آب در عصارهگیری قهوه
۲۸ بهمن ۱۴۰۴
آب بیش از ۹۸٪ نوشیدنی قهوه را تشکیل میدهد. بنابراین، کیفیت عصارهگیری به کیفیت آب وابسته است. آب تنها «حلال» نیست. آب یک سامانهی یونی است و بر استخراج شیمیایی و ادراک حسی اثر میگذارد. آب همچنین بر پایداری تجهیزات اثر میگذارد و میتواند رسوب یا خوردگی ایجاد کند.
این بازبینی بر سه محور تمرکز میکند:
- نقش سختی کل و کاتیونها را در استخراج و ادراک توضیح میدهد.
- نقش قلیائیت را در بافرکردن اسیدهای قهوه و تغییر ادراک اسیدیته تشریح میکند.
- پیامدهای فنی و نگهداری را برای دستگاهها و دیگها بازبینی میکند.
فهرست مطالب
- ۱. آب بهعنوان محیط استخراج
- ۲. شاخصهای کلیدی آب برای دمآوری
- ۳. سختی کل و نقش کاتیونها
- ۴. قلیائیت و سامانه کربنات
- ۵. آب و روشهای دمآوری
- ۶. آب و تجهیزات: رسوب و خوردگی
- ۷. روشهای تصفیه و تنظیم آب
- ۸. پایش و کنترل کیفیت آب
- جمعبندی
- منابع و مقالات
۱. آب بهعنوان محیط استخراج
عصارهگیری قهوه یک فرآیند انتقال جرم است. این فرآیند در یک محیط آبی رخ میدهد. آب در این محیط سه نقش اصلی دارد:
- آب ترکیبات محلول را حل میکند.
- آب یونها را فراهم میکند و بر برهمکنش مولکولها اثر میگذارد.
- آب شرایط فیزیکی جریان را در بستر قهوه تعیین میکند.
قهوه یک سامانهی چندفازی است. این سامانه مواد محلول، ذرات کلوئیدی، و ترکیبات فرّار عطری را در کنار هم دارد. بنابراین، اثر آب تنها در «میزان استخراج» خلاصه نمیشود. اثر آب در «ترکیب استخراج» نیز دیده میشود.
۲. شاخصهای کلیدی آب برای دمآوری
برای بحث دقیق، باید شاخصها تعریف شوند. سپس باید ارتباط هر شاخص با حسیات و فنیات روشن شود.
۲.۱ TDS و هدایت الکتریکی (EC)
TDS مقدار کل مواد محلول در آب را نشان میدهد. EC توانایی آب را برای عبور جریان نشان میدهد. TDS و EC میتوانند همبستگی داشته باشند. با این حال، این تبدیل به ترکیب یونها وابسته است. بنابراین، TDS بهتنهایی برای توصیف آب مناسب نیست. توصیف آب به سختی و قلیائیت هم نیاز دارد.
۲.۲ سختی کل (Total Hardness)
سختی کل معمولاً مجموع کلسیم و منیزیم را به صورت معادل CaCO3 گزارش میکند. سختی کل بر استخراج و نیز بر تشکیل رسوب اثر میگذارد. سختی کل در زبان صنعت، یکی از دو محور اصلی نمودارهای استاندارد آب است.
۲.۳ قلیائیت (Alkalinity)
قلیائیت ظرفیت بافرکردن اسید را نشان میدهد. قلیائیت تعیین میکند که pH نوشیدنی با افزودن اسیدهای قهوه چگونه تغییر میکند. پژوهشهای صنعتی نشان میدهند که قلیائیت برای کنترل ادراک اسیدیته از pH مهمتر است.
۲.۴ pH
pH وضعیت لحظهای اسیدی یا بازی بودن آب را نشان میدهد. pH مقدار کل اسید یا ظرفیت بافر را نشان نمیدهد. بنابراین، pH بدون قلیائیت تفسیر دقیق ارائه نمیدهد.
۲.۵ کلر و ترکیبات آلی مزاحم
کلر آزاد و کلرامینها میتوانند عیب حسی ایجاد کنند. این ترکیبات در آب ممکن است کمبو باشند. با این حال، این ترکیبات میتوانند در نوشیدنی قهوه تقویت شوند. بنابراین، حذف این ترکیبات برای دمآوری ضروری است.
۳. سختی کل و نقش کاتیونها
کاتیونها میتوانند با بخشی از مولکولهای قهوه برهمکنش برقرار کنند. این برهمکنش میتواند بر استخراج یا ادراک اثر بگذارد. این اثرها در همه مطالعات به یک شکل گزارش نمیشود. زیرا نوع قهوه، درجه رست، روش دمآوری، و روش تحلیل متفاوت است.
۳.۱ کلسیم و منیزیم چه میکنند؟
در سطح مفهومی، دو سازوکار مطرح میشود:
- کاتیونها میتوانند با گروههای عاملی مولکولها پیوندهای ضعیف برقرار کنند و انحلالپذیری یا پایداری برخی گونهها را تغییر دهند.
- کاتیونها میتوانند پس از استخراج با ترکیبات برهمکنش داشته باشند و ادراک طعمی را تغییر دهند.
مطالعات کلاسیک نشان میدهند که کاتیونها میتوانند بر ترکیب استخراج اثر بگذارند و تفاوتهای حسی ایجاد کنند. مطالعات جدیدتر نیز گزارش میدهند که بخشی از تفاوتها ممکن است بیشتر از مسیر «برهمکنش پس از عصارهگیری» ایجاد شود تا تغییر مستقیم در استخراج برخی اسیدها.
۳.۲ سدیم چه میکند؟
سدیم سختی کل را افزایش نمیدهد. با این حال، سدیم میتواند مزه آب را تغییر دهد و بر ادراک طعم اثر بگذارد. سدیم همچنین میتواند در برخی مسیرهای تصفیه آب افزایش یابد. بنابراین، پایش سدیم برای آب دستگاهها اهمیت دارد.
۴. قلیائیت و سامانه کربنات
سامانه کربنات شامل CO2 محلول، اسیدکربنیک، بیکربنات، و کربنات است. این سامانه میتواند pH و قلیائیت را کنترل کند. این سامانه میتواند رسوب CaCO3 را نیز شکل دهد.
۴.۱ چرا قلیائیت از pH مهمتر است؟
pH مقدار یون هیدرونیوم را به صورت لگاریتمی نشان میدهد. قلیائیت مقدار ظرفیت بافر را نشان میدهد. بنابراین، دو آب با pH نزدیک میتوانند قلیائیت بسیار متفاوت داشته باشند. در نتیجه، اثر آنها بر اسیدیته نوشیدنی متفاوت میشود.
یک چارچوب صنعتی نشان میدهد که قلیائیت میتواند اسیدهای قهوه را خنثی کند و ادراک اسیدیته را کاهش دهد. این چارچوب بر مفهوم «اسید استخراجشده منهای قلیائیت آب» تکیه دارد.
۴.۲ نسبت دمآوری و قلیائیت
نسبت نوشیدنی در اسپرسو پایینتر است. در نتیجه، مقدار قلیائیت در دسترس برای بافرکردن اسیدها کمتر میشود. بنابراین، آب مناسب اسپرسو میتواند قلیائیت بالاتری را تحمل کند. با این حال، این افزایش با خطر رسوب در دیگ محدود میشود.
۵. آب و روشهای دمآوری
روش دمآوری مسیر انتقال جرم را تغییر میدهد. همچنین روش دمآوری نسبت آب به قهوه را تغییر میدهد. این دو عامل اثر آب را دگرگون میکنند.
۵.۱ غوطهوری و فیلتری
در روشهای غوطهوری، عصارهگیری به سمت شبهتعادل حرکت میکند. در روشهای فیلتری، جریان از بستر عبور میکند و ناهمگنی میتواند بیشتر شود. بنابراین:
- آب در غوطهوری میتواند بیشتر بر «ترکیب نهایی در تعادل» اثر بگذارد.
- آب در فیلتری میتواند هم بر «ترکیب» اثر بگذارد و هم بر «پروفایل جریان» اثر بگذارد.
۵.۲ اسپرسو
اسپرسو فشار بالا دارد و زمان تماس کوتاه دارد. اسپرسو نسبت نوشیدنی پایینی دارد. بنابراین آب در اسپرسو دو اثر پررنگ دارد:
- آب میتواند بر ادراک اسیدیته از مسیر قلیائیت اثر بگذارد.
- آب میتواند بر پایداری فنی از مسیر رسوب و خوردگی اثر بگذارد.
چارچوبهای صنعتی پیشنهاد میکنند که هدفگذاری آب باید به نسبت نوشیدنی وابسته باشد. این چارچوبها به محدودیتهای فنی نیز اشاره میکنند.
۵.۳ سرددم
در سرددم دما پایینتر است و زمان طولانیتر است. بنابراین، ترکیب استخراج میتواند تغییر کند. برخی پژوهشهای تحلیلی نشان میدهند که نوع آب میتواند شدت برخی ترکیبات فرّار را تغییر دهد. این اثر میتواند در روشهای غوطهوری برجستهتر شود.
۶. آب و تجهیزات: رسوب و خوردگی
آب باید «حسی» و «فنی» باشد. آب مناسب فنجان میتواند برای دیگ نامناسب باشد. بنابراین، باید سازش بین این دو هدف برقرار شود.
۶.۱ رسوب (Scale)
رسوب معمولاً از CaCO3 تشکیل میشود. رسوب با سختی و قلیائیت مرتبط است. رسوب میتواند انتقال حرارت را کاهش دهد و خرابی ایجاد کند. رسوب میتواند هزینه نگهداری را افزایش دهد.
۶.۲ خوردگی (Corrosion)
خوردگی میتواند با آب بسیار نرم یا آب با ترکیبهای خاص رخ دهد. برخی گزارشهای صنعتی به نقش رسانایی و نسبت یونها اشاره میکنند. بنابراین، آب بسیار کممعدن نیز همیشه انتخاب امنی نیست.
۷. روشهای تصفیه و تنظیم آب
آب با رویکرد «اندازهگیری، هدفگذاری، و درمان» مدیریت میشود. این رویکرد در منابع صنعتی به صورت Measure–Aim–Treat شناخته میشود.
۷.۱ کربن فعال
کربن فعال کلر و بخشی از ترکیبات آلی را حذف میکند. این روش سختی و قلیائیت را لزوماً تغییر نمیدهد. بنابراین، این روش برای اصلاح طعم پایه مناسب است.
۷.۲ رزین تبادل یونی و نرمکنندهها
رزینهای تبادل یونی میتوانند کلسیم و منیزیم را کاهش دهند و سدیم یا پتاسیم را افزایش دهند. این روش رسوب را کاهش میدهد. این روش میتواند طعم را نیز تغییر دهد.
۷.۳ اسمز معکوس و ترکیبسازی
اسمز معکوس مواد محلول را بسیار کاهش میدهد. سپس میتوان آب را با «ترکیب» یا «مینرالافزایی» به محدوده هدف بازگرداند. این روش کنترلپذیری بالایی دارد. این روش به پایش منظم نیاز دارد.
۷.۴ ترکیب دو آب
ترکیب آب سخت و آب نرم میتواند سختی و قلیائیت را تنظیم کند. این روش ساده است و به محاسبه نیاز دارد. این روش به ثبات منبع آب وابسته است.
۸. پایش و کنترل کیفیت آب
ثبات آب مهم است. ثبات آب در کافهها و کارگاهها به تغییرات فصلی و شهری وابسته است. بنابراین، پایش باید روشمند باشد:
- سختی کل را با کیت تیتراسیون اندازهگیری کنید.
- قلیائیت را با تیتراسیون اندازهگیری کنید.
- کلر آزاد را با نوار یا کیت اندازهگیری کنید.
- رسانایی را برای پایش سریع تغییرات ثبت کنید.
پایش باید به تصمیم منجر شود:
- اگر کلر وجود دارد، فیلتر کربنی را تعویض کنید.
- اگر سختی و قلیائیت افزایش مییابد، برنامه تصفیه را بازتنظیم کنید.
- اگر آب بسیار نرم میشود، خطر خوردگی را ارزیابی کنید.
جمعبندی
آب در عصارهگیری قهوه یک متغیر فرعی نیست. آب یک متغیر بنیادی است. آب هم بر استخراج اثر میگذارد و هم بر ادراک اثر میگذارد. آب همچنین بر ایمنی و دوام تجهیزات اثر میگذارد. بنابراین، انتخاب آب باید همزمان حسی و فنی باشد.
منابع و مقالات
منابع SCA / Coffee Science Foundation
- Specialty Coffee Association — The 2018 SCA Water Quality Handbook
sca.coffee/store/p/the-2018-sca-water-quality-handbook - Specialty Coffee Association (25, Issue 9) — Water and Coffee Acidity: How to Adapt Your Water for Different Extraction Methods
sca.coffee/sca-news/25/issue-9/english/water-and-coffee-acidity... - Speciality Coffee Association of Europe — The SCAE Water Chart: Measure, Aim, Treat (Wellinger, Smrke, Yeretzian)
SCAE-water-chart-report.pdf - Speciality Coffee Association of Europe — Water Research Report: Why Does Water Quality Matter? (Wellinger)
Water_Research_Report.pdf - Specialty Coffee Association — Brewing Fundamentals Research
sca.coffee/brewing-research - Coffee Science Foundation — Brewing Fundamentals
coffeescience.foundation/brewing-fundamentals
منابع دانشگاهی (Peer‑Reviewed / Academic)
- Hendon, C.H., Colonna-Dashwood, L., & Colonna-Dashwood, M. (2014). The Role of Dissolved Cations in Coffee Extraction. Journal of Agricultural and Food Chemistry. DOI: 10.1021/jf501687c
- Navarini, L., & Rivetti, D. (2010). Water quality for espresso coffee. Food Chemistry, 122(2), 424–428. DOI: 10.1016/j.foodchem.2009.04.019
- Wellinger, M., Smrke, S., & Yeretzian, C. (2017). Water for Extraction—Composition, Recommendations, and Treatment. In The Craft and Science of Coffee. DOI: 10.1016/B978-0-12-803520-7.00016-5
- Cordoba, N., Fernandez-Alduenda, M., Moreno, F.L., & Ruiz, Y. (2020). Coffee extraction: A review of parameters and their influence on the physicochemical characteristics and flavour of coffee brews. Trends in Food Science & Technology, 96, 45–60. DOI: 10.1016/j.tifs.2019.12.004
- Yu, J.-M., Chu, M., Park, H., Park, J., & Lee, K.-G. (2021). Analysis of Volatile Compounds in Coffee Prepared by Various Brewing and Roasting Methods. Foods, 10, 1347. DOI: 10.3390/foods10061347
- Egidi, N., Giacomini, J., Maponi, P., et al. (2022). An advection–diffusion–reaction model for coffee percolation. Computational and Applied Mathematics, 41, 229. DOI: 10.1007/s40314-022-01929-9
- Moroney, K., Lee, W., Suijver, F., & Marra, J. (2015). Modelling of coffee extraction during brewing using multiscale methods: An experimentally validated model. Chemical Engineering Science, 137, 216–234. DOI: 10.1016/j.ces.2015.06.003
- Liang, J., Chan, K.C., & Ristenpart, W.D. (2021). An equilibrium desorption model for the strength and extraction yield of full immersion brewed coffee. Scientific Reports, 11, 6904. DOI: 10.1038/s41598-021-85787-1
- Batali, M.E., Cotter, A.R., Frost, S.C., Ristenpart, W.D., & Guinard, J.-X. (2021). Titratable Acidity, Perceived Sourness, and Liking of Acidity in Drip Brewed Coffee. ACS Food Science & Technology. DOI: 10.1021/acsfoodscitech.0c00078
- Kim, J.-S., & Eo, H.-J. (2017). Analysis of Correlations between Mineral Contents in Waters and Sensory Characteristics of Coffee. Culinary Science & Hospitality Research, 23(4). DOI: 10.20878/cshr.2017.23.4.011
- Park, E.A. et al. (2020). Effect of water hardness on coffee composition and coffee preference by university students. Korean Journal of Food Science and Technology, 52(5), 435–442. DOI: 10.9721/KJFST.2020.52.5.435
- Bratthäll, K., Figueira, J., & Nording, M.L. (2024). Influence of divalent cations on the extraction of organic acids in coffee determined by GC-MS and NMR. Heliyon. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e26625
- Lockhart, E.E., Tucker, C.L., & Merritt, M.C. (1955). The effect of water impurities on the flavor of brewed coffee. Journal of Food Science, 20(6), 598–605. DOI: 10.1111/j.1365-2621.1955.tb16874.x
- Gardner, D.G. (1958). Effect of certain ion combinations commonly found in portable water on rate of filtration through roasted and ground coffee. Journal of Food Science, 23(1), 76–84. DOI: 10.1111/j.1365-2621.1958.tb17541.x
- Navarini, L. et al. (2013). Comparison of nine common coffee extraction methods: instrumental and sensory analysis. European Food Research and Technology. DOI: 10.1007/s00217-013-1917-x