咖啡是不少學(xué)生黨和上班族的續(xù)命飲料。不過(guò)我建議你下次泡一杯不含咖啡因的咖啡。原因嗎？因?yàn)橐恍┎缓Х纫虻目Х仁怯们把匚锢碓碇谱鞫傻摹?br />
常溫常壓下,二氧化碳是氣體。在低溫下,二氧化碳又變成了干冰。在5.1個(gè)大氣壓,31.1攝氏度下,二氧化碳是液態(tài)的。那么,如果在高壓下加熱二氧化碳,它會(huì)變成什么呢？
每種物質(zhì)都有臨界溫度和臨界壓強(qiáng)。當(dāng)溫度和壓強(qiáng)超過(guò)一定值的時(shí)候,物質(zhì)就會(huì)進(jìn)入超臨界狀態(tài)。所以,在高壓下,二氧化碳變成了超臨界流。
橫坐標(biāo)為溫度,縱坐標(biāo)為壓強(qiáng),進(jìn)入藍(lán)色區(qū)域后,物質(zhì)就變成了超臨界流體。
超臨界二氧化碳的密度大概是液態(tài)二氧化碳的一半,比氣態(tài)二氧化碳高一些。
大家可以圍觀一下二氧化碳變成超臨界流時(shí),氣體和液體二氧化碳之間的界面消失的狀況——
超臨界流也存在自然界里,海底的一些熱液噴口噴出的也是超臨界流,木星和土星的大氣層也充滿了超臨界流。
位于開(kāi)曼海溝的世界上最深（海平面下5千米）的熱液噴口Beebe 噴出的是超臨界流 圖片來(lái)源:NERC/NOC
超臨界流有各種神奇的性質(zhì),它們像霧像雨又像風(fēng),既像氣體也像液體,你可以把它看作薛定諤體質(zhì)的。
更有趣的是,超臨界二氧化碳突然可以溶解平常很難溶解的物質(zhì)。
原來(lái),普通液態(tài)二氧化碳是一種非極性溶劑,根據(jù)相似相溶原理,它只能溶解同樣非極性的物質(zhì),許多物質(zhì)在液態(tài)二氧化碳中的溶解度很差。但是二氧化碳一旦進(jìn)入超臨界狀態(tài),溶劑的性能就會(huì)瞬間爆發(fā),一些極性物質(zhì)也可以溶解了。
而又因?yàn)橛袣怏w的氣質(zhì),超臨界二氧化碳的表面張力和黏度很低,但擴(kuò)散速度和滲透性卻很強(qiáng),所以它的溶解速度也比普通溶劑快得多。
首先注意到這一點(diǎn)的是德國(guó)馬普所的化學(xué)家 Kurt Zosel,他在1967年研究超臨界二氧化碳時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了這個(gè)技術(shù),并火速申請(qǐng)了專利。
綠咖啡豆（A和C）被超臨界二氧化碳處理后的樣子（B和D） 圖片來(lái)源:(DOI)10.1111/j.1750-3841.2011.02304.x
去咖啡因的具體過(guò)程是這樣的:在工廠里,綠咖啡豆被泡在熱水里洗澡。等到咖啡豆的含水量達(dá)到50%以后,就會(huì)被倒入巨型高壓鍋里。
接著,咖啡豆被施加了250-300個(gè)大氣壓,同時(shí)超臨界二氧化碳被注入咖啡豆里,將咖啡因溶解帶出。
超臨界流體萃取咖啡因的過(guò)程:超臨界二氧化碳（右下）被注入咖啡豆（左邊兩個(gè)罐子）里,咖啡因溶解后,二氧化碳和咖啡因分離（上方罐子）。
你可能擔(dān)心其他的香味分子也會(huì)被帶走？實(shí)際上只有咖啡因被針對(duì)了。
這是因?yàn)?在超臨界狀態(tài),只要調(diào)整溫度和壓強(qiáng),二氧化碳就能模仿不同分子的極性,這樣就可以針對(duì)不同分子進(jìn)行量身定制式的專門(mén)萃取了。
接著,超臨界二氧化碳和咖啡因的混合物被過(guò)濾到另一個(gè)大缸里,壓強(qiáng)被降低,二氧化碳回歸氣態(tài)蒸發(fā),咖啡因就輕松留下了。最終96%-98%的咖啡因能用這種方法被去除。
和其他去咖啡因的方法,如瑞士水洗法和二氯甲烷萃取法相比,超臨界二氧化碳萃取技術(shù)高效環(huán)保,不影響咖啡豆的風(fēng)味。
現(xiàn)在它也成了去除咖啡因的主流方法之一,目前全球大約10萬(wàn)噸無(wú)咖啡因咖啡豆是用超臨界流技術(shù)制造的。不光是咖啡豆、茶葉、可可豆也是用這種方法去除咖啡因。
不過(guò),這種技術(shù)的設(shè)備造價(jià)高昂,只有那些年產(chǎn)量達(dá)到3000噸的工廠才能負(fù)擔(dān)得起,這些工廠主要分布在美國(guó)（如麥克斯莫斯 Maximus 咖啡）、德國(guó)（卡夫）和意大利（如SKW
Trostberg）,產(chǎn)品也主要供應(yīng)大超市。因此如果你想嘗試超臨界流咖啡的話,可以選擇那些工廠出的貨。
提醒一下,星爸爸家的無(wú)咖啡因咖啡豆是用二氯甲烷法制作的,不是超臨界流法。
又因?yàn)槌R界二氧化碳可以定向提取分子,所以它也被用于萃取香味分子,比如香蘭素和精油。一些啤酒廠也用超臨界二氧化碳提取啤酒花的有效成分。
無(wú)脂黃油、魚(yú)油什么的有時(shí)也是用超臨界二氧化碳制作的。在我國(guó),湖北武漢就有利用超臨界二氧化碳提取維生素E的工廠。
現(xiàn)在的一些高科技干洗也開(kāi)始嘗試超臨界二氧化碳這種環(huán)保有機(jī)溶劑。在實(shí)驗(yàn)室里,研究人員也用超臨界二氧化碳提取生物分子、制造催化用的金屬顆粒或是塑料。
