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低因咖啡如何产生? 溶剂萃取法 超临界流体萃取法 水处理法

字号+ 作者:LN 来源:中国咖啡网:咖啡知识 2020-06-25 14:24 我要评论

早晨喝杯咖啡,为一天的工作拉开序幕,已经是很多人每天的仪式,甚至品评咖啡蔚然成为一种社交活动。然而,令很多人困扰的问题是:虽然喜爱咖啡的独特气味,但却不希望咖啡太过强烈「提神醒脑」的功能影响日常生活,低咖啡因咖啡(decaf coffee,又称低因咖



 





早晨喝杯咖啡,为一天的工作拉开序幕,已经是很多人每天的仪式,甚至品评咖啡蔚然成为一种社交活动。然而,令很多人困扰的问题是:虽然喜爱咖啡的独特气味,但却不希望咖啡太过强烈「提神醒脑」的功能影响日常生活,低咖啡因咖啡(decaf coffee,又称低因咖啡)的市场于焉诞生!然而,这样一杯咖啡究竟是怎麽产生的?

 

 

低因咖啡不是 21 世纪才有的需求


咖啡因的提神效果可说是人们离不开它的主要原因。咖啡因是一种中枢神经兴奋剂,摄取咖啡因能使人不易感到疲累,还有提高注意力、减轻疼痛等效果。

 

然而,咖啡因具有轻微的成瘾性,让人越来越不容易有提神效果,最终导致摄取过量,因此造成心悸或影响到睡眠。这也是为何低因咖啡成为越来越多人的选择,消费者不仅可以适度摄取咖啡因,又能享受咖啡的香气。

 

其实去除咖啡因的咖啡并不是 21 世纪才有的需求,早在 20 世纪初,来自德国、也是全球第一间卖低因咖啡的企业 Kaffee Hag(后来被美商併购并改名为 Café Hag)便已开发这项产品。

只不过当时喝低因咖啡的人不多。直到第二次世界大战结束后,一种咖啡因含量较高的咖啡豆──罗布斯塔豆(Robusta; Coffea canephora)崛起。然而,由于罗豆大量使用,很多人受不了高浓度咖啡因饮料,使低因咖啡的需求大增。


 


 

我们生活中常见的咖啡大多来自阿拉比卡豆(Coffea arabica),其全球生产量大约佔 60%,因为其所泡出来的咖啡具有多样的香气与丰富的酸味,所以大多製作成各种精品咖啡。

 

而罗布斯塔豆具有强烈的气味与苦味,因此常製成混合咖啡或即溶咖啡,其全球生产量将近 40%。此外,阿拉比卡豆大约含有 1.2~1.5%的咖啡因,而罗布斯塔豆则是近两倍,约 2.2~2.7%。

二战之后越来越多用罗豆製成的咖啡产品,但也因为咖啡因含量高而容易使消费者感到不适,许多生产商才开始投注资源开发低因咖啡产品。

 

 

用萃取法去除咖啡因


低因咖啡的製程大多是各家公司的商业机密,不过还是能从已公开的文献资料和专利,得知常见的低因咖啡製造方式,只是其中的细节不得而知。

 

常见去除咖啡因的方式都是使用「萃取法」,一般会先将生咖啡豆萃取去除咖啡因后,再进行乾燥、烘焙。常见的萃取方法大致可分三大类:溶剂萃取法(solvent decaffeination)、超临界流体萃取法(CO₂ decaffeination)以及水处理法。

 

 

溶剂萃取法


在 70 年代前,商业化量产贩售的低因咖啡,只使用溶剂萃取法。在那之前,科学家尚未清楚了解各种溶剂对人体的影响,因此许多现在认为对健康有疑虑或有致癌风险的溶剂都曾被厂商拿来萃取咖啡因,包括苯、氯仿与四氯化碳等,不过最常见的萃取溶剂还是二氯甲烷和乙酸乙酯。

根据处理步骤的不同,溶剂萃取法可分成「直接溶剂萃取法」和「间接溶剂萃取法」两种。由于咖啡因在豆子内和绿原酸(Chlorogenic acid, CGA)结合,因此在开始萃取前,需先将乾燥的咖啡豆吸饱水份使两者分离,才能有效地将咖啡因分子溶出。

 

直接萃取法是直接将乾燥的生咖啡豆以水蒸气蒸煮湿透,再将生豆浸泡在溶剂中,待溶出咖啡因后再取出并加热,使溶剂和水分挥发掉。

 

而间接萃取法则是将生豆放入热水中煮,溶出咖啡因和各种气味分子,煮咖啡豆的水再另外与溶剂充分混合,让咖啡因溶入溶剂中,去除溶剂后再用剩下的水冲洗生豆好让气味分子能再度回到豆子中,最后再沥出、烘乾。

 

说到咖啡因萃取溶剂,二氯甲烷在 70年代前可说称霸了低因咖啡产业,是公认最好用的溶剂。除了萃取成效相当不错之外,其无色、沸点 39.6℃ 容易挥发,又不易燃烧的特性,使得製程相当有效且安全。但讽刺的是,二氯甲烷最后被屏弃不用的原因,并不是因为发现可能具有致癌性,而是当年被怀疑可能是臭氧层破洞的元凶之一。

 

二氯甲烷退流行后,取而代之的是乙酸乙酯。乙酸乙酯会在自然界中自然生成,许多水果本身就含有一定比例,也因此较无安全性疑虑。1982年,美国食品药物管理局(U.S. Food and Drug Administration, FDA)许可乙酸乙酯用于去除咖啡因,不过也由于许多食物都含有乙酸乙酯,无法直接探讨它对健康的影响,因此并没有明定残留的许可标准。

 

 

超临界流体萃取法


溶剂萃取法的缺点,是处理后的咖啡豆会严重流失香气与风味,所以有厂商尝试开发具有选择性的萃取方法,试图只带走咖啡因,留下美好的味道。超临界流体法在 70 年代初期,由 Café Hag 申请了这个技术的美国专利。

 

业者所开发出来的新方式,是透过在约 300 大气压(atm)、65℃ 的槽体内使用二氧化碳超临界流体作为溶剂,从吸饱水份的生豆中成功地只溶出咖啡因。二氧化碳超临界流体带著咖啡因流入另一个槽体的水中,槽中较低的温度、压力会使得二氧化碳变回气态,咖啡因就能够顺利转移到水中,二氧化碳再导回高温高压槽中循环使用。这个过程持续 8~12 小时,即可将生豆中的咖啡因含量降到约 0.08%。

 

使用二氧化碳超临界流体的好处,是它的物理性质介于液态和气态之间,黏度接近气体,因此输送时消耗的能量则比输送液体时低;而它的密度接近液体,因此单位时间内可输送比气体更多的溶剂分子。由于几乎只溶出咖啡因,可以保留更多气味分子在生豆中,且只要回到常温常压下,二氧化碳就会变回气态逸散掉,比前述溶剂更加安全。

 

不过超临界萃取法的缺点,是初期投入的设施成本极高、不易回本,因此只有少数资本雄厚的企业才有办法使用这种技术。

 

 

水处理法


除了开发成本昂贵的超临界流体法,当时还有另一群人开发出以水为溶剂,能萃取咖啡因,而不流失咖啡气味的方法。这类方式的成本比超临界流体法小得多,操作更简单;而最常见的水处理法,是瑞士公司 Coffex 在 70 年代末期开发的瑞士水处理法(Swiss water process)。


 

 

瑞士水处理法是先将一批生豆浸泡在热水中,溶解出咖啡因与气味分子,接著将水导入活性碳以吸附咖啡因,再将过滤后、仍含有气味分子的水,继续用于下一批生豆的萃取製程。

 

下一批生豆因为萃取用的水中含有饱和的气味分子,因此只有咖啡因会溶解出来,气味分子而能顺利保留在豆子内。此法除了成本较低,以水作为溶剂也比有机溶剂更加安全,因此也是目前许多低因精品咖啡所使用的方法。



 

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