咖啡渣的综合利用及研究进展

杨 阳，李亚男，武瑞瑞，吕玉兰，张晓芳，李贵平，何红艳，黄家雄

（云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，云南保山 678000）

咖啡是世界上最重要的农产品之一[1]，在全世界出口的商品中占有重要地位。作为生产速溶咖啡时留下的副产物，咖啡渣质量约占咖啡干豆的2/3[2]。每喝一杯现磨咖啡，就会产生 30 g咖啡渣[3]。目前，国外的咖啡渣主要用作肥料和燃料，国内大多作为废弃物丢弃，造成环境污染和资源浪费。研究表明，咖啡中含有一定量的咖啡酸、绿原酸、多酚等抗氧化物质，具有进一步的开发价值。此外，咖啡渣中含有较丰富的油脂、糖类、蛋白质、膳食纤维等，还含有矿物质和维生素等营养成分。

咖啡渣中常见营养成分见表1，咖啡渣中矿物质和维生素见表2。

1 咖啡渣的综合利用

1.1 咖啡渣作为饲料应用

目前，从速溶咖啡中提取的可溶性成分仅占干咖啡豆的30%[4]，主要成分有咖啡因类、多酚类、水溶性灰分、还原糖类、氨基酸类和油脂类。粗蛋白、粗纤维、粗脂肪和矿物质是咖啡渣的主要营养成分，具有潜在的利用价值，其中含有动物可消化的营养物质高达65%。根据检测后的咖啡渣中含有粗蛋白8.74%，脂肪5.81%，粗纤维17.2%，咖啡因0.026%。还含有少量的葫芦巴碱，这些物质经过处理和分解后可以最大限度地被家畜和家禽利用。

表1 咖啡渣中常见营养成分/%

表2 咖啡渣中矿物质和维生素

由于绿原酸的抗菌、抗病毒作用，从而使家禽的抗病能力得到进一步的提高。此外，还发现绿原酸能保护色泽、增强香味，增加动物饲料的摄取量；绿原酸还可以防止饲料中的脂质氧化，并降低抗氧化剂在后期饲料中的添加成本，保质期显著延长。

据报道，每喝一杯350 mL的现磨咖啡，就将产生约20 g的咖啡渣[4]。咖啡渣中含有丰富的粗纤维，咖啡渣中的粗纤维易于发酵。如果咖啡渣作为一种新型饲料添加剂，不仅能够为动物提供膳食纤维来源，还能够更好地在结肠中发酵，为结肠内的微生物提供营养，有助于稳定肠道菌群的平衡。

日本星巴克开发了最新的发酵技术，使用咖啡渣养牛和生产牛奶。由星巴克生产的牛奶品质优良，因此成为一种受欢迎的添加牛奶。据报道，Menicon正在试验发酵技术以寻找稻草的新用途。出乎意料的是，由Menicon开发的乳酸发酵技术能够提高咖啡渣的营养价值，并将其喂养牛，这比将它们扔掉或用作混合肥料更能使咖啡渣的营养分布最大化[5]。

1.2 咖啡渣作为栽培基质应用

食用菌具有很强的分解和利用纤维素、半纤维素、木质素等能力。原料均为农林牧副产品及其加工残渣。由于咖啡渣中含有丰富的油、糖和蛋白质，因此可用于食用菌的栽培。以前曾有人尝试利用咖啡渣栽培平菇、金针菇等，均获得成功。肖自添等人[6]利用咖啡渣代替部分棉籽壳栽培灵芝试验取得很好结果，利用咖啡渣栽培灵芝，不仅可以“化废为宝”，还可以提高产品多糖的含量。

董蕾等人[7]采用咖啡渣部分替代蛹虫草栽培基质的米饭部分，结果表明咖啡渣可以作为基质培育蛹虫草，其中替代6%大米基质的蛹虫草栽培基质各指标表现较好，值得推广应用。

1.3 咖啡渣作为吸附剂

（1）直接作为吸附剂。以咖啡渣作为吸附剂处理矿山酸性废水中的重金属离子，不仅可以回收废咖啡渣，而且为酸性废水的处理提供了一种新的方法。Utomo H D等人[8]研究了咖啡渣在吸附Zn2+，Pb2+，Cu2+和 Cd2+时的用量对吸附效果的影响。A-zouaou N等人[9]进行了咖啡渣吸附 Cd2+的吸附平衡、吸附动力学和热力学研究，结果显示咖啡渣对Cd2+的吸附效果较好。

林海等人[10]以咖啡渣为原料，结合电子扫描显微镜、红外光谱分析仪和Zeta电位仪等研究吸附条件对吸附效果影响及吸附机理。结果表明，当pH值为4，咖啡渣投加量20 g/L时，咖啡渣对Pb2+和Zn2+的吸附量最大，分别为5.49，12.38 mg/g；分析了咖啡渣对重金属的吸附机理及其吸附特性，探索了提高咖啡渣对Pb2+和Zn2+吸附能力的改性方法，为矿山酸性废水的处理提供了新的思路和理论依据。

（2）作为制备吸附剂的原料。任杰等人[11]以咖啡渣为原料，采用真空热解自活化、后磷酸辅助活化的方法制备活性炭，并测定其自活化温度。重点研究了活化温度、真空度、升温速率、活化时间和浸渍比对咖啡渣活性炭性能的影响。采用活性炭吸附Cr（Ⅵ），并确定最佳吸附条件。该研究为开发新的咖啡渣资源化利用途径提供了新的思路。

1.4 制造生物柴油

英国巴斯大学可持续化学与技术中心最近的研究表明，咖啡渣可用于生产生物柴油，并有可能成为第二代生物燃料的可持续来源。世界每年的咖啡产量约为800×104t，废咖啡的含油量为每单位20%。研究人员认为，由咖啡渣生产的生物柴油只是能源组合的一小部分，目前最实用的用途是从咖啡连锁店收集咖啡渣并将其送到生物柴油加工中心，在那里，生物柴油的小规模生产可以为其运送货物的车辆提供燃料[12]。

2 咖啡渣的其他用途

2.1 培育拮抗菌

咖啡渣是一种多孔物质，能保持一定量的水分，适合微生物的生长繁殖。用咖啡渣产生的拮抗细菌生长稳定、产量高。经田间试验[13]，使用拮抗菌的52株番茄的产量达到255 kg。对照组采用三氯硝基甲烷农药，有18株萎蔫，仅收获142 kg。试验证明，拮抗细菌的使用效果优于农药，对作物无毒副作用。

2.2 制作托盘

香港高等教育科技学院4年级学生郑观平、林颂礼、尹梓锋则以咖啡渣及回收滤纸为原材料，运用传统压纸技术，制作成袋或托盘等纸质器皿。有研究称，咖啡渣具有吸湿除臭功效，制成器皿存放面包，可有助面包保持干爽，延长存放时间[14]。

3 咖啡渣综合利用展望

咖啡渣作为一种可重复利用的废弃物，其选择和开发可以按照物流学中的物流阶段，如生产物流→批发物流→销售物流→废弃物流→回收物流[15]。咖啡渣可以通过这样的途径生产和回收，即咖啡采摘→咖啡加工→废弃物、废渣收集回收→咖啡渣回收→咖啡渣综合处理。咖啡渣作为土壤咖啡肥是咖啡渣最早、最彻底的综合利用。咖啡渣腐烂后，与有机肥和无机肥混合制成复合肥，再施于农田，增产效果明显。咖啡渣肥也可用于咖啡种植园，以提高肥力和产量，但仍需要推广应用到实际的咖啡种植过程。咖啡渣独特的化学成分决定了它对家禽的全面调节作用，并且符合新时代的公共消费心理和环境意识，在畜牧业中没有残留物。总的来说，咖啡渣在饲料中的应用具有广阔的前景。目前，虽然咖啡渣中微生物的研究还处于起步阶段，但近年来取得了较大的进展。咖啡渣是具有可吸附性的，能吸收实际环境中的某些异味或其他杂味。因此，咖啡渣具有良好的除臭作用，是一种较好的“活性炭”，也有很好的应用前景。

随着国内外研究的深入和加工技术的革新，有必要对咖啡渣加工进行更系统、深入的研究。咖啡渣在不同的产业中应用，不仅解决了咖啡渣的废弃问题，而且最大限度地发挥了咖啡渣的经济效益，减少了环境污染。通过不断的改革与探索，将促进咖啡产业和绿色工业化的跨越发展，真正实现将咖啡渣的利用化腐朽为神奇，美丽咖啡山还是绿水青山。