理论教育 茶籽壳开发利用:环保与经济双丰收

茶籽壳开发利用:环保与经济双丰收

时间:2023-05-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:我国茶籽壳年产量几十万吨,基本是作为废弃物。如果能将这些茶籽壳进行开发利用,那无疑会对环境起到很好的保护作用。另外,对茶籽壳进行加工利用,其成本非常低廉,能够大大地提高油茶产业的经济价值。目前,中国还没有从茶籽壳中提取膳食纤维的研究。

茶籽壳开发利用:环保与经济双丰收

茶籽壳是茶籽综合利用后数量较多的副产品,它包括果壳和种壳两部分,其主要成分萎缩成糠醛和木质素,在一定条件下,水解可产生糠醛和木糖醇,经热解可制取活性炭,同时利用油茶果蒲壳为原料还可生产栲胶、醋酸钠、甲酸甲醇、丙醇以及乙酞丙酸等化学产品。我国茶籽壳年产量几十万吨,基本是作为废弃物。目前国内对油茶果蒲壳的利用研究比较多的是膳食纤维、糠醛、木糖醇与活性炭的制备,其他如栲胶、醋酸钾、低聚木糖、单宁、木质素衍生品等的利用研究也正在逐步开展起来。

1.利用茶籽壳制备膳食纤维

膳食纤维是一种复杂的混合物的总称,1972年由Trowell等人将其定义为:不被人体所消化吸收的多糖碳水化合物与木质素。随着科学技术的发展,人们对膳食纤维的认识程度不断深入。1981年AOAC会议将Trowell等1976年提出的定义确定为膳食纤维的统一定义,并建立了统一的检测方法。目前世界上研究比较多的膳食纤维主要有:谷物纤维、果蔬纤维、微生物多糖、合成纤维等30余种。膳食纤维因其较强的持油、持水力,具有增溶作用和诱导微生物作用,而能减少和预防冠心病、糖尿病高血压便秘肥胖症等疾病,在食品中添加一定量的膳食纤维,可缩短食物通过肠道的时间,能降低血液中胆固醇的含量而被营养学家定义为“第七营养素”。

纤维素、木质素、半纤维素为膳食纤维的主要部分,而茶籽壳的主要成分为纤维素、木质素、半纤维素等,所以用油茶籽壳来加工膳食纤维具有一定的发展前景和经济价值。油茶籽中壳的含量占35%~55%,中国每年大概有20万t左右的油茶籽壳产生。油茶籽壳比较坚硬,主要由难以被微生物分解的木质素和纤维素等组成。如果不加以利用即成为废物,会造成对环境的污染。如果能将这些茶籽壳进行开发利用,那无疑会对环境起到很好的保护作用。另外,对茶籽壳进行加工利用,其成本非常低廉,能够大大地提高油茶产业的经济价值。目前,中国还没有从茶籽壳中提取膳食纤维的研究。

加工膳食纤维的工艺流程为:

原料→浸泡→离心→残渣→NaOH溶液浸泡→离心→残渣→热水洗去残碱→脱色→离心→滤渣→干燥→粉碎→成品

2.利用茶籽壳制备糖醛

油茶果蒲壳中含有大量的多缩戊糖(戊聚糖),其含量约为30%,经水解可生成糠醛,从理论上可获得47%左右的产量,为所有农作物废料中含量最高(约19%)的一种。糠醛是一种稀有的中间有机化合物,至今既无法从石油化学工业的衍生物中提取,又不能用有机化学方法合成,只能利用植物废料,通过水解的方法提取。糠醛作为一种经济价值较大的化工原料,广泛应用于合成树脂涂料、医药、农药等工业,目前我国已形成了一套以油茶果蒲壳为原料生产糠醛的工艺方法和技术措施。

利用油茶果蒲壳制取糠醛的生产工艺一般为:油茶果蒲壳→酸水解→中和→蒸发→粗馏→中和→精制→糠醛产品。在进行酸水解时,一般以盐酸为水解催化剂为宜,其浓度要求一般在10%左右;硫酸法生产糠醛工艺已基本成熟,在我国应用较广,而苏联学者科鲁宾斯提出的以硫酸氧钛(TIS04)为水解催化剂的生产糠醛工艺,是目前多缩戊糖水解生产糠醛最有前途的生产工艺之一。在油茶果蒲壳水解生产糠醛的同时,原料中的淀粉也被水解,发生醋酸反应生成醋酸,其中和液经过过滤、蒸发、脱色、二次过滤、二道蒸发浓缩以及结晶等工序,即可获得结晶醋酸钠,从而进一步提高油茶果蒲壳的经济利用价值。(www.daowen.com)

3.利用茶籽壳制备木糖醇

利用油茶果蒲壳中的多缩戊糖在一定的条件下水解生成木糖,再经高压加氢即可制得木糖醇。木糖醇是一种天然存在的五碳糖醇,是人与动物碳水化合物代谢的普遍中间产物,广泛存在于各种果蔬中,但其含量很少。木糖醇具有与甘油相似的作用,是一种用途很广的多元醇,具有多种功能,能够防止龋齿,这主要是由于木糖醇在口腔中不会被细菌发酵利用;能够降低血糖;还能够调节人体脂肪代谢,降低血液中游离脂肪酸的含量,从而减少脂肪组织的形成,其低热性不会提高人体脂肪酶的活性,可降低体内脂肪的积蓄等功能。木糖醇广泛应用于牙膏、卷烟、玻璃、油漆、表面活性剂以及食品等工业。

木糖醉生产的主要工艺流程为:油茶果蒲壳→酸水解→蒸发→粗馏→中和→精制→高压加氢→木糖醇产品。木糖醇的生产方法主要有中和脱酸法和离子交换法,这两种生产工艺各有特点,从目前的生产情况来看,中和脱酸法除燃煤外其他化工原料如硫酸、纯碱、活性炭等的消耗均较离子交换法少,但蒸发效率低、耗煤多、中和浓缩糖浆的质量差、灰分高,增大了净化工序的负荷。从木糖醇生产长远发展的角度来看,只要能找到脱酸效果好、抗污能力强和寿命长的交换树脂,那么采用离子交换工艺生产更有发展前途。利用油茶果蒲壳生产木糖醇,除了能获得主产品——结晶木糖醇外,其副产品如木糖醇母液、废酸、废碱及废活性炭等也有较大回收利用价值。木糖醇母液经脱色精制后可获得液体木糖醇,代替结晶木糖醇应用于牙膏、食品等工业中;废脱色炭经酸洗、碱洗、沉淀、分离和再生活化,可恢复2/3的脱色力;废酸、废碱经回收处理后亦可再利用。

4.利用茶籽壳制备活性炭

活性炭是一种重要的多孔功能材料,其生产和应用可谓历史悠久。20世纪70年代前,活性炭在中国的应用主要集中于制糖、制药、味精工业、水处理和环保等行业;20世纪90年代,除以上领域外,还扩大到溶剂回收、食品饮料提纯、空气净化脱硫载体、医药、黄金提取、半导体应用等领域。目前,欧美国家在药用活性炭方面开展的工作较多。传统的活性炭原料是木材、果壳和优质煤,木材虽是可再生资源,但其生长周期长,受环境保护和生态平衡的制约,不可能大量地用作活性炭原料。近几年,木屑资源短缺也日趋严重,因此,不断开发活性炭生产的原料、探索新的工艺条件、增加新品种是中国乃至世界活性炭工业发展的重要任务。

碳素含量在茶籽壳总重中占有的比例很大,是一种替代木材、木屑和煤来生产活性炭的良好资源。因此,利用油茶果蒲壳及其生产糠醛的残渣作为原料生产活性炭综合性能好,各项质量指标完全可以达到其他果壳活性炭的水平,其活性炭得率高,原料消耗以及生产成本也接近于或优于其他木质素原料。

茶籽壳制备活性炭工艺流程一般为:茶籽壳→粉碎→筛分→干燥→预处理→炭化→酸化→水洗→干燥→筛分→成品。利用油茶果蒲壳生产活性炭的方法主要有氯化锌和气体活化法(高温炭化法),前者采用氯化锌作为活化剂,其炭化和活化要求的温度较低,能源水蒸气消耗较少,产品活性较高;而后者是采用空气、二氧化碳、氧气或它们的混合物作为活化剂,不需要价格昂贵的化学溶剂,对环境的污染轻微,产品杂质含量低,但炭化和活化的温度较高,能源消耗大。目前我国生产活性炭主要采用氯化锌法,采用此法生产活性炭所排放的废水、废气必须采取有效的措施加以回收利用。废水处理可采用中国林科院林化所的科研人员提出的采用石灰中和絮凝沉淀、污泥回收利用的方法,能获得良好的处理效果和较高的社会经济效益,而废气中的氯化锌则可采用高压静电法加以回收处理。

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