水質也是咖啡的靈魂

August 31, 2017

 

愛喝咖啡的人都知道要講究豆子、器具、手法、溫度,但事實上一杯咖啡裡面,有 98% 以上都是在水,水質的好壞直接影響了咖啡的風味,所以水質也是影響咖啡沖泡品質的一個很重要環節,有好的飲用水不一定能沖煮出好喝的咖啡。

 

水的種類會影響咖啡味道的變化

一般人的直覺可能會認為要沖好咖啡就要用好水,因此過濾水應會是比較優質的選擇,但科學研究推翻了這樣的說法,在《農業與食品化學期刊(Journal of Agricultural and Food Chemistry)》發表的研究指出「自來水」所含的礦物質組成比例,能夠大幅提升咖啡口感。[1]

 

TDS

一般礦物質含量我們會以 TDS (Total Dissolved Solids) 作為指標,什麼是 TDS 呢? 簡單的說就是水中可溶解的固體,會有這個現象的原因簡單的做個說明,我們喝水的來源可以分成地表水 (河流湖泊,通常 TDS 較低) 以及地下水 (水滲入地底後的水,通常 TDS 較高)。

  • 以地下水為例,在水滲入地底的過程中,便會溶解一些可溶性的礦物質於其中 (如鈉、鎂、鈣等礦物質,通稱鹽類),因而水裡面便會有這些物質。

  • 常見的可溶性固體物質有碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鎂、硫酸鎂、碳酸鈣、硫酸鈣等,而溶於水中則以陰、陽離子形式呈現形成 TDS。

TDS 的偵測很方便,去買個水質檢驗筆便可以得知,它是以導電度為換算依據,得到的單位是 mg/L,也就是 ppm (parts per million)。

 

在全球最大的精品咖啡組織―美國精品咖啡協會 SCAA 出版的 Water Quality 一書中,曾以不同 TDS 的水沖煮咖啡,並以盲測的方式將不同的 TDS 所沖煮出來的咖啡作了感官評斷。結果當高 TDS 水沖煮咖啡時得到的評語是失去平衡的酸及醇厚度、較無香氣 (aroma off)、較刺激或是帶澀感;反之當以低 TDS 水沖煮咖啡時得到的評語則是低醇厚度、偏酸。[2]

 

有部分原因在於鹽類,因鹽類的存在可以減緩咖啡粉中酸性物質的溶解,反觀當水溶液中 TDS 鹽類的物質比較少時,也就是 TDS 值低,它會溶解出咖啡的酸比較多,再加上通常低 TDS 其緩衝的能力也相對較差,因此,很容易帶出大量的酸進而影響醣類以及油脂的釋放。

 

除了 TDS 之外還有其他因素

只是 TDS 就能代表一切嗎? 其實 TDS 只是一個很籠統的概念,畢竟我們不知道裡面究竟還有那些成分,台北 TDS 和高雄 TDS 都為 150 mg/L 的水您想會是一樣的嗎?

 

pH 值

理論上純水的 pH 值是 7.0,這代表著氫離子以及氫氧根離子的數目是一樣的,我們又稱這樣的純水叫做中性水,然而這種狀態的水並不會在日常活中出現,只會在專門的實驗室裡 “短暫的存在",原因是水是很好的溶劑,所以可以溶解許多的極性物質,當水存在環境中與周遭物質接觸,就有可能破壞它原本維持中性的狀態。舉例來說,當實驗室製造出一杯純水,只要它和空氣接觸,過不了多久空氣中的二氧化碳 (CO2) 便會溶進水裡面形成碳酸 (H2CO3),碳酸便會解離出一個氫離子,而使水容易形成酸性,氫離子再與水結合便形成水合氫離子 (hydronium, H3O+),反應如下:

CO2 + H2O ⇌ H2CO3           

H2CO3 + H2O ⇌  HCO3- + H3O+

所以實際上,我們做出來的純水都會帶一點微酸 (pH < 7),喝下去會有微酸感,而這酸感便是來自於味覺接受器與水合氫離子的作用產生。

 

當用較酸的水 (純水或是 TDS 較低的軟水) 的水去沖煮咖啡時,便會有比較多的酸感產生,因而在口感上便會有 tart, edgy 等形容詞出現。

 

咖啡的酸感

酸在感受上也有先後順序以及層次,比如說檸檬酸和蘋果酸這兩種存在於咖啡中的主要的有機酸,蘋果酸便強於檸檬酸,因此在水溶液中很快就會解離,因而產生較多量的水合氫離子,因此喝起來就有 sour(嗆酸)的感覺,反之,檸檬酸屬於弱酸,他在水中的解離度較低,因此不大容易解離出來,唯有當它在嘴巴裡面的時候,遇到了唾液的碳酸氫根緩衝系統中和,才開始解離,此時這種酸才會被感受出來,這種酸的感受就比較不會嗆,在 SCAA 定義裡面,比較不容易解離的弱酸稱被認為可以貢獻出咖啡的酸度

 

鹼性 (Alkaline 高) 的水

這種水含有較多的氫氧根離子 (OH-),所以 pH 值高,當它遇到咖啡的酸時,便會行酸鹼中和反應,降低咖啡的酸值 (pH 值提高),同時也會因部分具有香氣的酸被中和而減弱香氣,而咖啡的甜和鹹的溶解度不會被影響。但是因為酸降低了,平衡感則會因為往苦、甜、鹹偏移而被破壞,因此當較鹼的水(通常 TDS 也高)沖煮咖啡會在口感上有 dull (沉悶的)、flat (單調的) 形容詞出現。

 

緩衝酸的系統 (Alkalinity)

指的是水溶液能夠緩衝酸的能力。

當水和咖啡接觸時,咖啡裡面的酸大量解離出氫離子進入水溶液,則會使得咖啡的 pH 值下降,而導致在風味上偏酸,因此若是水溶液裡面有緩衝系統的話,則得以減緩過量的氫離子釋放的衝擊力,聽起來好像不錯,那這個系統是怎麼達成的呢?

 

其實自然界中最好的緩衝系統就是

1. 碳酸鹽 (CO3 2-, carbonate) 在環境中常見的有 Na2CO3、CaCO3、K2CO3、MgCO3 等,屬於鹼性物質,大部分的碳酸鹽對水的溶解度不高。

2. 碳酸氫鹽 (HCO3-, bicarbonate) 在環境中常見的有 NaHCO3、Ca(HCO3)2、KHCO3、Mg(HCO3)2  等,屬於弱酸性物質,大部分的碳酸氫鹽可溶於水。

以上這些鹽類有些常見於飲用水中,成為了 TDS 及部分會形成硬度 (Hardness)。

 

當水溶液裡面有碳酸鹽(因較少或不易溶於水)或是碳酸氫鹽的話,此物質即可以發揮緩衝咖啡酸的衝擊。此外碳酸氫鹽同時也扮演著維持水溶液 pH 值的角色,而它緩衝 pH 值的能力區間也正好落在理想的沖煮 pH 值 6.75-7.75,因此碳酸氫鹽是個好用的緩衝系統。

 

所以在 SCAA 中,有著適當的 Alkalinity 代表著不會造成過酸的咖啡。Alkalinity 的單位是 mg/L 也就是水溶液裡面含有碳酸鹽、碳酸氫鹽的量,理想值是 70-80 mg/L 這個數量也會被一起算在 TDS 裡面。

 

硬度 (Hardness)

指的是水中鈣離子和鎂離子的含量,換算為每一公升水中的碳酸鈣含量 (mg/L),碳酸鈣含量在 100 mg/L 以下即為軟水,以上即為硬水。

水中的礦物質對於咖啡的萃取到底是扮演著怎樣的角色? 比較常聽到的說法是低 TDS 水因為內含礦物質較少,所以應該比高 TDS 萃出比較多的物質,然而在探討溶解的陽離子於咖啡萃取中的作用結果指出水中的礦物質才是適當萃取咖啡物質的關鍵,並進一步說明雖然一般認為硬水不適合沖煮咖啡,但實際上還是要看硬水裡面的成分,如果水中含有過多的碳酸氫鹽將不利於萃取,先前早有文獻指出碳酸氫鹽的存在會延長咖啡的萃取時間,然而較高的鎂離子會增加咖啡的萃取並有助於咖啡的風味。陽離子對於不同咖啡風味物質以及水的結合能力是鎂 > 鈣 > 鈉,因此鎂離子會增加萃取度,所以如果水溶液的 TDS 高,不見得會降低咖啡的萃取。[3]

 

咖啡本身已含有大量天然化學物質和上千種香氣,用硬水或軟水沖煮得出的結果有天壤之別。即使用相同的咖啡、相同的沖泡方法,水的硬度若有不同,所沖煮出來的咖啡風味也有所差異,至於哪種水質較適合沖煮咖啡每個人的喜好不同。

 

硬水中的物質能夠為某些特定類別的咖啡豆提味,而軟水缺乏這樣的物質沒有辦法達到同樣的效益。但這也並非簡單的二分法可以一言蔽之,硬水軟水各有千秋,還是要看自來水的礦物質成分,以及自來水和咖啡豆之間的作用。

 

我們可以做的是,首先查詢居住地的自來水是屬於硬水或是軟水,然後以此為依據,選擇適合的咖啡豆。有需要的話,專業烘豆師也能夠針對當地水質推薦適合的咖啡豆。

 

 

Reference

[1]  Alison S. (2016). The Best Kind of Water for Brewing Coffee. 

https://www.tastingtable.com/entry_detail/national/21358/The_Best_Kind_of_Water_for_Brewing_Coffee.htm

[2] David Beeman, Paul Songer, Ted Lingle. (2013). Water Quality (Specialty Coffee Association Of America Handbook Series, Second Edition). Herausgeber:SCAA

[3] Hendon, C. H., Colonna-Dashwood, L., & Colonna-Dashwood, M. (2014). The role of dissolved cations in coffee extraction. Journal of agricultural and food chemistry, 62(21), 4947-4950.

[4] Kevin Shao。水質指標與咖啡風味。2014年

 

 

 

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