油茶籽綜合利用關(guān)鍵技術(shù)探討

油茶籽綜合利用關(guān)鍵技術(shù)探討沈善登;周麗鳳【摘要】介紹了油茶籽加工副產(chǎn)物的組成、綜合利用現(xiàn)狀及途徑，并就茶皂素生產(chǎn)及利用、茶籽粕有機肥及茶籽殼活性炭生產(chǎn)中存在的主要問題進(jìn)行了分析，提出了解決問題的建議.【期刊名稱】《中國油脂》【年(卷)，期】2012(037)007【總頁數(shù)】4頁(P67-70)【關(guān)鍵詞】油茶籽;綜合利用;現(xiàn)狀與問題;建議【作者】沈善登;周麗鳳【作者單位】湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計研究總院，長沙410007;中國糧油學(xué)會油脂分會，北京100083【正文語種】中文【中圖分類】TS222;S789油茶是我國的特色木本油料資源，是世界四大木本植物油料之一［1］，我國的油茶種植面積及油茶籽產(chǎn)量占全球95%左右，其余5%分布于少數(shù)東南亞國家和地區(qū)［2］。油茶籽是山茶科(Theaceae)山茶屬(CamelliaL.)植物果實(油茶果)的內(nèi)核。油茶果呈球形、扁圓形、橄欖形，直徑3-4cm,果瓣厚而木質(zhì)化，內(nèi)含種子(1-4粒)即油茶籽，油茶籽呈茶褐色或黑色，三角狀，有光澤。經(jīng)檢測，油茶果中茶蒲約占60%，油茶籽約占40%;油茶籽中，茶籽殼占1/3，茶籽仁占2/3。采摘后的油茶果加工制油時，會產(chǎn)生大量的茶蒲、茶籽殼、茶籽粕副產(chǎn)物，油茶籽油精煉期間會產(chǎn)生少量的油腳、脫臭餾出物。本文就油茶籽加工副產(chǎn)物的成分、綜合利用現(xiàn)狀及前景，生產(chǎn)實際中存在的主要問題及其解決方法進(jìn)行探討，以期服務(wù)于油茶產(chǎn)業(yè)。油茶果中茶蒲含量約60%，是油茶籽含量的1.5倍;油茶籽含殼率約33%，需帶殼倍B分）壓榨制油才能保證榨機正常運行，通常每噸油茶籽出殼量為200kg;茶籽餅浸出制油出粕率94%（在蒸脫機出粕口、出粕輸送機適宜位置加泛汽，茶籽粕水分含量達(dá)到9%時）。按目前我國油茶林面積300萬hm2、油茶籽年產(chǎn)量100萬t［3］計，年產(chǎn)茶蒲150萬t,茶籽殼20萬t,茶籽粕55萬t。茶蒲、茶籽殼、茶籽粕中含有豐富的木質(zhì)素、粗纖維、茶皂素和多糖等有效成分，具有較高的利用價值。2.1綜合利用途徑左恩南［4］提出利用茶蒲、茶籽殼經(jīng)水解制備木糖醇、糠醛、冰醋酸、酒精、乙酰丙酸、肥料、活性炭，茶籽粕制備茶皂素及飼料;王子明［5］提出利用茶籽餅粕開發(fā)皂草精醇;劉世鵬等［6］提出開發(fā)茶皂素，利用茶皂素開發(fā)高級天然洗滌劑、清潔劑、泡沫劑、乳化劑、殺蟲劑、洗發(fā)香波等產(chǎn)品;張焱等［7］提出采用胃蛋白酶水解茶籽粕制備油茶籽多肽。油茶籽加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物茶蒲、茶籽殼、茶籽粕成分的檢測結(jié)果，如表1所示。從表1可知，茶蒲、茶籽殼、茶籽粕具有3個共同點:一是糖類含量高，為25.60%~36.49%;二是都含有茶皂素，含量為5.45%~14.13%;三是均含有鞣質(zhì)；另外，茶蒲及茶籽殼中木質(zhì)素含量高達(dá)43%以上。同時制備的油茶籽原油油酸含量高，富含生育酚，精煉副產(chǎn)物利用前景廣闊。根據(jù)這些特性，本著資源綜合開發(fā)全價利用的原則，可供選擇的油茶籽綜合利用途徑如圖1所示。2.2綜合利用現(xiàn)狀2.2.1茶蒲、茶籽殼的利用茶蒲是油茶果的外殼，產(chǎn)生于茶果采摘后加工前的去蒲工段，采摘后的油茶果采用堆漚法使其自然爆裂、手工剝離方式去蒲。現(xiàn)有茶蒲資源的利用率極低，掌握在農(nóng)戶手中的油茶林基地，剝離的茶蒲隨意堆放于分散居住農(nóng)戶的房前屋后，少量用做農(nóng)戶自制〃煙熏茶”燃料，大部分棄之;少量企業(yè)自建的油茶林基地，剝離的茶蒲用做鍋爐點火燃料。茶籽殼是油茶籽壓榨制油預(yù)處理工段剝殼分離工序產(chǎn)生的副產(chǎn)物。當(dāng)前，油茶籽主要由小型榨油房、規(guī)模型加工企業(yè)收購加工，個體經(jīng)營者的小型榨油房收購量約占60%，規(guī)模型加工企業(yè)收購量約占40%。小型榨油房采用原始的帶殼壓榨方式生產(chǎn)，茶籽殼與茶籽仁一道形成茶籽餅，茶籽殼無法利用;規(guī)模型加工企業(yè)采用剝殼分離加工工藝，型號性能不一的剝殼分離機組加工產(chǎn)生的茶籽殼，呈片狀或粉末狀，大部分加工企業(yè)將茶籽殼作為鍋爐點火燃料，少數(shù)企業(yè)將茶籽殼粉碎后添加到茶籽粕中作為茶籽粕出售來提高其經(jīng)濟(jì)效益。茶蒲、茶籽殼類活性炭也實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。湖南省茶陵縣好恰精煉油廠年產(chǎn)5000t茶籽殼活性炭項目，得到國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)2001年度農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)重點多種經(jīng)營項目資金扶持，采用HCl浸泡、ZnCl2活化、酸漂洗制備炭料，再行炭化、活化的工藝制備粉末狀活性炭，活性炭得率為25%。2.2.2茶籽粕的利用油茶籽加工企業(yè)產(chǎn)出的茶籽粕，絕大部分直接銷往沿海地區(qū)的蝦類養(yǎng)殖場，用做清塘劑，利用茶皂素的溶血作用殺死雜魚，為海蝦、對蝦提供良好的生長環(huán)境;少數(shù)企業(yè)的茶籽粕經(jīng)超微粉碎（120目以上）出口東南亞國家和地區(qū)，直接噴灑于果林，用于防蟲治蟲;只有少量的茶籽粕進(jìn)行深加工開發(fā)，生產(chǎn)茶皂素及有機肥。2.2.3茶皂素及其綜合利用茶皂素加工的研究、開發(fā)及應(yīng)用具有較長的歷史。20世紀(jì)80年代初，湖南省糧油科學(xué)研究所即建成了茶皂素中試生產(chǎn)線，并進(jìn)行了水提、醇提、雙氧水脫色、活性炭脫色等實驗;眾多院校院所先后進(jìn)行了水提醇沉法、醇提水沉法、混合溶劑同步提取法、大孔樹脂吸附法、超濾膜法、水酶法同步提取等茶皂素提取純化工藝技術(shù)研究，獲得了一系列專利及研究成果，建成了一批茶皂素生產(chǎn)線，但關(guān)鍵技術(shù)瓶頸的存在，制約了茶皂素的應(yīng)用及推廣。至今，茶皂素一直無緣進(jìn)入高附加值的洗滌劑行業(yè)，大多停留在混凝土加氣劑、代替茶籽粕用于蝦類養(yǎng)殖場清塘等低層次的水平;盡管也有茶皂素類植物性殺蟲劑［8］、茶皂素洗發(fā)露［9］面市，但其內(nèi)容物中茶皂素含量低;申請了國家發(fā)明專利的茶皂素足浴粉［10］,其中的茶皂素含量也不高。3.1茶皂素及其深加工3.1.1主要問題色澤深、不透明的茶皂素，影響深加工產(chǎn)品的夕卜觀;純度低(含油、含糖、含鞣質(zhì))的茶皂素，影響其深加工產(chǎn)品的應(yīng)用效果;茶皂素水溶性差，則是其應(yīng)用受限的致命因素。以茶皂素為原料配制的水劑、乳劑，均易分層、沉淀，穩(wěn)定性差，添加量大于2%時，更易分層、沉淀;以其配制的洗滌劑、洗發(fā)露等產(chǎn)品，不能滿足《衣料用液體洗滌劑標(biāo)準(zhǔn)》(QB/T1224—2007)的穩(wěn)定性指標(biāo)要求及QB9985—2000標(biāo)準(zhǔn)中總活性物含量不小于10%的指標(biāo)要求;以其配制的植物性殺蟲劑，施藥前需劇烈搖晃、攪拌均勻方可噴施，使用不便。3.1.2解決方案改進(jìn)提取技術(shù)，應(yīng)用純化技術(shù)。茶籽粕主要由粗纖維、糖類、茶皂素、粗蛋白、鞣質(zhì)、油脂等組成。改進(jìn)提取技術(shù)、降低提取液中雜質(zhì)含量，應(yīng)用純化技術(shù)、精制提取液，是解決茶皂素色澤深、純度低的必然選擇。優(yōu)化萃取工藝條件及工藝參數(shù)，選用選擇性好的混合溶劑，能降低提取液中油脂、粗蛋白的含量;而鞣質(zhì)、糖類與茶皂素一樣，都是非離子型極性物質(zhì)，不可避免地與茶皂素一同進(jìn)入提取液中，必須采取純化、精制方法除去。茶皂素純化的技術(shù)研究很多，大體可以分為絮凝沉淀法、丙酮沉淀法、硅膠柱層析法、離子交換樹脂法、大孔樹脂法、超濾膜法等。采用大孔樹脂吸附法、超濾膜法時，提取液中小分子物質(zhì)及大分子的糖類能得到有效去除，茶皂素產(chǎn)品黏性大、易吸濕回潮的問題能得到很好的解決;而與茶皂素具有相同極性、相同相對分子質(zhì)量的鞣質(zhì)，分離難度很大，導(dǎo)致茶皂素產(chǎn)品色澤很深，嚴(yán)重影響茶皂素深加工產(chǎn)品外觀。因此，鞣質(zhì)的去除是茶皂素生產(chǎn)的關(guān)鍵。檢測結(jié)果表明，茶籽殼、茶籽粕、茶籽仁中鞣質(zhì)含量分別為2.52%、1.53%和0.5%左右，茶籽粕中的鞣質(zhì)主要是油茶籽帶殼壓榨時帶入的，采用剝殼壓榨工藝是控制茶皂素中鞣質(zhì)含量的第一條關(guān)鍵措施;鞣質(zhì)是一種酚類物質(zhì)，在堿性環(huán)境中容易以離子化狀態(tài)存在，在萃取之前用Ca(OH)2對茶籽粕進(jìn)行預(yù)處理，改變其極性，減少提取液中鞣質(zhì)含量，是降低茶皂素中鞣質(zhì)含量的第二條措施;在大孔樹脂吸附的純化工藝中，增加堿液洗脫工序，使鞣質(zhì)與茶皂素進(jìn)行分離，是降低茶皂素中鞣質(zhì)含量的第三條途徑。研究改性技術(shù)。茶皂素是多種配基(或元)、糖體及有機酸組成的五環(huán)三萜類糖或化合物，其分子結(jié)構(gòu)中具有親水性的糖體和疏水性的配位基團(tuán)，是天然非離子型表面活性劑。茶皂素中或元與糖體通過或元A環(huán)C3位上的羥基與糖體部分的葡萄糖醛酸以或鍵結(jié)合，糖體部分包括葡萄糖醛酸、半乳糖、木糖和阿拉伯糖。由于糖體部分只有9個一OH、1個一COOH、1個—CH2OH具有親水性，配位基團(tuán)上只有結(jié)合的當(dāng)歸酸、醋酸具有親脂性，導(dǎo)致茶皂素的親水、親脂能力均有限，加之茶皂素相對分子質(zhì)量較大，故以茶皂素為原料配制的水劑、乳劑等洗滌劑、殺蟲劑等深加工產(chǎn)品存放時，茶皂素易于析出而產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)分層。因此，對茶皂素進(jìn)行改性，增強其親水性能或疏水性能，是解決茶皂素深加工產(chǎn)品分層及沉淀、提高茶皂素應(yīng)用范圍的關(guān)鍵。3.2茶籽粕有機肥茶籽粕富含有機質(zhì)（見表1）和多種礦物質(zhì)元素（見表2）。開發(fā)茶籽粕有機肥，是茶籽粕綜合利用的有效途徑之一。3.2.1存在的問題茶籽粕有機肥采用有氧發(fā)酵工藝，發(fā)酵時間長（15d以上），占地面積大，生產(chǎn)能力受到限制，產(chǎn)量不大;同時，單純以茶籽粕及農(nóng)作物秸稈等輔助材料生產(chǎn)的茶籽粕有機肥總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）偏低（4%~8%）。3.2.2解決方案研制開發(fā)茶籽粕專用發(fā)酵菌種，采用添加菌種的堆肥有氧發(fā)酵工藝，加快茶籽粕中有機質(zhì)降解進(jìn)程;研發(fā)適宜的催熱劑，提高堆肥發(fā)酵溫度，從而提高發(fā)酵速度，提高發(fā)酵場地利用率;根據(jù)耕地地力狀況以及作物品種生長需要，采用配肥技術(shù)（添加N、P、K、B等）開發(fā)有機-無機復(fù)混肥，從而提高茶籽粕有機肥產(chǎn)能、有機肥總養(yǎng)分含量，是開發(fā)茶籽粕有機肥的方向。3.3活性炭茶蒲、茶籽殼中木質(zhì)素含量分別為43.35%、52.10%，茶皂素含量分別為8.73%、5.45%，茶蒲、茶籽殼既是生產(chǎn)活性炭的優(yōu)質(zhì)原料，又可用于加工茶皂素。由于茶蒲、茶籽殼中鞣質(zhì)含量高，分別為9.28%和2.52%，原料中鞣質(zhì)的存在，會使茶皂素的純化精制工藝復(fù)雜化，同時影響茶皂素的生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，茶蒲、茶籽殼資源開發(fā)活性炭產(chǎn)品是較佳的選擇方案。3.3.1存在的問題茶籽殼活性炭采用HCl浸泡、ZnCl2活化后再行炭化、活化的生產(chǎn)工藝。ZnCl2是制備果殼類活性炭的優(yōu)良活化劑，具有三方面的作用:一是溶解果殼纖維素而形成孔隙;二是在高溫下具有催化脫水作用，使果殼中的氫、氧原子以水的形式分離出來，使更多的碳保留在原料中，提高活性炭得率;三是在炭化時起著骨架作用，讓碳沉積在它的上面，當(dāng)用酸和水把ZnCl2等無機成分溶解洗凈之后，碳的表面便暴露出來，構(gòu)成具有吸附力的活性炭內(nèi)表面積;后續(xù)的炭化、活化工段利用高溫?zé)煹罋馀c炭料接觸，脫除物料中的H、HCl、ZnCl2和H2O。因此，浸泡、漂洗工段揮發(fā)的HCl以及炭化、活化過程中產(chǎn)生的廢氣(含大量的ZnCl2、H2O、HCl、H)治理及達(dá)標(biāo)排放，是茶蒲、茶籽殼活性炭生產(chǎn)必須面對的問題。3.3.2解決方案炭化、活化過程中產(chǎn)生的廢氣(含大量的ZnCl2、H2O、HCl、H)，先經(jīng)冷凝器冷凝回收大部分ZnCl2和HCl，再在碎石填料塔內(nèi)與稀ZnCl2溶液逆流接觸溶解回收部分ZnCl2和HCl，剩余的少量ZnCl2、大部分HCl和全部H進(jìn)入三級填料塔，以KOH溶液吸收絕大部分HCl、溶解部分ZnCl2，剩下的少量HCl、ZnCl2和全部H進(jìn)入排氣筒，在排氣筒出口處設(shè)燃燒器將H燃燒。第一級填料塔的KOH溶液吸收HCl后引入廢水系統(tǒng)中和含HCl的廢水，第二級KOH溶液進(jìn)入第一級、第三級進(jìn)入第二級，如此循環(huán)，第三級保持KOH溶液新鮮，可以保證吸收效果。浸泡、漂洗工段揮發(fā)的HCl，采用吸塵罩收集通入KOH中進(jìn)行中和處理。經(jīng)此工藝處理后，ZnCl2排放率為5.71%，HCl無組織外排率2.5%，能滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095—1996)》三級標(biāo)準(zhǔn)。茶皂素純度檢測目前尚無統(tǒng)一的檢測標(biāo)準(zhǔn)，同一產(chǎn)品采用質(zhì)量法、溶血指數(shù)法、薄層層析法檢測的結(jié)果差異較大;采用常規(guī)比色法測定無色油茶籽油色澤的結(jié)果因人而異。油茶籽及其副產(chǎn)物綜合利用領(lǐng)域的加工、檢測等技術(shù)研究任重道遠(yuǎn)。【相關(guān)文獻(xiàn)】[1]丁聲俊.勇于創(chuàng)新，促進(jìn)我國油茶產(chǎn)業(yè)大發(fā)展[J].中國油脂，2009,34(3):1-5.[2]陳永忠，王湘南.油茶生物技術(shù)育種研究前景展望[J].湖南林業(yè)科技，2005,32(4):5-7.全國油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2009—2020)[S].2009-11-04.[4]左恩南.油茶綜合利用及我省開發(fā)利用情況[J].油脂科技，1982,7(2):19-23.[5]王子明.茶籽榨油和餅粕綜合利用[J].油脂科技，1984,9(S2):638-651.[6]劉世