本文最初发表于The Conversation。
对许多人来说，现煮咖啡的香气是一天的美好开始。但对另一些人来说，咖啡因会引起头痛和烦躁。这就是为什么许多人会选择无咖啡因咖啡。
我是一名化学教授，曾讲授过关于化学物质为何溶于某些液体而不溶于其他液体的内容。脱咖啡因的工艺提供了这些化学概念的绝佳现实生活示例。然而，即使是最好的脱咖啡因方法，也无法去除所有咖啡因——一杯 8 盎司的咖啡通常仍含有约 7 毫克咖啡因。
咖啡生产商在为咖啡脱咖啡因时，希望在去除咖啡因的同时保留所有——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，如今几乎所有咖啡生产商都使用三种常见方法之一。
所有这些方法，也用于制作无咖啡因茶，都始于经过预湿润的绿色（未烘焙）咖啡豆。使用烘焙过的咖啡豆会得到一种风味和口感截然不同的咖啡，因为脱咖啡因步骤会去除烘焙过程中产生的一些风味和气味化合物。
二氧化碳法
在 20 世纪 70 年代初开发的相对较新的二氧化碳法中，生产商使用高压 CO₂ 从湿润的咖啡豆中提取咖啡因。他们将 CO₂ 泵入一个装有湿润咖啡豆的密封容器中，咖啡因分子溶解在 CO₂ 中。
一旦载有咖啡因的 CO₂ 与咖啡豆分离，生产商就会将 CO₂ 混合物通过一个装有水的容器，或者通过活性炭床。活性炭是经过高温加热并暴露于蒸汽和氧气的碳，这会在碳中产生孔隙。这一步可以过滤掉咖啡因，以及很可能还有其他化学化合物，其中一些会影响咖啡的风味。
这些化合物要么吸附在活性炭的孔隙中，要么留在水中。生产商使用热量将脱咖啡因的咖啡豆干燥。在加热时，任何残留的 CO₂ 都会蒸发。然后，生产商可以重新加压并重复使用相同的 CO₂。
该方法可去除 96% 到 98% 的咖啡因，产生的咖啡只有极少的 CO₂ 残留。
这种方法需要昂贵的设备来制造和处理 CO₂，广泛用于对商业级或超市咖啡进行脱咖啡因处理。
瑞士水处理法
瑞士水处理法最初于 20 世纪 80 年代初商业化使用，它使用热水来为咖啡脱咖啡因。
最初，生产商将一批绿色咖啡豆浸泡在热水中，这会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——你将深色咖啡豆放入清水中，导致咖啡深色的化学物质从咖啡豆中浸出到水中。同样，热水会从尚未脱咖啡因的咖啡豆中萃取出咖啡因。
浸泡过程中，咖啡豆中的咖啡因浓度高于水中，因此咖啡因会从咖啡豆转移到水中。然后，生产商将咖啡豆从水中取出，放入不含咖啡因的新鲜水中——因此，这个过程会重复进行，更多的咖啡因会从咖啡豆中转移到水中。生产商会重复这个过程多达 10 次，直到咖啡豆中几乎不剩下咖啡因。
产生的水现在含有咖啡因和任何从咖啡豆中溶解出来的风味化合物，然后通过活性炭过滤器。这些过滤器会截留咖啡因和其他尺寸相似的化学化合物，例如糖和一种叫做多胺的有机化合物，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，生产商使用这种过滤后的水——饱和了风味但几乎不含咖啡因——来浸泡新一批咖啡豆。这一步可以使在浸泡过程中丢失的风味化合物重新进入咖啡豆。
瑞士水处理法因其无化学物质的方法和保留咖啡大部分天然风味的能力而备受推崇。研究表明，该方法可去除 94% 到 96% 的咖啡因。
溶剂法
这种传统且最常见的方法，首次出现在 20 世纪初，使用有机溶剂，即能够溶解咖啡因等有机化学化合物的液体。乙酸乙酯和二氯甲烷是两种常用的提取绿色咖啡豆中咖啡因的溶剂。主要有两种溶剂法。
在直接法中，生产商将湿润的咖啡豆直接浸泡在溶剂中，或浸泡在含有溶剂的水溶液中。
溶剂从咖啡豆中提取大部分咖啡因和其他溶解度与咖啡因相似的化学化合物。然后，生产商在大约 10 小时后将咖啡豆从溶剂中取出并进行干燥。
在间接法中，生产商将咖啡豆浸泡在热水中几个小时，然后取出。然后用溶剂处理水以去除水中的咖啡因。最常用的溶剂二氯甲烷不溶于水，因此会在水面上形成一层。咖啡因比在水中更易溶于二氯甲烷，因此大部分咖啡因会留在二氯甲烷层中，生产商可以将其与水分离。
与瑞士水处理法一样，生产商可以重复使用“无咖啡因”的水，这可能会使一些在第一步中去除的风味化合物重新进入。
这些方法可去除约 96% 到 97% 的咖啡因。
无咖啡因咖啡安全吗？
其中一种常用溶剂乙酸乙酯天然存在于许多食品和饮料中。它被食品药品监督管理局 (FDA) 认定为可安全用于脱咖啡因的化学物质。
FDA 和职业安全与健康管理局 (OSHA) 认为，二氯甲烷在超过每公斤体重 10 毫克的浓度下是不安全的。然而，在烘焙咖啡豆中残留的二氯甲烷含量非常低——约为每公斤 2 至 3 毫克。这远远低于 FDA 的限值。
OSHA 及其欧洲同行制定了严格的工作场所规定，以最大限度地减少参与脱咖啡因过程的工人的二氯甲烷暴露。
生产商使用二氯甲烷为咖啡豆脱咖啡因后，会用蒸汽处理咖啡豆并进行干燥。然后，咖啡豆会在高温下进行烘焙。在蒸汽处理和烘焙过程中，咖啡豆的温度足够高，以至于残留的二氯甲烷会蒸发。烘焙过程还会通过化学物质分解成其他化学化合物，产生新的风味化学物质。这些赋予咖啡独特的风味。
此外，大多数人在冲泡咖啡时的水温在 190 F 到 212 F 之间，这是二氯甲烷蒸发的另一个机会。
保留香气和风味
从化学上讲，不可能只溶解出咖啡因而不溶解出咖啡豆中的其他化学化合物，因此脱咖啡因不可避免地会去除一些影响咖啡香气和风味的其他化合物。
但是，一些技术，如瑞士水处理法和间接溶剂法，包含可能重新引入这些提取化合物的步骤。这些方法可能无法将所有额外化合物全部返还咖啡豆，但它们可能可以将一些风味化合物加回。
多亏了这些工艺，你可以享用那杯美味的无咖啡因咖啡——除非你的服务员不小心换了咖啡壶。
