Всё

Формула воды для кофе: состав и водоподготовка

Сегодня бариста и обжарщики хорошо знают о влиянии воды на качество кофейных напитков. О водоподготовке написаны отличные пособия Water Quality Handbook SCA и Water for Coffee Максвелла Колонны-Дэшвуда и Кристофера Хэндона.  Но интереснее не следовать готовым формулам, а ставить эксперименты. Специалист по кофе в  Royal Coffee Крис Конрман/ Chris Kornman исследует разную воду, чтобы выяснить ее влияние на вкус кофе. В первой части Крис рассматривает химический состав воды и основы водоподготовки. Оригинал статьи опубликован на Daily Coffee News. Мы подготовили перевод в сокращенном виде.

Вода: состав и поведение

Вода – это гораздо больше, чем знакомая нам формула H2О. Кстати, именно она делает возможной разные типы сложных химических взаимодействий.  Важное доказательство сложности воды – ее молекулярная структура, довольно слабые связи между элементами внутри формулы H2O. Например, вода (H2O) взаимодействует с атмосферным углекислым газом (CO2), создавая угольную кислоту H2CO3. Подобные свойства воды важны для понимания ее буферной системы и буферной емкости. Буферная емкость – свойство, которое мешает резким колебаниям pH и поддерживает его постоянный уровень. Для воды буферная емкость ассоциируется с содержанием гидрокарбонатов  или с щелочностью (alkalinity). Из-за чего меняется pH воды? Например, из-за того же углекислого газа. Здесь достаточно вспомнить о закислении мирового океана.

Рассмотрим еще один пример поглощательной способности воды. Дождевая вода, проходя через известняковые породы, забирает кальций в форме CaCO3 (карбонат кальция). Сам по себе CaCO3 нерастворим, но при встрече с углекислым газом в воде он легко создает растворимый гидрокарбонат кальция. Когда уровень CO2 в воде снижается (например, при нагреве), гидрокарбонат кальция начинает выпадать в осадок и откладываться на всем, с чем контактирует: чайники, бойлеры, трубы и так далее. Так образуется накипь.

Кроме кальция в воде можно найти магний, железо, медь, свинец, соли натрия и калия (все вещества будут составлять TDS, общую минерализацию), а также разные типы загрязнений: следы нитратов, хлорамины, сульфаты, хлораты и т.д.

Самый хороший способ узнать состав своей водопроводной воды – отправить ее на анализ в химическую лабораторию. Если вы покупаете новое оборудование, например, эспрессо машины, часто производители сами предлагают сделать тест воды (верно для США – прим.SCR), поскольку заинтересованы в долгой работе оборудования.

Приготовление воды для кофе

Составом воды можно управлять. Есть три вещи, которые надо держать в голове при выборе формулы воды: долгий срок службы оборудования для заваривания, органолептические показатели качества, безопасность для здоровья.

Если вы будете поддерживать относительно нейтральный или в сторону легкой щелочности pH воды, то сбалансированная жесткость поможет защитить бойлеры, эспрессо машины и другое оборудование. Гидрокарбонаты (определяющие щелочность) ведут себя как буферная система и без них у воды повышаются коррозийные свойства.

Книга Water for Coffee ясно объясняет важность кальция и магния для хорошей экстракции. Хэндон и Колонна-Дэшвуд утверждают, что магний действует эффективнее: лучше вкус и меньше накипи, чем в случае с кальцием. Тем не менее, в естественном виде кальций в воде встречается гораздо чаще, чем магний. В своих описаниях воды SCA использует кальций как стандарт для содержания твердых минералов. То, что остается – хлорамины, нитраты и следы других загрязнений – можно убрать, используя угольный фильтр. Это первый шаг на пути к созданию хорошей воды для кофе: фильтр буквально убирает все, что может повлиять на цвет и запах,  вода становится безопасна для здоровья и в ней остаются нужные нам минералы.  Но что делать дальше, будет зависеть от того, что вы считаете идеалом вкуса и от химического состава воды в вашем регионе.

Для жесткой воды

Жесткая вода (жесткость более 150-200 ppm), вероятно, станет лучше, если снизить в ней количество минералов. Сделать это можно несколькими способами. Два самых распространенных – это ионный обмен и обратный осмос.

Картриджные фильтры ионного обмена работают следующим образом. При пропускании через фильтр из воды удаляются нежелательные ионы и замещаются ионами из ионита. Фильтр замещает ионы кальция и магния на соли натрия и калия. Это обычно повышает буферную емкость воды, но также может привести к повышению минерализации. Однако многие современные ионные системы очистки точны и легко настраиваемы. Они занимают относительно мало места и фактически безотходны, нужно только менять картридж.

В системе обратного осмоса вода проходит через мембрану, которая задерживает растворенные минералы. В накопительный бак попадает «пустая» вода, к которой можно подмешать процент исходной воды. Недостатки системы обратного осмоса: нужны «выделенная» линия и помпа давления, чтобы подавать очищенную воду в оборудование; остается много отработанной воды»; не решается проблема с дисбалансом минералов при подмешивании водопроводной воды.

Для мягкой воды

Если  у вашей воды жесткость ниже 50 ppm, возможно, не помешает реминерализация, чтобы, во-первых, помочь заварить вам кофе вкусно, во-вторых, предотвратить возможную коррозию оборудования из-за низкой щелочности.

Это немного труднее, чем понизить минерализацию в жесткой воде. Есть картриджные фильтры, например, на основе измельченных кораллов, которые насыщают воду кальцием и магнием. Но работа таких фильтров зависит от времени контакта с водой. Если вода слишком быстро проходит через фильтр, она не успевает насытиться минералами, если находится в фильтре долго, то перенасыщается минералами.

Есть системы, предлагающие собственные составы для минерализации воды. Например, Global Customized Water  или Third Wave Water.

Время математики

Если вы планируете минерализовать воду собственными силами или хотите лучше понять графики и язык, используемый индустрией, вот важное техническое замечание.

Количество минералов в воде чаще всего обозначается как «частиц на миллион» ppm. Многие ученые используют карбонат кальция CaCO3 как стандарт измерения, эквивалент концентрации любого компонента в воде. Это значит, что минералы, которые нас интересуют, обычно пишутся в ppm как что-то иное, нежели то, чем они есть на самом деле. Мы может расшифровать этот запутанный язык, используя немного вычислений.

Почему CaCO3 берется за образец измерения? Это соединение имеет удобную молярную массу: 100 грамм/моль. Вспомним школьный курс химии: моль – это число: 6.022 на 10 в 23 степени, которое используют для подсчета молекул. То есть молярная масса CaCO3, с одной стороны, удобна при расчетах, а с другой, с ней затруднительно показать содержание других веществ.

Например, я добавил 1 грамм хлорида магния MgCl2 к 1 литру воды. Он будет доступен как гексагидрат хлорида магния MgCl2 · 6H2O. По массе хлорид магния это примерно 11,9% иона магния, то есть в воду мы добавили примерно 119 ppm иона магния (Mg2+). Математика здесь проста: 1 грамм/литр x 11.9% = 0.119 грамм/литр = 119 ppm Mg2+.  (Мы также добавили около 348 ppm хлорида, что для нас будет проблемой, но об этом немного позже).

Mg2+ имеет молярную массу 24.305 грамм/моль.  Это значит, что магний менее плотный, чем CaCO3. Но поскольку эквивалент у нас CaCO3, нам надо посчитать плотность магния по сравнению с CaCO3, а затем умножить ее на ppm магния в воде.

100 грамм/моль ÷ 24.305 грамм/моль = 4.11. Магний в 4,11 раз менее плотный, чем CaCO3.

119 ppm x 4,11 = 489 ppm магния в эквиваленте CaCO3.

Еще раз. Содержание магния Mg2+ в воде в этом примере 119 частиц на миллион. Но ученые преобразуют это отношение, как если бы магнии был карбонатом кальция. А если так, то в одном литре воды мы имеем 489 ppm.

Немного сбивает с толку, но важно, когда мы начнем говорить о минеральном составе. Аналогичные вычисления можно провести для кальция и гидрокарбонатов.

  • Кальций: 40,078 грамм/моль, в 2,495 раз менее плотный, чем CaCO3.
  • Гидрокарбонаты: 61, 016 грамм/моль и разница по плотности 1,639 ppm  и 0,82 как показатель щелочности.

Пользовательская формула воды (из расчета 1грамм/литр).

  • Хлорид кальция (CaCl2) – 273 ppm Ca2+ или 681,2 ppm как CaCO3
  • Сульфат кальция (CaSO4) – 233 ppm Ca2+ или 581,4 ppm как CaCO3
  • Хлорид магния (MgCl2) – 119 ppm Mg2+ или 489 ppm как CaCO3
  • Сульфат магния (MgSO4) – 99 ppm Mg2+ или 407.3 ppm как CaCO3
  • Гидрокарбонат калия (KHCO3) – 726 ppm HCO3- или 1198 ppm как CaCO3 или 595,32 как показатель щелочности.
  • Гидрокарбонат натрия (NaHCO3) – 609 ppm HCO3- или 998,1 ppm как CaCO3 или 499,38 как показатель щелочности.

Теперь вы легко можете расшифровать некоторые формулы для получения воды. Например, вы хотите сделать 4 литра воды с жесткостью 80 ppm, равными частями хлоридов кальция и магния и щелочностью (гидрокарбонаты) 40 ppm, с добавлением гидрокарбоната калия. Это характеристики воды, которые рекомендует SCA и Water for Coffee.

40ppm Ca2+ (в эквиваленте CaCO3) ÷ 681.2 = 0.0587 g x 4L = 0.235 грамм хлорида кальция CaCl2 на 4 литра воды.

40ppm Mg2+ (в эквиваленте CaCO3) ÷ 489.6 = 0.0817 g x 4L = 0.327 грамм хлорида магния MgCl2 на 4 литра воды.

40ppm HCO3– (щелочность в эквиваленте CaCO3) ÷ 595.32 = 0.067 g x 4L = 0.269 грамм гидрокарбоната калия на 4 литра воды.

Теперь вернемся к хлоридам. Хлориды (не путать с хлором) увеличивают проводимость воды и агрессивны по отношению к металлам при определенных условиях: низкий pH, высокое давление и/или высокая температура. Производители эспрессо машин, например, устанавливают ограничения на содержание хлоридов и проводимость воды. В нашем примере мы добавили 1 грамм хлорида магния, и это привело к высокой концентрации магния и хлоридов. Сократите это до 0,1 хлорида магния, и мы получим разумное количество магния (около 49 ppm эквивалентных CaCO3) и безопасный уровень хлоридов, ниже 200 ppm, рекомендованный для нержавеющей стали низкого класса. Но при горячей температуре и высоком давлении коррозийные свойства хлоридов повышаются, поэтому, например La Marzocco рекомендует содержание хлоридов меньше 30 ppm.

Выводы

Мы рассмотрели химический состав воды и то, как она себя ведет в разных условиях, а также  рассказали о нескольких способах водоподготовки. Во второй части мы разберем на практике, как разная минерализация и щелочность воды могут влиять на вкус кофе. Продолжение следует.

Разделы :