آب؛ عامل ناشناخته و تعیین‌کننده در دم‌آوری ایده‌آل قهوه

شاید شنیده باشید که آب مورد استفاده برای دم‌آوری قهوه باید از ویژگی‌های خاصی برخوردار باشد و وجود هرگونه آلودگی، کدری، طعم و رایحه‌ی اضافه در آب، آن را برای دم‌آوری ایده‌آل قهوه نامناسب می‌کند. اگرچه این ویژگی‌ها حیاتی هستند، ولی برای یک دم‌آوری ایده‌آل قهوه کافی نیستند. ممکن است از یک آب با این ویژگی‌ها برای دم‌آوری استفاده کنیم، اما  نتیجه‌ی نهایی یک نوشیدنی با ترشی بیش‌ازحد یا احساس دهانی گچی و ناخوشایند باشد. چه املاحی در آب وجود دارند که تا این حد بر نمایه‌ی طعمی نوشیدنی نهایی موثر هستند؟ پیوند‌های شیمیایی چگونه آب را تا این حد انعطاف‌پذیر می‌کنند؟ در این مقاله به تحلیل پیوند‌ها و املاح درون آب می‌پردازیم و با بررسی چند دستورالعمل نمایه‌ی آب، با مشخصات آب برای دم‌آوری ایده‌آل قهوه آشنا می‌شویم. این مقاله برگرفته از منابع مختلفی چون مقاله‌ها و کتاب‌ها است  که در زمینه‌ی آب مورد استفاده در دم‌آوری ایده‌آل قهوه نوشته شده‌اند که بعد از جمع‌آوری و تحلیل داده، به زبان فارسی بازگردانی شده است. می‌توانید با مراجعه به لینک منابع، متون مرجع را نیز مطالعه کنید.

شیمی آب و پیوندهای تشکیل‌دهنده آن

آب از جهات گوناگونی یک مایع شگفت‌انگیز است؛ بیش از ۷۱ درصد سطح کره‌ی زمین را آب تشکیل داده است که حاکی از پایداری بسیار بالای آن است. از نگاه میکرومتریک¹، مولکول‌های آب پیوستگی بسیار زیادی با یک‌دیگر و درعین‌حال کم‌ترین چسبندگی را با مولکول‌های دیگر دارند. این ویژگی موجب ایجاد کشش سطحی در آب می‌شود و به همین دلیل است که حشرات می‌توانند روی‌ آب حرکت کنند و یک سطح خیس به ‌آسانی با یک پارچه تمیز می‌شود.

هم‌چنین از نگاه ترمودینامیک²، آب ظرفیت گرمایی بسیار بالایی³ دارد و به انرژی بسیار زیادی نیاز است تا دمای یک کیلوگرم آب به مقدار یک درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش پیدا کند. از این ویژگی آب برای خنک‌سازی واکنش‌های گرماده صنایع مختلف مانند فولاد استفاده می‌شود. هم‌چنین، آب از آن جایی که بیشترین قابلیت انحلال‌پذیری  با سایر ترکیبات را دارد، به عنوان یک حلال جهانی⁴ شناخته می‌شود که این ویژگی منجر به کاربرد‌های بسیار زیاد آن در صنایع داروسازی، رنگ‌سازی، کاغذسازی، غذا و نوشیدنی شده است و البته حلالیت آب است که آن را تبدیل به بهترین ماده برای دم‌آوری قهوه می‌کند؛ زیرا به طور منحصربه‌فردی ترکیبات طعمی و رایحه‌ی محبوس در دانه‌های قهوه را آزاد و در خود حل می‌کند. تمام این ویژگی‌ها از ساختار شیمیایی و مولکولی آب سرچشمه می‌گیرند. ساختار اصلی تشکیل‌دهنده‌ی آب یک مولکول ساده است که از پیوند کووالانسی میان دو اتم هیدروژن کوچک با بار نسبی مثبت و یک اتم اکسیژن بزرگ با بار نسبی منفی تشکیل شده است. هنگامی که هیدروژن‌ها به اکسیژن متصل می‌شوند، یک مولکول نامتقارن با بار مثبت در یک طرف و بار منفی در طرف دیگر ایجاد می‌کنند. این اختلاف بار، قطبیت⁵ نامیده می‌شود و نحوه تعامل آب با مولکول‌های دیگر را مشخص می‌کند.

_{مولکول آب از دو عنصر هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است که طی پیوند کووالانسی هر دو اتم با به اشتراک گذاری الکترون به پایداری می‌رسند. در این مولکول، اتم اکسیژن بار نسبی منفی و اتم‌های هیدروژن بار نسبی مثبت دارند. از این رو ، به دلیل جذب بارهای ناهنام، با عبور این مولکول‌ها از میان دو صفحه‌ی فرضی با بار مثبت و منفی، آرایش مولکول‌ها در جهت قرارگیری بارهای ناهمنام در نزدیکی هم تغییر می‌کند.}

علاوه‌براین، از آن‌جایی که اکثر مولکول‌های بیولوژیکی دارای مقداری عدم تقارن الکتریکی هستند، آن‌ها نیز قطبی هستند و مولکول‌های آب می‌توانند با هر دو ناحیه مثبت و منفی خود با آن‌ها پیوند ایجاد  و آن‌ها را احاطه کنند. در عمل، با احاطه‌کردن مولکول‌های قطبی یک ماده دیگر، آب راه خود را به تمام گوشه‌ها و شکاف‌های بین مولکول‌ها باز می‌کند و با جدا کردن آن‌ها از یکدیگر موجب انحلال مولکول‌های مواد مختلف می‌شود.

برای مثال وقتی کریستال‌های شکر را در آب می‌ریزیم، از آن‌جایی که هر دو قطبی هستند، مولکول‌های آب مولکول‌های قند را احاطه می‌کنند و شکر را در خود حل می‌کنند. مشابه قطبیت، برخی از مولکول‌ها از یون‌ها یا ذرات باردار مخالف ساخته شده‌اند. آب با برهم‌کنش با ذرات باردار مثبت و منفی، این مولکول‌های یونی را نیز از هم جدا می‌کند. همین اتفاق در مورد انحلال نمک در آب می‌افتد، زیرا نمک از یون‌های باردار سدیم و کلر تشکیل شده است.

_{طی انحلال، مولکول‌های آب، مولکول‌های حل‌شونده را با احاطه‌ی بارهای ناهمنام در خود حل می‌کنند.}

۲۴ متغیر در دم‌آوری قهوه (بخش ۱)

فیزیک جریان­ آب کتری‌ها

مقدمه‌ای بر نقش آب در دم‌آوری قهوه

چگونه مواد معدنی موجود در آب بر عصاره‌گیری تأثیر می‌گذارند؟

مواد معدنی موجود در آب بر دم‌آوری تأثیر می‌گذارند و می‌توانند با مواد آزاد شده تعامل داشته باشند. آب بدون مواد معدنی از آن‌جایی که هیچ ماده‌ی حل‌شده‌ی معدنی ندارد، به طور بی‌رویه مواد مختلفی را از ذرات قهوه استخراج می‌کند. ازاین‌رو، هنگامی که از آب مقطر برای دم‌آوری استفاده می‌کنیم، فنجان نهایی اسیدیته‌ای بیش‌ازحد و ترش، تن‌واری بسیار سبک و بافت آبکی و نمایه‌ی طعمی غیرشفافی خواهد داشت؛ به‌طوری‌که پیدا کردن طعم‌یادهای واضح در آن تقریباً غیر ممکن است. تن‌واری⁶، اسیدیته و نمایه‌ی طعمی فنجان نهایی تا حد زیادی به سختی کل ⁷و ظرفیت بافری⁸ یا قلیائیت⁹ آب بستگی دارد.

سختی، مقیاسی برای اندازه‌گیری مقدار برخی از مواد معدنی موجود در آب است. مقدار و نسبت این مواد در آب مورد استفاده برای دم‌آوری می‌تواند تأثیر چشم‌گیری بر طعم قهوه و احتمال ایجاد رسوب برای تجهیزات دم‌آوری داشته باشد. اصطلاح سختی در اصل از تأثیر مواد معدنی بر صابون سرچشمه می‌گیرد. مواد معدنی موجود در آب سخت به صابون متصل می‌شوند و با ایجاد یک ترکیب نامحلول، تشکیل کف را سخت‌تر و کاربرد صابون برای شست‌وشو را کم‌تر می‌کند.

در برخی مواقع، مردم متوجه شدند که اگر آب قبل از استفاده جوشانده شود، سختی آب کاهش پیدا می‌کند و شست‌وشو آسان‌تر می‌شود. آن بخش از سختی آب که می‌تواند با جوشاندن از بین برود، سختی موقت¹⁰ و سختی‌ای که پس از جوشاندن آب باقی می‌ماند، سختی دائم¹¹ نامیده می‌شود.

 همان‌طور که اشاره شد، موادی  که در آب حل می‌شوند از یون‌هایی باردار تشکیل شده‌اند. یک ترکیب معدنی جامد دارای مقادیر مساوی بار مثبت و منفی است که با هم مخلوط شده‌اند، بنابراین بارها یکدیگر را خنثی می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، نمک خوراکی یا سدیم کلرید، از قسمت‌های مساوی سدیم با بار مثبت¹² و یون‌های کلرید با بار منفی¹³ تشکیل شده است. هنگامی که مواد معدنی در آب حل می‌شوند، یون‌ها از هم جدا شده و در آب پخش می شوند. سختی توسط مواد معدنی ایجاد می‌شود که دارای یون مثبت بیش از یک بار باشد. بار قوی‌تر در این یون‌ها همان چیزی است که باعث تعامل آن با صابون می‌شود که این مواد می‌توانند به عصاره‌گیری از قهوه کمک کنند.

یون‌های کلسیم¹⁴ و منیزیم¹⁵ تقریباً تمام سختی آب آشامیدنی را تشکیل می‌دهند. از آن‌جایی که کلسیم و منیزیم هر دو دارای دو بار مثبت هستند، رفتار آن‌ها بسیار مشابه است، بنابراین وقتی در مورد سختی صحبت می‌کنیم، می‌توان آن‌ها را قابل تعویض در نظر گرفت. برخی از یون‌های دیگر، مانند آهن¹⁶ یا آلومینیوم از لحاظ نظری می‌توانند باعث سختی آب شوند، اما از آن‌جایی که پس از تصفیه مقدار آن‌ها در آب آشامیدنی تا حد زیادی کاهش می‌یابد، می‌توان تأثیر آن‌ها را نادیده گرفت. 

 معمولاً جایی که سختی آب بیشترین تأثیر را می‌گذارد در میزان عصاره‌گیری و تن‌واری قهوه است. سختی بسیار بالا موجب سنگینی ‌تن‌واری قهوه و نمایۀ طعمی کدر و سختی بسیار پایین موجب عدم عصاره‌گیری از مولکول‌های طعمی و سبک بودن تن‌واری قهوه می‌شود. همچنین سختی بالا احتمال ایجاد رسوب در تجهیزاتی مانند کتری و دستگاه اسپرسو را نیز بالا می‌برد. 

قلیائیت تأثیر بسیار واضح‌تری بر ویژگی‌های فنجان نهایی نسبت به سختی دارد. قلیائیت به معنی مقاومت محلول در برابر اسیدی‌شدن با افزودن اسید است و تا حد زیادی مهم‌ترین عامل در تأثیر شیمیایی آب بر طعم قهوه است. به عبارت ساده‌تر، قلیائیت بیشتر، از اسیدی‌شدن آب ناشی از عصاره‌گیری قهوه جلوگیری می‌کند و می‌تواند به طور کامل اسیدیته را از بین ببرد. در مقابل، قلیائیت کم‌تر، موجب عصاره‌گیری بی‌رویه از اسیدها‌ی قهوه شده و موجب ترشی بیش‌ازحد فنجان نهایی می‌شود. این عبارات صرف نظر از پی‌اچ¹⁷ آب درست است.

طی تحقیقات اخیر که با همکاری برشته‌کاری سون مایلز¹⁸ و مرکز علوم و فناوری غشایی یونسکو¹⁹ صورت گرفته است، میزان ایده‌آل سختی آب در بازه ppm ۵۰ تا ppm ۸۰ قرار می‌گیرد و در این بازه است که بیشترین مقدار ترکیبات میوه‌ای، شکلاتی و وانیلی با بهترین تعادل آزاد می‌شوند. همچنین، بازه‌ ایده‌آل قلیاییت بین ppm 20 تا ppm 70 قرار می‌گیرد. البته باید در نظر داشت که طراحی نمایه آب دم‌آوری به متغیرهای متفاوتی مانند درجه برشت و از آن مهم‌تر، خاستگاه قهوه بستگی دارد و می‌توان با خارج شدن از این بازه‌ها نیز یک دم‌آوری ایده‌آل داشت.

_{نتایج آزمایش‌های برشته‌کاری سون مایلز بر نتایج ناشی از سختی‌های مختلف}

_{این نتایج، چگونگی تغییر عصاره‌گیری از ترکیبات مختلف طعمی  در قهوه با استفاده از آب‌های دارای سختی متفاوت را نشان می‌دهد. طبق این تحقیق، اسپرسو عصاره‌گیری شده با آب با سختی پایین عطر و طعم کمی دارد و از سوی دیگر،  استفاده از آب سخت، نرخ عصاره‌گیری را افزایش می‌دهد؛ با این حال، یک نقطه تعادل مناسب وجود دارد. وقتی سختی به 60ppm می‌رسد، سرعت افزایش طعم نسبت به افزایش سختی کاهش می یابد. در واقع، برای مشاهده‌ی یک افزایش قابل توجه در طعم‌های استخراج شده، باید از حد ایمن سازندگان دستگاه اسپرسو برای سختی عبور کنیم.}

با روش‌های متفاوتی می‌توان سختی و قلیاییت را در آب اندازه‌گیری کرد که مرسوم‌ترین و راحت‌ترین راه، استفاده از کیت‌های تیتراسیون²⁰ است که طی یک آزمایش ساده با استفاده از مشخصه‌ تغییر رنگ، میزان دقیق این ویژگی‌ها را اندازه‌گیری می‌کند.

با استناد به یک باور اشتباه، اغلب مقدار «کل مواد جامد محلول» ²¹که با استفاده از تی‌دی‌اس متر اندازه‌گیری می‌شود با «سختی» برابر در نظر گرفته می‌شود. در نظر داشته باشید، عددی که تی‌دی‌اس متر²² به ما نشان می‌دهد صرفاً میزان کل مواد جامد محلول در آب را نشان می‌دهد و تا زمانی که ندانیم این مواد دقیقاً از چه ترکیباتی تشکیل شده‌اند، نمی‌توانیم تأثیر آب بر دم‌آوری را مشخص کنیم. همچنین، برخی از موادی که تی‌دی‌اس متر به عنوان ذرات محلول به ما نشان می‌دهد هیچگونه تأثیر طعمی بر قهوه نخواهند داشت و تی‌دی‌اس به تنهایی، شاخص قابل‌اعتمادی برای کیفیت آب نیست و عملاً هیچ کدام از اطلاعات مورد نیاز ما یعنی سختی و قلیائیت را به ما نشان نمی‌دهد.

یکی دیگر از مشخصه‌های مهم آب موردنیاز برای دم‌آوری ایده‌آل، پی‌اچ آب است که تعادل اسید و باز در آب را به ما نشان می‌دهد. با استفاده از پی‌اچ متر²³ و کاغذ لیتموس²⁴ (کاربرد اصلی در اندازه‌گیری پی‌اچ خاک در کشاورزی) می‌توان این شاخص را اندازه‌گیری کرد.

طی تحقیقات انجام‌شده با استفاده از آنالیز دستگاهی، با افزایش پی‌اچ، در صورت ثابت بودن قلیائیت، عصاره‌گیری افزایش پیدا می‌کند و بازه‌ی ایده‌آل آن را می‌توانیم بین 7 تا 5/8 در نظر بگیریم. نکته جالب در ارتباط با پی‌اچ این است که در پی‌اچ 7/7 کم‌ترین میزان عصاره‌گیری ترکیبات ایجادکننده دریافت طعم‌یادهای وانیل و کارامل در قهوه انجام می‌شود و در پی‌اچ‌های بالاتر عصاره‌گیری از این ترکیبات بیشتر است.

نمونه‌هایی از دستورالعمل‌های آب مناسب برای دم‌آوری ایده‌آل قهوه

طراحی یک نمایه آب مناسب برای دم‌آوری شامل تعیین میزان سختی، قلیائیت و میزان کل مواد جامد محلول است که با توجه به اطلاعاتی مانند خاستگاه و درجه برشت‌، می‌توان دستورالعمل‌های متفاوتی را طراحی کرد.

_{تاثیر درجه‌ی برشت بر آب مناسب دم‌آوری}

_{با تیره‌‌تر شدن برشت قهوه، از آنجایی که انحلال ذرات افزایش پیدا می‌کند، با کاهش سختی و قلیاییت آب، نرخ عصاره‌گیری را به گونه‌ای کم می‌کنیم که نمایه‌ی طعمی متعادلی داشته باشیم.}

دستورالعمل ۱ (بازه استاندارد انجمن قهوه تخصصی):

سختی کل: ppm ۴۰ 

قلیاییت: ppm ۶۸

مقدار کل مواد جامد محلول:  ppm ۱۲۸

این دستورالعمل طبق ایده‌آل انجمن قهوه تخصصی از کتاب راهنمای قهوه تخصصی آمریکا چاپ سال 2009 طراحی شده است. بازه سختی این دستورالعمل می‌تواند در بازه ‌ppm  ۱۷ الی ppm ۸۵ متغیر باشد، بنابرین می‌توان قلیائیت را به‌طورثابت برابر با ppm ۴۰ نگه داشت و سختی کل را با توجه به ایده‌آل قهوه تغییر داد.

دستورالعمل ۲ (اسکات رائو):

سختی کل: ppm ۷۵ 

قلیاییت: ppm ۵۰

مقدارکل مواد جامد محلول:  ppm ۱۲۵ 

دستورالعمل ۳ (مناسب قهوه‌های بسیار روشن‌برشت)

سختی کل: ppm ۱۱۰

قلیاییت: ppm ۳۵

مقدار کل مواد جامد محلول:  ppm ۱۴۵

این دستورالعمل مناسب یک قهوه‌ بسیار روشن‌برشت، با پیچیدگی طعمی بالا و اسیدیته متوسط است. با توجه به پایین‌بودن قلیائیت می‌توان از این دستورالعمل، فنجانی با اسیدیته‌ای با شدت بسیار بالا  انتظار داشت.

این دستورالعمل به مشخصات توصیه‌شده توسط اسکات رائو، نویسنده کتاب‌های تخصصی قهوه، برای یک فنجان خوش‌طعم و متعادل نزدیک است. این دستورالعمل از نظر سختی کل و قلیائیت کمی بالاتر از بازه انجمن قهوه تخصصی است.

اهمیت آزمون و خطا در طراحی نمایه‌های آب

با شناخت مواد معدنی موجود در آب و تأثیرگذاری آن‌ها در فنجان، دسته‌ای از متغیرهای جدید به متغیرهای دم‌آوری اضافه می‌شود که بیش‌ازپیش به ما برای رسیدن به نتایج ایده‌آل کمک می‌کند. تنها راه تسلط کامل بر این متغیرها، آزمون و خطای پی‌درپی و افزایش آگاهی نسبت به علم روز  است و زمانی می‌توان با قطعیت یک دستورالعمل را برای یک قهوه‌ی مشخص پیشنهاد کرد که با دستورالعمل‌های مختلف آن قهوه را دم‌آوری و ارزیابی کرده باشیم.

برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید با مراجعه به فهرست منابع، جدیدترین مقاله‌ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه را مطالعه کنید.

منابع

Water for coffee: Science Story Manual

The Physics of Filter Coffee

The Biological Roles of Water and Why is Water Necessary For Life

Water Hardness

Water and The Taste of Coffee

Demystifying Water for Coffee

Effect of Alkalinity on Coffee Extraction

Perfecting Water for Brewing Coffee

The Science of Perfect Water for Coffee

How to Adapt Your Water For Different Extraction methods

گردآوری و تاليف: امیرحسین ایزدی

ویراستاری: محمد وحیدطاری

1. Micrometrics: علم بررسی رفتار مواد و ذرات در مقیاس بسیار کوچک ↩︎
2. Thermodynamics: شاخه‌ای از علوم طبیعی که به بحث  راجع به به گرما و نسبت آن با انرژی و کار می‌پردازد ↩︎
3.  ۴۱۸۲ ژول ↩︎
4. Universal Solvent ↩︎
5. Polarity ↩︎
6. Body ↩︎
7.  Total Hardness ↩︎
8.  Buffering Capacity ↩︎
9. Alkalinity ↩︎
10.  Temporary Hardness ↩︎
11.  Permanent Hardness ↩︎
12. ⁺Na ↩︎
13. ^–Cl ↩︎
14. ⁺Ca2 ↩︎
15.  ⁺Mg2 ↩︎
16. ⁺Fe3 ↩︎
17. مقیاسی برای مشخص کردن تعادل اسید و باز در مواد ↩︎
18. Seven Miles Roasters ↩︎
19. UNESCO Centre for Membrane Science and Technology ↩︎
20. Titration Kits ↩︎
21. (Total Dissolved Solids (TDS ↩︎
22. TDS Meter ↩︎
23. PH Meter ↩︎
24. Litmus paper, روشی برای تعیین پی‌اچ که با استفاده از کاغذ آغشته شده به شناساگر انجام می‌شود و کاربرد اصلی آن در تعیین پی‌اچ خاک است ↩︎