水和咖啡酸度:如何使您的水适应不同的萃取方法 – 25 Magazine, Issue 9

水和咖啡酸度:如何使您的水适应不同的萃取方法 – 25 Magazine, Issue 9

纯水转瞬即逝 – 在实验室之外的大自然或文明社会中,水永远无法独自存在。

MARCO WELLINGER博士来自ZHAW(苏黎世应用科学学院,瑞士韦登斯维尔),他解释了为什么碱度比pH值更重要,以及您应该根据饮品的比例和萃取方法来调整水的配方的原因。

即使是落在地面上的雨滴,气体也已经扩散到其中,最明显的是CO2。溶解的CO2与水结合形成碳酸,致使雨水的酸度始终在pH 5.5左右。虽然这使得任何雨水都呈酸性,但如果空气被pH 4.5或更低的硫和氮氧化物污染,对环境和建筑物构成威胁,就不应将其与酸性雨的现象混为一谈。

为什么我首先要写关于雨水和pH值的内容?事实证明,酸雨是一个完美的例子,证明了与pH值相比,碱度的力量。美国自来水中平均每升含有碱度150 ppm的CaCO3,可以中和100 L pH 4.5的酸雨。[1]将同样的逻辑扩展到水和咖啡,如果pH值接近中性(6-8),并且碱度相当高(高于20 ppm的CaCO3),那么碱度对饮品最终酸度的影响是pH值的数百倍。

pH值对比碱度

作为用户,水的pH值测量真正能告诉您什么?最常见的解释 – “pH值告诉您水的酸性有多强” – 大体上正确,但隐藏了一个重要的事实:测量pH值并不能得出水的酸度总量。它只提供了一个相对于中性pH值的酸度的理解(请见第21页)。为了更好地说明这个概念,我想让您思考一下“温度”和“物体中储存的热量”之间的关系。

例如,在一个阳光明媚的公园里,一条木凳和一条石凳被放置在同一条小路旁。即使经受了一整天的阳光暴晒,木凳不会让人感到太热,但相比之下,石凳 – 在同样的太阳下晒了同样长的时间 – 将会烫得让坐下的人无法忍受。用红外线温度计测量这两张长凳,可能会发现它们的温度完全相同,但石凳上储存了大量的热量(主要是因为其质量很大),一旦您决定(也许很不明智的)坐在它的表面上,这些热量就会传递给您。

配图由Ashely Elander Strandquist绘制。

出于同样的原因,石凳在太阳落山后能在长得多的时间内保持温热。简而言之,与木凳相比,石凳在给定温度下具有更高的储热量(热容)。因此,石凳对温度变化的抵抗力更强 – 它具有高惰性。

让我们说回到水 – pH值是水的当前状态的指标,但它不包含任何有关咖啡、气体或金属烧水器发挥作用时pH变化的容易程度的信息 – 如温度计和长凳,pH值并没有告诉你所有的细节。至于长凳,在决定坐在哪里之前了解热容很有帮助。在确定水的配方时,碱度是您所需的额外信息 – 它概述了水的抗变化(或缺乏变化)能力。因此,pH与碱度之比就如同温度与储存的热量之比。

低pH意味着水是酸性的,但它并不能告诉您酸度是多少,或者 – 换句话说 – 酸度已经达到了pH < 7。从感官的角度来看,这是最重要的:酸度的感知与饮品中存在的可滴定酸度的量直接相关。实际上,给定咖啡饮品的感知酸度等于从咖啡中提取的酸的量减去从水中提取的碱的量。

这对咖啡专业人士意味着什么?在选择用于萃取咖啡的水时,将碱度保持在一定范围内比pH值更重要。

让水的配方适应不同的萃取方法

事实证明,了解碱度和pH值可以帮助您了解水和咖啡如何相互作用以形成杯中饮品的酸度。除了碱度之外,这个等式中最大的因素是咖啡萃取的饮品比例。各种咖啡萃取方法的数据显示,其饮品比例的差异高达10倍(短萃取时为1.5,手冲时为15)。这意味着最浓缩形式的咖啡(浓咖啡制备)与最稀释的制剂(手冲式制备)相比,相同量的咖啡仅对应10%的水。

这也意味着,对于浓咖啡制备来说,与可用于缓解手冲式咖啡制备中存在的相同量的咖啡酸的碱度相比,仅有10%的碱度可用于缓解咖啡酸。因此,水的碱度可能要高得多,才可以在浓咖啡冲泡时对咖啡的酸度产生显著影响。同样的逻辑也适用于总硬度,但这里的不同之处在于,对于总硬度对萃取的确切影响没有明确的答案。来自不同来源的观察表明,在高总硬度水平(> 250 ppm CaCO3)下存在“过萃取风味”的倾向,而在低总硬度水平(< 40 ppm CaCO3)下存在“未萃取风味”的趋势。然而,实验测量表明,在总硬度水平(20–250 CaCO3)的合理变化范围内,总硬度对总萃取效率的影响不显著。

继续遵循这一逻辑,得出现有的用水建议,基于手冲式咖啡或试饮实验,应该根据所使用的饮品比率在制备浓咖啡时按比例增加。然而,这种方法会导致与现实中技术复杂性的冲突 – 以这种方式按比例增加水的配方会让您的浓咖啡机堆积大量水垢。

现实中的影响

作为一个统一的组织,SCA的标准委员会希望建立一个统一的用水标准,让传统的SCAA标准和SCAE核心区相协调,提供一个按比例增加的版本,实现从手冲式到浓咖啡制备的不同冲泡比率。虽然这一讨论目前仍在进行中,但这项研究提出了一种可能的方法(图1)。

Fig. 1: Adopting water recommendations for espresso beverage ratios. Left: Simply scaling up the SCA standard would lead to heavy scale formation. Right: Safe zone for espresso machines and water boilers.

图1:按照浓咖啡饮品比率调整用水建议。左:单纯按比例增加SCA标准量会导致严重的水垢形成。右:浓咖啡机和烧水器的安全区。

为了按比例增加浓咖啡制备的标准量,须将手冲式制备标准量乘以系数7.3,相当于浓咖啡(饮品比率2)与过滤咖啡(饮品比率14.6)之间的系数。然而,这使得新的浓咖啡标准量进入了一个非常高的水垢形成区(每升水0.25–0.45 g),要避免水成分导致严重的水垢形成或潜在的腐蚀,就限制了有效的使用范围。“技术安全”边界内剩余的部分可通过1了解。

[P16] 与用于手冲式制备的SCA标准相比,这导致建议量会在较低的总硬度(低至 20 ppm CaCO3)下延伸,尤其是碱度值会远远更高,最高可达150 ppm CaCo3。但请记住,总硬度相关的下限是仅为感官原因设定的限制,而非出于技术考虑。

所以,如果您有兴趣探究用于萃取的水配方,您会发现新标准会非常受限 – 但如果您有兴趣尝试用更高的碱度来缓和特定咖啡的酸度,则还有发挥的空间。如果您不想通过添加盐来从头开始混合水,最简单的尝试方法(对大多数人来说)是使用软化滤芯(仅降低总硬度)来让水碱度高但总硬度低的水,而不会导致烧水器中的水垢积聚。

MARCO WELLINGER博士是ZHAW Wädenswil化学与生物技术研究所的化学、技术和感官分析领域的咖啡研究员。

[1]“中和”水是指将其pH值提高到七。以下是其实现方式:雨水的碱度为零,所以在水中形成酸的少量气体会导致pH值大幅下降。当酸性雨形成时,所产生的气体是CO2、NO2和SO4 – 这些气体溶解并形成酸:分别是碳酸、硝酸和硫酸。

美国自来水平均拥有150 ppm的CaCO3碱度,总硬度约为170 ppm,使其达到“中硬度”。尽管如此,这仍比酸雨中酸的含量多了一百倍。这就是一公升的自来水就能中和一百公升的酸雨的原因!

探讨水:关键原则

饮品比率与冲煮比率

目前有“冲煮比率”或“冲泡比率”两种不同的概念正在使用。我建议,我们引入名称“饮品比率”以明确区分这两个概念。

冲煮比率
  • 滴滤咖啡和浸泡咖啡的标准用法,其中冲煮用水的量(体积或重量)按咖啡粉的重量提供
  • 最常见的写法是每一体积单位的水对应咖啡粉60 g/L – 也可以看作是水对比咖啡的比率7(1000 g水除以60 g咖啡)
  • 提供方便的数字来进行冲泡制备或让配方适应不同的量
饮品比率
  • 主要用于浓咖啡,由饮品的重量和咖啡粉的重量组成
  • 例如,18克咖啡粉制成的36克饮品相当于饮品比率为2
  • 重点关注饮品,方便计算萃取百分比
pH

从科学上讲,pH值 – 或者说酸碱度 – 可以用来测量质子浓度(更具体地说,水合氢离子浓度)。此外,它是一个对数标度,或基于数量级,因此每减少一单位(-1),相当于质子浓度增加十倍。

碳酸盐硬度

碳酸盐硬度是总硬度和碱度的共同最小值的另一种说法。用一个简单的比喻就是舞伴,您能组成的舞伴数量有限,其数量受限于希望“主动邀请”的人数以及希望被动答应的人数,以较少者为准。因此,如果您想确保每升水能够在烧水器中形成至少40 mg的保护层,则总硬度和碱度都不能低于每升(40 ppm CaCO3)40 mg的CaCO3

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