去除咖啡因的同时保留风味——化学家解释脱咖啡因咖啡背后的化学原理

对于很多人来说，新鲜煮好的咖啡的香气是美好一天的开始。但是咖啡因会引起头痛和紧张在其他情况下。这就是为什么许多人选择喝不含咖啡因的咖啡。

我是一名化学教授他曾讲授过为什么化学物质会溶解在某些液体中，而不会溶解在其他液体中。脱咖啡因的过程为这些化学概念提供了很好的现实例子。然而，即使是最好的脱咖啡因方法，并不能去除所有的咖啡因— 一杯 8 盎司的咖啡中通常会残留约 7 毫克的咖啡因。

生产商去除咖啡因咖啡想要去除咖啡因，同时保留所有（或至少大部分）其他化学香气和风味化合物。脱咖啡因有着悠久的历史，现在几乎所有的咖啡生产商都使用三种常用方法之一。

所有这些方法，也用于制作不含咖啡因的茶，从绿色或未烘焙的咖啡豆开始已经预先润湿的。使用烤咖啡豆会导致咖啡的香气和味道截然不同，因为脱咖啡因步骤会去除一些味道和气味化合物焙烧过程中产生的。

二氧化碳法

在 20 世纪 70 年代早期开发的一种相对较新的二氧化碳萃取法中，生产商使用高压二氧化碳从湿润的咖啡豆中提取咖啡因。他们将二氧化碳泵入装有湿润咖啡豆的密封容器中，咖啡因分子溶解在二氧化碳中。

一旦将含有咖啡因的二氧化碳从咖啡豆中分离出来，生产商就会将二氧化碳混合物通过一个装有水的容器或活性炭床活性炭是经过高温加热并暴露于蒸汽和氧气的碳，从而在碳中形成孔隙。这一步会过滤掉咖啡因，很可能是其他化合物，其中一些会影响咖啡的味道。

这些化合物要么与活性炭的孔隙结合，要么留在水中。生产商使用热量干燥脱咖啡因的咖啡豆。在高温下，任何剩余的二氧化碳都会蒸发。然后生产商可以重新加压并重复使用相同的二氧化碳。

此方法去除 96% 至 98% 的咖啡因，最终制成的咖啡仅含有极少量的二氧化碳残留物。

这种方法需要昂贵的设备来制造和处理二氧化碳，广泛使用去除商业级或超市咖啡中的咖啡因。

瑞士水处理工艺

瑞士水法，最初使用20 世纪 80 年代初开始商业化，利用热水去除咖啡中的咖啡因。

首先，生产商将一批绿咖啡豆浸泡在热水中，以从咖啡豆中提取咖啡因和其他化学化合物。

这有点像你冲泡烘焙咖啡豆时发生的情况——你把深色的咖啡豆放入清水中，导致咖啡呈深色的化学物质就会从咖啡豆中渗出到水中。同样，热水也会从尚未脱咖啡因的咖啡豆中吸收咖啡因。

在浸泡过程中，咖啡豆中的咖啡因浓度高于水中的咖啡因浓度，因此咖啡因会从咖啡豆中转移到水中。然后，生产商将咖啡豆从水中取出，放入不含咖啡因的淡水中——如此反复，更多的咖啡因会从咖啡豆中转移到水中。生产商重复此过程，最多 10 次，直到几乎没有咖啡因了在豆子里。

产生的水现在含有咖啡因和从咖啡豆中溶解出来的任何风味化合物，然后通过活性炭过滤器。这些过滤器可以捕获咖啡因和其他类似大小的化学化合物，例如糖以及被称为多胺的有机化合物，同时允许大多数其他化学化合物保留在过滤后的水中。

然后，生产商使用过滤后的水（饱和风味但不含大部分咖啡因）来浸泡新一批咖啡豆。此步骤可使浸泡过程中丢失的风味化合物重新进入咖啡豆中。

这瑞士水处理工艺因其无化学方法和能够保留大部分咖啡天然风味而受到推崇。这种方法已证明可以去除 94% 至 96%咖啡因。

基于溶剂的方法

这种传统且最常见的方法，20 世纪初首次出现，用途有机溶剂，即溶解咖啡因等有机化合物的液体。乙酸乙酯和二氯甲烷是两种常用的溶剂，用于从生咖啡豆中提取咖啡因。主要有两种基于溶剂的方法。

在直接法中，生产商将湿豆直接浸泡在溶剂中或含有溶剂的水溶液中。

溶剂从咖啡豆中萃取出大部分咖啡因和其他溶解度与咖啡因相似的化合物。大约 10 小时后，生产商将咖啡豆从溶剂中取出并干燥。

在间接法中，生产商将咖啡豆浸泡在热水中几个小时，然后将其取出。然后他们用溶剂处理水以去除水中的咖啡因。二氯甲烷是最常见的溶剂，它不溶于水，因此会在水面上形成一层。咖啡因在二氯甲烷中的溶解性比在水中更好，因此大部分咖啡因都留在二氯甲烷层中，生产商可以将其与水分离。

与瑞士水法一样，生产商可以重复使用“不含咖啡因”的水，这可能会恢复第一步中去除的一些风味化合物。

这些方法可以消除约 96% 至 97% 的咖啡因。

脱咖啡因咖啡可以安全饮用吗？

常见的溶剂之一，乙酸乙酯，天然存在于许多食物和饮料中。它被认为是一种安全的脱咖啡因化学品由食品和药物管理局管理。

美国食品药品监督管理局和职业安全与健康管理局认为，摄入浓度超过每公斤体重 10 毫克的二氯甲烷是不安全的。然而，烘焙咖啡豆中残留的二氯甲烷含量非常少——每公斤约 2 至 3 毫克。 它是远低于 FDA 的限制。

OSHA 及其欧洲同行严格的工作场所规则尽量减少参与脱咖啡因过程的工人接触二氯甲烷的量。

生产商使用二氯甲烷去除咖啡豆中的咖啡因后，会将咖啡豆蒸干。然后，咖啡豆会在高温下烘焙。在蒸干和烘焙过程中，咖啡豆会变得非常热，残留的二氯甲烷会蒸发掉。烘焙步骤还会将化学物质分解成其他化合物，从而产生新的风味化学物质。这些化学物质赋予咖啡独特的风味。

此外，大多数人在190°F 至 212°F 之间，这也是二氯甲烷蒸发的另一个机会。

保留香气和味道

从化学角度来说，只溶解咖啡因而不溶解咖啡豆中的其他化学化合物是不可能的，因此脱咖啡因过程不可避免地会去除一些有助于咖啡香气和味道的其他化合物。

但有些技术，如瑞士水处理法和间接溶剂法，有一些步骤可能会重新引入一些提取的化合物。这些方法可能无法将所有额外的化合物重新返回到咖啡豆中，但它们可能会增加一些风味化合物后退。

由于这些过程，你可以喝到一杯美味的咖啡，而不需要咖啡因—除非服务员不小心调换了锅。

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