Согласно данным Международной организации по кофе, в мире ежегодно производится более шести тонн кофейной гущи, большая часть из которой оказывается на свалках. Но в этом отработанном материале содержится важный компонент — нановолокна целлюлозы, которые можно использовать в том числе для производства биоразлагаемого пластика и других материалов. Теперь исследователи из Йокогамского государственного университета нашли способ извлечения этого ценного материала из кофейной гущи. Свои выводы ученые представили в журнале Cellulose.
«Наша конечная цель заключается в создании устойчивой системы переработки вторичного сырья, в частности, получения полезных конструкционных материалов из целлюлозных нановолокон, добытых из отработанной кофейной гущи, — отметил один из исследователей, доцент Йокогамского государственного университета Идзуру Кавамура. — Сейчас все больше и больше ресторанов и кафе отказываются от использования одноразовых пластиковых соломинок. Следуя этой тенденции, мы стремимся создать кофейную чашку и соломинку для употребления этого напитка из отработанной кофейной гущи».
Спрос на целлюлозные нановолокна растет во всем мире, поскольку этот материал может стать основой для множества биоразлагаемых изделий, которые способны заменить привычные пластиковые товары, которые мы тоннами выбрасываем на свалки и в водоемы каждый год. Но до сих пор такие нановолокна создавались из древесины, хотя потенциально их можно получать из множества растений.
Японские ученые предложили новый подход к массовому производству этого материала. Они использовали в качестве сырья кофейную гущу, ведь более половины ее массы составляют клеточные стенки кофейных зерен, состоящие в том числе из целлюлозы. Чтобы извлечь эти молекулы в виде тонких нитей, ученые использовали процесс, называемый каталитическим окислением. При нем клеточные стенки разрушаются под действием специального вещества — катализатора, который в данном случае не только ускоряет реакцию, но и ведет ее по нужному ученым пути. Таким образом удерживающие целлюлозу в клеточной стенке вещества разрушаются и образуются нановолокна.
После получения целевого продукта исследователи проанализировали его с помощью нескольких методов визуализации — рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и термогравиметрии. Затем исследователи решили выяснить, какой материал лучше всего способен удерживать эти волокна и сохранять их эффективность. Оказалось, что наилучшие характеристики нановолокон наблюдаются при погружении их в поливиниловый спирт. При этом диаметр волокон достигает 25 нанометров — почти в 3500 раз меньше человеческого волоса.
Полученные в результате исследование данные позволяют авторам сделать вывод о высоком потенциале кофейной гущи в качестве замены древесины при производстве целлюлозных нановолокон. Разработанный учеными процесс переработки этого использованного сырья открывает широкие перспективы для монетизации кофейной промышленности, которая уже давно ищет способы использования гущи в коммерческих целях.
