基質栽培中茶渣基質發酵工藝研究

曾小燕　郭胡津　劉小煌

摘要 為了研究茶渣作為無土栽培基質的條件，設計了添加發酵菌劑和添加氮源對茶渣發酵的影響試驗，影響因素包括溫度、含水量、pH值、有機質含量。結果表明，添加菌劑并添加氮源的處理發酵溫度上升較快，且堆溫較高（>50 ℃），發酵后期含水量低，pH值高，有機質含量低（72.7%，以烘干基計），發酵充分，可作為無土栽培基質使用。發酵后的茶渣可作為草炭的替代品，既能減少草炭開發，節約資源、保護環境，又能促進農業廢棄物的循環利用。

關鍵詞 茶渣；發酵；無土栽培基質；工藝

中圖分類號 TS201 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）13-0253-02

基質栽培是用固體基質（介質）固定植物根系，并通過基質吸收營養液和氧的一種無土栽培方式。基質栽培由于具有病蟲害少、節水節肥、栽種靈活、縮短設施植物生長周期、可控性較高等優點，目前在設施栽培中的應用越來越廣泛，基質栽培代表著現代設施農業的發展趨勢[1]。但是基質栽培中常使用的草炭等基質是不可再生資源，因而開發新型基質保護生態資源顯得尤為重要。通過對茶廢棄物等農林廢棄物資源的再利用，可實現對草炭等不可再生基質的部分替代或完全替換[2]。

我國茶園面積廣闊，全國茶葉種植面積達293.3萬hm2，干毛茶產量達到243萬t[3]，這些茶葉無論使用傳統的方法進行沖泡，還是作為速溶茶粉生產的原料，主要利用部分為茶葉中的水溶性成分（占茶葉干重25%～40%），而剩余部分——茶渣往往被作為廢棄物進行處理。茶渣中含有18%～20%的粗蛋白、11%～13%的粗纖維、0.5%～1.0%的粗脂肪、8%～9%的礦物質，這些豐富的營養物質具有潛在的利用價值，如果直接丟棄，不僅給環境帶來巨大的壓力，也會造成資源浪費[4]。

速溶茶制作后的茶渣仍含有較多的有益成分，根據王海濱等[5]的研究，與原料茶葉相比，不同種類的速溶茶茶渣中的粗蛋白、粗纖維含量的占比均有所提高，而粗脂肪、灰分含量的占比則有所下降。茶渣經發酵后方可作為基質使用，其中的粗蛋白、粗纖維、粗脂肪等成分在微生物的作用下可增加有效氮、腐殖質含量，而且茶渣中仍含有大量的茶多酚，對脲酶活性起到很好的抑制作用，減少了氨的揮發[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗場地為大閩食品（漳州）有限公司羅漢果種植基地的溫室大棚，既能防止雨水淋濕，又有利于溫度的提高。

1.2 試驗材料及儀器

茶渣：為生產速溶綠茶粉后的綠茶茶渣，由大閩食品（漳州）有限公司生產。發酵菌劑：主要成分有納豆菌、芽孢桿菌、放線菌、木霉菌等微生物，有效活菌數達100億/mL，由山東君德生物科技有限公司生產。尿素：當地肥料店購買。試驗儀器有電子天平、數顯鼓風干燥箱、pH計、水銀溫度計等。

1.3 試驗設計

試驗共設3個處理，每個處理的原料重量均為200 kg，7 d翻堆1次。處理1：直接將200 kg茶渣進行歸堆發酵；處理2：將200 kg茶渣與發酵菌劑均勻混合，按100 kg茶渣噴灑0.05 kg發酵菌劑的比例進行噴灑；處理3：將200 kg茶渣與發酵菌劑和尿素均勻混合，發酵菌劑噴灑的濃度為0.05 kg/100 kg茶渣，尿素的使用量為0.2 kg/100 kg茶渣。3次重復。

1.4 測定方法

1.4.1 溫度測定。用水銀溫度計插入發酵茶渣中層位置，每天11：00測定溫度，每個處理樣取3點測定溫度，并取平均值。

1.4.2 pH值測定。每周取樣1次，用pH計測定pH值，每個樣品測定3次取平均值。

1.4.3 水分含量測定。用數顯鼓風干燥箱105 ℃條件下烘 2 h測定水分含量，每周取樣1次，每個樣品測定3次，取平均值。

1.4.4 有機質含量測定。原始樣和每個發酵后處理樣均取樣3 kg，混合均勻后取0.5 kg樣品送漳州市農業檢測中心進行檢測，檢測標準參照《有機肥料》（NY252—2012）進行。

2 結果與分析

2.1 各處理茶渣溫度變化情況

3個處理樣茶渣在初期升溫，隨后溫度呈下降趨勢，最后基本與環境溫度一致。總體呈現波動型先上升后下降的趨勢（圖1）。主要因為發酵溫度與微生物代謝活性有關，好氧微生物分解有機物和呼吸作用均會產熱，從而出現溫度上升的情況，后期隨著發酵的進行，微生物的活動逐漸減弱，溫度出現下降[7]，為了讓茶渣發酵均勻，7 d后進行翻堆處理，所以翻堆后的溫度均出現了一定的小高峰，隨后下降。其中處理1的溫度上升幅度較小（最高溫為47 ℃），上升至溫度的高點較慢。處理3的溫度上升幅度大（最高溫為59 ℃），升溫速度快，這可能與加入菌劑和尿素有關，發酵菌劑中的微生物繁殖分解需要碳和氮，茶渣大部分是由碳元素組成，尿素中則含有氮源。尿素的添加有利于微生物的繁殖分解，故溫度上升快。處理2的溫度上升幅度和速度整體相對比較居中。處理3最后的溫度與處理1和處理2相比較低，可能與處理3前期發酵較充分，后期微生物活動較弱有關。

2.2 各處理茶渣水分含量變化情況

隨著發酵的進行，各處理茶渣的水分含量總體均呈現逐漸下降的趨勢（圖2），這主要是微生物降解有機物料產熱，使水分蒸發導致，而且翻堆處理也會導致水分出現減少的現象。處理2和處理3發酵前期出現水分略微上升的情況，可能與微生物活動代謝產生一定水分有關。發酵后期，處理3的水分含量最少，為53.2%，處理1的水分含量最多，為56.7%。

2.3 各處理茶渣pH值變化情況

處理2和處理3的茶渣pH值均呈現上升的趨勢（圖3）。處理2和處理3的發酵前期由于微生物活動發酵生成較多的有機酸，pH值下降，隨后pH值均呈現上升的趨勢，這可能與微生物分解產生氨有關。其中處理3的上升幅度最大，pH值達到9，這可能與添加氮源（尿素）有關。處理 1屬于自然發酵，微生物活動較弱，pH值變化幅度較小，發酵后期pH值為6.4。

2.4 各處理茶渣有機質含量變化情況

茶渣未進行發酵時有機質含量達到99.0%（以烘干基計，下同），在發酵菌劑的作用下，部分不穩定的有機質分解轉化為二氧化碳、水、礦物質和穩定化有機質，體系中有機質的含量總體呈現下降趨勢[8]。處理3發酵后的有機質含量為72.7%，為最低。處理1和處理2發酵后的有機質含量分別為89.7%和81.3%，相對較高，這與茶渣發酵堆中微生物含量以及微生物活動強弱有關。

3 結論與討論

茶渣作為無土栽培基質需經過發酵無害化后方可進行使用，在發酵過程中溫度上升對于殺滅致病菌、去除水分和穩定發酵最終產物起至關重要的作用[9]。發酵溫度的高低會影響茶渣發酵的速度和發酵的程度。試驗中添加發酵菌劑和添加氮源（尿素）的處理溫度上升較快，發酵溫度較高，發酵后有機質分解也較多，為后期無土栽培植物提供良好的生長條件。

發酵后的茶渣基質pH值、含水量等均發生了比較大的變化，使用茶渣作為無土栽培基質需根據具體栽培植物需求進行適當調整。可以與其他基質進行混合搭配或者調節pH值以適應不同的無土栽培植物生長需求，這些均需根據具體栽培植物進一步試驗確定。

4 參考文獻

[1] 李婷婷，馬蓉麗，成妍，等.中國蔬菜基質栽培研究新進展[J].農學學報，2013，3（4）：30-34.

[2] 徐強，張沛東，涂忠.植物基質栽培的研究進展[J].山東農業科學，2015，47（3）：131-137.

[3] 2016全國茶葉產銷量統計分析：銷量182萬噸[EB/OL].（2017-03-03）[2017-04-10].http：//www.askci.com/news/chanye/20170303/173358

92448.shtml.

[4] 靳偉強，張洋，羅鋆琳，等.茶資源的開發與利用：茶渣中茶葉蛋白的酶法提取和酶法水解[J].中國食品添加劑，2011（4）：54-58.

[5] 王海濱，陳曉婷，丁力，等.不同速溶茶茶葉原料與茶渣主要成分及金屬離子含量分析[J].中國農學通報，2016，32（29）：53-57.

[6] 邱業先，汪金蓮，陳尚鈃.幾種化合物對土壤脲酶抑制作用動力學[J].江西農業大學學報，2000，22（3）：356-358.

[7] 劉順航，賈黎輝，吳春燕，等.茶渣有機肥發酵工藝研究[J].安徽農業科學，2016，44（11）：165-167.

[8] 張楠，張凌云.茶渣在自然發酵與添加外源微生物發酵過程中的理化動態研究[C]//茶葉科技創新與產業發展學術研討會論文集.重慶：茶葉科技創新與產業發展學術研討會，2009.

[9] 張曄，余宏軍，楊學勇，等.棉桿作為無土栽培基質的適宜發酵條件[J].農業工程學報，2013，29（12）：210-216.