張良,吳坤龍,金中亮,金憲伍,鄧昌斌*
1. 文成縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)研究院(溫州 325300);2. 浙江山哥哥農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司(溫州 325300)
油茶(Camellia oleiferaAbel)屬于山茶科(Theaceae)山茶屬(CamelliaL.)植物,有2 000多年的栽培歷史和利用歷史,其與烏桕、油桐和核桃并稱(chēng)為我國(guó)四大木本油料植物,廣泛種植于我國(guó)南方丘陵、山地適宜地區(qū),是南方重要的木本油料作物之一[1]。中國(guó)油茶近幾年快速發(fā)展,已成長(zhǎng)為千億級(jí)產(chǎn)業(yè),正向萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。加快油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展,是維護(hù)國(guó)家糧油安全的有效途徑,是促進(jìn)脫貧攻堅(jiān)的重要抓手,是提高人民群眾健康水平的有效措施[2]。國(guó)家林業(yè)和草原局與多部門(mén)聯(lián)合打通生產(chǎn)、加工、市場(chǎng)之間的壁壘,強(qiáng)化對(duì)全國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展統(tǒng)一協(xié)調(diào)服務(wù),實(shí)現(xiàn)油茶全產(chǎn)業(yè)鏈無(wú)障礙發(fā)展,編制《全國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》,以便更好地指導(dǎo)全國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效和高質(zhì)量發(fā)展[3]。同時(shí)規(guī)財(cái)司部署安徽、江西、河南等15省區(qū)開(kāi)展油茶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃工作,油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景寬廣。2019年全國(guó)油茶種植面積達(dá)到6 800萬(wàn)畝(1畝=666.67 m2),規(guī)劃到2025年,全國(guó)的油茶種植面積達(dá)9 000萬(wàn)畝(1畝= 666.67 m2),茶油年產(chǎn)量達(dá)200萬(wàn) t[4],屆時(shí)產(chǎn)生的油茶餅粕達(dá)250多萬(wàn) t,油茶籽殼達(dá)200多萬(wàn) t,油茶果皮達(dá)400多萬(wàn) t,籽殼、餅粕、果皮里富含糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、茶皂素、粗纖維、脂肪、單寧、多縮戊糖、多酚、黃酮等多種營(yíng)養(yǎng)成分[5],這些油茶加工廢料中營(yíng)養(yǎng)豐富,但同時(shí)含有單寧、鞣質(zhì)、木質(zhì)素、生物堿等苦澀、有毒、不易消化的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì),不能直接添加到用于養(yǎng)殖的飼料里,只能用于魚(yú)塘清潔、燃料或直接廢棄,造成資源大量浪費(fèi),同時(shí),在油茶生長(zhǎng)過(guò)程中因疏花疏果使得不計(jì)其數(shù)的油茶花、葉落地腐爛。培育萬(wàn)億元油茶產(chǎn)業(yè),關(guān)鍵在于構(gòu)建油茶生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈,高質(zhì)量地利用油茶全過(guò)程的各階段廢棄物。為此,重點(diǎn)介紹這些副產(chǎn)物的綜合利用現(xiàn)狀及未來(lái)開(kāi)發(fā)方向。
經(jīng)過(guò)古法壓榨的茶粕呈餅狀,堅(jiān)硬且厚實(shí);經(jīng)過(guò)現(xiàn)代工藝壓榨的茶粕呈碎片狀;石油醚浸出法、超聲波輔助水代法、水酶法、超臨界CO2萃取法等方法的茶粕大多呈粉狀。這些方法榨油后的餅粕內(nèi)都還殘留不同程度的茶油[6-7],在提取其他成分前為降低影響,都會(huì)對(duì)茶粕進(jìn)行前處理,同時(shí)還會(huì)加入一些其他材料,如談?dòng)钋宓萚8]用碳酸二甲酯脫去茶枯中殘留的茶籽油,加入茶籽果殼粉末、山竹殼細(xì)粉制作草本抗菌消毒液。
處理后的油茶餅粕中含有溶血毒性茶皂素,對(duì)動(dòng)物有毒害作用,但茶皂素是良好的日化原料,有去污抑菌的功效,也可用在葉面肥、農(nóng)藥助劑或乳化劑,還可用在醫(yī)藥抗氧化、抗?jié)B消炎、抗腫瘤和降血脂[9]。隨著生物科技和現(xiàn)代浸提工藝的進(jìn)步,處理方式逐步由熱水提取向微生物發(fā)酵技術(shù)、生物酶處理技術(shù)、微波技術(shù)、超聲波技術(shù)、蒸汽爆破技術(shù)等多技術(shù)聯(lián)合處理。胡福田等[10]在超聲微波聯(lián)用中發(fā)現(xiàn)在微波預(yù)處理后超聲時(shí)間30 min時(shí),茶皂素提取最佳組合條件為超聲波功率500 W、提取液溫度65 ℃、液固比9∶1、pH 11。驗(yàn)證表明,在最佳條件下,茶皂素提取率為12.38%,產(chǎn)品純度為54.68%[11]。在微波酶聯(lián)合浸提茶皂素中最佳提取組合條件為pH 6、酶用量0.45%、溫度55 ℃、液固比9∶1、時(shí)間1.5 h。驗(yàn)證試驗(yàn)表明,在最佳條件下,茶皂素提取率為13.35%,產(chǎn)品純度為58.47%。2種聯(lián)合方法都有較理想的效果。黃久蘭[12]將油茶餅粕粉碎至0.180 mm(80目),在R134a溶劑、24 kHz頻率超聲波下脫脂得油茶餅粕濾渣;用7倍量的45%乙醇溶液,在56~58 ℃,pH 6,同時(shí)加入相當(dāng)于油茶餅質(zhì)量4%的木炭粉、1.5%的明礬、2%~3%的氯化鈉,攪拌2~3 h,靜置1 h后過(guò)濾得濾液與餅渣。將餅渣加8倍量水溶解,加熱至83 ℃,攪拌2~3 h,加入氫氧化鈉,調(diào)節(jié)pH為9~10;過(guò)濾得到濾液;將濾液合并,加入相當(dāng)于油茶餅質(zhì)量1.3%的硅藻土、0.4%的活性炭粉末,加熱至57 ℃,在24 kHz頻率超聲波作用下攪拌0.5 h,靜置10 min后過(guò)濾得濾液;超濾后噴霧得茶皂素。多種技術(shù)聯(lián)合使得茶粕脫除茶皂素、蛋白質(zhì)變性、纖維素酶解,更易用在飼料。
為提高油茶加工企業(yè)的利潤(rùn)、增加油茶籽加工能力、減少預(yù)處理設(shè)備和動(dòng)力消耗、降低精煉負(fù)荷、提高出油率,油茶一般采用脫殼加工,脫下來(lái)的油茶籽殼中纖維素、木質(zhì)素、半纖維素的含量極高,是水解低聚木糖的原料之一,還可以提取棕色素、制作碳微球等。Yan等[13]用微波-乙醇預(yù)處理后去除茶皂素和單寧,通過(guò)楊樹(shù)菇產(chǎn)生的水解酶制備寡糖,最佳條件是底物濃度6%,初始pH 5.6,溫度50 ℃。在最佳條件下酶解14 h后獲得的最大寡糖產(chǎn)量為114.8 mg/g。寡糖的主要成分是聚合度2~8的低聚木糖和纖維低聚糖,水解產(chǎn)物中無(wú)毒副產(chǎn)物。張立釗等[14]以堿法制備木聚糖粗提液,再以粗提液為底物酶法制備低聚木糖,酶添加量5%、酶解時(shí)間10 h、酶解溫度49 ℃、底物濃度2%。此優(yōu)化條件下,低聚木糖濃度為11.63 g/L,比未優(yōu)化前提高4.63 g/L。
棕色是間于黃色和紅色之間的一種復(fù)合顏色,棕色素一般用于食品著色,隨著生活水平的提高,人們對(duì)食品安全要求越來(lái)越高,天然色素越來(lái)越受到青睞。油茶籽殼色素,是具有巧克力樣色澤的天然棕色素。魏罡等[15]采用加酶量0.8%、液固比20∶1、超聲提取時(shí)間15 min、超聲提取功率90 W、超聲提取溫度60 ℃進(jìn)行研究。在此條件下測(cè)得的油茶籽殼色素的吸光度為2.765,分別是單獨(dú)酶法提取、超聲波提取的1.8和1.5倍。油茶籽殼里提取的棕色素還具有一定抗氧化能力。張寬朝等[16]以提取溫度35 ℃、液料比11∶1、乙醇體積分?jǐn)?shù)65%、提取時(shí)間2 h進(jìn)行研究。在此條件下,油茶籽殼棕色素提取率為15.09%,并發(fā)現(xiàn)油茶籽殼棕色素有一定的清除O2-·能力和H2O2還原能力。綜合以上,油茶籽殼棕色素是一種具有巨大開(kāi)發(fā)潛力的天然食用色素。
油茶籽殼基活性炭對(duì)延長(zhǎng)油茶精深加工產(chǎn)業(yè)鏈、油茶副產(chǎn)物附加值提升和綜合利用油茶具有重要意義。馬文天等[17]利用油茶籽殼為碳源,通過(guò)水熱法實(shí)現(xiàn)碳層對(duì)納米Fe3O4微球的包覆。油茶籽殼和間苯三酚比例4∶1,加入30倍去離子水,機(jī)械攪拌6 h后超聲分散15 min,轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi),230 ℃反應(yīng)12 h后,自然降溫至室溫。磁力分離收集反應(yīng)生成的固相產(chǎn)物并用乙醇和水超聲清洗數(shù)次,60 ℃下真空干燥獲得反應(yīng)產(chǎn)物Fe3O4@C微球。形成的Fe3O4@C磁性微球核殼結(jié)構(gòu)、分散良好,其碳層包覆均勻,厚度約20 nm,在吸附持久性有機(jī)污染物全氟辛烷磺酸鉀時(shí)最大吸附量為11.61 mg/g,可以很好地分散在水中,水溶液中持久性有機(jī)污染物全氟辛烷磺酸鉀的吸附平衡所需時(shí)間僅為1 h,并通過(guò)外加磁場(chǎng)簡(jiǎn)便快速實(shí)現(xiàn)固液分離,規(guī)避了傳統(tǒng)吸附劑分離時(shí)的繁瑣步驟,大幅縮短了吸附劑分離時(shí)間。制備過(guò)程簡(jiǎn)單,環(huán)保無(wú)毒。楊潔等[18]發(fā)現(xiàn)活化劑添加量對(duì)油茶籽殼基活性炭的產(chǎn)率與吸附性能影響顯著,隨炭化溫度的升高,油茶籽殼基活性炭的產(chǎn)率與吸附性能呈先增后減的趨勢(shì),在活化劑添加量2.22 g、炭化溫度323 ℃、活化溫度714 ℃的條件下實(shí)際測(cè)得活性炭產(chǎn)率為29.25%,碘吸附值為886.78 mg/g,亞甲基藍(lán)吸附值為140.90 mg/g,效果最優(yōu)。
油茶果被采摘后,其果皮迅速失水裂開(kāi),茶籽仁脫落,皮、仁分離。油茶果皮即油茶果殼或油茶蒲,外觀呈棕褐色或深褐色,卵圓形,質(zhì)地堅(jiān)硬,密度低。木質(zhì)素含量在42%左右,多縮戊糖含量在28%左右,茶皂素含量在8.5%左右[19]。油茶果皮利用價(jià)值較高,在活性炭制取、復(fù)合材料制造、木糖和木糖醇制備、茶皂素提取等方面均有應(yīng)用。孫穎等[20]取廢棄果殼水洗除雜后烘干粉碎,篩取粒徑在0.25~0.35 mm油茶果殼顆粒在磷酸中浸泡,20 h后取出在氮?dú)獗Wo(hù)下于700 W炭化活化15~20 min,先酸洗再水洗,分段碳化磨粉得到油茶果殼活性炭粉末。蘇良佺等[21]用磷酸活化的油茶果殼制備油茶果殼活性炭,以873 K為碳化溫度,篩選1~2 mm的顆粒用于吸附6價(jià)鉻,比表面積、孔隙體積、中孔體積均優(yōu)于商用活性炭,當(dāng)T為293 K、pH為2.0時(shí)吸附效果最佳。
吳昊等[22]以廢棄油茶果殼和高密度聚乙烯為原料,采用擠出成型工藝制備PE-HD/油茶果殼復(fù)合材料,擠出成型制備的復(fù)合材料具有較好的拉伸、彎曲及沖擊性能。在平均粒徑380 μm的油茶果殼粉、添加量達(dá)40份、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯添加3份時(shí),復(fù)合材料均勻分散,擠出成型制備的PE-HD/油茶果殼復(fù)合材料綜合性能最佳。
劉玉環(huán)等[23]以微生物發(fā)酵油茶果殼生產(chǎn)功能性低聚糖,將油茶果殼粉碎,用微波高壓反應(yīng)去除茶皂素,過(guò)濾后得到油茶果殼粉,加入10%±5%麩皮和2%±0.5%石膏粉,配制成含水率65%±2%的固體培養(yǎng)基,裝入菌種瓶壓實(shí),滅菌后接種茶樹(shù)菇深層發(fā)酵液態(tài)菌種,發(fā)酵溫度25±5 ℃,菌絲布滿(mǎn)培養(yǎng)基10±2 d后,加入pH 5.5的檸檬酸緩沖溶液,淹沒(méi)培養(yǎng)物后攪拌均勻,升溫至55±5 ℃促使菌絲自溶,釋放纖維素內(nèi)切酶和半纖維素內(nèi)切酶,進(jìn)而酶解乙醇預(yù)處理后的油茶果殼粉,獲得低聚木糖和纖維功能性低聚糖的混合物,滅酶后滴加單寧絮凝水溶性蛋白,離心收集上清液,用小蘇打調(diào)節(jié)至中性,即為含低聚木糖和纖維功能性低聚糖的溶液,經(jīng)過(guò)冷凍干燥得到低聚糖粉末。李彥勛等[24]利用產(chǎn)朊假絲酵母和除茶皂素的油茶果殼粉末在初始pH 5.68、發(fā)酵溫度28 ℃、裝液量53.88 mL、接種量10%的條件下進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn),木糖提取率為16.56%。為后續(xù)木糖醇的生物發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)可提供一定基礎(chǔ)。
在油茶果殼再利用前,一般都要做脫茶皂素處理,以減少茶皂素的影響。高子涵等[25]采用微波浸提的方法對(duì)油茶果殼中皂苷進(jìn)行提取分離,在料液比1∶8條件下,提取時(shí)間6 min,乙醇體積分?jǐn)?shù)55%,微波功率600 W,油茶皂苷的提取率最佳。袁成華等[26]以水酶法提取油茶殼中茶皂素,纖維素酶添加量1.81 mg/g、溫度63.11 ℃、浸提時(shí)間101.96 min時(shí)最優(yōu)。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)加工工藝需要修改茶皂素提取方式。
油茶葉是一種中藥材,被《中華人民共和國(guó)藥典》收載。據(jù)《中華本草》記載油茶葉微苦,性平,有治療鼻衄,皮膚潰爛瘙癢,瘡疽的功效。另有《廣西民族藥簡(jiǎn)編》描述油茶葉有治療皮膚潰爛瘙癢的作用[27]?!陡=ㄋ幬镏尽酚涊d油茶葉有“收斂止血”功效。
為提高油茶產(chǎn)量、增強(qiáng)通風(fēng)透光效果、改變受光照的面積、提升光合作用,油茶樹(shù)冠都要進(jìn)行修剪。高學(xué)鵬等[28]發(fā)現(xiàn)修剪冠幅后,調(diào)節(jié)油茶生理作用,抑制頂端生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),使根部?jī)?chǔ)藏和吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)集中向上輸送,上部迅速恢復(fù)生長(zhǎng),促進(jìn)側(cè)芽和新梢發(fā)育。新的樹(shù)冠生長(zhǎng)旺盛,反過(guò)來(lái)又促進(jìn)根部的生長(zhǎng)發(fā)育,彼此之間相互促進(jìn),使油茶樹(shù)較長(zhǎng)時(shí)間保持旺盛的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì),從而促進(jìn)油茶增產(chǎn)。大量枝葉在修剪后曬干燃燒,再利用率低下。陳海燕等[29]在超聲功率50 W、微波功率350 W、超聲-微波萃取時(shí)間100 s、乙醇體積分?jǐn)?shù)40%、料液比1∶25、浸提溫度70 ℃、浸提時(shí)間45 min、浸提次數(shù)2次、活性白土量30 g/L、酸性活性炭量40 g/L、無(wú)水乙醇與濃縮液比4∶1條件下萃取的茶多酚得率為12.18%。對(duì)豬油具有良好的抗氧化性,添加到其他油品中,提升油品抗氧化能力也在逐步被驗(yàn)證,如藍(lán)梧濤等[30]用大孔樹(shù)脂HPD-600可有效純化油茶葉多酚,經(jīng)最佳工藝(上樣質(zhì)量濃度2 mg/mL、上樣流速2 mL/min、60%乙醇溶液為洗脫液、洗脫流速3 mL/min、洗脫體積60 mL)純化,油茶葉多酚純度為40.05%,抑制油茶籽油氧化的能力較強(qiáng),應(yīng)用前景較好。
油茶葉提取物對(duì)5α-還原酶有抑制作用。崔心禹[27]用50%乙醇浸提油茶葉,得到的提取物對(duì)5α-還原酶有50%左右的抑制率,抗氧化能力突出,具有改善金黃地鼠雄性激素引發(fā)的皮脂分泌旺盛及痤瘡的功效,為相關(guān)化妝品研制提供理論基礎(chǔ)。
油茶花,味苦,性微寒。小毒。內(nèi)服外用皆有?!逗纤幬镏尽酚涊d油茶花有生津止渴、涼血止血的功效。主治吐血,衄血,便血,子宮出血,燙傷等。
油茶樹(shù)開(kāi)花過(guò)多,會(huì)導(dǎo)致油茶樹(shù)養(yǎng)分供應(yīng)不足,落葉發(fā)黃,坐果率下降,甚至減產(chǎn)、停產(chǎn)。對(duì)油茶樹(shù)疏花疏果,可以保證油茶整體產(chǎn)量[31]。按照LY/T 1328—2015《油茶栽培技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,10—11月疏花,3—4月疏果,及時(shí)疏除病、弱花蕾、花、果,以減少養(yǎng)分消耗[32]。疏花下來(lái)的花一般都直接拋棄在地里,也因其小毒而一般無(wú)法利用。劉芳等[33]利用體積分?jǐn)?shù)60%乙醇溶液,于70 ℃水浴回流浸提油茶干花粉末,收集上清液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮,冷凍干燥得到油茶花活性成分醇提物。提取物中含多糖、黃酮、多酚、蛋白質(zhì)等生物活性成分,其中總多糖含量最為豐富,且具有較好的抗氧化活性。賀興江等[34]運(yùn)用GC-MS確定花中的36種揮發(fā)性組分、花蜜中的12種揮發(fā)性組分。油茶花和花蜜中的揮發(fā)性物質(zhì)均以脂肪酸衍生物含量最高,其次為芳香族化合物,萜類(lèi)化合物含量最少。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及居民收入增加,人們對(duì)健康生活的要求越來(lái)越高,對(duì)山茶油的需求會(huì)越來(lái)越多。同時(shí)為了發(fā)展山區(qū)縣、實(shí)現(xiàn)共同富裕,油茶及其衍生產(chǎn)業(yè)將會(huì)迎來(lái)大發(fā)展。單一地依靠茶油一種產(chǎn)品很難實(shí)現(xiàn)豐產(chǎn)豐收,依靠油茶相關(guān)的多品類(lèi)發(fā)展才能更好實(shí)現(xiàn)共同富裕和鄉(xiāng)村振興。有以下幾點(diǎn)思考:
(1)要以油茶為中心建成集農(nóng)業(yè)作業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、休閑旅游、生態(tài)康養(yǎng)、科普教育、特色文化傳承體驗(yàn)、勞動(dòng)實(shí)踐課研學(xué)游學(xué)等多種功能于一體的產(chǎn)業(yè)集群,充分發(fā)揮各個(gè)階段的再利用價(jià)值,研發(fā)食品、醫(yī)藥、美妝、化工、農(nóng)藥等相關(guān)產(chǎn)品,以科技力量助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展,踐行“兩山”理念。
(2)隨著農(nóng)村人口流失、老齡化加重,相關(guān)設(shè)備的研發(fā)越來(lái)越重要,類(lèi)似于牟向偉等[35]研發(fā)的小型采摘機(jī)和杜小強(qiáng)等[36]研發(fā)的大型采摘機(jī)這樣的設(shè)備應(yīng)越來(lái)越多。鼓勵(lì)各類(lèi)機(jī)械發(fā)明投產(chǎn),結(jié)合實(shí)地需求開(kāi)展機(jī)械發(fā)明“揭榜掛帥”。
(3)積極扶持有責(zé)任、有理想、有實(shí)力的龍頭企業(yè),前期產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)需要大量投入,沒(méi)有龍頭企業(yè)牽頭難以開(kāi)展產(chǎn)業(yè)生產(chǎn),更不會(huì)產(chǎn)生集群效應(yīng),只有全產(chǎn)業(yè)鏈健全,一二三產(chǎn)充分融合,才能可持續(xù)發(fā)展。有了龍頭企業(yè)帶動(dòng),也可以吸引年輕人回鄉(xiāng)就業(yè),產(chǎn)業(yè)工人加油茶類(lèi)民宿增加居民收入。
(4)加強(qiáng)校地合作與本地人才隊(duì)伍建設(shè),加快科研成果落地。高校里人才濟(jì)濟(jì),充分利用好高校人才能力,加強(qiáng)培訓(xùn)本地人才,共同發(fā)展增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)內(nèi)生動(dòng)力。油茶和油茶副產(chǎn)物再利用相關(guān)的文章較多,但相關(guān)產(chǎn)品卻很少,成果落地有待解決。當(dāng)?shù)卣矐?yīng)充分發(fā)揮本職功能,政府出面引才,兼職企業(yè)用才,加大研發(fā)投入,加大科研項(xiàng)目?jī)A斜。
(5)參考LY/T 3046—2018《油茶林下經(jīng)濟(jì)作物種植技術(shù)規(guī)程》發(fā)展林下經(jīng)濟(jì),結(jié)合異于其他樹(shù)木花期的賞花旅游業(yè),開(kāi)展民宿產(chǎn)業(yè)培植,實(shí)現(xiàn)山區(qū)跨越式高質(zhì)量發(fā)展,擴(kuò)中提低。
單一依靠農(nóng)業(yè)難以為繼產(chǎn)業(yè)發(fā)展。沒(méi)有新興產(chǎn)業(yè),經(jīng)濟(jì)就落后,人口會(huì)流失,易造成地荒人稀,形成惡性循環(huán);油茶產(chǎn)業(yè)更是如此。為了實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興、踐行“兩山”理念、實(shí)現(xiàn)共同富裕,必須延長(zhǎng)油茶產(chǎn)業(yè)鏈,通過(guò)一二三產(chǎn)融合,把荒山荒地變成美麗家園,美麗鄉(xiāng)村,以此振興經(jīng)濟(jì)。