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脫咖啡因處理
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脫咖啡因處理（英語：Decaffeination），或稱去咖啡因處理，是指從咖啡豆、可可、茶葉或其他含有咖啡因的物質中去除咖啡因的處理方法。不含咖啡因的產品常簡稱脫因或低因（Decaf）產品，例如脫因咖啡、脫因茶等。飲料在低咖啡因處理過後，咖啡因含量通常是原來的1-2%，但有時高達20%。[1]
歷史
1820年，德國化學家龍格首次從咖啡豆中分離出咖啡因，在此之前德國詩人歌德聽說了他對顛茄提取物的研究，並請求他對咖啡豆進行分析。雖然龍格能夠分離出這種化合物，但他對咖啡因本身的化學性質了解不多，也沒有試圖將這種方法用於生產不含咖啡因的咖啡。[2]
1903年，德國商人路德維希·羅塞利烏斯和他的同事發明了第一個商業上成功的脫咖啡因工藝，被稱為有機溶劑直接法，並在1906年獲得了專利。[3]在此之前，羅塞利烏斯觀察到，一批咖啡豆在海水中不小心浸泡後，失去了大部分咖啡因含量，但幾乎沒有失去味道。[4][5] 以這種方式生產的脫因咖啡在歐洲大部分地區以「咖啡貿易公司」（Kaffee Handels-Aktien-Gesellschaft）的名字「Kaffee HAG」出售，在法國以「cafee Sanka」的名字出售，後來在美國以「Sanka」品牌出售。而今，卡夫亨氏食品公司旗下的 HAG 和 Sanka 已成為全球品牌。
1941年，人們發明了有機溶劑間接法，因為在初始階段使用了水，有時被稱為「水處理」。[6] 與間接法相比，瑞士水處理法則完全沒有使用有機溶劑，最早於1933年在瑞士開發，並於1980年由Coffex S.A.商業化，[5] 1988年，位於加拿大本拿比的瑞士水（Swiss Water）公司引入了該工藝。[7]
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咖啡的脫因處理
咖啡的脫咖啡因方法有很多種，這些方法在烘焙之前進行，通常使用溶劑如二氯甲烷或乙酸乙酯，超臨界二氧化碳或水從咖啡豆中提取咖啡因，從而使處理後的風味儘可能接近其原始狀態。[8]
有機溶劑直接法即用各種酸或鹼蒸煮咖啡豆，然後用苯作為溶劑去除咖啡因。[9] 由於苯被發現為致癌物，[10] 現在大多使用其他溶劑，例如二氯甲烷或乙酸乙酯等。[11] 其操作流程如下：將未烘焙的綠咖啡豆首先蒸熟，然後用萃取咖啡因的溶劑沖洗，而其他成分基本不受影響。這個過程要重複8到12次，直到咖啡因含量達到規定的標準，例如美國標準的97%、歐盟標準的99.9%。[8]
在這種方法中，咖啡豆沒有被直接處理，而是先在熱水中浸泡幾個小時後取出，隨後用有機溶劑（如二氯甲烷或乙酸乙酯）從水中萃取出咖啡因，咖啡因通過蒸發可以從有機溶劑中分離出來。再使用被萃取後的水浸泡新批次的咖啡豆並萃取出咖啡因，經過幾個循環後達到平衡。在此之後，水和咖啡豆將會具有除咖啡因外的相似成分，咖啡因是唯一從咖啡豆中去除的物質，所以咖啡的強度和其他風味都沒有損失。[12]
該工藝使用綠咖啡提取物作為咖啡因的提取機制。綠咖啡提取物是一種含有綠咖啡中除咖啡因外的水溶性成分的溶液，是通過將綠咖啡豆浸泡在熱水中，然後由活性炭過濾去除咖啡因而製得的。[5] 將含有咖啡因和其他成分的新鮮咖啡豆添加到綠咖啡提取物溶液中，不含咖啡因的提取物溶液和富含咖啡因的綠咖啡之間會產生梯度濃度差，導致咖啡因分子從綠咖啡遷移到提取物溶液中。[13] 因為綠咖啡提取物與綠咖啡的其他水溶性成分飽和，只有咖啡因分子遷移到提取物；其他的水溶性咖啡元素保留在生咖啡中。然後，新的富含咖啡因的GCE溶液通過活性炭過濾器再次去除咖啡因，並重複該過程。連續批處理過程需要8-10小時才能達到最終殘留脫咖啡因的目標。[14][15]
在這個過程中，綠咖啡豆被浸泡在熱水和咖啡溶液中，從而將咖啡因吸引到咖啡豆表面。接下來，咖啡豆被轉移到另一個容器中，浸泡在從廢咖啡渣中提取的咖啡油中。經過幾個小時的高溫後，油中的三酸甘油酯會去除咖啡豆中的咖啡因，但會保留咖啡豆中的風味元素，最後將豆子從油中分離出來並乾燥。使用後的咖啡油中的咖啡因再次被去除後，可重新用於脫除另一批咖啡豆的咖啡因。這是一種直接接觸脫除咖啡因的方法。
食品科學家還將超臨界二氧化碳作為脫咖啡因的一種手段，是由馬克斯·普朗克研究所的科學家庫爾特·佐塞爾（Kurt Zosel）開發的。[5] 該方法將生咖啡豆蒸熟後放入300個大氣壓和溫度為65°C的容器中，並於與水和二氧化碳發生作用。在這種壓力和溫度下，二氧化碳是一種超臨界流體，其性質介於氣體和液體之間。咖啡因會溶解到二氧化碳里，但是產生咖啡香味的化合物大部分不溶於二氧化碳，而是保留在咖啡豆中。在另一個單獨的容器里，咖啡因被額外的水從二氧化碳中洗滌出來。然後，二氧化碳再循環到高壓容器中。[8][16]
茶的脫因處理
茶也含有咖啡因，一個被普遍接受的統計數據是，一杯普通的紅茶(或紅茶)含有40-50毫克的咖啡因，大約是一杯咖啡含量的一半。[19] 茶樹亞種之間（即茶樹與阿薩姆紅茶）的天然咖啡因含量可能不同，將茶葉氧化也不會影響茶葉中的咖啡因含量，例如紅茶與烏龍茶。年輕的葉子和芽比老的葉子和莖含有更多的咖啡因。
咖啡和茶都含有單寧，這是它們具有澀味的原因，但茶的單寧含量約為咖啡的三分之一。[20] 因此，茶的脫咖啡因過程需要比咖啡更好地控制單寧含量，從而保留這種風味。此外，保留一定的單寧含量具有諸多益處，因其已被證明具有抗癌、抗誘變、抗氧化和抗菌特性。具體來說，單寧酸有助於加速血液凝固，降低血壓，降低血脂水平，調節免疫反應。[21]
茶的脫咖啡因工藝通常採用類似於咖啡的直接法或超臨界二氧化碳法，如上所述。雖然二氧化碳工藝方便、無爆炸性且無毒，[22] 由超臨界二氧化碳法脫咖啡因的茶與常規綠茶相比，大多數揮發性、非極性的化合物（如芳樟醇和苯乙醛）、綠色和花香化合物（如己醛和(E)-2-己烯醛）、以及一些未知化合物都在該過程中消失或減少了。[23]
除了超臨界二氧化碳法，茶也可以用熱水處理去咖啡因，控制浸提溫度、浸提時間和葉水比可以達到最佳浸提條件。在100°C或更高的溫度下，適度的提取時間為3分鐘，每體積葉與水的重量比為1:20，可以去除83%的咖啡因含量，並保留95%的兒茶素。[24] 兒茶素是黃烷醇的一種，有助於茶的風味，並已被證明可以增強對可能導致癌症的突變原的抑制。[25]
泡茶中的某些過程也有可能直接降低咖啡因含量，基於咖啡因的水溶性，在第一次浸泡的20-30秒內，大部分咖啡因就會從茶葉中釋放出來，這樣就可以通過浸泡茶葉大約一分鐘，然後丟棄第一次浸泡的茶水從而脫咖啡因。[26] 研究表明，5分鐘的浸泡產生高達70%的咖啡因，第二次浸泡的咖啡因含量是第一次的三分之一，約占茶葉中咖啡因總量的23%。[27]
脫因檢測
為了確保產品質量，即確認相對較低的咖啡因濃度，製造商需要對脫因處理過的咖啡豆進行測試。根據美國標準，咖啡因含量至少要減少97%。[28] 在加拿大，脫因咖啡的咖啡因含量需要小於0.1%，脫因速溶咖啡的咖啡因含量需要小於0.3%。[29]
許多咖啡公司使用高效液相色譜法來測定咖啡豆中殘留的咖啡因含量。然而，由於高效液相色譜法可能相當昂貴，一些咖啡公司開始使用其他方法，如近紅外光譜。[30] 雖然高效液相色譜法非常準確，但近紅外光譜更快，成本更低，總體上更容易使用。另一種通常用於測量剩餘咖啡因的方法為紫外可見光譜法，對於超臨界二氧化碳脫因處理很有用，因為二氧化碳分子在紫外可見光波段沒有吸收信號。[31]
2006年，佛羅里達州立大學的一項對照研究表明，從咖啡店中購得的10份脫因咖啡樣品中仍有一些咖啡因殘留，14到20杯這種脫因咖啡所含的咖啡因與一杯普通咖啡所含的咖啡因相當。[1] 這些473毫升（16盎司）的咖啡樣品中咖啡因含量在8.6毫克到13.9毫克之間。在另一項對流行品牌脫因咖啡的研究中，咖啡因含量從3毫克到32毫克不等。[32] 相比之下，一杯237毫升（8盎司）的普通咖啡含有95-200毫克咖啡因，[33] 一杯355毫升（12盎司）的可口可樂含有36毫克咖啡因。[34]
低因咖啡育種
2004年，人們發現了一種天然不含咖啡因的咖啡物種卡里爾咖啡，它缺乏咖啡因合成酶的基因，因此只會積累可可鹼而不會將其轉化為咖啡因。[35] 這種特性可以通過與卡里爾咖啡雜交而培育到其他咖啡植物物種中，或者通過敲除正常咖啡植物中的咖啡因合成酶基因來達到同等效果。[36]
截至2009年，種植不含咖啡因的咖啡豆的進展仍在繼續，人們創造了「Decaffito」這個詞來描述這種咖啡，並在巴西註冊了商標。[37]
參考資料
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