日本橫濱國立大學開發了一項可從咖啡渣中以52%的高產收率分離出纖維寬度2~3nm之全纖維素(Holocellulose)奈米纖維的技術,可望利用於訴求環境友善之植物由來食品添加物、化妝品等用途。
全球每年產生600萬噸以上屬於食品廢棄物的廢咖啡渣,雖然有效的活用方法時有耳聞,但僅有少數例子達到實用化。咖啡渣的細胞壁主要成分中約40%為半纖維素,以及30%木質素、10%的纖維素。此次研究中,橫濱國立大學則將焦點放在與纖維素同樣歸類為多醣類,但具有不同結構的半纖維素。研究團隊將咖啡渣處理成僅由半纖維素與纖維素組成的全纖維素,並在高壓下利用物理衝擊在水中予以微細化,成功以52%高產率分離出全纖維素奈米纖維(HCNF)。
使用原子力顯微鏡(AMF)進行觀察後,可知HCNF被分離成平均寬度為2~3nm、平均纖維長度為0.7~1μm的纖維。一般認為,由於氫鍵強固且不均一,透過機械奈米化處理取得的CNF只能製成寬度數十奈米的細纖維。而咖啡渣所含的半纖維素具有在水中容易澎潤的性質,因此可以將其微細化至2~3 nm。
此外,利用X射線繞射法與固體核磁共振光譜法進行結構解析的結果可知,HCNF含有結晶化狀態的甘露聚糖(Mannan),且源自咖啡渣的HCNF具有前所未知的特徵。另將HCNF冷凍、乾燥後,HCNF呈現出類似於發泡苯乙烯般的形狀。且再次添加水並搖晃後,確認可再度分散至30~50nm的寬度。冷凍乾燥後的HCNF具有易於處理、可長期保存、運送過程中體積可大幅減少等優點。
今後橫濱國立大學將活用HCNF的特性,推動具高附加價值、升級再造之食品乳化穩定劑等領域的應用研究,期藉此促進有效活用地區資源之循環經濟的建構。