CN108611331B - 一种茶叶全生物量综合利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种实现茶叶全生物量综合利用的耦合集成技术。本发明的技术方案包括，茶汁健康发酵饮品的制备、茶汁发酵细菌纤维素、茶叶渣发酵漆酶。采用本发明提供的技术方案，可获得高品质和安全性的健康茶饮品、细菌纤维素、漆酶。从而实现了茶叶的全生物量利用，且通过技术耦合延长了产品链，提高了茶叶产业链的经济效益，为我国茶叶资源的深加工产业提供技术参考。
Description
【技术领域】
本发明属于茶叶资源开发领域，特别涉及一种茶叶全生物量综合利用的方法。
【背景技术】
我国是世界上最大的茶叶生产国。茶叶作为保健饮品在我国已经有几千年的历史。如今茶叶已经成为世界性饮料，饮茶人数多达40多亿。茶叶之所以被人们广泛接受，不仅是因为茶叶具有解渴之功效，更重要的是茶叶具有多种医疗保健功能。在已知的研究中发现茶叶中含有500多种营养成分和功能成分。这些组分包括初级代谢产物如蛋白质、糖类、脂肪等；次级代谢产物如茶多酚类、茶氨酸、生物碱、芳香物质等。已被证实，这些物质是茶叶具有抗肿瘤、抗氧化、改善心血管疾病等一系列特殊保健功能的主要成分。然而，随着生产国茶叶面积不断扩张、产量持续增长，世界茶叶产供需矛盾日渐突出。近年来，我国茶叶产量持续稳定增长，2016年中国茶叶总产量约为243万吨，比2015年增长了16万吨，增幅7％。总产量中内销150万吨，出口30万吨，深加工10万吨，其余均为库存。我国茶叶面临着产大于销的问题，且从2014年期，我国茶叶消费增长始终低于总产量的增长，茶叶库存仍在不断增加。另一方面，随着茶叶深加工技术及企业的迅速发展，茶饮料等深加工产品大量生产同时产生了大量的茶渣。因此，促进茶叶消费，提高茶业经济效益，综合利用茶资源，研究、开发多元化茶产品，特别是在包括功能成分提取在内的茶资源深加工技术尤为重要。
红茶菌是有着悠久历史的一种民间传统酸性发酵饮料，它是以糖、茶、水为原料，主要经醋酸菌、酵母菌等多种微生物共同发酵而成。红茶菌液中含有丰富的营养和功能性物质，主要来自于茶叶的浸出物、活的微生物及其代谢产物，这些物质主要包括茶多酚、咖啡因、葡萄糖醛酸、葡萄糖酸、D-葡萄糖二酸-1，4-内酯、醋酸、乳酸、多糖、氨基酸、蛋白质和维生素等。因而，红茶菌饮料具有清理肠胃、消除疲劳、增强食欲、帮助消化、防治高血压和动脉硬化、预防和治疗糖尿病，以及防癌抗癌、增强机体免疫力等保健功能。因而，开发红茶菌饮料是茶叶深加工的有效途径之一。近年来，关于红茶菌饮料的开发已经备受关注，红茶菌饮料的制作也从传统的家庭式自产自饮逐步走向市场化。
茶饮料的开发仅仅利用了茶叶可溶性成分中的一部分，约有70％左右的茶叶渣被废弃了。在废弃的茶渣中还含有大量非可溶性组分及残留一些可溶性组分。研究表明，茶叶提取可溶性组分后的茶渣中约含有18-31％的粗蛋白，16％-22％的粗纤维，1％-2％的茶多酚，0.1％-0.3％的咖啡碱，还含有少量纤维素、矿质元素及茶皂素等成分，具有较高的潜在利用价值。另外，废茶中含有约4.16％的氮、约0.43％的五氧化二磷、约1.44％的氧化钾、约28.1％的有机碳。据文献报道酚类物质可以作为产漆酶微生物发酵漆酶的诱导物。因此，茶渣中残留的茶多酚等物质存在提高漆酶产量的潜力。而利用茶渣做肥料可增加土壤有机质养分，改善土壤通透性，改良作物根际微生态环境，从而促进作物生长。但是茶叶渣不能直接作为肥料。因为，茶叶里本身含的氮磷钾养分非常低。而且，如果茶叶没经过发酵，加的量就不能太多，否则茶叶腐熟过程中反而会消耗掉土壤中大量的氮素营养，还会产生大量的热。
本发明基于上述分析，提出了一种通过集成耦合技术实现茶叶全生物量综合利用的方法。
【发明内容】
【发明目的】
鉴于随着茶叶深加工技术及企业的迅速发展，我国茶叶面临着产大于销的问题，本发明旨在提供一种可实现茶叶全生物量综合利用的方法，通过多个单元技术的集成耦合实现多元化产品的开发，不仅有助于解决茶相关产业技术低端化、产品单一低值化、产业链过短等问题，从而提高茶业经济效益。
【本发明的技术方案】
本发明所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，包括如下步骤：
1)按一定比例加入开水浸泡茶叶后，过滤分离茶汁和茶渣，然后按照下列步骤实现茶叶综合利用：
2)茶汁健康发酵饮品的制备：茶汁中按比例加入甜味剂，接入红茶菌菌液并置于25-30℃恒温发酵后至pH值3左右，过滤发酵液即得到健康发酵饮品；
3)茶汁发酵菌膜制备细菌纤维素：茶汁发酵结束后，取出细菌纤维素膜，除去表面残留的菌体及发酵液，并冲洗至中性后得到可使用细菌纤维素；
4)茶叶渣发酵漆酶：茶叶浸泡后的茶叶渣，粉碎后作为漆酶发酵底物，在一定温度下发酵制备高活性漆酶。
经过上述四步可实现茶叶的全生物量绿色综合利用。
本发明中，步骤1)所述的茶叶包括，红茶、绿茶。
本发明中，步骤1)所述的茶叶与开水的比例0.25g/L～25g/L。
本发明中，步骤2)所述的甜味剂包括白糖、红糖、冰糖中的任意一种或一种以上。
本发明中，步骤2)所述的甜味剂的添加浓度为12.5g/L～125g/L。
本发明中，步骤2)所述的红茶菌菌液为红茶菌菌种、母液和红茶水原液的混合液。
本发明中，步骤3)所述的细菌纤维素的制备方法，以蒸馏水冲洗发酵菌膜3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，烘干即得细菌纤维素。
本发明中，步骤4)所述的茶叶渣发酵漆酶的方法包括固态静置培养和液态振荡培养。
本发明中，步骤4)所述的茶叶渣固态静置发酵漆酶的方法，是指将粉碎的茶叶渣与水按照1:2～1:5(w/v)混合，按10％(v/v)接种漆酶生产菌种种子液，在28-30℃静置培养5-7d。
本发明中，所述的茶叶渣液态振荡发酵漆酶的方法，是将粉碎的茶叶渣与水按照1:10～1:100(w/v)混合，按10％(v/v)接种产漆酶菌种种子液，在28-30℃以180rpm振荡培养5-7d。
【本发明的优点】
本发明旨在提供一种茶叶全生物量综合利用的耦合集成技术。这一发明具有如下优点：
1)采用本发明提供的技术方案，可实现茶叶的全生物量利用，且通过技术耦合延长了产品链，提高了茶叶产业链的经济效益；
2)采用本发明技术生产红茶菌健康茶饮料具有工艺简单、成本低、产品质量容易控制、安全性高的优点，适合工业化生产。
3)本发明提供的茶叶渣发酵漆酶技术，可充分利用茶渣中残留的茶多酚对微生物产漆酶的诱导作用，提高漆酶产量。
4)采用本发明的技术方案，茶渣经过产漆酶微生物的降解作用，可有效解决茶渣直接作为生态肥料存在的缺陷，使茶渣成为良好的生态肥料。
总之，采用本发明提供的茶叶全生物量利用技术，将有助于解决茶叶深加工产品链过短，转化技术低端化、产品单一且低值化等问题，为我国茶叶资源的深加工产业提供技术参考。
【具体实施方法】
实施例1
按照0.25g/L的浓度以开水冲泡绿茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中按照12.5g/L加入白糖，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在25℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:3(w/v)加入土豆汁水配制成固态发酵培养基，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃静置培养7d后，按照1:10加入蒸馏水提取漆酶，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了44.5倍。
实施例2
按照5g/L的浓度以开水冲泡红茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中按照75g/L加入红糖，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在30℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:10(w/v)加入蒸馏水，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃以180rpm振荡培养7d后，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了58.4倍。
实施例3
按照15g/L的浓度以开水冲泡红茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中按照125g/L加入冰糖，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在30℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:5(w/v)加土豆汁配制成固态发酵培养基，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在30℃静置培养5d后，按照1:10加入蒸馏水提取漆酶，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了39.4倍。
实施例4
按照25g/L的浓度以开水冲泡红茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中按照100g/L加入冰糖，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在25℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:50(w/v)加入土豆汁，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃以180rpm振荡培养7d后，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了65.4倍。
实施例5
按照25g/L的浓度以开水冲泡绿茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中按照75g/L加入冰糖，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在25℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:100(w/v)加入土豆汁，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃以180rpm振荡培养5d后，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了51.5倍。
实施例6
按照10g/L的浓度以开水冲泡绿茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中按照75g/L加入冰糖，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在30℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:2(w/v)加入土豆汁，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃静置培养7d后，按照1:10加入蒸馏水提取漆酶，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了72.3倍。
实施例7
按照10g/L的浓度以开水冲泡红茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中加入白糖和红糖各50g/L，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在30℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:10(w/v)加入蒸馏水，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃以180rpm振荡培养7d后，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了68.2倍。
实施例8
按照12.5g/L的浓度以开水冲泡红茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中加入白糖和冰糖各62.5g/L，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在28℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:20(w/v)加入蒸馏水，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃以180rpm振荡培养7d后，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了49.5倍。
实施例9
按照10g/L的浓度以开水冲泡绿茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中加入白糖、冰糖和红糖各25g/L，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在28℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:4(w/v)加入土豆汁，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在28℃静置培养7d后，按照1:10加入蒸馏水提取漆酶，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了81.6倍。
实施例10
按照12.5g/L的浓度以开水冲泡红茶配制茶汁，过滤分离茶汁和茶渣。茶汁中加入冰糖和红糖各37.5g/L，混合均匀后，在115℃高压蒸汽灭菌20min后，接种事先制备好的红茶菌菌液，在30℃静置培养，培养液pH值达到3左右即可停止发酵，所得发酵液即为健康茶饮品；所得到的菌膜以蒸馏水冲洗3次，然后将其浸入1％(w/w)NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，即得细菌纤维素；茶叶渣粉碎至60目，按照1:15(w/v)加入蒸馏水，灭菌后，按照10％接种漆酶生产菌种，在30℃以180rpm振荡培养7d后，以8000rpm离心后上清液中漆酶活性相对于以土豆汁加2％葡萄糖为培养基的对照组提高了47.9倍。
Claims (10)
1.一种茶叶全生物量综合利用的方法，包括如下步骤：
1)按一定比例加入开水浸泡茶叶后，过滤分离茶汁和茶渣，然后按照下列步骤实现茶叶综合利用：
2)茶汁健康发酵饮品的制备：茶汁中按比例加入甜味剂，接入红茶菌菌液并置于25-30℃恒温发酵后至pH值3左右，过滤发酵液即得到健康发酵饮品；
3)茶汁发酵菌膜制备细菌纤维素：茶汁发酵结束后，取出细菌纤维素膜，除去表面残留的菌体及发酵液，并冲洗至中性后得到可使用细菌纤维素；
4)茶叶渣发酵漆酶：茶叶浸泡后的茶叶渣，粉碎后作为漆酶发酵底物，在一定温度下发酵制备高活性漆酶，
经过上述四步可实现茶叶的全生物量绿色综合利用。
2.根据权利要求1所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，其特征在于步骤1)所述的茶叶包括，红茶、绿茶。
3.根据权利要求1所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，其特征在于步骤1)所述的茶叶与开水的比例0.25g/L～25g/L。
4.根据权利要求1所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，其特征在于步骤2)所述的甜味剂包括白糖、红糖、冰糖中的任意一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，其特征在于步骤2)所述的甜味剂的添加浓度为12.5g/L～125g/L。
6.根据权利要求1所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，其特征在于步骤2)所述的红茶菌菌液为红茶菌菌种、母液和红茶水原液的混合液。
7.根据权利要求1所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，其特征在于步骤3)所述的细菌纤维素的制备方法，以蒸馏水冲洗发酵菌膜3次，然后将其浸入质量百分比浓度为1％的NaOH溶液中，80℃水浴120min，除去残存的菌体和培养基，用去离子水反复冲洗至中性后，烘干即得细菌纤维素。
8.根据权利要求1所述的一种茶叶全生物量综合利用的方法，其特征在于步骤4)所述的茶叶渣发酵漆酶的方法包括固态静置培养和液态振荡培养。
9.根据权利要求8所述的茶叶渣固态静置发酵漆酶的方法，其特征在于将粉碎的茶叶渣与水按照质量体积比1:2～1:5混合，按体积百分比10％接种漆酶生产菌种种子液，在28-30℃静置培养5-7d。
10.根据权利要求8所述的茶叶渣液态振荡发酵漆酶的方法，其特征在于将粉碎的茶叶渣与水按照质量体积比1:10～1:100混合，按体积百分比10％接种产漆酶菌种种子液，在28-30℃以180rpm振荡培养5-7d。
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