Vedúci kontinent predstavuje Európa s celkovým množstvom 3,5 milióna ton, nasledovaná Áziou a Oceániou s 2,1 a Severnou Amerikou s 1,9 milióna ton. Európska únia je lídrom v spotrebe kávy v Európe s celkovým množstvom približne tri milióny ton, čo predstavuje 27 % z celkovej spotreby. Celkovo, čo sa týka krajín, najväčšiu spotrebu kávy na svete má Fínsko s 10 kg na obyvateľa, po ktorom nasleduje Holandsko s 9,5 kg na obyvateľa.
Keďže celková svetová spotreba kávy každoročne rastie, dôležitým problémom sa stáva veľké množstvo výsledného organického odpadu z prípravy nápoja – kávová usadenina, pevný zvyšok, ktorý zostane po pomletí a vylúhovaní pražených kávovníkových zŕn v kaviarňach aj v priemysle pri získavaní instantnej kávy. Z 1 kg pomletých kávovníkových zŕn po príprave nápoja vznikne 2 kg vlhkej kávovej usadeniny. Celosvetovo sa každý rok vyprodukuje viac ako šesť miliónov ton kávovej usadeniny (množstvo prepočítané na suchú hmotu).
Spotrebovaná kávová usadenina obsahuje dôležité množstvo organických zlúčenín (fenoly, tuky, bielkoviny, lignín, celulóza, hemicelulóza a iné polysacharidy), ktoré určujú jej význam ako zdroja cenných látok. Polysacharidová frakcia pokrýva 50 % celkovej hmotnosti usadeniny, z čoho približne 50 % tvoria galaktomanany, 25 % arabinogalaktány a 25 % celulózy; vo významnom množstve je prítomný lignín. Vláknina predstavuje 43 % celkovej hmotnosti (42 % nerozpustná, 1 % rozpustná vláknina), ktoré sú schválené na použitie ako surovina na vývoj funkčných potravín. Kávová usadenina okrem toho obsahuje rezistentný škrob a oligosacharidy. Z ďalších látok sú prítomné kofeín, flavonoidy, diterpény, steroly a fenolické kyseliny – hlavne chlorogénová.
Výskumníci odhadli celkové množstvo vyprodukovanej usadeniny za rok a jej vplyv na životné prostredie pomocou CO2 emisii zo skládok. Ak vezmeme do úvahy celkový počet vypitých šálok kávy denne – 1,4 miliardy, pričom na každú šálku pripadá 30 g (15 g mletých kávových zŕn a 15 g vody), teda celkové množstvo usadeniny uloženej na skládku možno odhadnúť na 15,33 milióna ton ročne. Jedna tona usadeniny vyprodukuje 682 kg CO2; ročne sa skládkovaním vyprodukuje 28,64 milióna ton CO2, čo je ekvivalentné množstvo vyprodukované z 10,6 mil. litrov spálenej nafty.
Kvôli obsahu kofeínu, mastných kyselín a minerálnych látok môže byť kávová usadenina toxická pre vodné organizmy pri dlhodobej expozícii. Jej vysoká vlhkosť, ktorá môže presiahnuť 65 % hmotnosti, kyslé pH a uvedené toxické zložky sú zodpovedné za vysoké poškodenie životného prostredia. Na zníženie negatívneho vplyvu celosvetovo prebiehajú výskumné štúdie, ktoré hľadajú možnosti využitia usadeniny v rôznych odvetviach priemyslu.
Vďaka vysokému organickému obsahu je usadenina veľmi atraktívna na použitie ako biomasa.
Predstavuje alternatívny zdroj výroby energie a biopalív, a to palivové pelety, biouhlie, bioolej, bioplyn, bionaftu a bioetanol. Usadeninu možno priamo spaľovať, nakoľko merania výhrevnosti ukázali, že zvyšky majú vysoký energetický obsah, preukazujúci vyššiu výhrevnosť ako drevná biomasa. Kombináciou 20 % usadeniny a 80 % borovicových pilín a spaľovaním boli výnosy spaľovania porovnateľné s bežnými drevenými polenami, zatiaľ čo peletizácia usadeniny a borovicových pilín viedla k vyšším emisiám častíc v spalinách v porovnaní s čistými drevenými peletami. Pyrolýza usadeniny vedie k získaniu biouhlia, biooleja a bioplynu, v závislosti od techniky a parametrov reakcie (pomalá alebo rýchla pyrolýza). Biouhlie je vhodné na použitie ako tuhé palivo v priemysle pre svoju vysokú výhrevnosť, ako hnojivo na suchých poliach alebo na aktívne uhlie. Bioolej bol študovaný ako prekurzor na výrobu bionafty alebo ako chemická látka pre svoje insekticídne a baktericídne vlastnosti. Bioplyn môže byť použitý ako zdroj energie v motoroch, turbínach a kotloch Biouhlie vykazovalo výhrevnosť približne 31 MJ/kg.
Chemické zloženie usadeniny je charakteristické veľkým množstvom oleja s hodnotami 10 až 15 % a je teda vhodná surovina na výrobu bionafty. V súčasnosti existuje množstvo výskumov, ktoré demonštrujú jej potenciál v tomto zmysle. Jednou z možností procesu výroby bionafty je metóda, ktorá zahŕňa extrakciu tukov z usadeniny najprv použitím rozpúšťadiel, potom transesterifikačnou reakciou v dvoch krokoch: kyslá esterifikácia, po ktorej nasleduje zásaditá.
Niektoré štúdie však preukázali, že je ťažké podporiť ekonomicky realizovateľný proces výroby bionafty z usadeniny, pretože ziskovosť sa objaví len vtedy, keď je výrobná kapacita závodu na výrobu bionafty rádovo 10 000 ton usadeniny/rok, menšia kapacity vyžadujúce vysoké počiatočné investície na vyrobenú jednotku.
Pre svoj vysoký obsah celulózy a hemicelulózy predstavuje usadenina potenciálny zdroj pre biotechnologickú výrobu bioetanolu. Tento postup vyžaduje počiatočnú konverziu hemicelulóz a čiastočne celulózy na fermentovateľné cukry hydrolýzou. Na premenu cukrov na etanol je potrebné použiť fermentáciu s použitím kvasiniek Saccharomyces cerevisiae, avšak vďaka mastným kyselinám a obsahu triglyceridov je proces hydrolýzy polysacharidov čiastočne obmedzený.
Vzhľadom na obsah polysacharidov a minerálnych látok je usadenina skúmaná ako potenciálne organické hnojivo. Rôzne štúdie zaznamenali, že nízke množstvá usadeniny zvýšili obsah pôdnych minerálov, bioaktívnych zlúčenín a antioxidačnú aktivitu. Vzhľadom na vysoký pomer C/N, kyslosť a celkový obsah fenolov a kofeínu však priama aplikácia do pôdy môže byť škodlivá pre rastliny aj pôdne mikroorganizmy. Usadeninu možno považovať aj za prírodný herbicíd, ktorý dokáže eliminovať semená burín pri kompostovaní. Bola navrhnutá kombinácia v rôznych pomeroch kravského hnoja a usadeniny. Najkvalitnejší, najzrelší a najrýchlejší kompost bol získaný z 20 % kravského hnoja a 45 % usadeniny za 21 dní. Bolo tiež pozorované zlepšenie zadržiavania vody v pôde a prevzdušňovanie aplikáciou usadeniny v pôdach so zlou retenčnou schopnosťou. Avšak väčšie ako 10 % aplikácie sa neodporúčajú pre hlinito-piesočné pôdy.
Vzhľadom na vysoký obsah živín sa skúmala usadenina aj ako doplnok v krmivách pre zvieratá – ošípané, kurčatá, králiky a prežúvavce. Avšak kvôli vysokému obsahu lignínu (~25 %), tanínu a kofeínu je potrebná aplikácia v nízkych množstvách. Vyššia koncentrácie ako 2,5 % totiž spôsobuje zníženie stráviteľnosti bielkovín. Aplikácia v koncentrácii do 100 g/kg u prežúvavcov môže byť funkčný doplnok kŕmnej zložky na úžitkovosť a kvalitu mlieka – produkcia mlieka a zloženie sa zlepšuje bez vedľajších účinkov.
Vo výrobe výživových doplnkov sa usadenina javí podobne veľmi perspektívna. Diétna vláknina môže byť fermentovaná črevnou mikroflórou, pričom sa uvoľňujú mastné kyseliny s krátkym reťazcom s protizápalovými vlastnosťami. Môže tak chrániť nástup alebo progresiu zápalových ochorení, ako je zápal čriev, rakovina hrubého čreva a reumatoidná artritída. Vláknina s antioxidačným vlastnosťami môže byť použitá ako funkčná zložka do pečiva, hlavne sušienok. Viaceré štúdie naznačili, že antidiabetické zlúčeniny s inhibičnými účinkami na aktivitu α-glukozidázy sa môžu počas trávenia týchto obohatených sušienok uvoľňovať v tenkom čreve, čo ich robí schopnými regulovať metabolizmus cukrov. Výťažok z usadeniny teda môže pomôcť pri výrobe potravín vhodných pre diabetikov. Usadenina sa môže využiť na získanie vodných extraktov s dostatočne vysokou koncentráciou kofeínu. Aplikácia nanofiltrácie na tieto extrakty s použitím vhodnej membrány vedie k hodnotným produktom, ako sú frakcie permeátu a retentátu. Permeát je možné ďalej použiť do nealkoholických a energetických nápojov, retentát do kávových nápojov alebo ako funkčnú zložku potravín.
Vzhľadom na vysoký obsah lignocelulózy sa usadenina ukázala ako účinný adsorbent, presnejšie prekurzor aktívneho uhlia používaného na odstraňovanie zásaditých farbív z priemyselných vôd kontaminovaných farbivami. Vďaka svojej jedinečnosti mikroporézna štruktúra s vysokým povrchom cca 300–1000 m2/g a kov-chelatujúcou aktivitou preukázala účinnosť pri adsorpcii fenolov a tiež ťažkých kovov. Okrem preukázanej účinnosti v čistení odpadových vôd aktívne uhlie z usadeniny možno použiť aj na odstránenie organickej hmoty z výluhov zo skládok.*
Ing. Eva Ivanišová, PhD.
Ústav potravinárstva a Potravinový inkubátor SPU v Nitre s. r. o.
