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pH值與水

理論上來說，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，只會在特別的實驗室裡＂短暫的存在＂。道理很簡單，因為水是很好的溶劑，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)便會融進水裡面形成碳酸(H₂CO₃)，碳酸便會解離出一個氫離子，而使水容易形成酸性，氫離子在與結合便形成水合氫離子(hydronium, H₃O⁺)，反應如下：

 CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃           H₂CO₃ + H₂O ⇌  HCO₃^-+H₃O⁺

所以在實務上，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。pH低於7的水我們稱為Acid, 反之我們稱為Alkaline。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等形容詞會出現。

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，檸檬酸變強於蘋果酸，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，他在水中的解離常屬較低，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bicarbonate的緩衝系統中和，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acidity。

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，同時香氣也會因部分具有香氣的酸被中和而減弱。而咖啡的甜和鹹的溶解度不會被影響，但是因為酸降低了，因此平衡感則會因為往苦甜鹹偏移而被破壞。因此以Alkaline高（通常TDS也高）的水沖煮咖啡會在口感上有dull(沉悶的),  flat (單調的)形容詞會出現。

緩衝酸的系統(Alkalinity)

指的是水溶液能夠緩衝acid酸的能力，概念是這樣的，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，弱勢水溶液裡面有緩衝系統的話，則以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。碳酸鹽屬於鹼性(Basic)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。碳酸氫鹽屬於弱酸性(weak acid)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，造成了TDS以及有些會形成硬度Hardness。

緩衝的原理，假設Na₂CO₃，NaHCO₃溶於水解離成 Na⁺, CO₃^2-,　HCO₃^-,　等離子當咖啡裡某酸性物質遇水解離時，其反應為：

HA+ H₂O⇌  A^- + H₃O⁺  

造成酸值(H₃O⁺ )上升，但是此時若是水溶液裡面有碳酸氫鹽，或是碳酸鹽，此二者都有能力把釋放出來的氫離子(H₃O⁺ )中和成水，其反應如下：

H₃O⁺+HCO₃^- ⇌H₂CO₃ + H₂O (碳酸氫鹽的反應)

2H₃O⁺+CO₃^2- ⇌ H₃O⁺ HCO₃^- + H₂O ⇌H₂CO₃ + 2H₂O　(碳酸鹽的反應，分兩步驟進行，第一步先形成碳酸氫鹽，第二步再反應成碳酸)

因此，水溶液裡面若有碳酸鹽（因不易溶於水，較少）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，這個數量會被一起算在TDS裡面。

硬度（Hardness)

也就是硬水，硬水的定義是水中含有過多的礦物質，多為鈣鎂等金屬離子，當地表水流經石灰岩地形時，順帶將含有鈣鎂等礦物質的鹽類溶解便會造成硬水的產生，喝起來有土味，或是鹼味，其實對喝慣RO水的人來說，口感不是很好。另外尚有其他金屬離子也會造成硬水，但因量較少在此不予討論。硬水的單位也是mg/L。而硬水又分為暫時硬水以及永久硬水。

暫時硬水Temporary Hardness, or Carbonate Hardness,，是以鈣鎂的碳酸氫鹽為主的硬水，為何稱為暫時呢，因為此種硬水一旦沸騰後，碳酸氫根離子會進一步形成碳酸根離子，而碳酸根離子會和鈣鎂等形成碳酸鈣或是碳酸鎂沉澱，一旦沉澱以後（此沉澱物就是我們俗稱的水垢scale）水溶液中便沒有鈣鎂等離子，此時水的硬度便會下降或是消失，我們稱之為暫時硬水。另Carbonate Hardness同時也會貢獻Carnonate alkalinity。

永久硬水Permanent Hardness，是以是以鈣鎂的硫酸鹽為主的硬水，此種成分的硬水無法藉由煮沸產生沉澱而去除，

而暫時硬度和永久硬度綜合起來就稱為總硬度，理想的總硬度Hardness落在70-80 mg/。

談了這麼多，各位看官應該可以接受我之前要講述的重點吧，

      "要講究咖啡沖煮  TDS is not the whole story!"

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