Использование кофейной гущи пищевых сортов как источник инновационных продуктов в сфере утилизации органических отходов

Размещено на http://www.allbest.ru

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО», Санкт-Петербург, Россия

Использование кофейной гущи пищевых сортов как источник инновационных продуктов в сфере утилизации органических отходов

Кутузов Антон Александрович

Инженер

Ткаченко Екатерина Сергеевна

Инженер

Kutuzov Anton Alexandrovich

ITMO University, Saint Petersburg, Russia

Tkachenko Ekaterina Sergeevna

ITMO University, Saint Petersburg, Russia

Using of food grades coffee grounds as a source of innovative products in the field of organic waste disposal

Abstract

In the course of the presented article, information is given on approaches to the commercialization of coffee grounds of the most popular food varieties -- robusta and arabica, an analysis of scientific research on the processing of coffee grounds by both domestic and foreign authors is carried out. In the course of the work, the relevance of the commercialization of coffee grounds was substantiated, and the universal properties of this type of food waste were demonstrated, allowing the use of coffee grounds in the cosmetic, agricultural and energy industries. First of all, this article is aimed at revealing the importantly aspects and factors of activity within the commercialization of coffee grounds, which has already proven its economic and environmental effectiveness abroad, since the described type of processing of food waste not only allows you to extract additional profit, but also to minimize damage to the nature. This article presents information about successful foreign startups in the field of commercialization of coffee grounds, which allows us to rely on high-quality practical experience and achievements of researchers in this field. Analysis of the properties of coffee grounds allowed us to conclude about the effectiveness of using coffee grounds as an organic fertilizer that can become an extremely affordable alternative to conventional industrial fertilizers, a pest control agent and an alternative energy source. The prospects for the commercialization of coffee grounds look optimistic as an innovative direction in the field of utilization and processing of organic food waste. This is justified by the fact that this industry is of interest, including at the state level, since promising areas for the commercialization of food waste solve a number of environmental and economic problems throughout the country.

Keywords: fertilizer; coffee; coffee grounds; agriculture; zero waste; ecology; waste recycling

Аннотация

В рамках представленного исследования дана информация о подходах к коммерциализации кофейной гущи наиболее востребованных пищевых сортов робуста и арабика, произведён анализ научных изысканий на тему переработки кофейной гущи как отечественных, так и зарубежных авторов. В ходе работы была обоснована актуальность деятельности по коммерциализации кофейной гущи, а также продемонстрированы универсальные свойства данного вида пищевых отходов, позволяющих использовать кофейную гущу в косметической, земледельческой и энергетических отраслях. В первую очередь, данное исследование направлено на раскрытие ключевых аспектов и векторов деятельности в рамках коммерциализации кофейной гущи, которая уже доказала свою экономическую и экологическую эффективность зарубежом, так как описанный вид переработки пищевых отходов не только позволяет извлекать дополнительную прибыль, но и минимизировать урон окружающей среде. В работе представлены сведения об успешных зарубежных стартапах в области коммерциализации кофейной гущи, что позволяет опираться на качественный практический опыт и наработки исследователей в данной области. Благодаря анализу свойств кофейной гущи был сделан вывод об эффективности использования кофейной гущи, как органического удобрения, способного стать крайне доступной альтернативой привычным промышленным удобрениям, средством от вредителей и альтернативным энергоносителем. Оптимистичными выглядят перспективы коммерциализации кофейной гущи, как инновационного направления в области утилизации и переработки органических пищевых отходов. Это обосновано тем, что данная отрасль вызывает интерес, в том числе на государственном уровне, так как перспективные направления коммерциализации пищевых отходов решают ряд экологических и экономических проблем в масштабах всей страны.

Ключевые слова: удобрение; кофе; кофейная гуща; сельское хозяйство; безотходное производство; экология; переработка отходов

Введение

В современном секторе общественного питания всё популярнее становится интеграция в бизнес-модель заведений различного уровня и сегмента экологичных решений. Данная тенденция обусловлена сразу рядом причин -- от преимущественно маркетинговых решений до реальной деятельности по рационализации технического процесса и, как следствие, уменьшение фактических издержек, направленных на минимизацию экологического ущерба, причиняемого окружающей среде1.

Примечательно, что потенциальное применение кофейных отходов в практических областях находится в медиапространстве достаточно давно -- в отечественных СМИ можно встретить публикации от 2004-го года, посвящённые перспективам использования кофейной гущи в сельскохозяйственной деятельности -- в качестве органического удобрения, а также в области производства косметических средств.2 На сегодняшний день именно в косметической продукции кофейная гуща нашла наиболее широкое применение, что не отменяет её перспектив и в иных областях коммерциализации.

Также изучаемая деятельность в области переработки кофейной гущи не может быть не выгодна бизнесу [1]: создание вокруг любого среднего и крупного бизнеса в сфере общественного питания образа «зелёной» позиции, выраженной в заботе об окружающей среде, благоприятно влияет на имидж бренда, что позволяет рассчитывать на открытость для сотрудничества крупных игроков российского сектора общественного питания. В случае с кофейными отходами данный тезис справедлив и с позиции экономических издержек -- сотрудничество в рамках поставок кофейной гущи для её последующей переработки не обременяет бизнес каким бы то ни было значительными экономическими издержками.

Исследовательская проблема

Проблема данной статьи может быть сформулирована следующим образом: какое направление коммерциализации кофейной гущи пищевых сортов робуста и арабика является наиболее перспективным с точки зрения широты области применения и потенциального экономического и экологического эффекта в реалиях России.

В качестве гипотезы представленного исследования выступает тезис об экономической и экологической обоснованности развития направления коммерциализации кофейной гущи в России с опорой на зарубежный практический опыт реализации проектов в области переработки пищевых кофейных отходов, а также на теоретические источники, посвящённые проблематике переработки кофейной гущи пищевых сортов.

При анализе научных изысканий в области использования переработанной кофейной гущи пищевых сортов, как правило, достаточно часто встречаются примеры успешных подходов к использованию описываемого вида органических отходов как полезного сырья или натуральной добавки. Дополняя предыдущий тезис констатацией очевидного факта переполненности крупных городов неперерабатываемой кофейной гущей, можно прийти к логичном выводу о том, что возникновение успешных проектов, направленных на коммерциализацию кофейной гущи, закономерно и более того, дополнительно обосновано и вдохновлено зарубежными стартапами, уже успешно реализовавшими на практики различные подходы к коммерциализации отходов кофейного производства [2].

Литературный обзор

Важной отечественной работой, посвящённой проблематике коммерциализации кофейной гущи, предстаёт статья Сюняевой О.И., Леоновой Ю.В., Спасской Т.А. и Тютюньковой М.В., освещающая эффективность кофейной гущи как прикорма дерновоподзолистых супесчаных почв в процессе созревания зерновых культур. Исследователи доказывают эффективность кофейной гущи как органической добавки, что открывает возможности использования переработанной кофейной гущи в различных регионах РФ, что способно решить не только экологические проблемы, но и способствовать развитию инноваций в сельскохозяйственной отрасли, являющейся приоритетной в масштабах всего государства [3].

Описывая уже принятые в академическом сообществе и в среде энтузиастов области применения кофейной гущи, стоит сказать о таких направлениях, как создание из кофейной гущи сортов робуста и арабика компонентов биодизельного топлива -- статья Зиннуровой О.В., Фаттахова Д.А. [4]. Также встречаются в научной литературе материалы, посвящённые применению выдержанной кофейной гущи как материала для биоразлагаемых композитов в производстве изделий из кофейной гущи [5].

Направления коммерциализации кофейной гущи привлекают внимание зарубежных исследователей, заявляющих о том, что отработанная кофейная гуща часто выбрасывается, и необходимо найти альтернативные методы утилизации из соображений защиты окружающей среды. Подобная статья, посвящённая разработке устойчивых материалов путем перепрофилирования отработанной кофейной гущи -- выработка решений в области экстракции масла с использованием различных органических растворителей с целью создания композитных материалов, -- принадлежит группе азиатских исследователей: Ихао Леоу, Пек Инь Мишель Ю, Пей Линь Чи, Сянь Джун Ло и Дэн Каю [6].

Методы и материалы исследования

В качестве методологии были избраны изучение и обобщение многочисленных теоретических источников в области переработки и коммерциализации кофейной гущи. Научные изыскания, послужившие теоретическим базисом статьи, представлены на протяжении всего текста, в том числе, в литературном обзоре. Также текст исследования содержит ссылки на практические коммерческие разработки в области применения кофейной гущи пищевых сортов робуста и арабика.

Привлекая сведения о деятельности европейских стартапов, мы имеем возможность утверждать об эффективности проектов в области коммерциализации переработанной кофейной гущи пищевых сортов. Отличными примерами стартапов в области переработки кофейной гущи предстают:

Португальский стартап «NAM», создатели которого предложили реализовывать подготовленную кофейную гущу в качестве минерального удобрения для выращивания грибов в промышленном формате.

Немецкий стартап «Kaffeeform», выпускающий изделия, созданные из кофейной гущи; в рамках данного проекта была раскрыта возможность использования кофейной гущи в качестве составной части биоразлагаемых композитов, служащих материалом для изготовления различных предметов декора и быта.

Британский стартап «Bio-bean», создатели которого запустили целую линейку продуктов на основе кофейной гущи: так, в рамках проекта была реализована идея по созданию органической альтернативы углю -- прессованных блоков из кофейной гущи, по энергетическим показателям ничем не уступающих привычному энергоносителю; также в рамках стартапа была разработана технология производства биодизельного топлива с использованием кофейной гущи. Прессованные бруски из кофейной гущи можно приобрести в сети, а также на магазинных полках, а биодизельное топливо и вовсе уже используется в лондонском общественном транспорте3. Также стоит упомянуть о ряде научных исследований отечественных учёных, чьи изыскания в полной мере раскрывают перспективы использования кофейной гущи в качестве сырья для изготовления альтернативных энергетических ресурсов [2; 7].

Описанные выше европейские стартапы доказывают тезис о потенциальной эффективности и продуктивности, в том числе, коммерческой, решений в области переработки такого вида пищевых органических отходов, как кофейная гуща.

Отечественный рынок в области инновационных продуктов находится на своей заре, поэтому бизнес с опаской смотрит на альтернативные и смелые механизмы развития продуктов или интеграции принципиального новой технологии или сырья.

Примечателен тот факт, что, например, для создания биодизельного топлива с привлечением кофейной гущи наиболее подходящими сортами кофейных пищевых отходов являются именно робуста и арабика -- сорта, наиболее часто используемые в повседневном употреблении по всему миру, в том числе и в России. Стоит добавить, что по химическому составу кофейная гуща из робусты и арабики отлично подходят для использования в сфере сельского хозяйства -- в качестве органической добавки для растений и средства для отпугивания паразитов [8].

Также доказывает ангажированность изучаемой области и тот факт, что на отечественном рынке промышленного оборудования можно встретить специализированные устройства для переработки кофейной гущи для её последующей коммерциализации. Например, в качестве подобного устройства интересным видится шнековый сепаратор SEPRA, доступный для приобретения онлайн и имеющий подробные спецификации.4

Основываясь на наиболее известной области применения кофейной гущи пищевых сортов, нами было принято решение сконцентрироваться на использовании кофейных отходов в качестве сельскохозяйственной добавки -- удобрения для почвы, получившего народное признание. В сети крайне легко найти информацию и рекомендации садоводов по применению кофейной гущи, также в начале исследования были упомянуты работы отечественных исследователей, на более высоком уровне обосновывающих эффективность переработанной кофейной гущи как органического минерального удобрения.

Необходимо сказать и о том, что использовать кофейную гущу в качестве органического минерального удобрения или средства от насекомых можно в различных агрегатных состояниях: изделия сельскохозяйственного назначения могут быть в жидком или твёрдом состоянии, а сам процесс высушивания кофейной гущи и вовсе предельно незамысловат, что свидетельствует о достаточно лёгком производственном процессе тех или иных инновационных продуктов из кофейной гущи пищевых сортов. Аналогичные тезисы применимы и к направлению исследований, посвящённых коммерциализации кофейной гущи посредством использования её в качестве композита или сорбирующего материала [9]. То есть, актуальными предстают подходы, сфокусированные на реализации физических свойств кофейной гущи [10].

Ежегодно выбрасывается около 20 миллионов тонн непереработанной кофейной гущи -- такая цифра была получена при оценке экологических издержек от кофейной индустрии в Германии, которая в одиночку производит упомянутую цифру5, Россия, обладая большим населением, а также испытывая кофейный бум в крупных городах, точно сможет предоставить сопоставимые и, вероятно, большие объёмы изучаемого вида пищевых отходов, что подтверждает тезис о доступности сырья, а также подчёркивает значимость описываемой активности в области разработки инновационных решений в области переработки кофейной гущи.

Результаты исследования

Причины популярности использования кофейной гущи в качестве органической добавки для растений и, как следствие, наш интерес к ней в контексте демонстрации свойств кофейной гущи как фактора, доказывающего её эффективность в рамках коммерциализации, становятся очевидными после изучения химического состава кофейной гущи пищевых сортов: кофейная гуща имеет в своём составе достаточно большое количество азота (~2-2,8 % от массы), насыщена фосфором (~0,06 % от массы) и калием (~0,6 % от массы).6

Важно и то, что кофейная гуща -- массовый вид пищевых отходов в черте любого мегаполиса или среднего города. Кофейная гуща, в подавляющем большинстве случаев, -- неперерабатываемый ресурс, что ещё раз доказывает необходимость решения проблемы утилизации изучаемого вида отходов, а также извлечения из переработки кофейной гущи дополнительной коммерческой выгоды посредством привлечения тех или иных инновационных подходов.

Химический состав кофейной гущи пищевых сортов демонстрирует её схожесть с привычными минеральными азотными удобрениями, не только обогащающими почву, в том числе, такими элементами, как марганец, железо, витамины В2, В6, РР, но и спасая растения от достаточно распространённых заболеваний корневой системы. Таким образом, использование кофейной гущи ведёт к гармоничному и здоровому развитию всех элементов растений. кофейная гуща экологический

Однако стоит обратить внимание на то, что в обязательном порядке перед применением необходимо промыть и высушить кофейную гущу. Спитая кофейная гуща обладает нейтральной реакцией -- около pH 6,5-6,8 (при идеальном кислотно-щелочном балансе pH76, который можно встретить как раз в самых популярных кофейных смесях робусты и арабики в их отработанном и высушенном состоянии). Такой способ поможет не допустить закисление почвы.

Таким образом, благодаря богатому составу кофейная гуща способна оказывать благотворное влияние на растения и почву. Однако есть несколько важных аспектов: высокая кислотность, особенности обработки кофейной гущи перед использованием, несочетаемость с некоторыми культурами. Важно учитывать, что научных исследований с практическим подтверждением пока нет, но есть предпосылки для изучения этой темы и, как следствие, открытое поле для исследований. Также не стоит исключать развития иных направлений коммерциализации кофейной гущи -- создания биодизельного топлива и композитных материалов из кофейной гущи.

Выводы

В рамках представленного исследования, посвящённого перспективам использования кофейной гущи как удобрения, были проанализированы основные качественные характеристики кофейной гущи как органической добавки для растений, богатой калием, фосфором и азотом. Также в ходе исследования с опорой на химические свойства кофейной гущи пищевых сортов робуста и арабика была продемонстрирована эффективность кофейной гущи как органического удобрения.

Говоря о перспективах использования кофейной гущи, был упомянут зарубежный опыт коммерциализации пищевых кофейных отходов, которые не только способны служить тем или иным промышленным или сельскохозяйственным целям, но и минимизировать выброс пищевых кофейных отходов. В конце работы был выдвинут и обоснован вывод, согласно которому коммерциализация кофейной гущи, являющейся крайне доступным сырьём, в том числе, для ведения сельскохозяйственной деятельности, предстаёт перспективным экологическим и экономическим направлением.

В дальнейшем приоритетным вектором исследований в области использования кофейной гущи предстаёт масштабирование опытов с сельскохозяйственными культурами в лабораторных условиях, так как исследование требует привлечения дополнительного инструментария и экспертов в области биологии, химии и аграрного сектора. В случае успешности проектируемых исследований рассматривается сценарий, при котором кофейная гуща становится сырьём для изготовления удобрений на системной основе. С точки зрения маркетинга, минимальных издержек и тренда на экологические инициативы, сотрудничество по поставке кофейных отходов для дальнейшего изготовления органических удобрений может быть интересно широкому кругу заведений общественного питания, обладающего необходимыми объёмами пищевых кофейных отходов, подходящих для представленной модели коммерциализации и переработки отходов.

В контексте деятельности по минимизации и переработке пищевых отходов появляется всё больше дополнительных и по сей день не применяемых решений. Помимо, в первую очередь приходящих на ум и набравших ход инициатив в области zero waste и фудшеринга и привычной переработки пищевых отходов (например, компостирование), мы можем с полной уверенностью заявить о появлении ещё одного крайне перспективного направления в области переработки и утилизации такого вида пищевых отходов как кофейная гуща. Выше были продемонстрированы свойства кофейной гущи, а также показан опыт коммерчески успешных

зарубежных стартапов в данной области, что вселяет оптимизм в контексте отечественных инновационных решений в области переработки кофейной гущи. Также стоит отметить и тот факт, что описанная деятельность крайне лаконично вписывается в государственную политику, выраженную в стремлении простимулировать бурный рост отечественного инновационного сектора, в том числе, и в области сельского хозяйства и экологии.

Литература

Божук, С.Г. Влияние экологических и социальных инициатив компаний на формирование потребительской лояльности / С.Г. Божук, Н.А. Плетнева. // Практический маркетинг. -- 2017. -- URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyani e-ekologicheskih-i-sotsialnyh-initsiativ-kompaniy-na-formirovanie-potrebitelskoy-

loyalnosti (дата обращения: 10.05.2023).

Демидов, Н.А. Исследование возможности использования отработанной кофейной гущи в качестве альтернативного топлива / Н.А. Демидов. // Бутаковские чтения: сборник статей II Всероссийской с международным участием молодёжной конференции. Томск, 13-15 декабря 2022 года / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. -- С. 389-392 -- URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=54021344 (дата обращения: .Сюняева, О.И. Влияние отходов кофейного производства на агрохимические и биологические свойства дерновоподзолистой супесчаной почвы и урожайность овса / О.И. Сюняева, Ю.В. Леонова, Т.А. Спасская, М.В. Тютюнькова. // Земледелие. -- 2022. -- № 5. С. 7-11 -- URL:https:// https://elibrary.ru/item.asp?id=49288232 (дата обращения: 10.05.2023).

Зиннурова, О.В. Получение биодизеля из кофейной гущи сортов арабика и

робуста / О.В. Зиннурова, Д.А. Фаттахов. // Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral». -- 2022. -- № 5. -- URL:https://cvberleninka.ru/article/n/poluchenie-biodizelva-iz-kofevnov-guschisortov-

arabika-i-robusta (дата обращения: 11.05.2023).

Подденежный, Е.Н. Получение биоразлагаемых композитов и изделий,

содержащих высушенную кофейную гущу / Е.Н. Подденежный, Н.Е. Дробышевская, А.А. Бойко, В.М. Шаповалов, Н.С. Дробышевский. // Вестник ГГТУ имени П.О. Сухого. -- 2022. -- № 3. -- URL:

https://cyberleninka.ru/article/n/polucheniebiorazlagaemyh-kompozitov-i-izdeliy-

soderzhaschih-vysushennuyukofeynuyu-guschu (дата обращения: 10.05.2023).

Leow, Y. Recycling of spent coffee grounds for useful extracts and green composites /

Y. Leow, P.Y.M. Yew, P.L. Chee, X.J. Loh and D. Kai. -- DOI:

10.1039/D0RA09379C. // RSC Advances. -- 2021. -- T 11. -- C. 2682 URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/RA/D0RA09379C (дата обращения:Вардон, Дерек Р. Полная утилизация отработанной кофейной гущи для

производства биодизеля, бионефти и биоугля / Дерек Р. Вардон, Кэти Уиткин, Брайан Р. Мозер, Чжэн Вэй, Роке Л. Евангелиста. // Современная школа России. Вопросы модернизации. -- 2022. -- № 7. -- С. 86-91. -- URL:

https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49742217 (дата обращения: 10.05.2023).

Дулова, К.А. Влияние кофейной гущи на растения в качестве удобрения / К.А. Дулова. // Научные исследования и разработки 2023: естественные и технические науки: сборник материалов XVII-ой международной очно-заочной научно-практической конференции. Москва, 08 февраля 2023 года / Научноиздательский центр "Империя". -- Москва. -- С. 45-48 -- URL:

https://elibrary.ru/item.asp?id=51330386 (дата обращения: 10.05.2023).

Еремин, И.С. Получение сорбирующего материала на основе кофейной гущи / И.С. Еремин, Д.С. Камынина, Е.С. Бекичекова. // Губкинский университет в решении вопросов нефтегазовой отрасли России: тезисы докладов VI

Региональной научно-технической конференции, посвященной 100-летию М.М. Ивановой, Москва, 19-21 сентября 2022 года / Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина. -- С. 548-549. -- URL:

https://elibrary.ru/item.asp?id=53006265 (дата обращения: 10.05.2023).

Выдрина, Т.С. Древесно-полимерные композиты с кофейным жмыхом / Т.С. Выдрина, А.Е. Шкуро, П.С. Захаров, А.Д. Кудрявцев. // Вестник технологического университета. Казанский национальный исследовательский технологический университет. -- 2020. -- Т. 23. -- № 10. -- С. 50-54. -- URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44117621 (дата обращения: 10.05.2023).

Размещено на Allbest.ru