如何去除咖啡因以生产脱咖啡因咖啡?

马萨诸塞大学阿默斯特分校食品科学系主任弗格斯·克莱兹代尔提供了这个答案

“首先,一些背景知识。咖啡是世界上第二受欢迎的饮料,仅次于茶。历史学家认为,咖啡作为兴奋剂的使用起源于古代阿比西尼亚(埃塞俄比亚)。咖啡因是咖啡中导致其对中枢神经系统产生轻微刺激作用的成分。一杯六盎司的咖啡通常含有大约50至75毫克的咖啡因,尽管其含量因制备方法和咖啡类型而异;例如,罗布斯塔咖啡的咖啡因含量几乎是阿拉比卡咖啡的两倍。对于对咖啡因敏感的人来说,即使10毫克的咖啡因也会引起不适。这就是为什么几乎所有脱咖啡因咖啡每份都含有少于10毫克咖啡因(通常为2至5毫克)的原因。如今,脱咖啡因咖啡约占全球咖啡总消费量的12%,即每年近10亿磅。”

“第一种脱咖啡因咖啡的工艺是由路德维希·罗塞留斯于1905年发明的。罗塞留斯的方法使用苯,一种潜在的有毒碳氢化合物,从预先润湿的生咖啡豆中去除咖啡因。现代脱咖啡因工艺要温和得多;许多公司通过声称自己是‘天然脱咖啡因’来强调这一点。”


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“目前主要使用三种脱咖啡因工艺。它们有一些基本相似之处。在这三种方法中,首先将生豆或烘焙豆润湿,使咖啡因可溶,以便可以将其提取出来。此外,它们都在中等温度下对生咖啡进行脱咖啡因处理,通常在70至100摄氏度(160至210华氏度)之间。”

“一种方法是水处理。正如您可能预料的那样,该过程采用水作为溶剂,从生咖啡豆中去除咖啡因。通常采用使用8至12个容器的电池萃取工艺;每个容器都包含处于不同脱咖啡因阶段的生咖啡。”

“将已经降低了咖啡因的水和生咖啡提取物的混合物在萃取电池内的咖啡豆周围循环(咖啡提取物中的油有助于脱咖啡因过程)。在预定的时间后,将暴露于低咖啡因提取物的容器隔离并清空。然后将脱咖啡因的咖啡豆漂洗并干燥,并将一个包含新鲜生咖啡的容器投入生产。从装有新鲜生咖啡的容器中提取出的富含咖啡因的提取物通过活性炭床,活性炭会吸收咖啡因。该活性炭已经过碳水化合物(通常是蔗糖)预处理,这有助于它在不去除其他影响咖啡风味的化合物的情况下吸收咖啡因。蔗糖会阻断通常会从液态生咖啡提取物中吸收糖分的碳位点。然后,可以将减少咖啡因的提取物重复使用,以重新开始该过程。水处理是天然的(即不涉及任何化学物质),但它对咖啡因的特异性不高;它可以去除94%至96%的咖啡因。”

“第二种脱咖啡因方法是直接溶剂法。如今,该技术通常使用二氯甲烷(主要在欧洲使用)、咖啡油或乙酸乙酯来溶解咖啡因并将其从咖啡中提取出来。乙酸乙酯是一种存在于水果和蔬菜(如香蕉、苹果和咖啡)中的天然酯。液体溶剂在潮湿的生咖啡豆床中循环,去除部分咖啡因;然后将溶剂在蒸发器中回收,并用水清洗咖啡豆。通过蒸煮咖啡豆,将溶剂残留物从咖啡中去除至痕量水平。通常,此过程会利用批量处理——即将溶剂添加到容器中,循环并清空几次,直到咖啡被脱咖啡因至所需水平。使用溶剂是因为它们通常比木炭更精确地针对咖啡因,几乎不留下任何非咖啡因固体。更具咖啡因特异性的溶剂(例如二氯甲烷)可以提取96%至97%的咖啡因。”

“第三种方法,超临界二氧化碳脱咖啡因,与直接溶剂法非常相似,只是在这种情况下,溶剂是二氧化碳。使用高压容器(大约在250至300倍大气压力下运行)使二氧化碳在预先润湿的生咖啡豆床中循环。在这样的压力下,二氧化碳具有独特的‘超临界’特性,从而增强了其作为溶剂的效用。超临界二氧化碳的密度与液体相似,但其粘度和扩散性与气体相似。这些属性大大降低了其泵送成本。二氧化碳是一种流行的溶剂,因为它具有相对较低的临界压力点,并且自然界中含量丰富。从萃取容器中出来的富含咖啡因的二氧化碳要么通过活性炭床,要么通过水‘浴’塔吸收咖啡因。然后将二氧化碳再循环回萃取容器。超临界二氧化碳脱咖啡因的资本成本很高,但其产量非常好。它通常可以提取豆子中原本存在的96%至98%的咖啡因。”

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