※本記事はHanna Instruments USAによる記事を翻訳・編集しています。
ハンナ インスツルメンツ・ジャパン株式会社
好きな食べ物や飲み物について話すとき「水がおいしいから」という言葉をよく耳にします。パン、ピザ、ビール、その他ほとんどすべての食べ物に当てはまるのですが、ドリップコーヒーやエスプレッソはどうでしょうか？水はこれらの飲み物にどのような影響を与えるのでしょうか？
答えを追求するためにはコーヒーを淹れるプロセスを知る必要があります。ローストの鮮度、グラインドの鮮度、水質など、多くの要素が最終的な抽出に影響します。
コーヒー豆に含まれる600種類以上の揮発性化合物は、水の成分によって影響を受けます。
本記事では、水質がコーヒーの抽出にどのような影響を与えるか、コーヒーの抽出量を測定する方法、そして抽出量の目標値を提案します。コーヒーと抽出水に含まれる全溶解固形分（TDS）の役割に焦点を当てますが、抽出プロセスには他にも数え切れないほどの変数があることをご了承ください。
全溶解固形分（TDS）とは？
簡単に言うと、TDSは一定量の溶液に溶けている「物質」（固体）の量です。ほとんどの場合、100万分の1（ppm）またはmg/Lで測定します。1リットルの水には1000gの固形分が含まれているため、mgに換算すると1リットルあたり100万mg、またはppmとなります。
TDSの測定値は、何が溶けているかを特定するものではなく、単に溶けている物質の量であることに注意してください。例えば100mg/Lの食塩と100mg/Lの砂糖は、まったく同じTDS値を持つことになります。このことは、後ほどTDS測定について説明する際に重要な意味を持ちます。
コーヒーの溶存固形分を理解する
コーヒーを淹れるとき、豆の一部を”水”に抽出していることはご存じの通り。コーヒー豆に含まれる成分が、コーヒーをおいしい飲み物にしています。淹れたコーヒーに含まれる可溶性固形分の量は、1～2％とかなり幅があります（この幅については後で詳しく説明します）。しかし、一体何が溶けているのでしょうか？
コーヒーの可溶性固形分には、クロロゲン酸、エステル、カフェインのほか、クエン酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸が含まれます。これらの化合物がコーヒーのボディ、アロマ、フレーバーを構成し、コーヒーのTDS測定値を構成しています。
これらの化合物がどの程度抽出水に溶け込むかを変えることで、完成品の出来を幅広くコントロールすることができます。コーヒー豆の挽き方、コーヒーの抽出方法、抽出時間、温度などが一般的です。しかしTDSはコーヒーの濃さをコントロールするための新たな指標として注目されています。
なぜTDSが重要なのか？
TDSはコーヒーにどれだけの物質が溶けているかに相関するため、淹れ手はTDSからコーヒーの濃さを推測することができます。TDSが多ければ多いほど、濃縮された風味豊かなコーヒーになります。しかし、コーヒー豆が水に溶け出す量には限度があり、コーヒーに含まれる好ましくない化合物が溶け出し、刺激的で抽出過多の風味になります。したがって、抽出を成功させるには、まず質の高い水を使うことから始める必要があります。
水のTDS
コーヒー抽出は、抽出水中の溶存固形分に関して、この原理と同様の働きをします。つまり、抽出水に含まれる総溶解固形分（TDS）の量は、抽出効率に直結します。ミネラルの含有量が非常に少ない水はコーヒーを過剰に抽出する傾向があり、TDSの値が高い水は抽出不足になる傾向があります。
アメリカスペシャルティコーヒー協会（SCAA）が、抽出水の水質基準という形でガイドラインを提示しています。SCAAでは醸造用水のTDSレベルを75～250mg/L（ppm）と規定しており、理想的な目標値は150mg/Lと発表しています。醸造水に含まれる溶存固形物の例としては、カルシウム、マグネシウム、塩化物などがあります。醸造者は、水のろ過（逆浸透膜など）や再石灰化によって、水中のTDS濃度をコントロールできます。これらのステップを踏むことで、水道の蛇口から出てくる水のTDS値が一定に保たれます。
その他、SCAAが提唱する各種水質の目標値は以下の通りです。
全塩素 = 0 mg/l
TDS = 150 mg/l
総アルカリ度 = 40 mg/l
pH = 7.0
淹れたコーヒーのTDS
TDSは、コーヒーの理想的な比率を開発する際に重要な影響を及ぼします。SCAAが水の規格を定めているのと同様に「理想的な」コーヒーを作るための規格を定めています。
コーヒーの抽出強度（コーヒーエキスを抽出する際のコーヒーの固形分濃度）は、全溶解固形分で測定して1リットルあたり11.5～13.5グラム、SCAAの抽出管理表では1.15～1.35パーセントに相当し、可溶物の抽出率は18～22パーセントであること。
コーヒー抽出収率の計算
さらに、コーヒーは水に対して55g/Lの割合で、93～101°C±3°Cの温度で抽出する必要があります。これはコーヒーのスタート地点としては最適ですが、豆によっては抽出率をもっと高くしたり低くしたりした方が美味しくなる場合もありますのでご注意ください。TDSは測定できますが、抽出率を計算する必要があります。
コーヒーの抽出率を計算するには、屈折計（詳しくは後述）とグラム単位で測れるスケールが必要です。
例えば、1リットルのコーヒーをSCAA比55g/Lで抽出し、TDSが1.15%だった場合、抽出率は次のようになります。
この計算を完了すると、抽出率は20.91％となり、黄金比の範囲内となります。もし少し高かったり低かったりした場合は、温度、時間、挽き具合、抽出水などをチェックしてください。
コーヒーTDS測定の実施
TDSがコーヒーと抽出水に与える影響がわかったところで、抽出水と出来上がったコーヒーの両方を測定し、抽出の歩留まりを調べます。測定技術の違いにより、抽出に使用する水と出来上がったコーヒーを正確に測定するためには、異なる測定器を使用しなければなりません。
導電率計は水中の総溶解固形分を測定するために使用され、屈折率計は完成したコーヒーを測定するために使用されます。
水のTDS測定器
TDSも測定できる電気伝導率（EC）計は、水中のような低濃度および高濃度のイオン性溶存固形分（塩類）の測定に優れていますが、溶液中の導電性の低い溶存固形分や非イオン性溶存固形分は検出できません。これには可溶性炭水化物（糖）、脂質、その他の化合物が含まれます。きれいな水に含まれるほとんどの溶存固体は、ミネラルやその他の電荷を帯びたイオンを含んでいるだけなので、導電率計はTDSの測定に理想的です。
醸造用水用のTDS測定器には、以下のような特徴があるかどうかをご確認ください：
・0.7の換算係数で換算できること。（SCAAによる規定）
・一般的な醸造用水の測定範囲（0～1000ppm以上）
・1ppm以上の分解能
・防水性（必須ではないが、あるとよい）
コーヒー用屈折計
屈折計は、屈折の原理によって水分中の溶存固形分すべてを測定することができます。光が空気中から水中に通過するとき、光は曲がります（屈折する）。これは光の速度が空気中と液体中で異なるために起こります。このように光が屈折するときに、ある角度が存在し、そこでは光は液体の中を通過せず、表面で完全に反射されます。この角度を臨界角と呼びます。
水中の溶存固形分が増えると屈折率が高くなり、その結果、光が曲がる量が増えます。導電率に依存するTDS測定器とは異なり、非イオン性可溶性粒子とイオン性可溶性粒子の両方が屈折率に影響を与えます。 屈折計は臨界角を測定し、スネルの法則の原理を利用して、この測定値を固形分濃度に変換します。これらの屈折計の多くは、飲料業界で一般的な単位であるBrixで測定します。Brixに0.85をかけることで、簡単にコーヒー固形分濃度に変換することができます。ブン技術センターの研究者は、TDSを直接測定する唯一の方法である脱水と比較することで、この換算方法を導き出しました。
屈折計にはデジタル式と機械式があります。機械式屈折計は、コーヒーのサンプルをレンズの上に置き、光にかざすことで作動します。そして、接眼レンズを覗き、光が見えなくなったところを判断します。その線が結果となる。
デジタル屈折計は検査プロセスを簡素化します。結果を推測で判断する必要がなく、暗い場所でも使用できます。
デジタル屈折計をご検討の場合は、次のような機能があるかどうかをご確認ください：
・コーヒーの温度上昇を補正する温度補正機能。
・簡単な操作性。ほとんどの屈折計は、数滴のサンプルを軽くなでるだけで測定が可能です。
・コーヒーの測定範囲に適した精度（通常は0.1 Brix以上）
TDS測定の注意点
TDS測定はコーヒーの抽出を評価する手段の1つですが、他の要因と併せて考慮する必要があります。TDSの値だけでコーヒーの美味しさを決定することはできません。豆の品質、挽き具合、抽出時間、温度など、多くの要素が美味しいコーヒーを作るために重要です。
TDS測定に使用する水は、ミネラルの含有量が適切であることを確認してください。過剰なミネラルや不適切なpH値の水はコーヒーの風味に悪影響を及ぼすことがあります。
また、TDS測定の結果は、コーヒーの品質や味わいに対する個人の好みによっても異なります。お好みの抽出強度や味わいに合わせて調整することが大切です。
まとめ
コーヒーの抽出においては、使用する水のTDSが重要な役割を果たします。抽出水のTDSは、コーヒー豆の成分の抽出を助け、コーヒーの味や風味に影響を与えます。SCAAの推奨する醸造用水のTDS範囲は75～250mg/L（ppm）であり、理想的な値は150mg/Lです。
抽出したコーヒーのTDSを測定することで、抽出の効率を把握し、理想的な抽出率に近づけることができます。TDS測定器や屈折計などの適切な測定器具を使用し、コーヒーの品質向上に役立ててください。ただし、TDS測定値だけが美味しいコーヒーの鍵ではないことに留意する必要があります。