水化學上篇：硬度、鹼度、礦物質怎麼影響萃取

一杯咖啡多少是水

espresso 約 90% 是水，手沖約 98.5% 是水，drip coffee 約 99% 是水。剩下 1-10% 是溶出的咖啡可溶物。

杯子裡的東西絕大多數來自水龍頭、過濾器、瓶裝水。水的化學組成不對，再好的豆子、再精準的研磨、再標準的萃取時間都救不回來。

SCA 從 2011 年起把 Water for Brewing 列為獨立模組，把水化學從「順便提一下」拉到專業課程的核心位置。

水裡有什麼跟咖啡有關

對萃取有顯著影響的成分主要三類：

1. 總溶解固體（TDS）：水裡所有礦物質的總量
2. 總硬度（Total Hardness, GH）：鈣 Ca²⁺ + 鎂 Mg²⁺ 離子總量
3. 總鹼度（Total Alkalinity, KH）：碳酸氫根 HCO₃⁻ 與碳酸根 CO₃²⁻ 的緩衝能力

這三個指標通常以 ppm（parts per million，等於 mg / L）為單位，並換算成「等效 CaCO₃ 濃度」表示。

鈣與鎂：萃取的搬運工

鈣離子（Ca²⁺）與鎂離子（Mg²⁺）是水裡的主要硬度成分，兩者都帶正電，會跟咖啡裡的負電風味化合物結合，把它們從粉粒內拉到水裡。

Christopher Hendon 與 Maxwell Colonna-Dashwood 在 2014 年的論文〈The Role of Dissolved Cations in Coffee Extraction〉做了實驗：

• 純去離子水（無礦物質）：萃取率最低，風味化合物提取受限
• 加入 Mg²⁺ 的水：對風味化合物的萃取效率最高，特別是芳香族化合物
• 加入 Ca²⁺ 的水：萃取效率次之，偏向萃取酸質與糖類
• 加入 Na⁺ 的水：不參與這類萃取增強

Hendon 的結論：鎂提取香氣，鈣提取酸甜。 兩者都缺，水的萃取力會明顯不足。

鹼度：抑制酸的緩衝

鹼度（HCO₃⁻ 為主）的功能跟硬度相反。它在水裡作為緩衝物質，會中和咖啡液中的酸。

實際表現：

• 鹼度高：杯子裡的酸感被壓制，整體風味偏平、偏鈍
• 鹼度低：酸感清楚但缺乏緩衝，極端情況會嘗起來尖銳、刺激

鹼度太高的水（例如沒過濾的硬水地區自來水）沖出來的咖啡，會把豆子本身漂亮的酸質完全蓋掉。鹼度太低的水（例如純去離子水加少量礦物）則會讓酸感失控。

三個變因的平衡

理想的沖煮水需要：

• 足夠的硬度：足以把可溶物萃取出來
• 適度的鹼度：足以平衡尖銳酸感、提供緩衝
• 不過量的 TDS：避免結垢、避免風味平淡

三者之間有一個經驗法則：硬度應略高於鹼度。 硬度大約是鹼度的 1-2 倍時，水對咖啡的萃取表現最平衡。

水質不是只看「硬不硬」，而是要看總硬度與鹼度的平衡。SCA 常見建議可抓總硬度約 50-175 ppm as CaCO3、鹼度約 40-70 ppm as CaCO3。實務上 GH 約 68 ppm、KH 約 40 ppm 可以作為平衡酸質與緩衝能力的參考起點：硬度幫助萃取香氣與風味，鹼度則影響酸質被保留或被緩衝的程度。這不是唯一標準，仍要依咖啡豆、烘焙度與想要呈現的風味調整。

結垢：機器的天敵

水化學除了影響杯子，也直接影響機器壽命。

碳酸氫鈣 Ca (HCO₃)₂ 加熱時會分解成碳酸鈣 CaCO₃ + 二氧化碳 CO₂ + 水：

$\mathrm{Ca(HCO_3)_2} \xrightarrow{\Delta} \mathrm{CaCO_3} \downarrow + \mathrm{CO_2} \uparrow + \mathrm{H_2O}$

CaCO₃ 是不可溶的固體，會在沖煮頭、鍋爐、管路內壁堆積，俗稱水垢（scale / limescale）。一台沒做水質管理的義式機，1-2 年就可能因為結垢嚴重影響溫控與流量。

要避免結垢，水裡的鈣要被控制。常見選擇：

• 用軟水：硬度低、結垢慢，萃取力可能不足
• 用 RO 水加礦化處理：先把所有礦物去掉，再加回想要的比例（鎂為主、鈣少量）
• 定期除垢：用配方水但定期用檸檬酸除垢，是折衷選項

礦物質怎麼測

家用測試的常見工具：

• 5 in 1 試紙條：粗略量 GH、KH、pH、TDS（精度差，當參考用）
• 滴定試劑（Hardness Test Kit）：水族館用的滴定包，精度比試紙好
• TDS pen：量整體 TDS，但不分硬度與鹼度
• 送水質檢測：精度最高，成本與時間成本高

家用實務上的折衷：用 TDS pen 量總 TDS、用試紙條量 GH / KH 大致範圍，已經足夠判斷水質方向。

各地自來水的差異

水質差異大到讓「同樣豆子、同樣參數，不同城市沖出不同的咖啡」是常態。

地區	典型 TDS（ppm）	硬度傾向	對咖啡的影響
台北	80-150	中軟	一般可用，部分區域偏鹼
台中	150-250	中硬	結垢風險高，酸感被壓
高雄	200-400	硬	結垢嚴重，建議過濾
倫敦	250-400	硬	著名的硬水城市
東京	50-100	軟	萃取力可能略不足
雪梨	50-100	軟	同上

實際數值因區域而異，水公司年度水質報告通常可以查到。

怎麼處理自來水

幾個常見路徑：

1. 活性碳濾水器

主要去除餘氯與部分有機物，礦物質保留。便宜、操作簡單，無法處理硬度。適合「水本來就還行、只是有氯味」的地區。

2. 樹脂軟水器

用陽離子交換樹脂把 Ca²⁺、Mg²⁺ 換成 Na⁺。硬度大降，萃取力也降。一般不單獨用，會配合其他濾材。

3. RO（逆滲透）

把所有礦物質都濾掉。出來的水接近純水（TDS < 10 ppm），萃取力極差。RO 水必須再加礦化才能用。

4. 自配水（Recipes）

用蒸餾水或 RO 水當基底，加入精確配方的礦物質粉劑。SCA 標準與業界配方在下篇會詳細談。