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沖咖啡的水是什麼、硬水和軟水差在哪

沖咖啡的水通常含有鈣、鎂、碳酸氫鹽,有時還有自來水消毒用的氯。硬度主要取決於鈣、鎂含量,鹼度則描述水能中和多少酸。理解這兩項指標,有助於分辨水質對咖啡酸質與器具結垢的影響。

沖咖啡的水示意:熱水壺、溶在水裡的礦物,不是純水

沖咖啡的水在講什麼

手沖或其他濾泡方式使用的熱水,通常含有溶解物質,與實驗室中的純水不同。

水作為溶劑,會將咖啡中的可溶物質萃取出來,詳細過程可參考過萃與萃取不足。自來水、瓶裝水與經濾芯處理的水,通常仍含有鈣、鎂、碳酸氫鹽,有時還有消毒用的氯;這些成分會影響萃取結果與實際風味。

SCAA 2009 年的《Water for Brewing Specialty Coffee》提出,精品沖煮用水應無氣味、澄清,總氯為 0 mg/L;總溶解固形物(TDS)目標為 150 mg/L,可接受區間為 75 到 250 mg/L。這些是產業參考值,居家沖煮不必逐壺完全符合,數值達標也不保證風味一定符合喜好。

因此,理解沖煮用水時,除了水溫,也需要考慮其中溶解的礦物與其他成分。

硬水和軟水差在哪

美國地質調查局把硬度寫成:水裡溶了多少鈣和鎂。以碳酸鈣計,0 到 60 mg/L 叫軟水,61 到 120 mg/L 中硬,121 到 180 mg/L 硬水,超過 180 mg/L 很硬。

硬水加熱後容易形成碳酸鈣水垢,長期使用可能使水壺或家用咖啡機結垢。肥皂不易起泡、玻璃杯留下白膜,也常與水質硬度有關,可作為日常觀察的線索。

SCAA 把鈣硬度目標寫成 68 mg/L,可接受 17 到 85 mg/L。這裡是鈣硬度,與 USGS 同時考慮鈣、鎂的總硬度不同,不能直接套用其軟硬水分級。也不能只憑水的軟硬,判斷咖啡一定好喝或不好喝。硬度很高時,結垢風險比較大;硬度很低、幾乎沒有鈣鎂時,又是另一種溶劑。

2014 年 Hendon、Colonna-Dashwood 的計算化學研究指出,鎂離子與咖啡化合物的結合通常比鈣強,鈉與多數中性化合物的結合則較弱。作者據此推論,若以提高萃取量為目標,鎂較有利,而富含鈉的軟化水對風味的幫助有限。

軟水鈣鎂較少,硬水鈣鎂較多、加熱較易結垢
水的硬度主要取決於鈣、鎂含量。本圖為概念示意,不能取代實際水質檢驗。

硬度和鹼度不是同一件事

硬水有時被直接聯想到厚重口感與較弱的酸質,但影響酸質的關鍵往往是鹼度,而非硬度本身。Wellinger 在 SCA《25》雜誌說明,鹼度描述水中和酸、抵抗 pH 變化的能力。當水的 pH 接近中性時,鹼度通常比 pH 數值更能影響咖啡的酸質表現。

他用的對照是:你喝到的酸,比較接近從咖啡萃出來的酸,中和水中的鹼性物質。鹼度太高,水果般的明亮酸比較容易被中和掉。

硬度主要取決於鈣、鎂含量,鹼度則主要與碳酸氫鹽等緩衝物質有關。離子交換軟水器常將鈣、鎂換成鈉,因此硬度下降時,鹼度未必隨之下降。Hendon 的研究也指出,增加鈉對多數風味化合物的結合幫助有限。

Wellinger 記錄過總硬度很高時,飲用者認為風味像過萃;很低時,則像萃取不足。不過,同一篇文章也指出,實驗中合理範圍內的硬度變化,未必明顯影響整體萃取效率。濾泡與義式濃縮的粉水比差異也很大,因此水質目標需要配合沖煮方式,不能直接套用。

硬度看鈣鎂,鹼度看碳酸氫鹽能中和多少酸
左側呈現與鈣、鎂含量有關的硬度,右側呈現中和酸能力的鹼度,兩者是不同的水質指標。

家裡沖咖啡會受影響嗎?

各地自來水差異很大。USGS 提醒,區域硬度地圖不能代表個別住家的水質,仍應查閱當地供水資料。

SCAA 2009 年將總氯目標設為 0 mg/L。自來水常以氯消毒,若未適當處理,咖啡有時會帶有消毒水氣味。去除氯與異味、調整礦物含量是不同的處理目標;碳濾芯常用於前者,未必會改變水的硬度或鹼度。

蒸餾水、逆滲透水常常幾乎沒有礦物,TDS 會落在 SCAA 寫的 75 mg/L 下面。

水的礦物組成與中和酸的能力會影響萃取及風味,但咖啡濃度與粉水比的關係更直接,萃取速度也受研磨粗細與接觸時間影響。判斷酸味或苦味的原因時,需要一併考慮這些沖煮條件。

常見誤解

  • 硬水一定泡不出好喝的咖啡嗎?

    不一定。USGS 將硬度定義為水中鈣、鎂的含量;SCAA 2009 年的鈣硬度參考區間,也不支持水越軟越好的說法。硬度很高時,結垢風險較大;鹼度太高時,咖啡酸質較容易減弱。實際風味仍取決於水質與咖啡批次的搭配。

  • 硬度和鹼度是同一件事嗎?

    不是。硬度主要取決於鈣、鎂含量,鹼度則與碳酸氫鹽等能中和酸的物質有關。Wellinger 指出,水接近中性時,鹼度對咖啡酸質的影響通常大於 pH 數值。離子交換軟水器常將鈣、鎂換成鈉,因此硬度下降時,鹼度未必隨之下降。

  • 蒸餾水或純水最乾淨,最適合沖咖啡嗎?

    不一定。SCAA 2009 年的 TDS 可接受區間為 75 到 250 mg/L,幾乎不含礦物的水會低於這個範圍。Wellinger 也記錄過總硬度很低時,飲用者認為風味像萃取不足的情況。水是否乾淨、是否含氯,與礦物含量是不同的考量。

  • 自來水一定不能用嗎?

    不一定。可以先了解當地自來水的硬度、鹼度,以及是否有氯味。SCAA 2009 年將總氯目標設為 0 mg/L,但各地水質差異很大,不能以單一城市的情況概括所有自來水。

  • 水不對,是不是就是過萃或萃取不足?

    不一定。研磨粗細、粉水比與接觸時間也會影響萃取。水質涉及礦物組成與中和酸的能力,不能只憑風味就把問題歸為過萃或萃取不足,詳見〈過萃與萃取不足〉。

參考來源與說明

  • SCAA Standard, Water for Brewing Specialty Coffee, 21 November 2009 :這份 2009 年產業參考要求沖煮用水無氣味、澄清,總氯為 0 mg/L;TDS 目標為 150 mg/L,可接受 75–250 mg/L。鈣硬度目標為 68 mg/L(以碳酸鈣計),可接受 17–85 mg/L;總鹼度約為 40 mg/L。pH 目標為 7.0,可接受 6.5–7.5,鈉含量約為 10 mg/L。這些數值供沖煮參考,不是居家每壺用水都必須符合的要求,也不能保證風味。
  • U.S. Geological Survey, Hardness of Water :說明硬度主要取決於水中溶解的鈣、鎂。以碳酸鈣計,0–60 mg/L 為軟水,61–120 mg/L 為中硬水,121–180 mg/L 為硬水,超過 180 mg/L 為很硬的水。硬水加熱會形成碳酸鈣水垢,也可能使家用咖啡機結垢。硬度本身通常不被視為健康危害;各地水質差異大,個別住家的資料應向當地供水單位查詢。
  • Hendon, Colonna-Dashwood, and Colonna-Dashwood, The Role of Dissolved Cations in Coffee Extraction, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014 :以計算化學探討溶解的鈉、鎂、鈣與咖啡化合物的配位作用及其對萃取的影響。結果顯示,鎂的結合通常比鈣強,鈉與多數中性化合物的結合則較弱。作者據此推論,若以提高萃取量為目標,鎂較有利,富含鈉的軟化水對風味的幫助有限。文中也指出碳酸氫鹽、碳酸鹽中和部分酸的作用很重要,但未完整研究這項作用。
  • Wellinger, Water and Coffee Acidity, SCA 25 Magazine, Issue 9 :說明鹼度與水中和酸、抵抗 pH 變化的能力有關。水接近中性時,鹼度對咖啡酸質的影響通常大於 pH 數值;感知酸質則與萃出酸和水中鹼性物質的中和作用有關。總硬度與鹼度是不同指標。報導記錄了高硬度被形容為過萃、低硬度被形容為萃取不足的情況,但也指出,實驗中合理範圍內的硬度變化未必明顯影響整體萃取效率。濾泡與義式濃縮的比例不同,水質目標不宜直接套用。文章刊出時,SCA 仍在整合舊 SCAA 標準。
  • SCAA Standard, Golden Cup, revised 23 December 2015 :提供濾泡咖啡的粉水比、接觸水溫與萃取率參考。本文討論水質時,仍需一併考慮研磨、比例與其他沖煮變因;礦物組成及中和酸的能力不能單獨解釋所有風味差異。