咖啡油的抽提及酶法制备生物柴油的研究文献综述

 2022-05-15 22:46:43

1 研究目的和意义

咖啡作为世界三大饮料，历史悠久，流行范围广，世界年产量超过一千万吨，每年消费咖啡4000亿杯并且消费量仍在不断增长。咖啡的加工过程中会产生大量的咖啡渣，根据国际咖啡组织（International Coffee Organization，ICO统计）每1吨咖啡豆可以生成650 kg的咖啡渣，每制备1 kg速溶咖啡会生成2 kg的湿的咖啡渣 。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，全球每年产生数百万吨的咖啡渣，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。作为垃圾填埋，其中大量的有机质如咖啡因、单宁酸、脂肪酸、多糖以及多酚等物质会分解产生甲烷，造成温室效应，严重污染环境。同时，咖啡渣中含有大量的矿物质和生物资源被浪费，亟待寻求对咖啡渣高值化开发的加工方式及技术经济性评价。

生物柴油及其生产技术的研究始于20世纪50年代末60年代初。20世纪80年代中后期，美国、德国、法国、意大利等国相继成立了专门的生物柴油研究机构，投入大量的人力、物力进行生物柴油的研究。从20世纪90年代开始，美国可再生能源国家实验室对生物柴油的生产、燃烧特性、行车实验、产业化情况及经济与环境因素进行了深入调查。欧洲是全球最大的生物柴油生产地，总产量约占世界的80%，且产量以年均33%的幅度增长。我国生物柴油的起步较晚但发展速度较快，一部分科研成果已达到国际先进水平，但与欧美相比，我国的生物柴油研究还处于初级阶段，在发展生物柴油方面还有一定的差距，产业化规模还较小，但是随着政府政策的支持和国内各大研究机构对生物柴油生产技术的研究，生物柴油产业必将在我国必将越走越远。

江苏佳禾食品有限公司是一家集植脂末、咖啡、固体饮料、食品配料的研发、生产、销售于一体的大型现代化食品企业。公司引进了德国先进设备，建造年产万吨级咖啡厂，在实现产能的同时也会有很多的废弃咖啡渣产生，这些废弃咖啡渣主要含有油以及纤维素、半纤维素和木质素，佳禾公司年产咖啡渣2万吨（含水量60%左右），其中含油量为29.91%，若得不到合理利用而被焚烧或填埋，这不仅造成资源白白浪费，同时也造成了严重的环境污染。将佳禾公司的咖啡渣用于生物柴油的生产，一方面可以减少环境污染，另一方面可以提高经济效益。

本研究拟对江苏佳禾公司提供的咖啡渣进行油脂抽提，作为生物柴油制备的原料，实现脂肪酶催化咖啡油转酯化以制备生物柴油，以及对生物柴油的性能进行分析。

2 国内外同类研究概况

2.1咖啡渣资源

咖啡樱桃的结构包括外果皮、果肉、果胶、银皮、咖啡豆组成，具体见图1。1 t咖啡浆果中大约有430kg果肉和60 kg咖啡种壳。咖啡在初加工过程中产生的废弃物有果皮、果胶、豆壳和废水等，在后加工过程咖啡果肉是主要的咖啡加工副产物。在咖啡产业废弃物中，咖啡种壳含水分5%~10%，其蛋白质含量很低, 与麦秆或老的热带干草相似，主要成分中性纤维含量高达干物质的88%，其中纤维素占50%, 半纤维素占25%，木质素占20%。咖啡豆产生废弃咖啡渣是咖啡工业的最终副产品，主要是在可溶速溶咖啡的生产过程中产生的。在此过程中，烘焙的磨碎的咖啡豆经过加热或蒸汽处理，产生咖啡萃取物供消费，萃取后的残渣通常称为废弃咖啡渣（SCG）。SCG约占咖啡豆干物质的67%。干咖啡渣的水分含量为5%~10%，平均蛋白质含量为干物质的10%，但纤维、脂肪含量及总的能量均较高，灰分含量很低。

图1 咖啡企业生产废弃物[1]

据估计，全球每年生产约600万吨SCG[2]，其中一吨绿色咖啡生产650公斤SCG[3]。自1983年起，每年咖啡工业循环利用生产的规模在逐年扩大，尤其是近8年，SCG咖啡渣的循环利用更是呈现出飞速增长的态势（图2），咖啡渣作为易于收集，容积密度高，C资源丰富的生物质资源，具有良好的产业利用前景。

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