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水化学101
在精品咖啡行业，水化学并没有得到它应有的重视。大家可能都听说过“咖啡中98.75%的成分是水”这句话，但很少有人意识到水对其余那1.25%的成分影响有多大。只经过碳过滤的水单独尝起来或许不错，但它不一定能让你的高价竞拍批次肯尼亚尝起来比用优质水冲泡的肯尼亚FAQ好。
基础知识
众所周知，冲泡用的水要先经过碳过滤，而且没有异味，但这仅仅只是优质冲泡用水的基本要求。为了得到更好喝的咖啡（或茶、espresso），所用的水应该是中性酸碱度，有一定的硬度、含碱量、和总溶解固体量（TDS）。
以下是与咖啡制作有关水化学术语。
总溶解固体量（TDS）：水中分布的小于2微米的化学物质的总和，计量单位mg/L或ppm。
硬度：主要用于计量溶于水的钙离子和镁离子，尽管水中还有其他的矿物质。计量单位mg/L或格令/加仑。
pH值 : 通过氢离子活度计量溶液的酸碱性，数值7.0为中性。
酸性：溶液的pH值低于7.0。
碱性：溶液的pH值高于7.0。
含碱量：溶液对酸的缓冲能力，计量单位mg/L。
用来描述水的化学参数有多种计量单位，为简单起见，笔者选用mg/L（毫克每升，或百万分之一）作为TDS、硬度、含碱量的测量单位。
溶液可以呈碱性但只有很低的含碱量，反之亦然。用政派来做个类比，把碱性看成右派，而酸性是左派。碱性温和保守，酸性自由激进。（此处不包含任何政治观点！）含碱量可以看做反抗变得更自由的一种顽固性格。毫无疑问，一个人可能是左派，也可以是右派（酸性或碱性），但他仍然可以选择反抗变得更自由（高含碱量），或接受变得更自由（底含碱量）。
术语
“含碱量”和“碱性”说的不是同一个东西。“碱性”特指溶液的pH值在7.01~14之间；而“含碱量”特指溶液对酸的缓冲能力，或者说，抵抗变得更加呈酸性的能力。
硬度和含碱量之间的关系也需要澄清。硬度来源于钙离子、镁离子，和其他正离子（正电荷离子）。含碱量来源于碳酸盐、碳酸氢盐，和其他负离子（负电荷离子）。碳酸钙这样的化合物由硬度和含碱量两者构成，因为它同时包含了钙（硬度）和碳酸盐（含碱量）；而碳酸氢钠就只由含碱量构成。一般软水器的工作原理是把水里的钙更换成钠，这样就减少了硬度，但是对含碱量没有影响。
水壶里的水垢是硬水加热后碳酸钙沉淀的产物，水垢的沉淀能够降低水的硬度和含碱量。从长期来看，水垢会严重损害你的意式咖啡机。从短期来看，水垢能迅速阻塞细的阀门和管道，对泵过滤器和热交换器的影响尤其明显。
意式咖啡机制造商通常推荐使用软水器来保护机器。软水器可以保护你的机器，但是也可能毁了你的出品（详见本章“水处理选项”）。
冲煮用水标准
笔者推荐使用符合下列标准的水来冲泡咖啡、茶、和意式浓缩。
很多行业规范提倡的硬度和TDS比上面列出来的要略高一点，使用那些标准也能做出一些好咖啡，但我不推荐使用它来制作espresso，因为那会提高生成水垢的风险。
从理论上说，硬度比80 mg/L略高一点的水，在标准的意式浓缩冲泡水温下不会生成水垢。但事实上，考虑到机器的温度、水处理系统对硬度的影响，我宁愿过分谨慎一些。尤其是对于泵过滤器和热处理器，一点点水垢就能极大程度影响这两个小东西的表现。
请注意：硬度在70 mg/L的水在蒸汽锅炉的标准温度下会产生水垢。如果既想保护锅炉，又想使用优质水来冲泡，只有一个办法，就是给意式机的两条线路分别使用不同硬度的水。
水化学对咖啡风味的影响
简单来说，已经溶解在冲煮用水中的“东西”越少，水能从咖啡粉中溶解出的“东西”就越多。如果水本身的TDS值太高，那它的溶解能力就较弱，不能从咖啡粉中萃出充足的可溶解物。水的TDS值太低，则做出的咖啡会有尖锐、粗劣的风味，而且通常会明亮得过头了。
硬水并不会破坏咖啡和espresso的出品。即便咖啡机使用的水质非常硬，在实际冲煮时也不会有那么硬，因为在标准的冲泡温度下，很多构成硬度的物质会沉淀为水垢。不幸的是，水垢会损坏或影响热交换器、节流器、流量计、阀门、加热组件，以及与这些东西相连的部件。因此，硬水出好咖啡，但是毁机器。
碱性水或者含碱量高的水做出的咖啡风味暗沉、毛刺、平淡。含碱量高的水会中和咖啡的酸性，导致咖啡液的酸味减少。如果含碱量太低，做出的咖啡又会过于明亮，而且太酸。
酸性水出品的咖啡明亮度、平衡度高。但呈酸性而且含碱量低的水很可能会腐蚀水壶。
水的处理
测量水质的装备可以从水过滤公司和水族行业供应商的网站上获取。每一个咖啡馆都应该对水质进行测量，不管是自来水还是过滤后的水。你可以自己购买测量工具，或者把水样寄到水处理公司。请注意：自来水的水质一年到头都在变化，理想的水处理系统最好可以针对每个季节的变化来进行调节。
水处理选项
根据你的测量结果，可以试一下下面的水处理方法。
碳过滤：能够改进水的口感和气味，但是对TDS和硬度的作用甚微。每个咖啡馆都应该在沉淀物过滤器之前装置一个碳过滤器，作为水处理的第一阶段。
反渗透：能够去除90%的TDS、硬度、含碱量。RO直出水对于冲泡意式浓缩、茶和咖啡来说过于纯净，RO水应该与富含矿物质、碳过滤后的水混合在一起使用，或重新矿化后再使用。反渗透系统有点昂贵，而且会浪费很多水，但是维护量则相对较少。TDS或硬度太高的水还要先做预处理，否则RO膜的使用强度太大，很快会被堵塞。
离子交换树脂：类型多样，包括软化剂、脱碱剂、去离子剂。
• 脱碱剂：把碳酸盐和碳酸氢盐转化成氯化物或者氢氧基。能够在不改变硬度和矿物质含量的基础上减少含碱量。
• 软化剂：把钙离子转化成钠离子，以减少硬度。软化剂通常用来预防意式咖啡机结垢。在制作espresso时并不推荐把硬水完全软化，因为会让咖啡粉颗粒的浸湿速度变慢，导致espresso的过滤时间太长，从而需要较粗的研磨度来加速水流。软化过程中产生的碳酸氢钠（小苏打）还会使咖啡粉颗粒凝结，导致过滤不稳定、不均匀。如果非要软化不可，那么软水通常应该与富含矿物质、碳过滤后的水混合，或重新矿化后再使用。最后，不推荐使用硬度低于80 mg/L的软水。
• 去离子剂、除矿物质剂：通过阴离子树脂转换阴离子床和阳离子床，来制作纯净（或几乎纯净）的无离子水。和RO水一样，去离子水应该与富含矿物质、碳过滤后的水混合，或重新矿化后，再用于冲泡咖啡。
• 重新矿化剂：往水中加入矿物质，用于提高TDS、含碱量、硬度。
如何选择水处理系统
在决定如何对水进行处理之前，一定要先对其进行测试。如果你的运气够好，咖啡馆用水的硬度、含碱量和TDS数值都在合理范围，那么只需要做一下沉淀物过滤和碳过滤即可。几乎任何一个水处理系统都包含了沉淀物过滤和碳过滤装置。
如果你的水TDS值很高，但是硬度：含碱量的比例合理，那就可以使用碳过滤水和RO水或去离子水的混合水；如果比例合理但硬度和含碱量的数量不够，就要使用重新矿化剂。
如果硬度：含碱量的比例非常失调，你的水可能需要做反渗透处理或去离子处理，来去除水中几乎全部的离子。然后再重新矿化，构造出期望的数值。
还有很多其他情况和对应的解决方案，在购买之前最好找一位专家进行咨询，这位专家一定要能够理解水的化学参数平衡的重要性，而且在购买环节中没有利益关系。
有趣的是，我发现适合用来制作茶、咖啡、espresso的水，化学参数非常接近或完全一样。而且茶——更具体一点——乌龙茶、白茶、绿茶，对水质更加敏感，因为茶叶里的可溶解物质比咖啡少多了，水中的物质的影响就成比例的放大，最后对茶的品质的影响也被放大。
去除水垢
如果你的机器有泵过滤器或者热交换器，那么每几个月都要定期检查这些管道有没有水垢。发现水垢后，可将管道进行更换。这些管口发生的故障是一个警告信号，这时你应该注意到水的硬度可能太高了。比方说，从出品头出来的水流速度很慢，可能预示着泵过滤器堵塞。
如果你的机器有严重的水垢问题，那就有必要拆机除垢了。除垢简直是一场噩梦，要先把水垢弄碎，然后用酸液浸泡。笔者强烈建议你把结垢的机器送给有经验的公司处理，或者干脆以此为由买一台你垂涎已久的新机器。
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2017-08-22 17:37:48
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