3130100155+吴静+茶叶及其废弃物的综合利用

茶叶及其废弃物的综合利用吴静（浙江大学 环境与资源学院 农业资源与环境 1301班 3130100155）摘 要： 茶叶的生产和饮用，尽力了几千年的悠久历史。茶叶中含有茶多酚、生物碱、糖类、氨基酸、茶色素、茶皂苷等功能成分。这些功能成分具有许多医药保健功能和一些特殊性质，被广泛应用于食品、医药、日化、建材、养殖等行业。我国是产茶大国，但从上世纪90年代开始，茶叶市场国际需求相对饱和，我国茶叶生产与出口走入低谷。因此，提取茶叶功能成分综合利用茶叶、开辟茶叶新用途已成为我国茶叶行业发展的新方向。国内外市场上也有许多添加茶叶提取物的产品。经过提取、分离、纯化、干燥等工艺过程，可提取制备茶叶功能成分，为开发利用提供基础材料。本文对如今我国茶产业的发展现状进行了分析，对茶叶功能成分的功效、制备技术，以及茶叶及其废弃物的开发利用进行了综述。关键词： 茶叶 废弃物 功能成分 制备技术 综合利用 1 茶叶产业资源与发展现状茶叶是一种重要的世界性作物，被广泛地种植于亚洲、非洲、拉丁洲和大洋洲等地。从世界范围来看，茶树主要分布在南纬33度以北和北纬49度以南的地区，而在北纬6度到22度之间分布最集中。我国是世界上茶园面积最大、分布范围最广的国家。我国茶叶产地氛围四个大区，即华南茶区、西南茶区、江北茶区和江南茶区，茶园面积最大的是云南省，茶叶产量最多的是福建省。目前，全球约有50余个国家种茶，最大的四个产茶国是：中国、印度、斯里兰卡和肯尼亚。据统计，我国2013年茶园面积为257.93万hm2，产量189t；2014年我国干毛茶总产量为209.2万吨，增长10.69%。全球茶叶单产水平在连续3年下降的基础上止降回升，按茶园面积计算，平均亩产50.88公斤，增长4.89%。20042014年中国茶叶产量（万吨）我国茶叶行业主要产品包括：红茶（云南、福建、湖北、湖南、广西）、绿茶（云南、四川、浙江、湖北、福建）、白茶（福建、江西、四川、贵州、湖北）、黄茶（四川、江西、湖南、广东、贵州）、黑茶（湖南、四川、湖北、浙江、重庆）和乌龙茶（福建、广州、四川、湖北、湖南）。2014年我国茶叶产量品种结构然而，目前中国的茶叶市场正处于低迷状态, 主要表现在茶叶消费量的增长速度赶不上其产量的增长速 度；茶叶出口量虽有所增加，但其国际需求量却在下降;生产茶叶的成本上涨，而茶价却在下跌。茶产业要摆脱这种低迷状态, 即要实现供需平衡并获取足够的利润,就必须改造茶产业的传统结构，使茶产业链得以延伸, 以实现茶叶产品的多样化，从而扩大茶叶的消费范围。而对茶叶进行深加工综合利用正是一条可以通过实现上述目标来振兴茶业的优良途径。茶叶的综合利用是指采用先进的技术分离和提取茶叶和茶废弃物中的各种活性成分，以提高茶叶中这些活性成分的利用率。目前我国茶叶的深加工比例仅为6.7%，远低于目前世界22%的平均水平。世界茶叶的年总产值在70亿美元左右，而其深加工产品的年总产值可达180亿美元以上。日本的茶叶年总产量仅占我国的1/8，但其中30%的茶叶被进一步加工为茶饮料等茶产品，其茶叶年总产值却是我国茶叶年总产值的6倍，高达60多亿美元。 英国的立顿品牌茶饮品和美国冰茶系列饮品每年的市场产值可分别达到23和15亿美元。2009年, 我国的茶叶产量曾达到134万吨，毛茶产值达413亿元，而同期速溶茶、茶饮料和茶多酚、茶多糖等深加工产品的总产值就超过了400亿元。虽然仅占总产量1/7的茶叶被用于深加工，但是其深加工产品的产值与茶叶的年总产值几乎相当。这说明在茶叶资源同等的情况下，茶叶的深加工可提高其经济价值。 当前国内茶叶加工技术含量、产品质量和综合加工深度都偏低，茶产业的整体经济效益尚没有完全发挥。国内学者对茶叶资源的综合利用开展了大量研究，代表性结果如下：王瑞芳总结了茶叶中茶多酚、咖啡因、 茶多糖、 茶黄素等有效成分的药理功能及其提取方法。罗红玉与钟应富针对微生物在茶饮料、茶功能成分以及茶叶废弃物的应用进行了研究，并展望了微生物在茶叶深加工领域中的应用前景。刘晓婷介绍了茶叶在茶类食品上的开发应用，还介绍了茶多酚在食品工业、医药保健品行业、日用化学行业中的具体应用。王洪新教授及其课题组针对低档茶、片茶、碎茶进行了深加工及产业化技术研究，深入研究茶叶的茶多酚、儿茶素、茶氨酸等有效成分，形成了成套技术装备，其工业化生产示范技术已投产建厂，已创产值累计数亿元。杨勇认为茶叶深加工和综合利用是调整茶业产业结构、 振兴茶业的必经之路，同时指出茶叶深加工和综合利用与种植、生态、食品、医疗保健、机械、日用化工等行业密切相关，可以将茶叶的产业链进 一步延伸，促进农村经济发展。周小生与黄皓指出未来茶制品的三种发展趋势, 即可利用的茶树资源的丰富化、以 茶叶功能性成分为主的保健品的开发和茶制产品的多元化。 2 茶叶的功能成分及营养价值与医疗保健作用2.1 茶叶的功能成分茶叶的功能成分一般源自于茶叶中的次生代谢产物，或称天然产物。其主要组成为有机化合物，占茶树叶片鲜重的15%21%：酚类物质含量20%35%、蛋白质含量20%30%、糖类物质含量20%25、生物碱含量2%5%、氨基酸含量1%4%、有机酸含量3%左右、色素物质含量1%左右、维生素含量0.6%1.0%、芳香物质含量0.005%0.030，以及酶类等。根据在茶叶中含量的多少和提取制备的难易，茶叶的功能成分可以大致分为两类：一是茶叶主要功能成分，包括茶多酚、茶多糖、茶氨酸、茶色素、茶皂素、咖啡碱等；另一类是茶叶次要功能成分，包括茶蛋白、维生素、脂肪、微量元素、芳香物质、氨基酸丁酸、酶类等。主要功能成分： 茶多酚（Tea polyp henols）是一种天然多酚类复合物，为缩合单宁，是茶叶中的主要有效成分，约占茶叶干中的25%，是茶叶中约30多种多酚类化合物的总称。按其化学结构可分为4类：黄酮及黄酮醇类、儿茶素类、酚酸及缩酚酸类、花白素及花青素类。其中儿茶素类是茶多酚的主要成分之一，约占其总重的50%70，是构成茶叶色、香、味的主体化学物质，茶水的涩味及茶垢也来源于它。 茶多糖（Tea Polysaccharides）属于复合多糖，常与蛋白质结合形成酸性多糖或酸性糖蛋白。茶叶中的活性多糖，一般为水溶性多糖，含量为0.5%3.0%，在粗老茶中含量较高，主要由葡萄糖、阿拉伯糖、果糖、木糖、半乳糖及鼠李糖等组成。 茶氨酸（Theanine）在自然界的存在形式均为L型，又名谷氨酸乙胺。茶叶中特有的成分L茶氨酸是绿茶中有效的呈味物质，茶叶品质的好坏由茶氨酸的含量决定。在绿茶中茶氨酸是茶叶干重的0.4%3.0%，占游离氨基酸的40%60%，是茶叶中含量最多的氨基酸。 茶色素（Tea Pigments）是茶多酚类物质及其衍生物经氧化聚合形成的产物，主要包括茶黄素、茶红素、茶褐素等物质。前两种为主要功能成分：茶黄素是一类具有苯骈卓酚酮结构的化合物；茶红素是一类复杂的不均一性红褐色酚类物质，主要分子量在700400000之间。茶色素含有大量活性酚羟基等活性基因，具有极强的清除自由基、抗氧化作用。 茶皂素（Tea saponin）是一类较复杂的甙类衍生物（又称茶皂甙），属于三萜皂甙中的齐墩果烷型，有配基和糖体两部分组成。 咖啡碱（Caffeine），学名可可豆碱，又名咖啡因，属于生物碱类物质，是茶叶的主要成味物质和生理活性成分。咖啡碱的含量占茶叶干物质总量的2%5%，茶末、茶梗等制茶废料中含量在2.5%左右。次要功能成分： 茶蛋白（Tea Protein）一般占茶叶干物质重的20%30%，绝大多数不溶于水，只有12%为水溶性蛋白。谷蛋白、白蛋白、球蛋白和精蛋白等非水溶性蛋白难以直接被人体消化吸收。维生素（Vitamin）占茶叶鲜重的0.6%1.0%。微量元素（Microelement）在茶叶中主要以氟、锌、硒等为主。芳香物质（Aroma）是茶叶中含量低而种类多的挥发性物质的总称，其香气取决于组分和浓度。具 有清香和新茶香的主要成分为正己醇、异戊醇、反式青叶醇等物质；其中有香甜玫瑰香气的香叶醇、似柠檬油及熏衣草香的芳樟醇和有特殊气味的正辛醇。-氨基丁酸(GABA)是一种天然活性成分，在茶树中含量极低，一般占茶叶干物质的0.025%0.300%。茶叶中的酶类（Enzyne）主要为多酚氧化酶和过氧化酶，参与其他茶叶功能成分的形成。2.2 茶叶的营养价值与医疗保健作用早在几千年前，神农百草经、茶经、本草纲目及有关医书就有记载：茶具有兴奋解倦、益思少睡、消食去痰、解毒止渴、利尿明目、解酒杀菌、消炎整肠等保健功能。随着现代科学研究的进展，茶的更多功效被发掘了出来，它的功效和它的功能成分息息相关。2.2.1 茶多酚（1）抗氧化作用：医学实验证明，富含酚羟基的茶多酚可有效清除人体内过剩的活性氧自由基，抑制脂质过氧化，达到延缓衰老和抗脂褐素生成的目的。（2）抑癌作用：茶多酚可以诱导人体内代谢酶的活性促进致癌物的解毒，具有抑制和阻断人体内源性亚硝化反应防止癌变和基因突变。（3）防治高血脂症引起的疾病：I.茶多酚可以增强微血管强韧性、降血脂，预防肝脏及冠状动脉粥样硬化，抗血栓；II.它能降血压，保持人体血压稳定；III.它能有效调节人体的糖代谢，降低血糖水平，从而有效地预防和治疗糖尿病；IV.它能有效遏制过氧化脂的产生，血管壁的弹性得到有效保持，通过血管的舒张使血压下降以有效地防治脑中风。（4）提高人体的综合免疫能力：I.通过调节免疫球蛋白的活性，间接实现提高人体综合免疫能力；II.抗变态反应和皮肤过敏反应，对哮喘等过敏性病症有显著的疗效；III.舒张胃部紧张、防炎止泻和利尿作用；IV.促进Vc的吸收，防治坏血病。（5）杀菌抗病毒作用：在动物体内有抑制有害菌增殖的同时还能够促进有益菌菌群的生长，从而保护肠道微生物环境和改善微生物机构。 除此之外，茶多酚还能对重金属盐和生物碱中毒的拮抗作用，防辐射损伤、减轻放疗的不良反应，防龋固齿和清除口臭、助消化等。2.2.2 茶多糖（1）降血糖和防治糖尿病作用：茶多糖对糖代谢的影响与胰岛素类似，有望于用于保健食品及糖尿病的辅助治疗。（2）抗血凝、抗血栓作用：能明显抑制血小板黏附作用，并降低血液黏度；明显延长血栓形成时间，缩短血栓长度。（3）降血脂作用：茶多糖能降低总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白固醇，并增加高密度蛋白胆固醇，减少动脉粥样硬化的发生。（4）对免疫功能的影响：激活巨噬细胞、网状内皮系统以及T和B淋巴细胞。2.2.3 茶氨酸（1）辅助抑制肿瘤作用：本身虽无抗肿瘤活性，却能提高多种抗肿瘤药物疗效。（2）松弛神经紧张、静心安神作用：茶氨酸通过大脑屏障进入大脑，使大脑细胞中线粒体内神经递质多巴胺多巴胺先祝增加，影响人的情绪；抑制血清素的分解。（3）减肥作用：这是包括茶氨酸在内多种成分共同作用的结果，在对体内胆固醇的减少上，茶氨酸的作用及其明显。 除此之外，茶氨酸还具有促进大脑功能、对脑神经细胞的保护作用，能改善经期综合症以及降血压、护肝、抗疲劳作用。2.2.4 茶色素 茶色素具有防止心脑血管疾病、抗癌防癌、防辐射、抗氧化、抗菌、抗病毒等多种保健功效。2.2.5 茶皂素 茶皂素具有降低胆固醇、溶血、抗菌、表面活性剂等作用。2.2.6 咖啡碱（1）兴奋中枢神经系统作用：主要作用于大脑皮层使大脑外皮层易受反射刺激，从而改善心脏机能，使精神振奋、思维敏捷、工作效率和精确度提高，睡意消失、疲乏减轻。（2）助消化、利尿、醒酒作用：刺激肠胃分泌，通过肾脏促进尿液中水的滤出并刺激膀胱协助排尿，提高肝脏代谢能力。除此之外，咖啡碱还具有消菌灭毒、抵制疾病，降血糖、血脂、血压，松弛平滑肌、强心，促进机体代谢，调节呼吸率，解热镇痛、对急性中毒起抢救作用等功能。特别要注意的是咖啡碱低剂量时有利于人体机能更好发挥，而高剂量时对人体产生毒害，因此，利用咖啡碱的功能开发新型功能性食品时必须严格控制产品中咖啡碱的含量。2.2.7 次要功能成分 除主要功能成分外，茶叶中的次要功能成分也有一定的营养价值和医疗保健作用。茶叶中的茶蛋白就具有对预防放射治疗时引起的致突变效应有保护作用，且其氨基酸组成丰富、合理，含有人体必需氨基酸。维生素具有防止坏血病、抗氧化、抗癌等功效。芳香物质具有较高的抗菌活性，可防止食品变质。3 茶叶功能成分的制备技术3.1 儿茶素类制备技术儿茶素类化合物作为茶多酚的主体成分是茶叶中最重要的品质化学成分和功能成分，关于它的提取方法主要有溶剂分离法、沉淀分离法和吸附分离法三种。（1）溶剂分离法：包括溶剂浸提和溶液萃取。在浸提的过程中加以超声波和微波助提可以在一定程度上提高儿茶素类化合物的浸出率，缩短浸提时间，减少酚类物质的氧化，降低能耗，但对浸提设备要求较高，投入较大，目前尚未在工业生产中得到广泛应用。其中，溶剂种类及用量、溶液pH值、萃取温度、时间和级数是影响儿茶素类产品产率和纯度的重要因素。（2）沉淀分离法：主要是指金属离子沉淀法，即在弱碱性环境下，茶多酚与金属离子发生络合作用生成沉淀，从而使茶多酚与浸体液中的其他成分相分离，所得沉淀再通过酸转溶和溶剂萃取等步骤制得茶多酚成品。沉淀剂的选择和应用是影响提取结果的关键因素，溶液pH值和沉淀反应时间对儿茶素类产品的产量和纯度也有一定影响。（3）吸附分离法：利用某些树脂与儿茶素之间产生吸附作用，从而实现茶多酚与其他浸提组分的分离。根据树脂类型不同可分为：吸附柱分离法、离子交换柱分离法、凝胶柱分离法和硅胶柱层析法。此法优点在于试料用量少，选用合适的固定相、流动相及洗脱方法能获得较高纯度的茶多酚产品或儿茶素类单体，且吸附材料可再生。（4）新型方法：超临界流体萃取法、膜分离法、制备型高效液相色谱法分离、高速逆流色谱分离、木质素和纤维素吸附分离、分子印迹技术、盐析法等。3.2 茶多糖制备技术茶多糖是从茶叶中提取的、与蛋白质结合在一起的酸性多糖或酸性糖蛋白。目前从工艺流程来看，茶多糖的制备技术主要包括单独制备法和综合制备法。单独制备法仅以茶多糖为目标产物开发的提取纯化工艺，可分为沉淀分离法和超临界萃取法；而综合制备法则是指以同时制备茶多酚、茶多糖和咖啡因等多种产物而开发的技术。制备所得的茶多糖粗品中，还含有部分杂质，还需进一步纯化和分级，主要方法有沉淀、超滤和柱层析等。（1）沉淀分离法：工艺主要包括原料预处理、提取、去杂纯化、浓缩和干燥等步骤，主要影响因素有介质种类、料液比、温度、时间等。醇沉法是目前应用最广的茶多糖沉淀技术。（2）超临界萃取法：基本步骤与沉淀分离法类似，主要区别在于以超临界萃取步骤取代了水浸提步骤。影响因素有原料颗粒大小、萃取压力、温度、时间、CO2流量、夹带剂种类等。技术优势在于提取率高、萃取物杂质少、无溶剂污染和残留。但主要不足是设备投入多、运行成本高。（3）综合提取法：是指在提取茶多酚的同时，对提取过程中含茶多糖溶液进行浓缩、沉淀、去杂和干燥，从而获得茶多糖产品的制备方法。与单独制取茶多糖技术相比，综合提取法更能充分地利用茶资源，有利于降低成本，提高经济效益和生态效益；但此法工艺复杂，人力、物力投入需求也较多。3.3 茶氨酸制备技术 目前，茶氨酸的制备技术包括从茶叶中直接提取、化学合成、生物合成以及植物组培技术。其中直接提取技术又包括沉淀分离技术、膜富集分离技术以及色谱分离技术；生物合成技术包括微生物酶合成法和基因工程技术；植物组培技术包括茶愈伤组织培养技术和茶悬浮细胞培养技术。（1）直接提取法：利用特殊溶剂或吸附剂或一定孔径的膜等物质将茶氨酸从茶叶或者茶氨酸富集液（主要是茶多酚工业废液）中提取分离出来，最直接有效且安全的途径。但是提取制备过程中的不断除杂纯化导致步骤繁琐、产量小、成本高。（2）化学合成法：利用L谷氨酸供体与乙胺或乙胺供体混合，通过控制反应条件来实现L谷氨酸与乙胺基结合或者L谷酰基的转移形成茶氨酸。是得到高纯度茶氨酸的有效方法之一，具有价格低、成本低、适合工业化生产的特点。但成品品质难以保证，提纯困难、可能残留毒性物质，难以应用在食品业和药物业。（3）生物合成法：生产周期短、无毒副物质添加，可得到天然的L茶氨酸，副产物少，产品安全性评价较高。但目前基因工程菌法技术要求高，构建的重组菌稳定性难以保证，无法规模化生产，而微生物酶合成法在工业化生产氨氨酸中有着广泛的应用。（4）植物组织培养：通过对茶树细胞的离体悬浮培养或者茶树愈伤组织进行培养，通过人工控制培养条件，充分利用细胞中的茶氨酸合成酶来合成茶氨酸，再经过离子交换吸附等方法分离制备茶氨酸。较直接提取法，缩短了生产周期，可实现工业化；较微生物发酵，代谢产物含量低，目标产物含量不稳定。3.4 茶色素制备技术狭义茶色素类主要指茶黄素类、茶红素类和茶褐素类等。可从合适的茶叶原料中提取，也可通过提纯的多酚类物质经体外氧化直接获得。但通过提取和氧化制备的茶色素类一般目标成分低、杂质多，需要进一步纯化才能应用于功能食品和医药等高端领域。制备技术可分为溶剂萃取、体外氧化制备，以及色谱和膜纯化三个方面。（1）溶剂萃取法：最基本方法，指溶剂浸提，离心或过滤去除物料废渣，再初步去除杂质，并经浓缩和干燥获得茶色素粗提取物的过程。技术关键主要有两个方面：一是为提高提取率，尽可能充分利用物料中的目标物；二是通过合适除杂工序，尽可能提高目标为纯度。（2）体外氧化制备技术：研究证明，体外酶促氧化和化学氧化两种方法只要条件控制合适，均能得到与茶叶发酵相同的茶黄素产物。优于其技术可控性强、产物富集度高，是目前最有发展前途的茶黄素制备技术。（3）新型方法：大孔树脂柱色谱分离技术、聚酰胺柱色谱分离技术、高速逆流色谱分离技术、膜分离技术等。3.5 茶皂素制备技术 茶皂素的制备技术分为浸提和纯化两个方面。 茶皂素的分离萃取技术与它的溶解性相关，目前常见的浸提方法主要包括：热水浸提法、碱浸提法、有机溶剂浸提法、超声波辅助浸提法、超临界CO2提取法等；常用的纯化技术有沉淀分离和柱层析分离法。3.6 咖啡碱制备技术咖啡因的制备方法主要有人工合成和天然提取两种方法，由于人工合成的咖啡碱催在长期食用易引发残毒作用，一些国家已经禁止在饮料中使用合成咖啡因，因此主要讨论从茶叶中制备天然咖啡因的方法。（1）升华法：常温常压下，咖啡碱沸点178C，低于熔点237C，具有相当高的蒸气压，且茶叶中其他成分不具备升华特性，因此可采用升华法。起始物料可以是茶叶或茶副产品，也可以是通过溶剂萃取等其他手段获得的咖啡碱粗品。（2）溶剂萃取法：咖啡碱易溶于热水、氯仿、乙醇等溶剂，可以用这些溶剂对其进行萃取。但此法萃取的咖啡碱一般含有较多的杂质，需进一步纯化；且有的溶剂（如氯仿等）具有较大安全隐患，应尽量避免在产品中残留。（3）超临界CO2萃取法：二氧化碳是最常见的超临界流体，且本身无毒、无臭、无公害、无残留，为惰性溶剂，特别适合一些天然化合物的提取分离；自身的不足之处在于其一次性投资大、运行成本较高。主要影响因素为：萃取压力、温度、时间、夹带剂和流体流量。（4）其它方法：咖啡碱柱层析分离技术、高压脉冲电场快速提取技术等。ab图3.1 综合提取法提取咖啡碱、茶多酚、茶多糖工艺流程（笔者绘）4 茶叶与茶废弃物的开发利用由于茶叶对人体有着很重要的保健与医疗作用，因此它被广泛地应用于食品、医疗、日化化工等领域。其中不同的功能成分分别有着不同的功效，在时间生产工程中，有通过对茶叶中不同成分的分别提取再加工成茶产品的方式，也有几种功能成分共同作用的茶产品的研发。4.1 茶叶的开发利用4.1.1 功能成分开发利用（1）茶多酚：国内外已有许多保健食品或膳食补充剂中添加茶多酚，比如美国、日本和我国都有添加了茶多酚或儿茶素的片剂、胶囊、含片、糕点、油脂等产品；茶多酚类新型减肥食品也有广阔的市场：如将减肥作用显著的茶多酚作为主要成分加入到普通食品中开发出适合不同市场需求的新型减肥食品；茶多酚作为广谱天然抑菌剂对口腔致龋有抑制作用，可作为添加剂生产具有护牙健齿功效的口香糖、口含片等新型食品。（2）茶多糖：目前，国内外茶多糖相关新型食品主要集中于降糖茶、功能性茶饮料等，产品种类相对较少，但因其降血糖等功效作用显著，仍具有广阔的开发前景。早在上个世纪末，中国农业科学院茶叶研究所已开发出第二代调节预防糖尿病的功能食品“神叶牌降糖茶”,目前正在对新型食品的开发做进一步探索。 （3）茶氨酸：作为茶汤中鲜爽味的主要来源物质，茶氨酸既可用做茶饮料的品质改良剂，缓冲咖啡碱的苦味和茶多酚的苦涩味，改善茶饮料的品质和风味，也可以用来制作功能性茶饮料或者微型食品、纸型食品等新型休闲食品。目前，国内外添加茶氨酸的产品有巧克力、果冻、布丁、口香糖、保健茶和各种茶饮料等。中国农业科学院茶叶研究所在国内已率先开展了茶氨酸对改善睡眠作用的研究，并开发出茶氨酸片产品。（4）茶色素：目前，国内外以茶色素为主要功能成分的新型食品有片剂、软胶囊、口香糖、奶茶、保健茶、功能性茶饮料等。中国农业科学院茶叶研究所率先开发出以高活性茶黄素为主要功能成分的新型食品茶黄素片,并对产品的有效成分、稳定性、毒理、功能等进行了分析和评价，完全符合相关标准。 （5）茶皂素：广泛应用于建材、日用、化工、食品、农业、医药等领域。在食品行业，茶皂素主要应用于啤酒发泡稳定剂。（6）咖啡碱：咖啡碱作为食品添加剂，主要用于可乐型饮料和含咖啡因的饮料。另外，咖啡碱与茶多酚对人体的防癌抗癌作用有协同作用。因此，利用咖啡碱的功能开发新型功能性食品时必须严格控制产品中咖啡碱的含量。 （7）次要功能成分开发利用：茶蛋白经适当改性，有望成为消化吸收性较好的防辐射新型食品、饲用蛋白源、食用乳化剂、胶凝剂等产品；芳香物质可提取作为饮料、糕点等食品的天然香料成分，其中香叶醇、芳樟醇和正辛醇均具有较高的抗菌活性，可防止食品变质，可用来开发新型食品添加剂；-氨基丁酸已经被中国农业科学院茶叶研究所应用于于具有良好保健作用的新型食品 -氨基丁酸茶的开发。4.1.2 茶产品4.1.2.1 茶饮料茶饮料，又称即饮茶（Ready-to-drink tea，简称RTD茶），是一种适应快节奏生活的含茶软饮料，是对传统饮茶方式的扩展。随着生产技术进步和消费方式的改变，茶饮料的产品结构、口味、原料使用、工艺和包装等在不断变化：茶饮料结构20世纪70年代出现了红茶饮料，80年代以乌龙茶为主，之后绿茶饮料逐渐成为主导产品。根据我国2008年开始执行的饮料通则（GB 10789-2007）和茶饮料（GB/T 21733-2008）标准规定，茶饮料是指以茶叶的水提取液或其浓缩液、茶粉等为主要原料加工制成的液体饮料。根据添加物的不同，将茶饮料分成茶饮料（茶汤）、调味茶饮料、复（混）合茶饮料、茶浓缩液等品类，其中调味茶饮料又可分为果汁茶饮料、果味茶饮料、奶茶茶饮料、奶味茶饮料、碳酸茶饮料和其他调味茶饮料。目前市场上，国产的茶饮料绝大部分属于调味茶饮料系列，在这些产品中除了水、茶叶或茶粉或浓缩汁、糖或甜味剂外，或多或少添加了一些其他成分，如维生素C等。茶饮料的主要成分包括水、茶叶（茶粉或茶浓缩汁）、碳水化合物（糖）等核心组分，部分饮料还含有果汁、奶制品和CO2等特色成分。水是茶饮料的主体部分，一般占茶饮料质量的90%以上。茶叶成分是茶饮料区别于其他软饮料的核心组分，主要以各类茶叶萃取液、茶粉和茶浓缩汁进行调制。目前用于饮料加工的茶叶主要有绿茶、红茶、乌龙茶、茉莉花茶等。碳水化合物（糖）是重要的茶饮料组分，也是饮料甜味和能量的主要来源。目前茶饮料用糖主要以白砂糖为主，还有添加果葡萄糖浆、蜂蜜等。茶饮料生产工艺主要包括：水处理、溶解、调配、过滤、灭菌、罐装、贴标等工序，如果采用茶叶为原料，含需要萃取和净化等工序。4.1.2.2含茶食品饮茶是茶叶消费的传统方式与主要方式，但仅通过传统的泡饮方式，只能摄取茶叶中的水溶性功能成分，大约还有65%的水不溶性或水难溶性的功能成分则难以被人体吸收利用。然而，将茶叶成分添加到食品中制成含茶食品则可以使人体充分利用这些有效成分，更好地发挥茶叶的营养价值，而且对部分食品还能起到改善食品的口感风味、延长货架期和保鲜期等作用。我国自元代就有人将茶加工成含茶食品。如“玉蘑茶”，是用紫笋茶和炒米混合后磨成粉，调拌使用；“枸杞茶”用枸杞和雀舌茶碾成细末后，拌以酥油，用温酒调食。现代的含茶食品则是指将茶叶先加工成超细微茶粉、茶汁、茶天然活性成分等，然后与其他原料共同制作而成的，如含茶糖果、含茶饼干、含茶冰淇淋、含茶面条、含茶面包等，具有绿色、健康、时尚的特点。超微茶粉是指茶叶经过超微粉碎所得的粉末。超微粉碎将茶叶粉碎至1600目以下，即中心粒径为110g的颗粒，物料的细胞破壁率可达95%以上。超微茶粉具有比表面积、表面能以及空隙率大等诸多新特点，使其具有高溶解性、高活性、强吸附性等新特性。其生产关键技术有鲜叶护绿技术和超微粉碎技术两个方面。其中前者包括遮荫处理、护绿剂处理、护绿加工技术；后者包括球磨粉碎、气流粉碎、冲击式粉碎。利用超微加工技术将茶叶加工成超微茶粉，不仅能保持茶叶原有的品质风味，而且由喝茶变为“吃茶”，其营养保健成分更能被充分利用。研究超微茶深加工产品的综合利用，既可拓宽超微茶粉的应用范围，又可提高茶食品的营养保健价值，改善食品的防腐及抗氧化等功效。因此，超微茶粉在其茶食品开发方面的应用也越来越广泛。（1）含茶糖果：一般工艺为：原辅料溶化过滤常压熬糖或真空熬糖冷却混合（加入茶汁、香料、色素等）保温拉条成型冷却包装。添加茶叶成分的原料与方式主要有以下3种：一是由茶叶粉（如超微茶粉）制成的；二是由浓缩茶汁（茶叶经过蒸煮、过滤、沉淀、浓缩的汁液）加工而成的；三是有速溶茶浓缩液为主要原料制成的。其品质取决于茶与糖的比例。刘志良（2010）在发明专利CN 101658232 A中公布了一种绿茶糖果的加工方法；金杰（2010）在发明专利CN 101658230 A中公布了一种安吉白茶糖果的加工方法。（2）含茶饼干：含茶饼干加工采用的茶叶原料可以是中低档茶叶或者鲜叶，也有的采用抹茶。在饼干中添加茶叶成分主要有两种方法：一是茶叶浸提制备成茶叶添加；二是将茶叶研磨成粉末直接添加。另外也可以用鲜液为原料，研磨制成红茶茶浆或绿茶茶浆。将上述茶制品配以面粉、砂糖、奶粉、鸡蛋、油脂和调味料等，加水搅拌均匀，然后滚轧、成型、烘烤、冷却、包装即可制得含茶饼干。影响其品质的主要因素有配方比例、成型好坏、烘烤温度等。张新富（2009）以超微绿茶粉为辅料研制了绿茶曲奇饼干；程华平等（2011）研究了抹茶酥性饼干的加工技术。（3）含茶冰淇淋：主要原料为茶叶浸提液或茶粉、乳与乳制品、甜味剂为原料，添加蛋与蛋制品、乳化剂、稳定剂、香料、水等。主要加工工艺流程为：原料混合杀菌高压均质冷却老化（成熟）凝冻罐装（成型）硬化包装检验成品。朱俊玲（2006）用实验方法研制了绿茶冰淇淋，并优化了配方和生产工艺；周坚等（2007）研究了祁红超微茶在食品等方面的应用于开发，介绍了一种祁红超微茶冰淇淋的加工技术。（4）含茶面条：指将茶叶研成超微茶粉或由茶叶浸提得到茶汁后与面条混合，加入适量调味品制成的面条，包括茶叶挂面、茶叶方便面、茶叶空心面、茶叶蛋奶面等。主要工艺流程为茶粉、面粉、添加剂、水和面熟化轧片切条烘干切断计量包装成品。其品质影响因素主要为茶粉添加量、和面方法、茶粉细度。董文灿（2010）在发明专利CN 101416698 B中公布了一种普洱茶养生面条的加工方法。（5）含茶面包：是由小麦面粉、茶叶粉或茶汁、酵母和其他辅助材料加水调制成面团，再经过发酵、整形、成型、烘烤等工序制成的一种方便食品。茶叶原料一般为绿茶、乌龙茶或普洱茶。常规的含茶面包生产工艺有一次发酵法和二次发酵法。侯芮（2012）介绍了一种采用和面机、烘炉、发酵箱等设备制作绿茶小面包的方法。 除此之外，茶食品还包括茶酒类、茶膳、茶叶膨化食品、茶叶果酱等。新型茶叶食品为我国的茶叶及其副产品的开发利用提供了许多新的途径，大力开发新型茶叶食品，将给茶叶生产经营带来新的生机, 并将有利于提高茶叶的附加值，获得显著的经济效益和社会效益，提升我国茶产业的综合竞争力。 4.2 茶废弃物的开发利用茶的废弃物是茶叶在种植、加工、深加工、消费等过程中产生的以茶叶生物质为主体的废弃物总称，主要包括：（1）种植过程中产生的枯枝落叶、修剪下的枝叶和茶籽壳等茶园残留物；（2）加工过程中产生的碎茶、粗老梗叶和茶灰等；（3）茶饮料、速溶茶、茶多酚和茶油等茶叶深加工产生的茶渣及茶籽饼粕；（4）茶叶饮用后产生的茶渣。茶废弃物中含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、茶氨酸、茶蛋白、茶多酚、茶多糖、茶色素、茶皂素、微生物、微量元素等有用成分，在食品加工、农牧、医疗保健、环保等领域具有广泛的应用潜力；据估计，中国每年会产生500万吨以上的茶废弃物，然而当前，这些废弃物只有很小一部分得到了合理利用，大部分被当作农业垃圾处理，及污染环境又造成生物资源的巨大浪费。因此，对茶废弃物的综合利用很有研究价值。 4.2.1 可作为活性碳的原料活性炭是目前最常用的吸附材料，具有使用简便、环保、成本低等优点，广泛用于废水净化、气体过滤等环境保护领域。茶废弃物中含有丰富的碳，可作为活性碳的良好材料，可用于吸附化学染料、吸附重金属、净化生物柴油、作为电极材料等。活性碳的制备一般包括2个主要步骤：首先是原料在惰性气体环境下炭化；然后利用理化手段对炭化产物进行活化。选取合适的活化剂及其用量是制备出优质活性炭的关键，常见的化学活化剂有ZnCl2、H3PO4、KOH、K2CO3等。Gundogdu等采用红茶制备过程中产生的废弃物为原料，利用ZnCl2为化学活化剂制备了3中活性炭。研究结果表明，活性炭的孔隙度与表面积随着ZnCl2与废弃物之间比例的提高而提高，且当该比例为2时，孔隙度与表面积分别达到77.7%与1141m2/g。Gurten等采用K2CO3作为红茶废弃物的活化剂，制备的活性炭表面积最高可达1722m2/g。 4.2.2 可作为生物有机肥的原料 植物多酚(单宁)具有改良土壤的作用，茶废弃物由于含有丰富的茶多酚可作为一种良好的土壤改良剂原料。Mangwandi 等采用自助餐厅产生的茶废弃物为原料，按一定比例混合石灰岩粉末，成功制备了一种良好的土壤改良剂。夏会龙研究发现，茶园在施用茶渣有机肥后可明显改良土壤的生态特性，与施用市售茶园有机肥、菜饼和尿素相比，施用茶渣肥可显著增加土壤有机质含量，降低脲酶活性以及增加土壤中微生物数量。 国内许多研究证明茶废弃物(含有茶多酚)为原料制成的有机肥可促进农作物增产、克服连作障碍和减轻病虫害发生。孙志栋等以常规施肥法为对照, 应用不同施肥量和配比的茶渣有机无机活性肥改良番茄大棚土壤，结果表明，茶渣肥施用量在一定范围内随着施肥量增加，产量也随之增加；增施茶渣肥可一定程度上减轻病害发生，当茶渣肥施用量为1875 kg/hm2时发病率最低。周菁清等研究发现，施用茶渣有机肥能明显促进油冬儿菜和玉米的生长，且肥效较持久。 类似结果在茶、椪柑、葡萄等栽培上也多次被证实。国外许多研究也证实，茶废弃物还是一种优质的堆肥原料。Pant等以茶废弃物为原料，采用相同的生产工艺生产的堆肥综合指标要优于市场上以鸡粪、绿肥等为原料生产的常见堆肥。 4.2.3 可作为动物饲料的原料茶废弃物中的茶多酚、茶蛋白、茶氨酸等成分在提高禽畜免疫能力等方面具有显著作用。比如茶多酚具有很好的抗氧化性能，将茶废弃物用作饲料或添加入其他饲料中可减少饲料营养成分损失，提高饲料利用效率。Kondo等研究发现，燕麦青贮饲料中添加绿茶茶渣后有助于储藏期间蛋白质的保持，并可促进山羊对饲料中蛋白质的消化吸收。茶废弃物中的茶蛋白则可以改善肉制品的品质。周绍迁等研究表明：将茶渣中的茶蛋白酶解后的产物添加到猪的基础日粮中能有效提高猪的生产性能，改善猪的机体免疫力以及提高胰脏和十二指肠中消化酶的活性。为降低提取茶蛋白的成本，刘姝和涂国全以茶渣为主要原料，采用木霉、曲霉、有益微生物组合对其进行发酵，研究发现发酵后料中粗蛋白含量达到26%29%，分别比对照提高了20% 30%，其营养价值达到了仔猪配合饲料中粗蛋白的含量。4.2.4 可作为食用菌培养料的原料 茶废弃物中含有的丰富的纤维素、半纤维素、木质素、氨基酸、维生素、矿物质等营养成分，可作为一种良好的食用菌培养料。目前为止，利用茶果壳为原料栽培金针菇已获得不错的结果；利用茶屑、茶粉代替木屑、麸皮栽培毛木耳、黑木耳等食用菌是可行的；类似的研究在栽培凤尾菇与平菇、新茶菇等研究上也获得了成功。4.2.5 可作为活性成分的制备原料（茶渣）茶渣中仍然含有较多的蛋白质、粗纤维以及少量茶多酚和咖啡因等成分，可以作为蛋白和纤维的制备原料。（1）制备茶蛋白：主要有碱处理制备法和酶解制备法两种。碱处理法制备法主要影响因素有固液比、处理事件、碱液浓度和温度等；酶解制备法条件相对温和，有利于提高和改善蛋白质的溶解度、乳化性、起泡性及黏度等，同时可以避免碱处理对蛋白质氨基酸的破坏，蛋白质的活性和质量更有保证。（2）制备膳食纤维：水不溶性膳食纤维可采用酶化学法和化学法制备，前者工艺难度大、成本较高；后者操作相对简便，是常用的方法。（3）制备茶多糖：提取茶多酚、茶饮料后后的茶渣中仍含有约5%的茶多糖，可用于茶多糖的制备。具体制备技术可参考。（4）制备茶黄素：茶饮和速溶茶提取后的茶渣，仍有部分多酚类物质，通过化学氧化处理，可以将其氧化转变成茶黄素类化合物，且成本较低。单圣晔等（2010）以绿茶渣和红茶渣为材料，添加3%的氧化剂K3Fe(CN)6/NaHCO3，20C下反应20min，茶黄素生成量最高为0.23%。4.2.6 可作为生物吸附剂的原料（茶渣）由于茶叶具有的多孔网状结构和较大的表面积，且富含茶多酚、纤维素、半纤维素、木质素等含氧、氮、磷和硫功能的物质，可以作为一种良好的生物吸附剂材料。据报道茶渣的吸附效果优于原茶，且成本大大小于原茶。茶渣的主要成分之一是茶叶膳食纤维，尤其是水不溶性膳食纤维可能是茶渣吸附剂的主要活性成分。在茶渣的生物吸附剂研究方面以吸附清除水中的重金属、有机染料、放射性元素等污染物为主。（1）吸附清除废水中的金属离子：张军科等利用废弃茶叶渣吸附废水中的Pb(II) Cd(II)，清除率可分别达72.13%和 93.75%。崔晓宁等利用茶鲜叶制备茶叶纤维(茶渣主要成分之一)，并发现其对Cu (II)的吸附性能较好，最高吸附量为16.78 mg/g。Albadarin等利用茶渣和枣核去除废水中的Cr(VI)，研究发现60C时其对Cr(VI)的理论最大吸附量分别为5.768 和3.199 mmol/g，除此之外,茶渣 在吸附清除重金属离子 Ni(II)、Mn(II)、As(III)和 As(V)等也获得了较好的结果。 （2）吸附清除废水中的染料物质：Uddin等（2009）收集孟加拉国当地家庭产生的茶渣，并制成吸附剂吸附清除水体中的阳离子染料亚甲蓝，发现其对亚甲蓝的最大吸附量可达85.16mg/g。Giahi等采用自制茶渣对亚甲蓝的最大吸附量高达210.79 mg/g(吸附温度为40C)，且在亚甲蓝初始浓度为0.01 mmol/L时吸附率可达85%。 （3）吸附清除废水中的放射性元素：核技术在工、农、医、科技等领域的使用造成了大量核废弃物，而茶渣可去除核污染废水中的放射性元素。Eroglu等研究发现，红茶茶渣可高效吸附废水中的放射性同位素钛(201Ti)和 镓(67Ga)。铯(137Cs)是核燃料的一种裂变产物，2011年日本福岛第一核电站泄露出的放射性污染物中就有137Cs。日本学者 Gurung等研究发现，通过浓硫酸交联后的绿茶粉末对Cs(I)有较高的选择吸附能力，可用于含137Cs 废水的处理。4.2.7 在其他方面的应用 此外，茶废弃物还是日化产品的原料。例如用茶废弃物制作除臭剂、沐浴液、洁面液等。茶废弃物也经常作为生物能源、工业、建筑及环保家具等的原料。例如，茶渣经去杂、清洗、在进行干燥灭菌后即可作为枕芯填充材料，制成茶枕，对鼻炎、神经衰弱、头晕目眩及感冒头痛等病症具有一定的疗效；茶废弃物通过快速热解方法获得可作为生物燃料的生物燃油与生物炭；以茶废弃物为原料，在添加少量脲醛条件下压制木屑板，具有抗白蚁和防腐抗菌的作用；在粘土砖添加少量茶废弃物粉末后可显著提高其抗压强度与保温性能。5 结语截至2010年，我国茶叶深加工产品已经创造了茶叶1/3的产业规模（约300亿元人民币），但所用的原料是不到我国茶叶总产量5%的中低档原料。以茶叶为基材或配料开发茶饮料、含茶食品和各种茶叶保健品。符合现代人饮食追求健康保健自然，讲求营养机能嗜好的时尚，是我国茶产业在市场趋于饱和的情况下找到新的市场切入点。将传统喝茶逐渐转变为吃茶，充分利用茶叶做成各种茶产品，可以大大提高茶叶的经济价值。但是我们也可以发现，在对茶叶中功能成分进行制备时，仍然存在一些技术上的问题，因此要更好更全面地发展茶叶的综合利用，技术突破必不可少。 结合全文，可以认为，对茶叶及其废