日本東北大學研究生院工學研究科的祖山均教授、廣森浩祐助教、北川尚美教授宣佈，已證實利用水力空化（Hydrodynamic Cavitation）技術，可在從咖啡粉末中提取咖啡酸的同時，還能將咖啡豆纖維素解纖為微米級纖維狀。該技術有望應用於各類食品廢棄物，並有望為有用物質提取及生物質高附加值化作出貢獻。所開發的閥式水力空化發生裝置正在申請專利。相關研究成果已發表在國際學術期刊《Ultrasonics Sonochemistry》的4月25日刊上。
圖1. 從咖啡粉末中提取咖啡酸（供圖：東北大學）
圖2. 從咖啡粉末中獲得的纖維（供圖：東北大學）
每年生產一千萬噸以上的咖啡豆，提取後會產生大量殘渣。這些殘渣中含有可應用於抗癌藥物等領域的咖啡酸等有用物質，但目前尚未確立產業化的提取方法，因此大部分都被直接丟棄。
為此，本次研究聚焦於水力空化現象。空化現象是一種在工廠設備等的泵和閥門等部件內部發生的氣泡在潰滅時產生強烈的局部衝擊力現象，它甚至能使金屬變形。過去，其對機器的負面影響曾引發擔憂，但近年來，活用這種衝擊力的研究不斷取得進展，特別是水力空化已知具有較高的能量效率。
研究團隊探討了能否通過水力空化的化學作用從咖啡粉末中高效提取咖啡酸，同時通過其物理作用將咖啡粉末中所含的纖維質解纖成可用於工業材料等領域的微米級纖維素纖維。
祖山教授等人使用所開發出的文氏管式水力空化裝置和閥式水力空化發生裝置，對混合有咖啡粉末（未使用）的乙醇水溶液實施了生成並潰滅的微細氣泡、施加強大衝擊的處理。然後，廣森助教與北川教授進行了咖啡酸濃度測定及水溶液冷凍乾燥樣品的製備，祖山教授則使用該樣品通過掃描電子顯微鏡對纖維素纖維的結構進行了測量。
將抽出量與使用60%體積濃度的異丙醇水溶液、在95℃條件下通過常規索氏提取法提取的情況進行了比較。結果表明，通過對空化潰滅場壓力的優化，成功將空化撞擊能量提升至20倍。實驗不僅證實可提取統計學意義上顯著更多的咖啡酸，還確認能將纖維素解纖成微米級纖維。
祖山教授表示：「此前通過空化處理生物質時，需精細粉碎並過篩分等級，且只能在質量分數1%以下的濃度條件下處理。而通過改進泵和空化發生部件，如今已能在無需粉碎咖啡渣的情況下，實現質量分數20%以上的高濃度處理。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST 客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Ultrasonics Sonochemistry
論文：Simultaneous Extraction of Caffeic Acid and Production of Cellulose Microfibrils from Coffee Grounds Using Hydrodynamic Cavitation in a Venturi Tube
DOI：10.1016/j.ultsonch.2025.107370
