こんちわーCustom Fanatic三神ですー。
そういえば抽出水はいろいろな硬度を試したことはあったのですが、成分その物をいじったことなかったので、今回は色々お薬調達して混ぜ混ぜしてみました（まぜまぜ）。今はやり（？）の”カスタムウォーター”ってやつですね。
最近はWBrCなどの抽出の大会で、お水のミネラルの配合を変えて使用することが一般的になりました。一応TDS計とかPHメーターとかで作ったお水の成分チェックはできるようなのですが、使用薬が微量ゆえ手順が不正確だと結構ぶれるので、再現性のあるお水を作るのは大変ですねー。正確に作るためにはきちんと計量できる精密軽量機や実験設備、そして均一性を担保するために、本来であればかなり大量の水を作成する必要があります。
なので、一貫性のある水を作るのはなかなか難しいと思います。Acaiaで計量するのもちょっと無理があるかも(；ﾟДﾟ)。
・・・とまあ、そんなこと言っててもしょうがないのでまずは簡単な方法で作ってみました。
皆さんご存じの通り、Matt Perger主催のBarista Hustleではお水の作り方と計算式が紹介されているので試してみた方多いと思います。でも文献は英語である上に化学用語が飛び交ってかなり難解ですね。
計算自体は比率計算なのでシンプルなのですが、原子量とかアボガドロ数とかが含んでくるとややこしくてたまらん！！！頑張って計算してみましたが、複雑すぎるので間違ってたら許してね(涙)。
という事でお水を作ってみましたー。
アボガドロ数から1molの原子（分子）量の硬度比率を求める
個人的に南アルプスの天然水が好きなので、これをベンチマークにしました。硬度は約30mg/lとなっています。成分は水1000mlあたりカルシウムが6～15mg。マグネシウムは1～3mg入っているようで結構幅がありますね。
Roast Design Coffeeは幾分か甘さと質感を失っても、アシディティーとフレーバーに重きを置いているので、30mg/lくらいの軟水を選好してます。上限は硬くても60mg/lくらいですね。さすがにRO水とか使うと味が蛋白になりすぎるので、お店では30mg/lの硬度をターゲットにしています。
ちなみに水の硬度はアメリカ硬度を指すことが一般的で、含有ミネラルは炭酸カルシウム（CaCo3）の量に換算されます。なので“硬度が30mg/l”ということは炭酸カルシウムが1リットルの水の中に30mgある場合の比率になっているという事を表します。
硬度の計算はカルシウム塩（Ca）とマグネシウム塩（Mg）などのミネラルにそれぞれ係数を掛け算した値の総和となります。硬度30mg/lと言った場合には、これらカルシウム塩とマグネシウム塩をそれぞれ炭酸カルシウムと同じ量に変換して足した時の合計が30mg/lになるという意味になります。
それぞれの原子は陽子と電子の数が違うので原子量が異なります。炭素＝Ｃの原子番号は12ですが、この炭素を基準として生み出されたアボガドロ数において1mol個の炭素原子（C）の量は12.0106gになります。
＊1mol= 6.02214076×1023個（この個数をアボガドロ数という）
ということで炭酸カルシウムの1molの原子量は以下の通りになります。
- Ca 40.078g
- C 12.0106g
- O3 15.9994g×3＝47.9982g（酸素原子3個分）
計100.0868g/molとなります。約100gですね。
なおカルシウム（Ca）単体は上記の通り、1mol=40.078g。
マグネシウム（Mg）単体は1mol=24.306gとなります。
同じ1mol個で数が同じでも原子量が異なるので、カルシウムやマグネシウムを炭酸カルシウムに変換する必要があります。
カルシウムの場合 およそ100.0868÷40.078＝約2.5倍
マグネシウムの場合 およそ100.0868÷24.306=約4.1倍
・・・になります。ということで硬度の計算式は以下の通りになります。
硬度（CaCO3）mg/l =（カルシウム（Ca）mg/l×2.5）+（マグネシウム（Mg）mg/l×4.1）
今回の実験にあたっては実際にカルシウム濃縮液/マグネシウム濃縮液/炭酸水素ナトリウム溶液を単体でテイスティングしてみました。すると下記のような結果になりました。
- カルシウム濃縮液＝ 強い塩味と苦み。
- マグネシウム濃縮液＝ やや強い塩味と苦みの中に甘さを感じる。カルシウム濃縮液より粘性を感じる（質感が強い）
- 炭酸水素ナトリウム溶液＝ やや塩味を伴う苦み。炭酸のクリスピー感を感じる
マグネシウム、カルシウム濃縮液は共に塩味が主体で明確な苦みを併せ持っていました。特徴としてはかなり似ています。しかしマグネシウム濃縮液の方が甘さと質感があったので、フレーバーの単調なカルシウム溶液は今回不要と考えました。
（マグネシウムは反応が激しいから口を火傷するかと思いましたよ・・・(T_T)。あやうくテイスター生命を終わらすところだった・・・・。
なおPHを調整する（Buffer）炭酸水素ナトリウム溶液は“重曹（NaHCO3）”なので、塩味と苦みを合わせ持った、いわゆる炭酸水の味がしました。加熱すると二酸化炭素（CO2）は揮発しちゃうので、おそらくこの味は残らないでしょうね。
ということで今回はマグネシウムだけで硬度30mg/lを目指すことにしました。この場合水1Lに対し、約7.3mg（30mg÷4.1）のマグネシウムを溶かせばOKという事になります。
そして炭酸水素ナトリウム溶液を使用することで酸性に傾いた溶液を中和します。
では実際に・・・・
まずはマグネシウムの溶液を作らないといけません。マグネシウムは金属であり、いわゆる“マグネシウムリボン”はよく理科の実験とかで使われますね。しかしあれをどんなに細かく砕いても水に溶けません・・・・。単体で安定しているので、水に溶けやすいような状態にしなくてはなりません。
Barista Hustleではエプソムソルト（硫酸マグネシウム＝MgSO4）を水に溶かすことでマグネシウム溶液を作成しています。BHのレシピでは2.45g（そこは2.43gじゃないんだ？）を1000gの水に溶かすことで、1000gの水に対して1000mgの炭酸カルシウムに相当する濃度（もしくは硬度）にしています（2.45g×4.1＝10.045g）。
液体を酸性から中性にする塩基溶液（Buffer Solution）は重曹（炭酸水素ナトリウム＝NaHCO3）1.68gを1000gの水に溶かすことになっています。重曹は水に溶けると炭酸（CO２）、ナトリウムイオン（Na＋）、水酸化イオン（OH-）に分解されます。炭酸は揮発し、ナトリウムは液体に残留。水酸化イオン（OH-）は陰イオンなのでアルカリ性つまり塩基性を持ちながら溶液に残留します。この水酸化イオン（OH-）の作用で酸性に傾いた液体を中和します。でも炭酸水素ナトリウムの溶液はPH8.3程度なので、そんなに中和能力は高くないですね（気休め程度・・・・かな？）。
Barista Hustle
https://www.baristahustle.com/blog/diy-water-recipes-red ux/
レシピが書いてあるのはうれしいのですが、でも・・・
ちょっとおかしいんですよね・・・・。この計算・・・・。
マグネシウムだけを溶かすなら2.45ｇ位でいいんですけど、エプソムソルト（MgSO4）なのでマグネシウムに硫酸分子（SO4）が接続しています。MgSO4の1mol原子量は120.366 g/molです。そしてマグネシウム単体は24.306g/molになります。という事はエプソムソルトにはマグネシウムが20%位しか含有されてないことになります。
・・・・この溶かし方で本当に良いのだろうか・・・・？
PH中和溶液のBufferに関しても1.68gの根拠はおそらく水酸化物（OH）の原子量17.008 g/molだと思いますが、硬度として残留するとしたらおそらくナトリウム（Na）の方でしょう・・・。そうするとナトリウムの原子量22.9898g/molなので、炭酸カルシウムに変換する計算がずれてきてしまいます・・・・。
炭酸水素ナトリウムの原子量は84.007 g/molなので1Lの純水に8.4g溶かさないと計算が合わないです。そもそもなんで炭酸カルシウムの値に変換する必要があるのかも不明です。中和の場合はPH計算になるからです。
（誰か詳しい人（特に理科の先生）いたら教えてくださいな♡）
またさらにBHの簡易レシピの場合はマグネシウムのみを使用するのでそのまま総硬度を算出することにしています。ですが準備溶液の計算がすでにマグネシウム×4.1になっており、これから色々混ぜるのに、いきなり炭酸カルシウム濃度に変換されています。むご！！これは非常にややこしい！！これじゃ何mgマグネシウム入れてるのかがわかりづらいではないか！！後で4.1倍すればいいじゃん・・・(;´･ω･)。
・・・・
2.43ｇのマグネシウムをエプソムソルトで得るのであればおよそ5倍量、（硫酸マグネシウムの原子量は120.366 g/mol）つまり12gは溶かさないとマグネシウム量が2.43gにならないと思います・・・。他のページ見てみるとエプソムソルトが10.12gと記載されているものもありましたが、原子量の比率から考えてもまだ足りないと思うんですけど・・・。
（やっぱり化学の先生に教えてほしい(T_T)）。
（2024.7.15補足）なんでもエプソムソルトは硫酸マグネシウム七水和物」（MgSO₄·7H₂O）という形態で水分子が接続しており、硫酸とマグネシウムだけの構造じゃないそうです。(/・ω・)/
この七水和物（7H₂O）には結晶構造の中に水分子が含まれており、これが粉末状のエプソムソルトの通常の形態なのだそうです。
ということでエプソムソルトの化学式はMgSO₄·7H₂Oで、そのモル質量は次のように計算されます
- Mg: 24.305 g/mol
- S: 32.065 g/mol
- O₄: 64.00 g/mol (16.00 g/mol × 4)
- 7H₂O: 126.00 g/mol (18.00 g/mol × 7)
合計すると、エプソムソルトのモル質量は 24.305 + 32.065 + 64.00 + 126.00 = 246.37 g/mol です。
エプソムソルト1モル中のマグネシウムの割合は次の通りです
24.305÷246.37≈0.0986
つまり、エプソムソルトの約9.86%がマグネシウムです。
これに基づいて、10.14gのエプソムソルトに含まれるマグネシウムの量を計算すると
10.14 g×0.0986≈1.0 g
10.14gのエプソムソルトを1Lの水に溶かすと、溶液全体に1.0gのマグネシウムが含まれます。これを1L（1000mL）に分けると、1mLあたりのマグネシウムの含有量は・・・・
1.0 g÷1000 mL=1 mg/mL
したがって、10.14gのエプソムソルトを1Lの水に溶かすと、1mLあたりマグネシウム1mgの含有量になります。
・・・・・・
・・・という事でなんだかよくわからなくなったので、変にまぜまぜするのではなく、間違いが少なくなるように、市販されているマグネシウム濃縮液を薄めて使うことにしました。
アマゾンを探訪していたら・・・なんと食品添加物のマグネシウム濃縮液（濃縮塩化マグネシウムMgCl）がありました！！50mlの小瓶なのですが、1mlあたり117mgのマグネシウムが含有されているとの事。濃縮液の推定硬度はなんと526500mg/l（！！！！！！(；ﾟДﾟ)）。
この濃縮液はナトリウム（Na）も含有されていますが、マグネシウム73に対し1の割合なので、今回はあまり気にしないことにしました（ミネラルウオーターにはナトリウム入ってることあるしね）。
しかもエプソムソルトと違って硫酸（SO4）を含んでいないので、より酸性に傾きづらく余計な元素の影響を排除することができるはず！！
厳密には違いますが、1mlは約1gなので、この小瓶の1gの液体を117倍に希釈することにしました（硬度０の純水116gを加水）！！そうすると希釈液は1gで1mgのマグネシウムを含むことになります。
・・・・
これはとっても簡単( *´艸｀)
・・・・
1000ｇの水に対して7.3gの希釈溶液を足せば、炭酸カルシウム換算で、硬度約30mg/lになります！
マグネシウムはこれで解決しました。
次は水の酸性、アルカリ性を調整するBuffer溶液の作成です。
Buffer（バッファー）とはなんぞや？
マグネシウムを溶かすと一部の水酸化イオン（OH-）がマグネシウムに引っ張られて、水素イオン（H+）の割合が増えます。そうすると水質が酸性に傾きます。実際にマグネシウム濃縮溶液をリトマス紙で検査したらPH5.6位でした。酸度に関しては一般に硬水の方が酸性に傾きやすいそうですが、かなりの濃度にならないと酸性にならないようです（硬度526500mg/lでもそれほど酸性にならないのね）。
酸性の溶液はすっぱくなります。まあ酸を強めるのであればそのままでいいのでしょうが、一応中性に近づけるようにしてみます。そのためには水酸化イオン（OH-）を供給し、酸を中和する溶液が必要です。それが炭酸水素ナトリウム（別名”重曹”＝NaHCO3）溶液です。
英語ではアルカリ性（塩基性）のことを”Base”と言います。この塩基性の重曹が酸を中和するので”Buffer”（バッファー）という訳ですな。
どのくらい入れると酸性を相殺できるかわからなかったので、とりあえず1000gの純水に1gの重曹を溶かしてみました。ちなみに重曹の原子量は84.007 g/molでした。重曹は水に溶けると二酸化炭素（CO2）を放出します。おそらく残留するのは金属であるナトリウム（Na）22.9898g/molだと思われます。
今回は上記のBuffer溶液5g使用してみました。すると重曹は5mg含まれていることになります。ナトリウム量（5mg×22.9898÷84.007=約1.37mg）は約1.37mgになります。TDS計がこのナトリウム分を”ミネラル”として感知すると仮定するとナトリウムの残留量（1.37mg×100.087（炭酸カルシウムの原子量）÷22.9898（ナトリウムの原子量）＝約6.22mg/l）は硬度6.22mg/lになると思いますです。
アルカリ性に作用する水酸化イオンは（5mg×17.00817÷84.007=約1.01g）ということで1.01mgですな！PHの計算はめんどくさすぎる（そもそもマグネシウムがどれだけ水酸化イオンと結合するわからん！！）のでやめました(/ω＼)。分子の電離係数とか価数とかを代入してLog計算しなければいけないので諦めました・・・（もう無理）。
なので、適当に混ぜてみて塩梅を見ることにします！！
こうして溶液のレシピが決まりました！
- マグネシウム溶液7.3g（Mgマグネシウム7.3mg）
- Buffer溶液5g（NaHCO3炭酸水素ナトリウム5mg（Naナトリウム1.37ｍg、OH水酸化物1.01mg））
- 純水987.7g
これでマグネシウムによる水の硬度は約30mg/lになります。
ナトリウムを含んでいるので、約36mg/lとしてTDS計に表示されるはずです！
（どうやらTDS計は炭酸カルシム換算に近い値で計測している模様(/・ω・)/）
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結果は！！
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TDS=30mg/l PH=約7.3
・・・・とでました。
うーん・・・。まあまあかな？(^○^)
PHは適当に混ぜたわりにうまくいきました。バッチしですね！
ナトリウムに関しては、バッファー溶液を混ぜる時に1g位重曹こぼした( *´艸｀）ので少し濃度が低くなったかもしれません。またマグネシウムの希釈液も完璧に濃度が1gに対し117mgになっているとは限らない（沈殿してたり、結晶化してたりすると濃度が下がる）ので、わずかに薄くなりましたかね？
まあでも、ターゲットとして上々でした！
試しに南アルプスの天然水（硬度約30mg/l）と比べると、明らかに甘さが強くてボディーが強かったです！！
おいしいじゃないか！！( *´艸｀)
実際にRDCのEthiopia GujiのWashedを抽出してみると・・・
- 南アルプス＝ アシディティーが明確、ライトボディー、やや渋みを感じる
- カスタム水＝ 甘さ、マウスフィールがしっかりして印象が強い
・・・という結果になりました。特にフレーバーについては変化しなかったです。ただ甘さが加わった分フレーバーに厚みが出ましたね。
めでたし。めでたし。
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ん？あれ？
でもよくよく考えたら、甘くて粘性のある水で抽出したら、甘くて質感が強いコーヒーになるのは当たり前なのでは・・・・(;´･ω･)。
という事はPHが低めの水はすっぱいから、PHの低い水で抽出したらコーヒーも酸が強くなりますね。
英語の文献とかだとミネラルが“フック”になってフレーバーが引き出されるみたいに書いてありますが、そもそも味覚の対比効果で分かりやすくなっただけのようにも思います。
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そして中和の必要性ですが、元になる純水はPh7.3位の中性です。そこにすんごい微量のマグネシウム液を入れてもそんなに酸性に傾かないような・・・・（汗）？だってもともとの溶液がPh5.6くらいで、それを117倍に希釈したものを7.3g使って、1000gの水に溶かすわけだからほとんど影響しないんじゃないかな・・・・？
Bufferの方も入れてる量が少ない上に弱アルカリ性（PH8.3）だしそれほど相殺効果もないでしょうね。
そもそもPH5.6はたいして強い酸じゃないです（レモンなんかでPH2）。
多分中性のレンジを保つと思います。そうするとBuffer液を入れる大義名分が薄れますね。・・・入れなくていいかも(/・ω・)/？
実際、別日にマグネシウム単体で硬度60mg/lを目指して純水に混ぜてみたのですが、リトマス紙ではPHの変化が認められませんでした（ちなみにミネラルの量はTDS計で測ったら実測55mg/lでした・・・おしい！）。
・・・・
エプソムソルトで作った場合は硫酸分子があるからBuffer必要なのかな？
？？？？？？
結論！！
- 甘い水で抽出したら、コーヒーが甘くなる。
- 質感の強い水で抽出したら、コーヒーの質感も強くなる
- 硬度が上がると味がはっきりするのはおそらく味の対比効果の問題
以上！！
という事で甘くて質感のある水をつくりたかったら、マグネシウム濃縮液を希釈して水に混ぜるだけでOKです。超簡単(*´Д｀)！
【レシピ♡】
（材料）
＊純水：Pigeon赤ちゃんのピュアウォーター（硬度0mg/l）
＊希釈マグネシウム水（Mg117mg/gの濃縮液を純水で117倍に希釈⇒1g=1mgのMg比率）
- 硬度30mg/lだったら約7.3gの希釈マグネシウム水＋純水992.7g
- 硬度60mg/lだったら約14.6gの希釈マグネシウム水＋純水985.4g
- 硬度100mg/lだったら約24.4gの希釈マグネシウム水＋純水975.6g
いずれの場合もトータル1000gのお水にするように作ってください♡
【おまけ：溶液のレシピ♡】
【訂正！！】最初にアップした時に炭酸カルシウム換算で計算してたので、修正しました。すんません！！
＊溶液1g=1mgのミネラル含有
- マグネシウム（硫酸マグネシウムの場合）：エプソムソルト10.14g＋純水989.86g
- マグネシウム（濃縮液使用の場合）：117mg濃縮液1g＋純水116g
- カルシウム：塩化カルシウム顕粒2.8g＋純水997.2g
- Buffer（単純に炭酸水素ナトリウムを1mol溶かす場合）：炭酸水素ナトリウム（重曹）8.4g＋純水991.6g
- Buffer（ナトリウムを基準にした場合）：炭酸水素ナトリウム（重曹）3.7g＋純水996.3g？？？？？？
- Buffer（水酸化イオンを基準にした場合）： 炭酸水素ナトリウム（重曹）4.9g＋純水995.1g ？？？？？？
（それぞれ原子量（分子の式量）から計算しました）
実際に混ぜる時は最初の方で紹介した硬度計算を参照してね♡
・・・最後の最後にそのまんまな事実にたどりついてしまったような気がしますが、本日はここで筆をおきたいと思います。
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油断すると火傷するよ！！
そう貴女は甘いけど・・・燃えるほど情熱的なマグネシウム！！！
Sweet Mouth Feel Lady♡
わたしの思ひは中和不能！！！！！！！！！！！！！！！