活性炭

炭似乎是一种奇怪的食物添加物。但它确实存在——从净水器中微小的黑色颗粒到时髦的炭柠檬水和果汁。事实上，活性炭甚至被用作食品着色剂，制成黑汉堡包、马卡龙和冰淇淋。由于活性炭无味，它实际上不会增加任何特殊的风味。相反，活性炭在食品和饮料中的普遍存在是基于其在日益流行的健康潮流和饮食文化中所谓的排毒特性。但它真的能“去除毒素”并净化你的身体吗？一杯墨黑的炭饮料能治愈宿醉或垃圾食品过量吗？关于这股最新的健康热潮，让我们来谈谈科学！

粉末状活性炭。（图片来源：mommyandlove/Pixabay）

什么是活性炭？

首先，炭和活性炭不是同一种东西。炭是通过热解产生的，这意味着将木材、椰子壳、煤炭、锯末或泥炭等有机含碳材料在无氧条件下加热到高温（600-900 ºC），直至材料分解。这种化学降解的产物就是炭，一种富含碳的固体[1, 2]。另一方面，活性炭是通过在极高温度下用蒸汽、热空气或化学物质进行额外处理而获得的炭，以侵蚀碳材料的内表面，并产生具有增加的内表面积的微孔结构。活性炭的内表面积通常为 900-2000 m2/g，而非活性炭的表面积可能为 400-800 m2/g[3]。由于炭的内表面积通常与可吸附物质的量成正比，活性炭更大的表面积意味着它比非活性炭具有更大的吸附能力[3]。

活性炭的暗场显微照片。请注意，每个微小孔隙都拥有巨大的表面积！（图片来源：Zephyris/Wikimedia Commons）

吸附的力量！

你可以将活性炭想象成一块有很多微小孔隙的海绵。事实上，正是这些微小的孔隙赋予了活性炭强大的吸附特性。吸附是指气、液或溶解固体中的原子或分子在表面结合。请注意，吸附不应与吸收混淆，吸收是指液体或气体完全穿过另一种介质。

各种分子和化合物可以通过弱分子间力结合到活性炭微小孔隙的表面。虽然非活性炭具有吸附能力，但活性炭更大的表面积和更高的微孔体积使其吸附能力更强，因为分子结合的活性位点暴露最大化[2]。因此，活性炭颗粒经常用于滤水设备中，如你的 Brita 滤水器，以去除饮用水中的污染物、染料或气味[4]。活性炭也用于空气净化器，如防毒面具/呼吸器，以去除呼吸空气中的油蒸气和挥发性化学物质。它还有生物学应用，如保护植物幼苗免受除草剂的损害，并且如果足够快地施用，可以吸附药物和毒物。例如，活性炭可在医疗环境中用于药物过量、有毒蘑菇产生的真菌毒素甚至蛇毒中毒的患者[3]。事实上，一项研究表明，在对乙酰氨基酚过量的情况下，活性炭可减少 56% 的药物吸收[5]。即便如此，吞食炭也应谨慎，因为它也会吸附你可能真正需要的处方药、抗生素和维生素。

活性炭作为一种排毒方法？

尽管它被用作一种普通的食品补充剂，但实际上没有科学证据表明活性炭可以增强绿色果汁所谓的排毒功效。吃喝炭以减肥、抗衰老或降低胆固醇？不太可能。活性炭不会被吸收到血液中，因此它只能结合胃肠道中的分子[1]。即使如此，它仅在摄入后一小时内对吸附毒素有显著效果[6]，因此活性炭发挥作用的时间窗口很小。除非你在摄入毒物后立即饮用炭汁，否则喝炭汁可能并不能真正改善你的健康。尽管如此，虽然炭汁瓶看起来无害，但请记住，活性炭实际上也会结合维生素和矿物质[3, 9]，所以它可能会使营养丰富的蔬菜果汁的功效不如预期。

“排毒”炭汁排毒法？（图片来源：martakat/flickr）

那么，它能减少酒精中毒或治愈宿醉吗？活性炭是抵抗酒精有害影响的一种无效方法，因为酒精和乙醇的化学结构不允许它们与炭发生强烈的结合[1]。各种研究已证实，活性炭在随着时间的推移降低血液酒精浓度方面没有显著差异[1,7, 8]。正如化学工程师 David Cooney 所解释的那样，“乙醇是一种简单的分子（CH3CH2OH），它与所有比例的水都完全可溶，并且没有像芳香环这样的分子基团使其吸引到碳表面。因此，口服炭在乙醇过量方面几乎不可能有任何显著的好处。此外，乙醇会迅速从肠道吸收，所以在通常会在医院环境中给药的时候，肠道中几乎没有乙醇了”（第 235 页）[1]。

结论

活性炭可以做很多令人惊叹的事情：净化水、提供清洁的空气、减少药物过量的危害，甚至可以使咖啡脱咖啡因[10]，但它并不是让你更健康的万能灵药。在它流行的时候，享受黑色炭冰淇淋的乐趣吧，但和朋友们一起嘲笑谁的舌头颜色最深，这可能是你现在能从中获得的最大好处。

参考文献

[1] Lehmann, J., & Joseph, J. (2009). Biochar for Environmental Management: Science and Technology. London: Earthscan.

[2] Olson, K.R. (2010). 急性中毒的活性炭：一位毒理学家的历程。Journal of Medical Toxicology, 6: 190-199, DOI: 10.1007/s13181-010-0046-1

[3] Cooney, D.O. (1995). Activated Charcoal In Medical Applications. Dekker, New York.

[4] Lei, L. Quinlivan, P.A., K, Knappe, D. (2002) Effects of activated carbon surface chemistry and pore structure on the adsorption of organic contaminants from aqueous solution. Carbon, 40:12, 2085-2100, DOI: 10.1016/S0008-6223(02)00069-6

[5] Yeates, P. J. A. & Thomas, S. H. L. (2000). Effectiveness of delayed activated charcoal administration in simulated paracetamol (acetaminophen) overdose. British Journal of Clinical Pharmacology, 49:1, 11-14, DOI: 10.1046/j.1365-2125.2000.00107.x

[6] Crockett, R., Krishel, S.J., Manoguerra, A., Williams, S.R., Clark, R.F., (1996). Prehospital use of activated charcoal: a pilot study. Journal of Emergency Medicine, 14: 3, 335–338, DOI: 10.1016/0736-4679(96)00030-3

[7] Minocha, A., Herold, D.A., Barth, J.T., Gideon, D.A., Spyker, D.A. (1986). 口服乙醇吸收中的活性炭：对人类无效。Journal of Toxicology: Clinical Toxicology, 24: 3, 225-234, DOI: 10.3109/15563658608990460

[8] Hultén, B.-Å. Heath, A., Mellstrand, T., Hedner, T. (1985). Does Alcohol Absorb to Activated Charcoal? Human & Experimental Toxicology, 5: 3, 211-212, DOI: 10.1177/096032718600500311

[9] Kadakal, Ç., Poyrazoglu, E. S., Artik, N., Nas, S. (2004), Effect of Activated Charcoal on Water-Soluble Vitamin Content of Apple Juice. Journal of Food Quality, 27: 171–180. DOI: 10.1111/j.1745-4557.2004.tb00647.x

[10] 如何去除咖啡因以生产脱咖啡因咖啡？(1999, October 21). Retrieved June 27, 2016.