About Brewing- Water 102

鹼度 Alkalinity 和總硬度 Total Hardness

鹼度 Alkalinity 有著很多不同名字包括碳酸硬度 Carbonate Hardness，暫時硬度 Temporary Hardness，也有來自德文 Karbonathärte 的短稱 KH 等等。看到鹼度這個字可能會令人聯想到 pH 酸鹼值中的鹼，可是其實鹼度跟 pH 沒有很明確的關係，鹼度相同的水它們的 pH 也不一定相同，反之亦然。 pH 值反映溶液 (這個情況下是水) 中的 H+離子含量，表示溶液是酸性還是鹼性。而鹼度 Alkalinity 則代表水裏面有多少 HCO3- ，可以跟有機酸中的 H+ 結合成 H2CO3 ，從而降低酸度。換句話說就是水可以容納多少酸才會變成酸性，也就是水對於酸的緩衝能力， Alkalinity 越高，我們可以感知的酸度越低。

我們沖煮的咖啡含有各式各樣的有機酸去建構成不同的風味，酸度，甚至 Body。適當的鹼度可以修飾比較尖銳的酸度，讓咖啡更平衡，相反若鹼度太高，會跟咖啡中的有機酸中和，導致整體酸度的降低甚至遮蓋風味。另外，高鹼度的水隨著萃取咖啡時發生更多與酸的中和作用，從而產生額外的二氧化碳可能會影響萃取率或導致萃取不平均。因此從 SCA 以及 Colonna-D & Hendon 對於鹼度的建議參數 (參閱下方附圖)，我們可以發現鹼度的建議範圍比較窄，因此可以理解沖煮用水對於鹼度有著相對嚴謹的要求。

總硬度 Total Hardness，又稱 General Hardness 或 GH，簡而言之是水裡面鎂離子 Mg2+和鈣離子 Ca2+ 的濃度，而它們的總和就是總硬度。實際上有部分離子也會影響硬度，但是基於在天然水裏面 Mg2+和 Ca2+的占比遠超其他離子，所以一般而然我們只計算它們的濃度。會被稱作「硬度」的原因是因為這些離子在相對高濃度的情況下在水中形成成分主要為 CaCO3 的固體沉積物，又稱水垢。而水垢會損壞設備，影響水壺或咖啡機內閥門，管道和鍋爐的效能和耐用性。

SCA 建議參數上我們只會找到鈣離子硬度 Calcium Hardness，這是因為過往的資訊大多只有證實 Ca2+對於萃取的影響。多年來不乏不同的研究去帶出 Mg2+對咖啡萃取的相關性 (發表於 2014 年的 The Role of Dissolved Cations in Coffee Extraction 有興趣的朋友可以看看，日後有機會再探討) ，時至今天 Ca2+ 和 Mg2+ 都會對萃取率做成正相關已經是廣為接受的說法，包括 SCA Water Quality Handbook 也採用了總硬度取代鈣離子硬度，亦指出水的總硬度越高，萃取咖啡的能力就越高。

Specialty Coffee Association. (2018). Existing recommendations on water compositions.

The SCA Water Quality Handbook p.25

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圖表引用自 SCA Water Quality Handbook，標示了 Colonna-Dashwood & Hendon, Scott Rao, SCAA 等等對於水質的建議參數，而在圖表的四個角落分別代表著相對極端的鹼度和硬度對萃取咖啡大機會做成的效果。

1）左上角 - 高硬度，低鹼度

咖啡物質包括有機酸被高硬度水裏大量的 Mg2+ Ca2+萃取，低鹼度水並沒有足夠 HCO3-緩衝，較少酸被中和，形成厚重，帶尖酸的咖啡。

2）右上角 - 高硬度，高鹼度

高硬度水提高萃取效率，大量酸被高鹼度中和，形成厚重混濁，風味模糊而低酸度的咖啡。

3）左下角 - 低硬度，低鹼度

低硬度水缺乏 Mg2+ Ca2+ 以致萃取效率較低，低鹼度意味著較少酸被中和，咖啡會帶有尖酸，風味比較空洞和薄弱。

4）右下角 - 低硬度，高鹼度

低硬度水缺乏 Mg2+ Ca2+ 以致萃取效率較低，酸被高鹼度中和，形成風味空洞薄弱的咖啡，低酸度同時帶有混濁的感覺。

書中也提及了圖表的建議參數其實大多以 Espresso 作為測試對象，而杯測，手沖，Aeropress 等等的沖煮咖啡因爲使用的水量比起 Espresso 多出很多，需要稍微減低鹼度去達至比較適合沖煮的範圍。

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這章牽涉了不少化學知識，我們盡力地把資訊簡化卻無可避免地造成某些資訊的混淆 (例如 Alkalinity 跟 Carbonate Hardness 實際上並不是完全一樣的東西) ，但希望能以此為大家提供較容易理解的框架，協助探討這項沖煮的重要元素。下一章我們將會進入到實測的環節，嘗試以另一角度去繼續解構鹼度，硬度，以及不同礦物質對於咖啡風味的影響。