浅析咖啡净水过滤解决方案

发布时间:2018-10-20 15:34              

浅析咖啡净水过滤解决方案

The Water Purification Solution for Commercial Coffee Application

咖啡,作为世界三大非酒精饮品之一,在世界各地拥有众多的爱好者。相比让人刺激兴奋的可可,自然清新的茶香,咖啡的浪漫浓郁和恬静中那一缕馨香让人流连忘返。源自埃塞俄比亚高原的咖啡饮品在欧美国家和地区得到极大普及,而在古老的东方大地,传统文化和西方文明交织融合,推动咖啡饮料走进家庭、办公室和各种社交场合。在街角别致的精品咖啡店追寻若隐若现的记忆,又或是在随处可见的连锁咖啡店和三两好友聊聊天,已经成为人们追求时尚和现代生活的缩影。

咖啡对水质的要求

咖啡饮料独特的风味,来自人们的味觉和嗅觉体验。一杯咖啡饮料大部分由水构成。咖啡本身含有咖啡因、单宁酸、蛋白质、蔗糖、矿物质等多种成份,这些物质与水混合并萃取出其中的甜味、香气、酸味和醇味。水质的好坏很大程度左右了咖啡饮料的品质。

1.咖啡口感影响

我国幅员辽阔,水资源分布不均匀,数十年来高速的经济发展对自然水体产生了一定的污染。由卫生部和国家标准化管理委员会共同发布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)采用106项指标,对生活饮用水水质进行规范和监督。但生活饮用水水质并不能满足咖啡用水的需求。例如水中的游离氯,可以抑制市政自来水管网中细菌微生物的繁殖,但余氯产生的异味对咖啡饮料口感带来负面影响;国家标准范围为0-1000mg/L的总溶解性固体含量(TDS)在较高数值区间时,较厚重的水质味觉会覆盖咖啡本身的口感,而过低的TDS含量会造成咖啡萃取不足,有香气但口感平淡。

2.设备使用维护影响

水中较高的钙、镁硬度在咖啡机内部加热部件表面易形成沉淀,即水垢,堵塞蒸汽及输水管路,造成设备无法正常使用,特别在我国华北及西北等水质硬度较高的区域,由水垢引起的咖啡机设备故障极大提高了使用成本。

美国精品咖啡协会(SCAA)对咖啡冲泡水的品质进行了详细的定义,其与我国《生活饮用水卫生标准》的部分参数对比详见下表。从对比中可发现,生活饮用水标准与咖啡冲泡水的要求有着不小差异。

咖啡净水常用过滤技术

随着我国国民经济的快速稳定发展,净水市场也得到蓬勃发展,在引进国外先进科技和自主创新的双模推动下我国过滤技术水平得到快速提升。在咖啡净水领域,超滤、反渗透、离子交换和活性炭过滤等技术手段得到广泛应用。

1.超滤

超滤是膜过滤技术的一种,按照运行工况分为死端过滤和错流过滤,可拦截颗粒杂质和大分子有机物,有效降低浊度和水中细菌*1。超滤产品的优点是运行成本较低,缺点是功能性较差,无法去除水中的余氯异味,无法解决由钙、镁离子产生的水垢问题,更无法调节水的总溶解性固体含量(TDS)使之达到高品质咖啡的冲泡需求。

2.反渗透

我国在反渗透技术应用上走在世界前列,无论是海水淡化,锅炉补给水,电子行业超纯水还是中水回用等领域,反渗透脱盐技术都有极大的市场份额。反渗透技术有着上佳的脱盐功效,不但可以拦截水中的颗粒杂质、细菌,去除水中的钙、镁离子以减少水垢,同时降低总溶解性固体含量(TDS)。鉴于目前反渗透膜元件的产水量偏低,大部分商用纯水机通过配备外置储水罐来满足高峰期峰值用水的需求。反渗透技术也存在一定的弊端,比如内部部件较多结构相对复杂,对运行维护有较高要求,同时反渗透技术产生一定比例(1:1至1:3)废水排放,在日益强调绿色节能环保的今天显得背道而驰。而采用反渗透纯水作为咖啡冲泡水,由于纯水总溶解性固体含量(TDS)较低,所含矿物质较少,PH值呈酸性,易造成咖啡萃取不足,口感平淡而酸味凸显。

3.离子交换

离子交换技术较早应用于脱盐工艺,主要用于水处理软化和纯化,其原理是利用离子交换树脂所携带的功能基团,与水中的阴、阳离子进行置换,从而达到脱盐的目的。离子交换技术在商用咖啡净水应用中,多以软水机形式出现,采用钠型软化树脂与水中的钙、镁离子置换,钙、镁离子被留在树脂上,而钠进入水中,达到降低钙、镁硬度,减少水垢的目的。离子交换软化技术对钙、镁硬度有较强的去除能力,减少水垢效果明显,非常适合水质硬度较高水垢问题严重的地区。缺点是经过离子交换后,水中的钠离子含量明显增加,降低咖啡口感体验度。以水质条件总硬度400 mg/L,钠含量20 mg/L原水为例,经过软水机后钠离子含量增加至200 mg/L左右,远远超出咖啡冲泡水的建议范围,且有可能超出生活饮用水卫生标准的上限。所以软水机建议作为设备用水而非咖啡用水或饮用水的技术手段,以降低水垢导致的设备故障为主要目的来使用。

4.活性炭

活性炭具有极佳的吸附纳污能力,得益于巨大的比表面积(每克活性炭的表面积可达600m

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左右),活性炭可有效去除水中余氯、异味和挥发性有机物,对改善饮料口感效果显著,在水处理工艺中应用广泛。单纯的活性炭过滤功能较为单一,所以活性炭过滤常常与其他过滤技术手段结合在一起使用。

5.微滤

微滤也称微孔过滤,是指水在一定压力推动下穿过纤维网状过滤介质,水中的泥沙、铁锈和部分胶体杂质被拦截,而允许大分子有机物和无机盐透过。在咖啡净水领域,聚丙烯熔喷滤芯和聚丙烯折叠滤芯经常被使用,其特点是货源充足,缺点是功能较为单一,无法去除水中的异味、水垢和改变总溶解性固体含量(TDS)。

通过以上过滤技术对比可以发现,在水质硬度高水垢问题严重地区,反渗透技术可以较好的满足咖啡净水的过滤净化需求,去除水中颗粒杂质和异味,降低钙、镁离子含量以减少因水垢产生的设备故障,但要注意避免反渗透纯水机出水总溶解性固体含量(TDS)过低引起的咖啡萃取不足问题;而在总溶解性固体含量(TDS)及水质硬度较低的区域,为保证水中保留一定的矿物质成分,可不必采用反渗透技术,而采用微滤、活性炭等技术手段满足咖啡净水需求。

咖啡净水案例分析

某跨国餐饮连锁企业M在中国拥有超过一千家咖啡餐厅,采用阿拉比卡咖啡豆和半自动咖啡机为客户提供咖啡饮品,咖啡冲泡水标准如下所示。

M为咖啡餐厅选用了3M SGLP2-BL混合调配水过滤系统,该套过滤系统的特点是可以根据咖啡风味的不同需求任意调节出水的TDS值,充分发挥水质对咖啡的激发功效,优点是可有效避免纯水过低的总溶解性固体含量(TDS)对咖啡萃取不足引起酸味的负面影响,同时可适应我国地域跨度大原水水质差异较大的国情。

3M SGLP2-BL混合调配水过滤系统,整合反渗透与活性炭微滤技术的优点,可将反渗透纯水与非纯水进行手动混合调配,从而得到理想的水质,同时,一级二段的膜滤芯排列,有效降低了废水排放量,内置无需用电的供水泵大大减少了维护保障成本。

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通过对M餐厅遍布全国各地的30家餐厅水质跟踪监测发现,不同的原水水质条件下(峰值TDS值350mg/L,低限值110mg/L),通过3M SGLP2-BL混合调配水过滤系统后,出水总溶解性固体(TDS)检测值均稳定在50-100mg/L的要求范围内,有效保证了咖啡冲泡水品质的稳定性。

好水、好咖

随着咖啡知识、文化的深入传播,咖啡市场迎来更好的发展机遇。水是咖啡馨香甘醇的载体,让一杯好喝的咖啡包罗万象,呈现不同的口味和香气,犹如海纳百川,丰富多彩。