无因咖啡跟化学有什么关系吗

咖啡是世界三大饮料之一，深受许多人的喜爱。咖啡中最有特色的成分是咖啡因，但并不是每个人都喜欢。从味道上说，它是咖啡苦味的主要来源；从功能上说，它是神经兴奋剂，能让人处于兴奋状态，影响睡眠。除了咖啡因，咖啡中含有上千种成分，它们不仅可以形成特有的风味，其中还有许多具有健康价值。所以，从咖啡中去除咖啡因，也就有了市场需求。

当你在喝着无因咖啡的时候，是否想过里面蕴藏着怎样的化学知识呢？

超临界萃取成功应用于“咖啡脱因”

咖啡因很容易溶解于热水中，要把它从咖啡豆中提取出来并不困难。难的是，如何只去掉它，而尽可能保留咖啡的其他成分。如果用水，提取咖啡因的同时也把大量的其他风味物质提取了出来。要想尽可能保留咖啡的风味，就要用其他手段选择性地去掉咖啡因，再把剩下提取物加回去。

这样的操作实现起来并不容易。另一种思路是选用特定的有机溶剂，比如二氯甲烷，可以比较特异性地带走咖啡因，而把其他物质留下。但是有机溶剂总有残留，不管其毒性是不是足够低，“有机溶剂残留”总是让消费者心存疑虑。

早在1822年，有位法国学者发现了物质中存在“超临界现象”。1879年，有科学家发现了超临界流体卓越的溶解性能，预测它可以作为优秀的溶剂用于工业生产中。不过，直到1962年，超临界萃取的概念才终于变成了技术，成功应用于“咖啡脱因”。

绿色环保的超临界二氧化碳萃取

我们知道，各种物质都有气、液、固三种状态。在适当的温度和压力下，这三种状态可以互相转化。比如水，在通常的气压下，100°C以上是气态，低于这个沸点温度变成液态，低到0°C后变成固态。如果增大压力，这些转变温度就会发生改变，比如在高压下，水可以在100°C以上保持液态——或者说，高于100°C时，如果增加压力，也可以使水蒸气液化成为水。但是，如果温度超过374°C，那么无论把压力增加到多高，水蒸气也无法变成水。但是如果压力足够高的话，它的密度会大大高于气体而接近水的密度。这样的状态跟气体、液体、固体都不同，被称为物质的第四种状态——超临界态。而那个374°C，也就被叫做“超临界温度”。处于超临界状态的物质，就被称为“超临界流体”。

对水而言，要达到超临界状态需要太高的温度和压力，在实际生产中并不方便。而二氧化碳就比较“友好”，它的超临界温度是31.1°C。只要高于这个温度，把压力增加到72.8个大气压以上，二氧化碳就成为超临界流体。

超临界流体的特性跟气体和液体都有很大不同。它的密度与液体接近，但黏度却很低，扩散性能好，表面张力极低。这些特性，使得它具有优越的萃取能力（即一种液体从其他液体或者固体中吸取特定成分的能力）。把超临界二氧化碳用于充分吸水的咖啡豆，可以去掉其中98%的咖啡因。

超临界二氧化碳萃取的优势并不仅仅是效率高。更重要的是，它具有很高的选择性——任咖啡豆中有百媚千红，它只爱咖啡因这一种。二氧化碳无毒无味，只要撤去高压，几乎可以完全挥发掉。萃取了咖啡因的超临界二氧化碳进入分离塔，加入水就可以把咖啡因去除——咖啡因本身是另一种产品，而二氧化碳则可以循环使用。这样的工艺，堪称绿色环保。

超临界二氧化碳萃取在茶和啤酒等行业也有广泛应用

“咖啡脱因”是超临界二氧化碳萃取技术的第一个成功应用。此后，这一技术得到了更广泛的开发，获得了越来越多的应用。比如采用类似的工艺，可以用于去除茶中的咖啡因，而改换工艺流程，还可以提取茶中的茶多酚。在啤酒行业，用超临界二氧化碳提取啤酒花中的有效成分，也得到了广泛应用。

从天然产物中分离生物活性物质在食品、医学、香精等行业中有广阔的前景，比如油脂、天然药物成分、精油、香精等等。跟咖啡脱因一样，传统的分离手段要么使用有机溶剂，不得不面对有机溶剂残留的质疑，要么使用高温水溶，再经过一系列分离纯化。除了工艺的繁琐，高温也会造成许多生物活性的损失。超临界二氧化碳萃取不仅萃取效率高，不存在溶剂残留问题，而且可以在较低的温度下进行操作，从而避免了高温对目标物质的破坏。