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。
横坐标为温度,纵坐标为压强,进入蓝色区域后,物质就变成了超临界流体。
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。
位于开曼海沟的世界上最深（海平面下5千米）的热液喷口Beebe 喷出的是超临界流 图片来源:NERC/NOC
超临界流有各种神奇的性质,它们像雾像雨又像风,既像气体也像液体,你可以把它看作薛定谔体质的。
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。
而又因为有气体的气质,超临界二氧化碳的表面张力和黏度很低,但扩散速度和渗透性却很强,所以它的溶解速度也比普通溶剂快得多。
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。
绿咖啡豆（A和C）被超临界二氧化碳处理后的样子（B和D） 图片来源:(DOI)10.1111/j.1750-3841.2011.02304.x
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。
超临界流体萃取咖啡因的过程:超临界二氧化碳（右下）被注入咖啡豆（左边两个罐子）里,咖啡因溶解后,二氧化碳和咖啡因分离（上方罐子）。
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。
和其他去咖啡因的方法,如瑞士水洗法和二氯甲烷萃取法相比,超临界二氧化碳萃取技术高效环保,不影响咖啡豆的风味。
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（如麦克斯莫斯 Maximus 咖啡）、德国（卡夫）和意大利（如SKW
Trostberg）,产品也主要供应大超市。因此如果你想尝试超临界流咖啡的话,可以选择那些工厂出的货。
提醒一下,星爸爸家的无咖啡因咖啡豆是用二氯甲烷法制作的,不是超临界流法。
又因为超临界二氧化碳可以定向提取分子,所以它也被用于萃取香味分子,比如香兰素和精油。一些啤酒厂也用超临界二氧化碳提取啤酒花的有效成分。
无脂黄油、鱼油什么的有时也是用超临界二氧化碳制作的。在我国,湖北武汉就有利用超临界二氧化碳提取维生素E的工厂。
现在的一些高科技干洗也开始尝试超临界二氧化碳这种环保有机溶剂。在实验室里,研究人员也用超临界二氧化碳提取生物分子、制造催化用的金属颗粒或是塑料。
