基质栽培中茶渣基质发酵工艺研究

曾小燕　郭胡津　刘小煌

摘要 为了研究茶渣作为无土栽培基质的条件，设计了添加发酵菌剂和添加氮源对茶渣发酵的影响试验，影响因素包括温度、含水量、pH值、有机质含量。结果表明，添加菌剂并添加氮源的处理发酵温度上升较快，且堆温较高（>50 ℃），发酵后期含水量低，pH值高，有机质含量低（72.7%，以烘干基计），发酵充分，可作为无土栽培基质使用。发酵后的茶渣可作为草炭的替代品，既能减少草炭开发，节约资源、保护环境，又能促进农业废弃物的循环利用。

关键词 茶渣；发酵；无土栽培基质；工艺

中图分类号 TS201 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）13-0253-02

基质栽培是用固体基质（介质）固定植物根系，并通过基质吸收营养液和氧的一种无土栽培方式。基质栽培由于具有病虫害少、节水节肥、栽种灵活、缩短设施植物生长周期、可控性较高等优点，目前在设施栽培中的应用越来越广泛，基质栽培代表着现代设施农业的发展趋势[1]。但是基质栽培中常使用的草炭等基质是不可再生资源，因而开发新型基质保护生态资源显得尤为重要。通过对茶废弃物等农林废弃物资源的再利用，可实现对草炭等不可再生基质的部分替代或完全替换[2]。

我国茶园面积广阔，全国茶叶种植面积达293.3万hm2，干毛茶产量达到243万t[3]，这些茶叶无论使用传统的方法进行冲泡，还是作为速溶茶粉生产的原料，主要利用部分为茶叶中的水溶性成分（占茶叶干重25%～40%），而剩余部分——茶渣往往被作为废弃物进行处理。茶渣中含有18%～20%的粗蛋白、11%～13%的粗纤维、0.5%～1.0%的粗脂肪、8%～9%的矿物质，这些丰富的营养物质具有潜在的利用价值，如果直接丢弃，不仅给环境带来巨大的压力，也会造成资源浪费[4]。

速溶茶制作后的茶渣仍含有较多的有益成分，根据王海滨等[5]的研究，与原料茶叶相比，不同种类的速溶茶茶渣中的粗蛋白、粗纤维含量的占比均有所提高，而粗脂肪、灰分含量的占比则有所下降。茶渣经发酵后方可作为基质使用，其中的粗蛋白、粗纤维、粗脂肪等成分在微生物的作用下可增加有效氮、腐殖质含量，而且茶渣中仍含有大量的茶多酚，对脲酶活性起到很好的抑制作用，减少了氨的挥发[6]。

1 材料与方法

1.1 試验地概况

试验场地为大闽食品（漳州）有限公司罗汉果种植基地的温室大棚，既能防止雨水淋湿，又有利于温度的提高。

1.2 试验材料及仪器

茶渣：为生产速溶绿茶粉后的绿茶茶渣，由大闽食品（漳州）有限公司生产。发酵菌剂：主要成分有纳豆菌、芽孢杆菌、放线菌、木霉菌等微生物，有效活菌数达100亿/mL，由山东君德生物科技有限公司生产。尿素：当地肥料店购买。试验仪器有电子天平、数显鼓风干燥箱、pH计、水银温度计等。

1.3 试验设计

试验共设3个处理，每个处理的原料重量均为200 kg，7 d翻堆1次。处理1：直接将200 kg茶渣进行归堆发酵；处理2：将200 kg茶渣与发酵菌剂均匀混合，按100 kg茶渣喷洒0.05 kg发酵菌剂的比例进行喷洒；处理3：将200 kg茶渣与发酵菌剂和尿素均匀混合，发酵菌剂喷洒的浓度为0.05 kg/100 kg茶渣，尿素的使用量为0.2 kg/100 kg茶渣。3次重复。

1.4 测定方法

1.4.1 温度测定。用水银温度计插入发酵茶渣中层位置，每天11：00测定温度，每个处理样取3点测定温度，并取平均值。

1.4.2 pH值测定。每周取样1次，用pH计测定pH值，每个样品测定3次取平均值。

1.4.3 水分含量测定。用数显鼓风干燥箱105 ℃条件下烘 2 h测定水分含量，每周取样1次，每个样品测定3次，取平均值。

1.4.4 有机质含量测定。原始样和每个发酵后处理样均取样3 kg，混合均匀后取0.5 kg样品送漳州市农业检测中心进行检测，检测标准参照《有机肥料》（NY252—2012）进行。

2 结果与分析

2.1 各处理茶渣温度变化情况

3个处理样茶渣在初期升温，随后温度呈下降趋势，最后基本与环境温度一致。总体呈现波动型先上升后下降的趋势（图1）。主要因为发酵温度与微生物代谢活性有关，好氧微生物分解有机物和呼吸作用均会产热，从而出现温度上升的情况，后期随着发酵的进行，微生物的活动逐渐减弱，温度出现下降[7]，为了让茶渣发酵均匀，7 d后进行翻堆处理，所以翻堆后的温度均出现了一定的小高峰，随后下降。其中处理1的温度上升幅度较小（最高温为47 ℃），上升至温度的高点较慢。处理3的温度上升幅度大（最高温为59 ℃），升温速度快，这可能与加入菌剂和尿素有关，发酵菌剂中的微生物繁殖分解需要碳和氮，茶渣大部分是由碳元素组成，尿素中则含有氮源。尿素的添加有利于微生物的繁殖分解，故温度上升快。处理2的温度上升幅度和速度整体相对比较居中。处理3最后的温度与处理1和处理2相比较低，可能与处理3前期发酵较充分，后期微生物活动较弱有关。

2.2 各处理茶渣水分含量变化情况

随着发酵的进行，各处理茶渣的水分含量总体均呈现逐渐下降的趋势（图2），这主要是微生物降解有机物料产热，使水分蒸发导致，而且翻堆处理也会导致水分出现减少的现象。处理2和处理3发酵前期出现水分略微上升的情况，可能与微生物活动代谢产生一定水分有关。发酵后期，处理3的水分含量最少，为53.2%，处理1的水分含量最多，为56.7%。

2.3 各处理茶渣pH值变化情况

处理2和处理3的茶渣pH值均呈现上升的趋势（图3）。处理2和处理3的发酵前期由于微生物活动发酵生成较多的有机酸，pH值下降，随后pH值均呈现上升的趋势，这可能与微生物分解产生氨有关。其中处理3的上升幅度最大，pH值达到9，这可能与添加氮源（尿素）有关。处理 1属于自然发酵，微生物活动较弱，pH值变化幅度较小，发酵后期pH值为6.4。

2.4 各处理茶渣有机质含量变化情况

茶渣未進行发酵时有机质含量达到99.0%（以烘干基计，下同），在发酵菌剂的作用下，部分不稳定的有机质分解转化为二氧化碳、水、矿物质和稳定化有机质，体系中有机质的含量总体呈现下降趋势[8]。处理3发酵后的有机质含量为72.7%，为最低。处理1和处理2发酵后的有机质含量分别为89.7%和81.3%，相对较高，这与茶渣发酵堆中微生物含量以及微生物活动强弱有关。

3 结论与讨论

茶渣作为无土栽培基质需经过发酵无害化后方可进行使用，在发酵过程中温度上升对于杀灭致病菌、去除水分和稳定发酵最终产物起至关重要的作用[9]。发酵温度的高低会影响茶渣发酵的速度和发酵的程度。试验中添加发酵菌剂和添加氮源（尿素）的处理温度上升较快，发酵温度较高，发酵后有机质分解也较多，为后期无土栽培植物提供良好的生长条件。

发酵后的茶渣基质pH值、含水量等均发生了比较大的变化，使用茶渣作为无土栽培基质需根据具体栽培植物需求进行适当调整。可以与其他基质进行混合搭配或者调节pH值以适应不同的无土栽培植物生长需求，这些均需根据具体栽培植物进一步试验确定。

4 参考文献

[1] 李婷婷，马蓉丽，成妍，等.中国蔬菜基质栽培研究新进展[J].农学学报，2013，3（4）：30-34.

[2] 徐强，张沛东，涂忠.植物基质栽培的研究进展[J].山东农业科学，2015，47（3）：131-137.

[3] 2016全国茶叶产销量统计分析：销量182万吨[EB/OL].（2017-03-03）[2017-04-10].http：//www.askci.com/news/chanye/20170303/173358

92448.shtml.

[4] 靳伟强，张洋，罗鋆琳，等.茶资源的开发与利用：茶渣中茶叶蛋白的酶法提取和酶法水解[J].中国食品添加剂，2011（4）：54-58.

[5] 王海滨，陈晓婷，丁力，等.不同速溶茶茶叶原料与茶渣主要成分及金属离子含量分析[J].中国农学通报，2016，32（29）：53-57.

[6] 邱业先，汪金莲，陈尚鈃.几种化合物对土壤脲酶抑制作用动力学[J].江西农业大学学报，2000，22（3）：356-358.

[7] 刘顺航，贾黎辉，吴春燕，等.茶渣有机肥发酵工艺研究[J].安徽农业科学，2016，44（11）：165-167.

[8] 张楠，张凌云.茶渣在自然发酵与添加外源微生物发酵过程中的理化动态研究[C]//茶叶科技创新与产业发展学术研讨会论文集.重庆：茶叶科技创新与产业发展学术研讨会，2009.

[9] 张晔，余宏军，杨学勇，等.棉杆作为无土栽培基质的适宜发酵条件[J].农业工程学报，2013，29（12）：210-216.