茶渣有機(jī)肥發(fā)酵工藝研究

劉順航， 賈黎輝， 吳春燕， 趙甜甜， 郭 龍， 張津榕， 唐建美

(云南天士力帝泊洱生物茶集團(tuán)有限公司，云南普洱 665001)

茶渣有機(jī)肥發(fā)酵工藝研究

劉順航， 賈黎輝， 吳春燕， 趙甜甜， 郭 龍， 張津榕， 唐建美

(云南天士力帝泊洱生物茶集團(tuán)有限公司，云南普洱 665001)

摘要[目的]優(yōu)化茶渣有機(jī)肥最佳發(fā)酵工藝參數(shù)。[方法]以茶渣廢棄物為試驗(yàn)對(duì)象，通過添加鋸末、油枯、石灰、木醋，共設(shè)8個(gè)處理，篩選最優(yōu)處理和最佳參數(shù)。[結(jié)果]各發(fā)酵處理中，添加油枯處理的平均發(fā)酵溫度比添加鋸末的高出3.1 ℃；添加石灰處理的pH為8.055和8.444，添加木醋處理的pH為6.274和7.611；添加油枯和木醋處理可提高茶渣堆肥的電導(dǎo)率。[結(jié)論]初始發(fā)酵水分60%，每3 d翻堆1次，油枯和木醋添加量為5%的配方組合，可以得到茶渣有機(jī)肥最佳發(fā)酵工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞茶渣；有機(jī)肥；參數(shù)；應(yīng)用

隨著速溶茶(茶珍)、茶飲料等茶葉深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,茶渣的合理處置成為相關(guān)部門廣泛關(guān)注的問題。研究表明，經(jīng)過提取的茶渣殘留1.0%～2.0%茶多酚，0.1%～0.3%咖啡堿，17.0%～19.0%粗蛋白，16.0%～18.0%粗纖維，賴氨酸和蛋氨酸的含量分別為1.5%～2.0%和0.5%～0.7%[1]；此外，茶渣含氮2.5%～4.0%，五氧化二磷0.4%，氧化鉀1.4%，有機(jī)碳38.1%，碳氮比為15～20。長期以來，茶渣等廢棄物以不可回收垃圾被丟棄，造成環(huán)境污染的同時(shí)增加了處理成本[2]。目前，我國對(duì)茶渣的綜合利用尚處于初步試驗(yàn)階段[3]，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)廢棄茶渣開發(fā)利用具有廣闊前景，可用作有機(jī)肥料、飼料、吸附劑、培養(yǎng)基原料，用于提取蛋白、茶多糖等有效成分[4]。茶渣有機(jī)肥對(duì)環(huán)境和作物生產(chǎn)安全，因此開發(fā)茶渣有機(jī)肥具有積極的意義。筆者以茶渣廢棄物為研究對(duì)象，篩選了茶渣有機(jī)肥發(fā)酵工藝的最佳參數(shù)，旨在為茶渣的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料茶渣，云南天士力帝泊洱生物茶集團(tuán)有限公司；油枯，云南玉溪源天生物產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司；石灰，云南省開遠(yuǎn)市小龍?zhí)锻踉剖覐S；木醋，濰坊市坊子區(qū)瑞利再生物質(zhì)燃料制造廠；鋸末，某木材加工廠。試驗(yàn)儀器有PL1001-L電子天平，梅特勒托利多；GZX-9070 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊；S40 PH/電導(dǎo)率綜合測(cè)定儀，梅特勒托利多；tcs電子稱，青島海億達(dá)衡器有限公司；鐵鏟；水銀溫度計(jì)；燒杯等。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)共設(shè)8個(gè)處理，每處理的原料重量均為300 kg。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

1.3操作步驟首先，茶渣脫水，出料的茶渣移至溫室蓬內(nèi)攤薄晾放，使水分從78.0%降至60.0%，其他試驗(yàn)物料水分也調(diào)整至60.0%；其次，按配方設(shè)計(jì)混料置堆，將茶渣堆成錐型，插竹桿掛標(biāo)記。

表1　茶渣發(fā)酵配方設(shè)計(jì)

注：C/N調(diào)節(jié)原料：茶渣(C/N∶13.51)、油枯(C/N<10.00)、鋸末(C/N>300.00)；pH調(diào)節(jié)原料：茶渣(pH≈5.500)、石灰(pH>10.000)、木醋(pH<3.000);油枯添加量為5.0%，鋸末添加量為30.0%～40.0%。

Note: C/N adjusting raw material: tea-leaf(C/N:13.51), oil cake(C/N<10.00), sawdust(C/N>300.00); pH adjusting raw material: tea-leaf(pH≈5.500), lime(pH>10.000), wood vinegar(pH<3.000); oil cake dosage 5.0%, sawdust dosage 30.0%-40.0%.

1.4測(cè)定方法用水銀溫度計(jì)插至堆肥中層位置，每天上午測(cè)定溫度1次，每處理取2個(gè)點(diǎn)測(cè)定求平均值。每周取樣1次，用pH/電導(dǎo)率綜合測(cè)定儀測(cè)定電導(dǎo)率和pH，每個(gè)樣品測(cè)定2次求平均值。用數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱105 ℃烘2 h測(cè)定水分，每個(gè)樣品測(cè)定2次求平均值。3 d翻堆1次。

2結(jié)果與分析

2.1各處理茶渣堆肥溫度變化情況從圖1可見，隨著發(fā)酵過程啟動(dòng)，微生物開始增殖和生長，堆肥溫度呈上升趨勢(shì)；當(dāng)微生物增加量和死亡量平衡時(shí)，溫度呈穩(wěn)定趨勢(shì)變化；當(dāng)有機(jī)原料被消耗完，微生物逐漸死亡，溫度下降。各處理的發(fā)酵過程溫度均呈拋物線趨勢(shì)變化，沒有發(fā)酵的處理②溫度幾乎無變化。

圖1　各處理茶渣堆肥溫度變化情況Fig.1　The composting temperature changes of tea-leaf in each treatment

從圖2可見，各發(fā)酵處理中，添加油枯處理(⑥、⑦、⑧)的平均溫度為41.5 ℃，添加鋸末處理(③、④、⑤)的平均溫度為38.4 ℃，油枯處理比鋸末處理的溫度高出3.1 ℃，比CK(40.4 ℃)高出1.1 ℃。相關(guān)資料表明，溫度越高微生物繁殖越旺盛，產(chǎn)生熱量越多，有機(jī)物料降解越徹底。

圖2　各處理茶渣堆肥平均發(fā)酵溫度比較Fig.2　Comparison of tea-leaf composting average fermentation temperature

2.2各處理茶渣水分變化情況從圖3可見，隨著堆肥時(shí)間的延長，微生物增殖降解有機(jī)物料產(chǎn)生熱量增大，再加上翻堆操作，水分呈降低趨勢(shì)。以處理①的水分含量較高，處理⑥其次，處理②的水分含量最低。

圖3　各處理茶渣堆肥水分變化情況Fig.3　The moisture variation of tea-leaf composting in each treatment

2.3各處理茶渣pH變化情況從圖4可見，各處理茶渣在發(fā)酵過程中pH呈上升趨勢(shì)。添加木醋(處理⑤、⑧)的發(fā)酵效果優(yōu)于添加石灰(處理④、⑦)，添加石灰處理(④、⑦)的pH為8.055和8.444，顯若堿性，接近有機(jī)肥的最高限定值(8.500)；添加木醋處理的(⑤、⑧)pH為6.274和7.611,呈中性，介于有機(jī)肥pH標(biāo)準(zhǔn)(5.500～8.500)。

圖4　各處理茶渣堆肥pH變化情況Fig.4 The pH variation of tea-leaf composting in each treatment

2.4各處理茶渣電導(dǎo)率變化情況從圖5可見，添加了油枯、木醋的處理(處理⑤、⑥、⑦、⑧)均可升高茶渣堆肥電導(dǎo)率，以同時(shí)添加油枯和木醋處理(處理⑧)的升高程度最高。由于添加外源有機(jī)原料會(huì)導(dǎo)致電導(dǎo)率的變化，電導(dǎo)率過高或者過低均會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生影響，但從數(shù)據(jù)上顯示，處理③、④、⑥、⑦均未產(chǎn)生過度變化，電導(dǎo)率大部分都在1 000 μs/cm以下，可作安全判定。添加木醋處理(⑤、⑧)介于1 000～2 000 μs/cm，屬于安全范圍。

圖5　各處理茶渣堆肥電導(dǎo)率變化情況Fig.5　The change of compositing conductivity of tea-leaf in each treatment

2.5各處理水溶液變化情況從圖6可見，發(fā)酵第1天水溶液顏色較淺，第21天水溶液顏色較深。水溶液顏色間接表明堆肥發(fā)生生物、物理、化學(xué)變化，發(fā)酵產(chǎn)生可溶性物質(zhì)越多，水溶液顏色越深。

注：a為發(fā)酵第1天，b為發(fā)酵第21天。水∶肥=25∶1。Note: a. The first day of fermentation, b. The twenty-first day of fermentation. The ratio of water and fertilizer was 25∶1. 圖6　各處理茶渣堆肥水溶液變化情況Fig.6　The change of composting aqueous solution of tea-leaf in each teatment

3結(jié)論與討論

(1)在確定了初始發(fā)酵水分、翻堆頻率[5]等參數(shù)后，通過單因子和雙因子影響試驗(yàn)，添加不同C/N[6]、pH的調(diào)節(jié)原料到茶渣中，通過測(cè)定發(fā)酵堆肥的水分、pH、電導(dǎo)率、溫度，觀察水溶液顏?zhàn)兓闆r，篩選了茶渣有機(jī)肥發(fā)酵工藝最佳參數(shù)。結(jié)果表明，初始發(fā)酵水分為60%，3 d翻堆1次，油枯和木醋添加量為5%的配方組合可以得到最佳發(fā)酵工藝參數(shù)。

(2)在茶渣產(chǎn)量為近2 000 t/a的背景下，今后應(yīng)該從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化性、產(chǎn)品效果見效性、環(huán)境影響友好性等方面考慮，將茶渣開發(fā)為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，用于綠化及種植，既能降低茶渣的處理成本，又可提高廢棄資源的利用率，還能為生產(chǎn)綠色、有機(jī)、健康茶飲品提供宣傳。

參考文獻(xiàn)

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plants(camellia sinensisl)[J].Tea quarterly,1998,50(3):98-104.

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Study on Tea-leaf Organic Fertilizer Fermentation Technique

LIU Shun-hang, JIA Li-hui, WU Chun-yan et al

(Yunnan Tasly Deepure Biological Tea Group Co Ltd, Pu’er,Yunnan 665001)

Abstract[Objective] The aim was to optimize tea-leaf organic fertilizer fermentation technical parameters. [Method] Through adding sawdust, oil cake, lime, wood vinegar, setting up 8 treatments, the optimal treatment and parameters were obtained. [Result] In each fermentation treatment, average temperature by adding oil cake treatment was 3.1 ℃higher than that adding sawdust; pH in treatment by adding lime was 8.055 and 8.044, pH in treatment by adding wood vinegar was 6.274 and 7.611; Adding oil cake and wood vinegar could improve conductivity of tea-leaf composting. [Conclusion] Under the conditions of 60% initial fermentation moisture, turning 1 time every 3 d, 5% oil cake and wood vinegar formula, the optimal fermentation technical parameters of tea-leaf organic fertilizer can be obtained.

Key wordsTea-leaf; Organic fertilizer; Parameters; Application

作者簡介劉順航(1976- )，男，福建仙游人，高級(jí)工程師，從事茶葉種植、加工、提取工藝研究。

收稿日期2016-03-04

中圖分類號(hào)S 141.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)11-165-03