Miha Povši č
Srednja poklicna in strokovna šola Bežigrad-Ljubljana Ptujska ulica 6
1000 Ljubljana +386 31 530 472
Lea.janezic@gmail.com
ABSTRACT
Količina uvožene in popite kave se spreminja iz leta v leto in se hitro povečuje. S tem pa nastajajo tudi odpadki v obliki kavne usedline in kavnih filtrov. Številne raziskave govorijo o esencialnih hranilih, ki jih imajo kavna zrna, le-ta pa pri pripravi kave ostanejo v kavni usedlini. Najpomembnejši je dušik, ki ga deževniki prenesejo tudi v nižje plasti prsti, za njim pa še fosfor, železo in cink. Kavna usedlina pomaga pri zaviranju razvoja plesni, odstranjevanju težkih kovin in odvrača nekatere vrtne škodljivce. Za namen raziskave vpliva kofeina na rast rastlin smo z dijaki v okviru eksperimentalnega dela pouka s pomočjo računalnika in svetovnega spleta poiskali informacije o sestavi kavne usedline, njenem vplivu na rast rastlin, nato pa posadili, vzklili in vzgojili rastline Phaseolus vulgaris. V kontrolni seriji je fižol rasel brez dodajanja kavne usedline zemlji, v eksperimentalni skupini pa smo fižolu dodajali kavno usedlino, ki smo jo raztopili v vodi. Rezultati so pokazali, da je kavna usedlina v določeni meri pozitivno vplivala na rast rastlin. Pri eksperimentalnem delu obeh skupin se je laboratorijsko delo prepletalo z uporabo računalnika in mobilnega telefona za iskanje informacij.
Klju č ne besede
kofein, kavna usedlina, vpliv na rast, Phaseolus vulgaris, eksperimentalno delo, internet
POVZETEK
The quantity of imported and drank coffee is changing from year to year and is rising rapidly. This also produces waste in the form of coffee sediment and coffee filters. Numerous studies tell about the essential nutrients of coffee beans and they leave the coffee in the coffee sediment when preparing coffee. The most important is nitrogen that earthworms transport into lower layers of soil. Then here are also phosphorus, iron and zinc that are in coffee beans.
experimental work of both groups, the lab work intertwined with the use of a computer and a mobile phone to find information..
Keywords
Caffeine, coffee sediment, effect on growth, Phaseolus vukgaris, experimental work, internet
1. UVOD
Pitje kave je za marsikoga pomemben del življenja. Po zadnjih razpoložljivih podatkih na svetovnem spletu je član slovenskega gospodinjstva v letu 2012 porabil povprečno 3,5 kilograma kave (prave ali nadomestkov). Poraba kave se letno povečuje; v letu 2000 smo je porabili povprečno 3,1 kilogram na člana slovenskega gospodinjstva. V Slovenijo je bilo v letu 2015 uvoženih 12,6 milijona ton kave v vrednosti 45,5 milijona EUR.
Vrednostno največ kave smo uvozili iz Brazilije (34,6 % vrednosti vsega uvoza kave) in Italije (28,6 % vrednosti vsega uvoza kave). Precej kave smo uvozili še iz Kolumbije (8,2 % vrednosti vsega uvoza kave) in Indije (6,9 % vrednosti vsega uvoza kave). Vrednost uvoza kave se letno povečuje; v 2015 smo je uvozili vrednostno za 20,9 % več kot leto prej. (SURS, 2016) S povečano količino zaužite kave pa se povečujejo tudi ostanki kave, ki jih zavržemo. Z dijaki smo v okviru eksperimentalnega dela pouka iskali načine ponovne uporabe kave ali recikliranje njenih ostankov, saj je dandanes v ospredju trajnostni razvoj. V ta namen so v članku opisani načini ponovne uporabe kave na vrtu.
Kavo smo uporabili kot vir pomembnih mineralov (dušik in fosfor) in jo dodajali zemlji, v katero smo posadili rastlino Phaseolus vulgaris. Dijaki so delali sami, pod mentorstvom učitelja. Na ta način so pridobili lastno izkušnjo eksperimentalnega dela, prav tako pa so morali sodelovati v skupini, kjer je imel vsak član svojo nalogo (zbiranje literature na internetu, zalivanje, merjenje, spremljanje rasti rastline …). Dijaki so bili pri svojem delu samostojni in so morali svoje odločitve tudi ustrezno argumentirati. Na koncu eksperimenta so skupaj z učiteljem razpravljali o dobljenih rezultatih.
2. KEMIJSKA ZGRADBA KAVNE USEDLINE
Dijaki so potrebne podatke zbirali v skupinah, vsaka skupina na svojem računalniku. Nato so podatke primerjali med seboj in ob pomoči učitelja ugotovili, da vse sestavine kavnega zrna ne pridejo v skodelico kave. Dušik in pomembni proteini, ki jih
potrebuje seme za razvoj in rast rastline predstavljajo 10 odstotkov sestavine kavne usedline (Tokimoto et al., 2005). Ker je kava vodni izvleček, večina hidrofobnih sestavin, vključno z olji, lipidi, trigliceridi in maščobnimi kislinami ostane v usedlini, prav tako pa tudi netopni ogljikovi hidrati, kot je celuloza. Strukturni lignin, zaščitni fenoli in čudovita aroma, ki jo proizvajajo esencialna olja, prav tako ostanejo v usedlini zaradi priprave kave.
Tudi majhen del kofeina ostane v kavni usedlini.
2.1 Razkroj kavne usedline
V nadaljevanju nas je zanimalo, kako kavna usedlina razpada in s tem bogati/siromaši prst.
Kavna usedlina na zraku razpada zaradi delovanja bakterij in gliv, ki razkrajajo kemijske spojine v kavni usedlini. Z dušikom bogate sestavine, vključno s proteini in kofeinom zelo hitro razpadejo.
Nekateri večji bioporabniki, kot so deževniki, uporabljajo kavno usedlino kot vir hrane (Bollen in Lu, 1961). Dejstvo, da deževniki kavno usedlino potisnejo v nižje plasti prsti, pomeni da se lahko struktura prsti spremeni in izboljša v smislu večje akumulacije hranilnih snovi. Humusne sestavine, ki so pomembne kemijske in strukturne sestavine prsti, nastajajo skozi proces razgradnje kavne usedline (Ouatmane et al., 2002). Spreminjajo se tudi vrednosti in razmerja med ogljikom in dušikom, ki so navadno na začetku visoke, kasneje pa padejo na razmerje 10:1 (Morikawa and Saigusa 2008; Ouatmane et al. 2000). Slednje razmerje pa je odlično za prehrano rastlin in prsti.
2.2 Vpliv kavne usedline na tla
Kavno usedlino uporabimo kot zastirko ali kot dopolnilo prsti in ima pozitivne učinke na prst (Yamane et al. 2014), saj uravnava temperaturo prsti in povečuje količino vode v prsti (Ballesteros et al. 2014) bolj kot kakšen drug material, ki ga uporabljamo kot zastirko. Kavna usedlina odstranjuje ostanke pesticidov (Bouchenafa-Saïb et al. 2014; Fenoll et al. 2014) in toksičnih težkih kovin, kot je kadmij (Azouaou et al. 2010; Kim et al.
2014), preprečuje pa tudi njihovo širitev v okolje. Hkrati povečuje razpoložljivost esencialnih rastlinskih hranil, kot so dušik, fosfor, železo in cink (Kitou in Okuno 1999; Liu in Price 2011;
Morikawa in Saigusa 2008), še posebej v bolj alkalni zemlji.
2.3 Uporaba kave na vrtu
Številni vrtnarji kavo in njene ostanke že uporabljajo kot esencialno sestavino svoje kompostne mešanice, številni drugi pa uporabljajo kavo neposredno kot plast zastirke. Kavna usedlina naj bi odganjala mačke, zatirala polže, preprečevala zasaditev zabaven način ponovili kaj rastlina potrebuje za rast in razvoj.
V eksperimentalnem delu smo z dijaki poskušali dokazati pozitiven vpliv kavne usedline na rast fižola Phaseoulus vulgaris.
Dijaki so najprej obiskali šolsko knjižnico in s pomočjo učbenikov in strokovne literature iskali informacije o kofeinu.
Nato so odšli v računalniško učilnico in poskušali s pomočjo svetovnega spleta poiskati čim več informacij o učinkih kofeina na človeka in rastline. Po nekaj prebrane literature in brskanju po
svetovnem spletu smo z dijaki zasnovali poskus, pri katerem smo imeli kontrolno in eksperimentalno skupino rastlin Phaseolus vulgaris. Kontrolna skupina rastlin je bila tista, katerih seme je zraslo ob normalnem zalivanju rastlin z vodo. Eksperimentalni skupini rastlin pa je bila v zasaditvene posode dodana kavna usedlina.
Hipoteza dijakov je bila, da bo kavna usedlina in njene sestavine pozitivno vplivale na rast fižola Phaseolus vulgaris. Dijaki so do hipoteze prišli sami brez usmerjanja, saj so sklepali, da če poživi človeka, bo tudi rastlino.
3.1 Potek eksperimenta
V tri enake lončke smo natresli enako količino prsti in v vsak lonček podtaknili deset fižolovih semen. Počakali smo, da semena vzklijejo in se razvijejo. Naslednjih pet dni smo rastline zalivali z vodovodno vodo. Po petih dneh smo vse rastline izmerili in ugotovili, da se višina mladih rastlin v treh lončkih v povprečju ne razlikuje. Nato smo pripravili 2 kavni raztopini. Prvo kavno zalivali z vodovodno vodo in dvema različnima koncentracijama kavne usedline in si vsakodnevno (izvzeta sobota in nedelja) zapisovali meritve.
Kljub temu, da so imele vse rastline enake pogoje, razen zalivalnih tekočin s katerimi so bile dnevno zalite, so nastale razlike v njihovi rasti in razvoju. Rastline v prvem lončku, ki je služil kot kontrola, so v višino merile v povprečju 22 cm (merjene od zemlje do najvišjega dela rastline) in imele lepe temno zelene liste. Rastline v drugem lončku, ki smo ga 3 tedne zalivali z vodo v kateri je bilo raztopljenih 100g kavne usedline, so rastline v povprečju v višino merile 27 cm, listi pa so bili svetlejše barve. V tretjem lončku, kjer smo rastline zalivali z najvišjo koncentracijo kofeina raztopljenega v vodi, pa so rastline v višino v povprečju merile 14cm. Listi so bili rjavkasti in so se začeli zvijati. Rastline so bile nesorazmerno razraščene. Rastline v tretjem lončku so kljub slabi rasti že začele z izdelovanjem organov za razmnoževanje, medtem ko jih rastline v prvem in drugem lončku še niso imele.
Graf 1: Prikaz povprečne višine rastlin v lončkih.
Dijaki so po meritvah pričeli z analizo zbranih podatkov ter ugotavljali ali njihova hipoteza drži ali ne. Prišli so do zaključka, da hipoteza do neke mere drži, vendar ne v celoti. Hipoteza
dijakov je namreč predvidevala, da kofein splošno pozitivno vpliva na rast fižola, vendar so jo glede na rezultate tretjega lončka morali zavrniti. Dijaki so ugotovili, da manjša količina kofeina pozitivno vpliva na rast fižola, vendar ob višji koncentraciji raztopljenega kofeina v vodi, le-ta negativno vpliva na rastlino, saj upočasni njeno rast in povzroči degenerirano rast fižola.
Ob usmerjenem razgovoru so dijaki spoznali, da je fižol v zadnjem lončku pričel z izdelovanjem razmnoževalnih struktur zato, ker je imela rastlina neustrezne pogoje za življenje in je z namenom zagotovitve preživetja vrste, pričela z razmnoževanjem zaradi zagotovitve dednega materiala. Na ta način želi rastlina, ob upanju da se bodo pogoji spremenili, priskrbeti svojim potomcem boljše pogoje za preživetje. Dijaki so prišli do zaključkov, da lahko snov, ki rastlini pomaga k boljši rasti, v večjih količinah rastlini škodi in deluje negativno. Svojo ugotovitev glede vpliva kofeina na rastline, so dijaki podkrepili s svojimi izkušnjami pitja kave. Manjše količine popite kave so po mnenju dijakov koristne, večje količine zaužite kave pa škodujejo njihovemu zdravju.
4. Zaklju č ek
Dijaki so s pomočjo eksperimentalnega dela preverjali hipotezo, ki so jo pred eksperimentalnim delom postavili s pomočjo prebrane literature. Ali je kofein resnično vplival na boljšo rast rastlin ali je k boljši rasti prispevala vsebnost drugih mineralnih snovi na rast fižola, je s tem eksperimentom nemogoče dokazati.
Dejstvo, da v vodi raztopljena kava v manjših količinah izboljša rast fižola, priča o smiselnosti nadaljevanja raziskav in s tem možnosti uporabe kavne usedline za zalivanje kulturnih rastlin z vidika hitrejše proizvodnje hrane.
5. REFERENCES
[1] Azouaou, N., Z. Sadaoui, A. Djaafri and H. Mokaddem. 2010.
Adsorption of cadmium from aqueous solution onto untreated coffee grounds: equilibrium, kinetics and thermodynamics.
Journal of Hazardous Materials 184(1/3):126-134.
[2] Ballesteros, L.F., J.A. Teixeira and S. Mussatto. 2014.
Chemical, functional, and structural properties of spent coffee grounds and coffee silverskin. Food and Bioprocess Technology 7(12):3493-3503.
[3] Bollen W.B. and K.C. Lu. 1961. Microbial decomposition and nitrogen availability of reacted sawdust, bagasse, and coffee grounds. Journal of Agriculture and Food Chemistry 9:9-15.
[4] Bouchenafa-Saïb, N., A. Mekarzia, B. Bouzid, O.
Mohammedi, A. Khelifa, K. Benrachedi and N. Belhaneche.
2014. Removal of malathion from polluted water by adsorption
onto chemically activated carbons produced from coffee grounds.
Desalination and Water Treatment 52(25/27):4920- 4927.
[5] Fenoll, J., N. Vela, G. Navarro, G. Pérez-Lucas and S.
Navarro. 2014. Assessment of agro-industrial and composted organic wastes for reducing the potential leaching of triazine herbicide residues through the soil. Science of the Total Environment 493:124-132
[6] Kim, M.S., H.G. Min, N.M. Koo, J.S. Park, S.H. Lee, G.I. Bak and J.G. Kim. 2014. The effectiveness of spent coffee grounds and its biochar on the amelioration of heavy metalscontaminated water and soil using chemical and biological assessments.
Journal of Environmental Management 146:124- 130.
[7] Kitou, M. in S. Okuno. 1999. Effect of mulching with coffee residue on the growth of soybeans and growth of following crops fertilized with coffee residue: study on agricultural utilization of coffee residue (part 2). Japanese Journal of Soil Science and Plant Nutrition 70(5):495-503.
[8] Liu, K. in G.W. Price. 2011. Evaluation of three composting systems for the management of spent coffee grounds. Bioresource Technology 102(17):7966-7974.
[9] Morikawa, C.K. in M. Saigusa. 2008. Recycling coffee and tea wastes to increase plant available Fe in alkaline soils. Plant and Soil 304(1/2):249-255.
[10] Ouatmane, A., M.R. Provenzano, M. Hafidi and N. Senesi.
2000. Compost maturity assessment using calorimetry, spectroscopy and chemical analysis. Compost Science and Utilization 8(2):124-134.
[11] Ouatmane, A, V. D’Orazio, M. Hafidi and N. Senesi. 2002.
Chemical and physicochemical characterization of humic acidlike materials from composts. Compost Science and Utilization 10(1):39-46.
[12] Tokimoto, T., N. Kawasaki, T. Nakamura, J. Akutagawa and S. Tanada. (2005). Removal of lead ions in drinking water by coffee grounds as vegetable biomass. Journal of Colloid and Interface Science 281(1):56-61
[13] Yamane, K., M. Kono, T. Fukunaga, K. Iwai, R. Sekine, Y.
Watanabe and M. Iijima. 2014. Field evaluation of coffee grounds application for crop growth enhancement, weed control, and soil improvement. Plant Production Science 17(1):93-102.