咖啡渣不渣？化學故事(一)：前傳
我們一年喝掉的咖啡，留下的渣可以堆成一座小山，足以塞滿20-30棟臺北101。這些咖啡渣就只是垃圾嗎？如果把它丟進掩埋場，會偷偷釋放甲烷，讓地球暖化更加劇；但若分析「咖啡渣裡面有什麼？」答案是：纖維、油脂、蛋白質、多酚等，其實就像一個豐富的化學零食包。那麼能不能把這些分子再利用一次呢？當然可以！或許你在早晨喝的卡布奇諾，下午就有可能變成穿在你身上的T-shirt。這是不是很像化學變魔術？沒錯！咖啡渣就是那種「看起來很渣，事實上卻一點也不渣」的化學玩咖。
撰文｜A. H.
全球每年產生的咖啡廢棄物 (coffee waste) 估計高達6,000萬噸，其中約600～800萬噸為咖啡渣 (spent coffee grounds, SCGs) 。在臺灣，我們一年喝掉的咖啡，會留下約11.1萬噸的咖啡渣。聽起來，這似乎只是另一個垃圾問題的故事？其實不然。
過去，這些「渣」有九成最終會進入焚化爐或掩埋場；如今，國內環保單位與企業開始攜手推動系統性的回收與再利用，讓咖啡渣一點也不「渣」。它們搖身一變，成為化學玩具箱中的永續總動員，SCGs分子不再退休，而是重新排列組合，化身為有機肥料、低碳木炭、活性碳濾材、保養品原料，甚至紡織布料。
結果呢？你喝完的那杯咖啡，最後可能穿在你身上，變成T-shirt、漁夫帽、襪子、托特包，甚至電腦包。這正是化學最迷人的變魔術：把「渣」變成「不渣」，讓SCGs分子在化學玩具箱中持續參與永續循環。
加工副產品，與咖啡杯後的渣
提到咖啡渣，多數人的第一個畫面，是沖泡完咖啡後濾紙裡留下的深褐色殘渣。然而，細看之下，你會發現「咖啡廢棄物」(coffee waste) 與「咖啡渣」其實是不同定義的物質。所謂咖啡廢棄物指的是整段咖啡生命週期中所產生的副產品，從種植、加工、烘焙到沖泡，包含果肉、果殼、果膠、羊皮紙、銀皮與廢水。這些多半在咖啡還沒抵達消費者手中前，就已經產生。
而咖啡渣 (SCGs) 則完全不同，它是你我在沖泡咖啡後留下的固體殘渣，存在於每一個喝咖啡的場域：家中、咖啡館、辦公室與工廠。由於沖泡僅萃取了咖啡豆中的一小部分，咖啡渣中仍保留大量纖維、油脂、礦物質、咖啡因與多酚等。
兩者的差異在於：加工廢棄物集中於產地，而咖啡渣則高度分散於各城市。同樣是廢棄物，一種集中、一種分散，管理方式截然不同，化學組成與再利用潛力也大不相同。如圖二與表一所示，咖啡豆在烘焙後，碳水化合物、脂質和蛋白質的比例和生豆差不多；但當我們沖煮咖啡時，只有部分成分溶進咖啡液裡，剩下的就是含水量很高的固體廢料——咖啡渣。
這些咖啡副產品和SCGs的價值，取決於它們的化學成分和能否被有效收集再利用。研究顯示，SCGs裡仍保留蛋白質、糖分和多酚等有用物質。不過，烘焙過程會因為發生了「梅納反應」（當食物受熱時，糖和蛋白質會結合，產生香氣和金棕色外觀，就像烤吐司或餅乾出爐一樣），讓綠原酸和咖啡因含量大幅下降。這個反應同時也把綠原酸轉化成其他分子，而這些新分子反而具有很強的抗氧化能力。
SCGs的歷史轉身
Tsigkou等人 (2025) 描述咖啡的故事始於九世紀的衣索比亞高地，十五世紀在阿拉伯世界成為共享飲品，隨後傳入土耳其與歐洲；十七世紀咖啡進入美洲，並在巴西與哥倫比亞迅速成為重要的經濟作物。歷史資料顯示，十八與十九世紀，人們其實早已知道咖啡副產品可以被利用，甚至作為食物。然而，在接下來的一百多年裡，隨著國際貿易將「咖啡豆」視為唯一核心商品，其他副產品逐漸被忽視。
1938年曾出現一篇相當前瞻的報告，探討咖啡副產品在多個領域的應用；之後直到1970-1980年代，相關研究仍僅零星出現，多半集中於咖啡漿作為動物飼料。真正針對咖啡渣進行系統性研究，則是近二、三十年的事。
在接下來的「咖啡渣不渣」化學故事系列中，我們將以SCGs為主角；若涉及其他咖啡廢棄物，則僅作背景式說明。從文獻發展來看，咖啡渣研究大致可分為三個階段：
一、二十世紀後期以前：丟棄，而非回收
在早期，咖啡廢棄物幾乎完全只被討論「如何丟掉」的問題。農場中的果肉與果殼常被傾倒至土地或水道，因其有機物與咖啡因的高含量，有時會造成局部汙染；而消費端的咖啡渣則多半被直接丟棄，頂多用作非正式堆肥。
其實早在1850年代，人們就已「玩過」咖啡渣分子：農夫把咖啡渣撒在果園裡驅蟲；園丁將其加入堆肥，發現能使植物生長更快（因為SCGs含有植物喜愛的氮、磷與鉀）。然而，這些做法仍停留在經驗層次。高含水量使咖啡渣不易儲存，且化學組成又複雜難解，導致其最終仍多被焚燒或掩埋，造成溫室氣體排放與生物質浪費。
二、二十世紀末至二十一世紀初：化學揭示隱藏價值
隨著全球咖啡消費激增，咖啡渣的數量也同步暴增。研究者開始注意到：當咖啡渣在掩埋場中發生厭氧分解，會釋放出甲烷，這是一種比二氧化碳暖化潛勢還要高的氣體。
同時，化學分析揭示了一個關鍵事實：咖啡渣距離被「耗盡」甚遠，其中仍富含碳水化合物、脂質、蛋白質、膳食纖維與多種生物活性化合物。這一發現，正式將SCGs從「廢物」推向「二次原料」。2010年代起，綜述型論文系統性整理其化學組成與潛在應用，標誌著咖啡渣研究正式成為一個學術領域。
三、二十一世紀：從廢棄物管理到循環生物經濟
隨著永續與循環經濟概念的興起，咖啡渣成為典型的城市生物質廢棄物。與農業廢棄物不同，它在都市中大量且穩定產生，尤其來自咖啡館、餐飲業與即溶咖啡工廠。
2010年代後期，隨著研究快速擴展，SCGs的玩具箱越來越多樣，發展多元應用就像是自成體系的小小化學工廠，包括：生物燃料與生物煉製（油脂與可發酵糖）、建築材料（混凝土與複合材料）、食品、化妝品與醫藥原料（抗氧化、抗菌），以及天然染料與紡織應用等。2020年後，研究數量進入高峰期，並逐漸朝向先進材料與跨領域整合發展。
而之前我們介紹過的《地下流體的騷動(二)：超臨界流體 (SCF) 的故事》中，曾經提到相關技術被廣泛應用在咖啡因的去除與提取。在Vandeponseele等人 (2020) 的回顧研究中，歸納綜合了超臨界流體大家族下的亞臨界水和超臨界二氧化碳在咖啡及咖啡副產品提取中的應⽤前景，並指出其優勢，包括提取的咖啡及咖啡副產品在數量和質量上與傳統方法相當或更優；超臨界二氧化碳可客製化特性，能夠選擇性萃取高價值分子；超臨界水可同時作為溶劑、試劑和催化劑，發揮三重作⽤；以及這兩種方法可涵蓋廣泛的最終產品。
SCGs的主要化學成分與永續產品藍圖
1990年代初提出的綠色化學 (Green Chemistry) 架構，旨在從化學分子層面實現永續發展，設計對環境更友善的化學產品與製程，並減少對人體健康與生態系統的負面影響。因此，選擇咖啡及其副產品作為可再生原料來取代石化來源，或如Dari等人 (2025) 所探討的SCGs永續轉化為綠色生物複合材料，皆符合綠色化學原則所倡導的循環生物經濟效益。
綜合Saxena等人 (2025)、Dari等人 (2025) 與Campos-Vega等人 (2015) 的研究，SCGs的主要化學成分可概括為：半纖維素（約36.7%）、纖維素與木質素（約33.6%）、脂質（10-20%），另含多酚、雙萜類、總糖、灰分與蛋白質。在本系列中，我們將以讀者熟悉的「生物感興趣的化學實體」(Chemical Entities of Biological Interest, ChEBI) 作為理解架構，如圖四所示，逐一介紹這些分子如何被「玩」成永續產品（圖五）。
綠色化學的核心目標，就是在分子層面找到更永續的做法，讓化學過程不再只是「製造」，而是能真正走向永續。而咖啡渣裡面有很多半纖維素和各種糖類，這些糖就像小積木，可以被重新組合，變成燃料、食品配料、化學品，甚至生物材料。換句話說，咖啡渣不只是「垃圾渣」，它其實是一個小型化學工廠，能把看似沒用的東西轉化成有價值的產品。這就是「渣而不渣」的妙處。下次我們將從一杯咖啡的剩餘物，開啟SCGs綠色化學的第一篇章：固體殘留物。
註釋
註一：圖五參考Saxena等人(2025) 圖1, Dari等人(2025),Campos-Vega等人(2015)製圖
參考文獻
- Melikoglu, M. (2025). Coffee waste valorization: A comprehensive review of recent advancements and future directions for a circular bioeconomy. Food Chemistry, 147004.
- IEK產業情報網：〈統一超創造咖啡渣新價值〉(2025/12/17)；〈全家咖啡渣變再製原料，攜手鴻海等組聯盟創收益〉(2025/12/15)。
- Tsigkou, K., Demissie, B. A., Hashim, S., Ghofrani-Isfahani, P., Thomas, R., Mapinga, K. F., ... & Angelidaki, I. (2025). Coffee processing waste: Unlocking opportunities for sustainable development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 210, 115263.
- 林孟學，《激發食物美味的魔法：梅納反應》，CASE報科學。
- Vandeponseele, A., Draye, M., Piot, C., & Chatel, G. (2020). Subcritical water and supercritical carbon dioxide: Efficient and selective eco-compatible solvents for coffee and coffee by-products valorization. Green Chemistry, 22(24), 8544-8571.
- Lachenmeier, D. W., Schwarz, S., Rieke-Zapp, J., Cantergiani, E., Rawel, H., Martín-Cabrejas, M. A., ... & Angeloni, S. (2021). Coffee by-products as sustainable novel foods: Report of the 2nd international electronic conference on foods—“Future foods and food technologies for a sustainable world”.
- Shanegenziuk. The History of Used Coffee Grounds for Gardening. Ground to Ground. May 29, 2011.
- Choe, U. (2025). Valorization of spent coffee grounds and their applications in food science. Current Research in Food Science, 101010.
- Saxena, R., Laddha, H., & Bhoi, R. G. (2025). Sustainable management of spent coffee grounds: applications, decompositions techniques and structural analysis. Journal of Material Cycles and Waste Management, 27(1), 19-33.
- Dari, D. N., da Silva, L. F., Júnior, A. M. B. L., Freitas, I. S., da Silva Aires, F. I., & dos Santos, J. C. S. (2025). Spent coffee grounds: Insights and future prospects for bioenergy and circular economy applications. Green Technologies and Sustainability, 100213.
- Anastas, P., & Eghbali, N. (2010). Green chemistry: principles and practice. Chemical society reviews, 39(1), 301-312.
- 關於ChEBI簡介請參看《多變多巴胺——第一部：ChEBI:18243》。半纖維素 (hemicellulose)：CHEBI:61266；木質素 (lignin)：CHEBI:6457；多酚 (polyphenol)：CHEBI:26195；雙萜類 (diterpenes)：CHEBI:35190；脂質 (lipid)：CHEBI:18059。
✨延伸閱讀：《地下流體的騷動(二)：超臨界流體 (SCF) 的故事》、《激發食物美味的魔法：梅納反應》、《多變多巴胺——第一部：ChEBI:18243》