Mit dem „ppm-Wert“ auf der Jagd nach dem „Superior Brew“

„Water is the most important variable in the preparation of coffee and the least understood“ (Zitat aus „The Water Quality Handbook, SCAA).

Die Qualität des Wassers ist entscheidend für die perfekte Brühung oder wie es die SCAA (Specialty Coffee Association of America) sagen würde, den „Superior Brew“, und sie wird sowohl durch den Gesamtgehalt am gelösten Stoffen (total dissolved solids „TDS“) als auch durch die Art und Zusammensetzung der gelösten Stoffe bestimmt.

Die SCAA empfiehlt als Erfahrungswert in ihrem „The Water Quality Handbook“ für den Gesamtgehalt an gelösten Stoffen eine Konzentration von 150 mg/l, dagegen liegt sie für einen „Adequate Brew“, also ausreichenden Brew, im Bereich zwischen 75 – 250 mg/l (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1: Auszug aus „The Water Quality Handbook“, SCAA

Wie misst man den Gesamtgehalt an gelösten Stoffen?

Den korrekten Gesamtgehalt erhält man, indem man das Wasser durch Hitze oder auch durch schonendere Methoden wie z.B. Lyophilisation abdampft und den Rückstand zurückwiegt – dies ist zeitlich aufwendig,  und erfordert das dazu notwendige Equipment. Und im täglichen Leben haben leider nur die wenigsten von uns die entsprechenden Möglichkeiten dazu.

Aus diesem Grund greift man auf eine indirekte, aber kostengünstige und schnelle  Methode zurück: auf die Bestimmung der Leitfähigkeit mittels eines Leitfähigkeitsmessgerätes („TDS-Meter“): die elektrische Leitfähigkeit wird hier in der Einheit µS/cm („Mikrosiemens pro Zentimeter“) gemessen, die wiederum in „ppm“ und „mg/l“ umgerechnet werden.

Bei dieser Methode ist aber zu beachten, dass die so erhaltenen Messwerte aus mehreren Gründen nur eine grobe Näherung darstellen:

1. Die Umrechnungsfaktoren für „ppm“ bzw. „mg/l“ basieren auf einer „Standardionenverteilung“, d.h. auf Wasser, dass 80-90% an Calciumbicarbonat (Ca(HCO₃)₂) und Magnesiumbicarbonat (Mg(HCO₃)₂) als auch geringen Mengen an Sulfat (SO₄^2-), Natrium (Na⁺) etc. enthält.
2. Zusätzlich erhält man bei unterschiedlichen Stoffen bei gleicher Konzentration unterschiedliche mS/cm-Werte, d.h. der Leitfähigkeitswert hängt vom Stoff selber ab.
3. Erschwerend kommt noch hinzu,  dass unterschiedliche Stoffe eine unterschiedliche Masse (sog. Molmasse, Einheit = M (g/mol)) haben; dadurch bedingt erhält man bei gleicher Anzahl an Stoffteilchen/Liter (Einheit =mol/Liter) unterschiedliche ppm-Werte.

Tabelle 2 verdeutlicht diese Problematik anhand des Vergleichs von  wässrigen Lösungen identischer Konzentration von Natriumchlorid mit  Kaliumchlorid.

Tabelle 2: Kaliumchlorid (KCl) vs. Natriumchlorid (NaCl)

Welche Aussagen kann man durch einen ppm-Wert erhalten?

Ein ppm-Wert gibt Auskunft über den Gesamtgehalt an gelösten Stoffteilchen in dem „Brew“ – je nachdem, wie er gemessen wurde, ist er sehr genau oder er stellt, wie z.B. durch Leitfähigkeitsmessung ermittelt, lediglich eine mehr oder weniger gute Näherung dar und erlaubt eine erste Einschätzung.

Aber kann man aus dem diesem Wert auch noch auf die Art und Zusammensetzung der gelösten Stoffe  schliessen?

Die Antwort darauf ist leider ein klares „Nein“, da sich hinter gleichen bzw. ähnlichen ppm-Werten stark unterschiedliche Zusammensetzungen verbergen können. Tabelle 3 vergleicht dazu drei kommerziell erhältliche Schweizer Mineralwasser mit ähnlichen ppm-Werten, die aber vom sensorischen Standpunkt her stark unterschiedliche  Profile aufweisen.

Tabelle 3: Vergleich kommerziell erhältlicher Schweizer Mineralwasser

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Messung des ppm-Wertes mit einem TDS-Meter eine wertvolle Hilfe für den Barista ist, um rasch eine Einschätzung des Brühwassers in Bezug auf den Gesamtgehalt an gelösten Stoffen (TDS) nach den Vorgaben der SCAA vorzunehmen (siehe Tabelle 1). Für den „Superior Brew“ braucht es aber eine ganzheitliche, qualitative Bewertung des Wassers und erfordert zusätzliche Angaben wie pH-Wert, Wasserhärte (Gesamthärte & Karbonathärte), den Einzelgehalt an Mineralstoffen wie Calcium, Magnesium oder anderen Ionen (siehe auch Kaffeewasser – Ergebnisse und Empfehlungen). Der komplexe Einfluss dieser Mineralstoffe für die Herstellung des „Superior Brew“  ist im Augenblick Gegenstand intensiver Forschung. Eine interessante Veröffentlichung dazu ist z.B. von Hendon und Dashwood, „The Role of dissolved Cations in Coffee Extraction“, J. Agric. Food Chem. 2014.

Markus Gude ist promovierter Chemiker, der seit vielen Jahren in Forschung und Entwicklung in der Industrie tätig ist. Er ist passionierter Home Barista,  besuchte verschiedene Schulungen bei den Kaffeemachern und entdeckte dort die Synergien zu seiner beruflichen Tätigkeit als Chemiker.

Für die Kaffeemacher schaut Markus nun mit der Chemikerbrille auf Kaffee-Themen und bloggt dazu.