咖啡果渣应用现状及展望

时间：2024-05-25

李晓娇，侯洪波，李悦

（保山学院资源环境学院，云南保山678000）

咖啡是世界三大饮料之一，其种植遍布四大洲的80多个国家，在全球贸易中的货币价值仅次于石油[1]。中国咖啡种植面积已达1.6万hm2，目前处于稳步发展阶段。咖啡鲜果初加工是形成商品豆的重要环节，一般有干法加工和湿法加工2种工艺。干法加工是将采集的成熟鲜果干燥成干果，除去果皮、干果渣和种壳[2]；湿法加工则是鲜咖啡果直接除去果皮和果渣[3]。二者都会产生大量的副产品，如果渣、种皮、粘液和咖啡渣等。其中咖啡果皮和果渣占咖啡鲜果的40%，这些副产品多被丢弃或少量用作堆肥。近年来，国内外正开展利用这些副产品作饲料、肥料、燃料及工业原料等方面的研究，咖啡加工副产品的潜在用途也提出了许多新的设想。

1 咖啡果渣的主要成分

咖啡果渣中粗蛋白和粗纤维含量较高，其蛋白质含量与大豆类似，而纤维中有一半是木质素，果渣中大部分的蛋白质与木质素结合，在饲料加工业中，难以被动物利用。同时果渣中含有丹宁和咖啡因，对动物的氮保留有一定的副作用，因而咖啡果渣要应用于饲料工业必须经过再加工，如发酵或加热，可降低咖啡因含量，同时经过发酵的蛋白质和木质素已经分离，更有利于动物对氮的吸收。咖啡果渣中的粗纤维含量较高，可应用于纺织工业，制造低碳抗菌环保的咖啡炭纤维。

2 咖啡果渣的应用

2.1 反刍动物饲料

国外相关研究表明[4]，在饲料中添加咖啡果渣的量与牲畜增重呈逆相关，添加的量越大，逆相关性越明显，当添加量超过一个极端值时，特别是对小个体牲畜，会逐渐出现不良反应，甚至死亡。对于反刍动物牛来说，牛的增重会随着饲料中咖啡果渣添加量的增多而减少，当添加量低于饲料总量20%时，对牛的产奶量无影响，超过20%时，开始出现不良反应。一般认为，牲畜之所以出现这种逆相关和不良反应，是因为咖啡果渣中含有一定量的丹宁酸和咖啡因，咖啡因有兴奋和利尿的作用，不利于牲畜增重；丹宁酸降低了蛋白质的吸收，对氮保留有副作用。因此，即使咖啡果渣中含有丰富的蛋白质，但吸收利用率较低，不利于牲畜对其他营养成分的吸收。

实验证明，经过黑曲霉发酵的咖啡果渣，其粗纤维和半纤维得以分解，更有利于牲畜消化。而咖啡因和丹宁酸可通过化学提取法去除。经过发酵的咖啡果渣饲用价值得以提高，饲料效率也接近标准日料，目前已经应用于鸡的日料中。

2.2 有机肥料

咖啡果渣中 N含量为 1.4%～1.56%、P含量为2.6%～3.7%、K 含量为 0.32%～0.37%（占干物质）[5]，目前国内的咖啡果渣主要用作堆肥来改良土壤。堆肥采用的原料有（1）咖啡果渣、咖啡种皮、稻草等；（2）绿色植物的叶、枝条、草等；（3）动物排泄物，如猪粪、牛粪、羊粪等；（4）尿素。将所有原料混合均匀后，在阴凉通风处堆肥，堆肥高度约为150 cm，并在堆肥外表面盖上稻草，每隔7～14 d翻1次肥，3～5个月堆肥完全熟化，便可在咖啡种植园中使用。建议每隔 2～3年施上述堆肥1次，每株树用量5～10 kg，从而改善土壤条件，提高咖啡产率。

2.3 燃料

印度相关研究[4]，将咖啡果渣和牛粪加到沤液里混合，可以增加沼气量。研究表明，加入咖啡果渣3 kg，在发酵的第1周，周产气量为1.5 L，发酵到第6周时，周产气量为10.4 L。加入咖啡果渣2 t的月产气量为131 m3，相当于100 L石油的燃烧值。沼气池里的残渣也是较好的有机肥料。

2.4 酿酒

1994年，利美莲等将利用湿法加工得到的咖啡鲜果渣，加入酵母菌和糖酸水，酿造了一种既有咖啡香又有酒醇香的天然低度果味酒[6～7]。酒中富含多种维生素和17种氨基酸，还有锌、钙等元素。该研究考察了发酵温度、发酵时间和果渣含量对咖啡酒品质的影响。开发了咖啡生产链的上游新产品，提高了咖啡利用价值。

2005年，周文华等[8]就咖啡酒在加工和销售过程中易产生氧化褐变、表面起膜、二次沉淀等现象进行了探讨。结果表明，在咖啡原酒中加入0.07%～0.10%明胶静置15～24 h，再加入抗坏血酸100 mg/L，壳聚糖0.4～0.5 mg/mL，经冷热处理后成为预处理咖啡酒液，咖啡原酒中加入焙炒咖啡豆增香2个月后再蒸馏，酒液清亮透彻，酒香和咖啡香协调，口感醇和且具有很好的稳定性。

2.5 化工原料

2.5.1 果胶的提取

咖啡果渣中的粘液含有25%～30%的果胶，而果胶是人体七大营养素中膳食纤维的主要成分，具有良好的抗腹泻、抗癌、治疗糖尿病和减肥等多种作用。广泛应用于化妆品、医药、冶金等工业领域，并作为新型、天然的多功能型添加剂，广泛用于食品工业。果胶的提取方法有很多，目前应用较为广泛的是酸提法、酶提法、微波辅助和超声波辅助提取法。但咖啡果渣中果胶提取还未见报道。

2.5.2 D-甘露糖的提取

D-甘露糖是许多多糖和糖蛋白的成分，可用于合成药物，它还能抑制鼠伤寒沙门氏菌生长，也可用作家禽饲料添加剂防止细菌污染。甘露糖及其衍生物被广泛应用于食品工业、医药等行业。咖啡果渣中富含D-甘露糖，1999年，孙中亮等[9]从咖啡果渣中提取了D-甘露糖。随后，黄广民等[10]通过酸水解法制取了D-甘露糖，并对高酸低温间歇水解和低酸高温连续水解工艺进行了比较，酸水解制取D-甘露糖，采用低酸度高温连续水解工艺最佳。其工艺特点：设备投资小，耗酸减少，糖浆色泽浅，易分离提纯，生产成本低。

2.5.3 咖啡油的提取

咖啡果渣中油脂类成分主要包括棕榈酸、亚油酸、油酸和硬脂酸4种脂肪酸，李永辉等[11]人利用丙酮做溶剂，以提取物中总脂肪酸的得率为指标，通过正交试验法优化脂肪酸的提取工艺参数，得到最佳提取工艺为8倍量的丙酮提取3次，每次3 h，所得脂肪酸得率为17.06%。并运用气相色谱法对咖啡果渣中脂肪酸类成分进行定量分析，其中4种脂肪酸的含量占总提取物的64.3%。脂肪酸化合物分别为十七烷酸甲酯、棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯。

陈祎平等[12]利用咖啡鲜果渣，通过干燥、粉碎、索式提取法提取咖啡油。探讨了溶剂种类和用量、原料干燥程度和粉碎度、提取时间等条件对咖啡油得率和品质的影响。所得的咖啡油，其化学成分近似于食用植物油，因而咖啡毛油无需进行精炼，即可用作油脂化工的原料，但若进一步精制后则可用作食用的高级香料，升值显著。

2.6 咖啡炭改性涤纶纤维

咖啡炭改性涤纶纤维是指将咖啡炭粉超微颗粒与聚合酯通过共混纺丝制成的多微孔结构，具有保温、抑菌除臭、发射负离子和抗紫外线等特殊功能的涤纶纤维。生产流程：（1）将咖啡废渣直接置入高温电热炭化炉，制作成粗咖啡炭；（2）经粗研磨机和湿研磨机制成纳米咖啡炭，通过喷雾成粒制成纺丝级纳米咖啡炭粉；（3）将其加入到涤纶纺丝液中生产出功能性咖啡炭改性涤纶短纤。在生产过程能源消耗以及CO2排放量比竹炭改性涤纶纤维少48%，比椰炭改性涤纶纤维少85%，具有绿色节能的优点。共混后的咖啡炭纤维，咖啡炭化物均匀地分散在聚合酯的内部和表面。咖啡炭中有较多的内部空隙，并且有较好的吸附功能，可很好地吸附和抑制体表的水分，从而破坏细菌生长的湿润环境，起到抑菌功能，同时其多孔隙结构可以吸附周围空气中的挥发物，较好地起到除臭的作用[13]。

2.7 真菌培养基

2.7.1 咖啡果渣混合麦秸或干香茅可以栽培平菇

用咖啡果渣与麦秸或干香茅作培养基，在90℃热水中浸泡10 min，取出后换水再浸，直至排出的水变得清澈为止。其中麦秸和咖啡果皮大约浸4次，干香茅和咖啡果皮浸5～7次。浸洗后冷却，装入聚乙烯塑料袋中，每袋装入培养基6 kg，接种菌种255 g。接种后，用绳扎紧袋口，于25℃ 恒温下培养约40 d，拆开塑料袋，使培养其接触空气，7 d内出第1潮菇。咖啡果皮肉必须与干香茅或麦秸混合使用才能提供较完整的营养，而且有利于气体交换，进而形成更适合平菇生长营养基质[14]。

2.7.2 用作微生物如酵母和真菌发酵生产生物量的原料

咖啡果渣经压榨得到的咖啡鲜果汁的化学成分如下：总糖5.2%～12.9%，还原糖5.2%～12.5%，咖啡碱0.1%，醋酸0.3%～0.6%，磷酸盐0.02%～0.15%，氮0.1%～0.4%，多酚类0.1%，乙醇不溶物0.3%～0.6%，因而可用作酵母和真菌发酵的生长基质。R.De Leon等研究了米曲霉、哈扎纳姆木霉、皮落青霉、融粘帚霉等真菌在咖啡果渣汁基质上的生长情况[15]。