تبدیل تفاله قهوه به فیبریل‌هایی که در حوزه موادغذایی کاربرد دارند

تمام قهوه‌ای که درجهان نوشیده می‌شود، سالانه بیش از ۶ میلیون تن تفاله قهوه در سراسر جهان از خود به جای می‌گذارد. بخشی از این تفاله‌ها به عنوان سوخت زیستی مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرند اما بقیه به عنوان زباله دفع می‌شوند. در طول یک دهه گذشته، تحقیقات روی استفاده مجدد از این تفاله‌ها متمرکز شده است. تمرکز اصلی روی پلی ساکاریدها از جمله سلولز و همی سلولز در تفاله قهوه و دیواره‌های سلولی در دانه قهوه بوده است. از پلی ساکاریدها در کامپوزیت‌ها، بیوپلیمرها، بسته‌بندی مواد غذایی، مصالح ساختمانی و نانوالیاف سلولز (CNF) استفاده می‌شود. CNF ها که سلولز در آنها به اندازه نانومتری، ۳ تا ۵ نانومتر کاهش می یابد، در صنایع غذایی، لوازم آرایشی و پوشش استفاده زیادی دارند.

محققان ژاپنی در دانشگاه ملی یوکوهاما در سال ۲۰۲۰ پیشگام روشی بودند که از تفاله قهوه با استفاده از اکسیداسیون با واسطه CNF تولید می‌کرد. با این حال آن‌ها تقریبا ۴۰ درصد از همی‌سلولز را دست نخورده در تفاله قهوه بدون استفاده رها می‌کردند. بنابراین، آن‌ها توجه خود را به هولوسلولز معطوف کردند که ترکیبی از همی سلولز و سلولز بود تا از آن برای استخراج نانوالیاف هولوسلولز (HCNF) استفاده کنند.

ایزورو کاوامورا، استاد دانشکده مهندسی دانشگاه ملی یوکوهاما می‌گوید: «HCNF های با کیفیت یکنواخت که اصلاح شیمیایی نیز نشده‌اند از زباله‌های کشاورزی/مواد غذایی به دست می‌آیند. این ترکیبات برای استفاده به عنوان مواد افزودنی مواد غذایی مانند امولسیفایرها بسیار مطلوب هستند. ما فرض کردیم که محتوای بالای همی سلولز موجود در هولوسلولز تفاله قهوه را می‌توان به نانوالیافی با ابعاد ۳-۵ نانومتر تبدیل کرد.»

در حقیقت، آن‌ها نه تنها HCNF را تولید کردند، بلکه روشی برای ذخیره‌سازی طولانی مدت HCNF بدون نیاز به نگهدارنده ارائه کردند که می‌تواند برای صنایع غذایی و آرایشی مناسب باشد.

برای استخراج HCNF از تفاله قهوه، محققان لیگنین و لیپیدها را از محیط حذف کردند. سپس بقیه فیبرهای هولوسلولز را از طریق نانوفیبریلاسیون، به مقیاس نانومتری در اوردند. این گروه از آسیاب جت با فشار آب بالا برای نانوفیبریلاسیون هولوسلولز به HCNF استفاده کردند. HCNF به دست آمده از تفاله قهوه عرضی در حد ۲-۳ نانومتر و طول ۰٫۷-۱ میکرومتر دارند. این محصول را می‌توان بدون نگهدارنده تا مدت‌ها ذخیره‌سازی کرد و همچنین نیاز به حلال خاصی ندارد.