浅谈水与咖啡的酸度

来自瑞士瓦登斯维尔的MARCO WELLINGER解释了为什么碱度比pH值更重要,以及为什么你应该根据饮料的水粉比和萃取方法来调整水的配方.
二氧化碳与水结合形成碳酸,导致雨水的酸度在ph5.5左右,这使得任何雨水都呈酸性（大气中含有0.03％的二氧化碳,二氧化碳能溶于水且溶于水后生成碳酸,碳酸呈酸性,雨水的碱度为零）,但如果大气已经被pH值4.5或更低的硫和一氧化二氮污染,就不应将其与酸雨现象混为一谈.
我为什么要提及雨水和pH值呢?事实证明,酸雨是一个完美的例子证明了碱的影响力.美国自来水平均碱度150ppm CaCO3/一升,可以中和100升pH值4.5的酸雨.将同样的逻辑扩展到水和咖啡,如果水pH值接近中性(6-8),并且碱度相当高(高于20ppm CaCO3),那么其碱度对饮料最终酸度的影响是pH值的数百倍.
pH值vs.碱度
水的pH值测量能告诉你什么?最常见的解释——"pH值告诉你水的酸性有多强"——大体上是正确的,但隐藏了一个重要的事实:测量pH值（氢离子浓度/活度）并不代表水的酸度总量(总酸度）.为了更好地说明这个概念,思考一下"温度"和"物体中储存热量"之间的关系.

例如,在阳光下有一条木凳和一条石凳.即使太阳已经照耀了一整天,木凳并不觉得太热.但相比之下,石头凳——在同样的太阳下晒了同样长的时间——会是令人难以忍受的炎热.用红外线温度计测量两个凳子的温度可能会发现它们的温度完全相同,但石凳中储存了大量热量.
简而言之,与木凳相比,石凳在给定温度下具有更高的蓄热量,石凳对温度变化的抵抗力更强.在决定坐在哪个凳子之前,了解一下温度,还要了解一下热容.
让我们回到水——pH值是一个当前状态下水的指标,但不包含影响pH值变化的因素的信息（例如不同的咖啡,气体,锅炉金属材质发挥作用）.
在确定水的配方时,水的碱度是你需要了解的额外信息——它代表了水的抗变化能力.pH与碱度的关系就像凳子的温度与储热量一样.
pH值低意味着水呈酸性,但它不能告诉你有多少酸性物质,或者换句话说——有多少酸使pH值< 7.从感官角度看:对酸度的感知与饮料中可滴定酸度（总酸度）的多少直接相关.实际上,给定咖啡饮料的感知酸度等于从咖啡中萃取的酸量减去从水中的碱量.
这对咖啡专业人士意味着什么?在选择萃取咖啡用水时,将碱度控制在一定范围内要比pH值重要得多.
根据不同的萃取方式准备水配方
了解碱度和pH值可以帮助你了解水和咖啡是如何相互作用形成咖啡的酸度的.除了碱度外,这个等式中最大的因素是咖啡萃取比例.光谱测试不同咖啡萃取方式显示,饮料比例（水粉比）的差异高达10倍(ristretto咖啡为1.5,滴滤咖啡为15).这意味着,浓度最高的咖啡(意式浓缩咖啡)中的水仅仅为稀释程度最高的咖啡(滴滤咖啡)的10%.
这也意味着,对于浓缩咖啡,只有10%的碱度可以缓冲咖啡中的酸.水的碱度在萃取意式浓缩咖啡时应该要高得多.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.有来自不同来源的观察表明,在高总硬度水平(> 250ppm CaCO3)下存在"过萃取"的趋势,在低总硬度水平(< 40ppm CaCO3)下也存在"过萃"的趋势.然而,真实实验测量表明,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,基于滴滤咖啡或杯测实验,应该根据使用的饮料比例改变萃取浓缩咖啡用水的配方.然而,这种方法会导致与现实技术复杂性的冲突-尤其是咖啡机.
作为一个统一的组织,SCA的标准委员会渴望建立一个统一的水标准,并提供一个适用范围更加广泛的放大版,包容从滴滤咖啡到浓缩咖啡的冲煮比例上的差异.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).

左:简单扩展SCA标准(蓝色实线）.右:咖啡机和锅炉的技术安全区.
为了扩大浓缩咖啡的制备标准,将过滤制备标准乘以7.3,该系数对应于浓缩咖啡(饮料比2/beverage ratio 2)与滴滤咖啡(饮料比14.6/beverage ratio 14.6)之间的系数.然而,这使得新的浓缩咖啡标准进入了一个非常高的水垢形成区(每升水0.25-0.45克).可以通过配置避免导致严重水垢或潜在腐蚀的水成分,限制有效的使用范围,形成一个"技术安全"范围.
与SCA过滤制备标准相比,安全区内水总硬度（一公升水钙镁离子含量）较低(低至20ppm CaCO3),碱度高达150ppm CaCO3.
新标准存在局限性——但如果你有兴趣尝试用更高的碱度来软化特定咖啡的酸度,你还有发挥的空间.最简单方法是使用一个软化水处理器降低水总硬度同时保持水中较高的碱度.