咖啡是不少学生党和上班族的续命饮料。不过我建议你下次泡一杯不含咖啡因的咖啡。原因吗?因为一些不含咖啡因的咖啡是用前沿物理原理制作而成的。
常温常压下,二氧化碳是气体。在低温下,二氧化碳又变成了干冰。在5.1个大气压,31.1摄氏度下,二氧化碳是液态的。那么,如果在高压下加热二氧化碳,它会变成什么呢?每种物质都有临界温度和临界压强。当温度和压强超过一定值的时候,物质就会进入超临界状态。所以,在高压下,二氧化碳变成了超临界流。
超临界二氧化碳的密度大概是液态二氧化碳的一半,比气态二氧化碳高一些。大家可以围观一下二氧化碳变成超临界流时,气体和液体二氧化碳之间的界面消失的状况。超临界流也存在自然界里,海底的一些热液喷口喷出的也是超临界流,木星和土星的大气层也充满了超临界流。
更有趣的是,超临界二氧化碳突然可以溶解平常很难溶解的物质。原来,普通液态二氧化碳是一种非极性溶剂,根据相似相溶原理,它只能溶解同样非极性的物质,许多物质在液态二氧化碳中的溶解度很差。但是二氧化碳一旦进入超临界状态,溶剂的性能就会瞬间爆发,一些极性物质也可以溶解了。
首先注意到这一点的是德国马普所的化学家Kurt Zosel,他在1967年研究超临界二氧化碳时偶然发现了这个技术,并火速申请了专利。去咖啡因的具体过程是这样的:在工厂里,绿咖啡豆被泡在热水里洗澡。等到咖啡豆的含水量达到50%以后,就会被倒入巨型高压锅里。接着,咖啡豆被施加了250-300个大气压,同时超临界二氧化碳被注入咖啡豆里,将咖啡因溶解带出。
你可能担心其他的香味分子也会被带走?实际上只有咖啡因被针对了。这是因为,在超临界状态,只要调整温度和压强,二氧化碳就能模仿不同分子的极性,这样就可以针对不同分子进行量身定制式的专门萃取了。接着,超临界二氧化碳和咖啡因的混合物被过滤到另一个大缸里,压强被降低,二氧化碳回归气态蒸发,咖啡因就轻松留下了。最终96%-98%的咖啡因能用这种方法被去除。
现在它也成了去除咖啡因的主流方法之一,目前全球大约10万吨无咖啡因咖啡豆是用超临界流技术制造的。不光是咖啡豆、茶叶、可可豆也是用这种方法去除咖啡因。不过,这种技术的设备造价高昂,只有那些年产量达到3000吨的工厂才能负担得起,这些工厂主要分布在美国、德国和意大利,产品也主要供应大超市。
除了代替有机溶剂,现在科学家们还在研究用超临界二氧化碳发电的清洁能源技术。因为气候变暖而被各种嫌弃的二氧化碳,未来说不定会变成环保先锋呐。对了,咖啡因在我国属于第二类精神药品,购买需要医生处方,未成年的蔡文姬没有文也不能买。