Kawa to złożony napój, którego jakość zależy od wielu czynników. Do najważniejszych należą: gatunek i pochodzenie ziaren, profil palenia, stopień zmielenia, metoda parzenia oraz jakość i skład chemiczny wody użytej do ekstrakcji. Woda, stanowiąca ponad 98% objętości gotowego naparu, pełni rolę nie tylko rozpuszczalnika, ale także aktywnego uczestnika procesów chemicznych. Jej parametry fizykochemiczne decydują o tym, jakie związki z ziaren kawy zostaną wyodrębnione i jak zostaną one odebrane przez nasze zmysły. Jaka jest rola wody w produkcji i parzeniu kawy? Zapraszamy do lektury!

Znaczenie profilu chemicznego wody

Profil chemiczny wody oznacza jej skład mineralny, czyli zawartość takich jonów jak wapń (Ca2+), magnez (Mg2+), wodorowęglany (HCO3-), siarczany (SO4 2-), chlorki (Cl-) oraz sód (Na+). Twardość wody, czyli zdolność do strącania mydła i tworzenia osadów wapniowo-magnezowych, jest wyznaczana głównie przez stężenie jonów Ca2+ i Mg2+.

Badania (Fibrianto i in., 2018) wykazały, że mineralizacja wody wpływa na zdolność ekstrakcyjną, czyli stopień, w jakim substancje rozpuszczalne w kawie przechodzą do naparu. Woda zbyt miękka (np. destylowana) może prowadzić do niedoekstrahowania, co skutkuje wodnistym i płaskim smakiem. Z kolei woda zbyt twarda może powodować nadmierne wyodrębnienie niektórych substancji, szczególnie tych odpowiedzialnych za gorycz i ściąganie.

Jony wapnia i magnezu wykazują różne powinowactwo do związków aromatycznych: magnez skuteczniej wyodrębnia lotne związki zapachowe, natomiast wapń zwiększa ekstrakcję kwasów chlorogenowych i kofeiny. Zjawisko to można tłumaczyć chemicznie. Kwasy chlorogenowe, obecne w ziarnach kawy, w środowisku wodnym mogą ulegać dysocjacji, tworząc aniony. Jony wapnia (Ca²⁺) mają zdolność tworzenia słabo rozpuszczalnych soli z tymi anionami, co obniża stężenie wolnych form kwasów w roztworze. W wyniku tego, zgodnie z zasadą Le Chateliera, lub innymi słowy „regułą przekory”, układ dąży do zminimalizowania zakłócenia równowagi chemicznej. Zasada ta mówi, że jeśli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi zmiana warunków (np. stężenia substratów lub produktów), układ zareaguje tak, by przeciwdziałać tej zmianie.

W przypadku kawy, gdy jony wapnia tworzą z anionami kwasów chlorogenowych trudno rozpuszczalne sole, zmniejsza się stężenie wolnych kwasów w roztworze. Układ reaguje na to dalszym przesunięciem równowagi w stronę dysocjacji kolejnych cząsteczek kwasów, co zwiększa ich rozpuszczanie i transfer do fazy wodnej. W ten sposób obserwujemy zwiększoną ekstrakcję, nawet jeżeli same sole są słabo rozpuszczalne. Zatem, choć badania empiryczne nie identyfikują jednoznacznie mechanizmu, najbardziej logiczne z punktu widzenia chemii są dwa zjawiska: efekt zasady Le Chateliera oraz iloczyn rozpuszczalności tychże soli. Dodatkowo mechanizm dyfuzji jonowej ułatwia przemieszczanie się tych związków do fazy wodnej, pogłębiając efekt ekstrakcji.

Aktywność wody i jej wpływ na trwałość kawy

Aktywność wody (oznaczana symbolem aw) to stosunek ciśnienia pary wodnej nad danym produktem do ciśnienia pary wodnej nad czystą wodą w tej samej temperaturze. Wartość ta mieści się w przedziale 0–1. Wysoka aktywność wody sprzyja reakcjom chemicznym, takim jak hydroliza, a także rozwojowi drobnoustrojów.

Manzocco i Nicoli (2007) dowiedli, że stabilność chemiczna naparu kawowego zmniejsza się wraz ze wzrostem aktywności wody (aw). Przy aw powyżej 0,8 obserwowano wzrost kwasowości i spadek pH, co prowadzi do zjawiska określanego jako “starzenie kawy”. Efekty te były szczególnie widoczne przy przechowywaniu w wyższych temperaturach. Oznacza to, że aktywność wody musi być kontrolowana, zwłaszcza w produktach typu cold brew czy koncentratach kawowych.

Woda a ekstrakcja związków smakowych i zapachowych

Ekstrakcja to proces, w którym związki chemiczne są przenoszone z cząstek kawy do wody. Odbywa się on na zasadzie dyfuzji (przemieszczania się cząsteczek z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym) oraz rozpuszczania. Parametry fizykochemiczne wody, takie jak pH, przewodność, buforowość i twardość, decydują o tym, które związki zostaną wyekstrahowane i w jakim stopniu.

Badania Voilley’a i wsp. (1981) oraz Anduezy i wsp. (2007) wykazały, że temperatura parzenia, stosunek kawy do wody oraz twardość wody istotnie wpływają na ilość substancji rozpuszczonych w naparze (Total Dissolved Solids, TDS), pH, lepkość oraz profil sensoryczny. Zbyt niska temperatura i miękka woda powodują niedostateczną ekstrakcję, a woda o wysokiej zawartości wodorowęglanów może buforować pH, zmniejszając odczuwaną kwasowość.

Woda jako element „wirtualnego zużycia” (virtual water)

Pojęcie “wirtualnej wody” zostało wprowadzone przez Allana (1993) i odnosi się do ilości wody zużytej w procesie produkcji dobra, choć sama woda nie jest bezpośrednio obecna w produkcie. W przypadku kawy ogromna ilość wody jest zużywana do uprawy, przetwarzania i transportu ziaren.

Chapagain i Hoekstra (2003) wyliczyli, że przeciętna filiżanka kawy (125 ml) wymaga zużycia około 140 litrów wody w procesie produkcji. W skali światowej oznacza to około 110 miliardów metrów sześciennych rocznie, z czego większość to tzw. “zielona woda” (opady atmosferyczne wykorzystywane przez rośliny). Ta informacja ma znaczenie zarówno dla zrównoważonego rolnictwa, jak i świadomości konsumentów.

Rola wody w produkcji i parzeniu kawy: procesy uzdatniania

Uzdatnianie wody to zespół procesów mających na celu poprawę jakości wody pod względem jej zastosowania – w tym przypadku do celów spożywczych (parzenia kawy) oraz rolniczych (podlewania roślin kawowych). Odpowiednia jakość wody pozwala uzyskać spójne rezultaty ekstrakcji i wspomaga rozwój roślin.

Uzdatnianie wody do parzenia kawy

Woda używana do parzenia kawy musi spełniać szereg wymagań jakościowych, by umożliwić skuteczną ekstrakcję związków aromatycznych i smakowych, bez jednoczesnego wprowadzania niepożądanych substancji. Jej skład chemiczny i czystość wpływają bezpośrednio na profil sensoryczny naparu. Jedną z najskuteczniejszych metod uzdatniania wody w tym kontekście jest technologia odwróconej osmozy (RO – Reverse Osmosis).

Odwrócona osmoza

Odwrócona osmoza to proces membranowy, w którym czysta woda przechodzi przez półprzepuszczalną membranę pod wpływem ciśnienia, podczas gdy jony, cząstki organiczne, bakterie i inne zanieczyszczenia zostają zatrzymane. W nowoczesnych systemach RO, jak opisali Elimelech i Phillip (2010), możliwe jest osiągnięcie bardzo wysokiej czystości wody przy niskim zużyciu energii (<1,5 kWh/m³), co czyni te technologie szczególnie przydatnymi w zastosowaniach spożywczych.

Systemy RO działają w kilku etapach:

• Wstępna filtracja mechaniczna, usuwająca piasek, osady i cząstki organiczne.
• Właściwa separacja membranowa, eliminująca do 99% rozpuszczonych soli, związków organicznych i mikroorganizmów.
• W niektórych przypadkach – remineralizacja, polegająca na dodaniu precyzyjnych ilości związków wapnia, magnezu czy sodu, w celu przywrócenia wody do parametrów optymalnych w przypadku ekstrakcji kawy.

Proces mineralizacji

Woda po procesie RO ma bardzo niską przewodność elektryczną (zazwyczaj <10 µS/cm), co oznacza minimalną zawartość jonów. Taka woda, choć chemicznie czysta, może prowadzić do słabej ekstrakcji i płaskiego profilu smakowego, dlatego najczęściej poddaje się ją procesowi mineralizacji.

Mineralizacja to proces kontrolowanego dodawania soli mineralnych, takich jak siarczan wapnia czy węglan magnezu. Jej celem jest osiągnięcie przewodności w zakresie 75–250 µS/cm oraz zapewnienie odpowiedniej buforowości i twardości wody. Zbyt wysoka mineralizacja może skutkować nadmierną ekstrakcją niepożądanych związków (np. goryczek), a zbyt niska – zubożonym, wodnistym smakiem naparu.

Kontrola przewodności elektrycznej

Przewodność elektryczna (wyrażana w mikroSiemensach na centymetr – µS/cm) służy jako praktyczny wskaźnik zawartości minerałów w wodzie. Monitorowanie tego parametru pozwala na bieżąco oceniać jakość wody po uzdatnianiu i dostosowywać jej skład do wybranej metody parzenia kawy (np. espresso, drip, cold brew). Zbyt wysoka przewodność może oznaczać nadmierną mineralizację i prowadzić do nadmiernej ekstrakcji goryczy, natomiast zbyt niska – niedobór składników wspomagających ekstrakcję i płaski profil smakowy.

Uzdatnianie wody do podlewania kawy

W przypadku plantacji kawy jakość wody do nawadniania ma kluczowe znaczenie dla wzrostu, plonowania i odporności roślin. Woda pełni nie tylko funkcję transportową, lecz także wpływa na dostępność składników odżywczych w glebie.

Badania Cai i wsp. (2007) wykazały, że połączenie odpowiedniego systemu nawadniania (takiego jak nawadnianie kroplowe, mulczowanie lub ich kombinacja) z umiarkowanym nawożeniem mineralnym (azot – N, fosfor – P, potas – K) skutkowało istotnym wzrostem efektywności fotosyntezy i zawartości chlorofilu w liściach Coffea arabica. Przełożyło się to bezpośrednio na zwiększoną biomasę i wyższą jakość plonu, co potwierdza, że zarządzanie jakością wody i nawożeniem musi być zintegrowane.

Podstawowe metody uzdatniania wody do nawadniania obejmują filtrację mechaniczną (usuwanie zawiesin, piasku, mułu) oraz regulację mineralną, szczególnie w przypadku wody pochodzącej ze źródeł o wysokim zasoleniu (np. głębinowe studnie w rejonach suchych).

Skład mineralny wody do podlewania kawy powinien być dobrze zbilansowany. Pożądane jest utrzymanie odpowiednich stosunków wapnia, magnezu, potasu i sodu. Nadmiar sodu może powodować zasolenie gleby oraz zaburzenia w pobieraniu składników odżywczych, co negatywnie wpływa na rozwój i jakość ziaren.

Zaleca się, aby stosunek wapnia do magnezu (Ca:Mg) wynosił około 3:1, a całkowita zawartość rozpuszczonych soli (TDS – Total Dissolved Solids) nie przekraczała 700 mg/l. Przewodność elektryczna wody (wyrażana w µS/cm) powyżej 2000 µS/cm może świadczyć o zbyt dużym zasoleniu i stanowić zagrożenie dla zdrowia roślin.

Z kolei woda zbyt miękka, jak np. woda deszczowa, choć korzystna dla młodych roślin, w dłuższej perspektywie może prowadzić do niedoborów niezbędnych mikro- i makroelementów. Dlatego w praktyce często łączy się ją z wodą zawierającą rozpuszczalne minerały lub stosuje się nawożenie do listne, aby zrekompensować braki składników pokarmowych.

Rola wody w produkcji i parzeniu kawy: wnioski

Woda jest kluczowym czynnikiem determinującym jakość naparu kawowego. Jej skład chemiczny, twardość i aktywność wpływają na skuteczność ekstrakcji, profil sensoryczny oraz trwałość produktu. Dla uzyskania kawy o wysokiej jakości smakowej zaleca się stosowanie wody średnio zmineralizowanej, o umiarkowanej twardości (ok. 100–200 mg/l CaCO3), niskiej zawartości chlorków i wodorowęglanów oraz pH w zakresie 6,5–7,5.

Jednocześnie świadomość ekologiczna dotycząca zużycia wirtualnej wody w produkcji kawy może stanowić impuls do bardziej odpowiedzialnych wyborów konsumenckich oraz praktyk rolniczych.

Podsumowanie

Choć kawa kojarzy się przede wszystkim z pochodzeniem ziaren, stopniem palenia czy metodą parzenia, to właśnie woda jest głównym składnikiem naparu i kluczowym nośnikiem substancji smakowo-aromatycznych. Skład mineralny, twardość oraz pH wpływają na efektywność ekstrakcji i końcowy profil sensoryczny. Zastosowanie zbyt miękkiej lub nadmiernie zmineralizowanej wody może skutkować naparem o zubożonym smaku, nieprzyjemnej goryczy lub braku klarowności aromatycznej.
Nowoczesne technologie uzdatniania, takie jak odwrócona osmoza (RO), w połączeniu z odpowiednią remineralizacją, umożliwiają precyzyjne dostosowanie parametrów wody do wymagań danego stylu parzenia i profilu kawy. Dla domowego baristy oznacza to szansę na powtarzalność i kontrolę. Dla właściciela kawiarni – gwarancję jakości w każdej filiżance.

 

To właśnie świadome podejście do wody oddziela poprawną kawę od kawy wybitnej. Nawet najbardziej zaawansowany ekspres nie zrekompensuje źle dobranego profilu wody, a z drugiej strony — odpowiednio przygotowana woda potrafi wydobyć potencjał nawet z prostych metod parzenia. Dlatego znajomość właściwości wody i ich wpływu na ekstrakcję staje się jednym z filarów współczesnej kultury kawowej.

Szukasz skutecznego rozwiązania dla swojej kawiarni? Zapoznaj się z naszą ofertą.

Bibliografia

1. Fibrianto, K., Yuwono, S. S., Sutrisno, J., & Yunianta. (2018). The influence of brewing water characteristic on sensory perception of pour-over local coffee. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 102, 012095. https://doi.org/10.1088/1755-1315/102/1/012095

2. Manzocco, L., & Nicoli, M. C. (2007). Modeling the effect of water activity and storage temperature on chemical stability of coffee brews. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55(16), 6521–6526. https://doi.org/10.1021/jf0704817

3. Chapagain, A. K., & Hoekstra, A. Y. (2003). The water needed to have the Dutch drink coffee (UNESCO-IHE Report Series No. 14). https://waterfootprint.org/media/downloads/Report14.pdf

4. Córdoba, N., Fernández-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. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.12.004

5. Voilley, A., Lubbers, S., & Feigenbaum, A. (1981). Influence of some processing conditions on the quality of coffee brew. Journal of Food Process and Preservation, 5(2), 135–143. https://doi.org/10.1111/j.1745-4549.1981.tb00644.x

6. Andueza, S., de Peña, M. P., & Cid, C. (2007). Influence of coffee/water ratio on the final quality of espresso coffee. Journal of the Science of Food and Agriculture, 87(4), 586–592. https://doi.org/10.1002/jsfa.2734

7. Cai, G., Li, Z., Liu, Y., Sun, Z., & Liang, Y. (2007). The growth of Arabica coffee seedling components under different irrigation methods and nitrogen application rates. Agricultural Water Management, 94(1–3), 193–198. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2007.08.004

8. Tomaszewska, B., & Bodzek, M. (2010). Desalination of geothermal waters using a hybrid UF-RO system. Desalination, 240(1–3), 3–14. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.09.001