傑姆斯磁鐵法：水硬度對咖啡的影響

導言

水質，包含總硬度、鹼硬度、pH值、水源等主要因素。一般咖啡萃取所指的「水質」，大多指代「總硬度」。本文將用儘可能簡單的陳述解釋相關用詞，並總結出一套極簡但科學的邏輯方法，來理解水硬度對咖啡的影響。

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1、萃取≠溶解

萃取的實質是指A物質中的離子，從B物質中置換出B的離子進入A。

咖啡圈常說的「萃取」在很長一段時間內，僅指代物理「溶解」，並未考慮化學上的「萃取」概念。也就是說，只考慮了飽和度。

2、飽和度

指水溶性物質在特定溫度下溶解於水的最大值，一般以重量記。

任何水溶性物質的飽和度都不是恆定的，會隨溫度變化、壓力變化而變化，比如濃縮。

假設同樣一支豆在濃縮和滴濾兩次製作中都完美萃取，濃縮的極高濃度取決於其各水溶性物質相比滴濾有著高得多的飽和度，因為在手柄中的高壓；而濃縮液體進入常壓中的杯子時，一部分過飽和的物質會析出結晶，一部分未來得及結晶，故會出現不同於滴濾的厚重感、顆粒感、絲滑感或其他觸感明顯的口感觸覺。

3、水的總硬度

指水中鈣、鎂、碳酸鹽、氯化物和其他鹽類的總濃度，加熱後碳酸鹽類分解沉澱，就不再計入總硬度。

咖啡圈常用的水硬度計量單位同美國，即ppm，指每升水中含有1毫克碳酸鈣就為1ppm。

一般咖啡用水硬度在100-140ppm，略高或略低也可以，根據咖啡本身及沖煮方案而定，沒有標準硬度值。

4、總硬度的萃取能力

理論上，水的硬度越高，萃取能力越強，越容易萃取咖啡——而非越難，為什麼？

因為首先，這裡只討論硬度，即水中的鈣離子、鎂離子、氯化物等，不討論「飽和度」；

其次，萃取的化學屬性為「置換」，水硬度越高，含有各類離子就越多，置換能力就越強，故萃取能力就越強，所以越容易萃取咖啡。比如相同條件下，100ppm的水萃取咖啡，就比0ppm萃取的萃取率更高。

那為什麼高硬度的水反而無法有效萃取咖啡，萃取率反而降低呢？

5、磁鐵速記法

我們把上述「萃取能力」及「飽和度」合併思考，並把所有計量單位記為「磁鐵」。

1ppm的硬度就相當於水中有1塊磁鐵；

假設一份水對於A咖啡中所有水溶性物質及各類水硬度離子的總飽和度為400，即400塊磁鐵；

假設0ppm的純水本身能溶解100磁鐵的A咖啡；

1ppm硬度的水就能從A咖啡中多吸出另1磁鐵的物質，加起來就是102磁鐵；

那麼100ppm的水就能萃取100（0ppm水能溶解的A）+100（100ppm的離子吸出的A）=200磁鐵的A咖啡+自身硬度100ppm，就是300磁鐵，萃取能力就是100磁鐵；

150ppm的水就能萃取250磁鐵的A咖啡（100+150）+自身硬度150ppm，就是400磁鐵，萃取能力就是150磁鐵，強於100ppm；

而當硬度到達200ppm時，萃取能力是多少？

0ppm的水自身能溶解100磁鐵，200ppm理論上能置換200磁鐵出來，但總飽和度只有400磁鐵，400-100-200=100，雖然硬度高於150ppm，但萃取能力僅為100磁鐵；

同理，250ppm的水，萃取A的萃取能力僅為50ppm。

後記

真實情況會比僅有兩個變數的圖表複雜得多得多，這套磁鐵邏輯法目的是幫助理解水硬度對萃取能力乃至最終結果「萃取率」的影響成因，以及矯正對於硬度的曲解或誤解，將原本可能敘述矛盾的概念進可能梳理清晰客觀。

水的萃取能力對咖啡風味的影響，是導向性的，意思是硬度的高低、萃取能力的強弱，只決定風味出現的範圍及可能性，而並非萃取能力最強就是最好，比如深烘的豆子，用超強萃取力且在飽和度範圍內的的水去沖煮，分分鐘過萃。

另外，不同離子置換出的物質影響也不盡相同，鎂離子有助於提升更好的酸質、鈣離子有助於平衡性和風味等。

PS：理論參考《Water for Coffee》。