和酪氨酸等，其中茶氨酸占了總氨基酸的50%。游離氨基酸是茶中重要的味道成分，高水平的游離氨基酸有利于茶的品質，茶氨酸是一種獨特的游離氨基酸，是綠茶鮮美甜味的主要化合物，使茶的滋味更加細膩[11]。

1.6 粗纖維

茶渣中所含有的絕大部分粗纖維為水不溶性膳食纖維，茶物質中所含有的粗纖維已被作為鑒別茶葉的老、嫩以及評定茶等級的國際公認標準，茶葉中粗纖維含量與茶葉品質為高度的負相關關系[12]。

1.7 功效

茶葉副產物中可提取的有效成分具有多種功效，對人體健康十分有益，詳見表1。

表1 茶葉副產物中的有效成分、功效及含量Table 1 Effective components，efficacy and extraction rate of tea by-products

由表1 可知，茶葉副產物中還含有豐富的有效成分，對人體具有多種生理功效。在我國茶葉產量不斷增加的前提下，加強對茶葉副產物的綜合利用，將有助于提高茶葉資源的經濟價值，促進茶產業(yè)的全面發(fā)展。

2 茶葉副產物在食品領域的綜合利用

茶葉副產物含有大量的茶多酚、茶多糖、氨基酸、維生素等營養(yǎng)和生物活性物質，因此將茶葉副產物開發(fā)為食品或是食品添加劑，將有益于人體健康。

Chang 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，以油茶粉作為黃酒生產的潛在原料，高含量的氨基酸以及微量茶葉皂苷進一步提高了黃酒的營養(yǎng)價值，能夠產生對人體健康的有利因素。Choi 等[25]在研究中發(fā)現(xiàn)綠茶籽提取物具有抗酵母活性，是一種安全、有效的食品防腐劑，且在濃度為100 μg/mL 時，可完全消除接種酵母，在醬油保鮮中顯示出極好的防腐效果。在其他研究中，Ning 等[26]發(fā)現(xiàn)在1 ∶100（質量比）的面粉水平上添加綠茶粉末，能夠顯著提高抗氧化活性，且在較高的綠茶粉末水平下，增加面包的咀嚼度。Wu 等[27]在海綿蛋糕制作工藝中發(fā)現(xiàn)，添加了速溶茶粉末的海綿蛋糕具有較好的抗菌和抗氧化活性，可以延長海綿蛋糕的貨架期。Zhang 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，將1 g/L 茶多酚添加到海藻酸鈉食用涂料中對冬棗進行常溫保存，在保持抗壞血酸含量、總酚含量和抗氧化酶活性的同時，顯著降低了總葉綠素含量、呼吸速率、電解質滲漏量和丙二醛含量，因此，添加1 g/L 茶多酚的海藻酸鈉基食用涂料具有在常溫下保持鮮棗品質的潛力。

3 茶葉副產物在醫(yī)療領域的綜合利用

茶葉副產物中所含有的茶多酚、茶多糖、咖啡堿等成分，是具有一定生理功效的物質，其作用方式主要包括：抗菌作用、抗癌癥、抗炎癥、抗氧化作用、降血壓等。

Yang 等[29]在抗前列腺癌（prostate cancer，PC）的研究中發(fā)現(xiàn)，茶樹多糖幾乎不影響正常人細胞的增殖，并對其體外生長抑制作用進行了研究，最終發(fā)現(xiàn)茶樹多糖通過誘導PC-3 細胞凋亡的機制實現(xiàn)了對PC-3細胞的體外生長抑制作用，可成為一種潛在的前列腺癌治療藥物。Axling 等[30]通過小鼠飼養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，綠茶粉末與植物乳桿菌的單一菌株結合能夠促進乳酸桿菌在腸道中的生長并減弱高脂飲食誘導的炎癥。Zheng等[31]在研究中發(fā)現(xiàn)，普洱茶粉對在控制惡性腫瘤中誘導的肝臟氧化損傷有保護作用，其中尤以劑量0.8 g/（kg·d）（順鉑/茶粉）效果最佳。Xu 等[32]在研究中發(fā)現(xiàn)，富硒綠茶微粉能夠以劑量依賴性的方式抑制環(huán)磷酰胺（cyclophoshamide）誘發(fā)的突變，具有明顯的抗突變作用。Yuda 等[33]在研究中發(fā)現(xiàn)，采用熱水法提取紅茶渣中的茶多酚，不僅能夠作為膳食補充劑還能對胰腺脂肪酶產生抑制作用，可以用來治療肥胖癥。

4 茶葉副產物在農業(yè)領域的綜合利用

隨著生活水平的不斷提高，人們開始追求更健康的生活方式，綠色無污染的農產品愈加受到關注。茶葉副產物中含有的茶多酚、茶蛋白、維生素、茶多糖、氨基酸、粗纖維等物質，能夠在動物養(yǎng)殖飼料及肥料中產生有益作用，因此，將茶葉副產品與飼料及肥料相關聯(lián)是大勢所趨，是推進農業(yè)健康發(fā)展的重要研究。

4.1 作為動物養(yǎng)殖飼料

茶葉副產物的價格與其它飼料相比較為低廉，將茶葉副產物按照一定的比例與其他物料混合作為動物的飼料能夠降低養(yǎng)殖成本。有研究表明，在飼料中添加5%的茶渣產生的可利用物質可完全替代麥麩進行飼養(yǎng)，且養(yǎng)殖產量、品質不減，成本至少節(jié)約10%[34]。茶葉副產物作為飼料，除了價格低廉外，還有其他優(yōu)點，如：能夠降低膽固醇、提高機體抗氧化能力、提高抗病抑菌能力、改善生產性能、降低腥味等[35]。AfSharmanesh 等[36]在雄性肉雞飼養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，綠茶粉末補充劑在肉雞養(yǎng)殖中具有降低膽固醇的作用，并且可以作為抗生素生長促進劑的良好替代品。Biswas 等[37]在利用日本綠茶粉末對肉雞的飼養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，綠茶粉末補充劑適合優(yōu)質肉雞的生產，在肉雞日糧中添加0.5%～1.0%的綠茶粉末能夠使肉仔雞脂肪和膽固醇沉積較少、氧化譜較少，且對一般性能無嚴重不良影響。Shomali 等[38]經研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)添加2 周綠茶粉的飼料對肉雞PCV，D-木糖的腸道吸收，血清總蛋白，脂質譜，礦物質濃度以及肉雞的性能參數(shù)均無不良影響。

4.2 作為肥料

茶葉副產物在肥料中的作用主要取決于茶多酚、茶蛋白、有機物等，其中茶多酚可作為改善土壤的改良劑，茶蛋白可在土壤中直接轉化為氮肥供以植物吸收養(yǎng)分[39]。利用茶葉副產物生產肥料能夠減少環(huán)境的污染，也可落實生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

有研究表明，有機營養(yǎng)源與無機肥料的結合使用能夠提高有機肥的潛力，也能提高無機肥料的利用率。堆肥茶與氮肥配合施用是提高甜菜產量、品質以及糖肥比，降低氮肥成本的最佳管理體系[40]。Mangwandi等[41]研究發(fā)現(xiàn)，茶葉廢料的聯(lián)合造粒提供了一種替代的廢物回收方法，利用石灰石和茶葉副產物的不同組成，成功地制備出肥料顆粒。且茶葉廢料與石灰石的比例變化會影響顆粒的壓縮性，隨粉料成分的增加，茶葉廢液質量分數(shù)增加，顆粒強度降低。Pant 等[42]在研究中發(fā)現(xiàn)，以茶葉副產物作為原料，采用相同的工藝條件所產生的堆肥，優(yōu)于市場上常見的以雞糞、綠肥等產生堆肥的綜合指標，且堆肥茶中存在的礦物質和赤霉素對白菜生長有著積極的影響。Hargreaves 等[43]在研究中發(fā)現(xiàn)，堆肥茶既能預防植物疾病，又能提供營養(yǎng)促進植物生長，堆肥茶的施用提高了土壤中鎳的含量，且為草莓的生長提供了充足的養(yǎng)分，與土壤堆肥相比，其產量相當。

5 茶葉副產物在環(huán)保領域的綜合利用

茶葉副產物在環(huán)境保護中的主要角色就是作為吸附劑，茶葉副產物組織結構疏松多孔，具有較大的比表面積，且含有較多的粗纖維，能夠作為一種高效的低成本生物吸附劑，在環(huán)保領域中具有廣闊的應用前景。

Cherdchoo 等[44]在研究中發(fā)現(xiàn)，混合廢茶可替代吸附劑去除合成廢水中的Cr（VI），對Cr（VI）的吸附量為94.34 mg/g，且能夠重復使用4 次，吸附效率＞50%。Weng 等[45]在研究中發(fā)現(xiàn)，用壓力蒸汽和堿液對廢紅茶粉（black tea powder）處理得到的產物（OH-black tea powder），對廢液中銅的吸附能力高于活性炭，在pH4.4 時，最大吸附容量為 43.18 mg/g。Li 等[46]在研究中發(fā)現(xiàn)，茶葉副產物對含鈾廢水的處理具有良好的潛力，且吸收能力較依賴于pH 值及離子強度。在pH=4.0和T=298 K 條件下，通過朗繆爾模型計算出茶葉廢棄物對鈾的最大吸附量為29.412 mg/g。Borah 等[47]在研究中發(fā)現(xiàn)以磷酸為活化劑，以茶葉廢料為原料，合成的高比表面積多孔碳能夠在中性pH 值條件下對水溶液中兩種染料進行吸附，其中對亞甲基藍的最大吸附量為402.25 mg/g、對伊紅黃的最大吸附量為400 mg/g。Khan 等[48]在研究中發(fā)現(xiàn)，以茶葉粉塵為潛在的低成本吸附劑，能夠通過間歇吸附技術從水溶液中除去結晶紫，且最大吸附量為175.4 mg/g。

6 茶葉副產物在能源領域的綜合利用

隨著傳統(tǒng)不可再生能源物質如媒、石油等數(shù)量的不斷減少，以及空氣污染的愈加嚴重，各種替代能源的開發(fā)和應用日益受到重視。茶葉副產物中含有大量纖維素，可作為優(yōu)良的燃燒物質，將茶葉副產物運用于燃料的研究既能緩解能源壓力，又能促進環(huán)保和提升經濟效益。

Basumatary 等[49]在研究中發(fā)現(xiàn)，茶廠廢渣有潛力通過熱解轉化為生物油，以補充石油衍生液體燃料和生物炭，且在500 ℃的溫度條件下，生物油提取率最高為 26.80%，可產生熱值為 29.11 MJ/kg。Rojas 等[50]在紅茶廢料研究中發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的醋酸鈉相比，茶葉產生的能量更多，盡管茶葉的電導率低于乙酸鹽，但它是適合小型微生物燃料電池使用的替代燃料。Uzun 等[51]在茶葉廢料研究中發(fā)現(xiàn)，茶葉廢料在熱解過程中產生的熱解油可以作為一種潛在的燃料，且最大生物油和焦炭產率分別為30.4%和43.3%，氫/碳比率與常規(guī)燃料的比較表明，獲得生物油的氫/碳比率介于輕質和重質石油產品之間。

7 茶葉副產物在其他方面的綜合利用

茶葉副產物在其他領域也有多種利用價值。有研究表明將半水石膏與紅茶末混合，紅茶末可以替代傳統(tǒng)的功能性混合液，用于制備半水石膏功能外加劑且獲得較好的效果[52]。He 等[53]在研究中發(fā)現(xiàn)，采用茶葉渣（tea residue）與高密度聚乙烯（high-density polyethylene）共混制備出的木材塑料復合材料（type of wood plastic composites），隨著茶葉渣的增加，TR-WPCs 的剛度明顯提高，而強度和韌性下降，且采用沸水處理后的茶葉渣可以顯著提高復合材料的力學性能。Liu等[54]在研究中發(fā)現(xiàn)，在制備的復合水凝膠中，以茶纖維素和殼聚糖、瓜爾膠為原料制備的水凝膠具有良好的熱穩(wěn)定性和力學性能。龔新懷等[55]為提高茶產業(yè)剩余物資源價值，拓寬木塑復合材料中植物纖維來源，以廢棄茶梗為有機填料，與聚丙烯成功制備出了復合材料。劉雯等[56]將鐵觀音茶末提取物涂布在卷煙內襯紙上，結果表明用提取物涂布卷煙內襯紙一段時間后，不但能改善卷煙感官品質，提升卷煙潤感，降低煙氣刺激性，還能凸顯鐵觀音茶的茶香。蘇麗琴等[57]在研究中發(fā)現(xiàn)，鐵觀音茶葉廢棄物可作為一種植物染料，能在無毒無害的基礎下達到染色的目的，且染色效果古樸，伴有淡淡的茶香。

綜上所述，我國茶葉副產物的產量巨大，充分利用茶葉副產物不僅可以減少環(huán)境污染，還能提高經濟附加值。茶葉副產物中含有的茶多酚、茶多糖、咖啡堿、茶蛋白、氨基酸、粗纖維等物質具有抗癌、抗氧化、抗菌、降血壓、降血脂以及吸附等作用，可在食品、醫(yī)療、農業(yè)、環(huán)保領域等方面大量運用，且利用效果優(yōu)良，尤其在農業(yè)、食品、環(huán)保方面應用效果最為顯著。

8 展望

我國茶葉種植面積居世界第一，茶葉副產物資源非常豐富，隨著人們對茶葉副產物資源的日益重視，研究人員已就其在食品、農業(yè)、環(huán)保、能源等領域的應用開展了積極的探索和研究，取得了一定成果，但和國外的開發(fā)技術相比，還有較大差距，綜合利用程度不足，還有很多值得深入研究的方面，比如可研究出更高效的提取純化技術對茶葉副產物中的各種功能活性物質進行提取和純化，并對其功效和作用機制進行研究，以進一步提高其經濟價值，拓寬其應用領域。還可以將茶葉副產物與當?shù)靥赜匈Y源相結合，開發(fā)多種具有地域特色的產品，在豐富產品類型，更好滿足消費者需求的同時，更好地發(fā)展壯大茶產業(yè)鏈，促進地方經濟發(fā)展?？傊?，加大對茶葉副產物資源的開發(fā)利用研究，不僅可以解決大量被廢棄的茶葉副產物的出路問題，還能獲得良好的經濟效益，促進茶產業(yè)的持續(xù)發(fā)展，具有十分廣闊的應用前景和發(fā)展空間。