The Complexity of Coffee by Ernesto Illy (2002)

 

 

순수한 감각적 즐거움을 위해, 좋은 커피 한 잔만큼 일상적인 경험은 거의 없을 것이다. 갓 볶은 원두에서 방금 내린 따뜻한 커피의 매혹적인 향은 잠자는 사람을 침대에서 끌어내고 보행자를 카페로 끌어들일 수 있다. 그리고 전세계 수백만 명의 사람들이 커피에 함유된 카페인이 주는 정신적 명료의 충격 없이는 하루를 보내는 것이 어렵다고 생각할 것이다. 하지만 이 평범해 보이는 음료의 근저에는 심오한 화학적 복잡성(chemical complexity)이 있다. 생두 생산, 로스팅 및 마련의 예상 밖의 변화(vagaries)가 커피의 플레이버, 아로마 및 바디를 정의하는 수백 가지 화합물에 어떻게 미세하게 영향을 미치는지에 대한 깊은 이해가 없다면, 양질의 커피 한 잔은 드물고 무작위적인 일이 될 것이다.

전문가들(Connoisseurs)은 커피의 진수는 에스프레소(espresso)라는 것에 동의한다: 다크하고 불투명한 추출액(brews)으로 반쯤 채워진 작고 무거운 도자기 컵에 크레마라고 하는 벨벳처럼 두껍고 붉은 갈색 거품이 얹혀 있다. 얇은 필름에 싸인 작은 기포로 구성된 놀라울 정도로 지속되는 크레마는 커피의 독특한 풍미와 향, 그리고 많은 열을 가두어 둔다. 

 

에스프레소 —특별히 그 목적을 위해 명확하게 요청하는대로 제공되는 서빙을 일컫는 단어 — 는 소량의 가압되고 가열된 물을 잘게 갈은 로스트 커피의 압축 케이크에 빠르게 스며들게 하여 추출한다. 그 결과 농축된 액체에는 가용성 고형물질 뿐만 아니라 작은 오일 방울의 분산된 에멀전(dispersed emulsion)으로 다양한 방향족 물질들(aromatic substances)이 포함되어 있어 에스프레소에 독특하게 풍부한 맛(taste), 냄새(smell), “mouthfeel”을 제공한다.

 

애호가들(Aficionados)은 완벽하게 추출된 에스프레소를 커피의 궁극으로 여긴다. 그 이유는 그 특별한 제조법이 원두의 고유한 특성을 증폭하고 보여주기 때문이다.
에스프레소는 터키식 방법(Turkish method)과 다양한 주입 및 필터 드립 프로세스를 포함하여 커피를 만드는 수많은 기술을 모두 정제한 것이기 때문에 우리의 목적에 유용하다. [여타 커피 추출 방법에 대한 설명은 맨 뒤의 박스 참조].
에스프레소를 안다는 것은 모든 형태의 커피를 안다는 것이다.

고품질 커피는 농장, 나무, 컵에서 여러 요인들에 대한 면밀한 통제에서 나온다.
커피 재배에는 모니터링하고 조절해야 하는 수많은 변수가 있다. 커피 콩이 재배되면 아무것도 추가하거나 제거할 수 없다: 품질은 이미 존재하는 것이다.
에스프레소 한 잔을 위해 50~55개의 로스팅 된 커피 원두가 필요하다; 불완전한 원두 하나만 있어도 눈에 띄게 전체를 망칠 것이다. 이는 인간의 후각과 미각이 썩은 음식, 즉 건강에 해로운 음식으로부터 우리의 조상들을 보호하는 방어 메커니즘에서 유래했기 때문이다. 현대 기술을 통해서만 거의 완벽한 콩 50개를 경제적이고 일관되게 식별할 수 있다.

 

 

 

 

Growing Coffee

 

RAW COFFEE BEANS 

커피 생두는 Rubiaceae科 (꼭두서니科)에 속하는 식물의 씨앗으로, Coffea 屬의 최소 66種이 포함된다. 
상업적으로 이용되는 두 種은 세계 생산량의 3분의 2를 차지하는 Coffea arabica와, 종종 robusta 커피라고 불리는 C. canephora로, 세계 생산량의 3분의 1을 차지한다. 로부스타 커피 나무와 모든 야생 커피 種들은 염색체가 22개인 반면, arabica는 44개이다. 따라서 arabica와 다른 커피 種들은 교배되어 잡종 나무를 생산할 수 없다.

Robusta는 키가 최대 12m까지 자라는 고수확량 및 질병 저항성 나무로, 따뜻하고 습한 기후에서 가장 잘 자란다. 상당한 바디, 비교적 거칠고 흙 냄새가 나는 아로마, 무게 기준 2.4~2.8%에 달하는 높은 카페인 함량이 특징인 컵을 생산한다. 많은 공급업체에서 로부스타를 판매하지만, 최고 품질의 커피를 생산하지는 않는다.

에티오피아 고원에서 유래한 Arabica는 중~저 소출의, 키가 5~6m에 달하는 다소 섬세한 나무로, 온화한 기후와 상당한 재배 관리가 필요하다. 상업적으로 재배되는 커피나무들은 1.5~2.0m 높이로 剪枝한다. 아라비카 콩으로 만든 커피는 꽃, 과일, 꿀, 초콜릿, 캐러멜 또는 구운 빵을 연상시키는 강렬하고 복잡한 향이 난다. 카페인 함량은 무게 기준으로 1.5%를 넘지 않는다. 뛰어난 품질과 맛 때문에, 아라비카는 강건하고 거친 사촌보다 더 비싼 가격에 판매된다.

 

좋은 강우량이 아라비카 커피나무에 꽃을 피우고, 약 210일 후에 체리라고 불리는 빨간색 또는 노란색 열매가 나타난다.
각 체리에는 두 개의 길쭉한 씨앗이 들어 있다. 바로 coffee beans이다. 꽃과 열매가 같은 가지에 동시에 있을 수 있기 때문에, 따는 사람의 검지와 엄지가 익은 체리만 모으는데 가장 좋은 도구이다. 손으로 가지 전체를 훑거나 자동 수확 기계를 사용하면 익은 체리와 익지 않은 체리를 구별할 수 없다.

최종적으로 생산되는 커피콩의 품질은 그 나무의 유전(genetics), 자라는 토양, 그리고 고도, 강우량과 햇빛의 양, 일일 기온 변화와 같은 요인을 포함하는 미기후(microclimate)에 따라 달라진다. 적용되는 로스팅 프로세스와 함께 이러한 농업적, 지리적 고려 사항들이, 공급업체가 여러 독특한 블렌드들을 생산하기 위해 결합하는 다양한 종류의 커피콩 간의 맛 차이를 초래한다.

 

 

 

Roasting  Coffee

 

로스팅은 열분해 프로세스(pyrolytic (heat-driven) process로, 커피의 화학적 복잡성(chemical complexity)을 크게 증가시킨다.
커피 생두의 아로마에는 약 250 가지 종류의 다양한 휘발성 분자들이 포함되어 있는 반면, 로스팅된 커피는 800 가지 종류 이상의 휘발성 분자들을 생성한다.

로스팅 머신(기본적으로 거대하고 뜨거운 회전 실린더)의 단계적 가열(staged heating)을 거치면 각 세포 내부의 잔류 수분이 증기로 전환되어 [다음 페이지의 상자 참조], 내부의 당(sugars), 단백질(proteins), 지질(lipids) 및 미네랄(minerals)의 보고(cornucopia) 사이에서 다양하고 복잡한 화학 반응이 촉진된다.
185~240℃의 고온에서는, 糖이 마이야르 반응(Maillard’s reaction)이라고 하는 잘 알려진 캐러멜화 과정 (caramelization process)에 따라, 아미노산(amino acids), 펩타이드(peptides) 및 단백질(proteins)과 결합한다.
최종 생성물은 갈색, 씁쓸한 글리코실아민(glycosylamine)과 멜라노이딘(melanoidins)으로, 커피의 지배적인 맛을 생성하며 이산화탄소(carbon dioxide) (로스팅된 커피 1kg당 최대 12리터)와 함께 발생한다.

동시에 다양한 저질량 방향족 분자들(lower-mass aromatic molecules)이 출현한다; 이러한 휘발성 화합물들(volatile compounds)은 커피에 친숙한 향을 준다. 
각 세포 내부의 압력은 증기와 이산화탄소가 빠져나가려고 하지만, 두껍고 다공성이 낮은 세포벽과 오일 코팅으로 밀폐되면서, 최대 20~25 기압까지 증가한다. 일부 셀은 결국 터져서 커피를 볶을 때 나는 특유의 터지는 소리가 난다.
볶는 동안 커피콩의 부피(volume)는 절반 이상 증가하고, 콩 질량(mass)은 5분의 1 감소한다.

 

적용되는 온도와 절차에 따라, 로스팅 과정은 90초에서 최대 40분까지 지속될 수 있다.
그러나 전통적인 지속 시간은 12분이다.
세포 내 반응의 열역학은 로스팅 시간에 따라 다르며 최종 결과도 마찬가지이다.
많은 열 에너지를 필요로 하는 짧은 로스팅 시간(short roasting time)은 무게 감소를 최소화하지만 폴리페놀  (polyphenols)이 제대로 반응할 시간이 충분하지 않아 컵에 금속성 쓴맛(metallic bitterness)이 생긴다.
많은 소비자가 저렴하고 결함이 있는 원두만 살 수 있는 가난한 나라에서 자주 사용되는 긴 로스팅 기간(Long roasting periods)은 모든 異臭(off-flavors)와 향(fragrances)이 콩으로부터 빠져나가도록 한다.
안타깝게도 바람직한 맛과 향도 사라져서(flee) 다소 쓴 컵이 된다.

로스팅의 최종 온도가 높을수록 아로마는 덜 바람직하고 쓴맛이 더 강해진다.
반대로 낮은 로스팅 온도는 환영할 만한 향을 충분히 발달시키지 못하고 애씨더티(acidity)가 두드러지는 경향이 있다.

 

 

 

Smelling Coffee

 

AROMA 과학은 매우 복잡하다.
연구자들은 일반적으로 가스 크로마토그래피(gas chromatography)와 후각측정법(olfactometry)을 결합하여 커피콩 로스팅 중에 발생하는 향을 분석하는데, 숙련된 테스터는 각 인식 가능한 요소의 냄새를 맡고 정의한다.
그런 다음 질량 분석법(Mass spectrometry)을 자주 적용하여, 각 냄새의 화학적 조성을 식별한다.
가스크로마토그래피로 분획된 로스팅 커피 향을 맡는 것은 계몽적인 경험이다: 장미, 다즐링 티, 초콜릿, 바닐라, 제비꽃의 향 뿐만 아니라, 트러플, 수프, 치즈, 땀, 심지어 고양이 냄새(cat scent)라고 불리는 향을 인식할 수 있는데, 희석하면 소비뇽 블랑 와인 냄새가 나지만 농축된 샘플에서는 역겹다.

illycaffè의 연구실에서 기술자들은 가장 강한 냄새에 집중한다.
제시 노만(Jessye Norman), 루치아노 파바로티(Luciano Pavarotti), 그리고 앙상블을 지배하는 경향이 있는 다른 여러 거장들의 강력한 솔로 보이스가 포함된 800명의 합창단의 녹음을 듣는다고 상상해보라.
재생 볼륨을 줄이면 합창단의 소리가 사라져도 더 강한 보이스는 여전히 인식될 수 있다.
커피 향을 희석하는 것도 유사하다; 특정 지점을 넘어서면, 가장 강한 화합물만 감지된다.
불행히도 커피 샘플의 냄새에서 가장 강력한 분자는 결점두들(defective beans)로부터 유래하는 것들이다.

 

 

미숙두의 불쾌한 향의 원인이 되는 에틸부타노에이트(ethylbutanoate)와 에틸글리콜레이트(ethylglycolate)와 같은 분자 는 그 존재 자체로 커피 한 잔을 망친다.
마찬가지로, 메틸이소보르네올(methylisoborneol)과 트리클로로아니솔(trichloroanisole, TCA) 분자는 로부스타 커피의 특징적인 흙 냄새(earthy)와 화학약품 냄새(chemical smell)를 생성한다. 
리우데자네이루(Rio de Janeiro) 주변에서 재배되는 커피에서 처음 발견되어 리오 맛(Rio taste)이라고도 불리는 TCA는 코르크 냄새 나는 와인(corked wines)에서도 발견될 수 있다. 
인간의 후각 체계에 대한 지각 식역(perception threshold)은 놀라울 정도로 낮다 — 밀리리터당 10억 분의 600만 그램이다. 

 

 

Preparing Coffee

 

볶은 원두를 에스프레소 한 잔으로 바꾸는 다음 주요 단계는 볶고 갈아낸 커피의 활성 성분들(active components)을 가열된 물로 추출하는 것이다.
그러나 뜨거운 물과 커피 가루의 상호작용은 일반 드립 커피를 만들 때와 에스프레소를 만들 때 미묘하게 다르다.

필터 드립 커피를 만들 때에는, 뜨거운 물이 중간 크기의 커피 가루가 느슨하게 모여 있는 곳을 통과한다.
끓는 물과 4~6분간 접촉하는 동안 볶은 커피에 존재하는 대부분의 가용성 물질들이 용액으로 빠져나간다.
따라서 많은 양의 고-가용성 산들(soluble acids)과 카페인이 컵에 용해된다.
반면 에스프레소의 훨씬 더 짧은 여과 시간(percolation time)은 酸이 적고 카페인의 60~70%만 추출액에 용해된다.

 

에스프레소를 추출하려면 물을 92~94℃의 온도로 가열하고 9기압으로 가압할 수 있는 특수 장비가 필요하다.
고운~중간 consistency로 분쇄한 커피를 천공 바스켓(perforated basket)에 넣고 단단히 눌러 압축된 입자층 (bed of particles)을 만든다.
압축된 분쇄커피는 꿀처럼 점성이 있는 얇은 오일 코팅 덕분에 서로 달라붙는다.
오일은 입자들을 결합하여 미세한 공기 통로의 응축된 미로(condensed maze of minuscule air passages)를 만든다.
실험 결과, 이 분쇄​​커피 층의 수력 저항(hydraulic resistance)은 뜨거운 추출수의 압력보다 약간 낮아야 하며, 초당 약 1밀리리터의 속도로 흐를 수 있어야 한다.

권장되는 30초의 퍼콜레이션을 사용하여 숙련된 바리스타(커피 바 기술자)는 가장 중요한 크레마가 덮인 약 30 밀리리터의 진한 커피 액(dense coffee liquor)를 생산한다.
거품 토핑의 색상이 밝으면 에스프레소가 과소 추출되었다(under-extracted)는 의미이며, 아마도 분쇄가 너무 거칠거나, 물 온도가 너무 낮거나, 시간이 너무 짧았기 때문일 것이다.
크레마 색조가 매우 어둡고 가운데에 “구멍”이 있는 경우에는, 분쇄커피의 consistency가 너무 고운 것이거나, 가루의 양이 너무 많았을 가능성이 크다.
과다 추출된 에스프레소(over-extracted espresso)는 물이 너무 뜨거우면 큰 거품이 있는 흰색 거품이 생기고, 추출 시간이 너무 길면 컵 중앙에 흰색 반점이 생긴다.

 

또한, 퍼콜레이션 프로세스(percolation process)는, 향기가 가득한 오일과 세포 구조의 일부를 포함하여, 커피 가루 표면에 존재하는 성분을 씻어낸다.
에스프레소 머신에서 생성된 고압은 컵당 소량의 오일 약 0.1 그램을 乳化시킨다(emulsifies).
분쇄커피에 있는 손상되지 않은 세포들은 미세한 거품(fine effervescence)을 생성하는데, 이는 세포벽의 작은 기공을 통과하는 가스(특히 이산화탄소)로부터 유래한다.
일부 매우 미세한 분쇄커피는 세포벽 조각과 함께 음료에 스며들어 거품으로 된 크레마에 소위 호랑이 가죽 모양(tiger-skin look)을 입힌다.

최종 결과는 다상 콜로이드 시스템(polyphasic colloidal system)으로, 여기서 물 분자는 크기가 5 마이크론 미만인 분산된 기체 거품(gas bubbles), 오일 방울(oil droplets) 및 고체 조각들(solid fragments)에 결합된다.
그 분산의 콜로이드 특성(colloidal character)은 음료에 높은 바디(high body), 높은 점도(high viscosity) 및 낮은 표면 장력 (low surface tension)을 제공한다.
에스프레소는 따라서 우리의 혀를 뚜렷이 감싸고, 유화 오일(emulsified oils)에 용해된 방향성 휘발성 물질들 (aromatic volatiles)을 계속 방출한다.
이러한 油性의 풍미/향기 캐리어(oily flavor/fragrance carriers)는 좋은 에스프레소의 훌륭한 맛과 향을 마신 후 최대 20분 동안 느낄 수 있음을 의미한다.
다행히도, 마시는 사람은 그것을 즐기기 위해 커피의 복잡한 화학에 대해 아무것도 알 필요가 없다.

 

 

 

Other Coffee-Brewing Techniques

 

FILTER DRIP METHODS (자동 드립, Melitta, Chemex 포트).
이 대중적인 테크닉들은 여과지(filter paper)로 안감 처리된 용기(receptacles)에 미세하게 갈린 분쇄커피를 사용한다.
중간 정도의 분쇄는 재사용 가능한 골드 필터와 함께 사용해야 한다. 
이러한 프로세스를 사용하여 우수한 커피를 만드는 데는 두 가지 핵심이 있다: 첫째, 종이 필터를 끓는 물로 헹구어 종이 냄새를 제거한다. 둘째, 거의 끓는 뜨거운 추출수(brewing water)가 분쇄물을 통과하는데 4~6분 이상 걸리지 않도록 하여 최적의 추출 수준을 생성한다. 자동 드립 머신(automatic drip machine)의 추출 시간은 권장되는 4~6분 동안 흐르도록 물의 양을 조정하여 제어할 수 있다.

French press 또는 plunger pot.
이 장치는 분쇄물을 걸러내기 전에 뜨거운 물에 커피를 담근다. 포트에 뜨거운 물과 거칠게 갈은 분쇄커피를 넣고 원하는 농도에 따라 2~5분 동안 우려낸다.
그런 다음 철망 필터(wire-mesh filter)/플런저(plunger)를 천천히 우려낸 액에 눌러 포트 바닥에 있는 찌꺼기를 분리한다.

Turkish method. 

다른 추출 과정과 달리 이 방법을 사용할 때는 커피를 살짝 끓이는 것이 좋다. 이브릭(ibrik)이라는 특수 포트에 분쇄된 커피, 물, 설탕을 같은 양으로 섞어서 불 위에 직접 놓는다. 혼합물이 천천히 끓으면 저어준다. 가루 커피가 숟가락에 더 이상 붙지 않으면 저어주는 것을 멈춘다. 추출액이 끓고 거품이 나기 시작하면 ibrik을 불에서 내린다. ibrik을 두드려 거품을 다소 줄인다. 이 과정을 최소 두 번 더 반복한다. 그 결과 독특하게 걸쭉하고 달콤한 추출액(커피액)가 만들어진다.

 

 

- JUNE 2002, SCIENTIFIC AMERICAN -