TW202241256A

TW202241256A - 提升咖啡風味的土壤介質的製作方法

Info

Publication number: TW202241256A
Application number: TW110114929A
Authority: TW
Inventors: 李孟修; 鄭健雄
Original assignee: 國立暨南國際大學
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2022-11-01
Also published as: TWI757162B

Abstract

本發明係關於一種提升咖啡風味的土壤介質及其製作方法，藉由將禽畜類的糞便、菇類培植廢棄包以及禽畜類的肉骨粉以特定比例混合形成一混合物，將所述混合物進行發酵，發酵後的混合物再進行乾燥、分選、粉碎等步驟，即獲得可提升咖啡風味的土壤介質。

Description

提升咖啡風味的土壤介質及其製作方法

本發明係涉及一種土壤介質及其製作方法，特別係涉及一種可提升咖啡風味的土壤介質及其製作方法，藉由所述土壤介質施用於咖啡樹周遭，可促使咖啡生豆之風味品質提升。

咖啡是僅次於石油為全球第二大貿易產品，另與茶葉、可可並稱為世界三大飲料，而論產量、產值與消費量，咖啡高居其冠。根據國際咖啡組織(International Coffee Organization)統計資料顯示，2015年全世界的咖啡產量約為868萬公噸，在台灣，一年咖啡市場產值可高達700億元。

咖啡豆是被稱爲咖啡樹的茜草科植物的果實(稱爲咖啡果實或咖啡櫻桃)經過除去果肉、薄皮的製程(精製製程)得到的種子(咖啡種子)，以及對此進行加工的豆的總稱。生咖啡豆係指進行加熱烘焙的烘焙製程之前的咖啡豆，烘焙咖啡豆則係指經過烘焙製程後的咖啡豆。

將上述經過烘焙製程後的咖啡豆進行粉碎，在粉碎物的熱水或水等的提取原液中加水，用濾布、網篩等濾材過濾提取得到之提取液，即為咖啡飲品。

咖啡飲品作爲一種倍受歡迎的飲料，其需求量越來越大，同時其需求也日益多樣化，消費者們更希望咖啡飲品於飲用時具有良好的風味及風味。因此，為了能獲得具有更佳風味及風味的咖啡飲品，期望藉由在種植咖啡樹時，以特定土壤介質對咖啡樹進行培養，使其生成之咖啡豆的風味及風味提升。

有鑒於此，為有效解決上述提升咖啡風味及風味之問題，本發明之主要目的係在於提供一種可提升咖啡風味的土壤介質及其製作方法。

為達上述目的，本發明係提供一種提升咖啡風味的土壤介質及其製作方法；其中，所述可提升咖啡風味的土壤介質，係藉由將禽畜類的糞便、菇類培植廢棄包以及禽畜類的肉骨粉以特定比例混合形成一混合物後發酵而得。

上述以禽畜類的糞便、菇類培植廢棄包以及禽畜類的肉骨粉所形成之混合物經發酵所得之土壤介質中，所述禽畜類的糞便可為任何動物之糞便，例如牛糞、雞糞、羊糞、豬糞等馴養類食用動物之糞便；而所述菇類培植廢棄包可為金針菇、牛樟芝、香菇、猴頭菇、杏鮑菇、木耳等養殖蕈類培養後廢棄之木屑培養基質；另所述禽畜類的肉骨粉則為雞、豬、牛、羊等可食用動物於取出可食用肉部分後，剩餘廢棄之殘肉及骨頭經乾燥後絞碎混合所形成之粉。

所述禽畜類的糞便可以提供高量的全氮、全磷、鋅等營養物，所述菇類培植廢棄包可提供豐富之有機質纖維素及全氧化鉀，而所述禽畜類的肉骨粉則可提供植物作物大量的全氮、全磷及重要的鈣、鎂養分；但所述禽畜類的肉骨粉中，其成分含有大量油脂，油脂容易覆蓋於植物根部，進而影響植物根系之呼吸以及養分之吸收，使植物生長效率低，更甚使得植物無法生長而死亡。因此，由上述禽畜類的糞便、菇類培植廢棄包以及禽畜類的肉骨粉之混合物需要藉由一發酵製程去除有害植物生長之因素，以獲得所需之土壤介質。

較佳地，所述禽畜類的糞便係為豬糞。

較佳地，所述菇類培植廢棄包係為金針菇之培質廢棄包。

較佳地，所述禽畜類的肉骨粉係為豬之殘肉及骨頭所形成之粉。

另一方面，碳源及氮源對於植物作物之生長具有十分重要的影響，碳素係為構成植物作物根、莖、葉、花、果實、種子與生理代謝所需的酶、生長激素等最主要及最大量的基礎元素，並與同樣重要的氫與氧，合稱「碳水化合物」；而氮素則可與碳水化合物結合，形成胺基酸並合成生理生化反應所需的蛋白酶、胜肽、生長激素、色素以及含氮氧養分所使用。

碳水化合物總含量與氮素總含量之比質，簡稱為「碳氮比(C/N ratio)」，正常的好氧性土壤介質原料中要求要有一定的碳氮比。一般而言，土壤介質發酵前有機材料的最佳的碳氮比約為25~35：1左右時，較利於堆肥化微生物的分解，土壤介質發酵的過程最快；若碳氮比過低(亦即低於20：1)時，微生物的繁殖會因為能量(碳)的不足而受到抑制，導致分解緩慢且不徹底，使微生物分解出過多之氨，進而易從土壤介質中逸散，導致氮素損失；反之，一旦碳氮比過高(亦即高於40：1)，則微生物的繁殖會因為主要營養源(氮)的不足而受到抑制，對於土壤介質中微生物的繁殖與分解會產生不良影響。

所述菇類培植廢棄包之碳氮比高(C/N約為64)，而所述禽畜類的糞便之碳氮比低(C/N約為14)；因此，藉由一特定比例之混合，可提供發酵微生物所需的營養源及合適之發酵環境，一般發酵微生物適合之發酵環境碳氮比約為25~35：1之間；而經發酵之土壤介質後，其碳氮比範圍約為20：1以下，為植物生長之較佳環境。

以土壤介質之總重量計(乾重)，所述禽畜類的糞便佔35 wt%至55 wt%；較佳地，所述禽畜類的糞便佔45 wt%至50 wt%。

以土壤介質之總重量計(乾重)，所述菇類培植廢棄包佔35 wt%至55 wt%；較佳地，所述菇類培植廢棄包佔35 wt%至40 wt%。

以土壤介質之總重量計(乾重)，所述禽畜類的肉骨粉佔10 wt%至30 wt%；較佳地，所述禽畜類的肉骨粉佔15 wt%。

較佳地，所述發酵製程係為有氧高溫發酵製程。

較佳地，所述發酵製程係為發酵20~40天；更佳地，所述發酵製程係為發酵25~30天。

經所述發酵製程後獲得之土壤介質，後續再經過乾燥、分選、粉碎等步驟，使其符合國家肥料種類品目及規格之禽畜糞堆肥之標準(品目編號5-09)，最終所述經發酵製程後獲得之土壤介質的水分落在一特定範圍內，即獲得所述土壤介質成品。

所述土壤介質之水分以成品總重量計(濕重)，介於30 wt%至45 wt%；較佳地，所述土壤介質之水分介於35 wt%至40 wt%。

以上述獲得之土壤介質，在生長5年以上之咖啡樹於開花後至果實成熟期前約1個月之期間，每棵樹/每月皆平均施用10公斤(分3~4次施用)之所述土壤介質於樹冠滴水線周邊，並將所述土壤介質與其周邊土壤充分混合，再噴灑適量灌溉用水以求施用區之土壤皆充分濕潤。

經施用所述土壤介質後，可使咖啡種子的比例提高，即獲得之咖啡生豆產量提高，且使用其咖啡生豆所製得之咖啡醇厚度以及風味皆較未施用所述土壤介質更高。

綜上所述，藉由特定比例之禽畜類的糞便、菇類培植廢棄包以及禽畜類的肉骨粉所發酵製得的土壤介質，可加速咖啡樹周遭的土壤腐熟時間、減少溫室氣體中之氧化亞氮(N ₂O)、甲烷(CH ₄)的排放、降低氮素的流失、減少異味的產生，獲得風味、口感更佳之咖啡製品；此外，所述土壤介質亦可提供更好之土壤物理環境變化，降低生產成本，更可成為再生能源及環境復育之材料，並有效將碳源回歸土壤，符合世界對循環經濟、環保概念與維持氣候發展之趨勢，亦可達成農業零廢棄之理想，也兼具有社會、環境及經濟效益。

以下內容將搭配圖式，藉由特定的具體實施例說明本發明之技術內容，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本發明之精神下，進行各種修飾與變更。

實施例1

提升咖啡風味的土壤介質製備

參照第1圖，第1圖係為本發明之提升咖啡風味的土壤介質的製作流程圖，所述提升咖啡風味的土壤介質的製作方法包含以下步驟：

步驟S1：將禽畜類的糞便、菇類培植廢棄包以及禽畜類的肉骨粉以特定比例混合形成一混合物。

其中，所述特定比例係以所述混合物(即土壤介質)之總重量計(乾重)，所述禽畜類的糞便佔35 wt%至55 wt%；較佳地，所述禽畜類的糞便佔45 wt%至50 wt%。所述菇類培植廢棄包佔35 wt%至55 wt%；較佳地，所述菇類培植廢棄包佔35 wt%至40 wt%。所述禽畜類的肉骨粉佔10 wt%至30 wt%；較佳地，所述禽畜類的肉骨粉佔15 wt%。

較佳地，所述禽畜類的糞便係為豬糞；較佳地，所述菇類培植廢棄包係為金針菇之培質廢棄包；以及較佳地，所述禽畜類的肉骨粉係為豬之殘肉及骨頭所形成之粉。具體之土壤介質配方如下表1所示，而對照組部分不含所述禽畜類的肉骨粉。

表1

	豬糞	菇類培植廢棄包	肉骨粉
對照組 (wt%)	50%	50%	0%
土壤介質配方一 (wt%)	35%	50%	15%
土壤介質配方二 (wt%)	50%	35%	15%

所述禽畜類的糞便、所述菇類培植廢棄包以及所述禽畜類的肉骨粉在上述之特定比例範圍時，可使所述混合物之碳氮比介於20~40：1；較佳地，所述混合物之碳氮比介於25~35：1。在此碳氮比之間，較有利於堆肥化微生物的分解。

步驟S2：將步驟S1之混合物進行發酵製程。

其中，所述發酵製程係將步驟S1之混合物調整其水分含量至63%~67%之間，並將所述混合物放入一具有三面堅固牆面之發酵槽間堆置，底部藉由鼓風機送風進行給氣之好氧發酵方式，發酵時間為20~40天，發酵溫度至少需要有5天以上達到70℃以殺滅有害病菌及雜草種子；堆置時間以6~12天翻堆一次。

較佳地，所述水分含量係為65%。

較佳地，所述發酵時間為25~30天。

較佳地，堆置時間以7~10天翻堆一次。

步驟S3：將步驟S2之經發酵的混合物進行乾燥、分選及粉碎，即獲得提升咖啡風味的土壤介質。

其中，將步驟S2中進行發酵製程之混合物進行2~3次翻堆後，待所述混合物之堆置溫度明顯下降，再進行乾燥、分選及粉碎，獲得提升咖啡風味的土壤介質。

所述土壤介質最後以常規簡易之種子發芽率作為發酵完成之指標，種子發芽測定法之試驗組發芽率為對照組發芽率的90%以上，且根的伸長不受抑制，則所述土壤介質可視為發酵完成。

種子發芽測定法之試驗方法如下：

將5g風乾之所述土壤介質加入100ml、60℃之溫水，置於200ml燒杯內，在60℃水浴中經3小時後，以細紗布過濾獲取濾液；將2張濾紙置於培養皿中，加入10ml所述濾液，放置30粒白菜種子於濾紙上，並將培養皿置於25℃恒溫箱內；放置5天後，觀察種子發芽率以及根生長情形，另以蒸餾水代替濾液進行試驗，以作為對照組用，若試驗組發芽率為對照組發芽率的90%以上，且根的伸長不受抑制，則所述土壤介質可視為發酵完成。

發酵完成後之土壤介質，對其有機質、全氮、全磷酐、全氧化鉀、碳氮比、酸鹼度以及導電度進行分析，分析結果如下表2所示。

表2

	有機質	全氮	全磷酐	全氧化鉀	碳氮比	酸鹼度	導電度(dS/m)
對照組 (wt%)	80%	2.50%	2.80%	1.30%	20以下	7	3
土壤介質配方一 (wt%)	80~81%	2.5~3.0%	2.5~3.0%	1.0~1.5%	20以下	6.9	2.5~3
土壤介質配方二 (wt%)	78~80%	3.2~4.5%	3.6~4.5%	1.4~1.6%	20以下	6~7	3~4

實施例2

咖啡果實分析

將實施例1所製得之提升咖啡風味的土壤介質，在生長5年以上之咖啡樹於開花後至果實成熟期前約1個月之期間，每棵樹/每月皆平均施用10公斤(分3~4次施用)之所述土壤介質於樹冠滴水線周邊，並將所述土壤介質與其周邊土壤充分混合，再噴灑適量灌溉用水以求施用區之土壤皆充分濕潤；等待咖啡果實成熟後採收。

將採收之咖啡果實進行鮮果重、果肉比例、種子比例及糖度分析，其分析結果如第2圖所示。由第2圖中可知，土壤介質配方一相較於對照組，能夠提升平均鮮果重以及糖度；而土壤介質配方二相較於對照組，能夠提升種子比例，但在鮮果重、果肉比例以及糖度皆低於對照組，然而，使用土壤介質配方二所得之種子比例較高，亦代表咖啡生豆較重。

參照第3圖，第3圖係為使用本發明之提升咖啡風味的土壤介質所得之咖啡種子密度表現圖；由第3圖中可知，相較於對照組，使用土壤介質配方一以及土壤介質配方二皆可提升咖啡生豆之密度。

實施例3

咖啡風味分析

將實施例2所採收之咖啡果實的種子脫殼製成咖啡生豆後進行脂肪酸含量分析，其分析結果如第4圖，由第4圖中可知，使用土壤介質配方一以及土壤介質配方二相較於對照組，均可使棕櫚酸(飽和脂肪酸)之含量提高，而亞麻油酸(不飽和脂肪酸)之含量降低；而飽和脂肪酸提高、不飽和脂肪酸降低後，可有效提升咖啡的醇厚度以及風味表現。

將對照組、咖啡土壤配方一以及咖啡土壤配方二所獲得之咖啡豆製成咖啡飲品後，藉由透過國際咖啡品質鑑定師評比咖啡風味之表現，並分析其表現與咖啡生豆風味物質之差異，其結果如第5圖所示。由第5圖中可知，使用土壤介質配方二能可有效全面性的提升杯測風味。

再參照第6圖，第6圖係為使用本發明之提升咖啡風味的土壤介質所得之咖啡生豆製成咖啡後，描述風味之次數比率圖。第6圖之描述風味，係由國際杯測師進行評比，在果香、果酸之表現，以及各類水果風味層次高者，則能獲得較高分之評價；由第6圖中可知，使用土壤介質配方二所獲得之咖啡豆製成的咖啡飲品，其整體表現較佳。

綜上所述，藉由特定比例之禽畜類的糞便、菇類培植廢棄包以及禽畜類的肉骨粉所發酵製得的土壤介質，可顯著增加種子發芽率，亦即代表其產生出來之土壤介質能有效促進植物生長；而透過發酵製程後，可將大分子化合物轉化分解成有利於植物體吸收之小分子型態，加強植物養分的吸收效率；再者，最重要的是所述土壤介質可提升咖啡作物的風味與品質，使咖啡產業能維持良好的經濟收益。

上述實施例僅例示性說明本發明之原理及功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技術之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如本發明申請專利範圍所列。

S1~S3:步驟

以下搭配圖式，對於本發明進行進一步說明：

第1圖係為本發明之提升咖啡風味的土壤介質的製作流程圖；第2圖係為使用本發明之提升咖啡風味的土壤介質所得咖啡果實的咖啡採集分析圖；第3圖係為使用本發明之提升咖啡風味的土壤介質所得之咖啡種子密度表現圖；第4圖係為使用本發明之提升咖啡風味的土壤介質所得之咖啡生豆的脂肪酸含量分析圖；第5圖係為使用本發明之提升咖啡風味的土壤介質所得之咖啡生豆製成咖啡後的杯測風味表現圖；第6圖係為使用本發明之提升咖啡風味的土壤介質所得之咖啡生豆製成咖啡後，描述風味之次數比率圖。

Claims

一種提升咖啡風味的土壤介質，其包含：一禽畜類的糞便，該禽畜類的糞便係為牛糞、雞糞、羊糞或豬糞；一菇類培植廢棄包，該菇類培植廢棄包係為金針菇、牛樟芝、香菇、猴頭菇、杏鮑菇或木耳培養後廢棄之木屑培養基質；以及一禽畜類的肉骨粉，該禽畜類的肉骨粉係為雞、豬、牛、羊於取出可食用肉部分後，剩餘廢棄之殘肉及骨頭經乾燥後絞碎混合所形成之粉，其中以該土壤介質之總乾重計，該禽畜類的糞便佔35 wt%至55 wt%、該菇類培植廢棄包佔35 wt%至55 wt%，以及該禽畜類的肉骨粉佔10 wt%至30 wt%。
如請求項1所述之提升咖啡風味的土壤介質，其中該土壤介質以總濕重計，水分佔30 wt%至45 wt%。
如請求項1所述之提升咖啡風味的土壤介質，其中該土壤介質係經一有氧高溫發酵製程所製備而成。
如請求項2所述之提升咖啡風味的土壤介質，其中該土壤介質之碳氮比(C/N)在20：1以下。
一種提升咖啡風味的土壤介質製作方法，其包含以下步驟：將一禽畜類的糞便、一菇類培植廢棄包以及一禽畜類的肉骨粉以特定比例混合形成一混合物；將該混合物進行一發酵製程；以及將經發酵後的該混合物進行乾燥、分選及粉碎，即獲得該土壤介質，其中以該土壤介質之總乾重計，該禽畜類的糞便佔35 wt%至55 wt%、該菇類培植廢棄包佔35 wt%至55 wt%，以及該禽畜類的肉骨粉佔10 wt%至30 wt%；該禽畜類的糞便係為牛糞、雞糞、羊糞或豬糞；該菇類培植廢棄包係為金針菇、牛樟芝、香菇、猴頭菇、杏鮑菇或木耳培養後廢棄之木屑培養基質；該禽畜類的肉骨粉係為雞、豬、牛、羊於取出可食用肉部分後，剩餘廢棄之殘肉及骨頭經乾燥後絞碎混合所形成之粉；以及該發酵製程係為有氧高溫發酵製程。
如請求項5所述之提升咖啡風味的土壤介質製作方法，其中該土壤介質以總濕重計，水分佔30 wt%至45 wt%。
如請求項5所述之提升咖啡風味的土壤介質製作方法，其中該土壤介質之碳氮比(C/N)在20：1以下。
如請求項5所述之提升咖啡風味的土壤介質製作方法，其中在該發酵製程中，將該混合物之水分調整至63%~67%之間，發酵20~40天。
如請求項8所述之提升咖啡風味的土壤介質製作方法，其中在該發酵製程中，發酵溫度至少有5天以上達到70℃以殺滅有害病菌及雜草種子。
如請求項8所述之提升咖啡風味的土壤介質製作方法，其中該發酵製程中，該混合物係以6~12天翻堆一次。