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。

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”。

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。

“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。文/松鼠云无心

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