去除咖啡因的綠色技術——超臨界萃取

咖啡是世界三大飲料之一，深受許多人的喜愛。咖啡中最有特色的成分是咖啡因，但並不是每個人都喜歡。從味道上說，它是咖啡苦味的主要來源；從功能上說，它是神經興奮劑，能讓人處於興奮狀態，影響睡眠。除了咖啡因，咖啡中含有上千種成分，它們可以形成特有的風味，其中還有許多具有健康價值。所以，從咖啡中去除咖啡因，也就有了市場需求。

咖啡因很容易溶解於熱水中，要把它從咖啡豆中提取出來並不困難。難的是，如何只去掉它，而儘可能保留咖啡的其他成分。如果用水，提取咖啡因的同時也把大量的其他風味物質提取了出來。要想儘可能保留咖啡的風味，就要用其他手段選擇性地去掉咖啡因，再把剩下提取物加回去。

這樣的操作實現起來並不容易。另一種思路是選用特定的有機溶劑，比如二氯甲烷，可以比較特異性地帶走咖啡因，而把其他物質留下。但是有機溶劑總有殘留，不管其毒性是不是足夠低，「有機溶劑殘留」總是讓消費者心存疑慮。

早在1822年，有位法國學者發現了物質存在「超臨界現象」。1879年，有科學家發現了超臨界流體卓越的溶解性能，預測它可以作為優秀的溶劑用於工業生產中。不過，直到1962年，超臨界萃取的概念才終於變成了技術，成功應用於「咖啡脫因」。

我們知道，各種物質都有氣、液、固三種狀態。在適當的溫度和壓力下，這三種狀態可以互相轉化。比如水，在通常的氣壓下，100C以上是氣態，低於這個沸點溫度變成液態，低到0C后變成固態。如果增大壓力，這些轉變溫度就會發生改變，比如在在高壓下，水可以在100C以上保持液態——或者說，高於100C時，如果增加壓力，也可以使水蒸氣液化成為水。但是，如果溫度超過374C，那麼無論把壓力增加到多高，水蒸氣也無法變成水。但是如果壓力足夠高的話，它的密度會大大高於氣體而接近水的密度。這樣的狀態跟氣體、液體、固體都不同，被稱為物質的第四種狀態——超臨界態。而那個374C，也就被叫做「超臨界溫度」。處於超臨界狀態的物質，就被稱為「超臨界流體」。

對水而言，要達到超臨界狀態需要太高的溫度和壓力，在實際生產中並不方便。而二氧化碳就比較「友好」，它的超臨界溫度是31.1C。只要高於這個溫度，把壓力增加到72.8個大氣壓以上，二氧化碳就成為超臨界流體。

超臨界流體的特性跟氣體和液體都有很大不同。它的密度與液體接近，但粘度卻很低，擴散性能好，表面張力極低。這些特性，使得它具有優越的萃取能力。特種化工行業把超臨界二氧化碳用於充分吸水的咖啡豆，可以去掉其中98%的的咖啡因。

超臨界二氧化碳萃取的優勢並不僅僅是效率高。更重要的是，它具有很高的選擇性——任咖啡豆中有百媚千紅，它只愛咖啡因這一種。二氧化碳無毒無味，只要撤去高壓，幾乎可以完全揮發掉。萃取了咖啡因的超臨界二氧化碳進入分離塔，加入水就可以把咖啡因去除——咖啡因本身是另一種產品，而二氧化碳則可以循環使用。這樣的工藝，堪稱綠色環保。

「咖啡脫因」是超臨界二氧化碳萃取技術的第一個成功應用。此後，這一技術得到了更廣泛的開發，獲得了越來越多的應用。比如採用類似的工藝，可以用於去除茶中的咖啡因，而改換工藝流程，還可以提取茶中的茶多酚。在啤酒行業，用超臨界二氧化碳提取啤酒花中的有效成分，也得到了廣泛應用。

從天然產物中分離生物活性物質在食品、醫學、香精等行業中有廣闊的前景，比如油脂、天然藥物成分、精油、香精等等。跟咖啡脫因一樣，傳統的分離手段要麼使用有機溶劑，不得不面對有機溶劑殘留的質疑，要麼使用高溫水溶，再經過一些列分離純化。除了工藝的繁瑣，高溫也會造成許多生物活性的損失。藉助特種化工技術的超臨界二氧化碳萃取不僅萃取效率高，不存在溶劑殘留問題，而且可以在較低的溫度下操，可以避免高溫對目標物質的破壞。