Вода и кислотность кофе: как адаптировать состав воды к различным методам экстракции – 25 Magazine, Issue 9

Вода и кислотность кофе: как адаптировать состав воды к различным методам экстракции – 25 Magazine, Issue 9

Чистая вода — это иллюзия. За пределами лаборатории, в природе или цивилизованном мире, вода не существует сама по себе.

Д-Р МАРКО УЭЛЛИНГЕР (MARCO WELLINGER) из Цюрихского университета прикладных наук (Zurich University of Applied Sciences, ZHAW), находящегося в г. Веденсвиль в Швейцарии, объясняет, почему щелочность важнее кислотности и почему нужно корректировать состав воды с учетом пропорций при приготовлении напитка и метода экстракции.

Даже когда на землю падают капли дождя, в них уже проникают газы, в основном CO2. Растворенный CO2, вступая в соединение с водой, образует угольную кислоту, поэтому кислотность дождевой воды всегда составляет около 5,5. По этой причине любая дождевая вода по определению является кислой средой. Однако следует отличать ее от такого явления, как обусловленный загрязнением воздуха оксидами серы и азота кислотный дождь, водородный показатель которого составляет 4,5 или менее. Такой дождь представляет угрозу для окружающей среды и зданий.

Начнем с вопроса о том, почему я пишу о дождевой воде и водородном показателе. Оказывается, кислотный дождь — идеальный пример для демонстрации возможностей щелочности по сравнению с водородным показателем. Один литр среднестатистической водопроводной воды в США с показателем щелочности 150 частей на миллион (чнм) CaCO3 может нейтрализовать 100 л дождя с водородным показателем 4,5.[1] Если применить ту же логику к воде и кофе, мы увидим, что щелочность влияет на окончательную кислотность напитка в несколько сотен раз сильнее, чем водородный показатель, при условии что водородный показатель близок к нейтральному значению (6—8), а щелочность достаточно высока (более 20 чнм CaCO3).

Водородный показатель и щелочность

О чем значение водородного показателя воды говорит вам как пользователю? Наиболее распространенное объяснение — «водородный показатель отражает кислотность воды» — в общих чертах верно, но не раскрывает тот важный факт, что измерение водородного показателя не дает представления об общем уровне кислотности. Оно лишь позволяет понять количество кислоты по отношению к нейтральному значению водородного показателя (см. стр. 21). Чтобы лучше проиллюстрировать этот принцип, я попрошу вас вспомнить соотношение между понятиями «температура» и «накапливаемое предметом тепло».

Возьмем, например, деревянную и каменную скамейки, стоящие вдоль одной дорожки в освещенном солнцем парке. Деревянная скамейка не будет очень горячей на ощупь, даже если солнце светит на нее весь день, каменная же, освещаемая тем же солнцем так же долго, напротив, будет невыносимо горячей. Измерения с помощью инфракрасного термометра, вероятно, покажут одинаковую температуру, но при этом в каменной скамейке, в основном из-за большой массы, будет много накопленного тепла, которое она передаст вам, если вы неосмотрительно решите присесть на нее.

Иллюстрация Эшли Элендер Стрэндкуист (Ashely Elander Strandquist).

Каменная скамейка — по той же причине — будет гораздо дольше сохранять тепло после захода солнца. Одним словом, в каменной скамейке будет больше накопленного тепла (она будет обладать большей теплоемкостью) при заданной температуре по сравнению с деревянной. Таким образом, каменная скамейка будет обладать более высоким сопротивлением к изменениям температуры, поскольку отличается высокой инерцией.

Давайте вернемся к воде. Водородный показатель отражает текущее состояние воды, но не содержит никакой информации о том, насколько легко он будет изменяться, когда в действие вступят кофе, газы или металлические нагревательные приборы. Как в случае с термометром и скамейками, водородный показатель не сообщит вам всех подробностей. В примере со скамейками было полезно узнать о теплоемкости, прежде чем решать, на какую из них сесть. При определении состава воды вам нужна дополнительная информация о щелочности. Она дает представление о сопротивляемости воды изменениям или отсутствии такого свойства. Таким образом, водородный показатель так же относится к щелочности, как температура к количеству накапливаемого тепла.

Низкий водородный показатель означает, что вода обладает кислой средой, но не говорит о количестве кислоты или, иными словами, о том, сколько кислоты потребовалось, чтобы снизить его до значения меньше 7. С точки зрения органолептических показателей именно это играет наибольшую роль: восприятие кислого вкуса напрямую связано с уровнем титруемой кислотности напитка. Фактически кислый вкус конкретного кофейного напитка соответствует количеству кислот, экстрагированных из кофе, с учетом уровня щелочности воды.

Что это означает для профессионалов в области кофе? Когда речь идет о выборе воды для экстракции кофе, гораздо более важно поддерживать определенный уровень щелочности, чем водородного показателя.

Адаптация состава воды к различным методам экстракции

Оказывается, правильное представление о щелочности и водородном показателе позволяет понять, как взаимодействуют кофе и вода, формируя кислотность напитка в вашей чашке. Важнейшей составляющей этого соотношения, помимо щелочности, являются пропорции при экстракции кофе. Диапазон методов экстракции кофе показывает десятикратную разницу в пропорциях (от 1,5 для ристретто до 15 для фильтрованного кофе). Это значит, что в наиболее концентрированных видах кофе (напитках типа эспрессо) используется только 10% воды для того же количества кофе, что в наиболее разбавленных напитках (фильтрованном кофе).

Это также значит, что для напитков типа эспрессо в вашем распоряжении есть только 10% щелочности, создающей буфер для присутствующих в кофе кислот, по сравнению с фильтрованным кофе с таким же количеством кислот. Из этого следует, что при заваривании эспрессо щелочность воды может быть гораздо выше, прежде чем она окажет значительное влияние на кислотность напитка. Ту же логику можно применить к общей жесткости, но разница состоит в том, что нет четкого ответа на вопрос о том, как именно общая жесткость влияет на экстракцию. Результаты наблюдений из различных источников показывают тенденцию к избыточному экстрагированию при высоком уровне общей жесткости (> 250 чнм CaCO3) и, наоборот, к недостаточному экстрагированию при низком уровне общей жесткости (< 40 чнм CaCO3), что отражается на вкусе. Тем не менее, экспериментальные измерения дают основания полагать, что влияние общей жесткости на общую эффективность экстрагирования незначительно при допустимых колебаниях уровня общей жесткости (20—250 чнм CaCO3).

Следование этой логике позволяет прийти к выводу, что существующие рекомендации относительно воды, основанные на приготовлении фильтрованного кофе или экспериментах в каппинге, необходимо изменять при приготовлении эспрессо в соответствии с применяемыми пропорциями. Однако такой подход приводит к техническим трудностям, с которыми мы сталкиваемся в реальности: подобное изменение состава воды приведет к значительному образованию накипи в кофемашине эспрессо.

Осложнения в реальном мире

Комитет стандартизации объединенной Ассоциации спешиэлти кофе (SCA) стремится разработать единый стандарт для воды, который сочетал бы старый стандарт Американской ассоциации (SCAA) и нормы основных регионов, относящихся к Европейской ассоциации (SCAE), и в то же время был усовершенствован с учетом вариантов пропорций заваривания для разных кофейных напитков, от эспрессо до фильтрованного. Этот стандарт все еще обсуждается, и приведенное исследование предлагает возможный подход к проблеме (рис. 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.

Рис. 1. Принятие рекомендаций относительно воды для пропорций при приготовлении эспрессо. Слева: простое увеличение значений стандарта SCA приведет к образованию большого количества накипи. Справа: диапазон, безопасный для кофемашин эспрессо и приборов для нагревания воды.

Чтобы увеличить значения стандарта для приготовления эспрессо, стандартный показатель для фильтрованного кофе умножили на 7,3, что соответствует отношению между пропорциями для эспрессо (коэффициент пропорциональности = 2) и фильтрованного кофе (коэффициент пропорциональности = 14,6). Однако в таком случае новый стандарт для эспрессо будет находиться в пределах, предполагающих образование крайне большого количества накипи (0,25—0,45 г на каждый литр воды), что ограничит оптимальный диапазон, поскольку необходимо будет избегать составов воды, приводящих к образованию сильной накипи или ржавчины. Значения, которые останутся в «технически безопасных» границах, можно увидеть на рис. 1.

По сравнению со стандартом SCA для приготовления фильтрованного кофе это приведет к уменьшению рекомендуемой нижней границы общей жесткости (до значения 20 чнм CaCO3) и, в особенности, к гораздо большим показателям рекомендуемой щелочности — до 150 чнм CaCO3. Но помните, что нижняя граница общей жесткости установлена только по органолептическим, а не по техническим соображениям.

Таким образом, если вы заинтересованы в изучении составов воды для экстракции, то обнаружите, что новый стандарт очень ограничивает, но если вас интересуют эксперименты с более высокой щелочностью для смягчения кислого вкуса конкретного кофе, возможностей у вас больше. Если вы не хотите подбирать состав воды самостоятельно, добавляя к ней соли, в большинстве случаев лучше всего использовать смягчающий картридж (который только снижает общую жесткость), чтобы получить воду с высокой щелочностью, но низкой общей жесткостью, которая не будет приводить к образованию накипи в нагревательном приборе.

Д-Р МАРКО УЭЛЛИНГЕР занимается исследованиями кофе в области химии, технологий и органолептического анализа в Институте химии и биотехнологий Цюрихского университета прикладных наук в г. Веденсвиль.

[1] «Нейтрализация» воды означает повышение ее водородного показателя до 7. Вот как это возможно: дождевая вода обладает нулевой щелочностью, поэтому небольшое количество газов, образующих в воде кислоты, приводит к существенному снижению водородного показателя. При формировании кислотного дождя присутствуют газы CO2, NO2 и SO4. Они растворяются и образуют кислоты: угольную, азотную и серную соответственно.

В среднем водопроводная вода в США имеет щелочность 150 чнм CaCO3 и общую жесткость около 170 чнм CaCO3; таким образом, ее жесткость является средней. Даже в непроточном состоянии она представляет собой буферный раствор, в сотни раз более мощный, чем концентрация кислоты в кислотном дожде. Поэтому всего лишь один литр водопроводной воды может нейтрализовать сотни литров кислотного дождя.

Поговорим о воде: основные принципы

Пропорции напитка и пропорции заваривания

В настоящее время применяется несколько концепций, касающихся пропорций заваривания. Я предлагаю ввести термин «пропорции напитка», чтобы четко разделить два понятия.

Пропорции заваривания
  • Применяются при стандартном приготовлении в пуровере или аэропрессе, где количество воды для заваривания (объем или вес) дается из расчета на вес молотого кофе
  • Обычно записываются как отношение количества молотого кофе к объему воды (60 г на литр) или отношение веса воды к весу кофе (16,7, т. е. 1000 г воды, разделенные на 60 г кофе)
  • Представляют собой удобные числовые показатели для приготовления напитка или адаптации рецептов к различным объемам
Пропорции напитка
  • Используются в основном для эспрессо, формируются на основании веса напитка и веса молотого кофе
  • Например, приготовление 36 г напитка из 18 г молотого кофе дает коэффициент пропорциональности, равный 2
  • Позволяют ориентироваться на напиток, удобны для расчета процента экстракции
Водородный показатель

С научной точки зрения определение водородного показателя, или отрицательного логарифма концентрации ионов водорода, дает количественную оценку концентрации протонов (точнее, ионов водорода). Кроме того, он изменяется в логарифмическом масштабе, или по порядку величины, то есть уменьшение на одну единицу (-1) соответствует десятикратному увеличению концентрации протонов.

Карбонатная жесткость

Карбонатная жесткость представляет собой еще один способ выразить общий минимальный показатель общей жесткости и щелочности. Ее можно объяснить с помощью простой метафоры. Представьте себе партнеров по танцам. Количество пар, которое вы можете сформировать, ограничено численностью меньшей из двух групп: тех, кто хочет вести, и тех, кто хочет следовать за партнером. Таким образом, если вы хотите быть уверены, что в нагревательном приборе формируется защитный слой в размере не менее 40 мг на литр воды, ни общая жесткость, ни щелочность не могут быть ниже 40 мг CaCO3 на литр (40 чнм CaCO3).

Вы являетесь членом SCA? Получите бесплатную подписку на печатную версию журнала 25 Magazine на английском языке на странице sca.coffee/signmeup.

Не состоите в SCA? Вступайте уже сейчас и поддержите миссию нашей некоммерческой отраслевой ассоциации на sca.coffee/join.