咖啡是不少學(xué)生黨和上班族的續(xù)命飲料,。不過我建議你下次泡一杯不含咖啡因的咖啡,。原因嗎,？因為一些不含咖啡因的咖啡是用前沿物理原理制作而成的。
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,它會變成什么呢,？
每種物質(zhì)都有臨界溫度和臨界壓強。當(dāng)溫度和壓強超過一定值的時候,物質(zhì)就會進(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,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,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,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),溶劑的性能就會瞬間爆發(fā),一些極性物質(zhì)也可以溶解了。
而又因為有氣體的氣質(zhì),超臨界二氧化碳的表面張力和黏度很低,但擴散速度和滲透性卻很強,所以它的溶解速度也比普通溶劑快得多,。
首先注意到這一點的是德國馬普所的化學(xué)家 Kurt Zosel,他在1967年研究超臨界二氧化碳時偶然發(fā)現(xiàn)了這個技術(shù),并火速申請了專利,。
綠咖啡豆（A和C）被超臨界二氧化碳處理后的樣子（B和D） 圖片來源:(DOI)10.1111/j.1750-3841.2011.02304.x
去咖啡因的具體過程是這樣的: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,就會被倒入巨型高壓鍋里,。
接著,咖啡豆被施加了250-300個大氣壓,同時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程:超臨界二氧化碳（右下）被注入咖啡豆（左邊兩個罐子）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被帶走,？實際上只有咖啡因被針對了,。
這是因為,在超臨界狀態(tài),只要調(diào)整溫度和壓強,二氧化碳就能模仿不同分子的極性,這樣就可以針對不同分子進(jìn)行量身定制式的專門萃取了。
接著,超臨界二氧化碳和咖啡因的混合物被過濾到另一個大缸里,壓強被降低,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10萬噸無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,這種技術(shù)的設(shè)備造價高昂,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（如麥克斯莫斯 Maximus 咖啡）,、德國（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,。
又因為超臨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,。
無脂黃油,、魚油什么的有時也是用超臨界二氧化碳制作的。在我國,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始嘗試超臨界二氧化碳這種環(huán)保有機溶劑,。在實驗室里,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?；蚴撬芰?。
