無咖啡因咖啡的製造，竟然用到了前沿物理
撰文 | 七君
來源?|?把科學帶回家（ID：steamforkids）
咖啡是不少學生黨和上班族的續命飲料。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製作而成的。
常溫常壓下，二氧化碳是氣體。在低溫下，二氧化碳又變成了乾冰。在5.1個大氣壓，31.1攝氏度下，二氧化碳是液態的。那麼，如果在高壓下加熱二氧化碳，它會變成什麼呢？
每種物質都有臨界溫度和臨界壓強。當溫度和壓強超過一定值的時候，物質就會進入超臨界狀態。所以，在高壓下，二氧化碳變成了超臨界流。
橫坐標為溫度，縱坐標為壓強，進入藍色區域後，物質就變成了超臨界流體。
超臨界二氧化碳的密度大概是液態二氧化碳的一半，比氣態二氧化碳高一些。
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。
位於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，它們像霧像雨又像風，既像氣體也像液體，你可以把它看作薛定諤體質的。
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。
原來，普通液態二氧化碳是一種非極性溶劑，根據相似相溶原理，它只能溶解同樣非極性的物質，許多物質在液態二氧化碳中的溶解度很差。但是二氧化碳一旦進入超臨界狀態，溶劑的性能就會瞬間爆發，一些極性物質也可以溶解了。
而又因為有氣體的氣質，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家 Kurt Zosel，他在1967年研究超臨界二氧化碳時偶然發現了這個技術，併火速申請了專利。
綠咖啡豆（A和C）被超臨界二氧化碳處理後的樣子（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裡洗澡。等到咖啡豆的含水量達到50%以後，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，咖啡因溶解後，二氧化碳和咖啡因分離（上方罐子）。
你可能擔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，只要調整溫度和壓強，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行量身定製式的專門萃取了。
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，二氧化碳回歸氣態蒸發，咖啡因就輕鬆留下了。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高效環保，不影響咖啡豆的風味。
現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製造的。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，這種技術的設備造價高昂，只有那些年產量達到3000噸的工廠才能負擔得起，這些工廠主要分布在美國（如麥克斯莫斯 Maximus 咖啡）、德國（卡夫）和義大利（如SKW-Trostberg），產品也主要供應大超市。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製作的，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，所以它也被用於萃取香味分子，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、魚油什麼的有時也是用超臨界二氧化碳製作的。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。
現在的一些高科技乾洗也開始嘗試超臨界二氧化碳這種環保有機溶劑。在實驗室里，研究人員也用超臨界二氧化碳提取生物分子、製造催化用的金屬顆粒或是塑料。
超臨界二氧化碳可被用於製造塑料（塑化）
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