Odpady a vedľajšie produkty potravinárskej výroby sú perspektívne suroviny

Potravinársky odpad často pozostáva z nepožívateľných častí, takzvaných vedľajších produktov. Existuje množstvo nevyužitých vedľajších produktov z potravinárskej výroby, čo spôsobuje obrovské ekonomické problémy tým, že znečisťujú životné prostredie, nakoľko viaceré z nich sa vyhadzujú. Vzhľadom na rastúcu svetovú populáciu, nedostatok surovín s reálnou hrozbou znížených zdrojov potravy, nie je prekvapujúce, že povedomie o potrebách využitia odpadov stúpa. Kakaové šupky sú len jedným z príkladov vedľajších produktov s vysokohodnotnými bioaktívnymi zložkami a zaujímavou nutričnou hodnotou, ktoré sú likvidované, hoci je možné ich efektívne využiť v rôznych odvetviach priemyslu.

Hlavnou surovinou na výrobu všetkých druhov kakaových produktov sú fermentované a sušené kakaové bôby, pričom kakaové šupky sú jedným z vedľajších produktov vznikajúcich počas spracovania kakaových bôbov na čokoládu. Celosvetovo existuje približne dvadsať druhov kakaovníkov (Theobroma cacao L.), no využívajú sa hlavne tri obľúbené druhy (Criollo, Forastero a Trinitario), ktoré tvoria 95 % celkovej svetovej produkcie kakaa.

Svetová produkcia kakaových bôbov dosiahla v rokoch 2021/2022 takmer2,1 milióna ton. Celkovo počas spracovania kakaovníkového plodu (bobule) vznikajú nasledovné odpady: zvyšok kakaovníkovej bobule, ktorý vznikne po odstránení bôbov; sliz – biela, lepkavá, mäsitá časť, ktorá obklopuje kakaové bôby vo vnútri plodu, a kakaové šupky, ktoré vznikajú pri spracovaní bôbov na čokoládu. Tieto vedľajšie produkty sa zvyčajne považujú za „odpad“ a nechajú sa rozkladať na kakaovej plantáži, kde spôsobujú environmentálne problémy, ako je tvorba zápachu alebo šírenie chorôb. Kakaové šupky sú hlavným vedľajším produktom kakaa, ktoré sa oddeľujú od kotyledónov počas procesu predpraženia alebo po procese praženia.

Na Slovensku je to podobne vedľajší produkt čokoládovní a je pomerne ľahko dostupnou surovinou. V nasledujúcom prehľade si predstavíme potenciál využitia tejto nedocenej suroviny.

Kakaové šupky, bez akýchkoľvek úprav je možné využiť ako potravinovú prísadu, bohatú na vlákninu a fenolové zlúčeniny najmú pri výrobe cukrárskych a pekárenských výrobkov, pri príprave nízkokalorických dietetických výrobkov a výrobkov bohatých na vlákninu. Najbežnejšie použitie je však stále ako krmivo pre zvieratá.

Využitie kakaových šupiek ako krmivo

Množstvo štúdií skúmalo potenciál kakao-vých šupiek nahradiť časť bežnej stravy zvieraťa a ich vplyv na zdravotný stav, nakoľko obsahujú alkaloid teobromín, ktorý môže mať negatívny účinok na niektoré živočíšne druhy. Kakaové bôby obsahujú približne 2–3 % teobromínu, ktorý prechádza z bôbu do šupky počas fermentácie. Toxicita múčky z kakaových šupiek bola testovaná na brojleroch, ktoré ju dostavali v krmive v množstvách 1, 2, 4 a 6 % . Prídavky v množstve 4 a 6 % mali významný vplyv na zníženie telesnej hmotnosti brojlerov. Ako porovnanie sa v súbežnom experimente pridávali rovnaké množstva čistého teobromínu, ktorý spôsobil drastickú stratu hmotnosti brojlerov. Čistý teobromín bol toxickejší ako ten, ktorý sa nachádzal v kakaových šupkách. Uvádza sa, že zvýšený príjem sušených kakaových šupiek (~30 %) vedie k zníženiu priemerného denného príjmu krmiva a produkcie vajec, spolu so zníženou hmotnosťou sleziny, obličiek a vaječníkov u sliepok kŕmených šupkami kvôli zvýšenému príjmu teobromínu. Kakaové šupky, ktoré prejdú 15minútovým varom vo vode, môžu byť využité v množstve 20 % do krmiva nosníc bez vplyvu na produkciu vajec a konverziu krmiva.

V inej štúdii hodnotili schopnosť kôz využiť niektoré lignocelulózové materiály, zložené z múčky z listov stromu leucéna (Leucaena leucocephala Lam.), šupiek z jamu (Dioscorea rotundata Poir) a šupiek z kakaových bôbov, ktoré spolu tvorili 92 % celkovej stravy. Táto experimentálna diéta mala pôsobivé výsledky v prírastku hmotnosti kôz; 122 a 139 g/deň. Konverzia krmiva bola 170 g prírastku hmotnosti na kg príjmu krmiva pre samice a 200 g prírastok hmotnosti na kg krmiva pre kastráty. Tiež bol skúmaný vplyv kakaových šupiek na rast rýb sumčeka afrického. Výsledky ukázali, že nahradenie až 20 % kukurice s kakaovými šupkami môže priaznivo podporovať rastovú výkonnosť vyššie uvedených rýb. Horká chuť šupiek však bola jedným z hlavných faktorov, ktoré obmedzovali ich využitie. Existujú aj ďalšie publikované články o použití kakaových šupiek v strave rýb. Kŕmenie tilapie nílskaej šupkami z kakaových bôbov viedlo k výraznému zníženie výrobných nákladov na jeden kilogram rýb, a účinnosť zadržiavania krmiva a živín preukázala, že kakaové šupky sa javia ako perspektívny čiastočný zdroj bielkovín. Kakaové šupky môžu byť tiež použité v množstve 100 g/kg v krmive pre králiky pre optimálny rastový výkon a najvyšší pomer nákladov a výnosov.

Kakaové šupky vo výžive ošípaných môžu mať pozitívny vplyv na rovnováhu črevného mikrobiómu. Skrmovanie šupiek počas troch týždňov zvýšilo zastúpenie mikrobiálnych druhov Bacteroides-Prevotella a Faecalibacterium prausnitzii, ktoré produkujú mastné kyseliny s krátkym reťazcom, najmä butyrát, ktorý priaznivo ovplyvňuje rast a diferenciáciu enterocytov a má protizápalové účinky, čím sa znižuje výskyt širokého spektra črevných zápalových ochorení. Napriek zníženiu laktobacilov, kŕmenie šupkami zlepšilo pomer medzi hlavnými mikrobiálnymi druhmi mikrobiómu čreva, čo môže znížiť riziko nadmerného výkrmu, ktorý znižuje kvalitu konečných produktov. Ako optimálna dávka sa javí 20 % šupiek ako energetickej náhrady kukurice v strave ošípaných.

Využitie kakaových šupiek v poľnohospodárstve

Kakaové šupky je možné využiť ako mulč na potlačenie buriny v ovocných sadoch, záhradách, mestských parkoch. Štúdie potvrdili, že mulč s kakaových šupiek je účinnejší v porovnaní s kôrovým mulčom. Biouhlie získané z kakaových šupiek postupne uvoľňuje do pôdy základné živiny, čím sa vylepšujú poľnohospodárske vlastnosti pôdy.

Využitie kakaových šupiek v biopalivách

Nakoľko fosílne palivá predstavujú problém pre budúce generácie, je potrebný výskum a vývoj alternatívnych zdrojov paliva. Veľmi dôležitá alternatíva je etanol z lignocelulózových biomás poľnohospodárskych zvyškov. Bola skúmaná produkciu etanolu z kakaových šupiek pomocou kyslej hydrolýzy a kvasiniek Saccharomyces cerevisiae. Výsledok ukázal, že pH malo najvyšší vplyv na výťažok etanolu zo šupiek, po ktorom nasledovala doba fermentácie a koncentrácia kvasiniek. Výsledky tiež potvrdili, že šupky sú výborným zdrojom na takúto výrobu; navyše, kakaové šupky vykazovali potenciál na výrobu bioplynu s kumulatívnymi výťažkami metánu.

Vedci tiež skúmali využitie zmesí odpadových materiálov na energetické účely v malých spaľovacích zariadeniach. Hodnotili energetické využitie tuhých biopalív (pšenica a repková slama) a ich zmesi s vhodnými prísadami (kakaové šupky, hnedé uhlie a uhoľné kaly). Výsledky termiky merania emisií ukázali, že všetky vzorky spĺňali požiadavky smernice pre oxid uhoľnatý, ale priemerné koncentrácie emisií oxidov dusíka prevyšovali emisie limity. Je to spôsobené vysokou teplotou v spaľovacej komore a zvyšujúcim sa prebytkom koeficient vzduchu.

Využitie kakaových šupiek ako adsorbent

Pre proces adsorpcie sa poľnohospodárske odpadové produkty používajú ako prírodné alebo modifikované produkty prostredníctvom aktivačného procesu. Modifikácia kakaových šupiek prídavkom aryldiazóniovej soli spôsobuje vznik lacného adsorbentu na zachytenie znečisťujúcich látok, ako sú ióny ťažkých kovov, plyny alebo priemyselné farbivá. Šupky z kakaových bôbov majú dobrý potenciál na čistenie odpadových vôd z poľnohospodárskeho priemyslu. Ošetrením pomocou šupiek z kakaových bôbov vznikli zvyšky kalu (vytvorené zo zmesi šupiek z kakaových bôbov a biomasy), ktorá obsahuje veľké množstvo živín, ako je dusík, a môže sa potenciálne opätovne použiť v poľnohospodárstve ako kompost.

Využitie kakaových šupiek farbiva

Biofilamenty na báze odpadu zo šupiek z kakaových bôbov a biologicky odbúrateľného materiály boli pripravené pomocou jednozávitovkového extrudéra, jednoduchou výrobnou technikou bez rozpúšťadiel. Jednotné štruktúrované biofilamenty z odpadu z kakaových šupiek môžu byť vyrábané veľmi reprodukovateľným spôsobom a používané pri 3D tlači rôznych predmetov s potenciálom pre domáce a biomedicínske aplikácie. Existuje aj štúdia, ktorá poukazuje, že pigment z kakaových šupiek má potenciálne využitie ako prírodné farbivo na farbenie látok a pri výrobe UV ochrannej bavlnenej tkaniny.

Využitie kakaových šupiek v potravinárstve

Kakaové šupky sú bohatým zdrojom širokého spektra biologicky aktívnych látok, predovšetkým polyfenolov a vlákniny. Kakaové šupky majú potenciálne zdravotné účinky na vysokú hladinu cholesterolu. Produkt získaný po enzymatickej úprave kakaové šupiek, bohatý na rozpustnú vlákninu a so značným množstvom antioxidačných polyfenolov, vykazoval pozoruhodné hypocholesterolemické a hypotriglyceridemické reakcie u potkanov kŕmených aterogénnou stravou. Tiež znížil peroxidáciu lipidov, čím sa znížilo niekoľko rizikových faktorov srdcovo-cievnych ochorení.

Je tiež dokázané, že šupky z kakaových bôbov majú nutričné účinky, znižuje príjem potravy a telesnú hmotnosť. Dokázaný bol totiž potenciál rozpustnej vlákniny modulovať parametre ako telesná hmotnosť, glykémia, inzulinémia, lipidy a krvný tlak v štúdii na potkanoch, ktoré dostávali krmivo s prídavkom rozpustnej vlákniny získanej z kakaových šupiek. Všetky tieto výsledky ukazujú, že vývoj nového zdroja prírodnej vlákniny z odpadového produktu z čokoládového priemyslu ako sú kakaové šupky by mohol ponúknuť cenný a lacný zdroj vlákniny a umožniť rozsiahle aplikácie v potravinárskom priemysle. Vo svete sa už vyrábajú napr. kukuričné snacky obohatené o šupky z kakaových bôbov v množstve 5, 10 a 15 % prídavku do kukuričnej krupice.

O vývoj produktov s prídavkom kakaových šupiek sa snažia aj výskumníci Slovenskej poľnohospodárskej univerzity v Nitre v spolupráci s čokoládovými firmami, pre ktoré hľadanie možností využitia kakaových šupiek je dôležité nielen z technologického ale hlavne ekonomického hľadiska. Chuť šupiek je príjemná, kakaová a momentálne sa vyvíjajú a testujú pilotné receptúry zakomponovania tohto materiálu do pečiva, sušienok, cestovín a cukroviniek.*

Ing. Eva Ivanišová, PhD.,

Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Časopis Odpady, č. 09/2023