茶葉廢棄物制紙工藝探索

邱曉瑩，王校常

（1.臨海市特產技術推廣總站，浙江臺州 317000；2.浙江大學茶葉研究所，浙江杭州 310058）

茶葉廢棄物制紙工藝探索

邱曉瑩1，王校常2*

（1.臨海市特產技術推廣總站，浙江臺州 317000；2.浙江大學茶葉研究所，浙江杭州 310058）

主要研究茶葉廢棄物作為纖維原料制紙的可行性及相關工藝參數的優化。試驗獲得的最優生產工藝為將原料進行漂燙后超聲波處理30 min，用強酸高溫（pH值1，90℃）處理1.5 h，洗滌過濾后強堿（pH值13，100℃）處理48 h，洗滌過濾漂白后，加入0.5%海藻酸鈉靜置1 h，然后40℃定型烘干4 h。該工藝所制成的茶渣纖維紙具有書寫功能，有較好的延展性，生產成本低，文化附加值高。

茶葉廢棄物；茶纖維；茶紙

國家統計局數據表明，2013年中國茶葉年產量達到192.45萬t，而茶葉沏泡與速溶茶加工中利用的可溶性成分僅占茶葉干重的30%～40%［1］，茶飲料及速溶茶公司每年產生的茶渣達到16萬t［2］。目前工業生產上，茶渣綜合利用的主要方向有經微生物固體發酵后用作栽培基質、有機肥源、膳食纖維源、利用茶渣吸附作用制造吸附劑、茶渣中有效成分的制備等方面［3-7］，這些應用大多存在費用高昂、利用程序煩瑣等實際問題，造成茶渣的實際利用極少，往往被作為生產廢棄物，堆棄腐爛，不僅造成浪費，還污染環境。早期研究表明，茶梗纖維的平均長度為0.870 mm，平均寬度為0.017 mm［8］，與山楊比較相近，相較于其他優質制漿原料則較為細短，且細小纖維（0.15～0.50 mm）比例較高，平均達32%。考慮到目前茶文化的流行，特別是茶相關的書畫產品的流行，如果在這些產品上引入茶紙元素，也許是一個很好的創意。

一個產品的核心價值在于其文化內涵，茶纖維紙在紙的基本功能上，賦予產品中華茶文化的文化特性，使得該產品有了清晰的市場定位，能準確地找到市場切入點。在商品化時，茶纖維紙可以制成茶葉小包裝、會議便簽、茶葉包裝內的宣傳書簽等，結合茶葉營銷宣傳，能夠有效地避開市場產品同質化的競爭，具有強大的市場生命力。本文旨在開發一種茶葉廢棄物綜合利用的新方法，探索茶葉廢棄物造紙的初步工藝。

1 材料與方法

1.1 供試材料

材料為茶葉沖泡廢棄物（由飲料加工工廠提供）以及茶樹修剪廢棄物（華家池茶園）。海藻酸鈉（化學純，天津市博迪化工有限公司），明膠（化學純）、氫氧化鈉（分析純）和鹽酸（分析純）均為國藥集團化學試劑有限公司生產。

電子顯微鏡、分析天平（上海精密科學儀器有限公司）、電熱鼓風干燥箱、布氏漏斗、循環水式多用真空泵、超聲波清洗器。

1.2 制紙工藝流程及參數

機械制漿容易破壞纖維長度，成紙強度低［9］，因此，本研究選用化學制漿。適當酸處理可以水解淀粉、果膠等物質［10］，以提高得漿率。為了凸顯茶特點，制紙過程適當保持茶葉纖維紋理。

利用茶葉廢棄物造紙的試驗流程。以飲料加工廠的生產廢棄物及茶園剪枝廢棄物為原料，先將原料曬干，干茶渣用粉碎機粗略粉碎，用沸水漂燙5～10 min，至柔軟取出，用冷水沖凈后瀝干，加沸水100℃超聲處理30 min。然后進行酸處理，取4 g預處理后的材料加入50 m L酸液，恒溫處理，用100目篩網濾去漿料中的水，用蒸餾水洗滌3次。再進行堿處理，向材料中加入50 m L堿液，恒溫處理，用100目篩網濾去漿料中的水，用蒸餾水洗滌3次。將海藻酸鈉、明膠置于水中浸泡24 h后溶解，可溶性淀粉需糊化，再用水定容至50 m L，加入漿料中，室溫放置1 h，用100目篩網濾去漿料中的水，用蒸餾水洗滌3次。然后向材料中加入50 m L蒸餾水，用搖床振蕩30 min，混勻漿料，排除氣泡。接下來將處理好的漿料倒入墊有100目篩布的60 mm布氏漏斗，加壓吸濾成型。吸濾時間不能過久，過久容易造成紙張成型不均勻；時間也不能太短，時間太短易造成紙張松軟難成型。最后，將涂布好的試樣用透水紙板固定，置于熱風干燥箱中干燥。

1.3 工藝參數試驗

酸處理pH值的確定。共設7個處理，pH值分別為1，2，3，4，5，6和7，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃不同pH值酸處理1.5 h，90℃堿處理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

酸處理時間的確定。共設5個處理，酸處理時間分別為0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）不同時間，90℃堿處理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

酸處理溫度確定。共設7個處理，酸處理溫度分別為50，60，70，80，90，100和110℃，每組3次重復。預處理原料4 g，在設定的不同溫度下酸處理（pH值1）1.5 h，90℃堿處理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

堿處理pH值的確定。共設7個處理，pH值分別為7，8，9，10，11，12和13，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，90℃不同pH值堿處理24 h，40℃烘干5 h。

堿處理時間確定。共設7個處理，堿處理時間分別為4，8，12，16，20，24，和48 h，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，100℃堿處理（pH值13）不同時間，40℃烘干5 h。

堿處理溫度的確定。共設7個處理，堿處理溫度分別為70，80，90，100，110，120和130℃，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，不同溫度堿處理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

增稠劑比較試驗。增稠劑類型為海藻酸鈉和明膠，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，90℃堿處理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

增稠劑添加量的確定。共設10個處理，增稠劑添加量分別為0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09和0.10 g，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，90℃堿處理（pH值13）24 h，40℃烘干5 h。

烘干溫度的確定。共設5個處理，烘干溫度分別為30，35，40，45和50℃，每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，90℃堿處理（pH值13）24 h，不同溫度烘干5 h。

烘干時間的確定。共設7個處理，烘干時間分別為1，2，3，4，5，6和7 h。每組3次重復。預處理原料4 g，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，90℃堿處理（pH值13）24 h，40℃烘干。

2 結果與分析

2.1 酸處理

酸處理可以除去一些糖類等，同時為后面的堿處理做前期準備。由表1中可看出，pH值為1時，有利于消解的進行，得到的茶纖維紙均勻度較好。

表1 不同酸處理對茶渣纖維紙成型狀況影響

從表2可以看出，延長酸處理時間可以使紙張更均勻，但處理2 h以上效果變化不明顯。考慮到酸處理會水解纖維素，減少原料的有效利用率，因此，本研究選用酸處理時間為1.5 h。

表2 不同酸處理時間對茶渣纖維紙成型狀況影響

由表3可知，不同酸處理溫度對茶渣纖維紙的成型效果影響不大，但酸處理溫度高于90℃時，茶渣纖維紙略微堅韌。所以本研究酸處理最優方案為pH值為1，90℃處理1.5 h。

表3 不同酸處理溫度對茶渣纖維紙成型狀況影響

2.2 堿處理

從表4可以看出，pH對堿處理過程中纖維消解影響較大，且具有躍變性。pH值＜12時，茶渣消解程度很低；pH值≥12時，能夠得到較好的消解產物。

表4 不同堿處理對茶渣纖維紙成型狀況影響

表5結果表明，堿溫度越高越有利于茶渣的堿消解，但由于試驗條件限制，本研究選取堿處理溫度100℃。

表5 不同堿處理溫度對茶渣纖維紙成型狀況影響

表6結果表明，延長堿處理時間，雖然會稍微影響產量，但可以大大改善纖維品質，堿處理48 h已能達到制漿要求。

表6 不同堿處理時間對茶渣纖維紙成型狀況影響

酸堿處理試驗結果表明，堿處理過程中提高pH值和溫度、延長消解時間都可以提高紙張質量。相比酸處理條件，堿處理條件對纖維質量有著決定性的影響。因此，在壓縮酸處理時間的基礎上，可以適當延長堿處理時間。

2.3 增稠劑篩選

2種增稠劑的比較結果表明，海藻酸鈉的成型性能比明膠好，但紙張性狀方面比明膠差，添加海藻酸鈉的紙張表面光滑度好、紙張較脆、易產生氣泡，而添加明膠的紙張表面較粗糙、紙張韌性較好、不易產生氣泡。使用明膠后紙層容易產生一層薄膜狀物質，不利于書寫、噴墨，因此成型性好的海藻酸鈉更適合作為增稠劑塑形。

海藻酸鈉溶液在紙張定型之前會被濾去，所以添加不同質量海藻酸鈉的試驗重復度較低，可以延長海藻酸鈉溶液的浸泡時間來減少誤差。海藻酸鈉可以加強纖維之間的聚合力，幫助定型，但過多的海藻酸鈉會在紙表面產生一層膜，影響茶渣纖維紙的柔韌度以及透明度。結果表明，添加0.02 g海藻酸鈉的紙張成型情況最佳，其次為添加0.03和0.04 g。因此加入0.02 g為最優組，即海藻酸鈉質量占原料質量的0.5%。

2.4 烘干參數

烘干溫度為25℃時，紙張皺縮、較硬、膠皮狀；30，35，40℃時，紙張邊緣略微皺縮、平整光滑；45，50，60℃時，紙張較硬脆、易皺縮、不均勻。表明低溫慢烘茶渣纖維紙有更好的成型效果，溫度過高會導致失水不均勻而產生皺縮。

烘干1 h時，紙張未干；烘干2 h時，紙張微濕；烘干3 h時，紙張大致干透且較平整、韌性好；烘干4 h時，紙張干透且較平整、韌性好；烘干5 h時，紙張干透且較平整、較脆；烘干6和7 h時，紙張干透、微皺縮、脆。表明烘干時間不能太長，時間過久可能會導致茶渣纖維紙水分含量過少而變脆，韌度和擴張力降低。

綜合上述結果，茶葉廢棄物造紙實驗室方案：原料進行漂燙后超聲波處理30 m in，90℃酸處理（pH值1）1.5 h，洗滌過濾，100℃堿處理（pH值13）48 h，洗滌過濾，漂白，加入原料質量0.5%海藻酸鈉靜置1 h后成型烘干。該工藝所制成的茶纖維紙對原料的平均有效利用率為9.13%，具有書寫功能以及較好的延展性，生產成本低、文化附加值高。

2.5 茶渣纖維紙與各種市售紙比較

對比市售紙張，發現茶渣纖維紙存在著柔軟度不足，較脆且透氣度不足的缺點，茶纖維紙與打印紙、牛皮紙的比較見表7。茶渣纖維紙在噴涂油墨后容易擦除（圖1中E），但對水性筆有著較好的親和力，書寫效果見圖1中D。可能是因為茶葉中半纖維素含量較高，導致紙張孔隙較少，油墨難以滲入，在工廠化生產中可以添加少量木質纖維或竹子纖維進行調節。可以用茶渣纖維紙制作茶葉包裝袋，綠色環保（圖1中F）。

表7 茶渣纖維紙與2種市售紙的優劣比較

圖1 3種紙對比及茶纖維紙的應用效果

3 小結

本研究所得到的茶渣纖維紙有較強的韌度和較好的伸張力，且紙張本身呈現較為清麗的鵝黃色，減去了染色的麻煩，茶紙的質地體現了茶葉的原料特點。茶渣纖維紙作為一種新型原料產品，其受到的市場關注度將遠遠高于其他普通市售紙，同時延長了茶產業的產業鏈，降低了茶產業對環境的污染，滿足時尚消費者獵奇心理的同時，迎合了消費者對中國傳統文化的需求。

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（責任編輯：侯春曉）

S 571.1；TQ 914.1

：B

：0528-9017（2015）10-1643-04

文獻著錄格式：邱曉瑩，王校常.茶葉廢棄物制紙工藝探索［J］.浙江農業科學，2015，56（10）：1643-1646.

10.16178/j.issn.0528-9017.20151040

2015-05-18

邱曉瑩（1990-），女，浙江臺州人，本科，研究方向為茶葉種植加工、茶葉綜合利用。E-mail：xiaoyingqiu920@163.com。

王校常，教授，博士，研究方向為茶園土壤質量及安全生產、茶葉香氣分析及應用。E-mail：xcwang@zju.edu.cn。