咖啡渣的綜合利用及研究進展

楊 陽，李亞男，武瑞瑞，呂玉蘭，張曉芳，李貴平，何紅艷，黃家雄

（云南省農業科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所，云南保山 678000）

咖啡是世界上最重要的農產品之一[1]，在全世界出口的商品中占有重要地位。作為生產速溶咖啡時留下的副產物，咖啡渣質量約占咖啡干豆的2/3[2]。每喝一杯現磨咖啡，就會產生 30 g咖啡渣[3]。目前，國外的咖啡渣主要用作肥料和燃料，國內大多作為廢棄物丟棄，造成環境污染和資源浪費。研究表明，咖啡中含有一定量的咖啡酸、綠原酸、多酚等抗氧化物質，具有進一步的開發價值。此外，咖啡渣中含有較豐富的油脂、糖類、蛋白質、膳食纖維等，還含有礦物質和維生素等營養成分。

咖啡渣中常見營養成分見表1，咖啡渣中礦物質和維生素見表2。

1 咖啡渣的綜合利用

1.1 咖啡渣作為飼料應用

目前，從速溶咖啡中提取的可溶性成分僅占干咖啡豆的30%[4]，主要成分有咖啡因類、多酚類、水溶性灰分、還原糖類、氨基酸類和油脂類。粗蛋白、粗纖維、粗脂肪和礦物質是咖啡渣的主要營養成分，具有潛在的利用價值，其中含有動物可消化的營養物質高達65%。根據檢測后的咖啡渣中含有粗蛋白8.74%，脂肪5.81%，粗纖維17.2%，咖啡因0.026%。還含有少量的葫蘆巴堿，這些物質經過處理和分解后可以最大限度地被家畜和家禽利用。

表1 咖啡渣中常見營養成分/%

表2 咖啡渣中礦物質和維生素

由于綠原酸的抗菌、抗病毒作用，從而使家禽的抗病能力得到進一步的提高。此外，還發現綠原酸能保護色澤、增強香味，增加動物飼料的攝取量；綠原酸還可以防止飼料中的脂質氧化，并降低抗氧化劑在后期飼料中的添加成本，保質期顯著延長。

據報道，每喝一杯350 mL的現磨咖啡，就將產生約20 g的咖啡渣[4]。咖啡渣中含有豐富的粗纖維，咖啡渣中的粗纖維易于發酵。如果咖啡渣作為一種新型飼料添加劑，不僅能夠為動物提供膳食纖維來源，還能夠更好地在結腸中發酵，為結腸內的微生物提供營養，有助于穩定腸道菌群的平衡。

日本星巴克開發了最新的發酵技術，使用咖啡渣養牛和生產牛奶。由星巴克生產的牛奶品質優良，因此成為一種受歡迎的添加牛奶。據報道，Menicon正在試驗發酵技術以尋找稻草的新用途。出乎意料的是，由Menicon開發的乳酸發酵技術能夠提高咖啡渣的營養價值，并將其喂養牛，這比將它們扔掉或用作混合肥料更能使咖啡渣的營養分布最大化[5]。

1.2 咖啡渣作為栽培基質應用

食用菌具有很強的分解和利用纖維素、半纖維素、木質素等能力。原料均為農林牧副產品及其加工殘渣。由于咖啡渣中含有豐富的油、糖和蛋白質，因此可用于食用菌的栽培。以前曾有人嘗試利用咖啡渣栽培平菇、金針菇等，均獲得成功。肖自添等人[6]利用咖啡渣代替部分棉籽殼栽培靈芝試驗取得很好結果，利用咖啡渣栽培靈芝，不僅可以“化廢為寶”，還可以提高產品多糖的含量。

董蕾等人[7]采用咖啡渣部分替代蛹蟲草栽培基質的米飯部分，結果表明咖啡渣可以作為基質培育蛹蟲草，其中替代6%大米基質的蛹蟲草栽培基質各指標表現較好，值得推廣應用。

1.3 咖啡渣作為吸附劑

（1）直接作為吸附劑。以咖啡渣作為吸附劑處理礦山酸性廢水中的重金屬離子，不僅可以回收廢咖啡渣，而且為酸性廢水的處理提供了一種新的方法。Utomo H D等人[8]研究了咖啡渣在吸附Zn2+，Pb2+，Cu2+和 Cd2+時的用量對吸附效果的影響。A-zouaou N等人[9]進行了咖啡渣吸附 Cd2+的吸附平衡、吸附動力學和熱力學研究，結果顯示咖啡渣對Cd2+的吸附效果較好。

林海等人[10]以咖啡渣為原料，結合電子掃描顯微鏡、紅外光譜分析儀和Zeta電位儀等研究吸附條件對吸附效果影響及吸附機理。結果表明，當pH值為4，咖啡渣投加量20 g/L時，咖啡渣對Pb2+和Zn2+的吸附量最大，分別為5.49，12.38 mg/g；分析了咖啡渣對重金屬的吸附機理及其吸附特性，探索了提高咖啡渣對Pb2+和Zn2+吸附能力的改性方法，為礦山酸性廢水的處理提供了新的思路和理論依據。

（2）作為制備吸附劑的原料。任杰等人[11]以咖啡渣為原料，采用真空熱解自活化、后磷酸輔助活化的方法制備活性炭，并測定其自活化溫度。重點研究了活化溫度、真空度、升溫速率、活化時間和浸漬比對咖啡渣活性炭性能的影響。采用活性炭吸附Cr（Ⅵ），并確定最佳吸附條件。該研究為開發新的咖啡渣資源化利用途徑提供了新的思路。

1.4 制造生物柴油

英國巴斯大學可持續化學與技術中心最近的研究表明，咖啡渣可用于生產生物柴油，并有可能成為第二代生物燃料的可持續來源。世界每年的咖啡產量約為800×104t，廢咖啡的含油量為每單位20%。研究人員認為，由咖啡渣生產的生物柴油只是能源組合的一小部分，目前最實用的用途是從咖啡連鎖店收集咖啡渣并將其送到生物柴油加工中心，在那里，生物柴油的小規模生產可以為其運送貨物的車輛提供燃料[12]。

2 咖啡渣的其他用途

2.1 培育拮抗菌

咖啡渣是一種多孔物質，能保持一定量的水分，適合微生物的生長繁殖。用咖啡渣產生的拮抗細菌生長穩定、產量高。經田間試驗[13]，使用拮抗菌的52株番茄的產量達到255 kg。對照組采用三氯硝基甲烷農藥，有18株萎蔫，僅收獲142 kg。試驗證明，拮抗細菌的使用效果優于農藥，對作物無毒副作用。

2.2 制作托盤

香港高等教育科技學院4年級學生鄭觀平、林頌禮、尹梓鋒則以咖啡渣及回收濾紙為原材料，運用傳統壓紙技術，制作成袋或托盤等紙質器皿。有研究稱，咖啡渣具有吸濕除臭功效，制成器皿存放面包，可有助面包保持干爽，延長存放時間[14]。

3 咖啡渣綜合利用展望

咖啡渣作為一種可重復利用的廢棄物，其選擇和開發可以按照物流學中的物流階段，如生產物流→批發物流→銷售物流→廢棄物流→回收物流[15]。咖啡渣可以通過這樣的途徑生產和回收，即咖啡采摘→咖啡加工→廢棄物、廢渣收集回收→咖啡渣回收→咖啡渣綜合處理。咖啡渣作為土壤咖啡肥是咖啡渣最早、最徹底的綜合利用。咖啡渣腐爛后，與有機肥和無機肥混合制成復合肥，再施于農田，增產效果明顯。咖啡渣肥也可用于咖啡種植園，以提高肥力和產量，但仍需要推廣應用到實際的咖啡種植過程。咖啡渣獨特的化學成分決定了它對家禽的全面調節作用，并且符合新時代的公共消費心理和環境意識，在畜牧業中沒有殘留物。總的來說，咖啡渣在飼料中的應用具有廣闊的前景。目前，雖然咖啡渣中微生物的研究還處于起步階段，但近年來取得了較大的進展。咖啡渣是具有可吸附性的，能吸收實際環境中的某些異味或其他雜味。因此，咖啡渣具有良好的除臭作用，是一種較好的“活性炭”，也有很好的應用前景。

隨著國內外研究的深入和加工技術的革新，有必要對咖啡渣加工進行更系統、深入的研究。咖啡渣在不同的產業中應用，不僅解決了咖啡渣的廢棄問題，而且最大限度地發揮了咖啡渣的經濟效益，減少了環境污染。通過不斷的改革與探索，將促進咖啡產業和綠色工業化的跨越發展，真正實現將咖啡渣的利用化腐朽為神奇，美麗咖啡山還是綠水青山。