CN103348881A - 一种咖啡渣育苗基质营养钵及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咖啡渣育苗基质营养钵及其制备方法，属于植物育苗器材技术领域。所述钵体包括重量比3~6%的腐熟菌，3~6%的功能菌，0~5%的糖，0~3%的黏结剂，0~10%的保水剂，其余为咖啡渣。制备时首先将咖啡渣粉碎至40~60目，含水率调整至65~75%，然后依次将生物碱降解菌与糖、咖啡渣拌匀，在20~30℃下发酵1~2天；拌入酚类降解菌，在30~40℃下发酵2~3天；拌入油脂降解菌，在40~50℃下发酵2~3天；待温度降至30~40℃时，拌入功能菌，发酵1~2天；待物料含水率干燥至6~8%，拌入保水剂和黏结剂，装袋压制成型即可。所述钵体有机质、腐殖质含量高，透气、透水性好，育苗成活率高，能够自然降解。所述制备法能够实现咖啡渣中化学组分定向、分段、可持续分解，养分释放周期长，且生产周期短、工艺简单。

Description

一种咖啡渣育苗基质营养钵及其制备方法

技术领域

本发明属于植物育苗器材技术领域，具体涉及一种咖啡渣育苗基质营养钵及其制备方法。

背景技术

育苗基质营养钵是在普通容器育苗技术基础上发展起来的现代化快速繁育林木种苗的新技术。它与普通塑料容器相比克服了塑料容器由于内壁光滑，易引起苗木根系互相缠绕、窝根，抗逆性差，成活率低等缺陷，具有根系发育好，重量轻，包装、运输方便，提高苗木成活率，节约劳动成本等优点，从而得到越来越广泛的应用。但是，目前市场上的育苗基质营养钵主要以泥炭为主要原料，其用量占到钵体总重的80%以上，这对不可再生的自然资源将造成严重的负面影响。因此，开发一种优良的钵体基质替代品，节约自然资源，将有利于这一新产品得到更广泛的认可、应用和推广。

咖啡渣作为速溶咖啡生产后的废弃物，其重量约占咖啡干豆的60~70%，仍含有非常丰富的多聚酚、生物碱、糖类、蛋白质、脂类和矿物质，具有较高的二次开发利用价值。利用咖啡渣作原料，采用发酵处理将其中养分分解为易被苗木吸收利用的腐殖酸、有机质，作为育苗营养钵的基质，不仅能够提高咖啡的综合利用率，缓解咖啡生产中废弃物处理的环保压力，还可以为种苗栽培提供充足的营养源，提高苗木的成活率，增加企业的经济效益，将具有十分广阔的应用前景。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种以咖啡渣为原料生产的，有机质及腐殖质含量高，透气、透水性好，育苗成活率高，能够自然降解，且使用方便的育苗基质营养钵；本发明的第二目的在于提供一种能够实现所述咖啡渣原料化学组分的定向、分段、可持续降解，养分释放周期长，且生产周期短，工艺简单的育苗基质营养钵的制备方法。

本发明的第一目的是这样实现的：一种咖啡渣育苗基质营养钵，由钵体与外袋组成，所述钵体配方中包括重量比3~6%的腐熟菌、3~6%的功能菌，0~5%的糖，0~3%的黏结剂，0~10%的保水剂，其余为咖啡渣。

本发明的第二目的是这样实现的：一种咖啡渣育苗基质营养钵的制备方法，包括备料、发酵、调质、复配、成型工序，具体包括以下步骤：

A、备料：将待处理的咖啡渣粉碎至40~60目大小，含水率调整至65~75%，混合均匀后待接种；

B、发酵：首先，将按配方比例称量的生物碱降解菌与糖、咖啡渣混拌均匀，在20~30℃下发酵1~2天，然后，将按配方比例称量的酚类降解菌与发酵物料进一步混拌均匀，在30~40℃下发酵2~3天，接着，将按配方比例称量的油脂降解菌与发酵物料进一步混拌均匀，在40~50℃下继续发酵2~3天，直至物料基本腐熟；

C、调质：待物料温度降至30~40℃时，将按配方比例称量的功能菌与物料混拌均匀后，继续发酵1~2天；

D、复配：待物料含水率干燥至6~8%后，将按配方比例称量的保水剂、黏结剂与物料混拌均匀；

E、成型：将复配好的物料按钵体规格进行计量，灌装至外袋内，封口，再压制成预设形状的钵体，即得成品咖啡渣育苗基质营养钵。

本发明所述的咖啡渣育苗基质营养钵以咖啡加工中的剩余弃渣为原料，经过多功能复配菌种的腐熟处理，有机质及腐殖质含量高，营养丰富。所采用的分段式降解工艺能够实现咖啡渣中化学组分的定向、可控地腐熟，对咖啡渣中的多聚酚、生物碱、油脂类物质降解完全，有利于苗木吸收利用，促进生长发育。另一方面对咖啡渣中的粗纤维实现了选择性、可控降解，清除高聚糖表面和分子间多聚酚类包覆物的同时，较多的保留了碳水化合物，这对改善钵体的透气、透水性有明显的效果，从而提高了苗木的成活率。再次，钵体中所保留的部分高聚糖可在苗木移植的过程中逐步完成降解，产生的小分子糖类能够实现对钵体和土壤中功能菌的生长持续供养，养分释放周期长。综上所述，本发明所述的咖啡渣育苗基质营养钵以咖啡渣为生产原料，取代泥炭类自然资源在育苗钵生产中的应用，保护了珍贵的不可再生资源，另一方面缓解了咖啡生产中废渣处理的环境压力，所生产出的营养钵育苗效果好，自然降解性优良，且便于运输，不易散钵，具有较好的应用推广价值。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明的保护范围。

本发明所述咖啡渣育苗基质营养钵由钵体与外袋组成，所述钵体配方中包括重量比3~6%的腐熟菌、3~6%的功能菌，0~5%的糖，0~3%的黏结剂，0~10%的保水剂，其余为咖啡渣。

所述外袋由可降解材料制成。

所述可降解材料可以为无纺布、再生纸或农用地膜中的任一种。

所述钵体的尺寸规格为：高3~10cm；直径或边长1~5cm；重量规格为0.01~1kg。

所述钵体的形状可以为圆柱形、圆锥形、正方形、长方形或多边形。

所述腐熟菌包括重量比1~2%的生物碱降解菌、1~2%的酚类降解菌和1~2%的油脂降解菌。

所述功能菌可以为固氮菌、解钾菌、解磷菌中的任一种或几种。

所述生物碱降解菌可以为曲霉菌（Aspergillussp.）或青霉菌（Penicillium sp.）中的任一种或几种。

所述酚类降解菌可以为曲霉菌（Aspergillussp.）、冬拟多孔菌（Polyporellus brumalis）或偏肿拟栓菌（Pseudotrametes gibbosa）中的任一种或几种。

所述油脂降解菌可以为假丝酵母菌（Candida sp.）或芽孢杆菌（Bacillus sp.）中的任一种或几种。

所述固氮菌可以为固氮醋酸杆菌（Acetobacter diazotrophicus）、固氮菌（Azotobacter sp.）或氮单孢菌（Azomonas sp.）中的任一种或几种。

所述解钾菌、解磷菌可以为芽孢杆菌（Bacillus sp.）、假单胞菌（Pseudomonas sp.）或链霉菌（streptomyces sp.）中的任一种或几种。

所述糖可以为葡萄糖、蔗糖或果糖中的任一种或几种。

所述保水剂可以为聚丙烯酸盐型、聚丙烯酰胺型、聚丙烯腈型、聚乙烯醇型或γ聚谷氨酸型保水剂。

所述保水剂优选自广州安信保水农业有限公司产的聚丙烯酸钠盐保水剂、聚丙烯酸钾盐保水剂或韩国原装进口LG品牌的聚丙烯酰胺型或γ聚谷氨酸型农林保水剂。

所述黏结剂可以为复合肥粘接剂、复混肥造粒剂、有机肥造粒剂、凹凸棒粘土或凹凸棒石粘土。

所述粘合剂优选自甘肃省红岩粘土科技发展有限公司产复合肥粘接剂。

本发明所述咖啡渣育苗基质营养钵的制备方法，包括备料、发酵、调质、复配、成型工序，具体包括以下步骤：

A、备料：将待处理的咖啡渣粉碎至40~60目大小，含水率调整至65~75%，混合均匀后待接种；

B、发酵：首先，将按配方比例称量的生物碱降解菌与糖、咖啡渣混拌均匀，在20~30℃下发酵1~2天，然后，将按配方比例称量的酚类降解菌与发酵物料进一步混拌均匀，在30~40℃下发酵2~3天，接着，将按配方比例称量的油脂降解菌与发酵物料进一步混拌均匀，在40~50℃下继续发酵2~3天，直至物料基本腐熟；

C、调质：待物料温度降至30~40℃时，将按配方比例称量的功能菌与物料混拌均匀后，继续发酵1~2天；

D、复配：待物料含水率干燥至6~8%后，将按配方比例称量的保水剂、黏结剂与物料混拌均匀；

E、成型：将复配好的物料按钵体规格进行计量，灌装至外袋内，封口，再压制成预设形状的钵体，即得成品咖啡渣育苗基质营养钵。

步骤B、C所述的发酵、调质，当物料温度超过预设温度范围时要进行降温处理。

所述降温处理为倒堆和/或通风。

步骤B所述的发酵，在30~40℃下发酵2~3天时，需控制物料的含水率为40~60%。

步骤C所述的调质，物料温度的降低可采用自然降温，也可采用降温处理。

所述降温处理为倒堆和/或通风。

对步骤C得到的物料进行蛋白水解度、腐植酸等指标的检验，结果如下：

C/N比的值为12，蛋白水解度为81%，水溶性氨基酸含量为20%，腐植酸为50%，有机质为73%，有效活菌总数为7×10⁸个/g。

步骤D所述的干燥，可采用自然干燥或设备干燥。

所述自然干燥为晾晒，所述设备干燥可采用市售常用干燥机实现。

步骤E所述的外袋，由可降解材料制成。

步骤E所述的压制，压缩率为20~30%，可采用市售常用压缩成型机实现。

所述咖啡渣育苗基质营养钵在使用时只需让钵体吸足水分，钵体便可膨胀回弹至疏松多孔状态，然后直接向钵体内拨入催芽的种子，或移栽入小苗，待种苗长大后，直接带钵移入大田即可。可广泛用于咖啡、茶叶、瓜果、花卉、药材、林木等作物的播种育苗。

实施例1

原料配方：1%的点青霉菌（Penicillium notatum）、1%的黑曲霉菌（Aspergillus niger）、1%的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、1%的固氮醋酸杆菌（Acetobacter diazotrophicus）、2%的扭脱芽孢杆菌（Bacillus extorquens）、5%的葡萄糖、3%的复合肥黏结剂、10%的聚丙烯酸钾盐保水剂、其余为咖啡渣。

钵体规格：高3cm；直径1cm；重0.01kg。钵体形状：圆柱形。

制备工艺：

A、备料：将待处理的咖啡渣粉碎至40目大小，含水率调整至65%，混合均匀后待接种。

B、发酵：首先，将按配方比例称量的点青霉菌与葡萄糖、咖啡渣混拌均匀，在20~30℃下发酵2天，然后，将按配方比例称量的黑曲霉菌与发酵物料进一步混拌均匀，在30~40℃下发酵3天，接着，将按配方比例称量的枯草芽孢杆菌与发酵物料进一步混拌均匀，在40~50℃下继续发酵3天，直至物料基本腐熟。

C、调质：待物料温度降至30~40℃时，将按配方比例称量的固氮醋酸杆菌、扭脱芽孢杆菌与物料混拌均匀后，再发酵1天即可。

发酵开始后，当物料温度超过预设温度时要及时倒堆、通风，使物料降温。

D、复配：待物料含水率干燥至6%后，将按配方比例称量的聚丙烯酸钾盐保水剂、复合肥黏结剂与物料混拌均匀。

E、成型：将复配好的物料按钵体规格进行计量，灌装至无纺布制外袋内，封口，再压制成预设形状的钵体，即得成品咖啡渣育苗基质营养钵。

实施例2

原料配方：2%的黄青霉菌（Penicillium chrysogenum）、2%的偏肿拟栓菌（Pseudotrametes gibbosa）、2%的地衣芽孢杆菌（Bacillus lincheniformis）、2%的褐球固氮菌（Azotobacter chroococcum）、4%的胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilginosns）、2%的蔗糖、1%的复合肥黏结剂、3%的γ聚谷氨酸型保水剂、其余为咖啡渣。

钵体规格：高10cm；直径5cm；重1kg。钵体形状：正方形。

制备工艺：

A、备料：将待处理的咖啡渣粉碎至60目大小，含水率调整至75%，混合均匀后待接种；

B、发酵：首先，将按配方比例称量的黄青霉菌与蔗糖、咖啡渣混拌均匀，在20~30℃下发酵1天，然后，将按配方比例称量的偏肿拟栓菌与发酵物料进一步混拌均匀，在30~40℃下发酵2天，接着，将按配方比例称量的地衣芽孢杆菌与发酵物料进一步混拌均匀，在40~50℃下继续发酵2天，直至物料基本腐熟；

C、调质：待物料温度降至30~40℃时，将按配方比例称量的褐球固氮菌、胶质芽孢杆菌与物料混拌均匀后，再发酵2天即可。

发酵开始后，当物料温度超过预设温度时要及时倒堆、通风，使物料降温。

D、复配：待物料含水率干燥至8%后，将按配方比例称量的γ聚谷氨酸型保水剂、复合肥黏结剂与物料混拌均匀。

E、成型：将复配好的物料按钵体规格进行计量，灌装至再生纸制外袋内，封口，再压制成预设形状的钵体，即得成品咖啡渣育苗基质营养钵。

实施例3

原料配方：1.5%的灰黄青霉菌（Penicillium griseofulvum）、1.5%的冬拟多孔菌（Polyporellus brumalis）、1.5%的地衣芽孢杆菌（Bacillus lincheniformis）、1.5%的敏捷氮单胞菌（Azomonas agilis）、2.5%的环状芽孢杆菌（Bacillus circulans）、1%的果糖、2%的复合肥黏结剂、6%的聚丙烯酰胺型保水剂、其余为咖啡渣。

钵体规格：高6cm；边长2cm；重0.05kg。

制备工艺：

A、备料：将待处理的咖啡渣粉碎至40目大小，含水率调整至70%，混合均匀后待接种；

B、发酵：首先，将按配方比例称量的灰黄青霉菌与果糖、咖啡渣混拌均匀，在20~30℃下发酵1.5天，然后，将按配方比例称量的冬拟多孔菌与发酵物料进一步混拌均匀，在30~40℃下发酵2.5天，接着，将按配方比例称量的地衣芽孢杆菌与发酵物料进一步混拌均匀，在40~50℃下继续发酵2.5天，直至物料基本腐熟；

C、调质：待物料温度降至30~40℃时，将按配方比例称量的敏捷氮单胞菌、环状芽孢杆菌与物料混拌均匀后，再发酵1.5天即可。

发酵开始后，当物料温度超过预设温度时要及时倒堆、通风，使物料降温。

D、复配：待物料含水率干燥至7%后，将按配方比例称量的聚丙烯酰胺型保水剂、复合肥黏结剂与物料混拌均匀。

E、成型：将复配好的物料按钵体规格进行计量，灌装至农用地膜制外袋内，封口，再压制成预设形状的钵体，即得成品咖啡渣育苗基质营养钵。

本发明的工作原理：

本发明所述咖啡渣育苗基质营养钵的制备采用分段式变温变含水率发酵法，严格控制物料的发酵条件，在不同的发酵期接种具有不同降解功能的腐熟菌，实现了咖啡渣主要化学组分的定向、分段和可持续降解。

在物料发酵的前期，即发酵开始的第1~2天内使物料的温度维持在20~30℃，较低的温度有利于提高曲霉菌、青霉菌对咖啡渣中生物碱的降解活性。原料组分中的糖类优选在此阶段加入，是由于物料发酵前期其降解程度有限，由物料自身分解而供给的糖类难以满足微生物生长的需要，补充适量的糖能有效促进其扩繁，在较短时间内实现生物碱的充分降解。

在物料发酵的中期，即发酵开始的第3~5天内使物料的温度维持在30~40℃，此时，由于发酵过程的推进，料堆内产生的热量有利于物料含水率降低，降低的含水率对于冬拟多孔菌、偏肿拟栓菌的生长十分有利。二者的代谢产物对咖啡渣中的聚酚类物质和高聚糖可实现选择性降解。选择性的去除包覆在高聚糖表面和填充于高聚糖分子间的聚酚类物质，即清除粗纤维表面的“保护膜”及粗纤维间的“基质”， 而对高聚糖形成的粗纤维仅产生有限的降解。

粗纤维表面的暴露及彼此间填充的基质被清除，为水分的吸纳提供了充足的空间，在降解过程中释放出的极性基又具有良好的亲水性，这些因素的协同作用使钵体具有良好的透气性、透水性，以及压缩率，有利于提高苗木根系的自由穿透，压缩率提高还有利于减少钵体的体积，更便于运输，且防止散钵。此外，腐熟过程中降解未完全的高聚糖还可以在后续的苗木栽培过程中，进一步为钵体和土壤中的微生物功能菌提供营养，养分释放周期长，肥效更好。

在物料发酵的后期，即发酵开始的第5~8天内使物料的温度维持在40~50℃，较高的发酵温度有利于物料的进一步分解。此时接入的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等油脂降解菌除了能够降解咖啡渣中的油脂，还能够产生枯草菌素、短杆菌肽等活性物质，与较高发酵温度的协同作用，对物料中的致病菌有明显的抑制或杀灭作用，有利于钵体物料质量的稳定。

为了进一步提高钵体的保水、抗旱性，本发明在复配工序中加入了保水剂，使基质营养钵在吸湿膨胀后，延长水分留存时间，起到减少浇水次数和抗旱保湿的作用，尤其适合于干旱少雨或水源不便利地区使用。另外，此阶段拌入的黏结剂不但有利于钵体的固定成型，尤其在吸湿膨胀后，仍能使基质间保持较好的联结，不散形。

Claims (10)

1.一种咖啡渣育苗基质营养钵，由钵体与外袋组成，其特征在于所述钵体配方中包括重量比3~6%的腐熟菌、3~6%的功能菌，0~5%的糖，0~3%的黏结剂，0~10%的保水剂，其余为咖啡渣。

2.如权利要求1所述的育苗基质营养钵，其特征在于所述腐熟菌包括重量比1~2%的生物碱降解菌、1~2%的酚类降解菌和1~2%的油脂降解菌。

3.如权利要求1或2任一项所述的育苗基质营养钵，其特征在于所述功能菌可以为固氮菌、解钾菌、解磷菌中的任一种或几种。

4.如权利要求2所述的育苗基质营养钵，其特征在于所述生物碱降解菌可以为曲霉菌或青霉菌中的任一种或几种；所述酚类降解菌可以为曲霉菌、冬拟多孔菌或偏肿拟栓菌中的任一种或几种；所述油脂降解菌可以为假丝酵母菌或芽孢杆菌中的任一种或几种。

5.一种权利要求1、2、4任一项所述的育苗基质营养钵的制备方法，其特征在于包括备料、发酵、调质、复配、成型工序，具体包括：

A、备料：将待处理的咖啡渣粉碎至40~60目大小，含水率调整至65~75%，混合均匀后待接种；

B、发酵：首先，将按配方比例称量的生物碱降解菌与糖、咖啡渣混拌均匀，在20~30℃下发酵1~2天，然后，将按配方比例称量的酚类降解菌与发酵物料进一步混拌均匀，在30~40℃下发酵2~3天，接着，将按配方比例称量的油脂降解菌与发酵物料进一步混拌均匀，在40~50℃下继续发酵2~3天，直至物料基本腐熟；

C、调质：待物料温度降至30~40℃时，将按配方比例称量的功能菌与物料混拌均匀后，继续发酵1~2天；

D、复配：待物料含水率干燥至6~8%后，将按配方比例称量的保水剂、黏结剂与物料混拌均匀；

E、成型：将复配好的物料按钵体规格进行计量，灌装至外袋内，封口，再压制成预设形状的钵体，即得成品咖啡渣育苗基质营养钵。

6.如权利要求5所述的育苗基质营养钵的制备方法，其特征在于步骤B、C所述的发酵、调质，当物料温度超过预设温度范围时要进行降温处理。

7.如权利要求6所述的育苗基质营养钵的制备方法，其特征在于所述降温处理为倒堆和/或通风。

8.如权利要求5~7任一项所述的育苗基质营养钵的制备方法，其特征在于步骤B所述的发酵，在30~40℃下发酵2~3天时，需控制物料的含水率为40~60%。

9.如权利要求5~7任一项所述的育苗基质营养钵的制备方法，其特征在于步骤E所述的外袋，由可降解材料制成。

10.如权利要求5~7任一项所述的育苗基质营养钵的制备方法，其特征在于步骤E所述的压制，压缩率为20~30%。