アルカリ度とpHを分けて考える

自然環境において、水は溶解する様々な物質から常にイオンを取り込みます。水が酸を溶解すると、酸を構成する原子が解離（分解）し、その過程で水はヒドロニウムイオン（水素イオン：H3O +）を取り込みます。この現象は水の自己解離と呼ばれ、次の図に示されています。

2H₂O ↔ H₃O⁺ + OH⁻

水は中性媒体であるため、ヒドロニウムイオン（H₃O⁺、または単に（H⁺））と水酸化物イオン（OH⁻）が正確に同量含まれています。実験的に、25℃では[H⁺ ] = [ OH⁻ ] = 10⁻⁷ mol/lであることが確認されています。これは定数であるため（水が約100℃で沸騰しているかのように受け入れます）、中性溶液（ヒドロニウムイオンの活量と水酸化物イオンの活量が釣り合っている溶液）のpHは約7になります。

溶液のpH値が7未満の場合、その溶液にはH + イオンが過剰に存在し、酸性であると考えられます。逆に、水溶液のpH値が7より大きい場合、その溶液にはOH-イオンが多く存在し、アルカリ性（塩基性）であると考えられます。pHスケールは対数スケールであるため、スケール上の数値は10倍を表すことに注意することが重要です。つまり、pH=5の溶液（[H + ]濃度= 10⁻⁵ mol/l）は、pH=6の溶液（[H + ]濃度=10⁻⁶ mol /l） よりも10倍酸性が強いということです。

コーヒーのpHは通常約5.0です。酸味の強いコーヒーはpH4.7〜4.8、酸味の弱いものは4.9〜5.1の範囲になります。酸味が少ないことで知られるロブスタ種は、通常pH5.2〜5.5です。なお、多くの人はpHが約0.1変化すると違いを感じ取れます。

コーヒーにおけるアルカリ水の弱化作用を避けるため、アルカリ水製剤（pH7.0以上）は使用すべきではありません。特に、酸味が強く際立ったコーヒーには使用すべきではありません。

バリスタが水に関する知識で陥りがちな落とし穴の一つは、塩基（アルカリ性の化学物質）と水のアルカリ度の違いを覚えることです。アルカリ度は海洋学者によって造語された用語で（ドイツの科学者ヴィルヘルム・ディットマー教授が先駆者）、主に海洋学者が使用する用語ですが、前述したように、水文学者も一時的な硬度を表すために使用しています。

したがって、両者は関連していますが、同じではありません。アルカリ性pH、つまり塩基性pH、またはpHが7より大きいということは、水中のH⁺イオンがOH-イオンよりも少ないことを示しています。一方、アルカリ性とは、水の緩衝能力、つまり水溶液の酸性化に抵抗する能力、すなわち水の緩衝作用を指します。水の緩衝能力は主にHCO3-イオンとCO32-イオン（重炭酸イオンと炭酸イオン）によるものです。これらは水に加えられた酸を中和することができます。その仕組みは次のとおりです。

H₂CO₃ ↔ HCO₃⁻ + H⁺

水中の重炭酸イオンは炭酸と平衡状態にあります。つまり、重炭酸イオンは水中のH⁺イオンと絶えず反応して炭酸を生成しています。一方、水中の炭酸は絶えず分解してH⁺イオンと重炭酸イオンを生成しています（反応は左から右へ）。これらの反応はどちらも同じ速度で起こるため、実質的に変化はありません。

しかし、水に酸を加えると、水にさらにH⁺イオンが加わります。これにより、反応は右から左へと進行し、加えられたH⁺イオンの一部が吸収されます。結果として、H⁺イオンの一部がこの逆反応で消費されるため、pHの変化は抑えられます。この性質から、重炭酸緩衝作用または「緩衝作用」と呼ばれます。一方、炭酸イオンは同様の平衡状態を維持し続けます。

HCO 3 – ↔ + H + + CO 3 –

この場合、炭酸イオンは水素イオンを吸収して重炭酸イオンになります。ここでも一部のH⁺イオンが吸収されるため、pHの変化は小さくなります。しかし、炭酸イオンは水に溶けにくいため、水の緩衝能力に大きな影響を与えることはありません。

実際、アルカリ緩衝作用はコーヒー抽出において、硬度よりも重要な役割を果たします。平均的な水道水1リットル（アルカリ度150ppm CaCO3、総硬度約170ppm CaCO3）は、pH4.5の酸性雨100リットルを中和する能力があります。

同様に、水とコーヒーの場合、アルカリ度はpHよりも数百倍も大きな影響を与え、コーヒー抽出液の最終的な酸性度を決定づけます。そのため、SCAは総アルカリ度を約40ppm CaCO3の範囲にすることを推奨しています。水がアルカリ性すぎると、コーヒーに含まれる酸（クエン酸、酢酸、クロロゲン酸など）がpH緩衝剤によって除去され、味が薄く、平坦な味になってしまいます。逆に、アルカリ度が低すぎると、コーヒーの風味が酸味と苦味に圧倒されてしまいます。

さらに、水の緩衝能力を考慮する際には、抽出比率（つまり、コーヒーの量と抽出液の比率）にも注意を払う必要があります。一般的なリストレットのコーヒー：抽出液の比率は1：1.5ですが、フィルターコーヒーではこの比率が1：15に達することもあります。これは重要な考慮事項です。なぜなら、同じ種類のコーヒーと水を使用した場合でも、アルカリ度が10倍もあるフィルターコーヒーに比べて、エスプレッソの方が酸味が強く感じられることは明らかだからです。