咖啡是全球消费最广泛的饮料之一（FAO，2025年）。2023/2024年度全球咖啡产量估计为1.78亿袋（每袋60公斤），其中南美洲占总量的50%以上（Consórcio Pesquisa Café，2025年）。巴西是全球咖啡生产的领导者，约占全球产量的30%，尤其在阿拉比卡咖啡的生产方面表现突出（CONAB，2026年）。巴西阿拉比卡咖啡的生产优势源于地理、气候和技术因素，这些因素有利于该品种的种植（Guerra等人，无日期）。
尽管当前的咖啡生产拥有先进的基础设施和栽培技术，提高了阿拉比卡咖啡的质量和产量，但咖啡产业链在整个加工过程中仍会产生大量废弃物（Chavarro-Anzola等人，2026年；Gil-Gómez等人，2024年；Karki等人，2026年；Pongsiriyakul等人，2024年；Tsigkou等人，2025年）。在这些废弃物中，有缺陷的咖啡豆（如黑豆、绿豆和酸豆）约占全球咖啡产量的20%（Franca等人，2005年；Ramalakshmi等人，2007年）。这不仅意味着原材料的巨大损失，也对生产国构成了经济挑战，此外，生物质废弃物的处理已成为一个具有重大环境后果的问题（Panja等人，2023年）。
虽然有缺陷的咖啡豆会降低饮料的质量，但它们仍含有可用于多种应用的生物活性化合物和营养成分（A.F. Franca和Oliveira，2008年；Hu等人，2024年；Ramalakshmi等人，2007年）。碳水化合物是完整咖啡豆和有缺陷咖啡豆的主要成分，约占其组成的60%（Lin等人，2025年；Portillo和Arévalo，2022年；Redgwell和Fischer，2006年）。咖啡豆中的多糖包括半乳甘露聚糖、阿拉伯半乳聚糖和纤维素（Fischer等人，2001年），由于其半结晶结构，这些多糖难以作为工业原料使用，因为难以分离出其中的单糖。
多糖的分解和非晶化可以通过物理、化学和/或酶法实现，或者结合这些方法（Gericke等人，2024年；Sharma等人，2025年；Singh等人，2023年）。与酸水解相比，酶水解是一种简单且环保的方法，操作条件更为温和，并且可以在不使用化学试剂的情况下回收产物，便于后续的生物技术处理（Singh等人，2024年）。由于有缺陷的咖啡豆富含甘露聚糖（Ribeiro等人，2025a，Ribeiro等人，2025b），可以利用甘露聚糖酶等酶对生物质进行酶处理，将复杂的聚合物转化为简单的糖类，进而用于生产生物燃料或其他高附加值产品。然而，由于多糖的半结晶性质，在酶水解之前需要进行预处理以破坏其结晶结构（Vinuthana等人，2025年）。一种潜在的工业预处理方法是挤压技术，该技术通过对材料施加机械剪切力和热量来破坏其难处理的结构（如多糖）。这一连续过程具有高度的灵活性，能够实现高效的混合和热传递，并且可以处理高固体负荷（Duque等人，2020年；Duque等人，2017年；Fasheun等人，2022年；Moro等人，2017年；Ribeiro等人，2024a，Ribeiro等人，2024b）。挤压预处理后进行酶水解的方法可以将生物质废弃物转化为能源、燃料、化学品、药品及相关生物制品等高附加值产品（Konyannik和Dela Lavie，2025年；Talekar等人，2023年）。
为了从咖啡产业链副产品中回收糖分，已有研究关注使用酸处理（Morais等人，2025年）和水热处理（Silva等人，2022年）咖啡外壳。对于咖啡银皮，已报道的方法包括酸处理和碱处理（Ozhamamcı和Sayın，2025年）、深共晶溶剂处理（Procentese和Rehmann，2018年）以及水热处理（Chaiyaso等人，2025年）。同样，用过的咖啡渣也经过了广泛的酸处理、碱处理和水热处理，以及在酸性或碱性条件下的反应性挤压处理（Shaikh-Ibrahim等人，2025年；Silva等人，2026年）。然而，这些方法通常伴随着较高的化学消耗、可能的糖分降解以及对半纤维素成分的选择性较低。此外，专门针对咖啡豆的研究较少，且通常仅限于简单糖类（如蔗糖和果糖）的提取（Constantino等人，2020年），而没有探索与其富含甘露聚糖结构相关的甘露糖潜力。
因此，本研究旨在开发一种基于挤压预处理后酶水解的有缺陷阿拉比卡咖啡豆的加工技术，以分解其难处理的多糖基质并生产富含甘露糖的糖浆。据我们所知，这是首次报道利用挤压处理有缺陷咖啡豆以利用其碳水化合物成分的方法。除了科学创新性外，这种方法完全符合循环生物经济的原则，促进了低价值农业工业废弃物的价值转化，并具有重要的工业应用潜力，因为所得的甘露糖糖浆可以作为生产高附加值生物制品的多功能平台。
