咖啡的水科學：萃取原理、水質檢測與參數調整，全面揭露咖啡風味之謎

名人推薦：社團法人台灣咖啡協會理事長　吳怡玲

Simple Kaffa興波咖啡 共同創辦人、2016 WBC 世界咖啡師大賽冠軍　吳則霖Berg Wu

台北精品咖啡商業發展協會 第三屆理事長　徐國智

歐舍咖啡、《尋豆師》作者　許寶霖

咖啡空少　Jerry

（依姓氏筆劃排列）

◆ 對咖啡而言，水是什麼？

咖啡與茶已經成為世界流行的飲品，不僅受到大眾喜愛，也深深滲入我們的日常生活中。據說在許多先進國家中，咖啡已經成為一種文化，對生活方式有著直接和間接的影響。雖然在國內還沒這麼明顯，但飲料種類比過去多、萃取方式也更廣泛且不斷地推陳出新都是事實。

►►掌握水質才能萃取優質咖啡

為了完整重現咖啡風味，從星巴克這類全球企業到獨立咖啡店，其萃取方式大多都是以實用性為主，利用科學方法，盡可能地減少變數，而萃取方式的日益簡化，也讓咖啡越來越流行。撇開萃取方式及相關變數，在這部分我們會將重點放在水質管理上。

只看用水的話，會發現全世界的原水型態是不一樣的，也因此水勢必會有所差異。即使是住在同一個國家的同一座城市裡，也會因區域內水的來源及條件等不同而使水產生差異。行銷專家羅尼特（Ronit Erlitzk）曾說：「因為從水路到每個人家裡的水龍頭都不盡相同，所以每個家庭的水質都是不一樣的。」

這樣的論點可以反映在連鎖咖啡店的營運中，因為位置的關係，各店家使用的水有所不同，也會選用不同的濾水器。所以，先掌握自己正在喝的水裡面含有什麼成分，才是最重要的。了解此點，才是萃取出優質飲料的根本方法。

►►沒有完美的淨水系統

義式咖啡機品牌La marzocco 的產品經理史考特（Scott Guglielmino）曾表示：「絕對不要向那些連你喝的水都沒做過測試的人購買濾水器或給水裝置（water unit）。他們對於機器是用什麼方法進行過濾，又是如何作用的，會懂得多少呢？」

近來，為了簡易測試自己喝的水，會特別注意TDS 值（Total dissolved solids，總固體溶解量）。利用市售工具來檢測礦物質、鹽分、金屬等所有溶於水中的物質含量。如果TDS 值過高，只是代表礦物質含量太高，沒什麼特別意義。想要確實掌握水中的礦物質及汙染物，個人認為直接向專家請教是最好的。因為有些人會告訴你逆滲透（Reverse osmosis；RO）是最好的；有些人則會說淨水系統才是對的。但謹記一點：沒有任何「一個系統」可以完全解決「問題」。

其實就是看自己覺得最需要解決的問題是什麼，並選擇最適合此方向的解決方法。不過也許有人會這麼說：「那麼如果要對咖啡店的水質進行管理，或是萃取出一杯優質的咖啡，又需要什麼呢？」

這個問題就跟「該怎麼做才能完美地萃取出一杯咖啡？」有異曲同工之妙。可惜的是這問題並沒有這麼簡單，畢竟就連咖啡店都會根據想要的咖啡味道，而去改變水質。

►►咖啡與水的實驗逐漸增多

所謂的水化學，其實就是各個水源地的汙染物質之間所產生的物理化學反應的複雜組合。因此比起只看單一部分，更重要的是把握整個大原則。所以本書將會說明「水在咖啡中的重要性」，以及「『水』是改變咖啡風味的因子，也是最大的獨立變數」。近來許多咖啡店、補習班及咖啡業者都在強調水的重要性，也提供了更多樣的實驗，包含不同水質及各種咖啡風味的測試。但也因此，在未來的咖啡產業中，「水」及「化學水」的相關資訊勢必會越來越氾濫，將導致我們更加地混亂，也讓人擔心到底能夠理解多少。

本書不求做為引導未來方向的指標性教材，但仍希望當讀者不知道關於水該從何處下手時、無法理解自己得到的實驗結果時、不知道如何選擇濾水器時，能當個小小的指引。



◆ 為什麼要研究咖啡水科學？

與烘焙條件及研磨粒子等萃取變數相比，咖啡中的水向來不受重視。僅被視為是用來保護機器及預防水垢。而在萃取層面，為了掌握咖啡的風味，我們一邊從材料的重要性及萃取變數進行逆推，一邊則利用生豆變成熟豆的繁複工程及改良後的萃取器具，不斷努力試著提升咖啡的品質。有時當味道產生變化時，我們只會去調整烘焙手法、研磨度及萃取條件等等，全然不會考慮到其他因素。這是因為我們認為水質只是在管理機器、設備時才會衍生出的問題，並不會想到要將水的來源及變化等條件與咖啡風味做聯結。然而這樣的氛圍卻從幾年前開始，漸漸產生了變化。現今，咖啡中的水已經不再只是單純的萃取工具，而是直接影響風味的因素了。

►►濾水器多樣化

在咖啡展中隨處可看到濾水器業者，也能接觸到許多濾水器產品。甚至有淨水系統已經能直接操控影響咖啡風味的礦物質。當然那樣特殊的濾水器價格自然不菲，但總的來說，整體的面貌已不同以往。過去就只是跟著安裝大家都在用的活性碳濾水器，或是將其掛在牆上，順便把該品牌當作咖啡店內的裝潢，因此會強烈地覺得只是在使用特定品牌的產品，現在則是走向更謹慎地比較各品牌的功能。舉例來說，從選擇特定品牌→選用活性碳濾水器→比較濾水器相關細節→確認能否控制礦物質→一直到是否會影響風味。雖說可能會因為價格競爭而使選擇受限，但我們能控制的水及其相關因素已經漸漸多樣化且更加細微了，這可以說是很大的改變。

►►水的研究及講座日益增加

雖然過去可以在咖啡展主辦的研討會上，參加以咖啡與水的相互關係為主題的演講，但從兩、三年前開始，就連補習班、咖啡店以及一些知名濃縮咖啡機銷售業者都會自行舉辦研討會。說個題外話，是我最近才得知的訊息，據說過去也曾刊載過水與咖啡風味的相關文章。正確來說是2004年，在咖啡雜誌上提到了左右咖啡風味的關鍵是「水」，儘管那也只是一篇屬於傳達整體概括資訊的報導；而在2008 年則有成長中的「礦泉水市場」；2014 年時連載了關於〈水中的礦物質與咖啡味道特性的相關性〉研究。大約在過去十年間，從單純報導轉換為提出研究結果報告等的科學資料，漸漸喚起我們對水的重視。此外，包含到目前為止直接實驗的經驗談，以及咖啡人與濾水器業者所提出與水相關的文章，還有主修水的理工科學者，甚至在其他飲料及料理領域也都不斷地強調水的重要性。

現在，不管在哪，都很容易就能參與到經過實驗而舉辦的水主題講座。據筆者親身經歷，研討會的主題多為水的物理化學特性、水的重要性，以及利用生活中可取得的不同水質所萃取出來的咖啡進行盲測。在檢查市售水的TDS 值後，用蒸餾水萃取出來的咖啡一起進行感官分析。持續舉辦這些具備優質內容的研討會，可以說是很鼓舞人心的事情。

然而比較可惜的是，大部分的實驗方法及結果都一樣，雖然能輕易找到相關資訊，可是較深入的觀察結果及解釋卻不多。儘管我們對水產生了興趣，但由於水是不斷流動且與許多現象有關聯的，所以又會產生變化，因此過去我們一直無法輕易開啟對水的研究，也無法深入挖掘並得出結論。但是我認為在研究咖啡味道時，能夠在咖啡之外，開始針對水的屬性進行討論的這個行為本身，就已經往前邁進了一大步。天天喝的美式咖啡味道變了？光是會想到有可能是水造成的，其實就很值得刮目相看了。

►►咖啡師的致勝關鍵

咖啡師們對水的關注度也增加了。參加比賽的咖啡師們不只強調咖啡豆，也會提到萃取水的重要性。像是以出版作品活躍於線上的英國咖啡師大賽冠軍，麥斯威爾（Maxwell Colonna-Dashwood），就選用鹼性水做為萃取水，透過調節酸度試圖了解咖啡風味的變化，這點令我印象深刻。其實大賽中，有官方指定用水及特定的濾水器系統，但這樣利用自己準備的萃取水，演示如何控制咖啡風味，探討更深入內容的行為，不僅讓大家知道水的重要性，也是展現水能夠運用在現實生活的絕佳範本。



◆ 理想的沖煮水質基準

目前為止，我們從各方面概括性地了解了水、濾器原理及適合的萃取方式。雖然沒有確切的答案，但不管選用哪種方法，都有其優缺點。而由於每個人所追尋的方向，雖然都會接近本質，但一方面還是會因為找不到完美答案而感到煩悶。但即便範圍再廣，應該仍舊會有個基準值。因此我選用的是SCAA 的咖啡沖泡水質標準，此標準不僅廣為人知，也有許多針對此標準進行的實驗及測試，且國外許多前期研究也都曾參考過。

►►SCAA 的水質基準

適量的礦物質能使水質味道更佳，大部分是由鈣、鎂、鉀及矽酸等組成，據說這些物質的殘留濃度為100ppm時，能夠表現出最佳風味。含量過多則會改變水的味道。過多的鈣會產生鹹味；過多的鎂則會形成苦味。

根據SCAA 的水質基準（water standards），理想水質的TDS 值應為150mg/L，而75 ∼ 250mg/L 是可容許的範圍；另外理想硬度則為68mg/L，17 ∼ 85mg/L 為可容許範圍。

此外，用來杯測的水也有基準值。在SCAA 的咖啡杯測規程（cupping protocol）中，建議大家使用過濾後的水或是市售的礦泉水來進行，並不推薦蒸餾水或軟水。理想的TDS 值介於135 ∼ 175ppm 間，低於100ppm 或高於250ppm 時均不選用。

根據咖啡沖煮中心的說法，溶解性固體總量超過300ppm、水的總硬度超過150ppm、鈣及鎂含量超過100ppm，以及鹼度（碳酸、重碳酸鹽等）超過100ppm、鈉與鉀超過500ppm 時，都會降低我們所飲用的咖啡品質。

►►SCAA的咖啡品評結果

過去SCAA 的技術開發團隊曾進行品評咖啡的相關實驗。方法就跟我們現在常見的一樣，用同一種咖啡，僅改變TDS 值來進行杯測。實驗結果證明，TDS 值不同，風味也會有所不同。實驗是以盲測的方式進行，僅將TDS 值定為主要變數，包含咖啡豆、研磨度及萃取器具皆為一致，甚至還使用了標準的礦物質試劑。下圖為實驗結果，由於解說上可能難與原文表達一致，因此此處以原文表示。當時評審們認為三種中，以TDS 值為150mg/L者提取出的風味最優秀。

而在這之後更進行了第二次實驗。萃取條件都與之前相同，只是將TDS 濃度改為125mg/L、150mg/L、175mg/L。這次關鍵在於，三者之間差異不過只有25mg/L 的微小差異，到底能不能對咖啡風味產生影響呢？令人印象深刻的是，即使差異極小，但實驗員們都還是能夠分辨咖啡風味的差異。也就是說，TDS 值為125mg/L 及175mg/L 時，感覺不到酸味及醇厚感間的平衡；而TDS 值為150mg/L 時，味道是最佳的。



◆ 水質分析及淨水系統

那麼，到底要選擇什麼樣的水，才能夠保證得到最佳的結果呢？雖然至今尚未有正確答案，但是可以從各方面給大家一些建議。在那之前，先來看一下市售水的種類及日益進步的淨水過程。要選擇飲用水或是萃取水，都會根據自己想要什麼樣的結果而有所不同，如何判斷也全憑個人。雖然對於味道的喜好，是建立在個人偏好的基礎上，但也會有所謂的優缺點，因此在選擇任何一種水質之前，先建立基本背景知識都是有幫助的。

►►自來水

不同國家、不同地區間，差異最大的就是自來水（Tap Water）。由於源頭地形的型態、淨水過程，以及政府對水質的改善政策等，現今水中的大量礦物質及浮游物質，已經不像過去對人體那麼有危害了。但如果想當飲用水來喝，建議可留意該地區的水質，並且將水煮沸以去除氯成分後再飲用。

►►蒸餾水

乍聽之下，好像會覺得蒸餾水（Distilled Water）是具備最嚴苛條件的水質。即使是業界知名人士都曾說蒸餾水極為純淨，因此才能在萃取咖啡時，表現出咖啡最初的原始風味。事實上，蒸餾水本身是不含礦物質的水。如同前期研究所提，蒸餾水的味道極為平淡，如果用來萃取飲料，反而會帶來黯淡、無趣的口感。

除此之外，也有人說喝蒸餾水傷身，但已被證實是誤傳。這種誤傳是因為蒸餾水會導致細胞破裂。為了維持細胞內外鹽分濃度的平衡，水分子會穿越細胞膜至細胞內（細胞質），因此細胞中會有一定量的水，一旦水過多時，會因內部壓力，使細胞膨脹而產生破裂。但事實上，人體中具有防範此現象的機能，所以不會嚴重到造成上述傷害。因此可以說，飲用蒸餾水並不會對健康造成什麼巨大危害。

►►礦泉水

礦泉水（Bottled water）的價格雖高，但飲用味道較佳。因為有少量礦物質（標籤上總會標示鈣、鎂、鈉、鉀）溶於其中，雖然可能因此而生成水垢，但僅評價整體味道的話，品質是優於蒸餾水的。萃取飲料時，要留心觀察礦物質的含量，別讓礦物質整體的味道蓋過飲料風味。

►►淨水

有人說淨水（Filtered water）是最聰明的選擇。就技術面而言，大部分的濾水器公司技術都已成熟。如今水的重要性不僅只是用來保護機器，同時也會對飲料味道產生直接影響，因為已經懂得從這樣的宏觀角度來思考，對水的需求及責任感也比過往提高許多。濾水器業者藉由各種淨水過程，優先除去會造成不好味道的有害因素（氯、大多數的微生物、沉澱物質及其他浮游物質），為的就是提供健康且味道佳的水質。

淨水系統種類繁多，我認為，先了解市面上普遍使用的系統流程及其優缺點，接著要怎麼選擇就交由個人決定。不是別人怎麼做就跟著做，而是因為了解某濾水器的某種特點符合自己的需求，同時也要思考如何善用此優點來提升自己要萃取的飲料品質，這樣的判斷能力才是更準確且更值得信賴的。因此，在咖啡店，會依據所追求的方向及咖啡風味而選擇不同的濾水器。尤其近年來對濾水器的關注度逐漸增加，濾水器公司還能依照客戶需求，提供客製化濾水器，因此可以說這些濾水器具有改善飲料味道及品質的功能。

但如果裝了濾水器，一定要記得定期更換濾心。當自己每天飲用的飲料味道產生變化時，比起其他變數，應該要最先想到很有可能是因為濾心壽命已到，或者未定期更換所導致的。

◆ 對咖啡而言，水是什麼？

咖啡與茶已經成為世界流行的飲品，不僅受到大眾喜愛，也深深滲入我們的日常生活中。據說在許多先進國家中，咖啡已經成為一種文化，對生活方式有著直接和間接的影響。雖然在國內還沒這麼明顯，但飲料種類比過去多、萃取方式也更廣泛且不斷地推陳出新都是事實。

►►掌握水質才能萃取優質咖啡

為了完整重現咖啡風味，從星巴克這類全球企業到獨立咖啡店，其萃取方式大多都是以實用性為主，利用科學方法，盡可能地減少變數，而萃取方式的日益簡化，也讓咖啡越來越流行。撇開萃取方式及相關變數，在這部分我們會將重...

【寫在前言之前】從科學角度著眼，這次的主角是水
【前言】完整重現咖啡風味，水質是關鍵

Part1 水一旦改變，咖啡風味也會產生變化
01對咖啡而言，水是什麼？
02為什麼要研究咖啡水科學？
03決定咖啡品質的六大要因
04理想的沖煮水質基準
05水質不同，咖啡風味絕對改變
06陽離子有何功能？
07離子對咖啡萃取及風味的影響

Part2 水是什麼？
01水對生物體的無法替代性
02原子排列與鍵結型態決定水的性質
03水有黏性，自身附著力高
04水有三種聚集型態
05冰塊昇華成水蒸氣，原理何在？
06水為何是「萬能溶劑」？
07酸度的科學，認識pH值
08水在食品中的存在形態
09水的物理特性

Part3 水會改變其他物質的味道
01水味可以提升嗎？
02辨別水質的五大標準
03鈣、鎂、鈉、鉀對水質的重要性
04礦物質對食物的劇烈影響

Part4 水市場擴大，如何選擇？
01水質分析及淨水系統
02氣泡水對人體的影響？怎麼製成？
03水素水的原理解密

Part5咖啡水科學的近期研究
01基準水的建立
02利用科學方法分析水知識
03掌控變因，水質管理日漸重要

附錄1 海外水質分布度
各國的水質特性與規範

附錄2水質基準及測定方法
五大水質項目及四種測定法

【Q&A】你的疑惑，水專家幫忙給對策
【結語】探索咖啡水科學，沖煮一杯完美咖啡
參考文獻

【寫在前言之前】從科學角度著眼，這次的主角是水
【前言】完整重現咖啡風味，水質是關鍵

Part1 水一旦改變，咖啡風味也會產生變化
01對咖啡而言，水是什麼？
02為什麼要研究咖啡水科學？
03決定咖啡品質的六大要因
04理想的沖煮水質基準
05水質不同，咖啡風味絕對改變
06陽離子有何功能？
07離子對咖啡萃取及風味的影響

Part2 水是什麼？
01水對生物體的無法替代性
02原子排列與鍵結型態決定水的性質
03水有黏性，自身附著力高
04水有三種聚集型態
05冰塊昇華成水蒸氣，原理何在？
06水為何是「萬能溶劑」？
07酸度...