2.1 INTRODUCTION
커피는 수십년 동안 세계에서 가장 상업화된 푸드 제품이자 가장 널리 소비되는 음료였다. 15세기 말 Mecca에 최초의 커피 하우스가 문을 연 이래로 전 세계적으로 커피 소비가 크게 증가했다. 2010년에 전 세계 커피 생산량은 810만 톤에 달했다 [1]. 이는 5,000억 잔 이상에 해당하며, 미국, 브라질, 독일, 일본, 이탈리아가 주요 소비국이었다. 그러나 핀란드, 노르웨이, 덴마크, 스웨덴과 같은 북유럽 국가의 1인당 소비량은 연간 8kg에 달할 수 있으며, 이는 미국이나 브라질의 2배가 넘는다 [2].
커피 소비가 지속적으로 증가한 이유에는 품종 선택(selection of varieties)과 육종(breeding)을 통한 컵 품질 개선, 더 나은 농업 관행, 스페셜티 숍 설립, 장기적인 커피 소비의 건강상 이점에 대한 정보 보급을 통한 커피 이미지 변화 등이 있다.
오늘날 커피는 항산화 물질(antioxidant) 및 기타 유익한 생물학적 특성을 발휘하는 화합물의 함량이 높기 때문에, 주로 기능성 식품으로 간주된다. 커피 아로마의 특징적인 플레이버와 풍부함은 볶은 커피에서 거의 천 가지의 휘발성 화합물 (volatile compounds)이 확인되는 독특한 음료를 만들어낸다 [3].
커피나무는 Rubiaceae科 (꼭두서니과), Coffea屬 (코페아속)에 속한다. 전 세계적으로 80종 이상의 커피종이 확인되었지만 [4], 경제적으로 중요한 種은 두 種 뿐이다. 아라비카 커피라고도 알려진 Coffea arabica는 글로벌 커피 시장의 약 70%를 차지하고 있으며, Coffea canephora 또는 Robusta 커피(주요 C. canephora 품종 중 하나의 상업명)가 나머지를 차지한다 [1,5]. 아라비카와 로부스타 커피는 이상적인 재배 기후, 물리적 측면, 화학적 조성, 분쇄된 볶은 씨앗으로 만든 추출액(brews)의 특성을 포함하여 여러 면에서 다르다.
본 장에서는 플레이버, 품질 및 건강 증진 작용에 중요한 비휘발성 및 휘발성 화합물을 포함하여 이 두 커피 종의 화학적 조성에 중점을 둘 것이다. 커피 생산 중에 발생하는 화학적 변화를 이해하기 위해 그린 커피 씨앗이 추출된 커피 음료로 소비되기 전에 거치는 주요 기술적 공정을 간략히 다룰 것이다.
2.2 PRODUCTION OF COFFEE AND
COFFEE-BASED BEVERAGES
수확한 커피 열매를 음료로 소비자에게 제공하는 과정에는 일련의 단계가 포함된다. 이 과정의 각 단계를 더 잘 제어하면 양질의 커피를 생산할 수 있는 능력이 향상된다.
수확 후 열매는 씨앗을 분리하기 위한 1차 가공을 거친다. 로스팅 전에 카페인 제거 및 증기 처리와 같은 2차 가공을 수행한다. 로스팅 후 커피를 갈아서 포장하거나 추가 가공하여 인스턴트 커피를 생산한다.
2.2.1 Green coffee production
좋은 수확 방법은 좋은 품질의 커피를 생산하는데 중요하다. 품질에 대한 인식은 전체 영농 과정에서 중요하지만, 커피 열매의 성숙 정도와 수확, 건조 및 씨앗 보관 중 곰팡이 오염을 피하는 것이 특히 중요하다. 곰팡이 오염(Mold contamination)은 최종 음료의 아로마와 플레이버 뿐만 아니라 생리활성(bioactivity)에도 영향을 미친다. 왜냐하면 바람직하지 않은 미코톡신(mycotoxins)과 生原性 아민(biogenic amines)이 인간의 건강에 영향을 미칠 수 있기 때문이다 [6–8].
커피 열매는 일반적으로 따기 (picking), 훑기(stripping) 또는 기계 수확(mechanical harvest)의 세 가지 방법 중 하나로 수확한다. 첫 번째 방법은 체리라고 알려진 익은 열매를 한 번에 하나씩 따는 것이다. 커피 열매는 일반적으로 동시에 익지 않기 때문에, 이 방법은 시간이 많이 걸리고 따라서 노동력 규모가 충분하지 않은 경우 비용이 많이 든다. 그러나 picking이 다른 방법보다 맛과 건강 측면에서 더 나은 품질의 커피 씨앗을 생산하는 경향이 있다. 나뭇가지를 손으로 훑는 것 (Manual stripping of the twigs)은 잎과 함께 덜 익은, 익은, 과숙한 씨앗들(immature, ripe, and overripe seeds)을 수거한다.
기계적 수확 Mechanical harvesting은 나무를 흔들거나 유연한 빗과 유사한 기구로 가지를 훑어 벗기는(stripping) 방식으로 수행된다. Stripping 및 mechanical harvesting은 성숙도가 다른 열매들과 발효된 열매들에서 유래되는 결함을 생성한다.
외재적 결점들(Extrinsic defects)에는 수확 중에 열매들과 섞인 돌맹이들(stones), 껍질(husks) 및 나뭇가지(twigs)가 포함된다.
내재적 결점들(Intrinsic defects)은 보통 컵 품질과 건강에 더 관련성이 있는데, 이는 미숙두(immature), 흑두(black), 쉰콩(sour), 흑-미숙두(black-immature), 구멍 난 콩(bored) 또는 벌레 먹은 콩(insect-damaged), 부러진 콩(broken)과 같은 결함이 있는 씨앗이다.
Immature seeds (미숙두, 덜 익은 씨앗)는, 주로 익지 않은 열매에서 유래하는데, 음료의 떫은 맛(astringency)을 증가시킨다.
Sour seeds (신맛 나는 씨앗)는 열매가 자라는 동안 물이 부족하거나 미성숙 또는 성숙한 씨앗의 비정상적인 발효 (abnormal fermentation)로 인해 발생할 수 있다. 신맛 나는 씨앗은 일반적으로 비(rain)의 작용으로 또는 수확 중에 땅에 떨어진 과숙한 체리(overripe cherries)에서 유래하는 검은색 씨앗(black seeds)의 형성에 앞서 발생할 수 있으며, 흙과 접촉하면 미생물 발효 (microbial fermentation)가 촉진된다.
Black seeds는 또한 나무에 있는 동안 또는 수확 후 가공 중에 씨앗의 열악한 농업 관행이나 미생물 발효로 인한 탄수화물 결핍(carbohydrate deficiency)에서 유래할 수 있다. 검은 미성숙 씨앗의 실버 스킨은 미성숙 씨앗에 고온이 작용하여 어둡거나 블랙-그린 색이다.
Black-immature seeds는 미성숙 씨앗의 부적절한 건조로 인해 생성될 수도 있다. 이러한 black-immature seeds는 씨앗 표면에 반짝이는 부착된 실버 스킨에 의해, 그라운드-발효두(ground-fermented black seeds)와 구별할 수 있다.
흑두, 검은 미숙두 및 미성숙 씨앗(Black, black-immature, and immature seeds)은 컵 품질에 극적인 영향을 미치기 때문에 심각한 결함으로 간주된다 [9].
수확 후, 커피 열매는 펄프 추출(pulp extraction)을 거쳐 커피 생두(green coffee seeds)를 생산한다.
가장 일반적인 펄프 추출 방법은 습식법(wet method) 및 건식법(dry method)으로 알려져 있다.
건식 가공 방법(dry processing method)에서는, 씨앗을 햇빛이나 공기 건조기(air dryers)에 노출시켜 수분 함량(moisture content)이 약 10%~12%가 될 때까지 가공한다 [10]. 에어 드라이어를 사용할 수 없는 경우라면, 수확 중 강수량이 적어야 양질의 커피를 보장할 수 있다.
건조 후에, 열매들을 세척하고 껍질을 벗긴(dehulled) 다음, 마른 껍질과 펄프를 제거하여 씨앗 표면에 점액질 물질(실버스킨)이 달라붙도록 한다.
양질의 음료를 얻기 위해서는, 씨앗 (열매 당 씨앗 2개)을 기계적으로 및 전자적으로 분류하여(sorted) 결점두들과 고품질 씨앗을 분리한다. 이 방법은 햇빛과 공간이 풍부하고 열매들을 종종 스트리핑(stripping) 수확하는 브라질과 아프리카에서 일반적으로 사용된다.
습식 가공 기술(wet-processing technique)은 더 정교하고 일반적으로 더 높은 품질의 추출액(brew)을 만든다.
씨앗 껍질을 벗기고(dehulling) 분리(separating)하기 전에 체리 선별(cherry selection)이 부유 탱크(flotation tanks)에서 이루어지고, 그 다음에 담가두고(soaking) 발효(fermentation)시킨다. 효소를 첨가할 수 있는 발효(fermentation) 중에, 실버 스킨이 제거되고 산도(acidity)가 증가한다; pH는 4.5로 낮아질 수 있다 [11]. 그런 다음, 그 씨앗 (parchment coffee)을 철저하게 세척하고(washed) 광택을 내고(polished) 햇볕에 말리고(sun-dried)/또는 공기 건조(air-dried)한다. 습식 가공(Wet processing)은 콜롬비아, 아시아, 중앙 아메리카와 같이 커피를 picking으로 수확하는 곳에서 자주 사용된다.
가공 방법 간의 주요 차이점은 습식 가공의 경우 씨앗이 건조되기 전에 펄프와 껍질로부터 분리된다는 것이다. 브라질에서는 건식 방법과 습식 방법의 측면을 결합한 대체 방법(natural processing)이 개발되었다.
이 방법은 발효 없이 부유 탱크에서 씨앗을 세척하고 선별하는 것으로 구성된다. Natural process를 거친 커피 씨앗은 종종 에스프레소 커피 블렌드에 사용되는데, 이는 실버 스킨의 다당류(polysaccharides)가 발효되지 않고 씨앗에 남아 있기 때문에 습식 가공보다 음료에 더 많은 바디(body)를 추가하는 경향이 있기 때문이다.
씨앗이 건조된 후, 커피의 크기를 정하고 등급을 매기고 기계적으로, 수동으로 및/또는 전자적으로 분류하여 결함이 있는 씨앗을 제거한다. 이 공정은 자외선 勵起 (ultraviolet (UV) excitation)가 이어질 수 있으며, 이는 형광을 제외하고는 감지하기 어려운 가공 중에 생성된 결함이 있는 씨앗을 분리한다 [11,12]. 그러면 그린 커피 씨앗을 로스팅할 준비가 된다. 또는 로스팅 전에 카페인을 제거(decaffeinated)하거나 증기 처리(steam-treated)하거나 보관(stored)할 수 있다.
2.2.2 Decaffeinated coffee production
최근 고품질 디카페인 커피(decaffeinated coffee)가 출시되면서 커피 마시는 사람들이 이를 선택하기도 한다.
Shlonsky et al. [13]의 디카페인 커피 드링커 프로필에 따르면, 디카페인 커피는 일반적으로 건강 장애가 있거나 건강한 라이프 스타일을 추구하는 사람들이 소비한다. 이 집단은 흡연율이 낮고, 알코올 소비량이 적으며, 건강 보조제를 많이 섭취하는 것이 특징이다. 이러한 건강 인식이 디카페인 커피 시장의 성장과 확장에 기여한 것으로 보인다. 최소 8년 동안 디카페인 커피는 커피 소비량의 약 10%를 차지했다 [14–17].
디카페인화(Decaffeination)은 로스팅 전에 수행된다. 가장 비용이 적게 드는 카페인 추출 방법은 추출 전후에 유기 용매(디클로로메탄(dichloromethane) 또는 에틸 아세테이트(ethyl acetate))와 물/증기를 사용하여 씨앗을 세척하고 기공을 연다. 카페인을 제거한 후 씨앗은 가공 전과 유사한 수분 함량에 도달할 때까지 건조한다 [18].
커피 생두로부터 추출한 카페인은 회수하여 콜라 음료 및 의약품과 같은 상업용 제품에 사용할 수 있다. 핵심 플레이버 성분들이 카페인 제거 공정[15] 중에 손실될 수 있으며, 특히 특이성이 없는 용매(예: 물)를 사용할 때 그렇다. 카페인 추출 중에 손실된 아로마 부분(aromatic fraction)을 회수하기 위한 장치가 만들어졌다. 또는 카페인이 제거된 제품에 커피 아로마를 추가할 수 있다.
카페인 제거 후 커피 음료에 남아 있는 디클로로메탄(dichloromethane)의 양에 대한 일반적인 우려가 있다. 그러나 이 용매의 비등점은 40 ℃이고, 커피는 용매 휘발을 위해 약 70 ℃의 온도에 노출되므로, 커피 생두에는 상당한 양의 용매가 포함되지 않을 것이다. 또한 로스팅 온도 (일반적으로 210℃ - 240℃)는 잔류 디클로로메탄의 휘발을 촉진하기에 충분히 높다. 미국식품의약국(FDA)은 로스팅된 커피 1kg당 최대 10mg의 잔류물을 허용하고 유럽 연합은 커피 1kg당 3mg을 허용한다. 업계 보고서에 따르면, 디클로로메탄의 잔류 농도는 일반적으로 이러한 한계보다 100배 낮다 [19].
유기용매 방법(organic solvent methods)은 지난 10년 전까지 사실상 유일하게 사용 가능한 카페인 제거 방법이었고 여전히 남미와 중미에서 자주 사용된다. 건강상의 문제로 인해, 물만 사용하거나, 또는 고압(약 200atm)과 31 ℃ 이상의 온도에서 유지되는 이산화탄소인 초임계 이산화탄소(supercritical carbon dioxide)를 사용하는 디카페인 방법이 미국과 유럽을 비롯한 많은 지역에서 사용되는 유일한 방법들이다. 비용이 많이 들지만 초임계 이산화탄소를 사용한 디카페인은 일반 커피의 원래 화학적 조성을 더 잘 보존하여 플레이버를 유지한다 [18, 20].
2.2.3 Steam-treated and monsooned coffees
커피는 로스팅 전에 스팀-처리를 하여 커피의 위장 자극을 줄일 수 있다 [21]. 이 유형의 커피는 때때로 胃腸-친화적이라고도 한다. 위장 자극이 줄어든 것은 스팀-처리 중에 클로로겐산(chlorogenic acids) 함량이 감소했기 때문이다 [22].
몬순 커피(Monsooned coffee)는 양질의 건조한 아라비카 커피 생두와 로부스타 커피 생두를 인도 남부 서해안 (말라바르 해안), 특히 망갈로르(Mangalore)와 텔리체리(Tellicherry) 지역에서 우세한 습한 몬순 바람에 3~4개월 동안 노출시켜 자연적으로 경화시킨 특수 커피이다 [23,24]. 커피는 삼베 자루(gunny bags)에 느슨하게 포장하고 열 사이에 충분한 공간을 두고 쌓아서 공기가 자루 주위로 자유롭게 순환할 수 있도록 한다. 커피 체리는 습한 몬순 대기로부터 수분을 흡수하여, 씨앗이 부풀어 오르고 밝은 노란색이 되며 강렬하게 부드럽지만 공격적으로 곰팡이 냄새가 나는 풍미를 얻는다. 커피는 곰팡이 생장을 방지하고 균일한 몬순을 보장하기 위해 자주 벌크하여 재포장하거나 한 봉지에서 다른 봉지로 붓는다. 몬순 커피를 준비하는 경우에는 건조 가공된 아라비카와 로부스타 씨앗만 사용한다. 이 씨앗은 바디가 좋고 애씨더티가 낮으며 컵에 기분 좋은 향과 풍미가 있다. 몬순 커피는 인도에서 유럽, 아시아, 아프리카, 북미로 수출된다 [23,24].
2.2.4 Coffee roasting
커피 생두의 향은 우리가 커피라는 단어를 들었을 때 상상하는 것과는 상당히 다르다. 씨앗이 커피의 특징적인 향과 맛을 얻는 것은 로스팅을 통해서만 가능하다. 로스팅은 가공 조건 측면에서 간단해 보이지만, 이 플레이버 발달의 근간이 되는 화학은 매우 복잡하고 완전히 이해되지 않았다.
높은 로스팅 온도가 씨앗에 일련의 물리적, 화학적 변화를 일으킨다. 특정 로스팅 조건이 이러한 변화에 큰 영향을 미치고 결과적으로 음료의 對생물 활성(bioactivity)과 플레이버에 영향을 미친다. 가정과 산업용으로 가장 일반적으로 사용되는 로스터는 드럼 로스터(drum roasters)로, 씨앗이 불 및/또는 뜨거운 표면에 직접 접촉한다. 최신 유동층 로스터 (fluid bed roasters)에서는 씨앗이 뜨거운 공기/가스에 접촉한다. 유동층 로스터(Fluid bed roasters)는 산업용으로 더 선호되는데, 그 이유는 더 빠르고, 로스팅 챔버 내부의 공기 온도와 속도를 더 잘 제어할 수 있으며, 다른 로스터보다 더 균일한 색상을 생성하기 때문이다.
씨앗을 볶는데 사용되는 온도는 로스터 유형에 따라 다르지만, 산업용 유동층 로스터에서 사용되는 최대 온도는 일반적으로 210℃에서 240℃까지 다양하다.
로스팅의 초기 단계에서는 자유수(free water)가 증발한다. 씨앗 온도가 130 ℃에 도달하면 蔗糖(sucrose)이 캐러멜화되고 씨앗이 갈색으로 변하고 부풀기 시작한다. 이 초기 단계의 화학 변화는 로스팅 프로세스의 마지막 단계에서 발생하는 변화에 비해 비교적 작다.
160 ℃ 보다 높은 온도에서는 일련의 발열 반응(exothermic reactions) 및 흡열 반응(endothermic reactions)이 발생한다. 씨앗은 밝은 갈색이 되고 부피가 상당히 늘어나며 아로마가 형성되기 시작한다.
볶은 커피의 아로마와 플레이버를 담당하는 화학 반응은 약 190 ℃에서 시작된다. 탄수화물(환원당), 단백질 및 기타 종류의 화합물을 포함하는 마이야르 및 스트레커 반응(the Maillard and Strecker reactions) 동안 멜라노이딘(melanoidins)과 같은 저분자량 및 고분자량 화합물이 동시에 분해되고 생성된다. 이 과정에서 밝은 갈색 씨앗이 거의 검은색이 될 수 있다 [4, 25].
이러한 반응들은 씨앗 색상이나 프로그래밍 된 시간에 따라 원하는 지점에서 중단된다. 그런 다음 씨앗을 물이나 공기로 빠르게 냉각시키는데, 이는 물이 미생물 성장 위험을 증가시키기 때문에 선호된다. 로스팅 후 씨앗을 갈아서 로스팅 커피로 판매하거나 인스턴트 커피 생산에 사용한다.
로스팅 커피는 국가 및 개인의 선호도에 따라 매우 밝은 것(very light)부터 매우 어두운 것(very dark)까지 다양한 색상(배전도 roasting degrees)으로 시중에서 판매된다. 예를 들어 영국과 미국에서는 light-medium에서 medium 로스트가 선호되는 반면, 유럽 일부 지역에서는 dark roast 커피가 더 인기가 있다. Dark-medium에서 dark 로스트는 브라질에서 전통적이지만 medium-roast 커피의 소비가 증가하고 있다. 상업적 및 과학적 목적을 위한 배전도 표준은 주관적이며 상당히 다를 수 있다. 로스팅 중 질량 손실(loss of mass)은 소규모 생산에서 배전도를 평가하는데 유용한 매개변수가 될 수 있지만, 대규모 생산에서는 제어하기 어려울 수 있다. 시각적 검사(Visual inspection)가 여전히 로스팅 정도를 결정하는 가장 널리 받아들여지는 방법이다. 색채 평가(colorimetric assessment)에 대한 표준을 개발하는데 도움이 되도록 Specialty Coffee Association of America (SCAA)에서 색상 디스크(color discs)를 만들었다. 이 AGTRON/SCAA Roast Classification Colour Disc System은 대부분의 시중에서 판매되는 커피를 분류하는데 사용할 수 있다. 색상 팔레트(color palette)는 통제된 로스팅 조건에서 얻은 색상 개발의 선형적 진행을 기반으로 한다.
또한, 로스터 내의 커피 양, 온도, 로스팅 시간, 그리고 단일 로스팅 정도에 도달하는데 사용되는 뜨거운 공기 순환 속도(fluid and spouted bed roasters의 경우)와 같은 로스팅 매개변수는 상당히 다를 수 있다. 씨앗이 원하는 색상에 도달하는 속도는 여러 물리화학적 및 화학적 매개변수와 따라서 음료의 플레이버와 생리활성(bioactivity)에 영향을 미친다. 따라서 같은 정도로 배전한 같은 커피의 두 샘플은 다른 조건에서 배전한 경우 화학적 조성이 다를 수 있다. 예를 들어, 더 짧은 시간 동안 더 높은 온도에서 로스팅한 커피는 더 낮은 온도에서 더 오랜 시간 동안 로스팅한 커피보다 더 높은 애씨더티, 더 많은 가용성 고형물질, 그리고 다른 휘발성 프로필을 나타내는 경향이 있다 [26].
2.2.5 Coffee brewing
추출액의 화학적 조성에 영향을 미치는 또 다른 변수는 추출 방법(brewing method)이다. 전 세계적으로 사용되는 모든 추출 방법에서 공통적인 측면은 뜨거운 물을 사용하는 것이다. 전문가들은 물 온도가 90℃–95℃를 초과해서는 안된다는데 동의하지만, 사람들이 여과하기 전에 몇 분 동안 커피를 끓이는 것을 보는 것은 드문 일이 아니다.
커피와 물의 비율은 국가마다 그리고 개인의 선호도에 따라 상당히 다르지만, 일반적으로 8–20g 커피/100mL water이다. 추출 시간 (Extraction time)도 다르고, 커피 입자의 평균 크기 (granulometry)는 brewing method에 따라 가루가 된 것(pulverized)에서 거친 것(coarse)까지 다양하다.
전 세계적으로 가장 흔한 brewing methods는 단순한 퍼콜레이션(simple percolation), 끓인 커피(boiled coffee), 전기 커피 메이커(electric coffee maker), 에스프레소 머신(espresso machine), 이탈리안 커피 메이커 (Italian coffee maker), 프렌치 프레스(French press)이다.
첫 번째 방법은 중간 정도로 갈은 커피를 지지대에 놓인 종이 필터, 천 필터 또는 나일론 필터에 고르게 펴 넣고, 뜨거운 물을 필터 중앙을 향해 원을 그리며 커피 위에 붓는다. 끓인 커피나 터키식 커피의 경우, 포트에 잘게 갈거나 분쇄한 커피에 물을 붓고 가열한다. 물이 끓기 시작하면 혼합물을 컵에 직접 붓는다. 어떤 곳에서는 고운 것(fine-)에서 중간 정도로 갈은 커피 (medium-ground coffee)를 사용하고 혼합물을 여과한다. electric drip brewer라고도 하는 electric coffee maker는 simple percolation 방법처럼 필터 종이 위에 곱게 간 커피 또는 중간 정도로 갈은 커피를 사용한다. 물 칸은 물로 채워지고, 이 물은 가열되어 약 2분 동안 커피에 스며든다.
에스프레소를 만들기 위해서는, 굵게 갈은 커피나 중간 정도로 갈은 커피와 물을 각각의 칸에 넣는다. 물은 약 90℃, 9 기압에서 커피에 스며든다. Italian coffee maker, 즉 Italian press나 moka pot를 사용하기 위해, 압력 밸브가 있는 용기(kettle) 아래 부분에 물을 붓는다. 주전자가 가열되면, 중간 정도 갈은 커피에 스며든 물은 압력을 받아 계속해서 위쪽 칸으로 밀려간다. French press를 사용하면, 굵게 갈은 커피와 뜨거운 물을 메시(mesh)가 있는 플런저(plunger)가 장착된 특수 추출기에 섞는다. 혼합물을 몇 분간 우린 후, 플런저를 눌러 그 비이커(beaker) 바닥에 커피 가루를 가두고, 추출액을 컵에 붓는다.
2.2.6 Instant coffee production
인스턴트 커피 생산은 일반적으로 분쇄된 배전 커피(ground-roast coffee)를 뜨거운 물과 고압으로 처리하여 수용성 화합물을 추출하는 것을 포함한다. 그런 다음 이 가용성 물질을 냉각하고, 때로는 원심 분리하고, 가열하여 농축한 다음 동결 건조(freeze-drying)를 통해 건조하여 수분을 약 5%로 줄인다. 분무 건조 공정 (spray-drying process)이 고압 하에서 고온을 사용하여 수성 추출물(aqueous extract)을 기화한다; 그런 다음 뜨거운 공기가 작은 방울을 탈수하여 분말화한다. 동결 건조 공정은 매우 낮은 온도를 사용하여 동결된 수성 추출물의 승화를 달성한다. 고체에서 기체로 직접 전환하면 최종 제품의 품질이 다른 방법보다 높아진다. 또는 증기/물 및/또는 오일을 사용하여 인스턴트 커피 과립 표면을 다시 적신 다음 건조할 수 있다. 이 공정을 응집(집괴, agglomeration)이라고 한다 [27–29]. 제조업체는 최종 제품의 모양과 맛을 개선하기 위해 다양한 기술을 사용한다. 분쇄-배전 커피는 일반적으로 아라비카 種만으로 이루어지거나 아라비카가 높은 비율로 포함되지만, 로부스타 커피는 종종 높은 비율로 또는 단독으로 인스턴트 커피 생산용 블렌드에 사용된다. 로부스타 씨앗에는 가용성 고형물이 더 많이 포함되어 수율이 늘어나기 때문이다.
2.3 NATURAL COFFEE CONSTITUENTS
- Green coffee의 기본적 화학적 조성은 주로
⇒ 유전적 측면, 특히 종(species)에 의존하며,
⇒ 숙과도(degree of maturation)와 같은 생리학적 측면들에 의존한다. - 교잡종 (hybrid) 커피 종자의 화학적 조성은 그 모성 종들의 것과 비슷하다.
⇒ 예를 들어, Timor hybrid와 Catimor (Timor x Caturra 교배종)와 같은
C. arabica와 C. canephora의 교잡종들은
중간적인 특징들을 나타내는 경향이 있다 [30-32]. - 그러나, 단일한 화학적 조성들을 가진 야생 품종들이 발견된 바 있다 [15,17].
⇒ 일 예 = 최근에 발견된 카페인 없는 C. arabica 품종.
⇒ Source : 1. Silvarola, M. B., Mazzafera, P., Fazuoli, L. C.
A naturally decaffeinated arabica coffee. Nature 2004, 249, 826.
2. Mazzafera, P., Baumann, T. W., Shimizu, M. M.
Decaf and the steeplechase towards decaffito the coffee
from caffeine-free Arabica plants. Tropical Plant Biol. 2009, 2, 63–76. - 다른 품종들의 화학적 조성들을 비교할 때에는 각 품종 별로 적어도 3가지 연속적인 크롭들이 평가되어져야 한다.
생리 주기들에 따른 자연적 대사 변동들(natural metabolic fluctuations)을 고려할 수 있다. - 이러한 내재적 요인들에 더하여, 토성(soil composition), 기후, 농업 실무, 저장 조건들과 같은 외재적 요인들도 그 정도는 덜하지만, 종자 생리와 화학적 조성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 커피들의 화학적 조성들을 비교할 때
이런 측면들도 고려되어져야 한다. - 고급 커피의 플레이버는 다른 지역들에서 재배된 동종 및 동품종 샘플들에 따라 상당히 다를 수 있다.
소량으로 존재하는 화학적 화합물들과 미네랄들이 그 음료의 관능적 속성들에서의 상당한 변화들을 낳을 수도 있기 때문에 기후와 토성(microbiota 포함)도 관련성이 있다. - 주지하다시피, C. arabica와 C. canephora 종들은 여러 가지 면에서 다르다.
- 이름이 제시하다시피, Robusta 커피나무들은 더욱 강건하다(more robust). 더 강하고, 병충해에 더욱 저항적이며, 아라비카에 비해 기후에 의존하는 정도가 덜하다. Robusta 커피는 또한 더 높은 함량의 항산화 화합물들(antioxidant compounds)과 카페인을 가지고 있다. 나아가, Robusta 커피는 더 많은 가용성 고형물질들을 가지고 있다 : 그러므로 인스턴트 커피를 위해 사용되는 상업용 블렌드들에 포함시키면 그 음료에 body를 더해주며 수율을 증대시킨다.
- 한편, Arabica 커피는 로부스타 커피에 비해 더 우수한 컵 품질과 아로마를 제공해준다. 아라비카 커피는 공통적으로 더욱 강한 플레이버를 가지고 있으며, 약배전 커피에서는 flat popcorn 같은 아로마를 가진다. 대부분의 소비자들에게, 커피처럼 보이게 하려면 블렌드에 어느 정도의 아라비카 커피는 들어가야 한다.
- 결과적으로, Robusta 종자의 가치는 Arabica의 대략 절반 정도이다. 신중하게 수확되고 처리되는 Robusta 종자들은 발효 또는 산화되거나 저품질인 아라비카 종자들 보다 더 나은 컵을 생산할 수도 있을 것이다.
- 비록 C. arabica의 성분들 대부분이 C. canephora에도 있지만, 그들의 상대적 구성비율들은 상당히 다를 수 있다.
또한, C. canephora는 C. arabica에는 없는 몇 가지 2차적 대사물질들(secondary metabolites)을 가지고 있다.
예) minor chlorogenic acids isomers 그리고 diterpenes. - 수십년동안 아라비카 종자의 컵 품질과 로부스타 나무들의 저항성을 결합하고자 교접 노력들이 이루어져 왔지만, 로부스타 개체들의 해충 저항성의 원인이 되는 특징들이 부분적으로 더 낮은 컵품질의 원인인 것으로 보인다.
예를 들어, 로부스타 커피의 더 높은 chlorogenic acids content는 미생물, 벌레, 그리고 자외선 방사로부터 커피나무를 보호해준다. (Source : Farah, A., Donangelo, C. M. Phenolic compounds in coffee. Braz. J. Plant Physiol. 2006, 18, 23–36.) - 비록 낮은 량의 chlorogenic acids이 플레이버에 중요하지만, 높은 량은 컵 품질을 떨어뜨릴 수 있다.
(Source : Farah, A., Monteiro, M., Calado, V., Trugo, L. C. Correlation between the chemical attributes of coffee and cup quality. Food Chem. 2006b, 98, 373–380.) - 또한, 세포벽 조성의 차이들이 로스팅에 대한 다양한 화학적 반응들에 공헌한다.
2.3.1 Green coffee chemical composition
2.3.1.1 Nonvolatile compounds in green coffee
그린 커피의 비휘발성 부분은 주로, 물, 탄수화물, 그리고 섬유, 단백질 및 유리 아미노산류, 지질, 미네랄류, 유기산류, 클로로제닉산류, 트리고넬린, 그리고 카페인으로 이루어져 있다 (Table 2.1).
생두에서 발견되는 이 성분들 가운데,
- chlorogenic acids, caffeine, trigonelline, soluble fiber, 그리고 diterpenes from the lipid fraction이
가장 생리활성적이며(bioactive), 로스팅 후 음료 플레이버에 중요한 공헌자들일 수도 있다. - 그린 커피 종자들에서 파악되는 안토시아닌(anthocyanins)과 리그닌(lignans)과 같은
비주류 페놀 화합물들이 과실들의 잔류물들(residues)로 보고된 바 있다. - 극소량의 테오피린(theophylline)과 테오블로민(theobromine)이
종자들에서 발견된 바 있고 카페인 대사물질들로서 보고된 바 있다.
( Source : Mazzafera, P., Baumann, T. W., Shimizu, M. M.
Decaf and the steeplechase towards decaffito the coffee
from caffeine-free Arabica plants. Tropical Plant Biol. 2009, 2, 63–76.)
Caffeine
- Caffeine (Figure 2.1)은
⇒ 쓴 특징을 가진 메틸크산틴 (a methylxanthine)이다.
⇒ 그러나 커피 음료의 지각되는 쓴맛의 10% 정도만 원인이 된다 [11].
⇒ 이 알카로이드(alkaloid)는 열에 안정적이고
⇒ 그 농도는 C. canephora가 C. arabica의 약 2배이다. - Caffeine은
⇒ 아데노신-수용체 길항체(an adenosine-receptor antagonist)로서 중추신경계를 자극한다.
⇒ 비록 역사적으로 가장 널리 소비되고 연구되는 향정신성 물질(psychoactive substance)이지만,
건강에 대한 효과는 논쟁적이다.
⇒ 카페인 섭취는 높은 혈중 콜레스테롤, 관상동맥 질환들(coronary diseases)과 암에 연관되지만,
⇒ 다른 연구들은 그것의 소비는 자살과 간경변증(hepatic cirrhosis)의 발생을 낮출 수도 있다고 한다 [18]].
⇒ 소량-보통 정도로 섭취하면, 일반적으로
경각심(alertness), 학습능력, 운동성과의 향상과, 그리고 아마 더 좋은 기분에 연관되어지지만,
⇒ 높은 섭취는 그 반감기 동안(커피 섭취 후 2-6시간) 어떤 민감한 개인들에게는
부정적인 효과들을 유발할 수 있다(예 : 분노, 심박급속증-tachycardia, 불면증-insomnia). [10,14,18,47]. - 극심한 카페인 소비의 부정적 효과들.
⇒ 야윈, 비만인, 그리고 2형 당뇨병의 쥐와 사람들에게서
포도당 내성(glucose tolerance), 포도당 처리(glucose disposal), 그리고
인슐린 민감성(insulin sensitivity)에 대한 부정적 효과
⇒ 그러나, 커피 내에 존재하는 다른 화합물들이 이 효과를 상쇄시킬 수 있다. [38]].
⇒ 또한, 칼슘과 같은 미네랄의 뇨중 배출(urinary excretion)을 증가시킬 수 있다 [39].
⇒ 그러나, 장기간 소비 후에는, 신체에서의 대사적 적응 때문에
이러한 극심한 효과들 대부분이 사라지는 경향이 있다 [40]. - 카페인 대사물질들, 특히 1-methylxantine과 1-methylurate은
⇒ 항산화 활동성을 나타낸 바 있다 (in vitro).
⇒ 그리고 레귤러 커피의 생체내 철-환원 능력(in vivo iron-reducing capacity)는
디카페인 커피의 경우보다 더 높았다 [41].
⇒ 疣蝕原性 미생물들(cariogenic microorganisms)에 대한 항균효과(antibacterial effect)가
디카페인 커피 보다는 레귤러 커피가 더 높았다 [42].
Trigonelline
- Trigonelline은
⇒ 니코틴산(nicotinic acid)의 효소적 메틸화(enzymatic methylation)로부터
생리학적으로 파생된 알카로이드이다.
⇒ 추출액의 쓴맛에 기여한다.
⇒ pyrroles and pyridines과 같은
로스팅 동안의 다른 부류들의 다양한 휘발성 화합물들의 형성의 전구물질이다.
(이중 일부는 “objectionable flavor” 불쾌한 플레이버를 낼 수 있음).
⇒ C. canephora에서의 트리고넬린의 량은 C. arabica의 약 2/3 정도이다. - Trigonelline의 강력한 생리 활성력과 관련하여, 트리고넬린은
⇒ 암세포의 공격을 막은 것으로 나타난 바 있다(in vitro). [43].
⇒ 또한, 동물 모델들에서 신경세포의 수상돌기와 축색돌기(dendrites and axons)를
재생할 수 있었던 것으로 나타났다(이는 기억을 향상시킬 수 있음을 의미) [44].
⇒ 더욱 최근에는 새로운 식물 에스트로겐(a novel phytoestrogen)으로 생각되었다 [45]. - 커피 로스팅 동안에 트리고넬린의 탈메틸화(demethylation)는
⇒ 니코티닉산(nicotinic acid)을 만들어낸다 (niacin이라고 알려진 비타민 B).
Chlorogenic acids (CGAs)
- Chlorogenic acids (CGAs)는
⇒ 주요한 페놀 화합물군의 하나인데,
⇒ 클로로제닉산류는 주로 트랜스-시나믹산류들의 (−)-퀴닉산과의 에스테르화로부터 파생된다.
(from esterification of trans-cinnamic acids (e.g., caffeic, ferulic, and p-coumaric)
with (−)-quinic acid).
⇒ 시나믹 하위성분들(cinnamic substituents)의 성질과 수 그리고
퀴닉산의 씨클로헥산 고리의 에스테르화 위치 (the esterification position in the cyclohexane ring)에 따라
나뉘어진다 [47].
⇒ 그 에스테르들(esters)은 carbon 5, carbon 4, carbon 3에 위치한 하이드록실(hydroyl)과 우선적으로 형성된다. - 커피 생두의 클로로제닉산들의 하위 부류들은 =
caffeoylquinic acids,
dicaffeoylquinic acids,
feruloylquinic acids 그리고 좀 적게는
p-coumaroylquinic acids과
caffeoyl-feruloylquinic acids. - 이들 하위 클래스들은 적어도
⇒ 3개의 주요한 위치적 이성체들(isomers)과 비주요 화합물들로 구성된다.
⇒ 예외적으로 마지막 클래스만이 6개의 major isomers를 가지고 있다. [48, 49].
⇒ 이 클래스들 중에서
카페욜퀴닉산(caffeoylquinic acids)이 클로로제닉산류 총함량의 80%를 차지한다.
⇒ 특히, 이 화합물들 가운데 최초로 파악된 5-caffeoylquinic acid이 거의 60%를 차지하며
따라서 가장 많이 연구되는 것이며 상업적 표준이 이용가능한 유일한 것이다.
⇒ 이런 이유 때문에, 5-caffeoylquinic acid는 보통 chlorogenic acid이라고 불린다. - 지난 10년간, C. arabica와 C. canephora 종자들에서
일련의 minor chlorogenic acids 및 관련 화합물들이 식별되어져 왔다.[50-53].
⇒ dicaffeoylquinic acids, acyl dicaffeoylquinic acids, dimethoxycinnamoylquinic acids,
caffeoyl-dimethoxycinnamoylquinic acids, diferuloylquinic acids, and
feruloyl-dimethoxycinnamoylquinic acids, sinapoylquinic acids,
sinapoyl-caffeoylquinic acids, sinapoyl-feruloylquinic acids,
feruloyl-sinapoylquinic acids, and
new minor p-coumaric acid-containing compounds
⇒ 그러나 이들 minor 화합물들은 총 클로로제닉산류의 겨우 1%도 안된다. - 클로로제닉산류는
⇒ 커피 액에 astringency, bitterness, acidity를 부과해준다.
⇒ 그럼에도 불구하고 생두에서의 높은 량들, 특히 caffeoylquinic acid와 feruloylquinic acids는
로스팅 전에 형성되는 산화 및 분해(Oxidation and degradation) 산물들 때문에
바람직하지 못한 플레이버를 낳을 수도 있다 [35]. - 클로로제닉산류는
⇒ 로스팅 동안에 형성되는 불쾌한 관능적 냄새들을 줄 수도 있는
페놀들과 카테콜들(phenols and cathecols)의 전구물질들이다 [46]. - C. canephora의 클로로제닉산류의 함량은
⇒ C. arabica 보다 일반적으로 1.5배 높지만
⇒ 이 농도는 두 종들에서 크게 달라진다. - 지난 몇 년 동안, 일련의 임상병리학 연구들의 보고에 따르면, 커피 소비는 카페인 섭취와 별도로,
⇒ 2형 당뇨병 [54-59],
⇒ Parkinson and Alzheimer 질병 [60],
⇒ 간암(liver cancer) [61, 62]의 위험을 낮춰주는 건강 효과에 관련되는 것으로 나타났다. - 인비트로 연구와 동물 연구들이
클로로제닉산 화합물을 포함하여 이러한 항산화 메커니즘과 기타 메카니즘들에 대한 효익적 특성들을 나타내는
데이터의 주요 원천이다. [38,63–73] - 또한, 커피의 높은 클로로제닉산류 함량 때문에,
Denmark, the United States, Mediterranean countries, Japan, and Brazil에서 수행된 연구들은
커피가 그들의 다이어트에서 항산화물질 섭취의 가장 중요한 공헌자라는 것을 보고한 바 있다 [72,74–78]. - 병리학적 연구들이 커피 소비와 건강의 관계를 보고하기 훨씬 전에,
chlorogenic acids와 그들의 대사물질들의 항돌연변이성(antimutagenic property)이
일련의 동물 및 인비트로 연구들에 의해 밝혀진 바 있다 [79-84]. - 최근 연구들은 이러한 발견사항들을 확인하고
⇒ free radical scavenging,
metal chelation,
inactivation of reactive compounds, 그리고
metabolic pathway changes를 포함하여 몇 가지 작용 메커니즘들을 해명하였다 [85-89]. - caffeoylquinic and dicaffeoylquinic acids에 기인되는 약리성들에는
antiviral activity against adenovirus and herpes virus [90],
hepatoprotective activity in an experimental model of liver injury [91], 그리고
immunostimulatory activity [92]이 포함된다. - Synthetic dicaffeoylquinic acid derivatives도 역시 세포에서의 HIV-1 replication를 억제한다.
이는 새로운 커피 기반의 anti-HIV drugs의 가능성을 열어주는 결과이다. - 적은 수의 클로로제닉산 화합물들만이 상업적으로 구할 수 있고 실험실에서 합성 가능하기 때문에,
feruloylquinic and coumaroylquinic acids의 생리적 특성들을 보고하는 연구들은 희소하다.
Diterpenes
- 커피 화합물 카페스톨과 카훼욜(Cafestol and kahweol)은
⇒ kaurane skeleton에 기초한 오환성의 디터핀 알코올들이다.
(pentacyclic diterpene alcohols based on the kaurane skeleton.
⇒ 카페스톨과 카훼욜의 메틸화된 형태(Methylated forms of cafestol and kahweol)가
로부스타 종자들에서 발견된 바 있다 [97]. - 이들 생리활성적인 화합물들과 그들의 파생물질들은 주로
⇒ 포화지방산들(saturated fatty acids) (주요)과
불포화지방산들(unsaturated fatty acids)의 염류 또는 에스테르들(salts or esters)이며
⇒ 커피의 지질 부분(lipid fraction)의 약 20%를 나타낸다. [82, 89, 98]. - Cafestol은
⇒ 커피 오일의 비누화불능부분(불감화부분, unsaponifiable fraction)의 주요 성분이며
⇒ 커피 중량의 약 00.2% - 0.6%를 차지한다. - Kahweol은
⇒ 열, 산소, 빛, 그리고 산류에 더욱 민감하며, 따라서 덜 풍부하다 [11]. - C. canephora에서 보다는 C. arabica에서 더 높은 레벨들의 diterpenes가 발견된다.
- Coffee diterpenes는
⇒ 항암 및 간 보호 특성들(anticarcinogenic and hepatoprotective properties)를
나타낸 바 있다 [82, 89, 99]. - 한편, 이 화합물들의 높은 소비는
⇒ 사람의 혈장(plasma)에서의 상승된 호모시스테인 레벨(elevated homocysteine)과
저-밀도 지질단백질 레벨(low-density lipoprotein levels)에 관련된 바 있었다 [100].
⇒ 이는 심혈관 질환(cardiovascular diseases)의 위험을 간접적으로 증가시킬 수도 있다.
⇒ 이 화합물들의 상당한 량이 여과되지 않은 커피에 주로 존재한다.
⇒ 그것들은 물에 잘 녹지 않으며, 따라서 페이퍼 필터들에 의해 잡혀지기 때문.
Soluble dietary fiber
- 커피 내의 가용성 식이섬유 (Soluble dietary fiber)는
커피 액의 점성을 증가시키는
고분자량 다당류(high-molecular-weight polysaccharides)로 이루어져 있다. [101] - 가장 중요한 커피내의 가용성 섬유 타입들은
⇒ Galactomannans과
⇒ type II arabinogalactans이 - 갈락토마낸(Galactomannans)은
⇒ C6에 단일의 갈락토오스 축쇄사슬을 가진 1,4-linked mannans의 중합체이다.
(polymers of 1,4-linked mannans with a single galactose unit side chain at C6). - 2형 아라비노갈락탄(Type II arabinogalactans)은
⇒ 아라비노스 및 갈락토오스 잔기들을 함유하는 축쇄사슬들을 가진
C6에서 분기되는 1,3-linked galactose의 주-사슬로 이뤄져 있다.
(a main chain of 1,3-linked galactose branched at C6,
with side chains containing arabinose and galactose residues [102]).
⇒ 열수에 녹을 수 있는 생두 2형 알라비노갈락탄은
고도로 분기되어져 있으며
아미노산 사슬들의 10%가 4-hydroxyproline residues인 단백질들에
공유결합적으로 연결되어져 있다. - 이들 다당류(polysaccharides)는 매우 복잡하다.
갈락토오스와 아라비노오스 이외에도
라미노오스(raminose)와 글루크론산 잔기들(glucuronic acid residues)도 가지고 있다. - 최근에 람노아라비노실 및 람노아리비노아라비노실 축쇄사슬이 보고된 바 있다.
(Rhamnoarabinosyl and rhamnoarabinoarabinosyl side chains) [103]. - 지난 10년간, 이 화합물들은 특별한 주의를 받아왔다.
⇒ 사람에 의해 소화될 수 없기 때문에; 따라서 온전하게 결장(the colon)에 도달하면
유익한 장 미소생물군 발효(beneficial colonic microbiota fermentation)를 위한
기질(substrates)로서 강력하게 역할하기 때문이다 [104]. - 식이섬유의 높은 섭취는
⇒ 혈중 코레스테롤을 낮춰주거나,
혈중 포도당 및 인슐린 반응들을 조절하는 것과 같은
몇 가지 유익한 생리 및 대사적 효과들과 긍정적으로 연관되어진다. - 발효 가능한 다당류들은
⇒ 장내 미소생물군에 의해 짧은 사슬의 지방산들(short-chain fatty acids)로 분해된다.
(e.g., acetate-초산염, propionate-프로피온산, butyrate-낙산염).
⇒ 이 과정은 장의 pH를 낮춰주어
어떤 병원균들의 성장을 막아주고
비피도박테리움 종(Bifidobacterium species)과
기타 유익한 젖산균들(beneficial lactic acid bacteria)의
성장을 지지해준다 [104].
Water
- 다른 식품들에도 있는 추가적인 자연 커피 성분들
⇒ 물, 탄수화물(carbohydrates),
단백질, 펩티드(peptides), 유리 아미노산류(free amino acids),
카르복시산류(carboxylic acids), 미네랄, 그리고
지질(lipids) (e.g., triacylglycerols, sterols, tocopherols, and wax). - C. arabica and C. canephora의 생두 종자의 수분 함유율은
⇒ 일반적으로 약 8.5%-12% 정도이다 [25]. - 이 수준이 넘으면,
⇒ 수분은 아로마/플레이버 품질 측면과, 건강 효과 측면 모두에서 바람직하지 못하다.
⇒ 왜냐하면 그것은 water activity을 증가시켜 미생물 성장 확률을 높이기 때문이다.
⇒ 반면, 저수분은 종자의 균열을 만들고 발아 생존가능성을 감소시킨다.
Carbohydrates
- 탄수화물(Carbohydrates)은
⇒ 커피의 주요 성분이며
⇒ 무수 중량의 50% 이상을 차지할 수 있다.
⇒ 다당류(polysaccharides), 과당류(oligosaccharides), 단당류(monosaccharides)는
환원당(reducing sugars)과
비환원당(nonreducing sugars)으로 나뉘어질 수 있다 [105]. - Polysaccharides (soluble and insoluble)는
⇒ 아라비카의 경우 무수물의 약 44%를 차지하며
⇒ 카네포라의 경우 약 49%를 차지한다. - Sucrose가 커피의 플레이버와 품질에서 중요하다 ;
⇒ 아라비카 무수중량의 9%까지를 차지한다.
⇒ 카네포라는 약 반 정도이다. - fructose, glucose, mannose, arabinose, and rhamnose와 같은 소량의 단당류와
raffinose와 stachyose와 같은 소량의 과당류가 생두에서 식별되어져 왔다 [11, 97]. - 탄수화물(Carbohydrates)은
⇒ 색상과 아로마 발전에 중요한
Maillard reaction (sucrose의 경우에, 전화(inversion) 후에)과
caramelization의 전구물질들이다. - 또한 커피 로스팅 이후의 커피 추출액의 애씨더티에도 기여한다.
- 아라비카의 더 높은 자당(수쿠로스) 함량은
⇒ 아라비카의 더 우수한 아로마와 전반적인 플레이버의 원인들 가운데 하나이다. - 고분자량 다당류는 커피 액에 body를 부여한다.
- 커피의 주요 다당류들 가운데
⇒ 갈락토마낸과 아라비노갈락탄(galactomannan and arabinogalactan)은 가용성이지만
⇒ 셀룰로오스(cellulose)는 불용성이다. - 앞서 언급한 바와 같이, 추출된 커피는 상당한 량의 가용성 섬유를 함유하고 있다 ;
⇒ 사람의 장(intestine) 내 활생균들(probiotic microorganisms)을 위한
기질(substrate)로서의 그들의 강력한 역할 때문에
⇒ 이 다당류는 생리활성적 화합물(bioactive compounds)로 여겨진다.
Protein, peptides, and free amino acids
- 단백질, 펩티드, 유리아미노산류는 커피 플레이버에 있어 매우 중요하다.
⇒ 마이야르 반응을 위해 필요하기 때문이다. - 이들은 furans, pyridines, pyrazines, pyrrols, aldehydes과 같은 휘발성 화합물들과
melanoidins 형성의 전구물질들로서 작용을 한다. - 멜라노이딘은
⇒ 커피의 컬러의 원인이며
⇒ 어느 정도까지는 커피의 항산화작용(antioxidant activity)의 원인이다. - 총 질소화합물(카페인과 트리고넬린 제외)은
⇒ 생두 화학 조성의 9%-16%를 차지하며
⇒ 아라비카보다 카네포라에서 함량이 약간 더 높다. - 그러나, 커피는 필수 아미노산이 부족하기 때문에 훌륭한 단백질 영양원은 아니다.
Minerals
- 칼륨(potassium)이 분쇄커피의 미네랄 함량의 40%를 차지한다(생두의 경우 1-2g/100g).
- 인(Phosphorus)은 커피에서 또 하나의 중요한 미네랄인데
미네랄 조성의 약 4%를 차지한다. - 나머지 미네랄 함량은 약 30가지의 요소들로 이뤄져 있다
sodium, magnesium, calcium, sulfur [4,106]. - 이들 중 마그네슘 함량만이 상당한 종별 차이를 보인다.
⇒ 카네포라 생두의 경우 1–3 mg/100 g
⇒ 아라비카 생두의 경우 2.5–6 mg/100 g - 극소량의 미네랄들에는
⇒ zinc, strontium, silicon, manganese, iron,
cupper, barium, boron, and aluminum이 있다. - 극소량 미네랄들의 프로파일들은
⇒ 토성에 따라 다르며,
⇒ 이는 다양한 토양 유형들에서 재배된 커피들을 차별화하는 것이 가능할 수 있음을 의미한다 [107].
Lipids
- 지질은 커피의 주요 성분들이다.
그들의 총 함량은 아라비카종과 카네포라종 간 상당히 차이가 있다. - 커피의 지질 부분은 주로
⇒ triacylglycerols (approximately 75%),
⇒ free fatty acids (1%),
⇒ sterols (2.2% unesterified and 3.2% esterified with fatty acids), and
⇒ tocopherols (0.05%)로 이뤄져 있다. - 이들은 전형적으로 식용 식물성 기름들에서 발견된다.
- 지질 부분은 또한
⇒ 카우렌족의 디터펜류(diterpenes of the kaurene family)도 가지고 있다.
⇒ 총 지질부분의 20%까지 구성 [97, 108, 109]. - 그 외에 최근에 파악된 구성요인들은
⇒ 카훼디올과 아라비올 I (coffeadiol and arabiol I)
⇒ 이들은 각각 디터펜 카페스톨 (diterpenes cafestol)과 카훼욜(kahweol)와
구조적으로 비슷하며
⇒ 푸란 환에서의 치환들이 다르다(with different substitutions in the furan ring) [98]. - 아라비카 종자의 총 지질 함량
⇒ 무수물 기준 약 14 g/100 g
⇒ 로부스타 종자의 약 2배 [110]. - 커피의 지방산들(Fatty acids)은 주로 결합된 형태들로 발견된다 ;
⇒ 대부분은 트리글리세롤 부분(triacylglycerol fraction)에서
그리세롤과 에스테르화되어져 있다(esterified with glycerol).
⇒ 20% 정도가 디터펜들과 에스테르화되어져 있고(esterified with diterpenes)
⇒ 적은 비율이 스테롤 에스테르(sterol esters)로 되어 있다. - 커피의 지방산들 대부분은 불포화(unsaturated) 지방산이다 [97,109,111,112].
⇒ 트리글리세롤 부분(triacylglycerol fraction)에서
⇒ Linoleic acid (18:2(n-6))가 약 43%–54%,
⇒ oleic acid (18:1(n-9))이 약 7%–14%, 그리고
⇒ linolenic acid (18:3(n-3))이 역 1%-26%를 차지한다. - 이는 유리 지방산 부분(free fatty-acid fraction)의 약 46%, 11%, 1% 이다.
- 지방산들은
건강에 중요할 뿐만 아니라
그들의 완전성은 커피를 신선하게 유지하고
트리글리세롤의 가수분해(hydrolysis)와 산화(oxidation)로 인한
열화(staleness)를 피하는데 중요하다 [113]. - 커피 내의 주요 스테롤(sterols) 카테고리들은
⇒ 4-desmethylsterols (93% of total sterols의 약 93%를 차지)
⇒ 4-methylsterols (2%), and
⇒ 4,4-dimethyl-sterols (5%). - 시토스테롤(Sitosterol)은 첫 번째 카테고리에 속하는데
the sterol fraction의 54%까지 차지한다. - stigmasterol과 campesterol은 각각 약 20%를 차지한다. [11, 98].
- 커피의 토코페롤 평균량은 생두 기준 11.9 mg/100 g으로 보고된 바 있지만 [114]
사용되는 방법론들에 따라 상당히 다르다. - 커피에는 α형, β형, γ형의 토코페롤이 존재한다.
⇒ β형과 γ형의 분석적 분리는 어렵지만
⇒ 몇몇 연구들이 β형-토코페롤의 지배성, 그 다음으로 α형과 γ형을 보고한 바 있다.
⇒ Folstar et al. [115]은
커피 오일 100g당 α-tocopherol 8.9–18.8 mg, 그리고
β- + γ-tocopherol 25–53 mg의 농도를 발견했다. - Ogawa et al. [114]은
⇒ 생두 100g당 15.7mg의 maximum total tocopherol content을 발견
⇒ 이중에서 α-tocopherol이 2.3–4.5mg을 차지하고,
β-tocopherol은 3.2–11.4mg이었고
γ-tocopherol은 검출되지 않았다(분리의 어려움 때문일 수 있음) - 대부분의 지질은 생두의 배유(endosperm)에 위치하지만,
커피 왁스(coffee wax)는 바깥 층에 있다.
⇒ 이 부분은 커피 종자 중량의 0.2%–0.3%를 차지한다.
⇒ 커피 왁스의 주성분들은 carboxylic acid-5-hydroxytryptamides이며
이들은 사슬 길이들이 다른 세로토닌과 지방산들의 아미드들이다.
(amides of serotonin and fatty acids of varying chain lengths) [98].
2.3.1.2 Volatile compounds in green coffee
- 배전되지 않은 커피 종자들의 빈약한 휘발성 물질 부분은 약하지만 특징적인 아로마를 준다.
- 커피 생두 종자에서 약 100가지의 휘발성 화합물들이 식별되어져 왔다 [11].
⇒ 가장 많은 휘발성 화합물 부류들은,
⊙ alcohols,
⊙ esters,
⊙ hydrocarbons, 그리고
⊙ aldehydes이다.
⇒ Ketones, pyrazines, furans, 그리고 sulfur compounds도 식별되었다 [9, 11]. - 커피 열매의 숙과도가 커피 생두의 휘발성 물질 조성에 중요하다.
커피 베리들의 휘발성물질 조성은 Ortiz et al. [116]에 의해 연구된 바 있었는데
⇒ 모든 숙과도 단계들에서 알코올, 주로 에탄올의 레벨이 높았다.
⇒ 흑두를 만드는 Overripe berries는 esters 농도가 가장 높았고,
⇒ 그 다음으로 alcohols, ketones, 그리고 aldehydes 농도가 높았으며
⇒ monoterpenes의 농도는 매우 낮았다. - Toci and Farah [9]는
⇒ 서로 다른 숙과도 단계들에서의 열매들로부터 만들어지는
결점 생두에 대한 잠재적인 표시들을 식별하였다.
2.3.2 Changes in coffee chemical composition
during roasting
2.3.2.1 Nonvolatile compounds in roasted coffee
- 커피 로스팅 동안에 pyrolysis, caramelization, Maillard reactions의 결과로서
커피의 화학적 조성은 드라마틱하게 변한다.
⇒ 어떤 화합물들은 파괴되고,
⇒ 커피 액의 아로마와 플레이버에 중요한 고-휘발성, 중-휘발성의 생리활성적 화합물들과 물질들을 포함하여
어떤 것들은 형성되어진다. - 배전된 커피의 최종적인 조성은
⇒ 원재료, 로스팅 정도, 그리고 로스터 타입, 시간, 온도, 로스팅실 내의 공기 흐름 속도 등과 같은
기타 로스팅 변수들에 따라 달라진다. - 로스트된 커피의 함수율(1.5%–5%)은 생두 보다 훨씬 낮으며, 로스팅 정도에 따라 달라진다 [25, 108].
- 커피 단백질의 일부가 분해되어지고
⇒ 유리아미노산들과 펩티드들이 Strecker reactions에 의해 사용되어진다. - 아미노산들의 일부는 환원당과 반응하여 (Maillard reaction를 거쳐)
⇒ chlorogenic acids, galactomannans, 그리고 arabinogalactan-proteins와 같은 다른 성분들로
그들의 구조를 포함시키는 저분자량 화합물들과 멜라노이딘류를 형성한다 [117]. - 멜라노이딘 중합체들은
■ 여러 조성들과 분자량들을 나타내는데
■ 로스트된 커피의 갈색의 원인이며
■ 무수물의 약 25%를 차지한다 [118]. - 여러 연구들이 멜라노이딘류는 커피음료의
■ 항산화 특성(antioxidant)
■ 항균 특성(antibacterial)
■ 메탈-킬레이팅 특성(metal-chelating properties)의 부분적인 원인이며
⇒ 따라서 생리활성적 화합물이 될 수도 있다고 한다 [118–121].
⇒ 그러나, 그들의 사람에서의 생리적 관련성은 알려져 있지 않다. - Sucrose는
⇒ caramelization and Maillard reactions에 의해 쓰여진다 (after inversion). - Soluble fiber는
⇒ 부분적으로 분해되어 멜라노이딘류로 통합되어진다. - 커피 추출액 애씨더티는
⇒ sucrose, polysaccharides, 그리고 기타 화합물들의 분해를 거치면서
aliphatic acids (formic, acetic, glycolic, and lactic)의 레벨이 올라감에 따라
특히 short high temperature roasting 동안에 [26] 증가할 수 있다. [28, 122]. - Chlorogenic acids는
⇒ 열적 불안정성 때문에, 로스팅 동안에 많은 변화들을 겪는다.
⇒ 색과 플레이버의 발현에 공헌하면서
즉 , isomerization,
epimerization,
lactonization,
페놀 및 카테콜(phenols and cathecols)을 포함한 저분자 화합물들로의 분해
(degradation to low-molecularweight compounds)
멜라노이딘들로의 포함(incorporation into melanoidins)을 거친다.
⇒ 그 분해는 firstorder Arrhenius-compliant kinetics를 따른다.
⇒ 그러나 아라비카와 카네포라 샘플들에 대해 별도의 모델들이 사용되어져야 한다 [123]. - 로스팅 정도에 따라 total chlorogenic acids content은
⇒ 원래 함량의 1% 밑으로까지 감소된다. - 상업용 배전커피들에서의 클로로제닉산 함량은
⇒ 프로세싱 방식, 블렌드, 로스팅 정도, 로스팅 방법, 그리고 분석 조건들에 따라
0.5–6g/100g dry weight에 이른다 [124, 125]. - Fast high-temperature roasting (230℃)은 이 화합물의 손실을 줄여준다 [26, 33, 49].
- Chlorogenic acid lactones or quinides가
⇒ quinic acid moiety로부터 물 분자의 손실과
intramolecular ester bond의 형성을 거쳐서
⇒ 생두의 클로로제닉산류의 10% 미만 정도 형성된다. - 커피에서 형성되는 주요 chlorogenic acid lactones는
⇒ 1,5-γ-lactones이다.
minor δ-lactones의 형성도 관찰된 바 있다 [126]. - Chlorogenic acid lactones는
⇒ 중요한 품질 측면인 커피 음료의 쓴맛에 상당히 기여한다.
⇒ 이 락톤들은 또한 카페인의 약성과 독립적인 뇌 기능(brain function)에 대한
그들의 잠재적 효과들 때문에 주의를 받아왔다.
⇒ 아편 길항제(opiate antagonists)와 비슷한 특징을 가진
아편수용체 결합작용(opiate receptor binding activity)을 보인다 [127].
⇒ 쥐에서 모르핀-유도적 통각상실증(morphine-induced analgesia)을 역전시킬 수 있다 [128]. - 그러나, 그들의 오피오이드 수용체들에의 상대적으로 약한 생체외 친연성이
(relatively weak in vitro affinity to opioid receptors)
보통의 커피 소비로는 예리한 약리효과들이 발생할 가능성이 적다는 것을 말해준다.
나아가, 이 화합물들의 생체이용성(bioavailability)도 알려진 바 없다. - Farah et al. [129]는
⇒ 쥐에게 대한 위관영양으로 투여된 락톤의 일부가 chlorogenic acid의 형태로 재생되었다.
⇒ 이 발견사항은 한 생체외 연구에서 확인되었는데,
the major 1,5-caffeoylquinic acid lactones의 일정 비율이
사람의 소화액의 알카리성의 pH와 접촉한 후에
caffeoylquinic acids으로 변환되었다 (unpublished).
⇒ 그러므로, 커피액 내에서 소비되는 이 락톤들의 많은 비율이
소화되는 동안에 간접적으로 total chlorogenic acids 섭취를 증가시키면서
그들 각각의 chlorogenic acid forms로 돌아갈 확률이 크다. - 사실 chlorogenic acid lactones는
⇒ 쥐에서 blood glucose-normalizing effects를 발휘하는 것으로 나타났고 [130]
⇒ 이 효과들은 그 후에 클로로제닉산류 자체들에 대해서도 관찰되었다 [38]. - 카페인은
⇒ 커피 로스팅 동안에 크게 변화되지 않지만,
⇒ 승화(sublimation) 때문에 작은 손실들이 발생할 수 있다.
⇒ 그러나, 카페인 함량의 증가는 다른 화합물들의 손실 때문에 관찰되어질 수도 있다. - 로스팅은 트리고넬린을 분해한다.
⇒ nicotinic acid (3%) 그리고
pyrrols (3%), pyridines (46%), pyrazines, methyl nicotinate과 같은
휘발성 화합물들을 포함하여 다양한 화합물들을 만들어낸다 [11, 108]. - Nicotinic acid, niacin, vitamin B3, 또는 vitamin PP라고 하는 것이
trigonelline demethylation을 거쳐 형성된다 [108].
⇒ 사람에게 있어 다양한 대사 과정들에서 보조효소(coenzyme)로 참여한다.
⇒ 결핍되면 피부 병변(skin lesions)이 특징인 질환 펠라그라(pellagra)를 유발한다.
⇒ 로스팅이 진행됨에 따라 niacin 생산이 증가하지만,
중배전 커피 100-mL 한잔은
일일섭취권장량(daily dietary reference intake (DRI))의 약 20% 정도를 공급할 수 있다 [131].
⇒ Fast roasting은 slow 로스팅 보다 더 높은 트리고넬린 함량을 가진 커피를 생산하는 경향이 있다. - Triacylglycerols and sterols를 포함하는 지질 부분은 비교적 열에 안정적이다.
- Diterpenes는
⇒ 열에 더욱 민감하지만
⇒ 배전 커피에서, 특히 아라비카 커피에서 여전히 상당한 량이 발견될 수 있다
(0.2–0.9 g/100 g dry weight) - Tocopherol 함량도 로스팅 동안에 감소한다.
⇒ 로스팅 정도에 따라서,
α-tocopherol, β -tocopherol, 그리고 total tocopherols이 각각
79%–100%, 84%–100%, 그리고 83%–99% 줄었다. [98].
Table 2.2는
⇒ 아라비카와 카네포라 커피종의 중배전 커피에서의 전형적인 화학적 조성들을 보여준다.
2.3.2.2 Volatile compounds in roasted coffee
- 커피 로스팅 동안에 복잡한 커피 아로마가
⇒ pyrolysis, Strecker degradation, and Maillard reaction에 의해 형성된다. - 로스트된 커피의 휘발성 화합물들의 다양성과 농도들은
⇒ 원 종자 내의 비휘발성 화합물들의 조성과
로스팅 조건들에 따라 달라진다.
⇒ 그러므로, 유전학, 토양, 농업실무, 기후, 숙과도와 같은 요인들이
로스트된 커피의 휘발성 부분들의 최종 조성에 영향을 미친다. - 원산지, 로스팅 정도, 사용된 분석 방법에 따라
950가지 이상의 화합물들이 로스팅 후에 다양한 커피 유형들에서 식별되어져 왔다 [3]. - 배전 커피에서 전형적으로 발견되는 휘발성 화합물들의 부류들은
⇒ furans 및 pyrans, pyrazines, pyrroles, ketones 및 phenols,
⇒ hydrocarbons, alcohols, aldehydes, acids and anhydrides, esters,
⇒ lactones, thiophenes, oxazoles, thiazoles,
⇒ pyridines, amines, 그리고 다양한 황-화합물들 및 질소 화합물들 [9,11,106,132]. - 이들 휘발성 화합물들이 만들어내는 모든 반응들을 가리는 것은 어렵다.
그들 중 많은 것들이 한 가지 이상의 경로에 의해 만들어질 수 있기 때문이다. - 일반적으로, 탄수화물(soluble polysaccharides을 포함하여)은
⇒ furans, aldehydes, ketones, 그리고 phenols을 생성한다. - proteins, peptide, amino acids는
⇒ ketones, pyrrols, 그리고 pyrazines을 만들어낸다. - Lipids는 로스팅 과정 중 변화에 대한 내성이 있어
⇒ 단지 소량의 aldehydes and ketones를 만들어낼 뿐이다. - Chlorogenic acids는
⇒ phenolic volatile compounds를 만들어낸다. (e.g., catechols, pyrogallol, and phenol). - Trigonelline은
⇒ pyrroles, pyridines, pyrazines를 만들어낸다. - Thiophenes, oxazoles, and thiazoles은
⇒ 생두에는 보통 검출되지 않는 것들로
거의 모두가 로스팅 동안에 만들어진다. - 로스팅 정도와 로스팅 파라미터들은 커피의 휘발성 물질 조성에 영향을 미친다.
- 로스팅 정도의 효과는
약배전된 커피의 아로마와 강배전된 커피의 아로마가 상당히 다르기 때문에 이미 분명하다. - 휘발성 화합물들의 형성은
⇒ 그들의 전구물질들의 안정성과
종자 내에서의 위치에 따라 좌우된다. - 또한, 상이한 휘발성 물질 프로파일들이
⇒ 같은 배전도에 도달하기 위한 상이한 조건 하에서 배전된 커피 샘플들 사이에서
관찰되어져 오고 있다 [133]. - 로스팅 조건들에 의해 영향 받을 수도 있는 화합물들에는 다음과 같은 것들이 포함된다.
■ pyridine, 2-methylpyrazin, furfural, furfuryl formate, 2-furanomethanol acetate,
■ 5-methyl-furancarbaldehyde, 1-(2-furanylmethyl)-1H-pyrrol,
■ 1-(1H-pyrrol-2-yl)-ethanone, 2-methoxyphenol, and
■ 4-ethyl-2-metoxyphenol. - 동일 클래스의 화합물들이 서로 다르게 커피 아로마에 영향을 미칠 수도 있으며
따라서 약한 화합물들의 농도들이 반드시 문제가 되는 것은 아닐 것이라는 점을 지적할 만하다. - Table 2.3은
⇒ 커피 아로마에 있어 중요하다고 보고되어온 몇 몇 휘발성 냄새물질들을 보여준다.
- C. arabica와 C. canephora 종의 종자들의 비휘발성 물질들의 조성들이 다르다 ;
따라서, 분명히 다른 아로마들을 초래하는 서로 다른 휘발성 화합물들의 프로파일들을 나타낸다는 것이 놀라운 일이 아니다. - Blank et al. [132]은
⇒ C. arabica에서는 ➡ 카라멜-같은, 그리고 “sweet-roasty” 속성들이 지배적인 반면
⇒ C. canephora에서는 ➡ “earthy-roasty” 속성이 지배적이라고 보고한 바 있다. - 이러한 지배적인 노트들에 공헌하는 휘발성 물질 프로파일들의 차이들은
다음과 같은 물질들의 우세이다. - 아라비카에서 우세한 것들은
■ 3-mercapto-3-methylbutylformate;
■ sotolon;
■ abhexon;
■ 2-methyl-3-furanthiol,
■ phenylacetaldehyde;
■ 3,4-dimethyl-2-cyclopentenol-l-one;
■ 2-/3-methylbutanoic acid; and
■ linalool - 로부스타에서 우세한 것들은
■ 2,3-diethyl-5-methylpyrazine;
■ 4-ethylguaiacol; and
■ 3-methyl-2-buten-l-thio - 블렌드에서 사용되는 로스트 되지 않은 종자들의 품질이 컵에서의 최종 플레이버에 있어 매우 중요하다.
- Toci and Farah [133]은
⇒ 포함된 결점두들의 량이 서로 다른 커피 샘플들의 비교에서,
⇒ 저품질 종자들은 고품질 종자들에 비해
더 많은 수의 특정 휘발성 화합물들과
더 높은 휘발성 화합물 총 농도를 함유했음을 관찰한 바 있다.
⇒ 나아가, 고품질 종자와 저품질 종자는
다른 시간 및 온도 파라미터들 하에서 로스팅 동안 (slower or faster roasting)에
구별되는 행태들을 나타냈다.
⇒ 원 종자들의 품질과 로스팅 조건들의 영향을 받는 화합물들에 포함되는 것들
■ 2-methylpyrazine,
■ 2,3,5-trimethylpyrazine,
■ 1H-pyrrole, and
■ 2-furfurylmethanol. - 숙과도가 다른 단계들의 열매들에서 나온 종자들의 처음 비휘발성 및 휘발성 물질 조성들이 로스팅에 대한 반응 차이의 한 원인일 수 있다.
또한 결점두와 건강한 종자들의 세포벽들은
cellulose, lignin, and hemicellulose의 량이 다른데,
이것이 로스팅 프로세스을 가속하거나 늦추는
외부에서 내부로의 열 이동에 영향을 미친다. - Toci and Farah [9]는
⇒ 숙과도 단계가 다른 열매들에서 나온 종자들의 배전 커피에 대한 잠재적 표시들을 확인한 바 있다.
⇒ 결점두들은 커피에서 부수적인 것으로 생각되므로,
“Incidental Coffee Constituents” 섹션에서 논의될 것이다.
2.3.3 Changes in coffee chemical composition
during special coffee processing
- 커피 종자들의 프로세싱은 많은 화학적 변화들을 만들어낸다.
고온은 열불안정적 화합물들(thermolabile compounds)에 영향을 미치는 반면
물과 증기는 수용성 화합물들을 제거할 수 있으며 (e.g., polysaccharides and oligosaccharides)
종자들의 수분 함량을 증가시킬 수 있다. - Decaffeinated coffees에 있어서
카페인 함량은 보통 1–2g/100g에서 0.020.3g/100g으로 감소된다 [10,18,134]. - 다른 커피 성분들의 손실은 decaffeination method에 따라 달라진다.
- 물은 많은 가용성 성분들을 제거하는 경향이 있는 반면
사용되는 여러 유기 용매들의 친화성(affinity)은 더욱 특유적이게 되는 경향이 있다. - 디카페인화된 종자들을 분석해보면,
그들의 화학적 조성들이 그 프로세싱 동안에 상당히 변하는 것을 알 수 있다. - 그러나, 그 매트릭스 내의 모든 성분들의 변화와 손실들은
정확하게 확정 짓기 어렵고, 따라서 상대적 이득과 손실들로 표현되어진다. - 예를 들어, dichloromethane을 이용한 디카페인화 동안에 클로로제닉산류의 손실은
아라비카의 경우 16%로, 로부스타의 경우 11%로 보고된 반면 [10],
water decaffeination 후의 아라비카 커피 생두에서는
클로로제닉산류의 15% 이득이 관찰되었다 [18]. - 한편, 어떤 다른 water decaffeination method를 이용한 연구에서
아라비카 샘플들의 경우에 평균 20%의 클로로제닉산류의 손실이 보고되었다 [20]. - 초임계의 이산화탄소(Supercritical carbon dioxide)가
클로로제닉산과 같은 커피 아로마와 생리활성도의 원인이 되는 화합물들을 아끼면서
카페인을 제거하여 더욱 선택적인 것으로 보인다. - 초임계 이산화탄소법으로
아라비카 생두 샘플들에 있어서 1.2%의 클로로제닉산유 함량의 상대적 평균 이득이 보고된 바 있다 [20]. - 비록 water-decaffeinated coffees에서의 클로로제닉산류의 상대적 증가가
고-가용성 화합물들의 침출(lixiviation) 때문일 수도 있겠지만,
supercritical carbon dioxide method가 종자들의 온전성을 유지함으로써
클로로제닉산 손실들을 줄이는 것으로 보인다.
이 온전성은 나중에 컵에서 분명히 반영될 것이다. - 인스턴트 커피의 화학적 조성은
블렌드 구성, 로스팅 정도, 그리고 추출액의 추출과 농축에 사용되는 방법을 반영한다. - 센 열(excessive heat)을 이용한 농축이
열불안정적 화합물들의 손실을 줄일 수 있다. - 반면, 인스턴트 커피의 카페인 함량(2.5–5g/100g)은
주로 블렌드 구성과 추출 방법에 의존하는데
이는 이 화합물이 열에 매우 저항적이기 때문이다. - 제조업자들의 목표는
⇒ 분쇄커피 추출액과 유사한 화학적 조성을 가진 인스턴트 커피 음료를 만들어내는 것이다. - 인스턴트 커피는 (per 100g dry weight)
■ polysaccharides (50–60g),
■ protein (12.6–2 g),
■ lipids (0.2–1. g),
■ minerals (8.8–10g), and
■ oligosaccharides (5.2–7.4g)을 함유하고 있을 것이다 [134,135]. - 함수율은 5%까지 올라갈 수도 있으나 보통 2.7%–3.5% 범위이다 [136, 137].
- Monsooned 커피와 steam-treated 커피는
휘발성 물질 조성의 차이들이 주로 클로로제닉산류의 부분적인 가수분해(hydrolysis)와
습도 하에서의 저분자량 화합물들의 손실 또는 변화들 때문이다. - Variyar et al. [23]은
몬순 커피 생두를 평가하여 몬순 처리된 아라비카 커피들이
더 낮은 농도의 methoxypyrazines와
더 높은 농도의 4-vinylguaiacol과 isoeugenol을 보고했는데
이는 monsooned coffee의 지배적인 스파이시 노트(spicy note)를 설명하는 것이다.
저자들에 따르면
이 페놀릭 화합물들은 배당체(glycosides)로 부분적으로 존재하다가
monsooning 동안에 결합되어 있든 전구물질들로부터 방출된다. - 로스팅 전에 커피 콩들을 Steaming하면
클로로제닉산류를 포함하여 위장에 부담되는 물질들을 제거한다. - 또한, cafestol, kahweol, dehydrokahweol, and dehydrocafestol과 같은
개별적 유리 디터핀류들이 스티밍 파라미터들에 따라 감소되어질 수 있다 [40,138,139].
2.3.4 Chemical composition of coffee brew
- 커피 추출액의 조성에 영향을 미치는 요인들에 포함되는 것들
☕ ground roast coffee composition,
☕ grid,
☕ brewing method,
☕ proportion of coffee to water,
☕ hardness and temperature of water,
☕ length of time coffee is in contact with water, and
☕ the filter material.
- 추출된 커피 속의 가용성 고형물질들(soluble solids)의 량은
⇒ 2 ~ 6g/100-mL cup [140]. - 분쇄 커피로부터 여과 추출액을 마련하는 동안에 수용성 화합물들의 추출이 수반된다 :
⇒ 대부분의 지방친화적 부분들(lipophilic)은
고형 물질들(solid materials)과 함께 필터에 남는다. - 에스프레소는
⇒ 소량은 열수가 짧은 시간 동안 고압으로 분쇄커피를 통과하는 특별한 추출 기법에 의해 만들어진다.
⇒ 이 경우, 그 추출액의 조성과 품질도 역시 수압에 의존한다.
⇒ Chlorogenic acids, caffeine, nicotinic acid, soluble melanoidins, and
hydrophilic volatile compounds (친수성 휘발성 화합물들)을 포함하는 수용 성분들의 추출은
더 높은 온도와 압력에서 더욱 크다 [108].
⇒ 지질 부분은 수용성이 아니지만,
로스팅 후에 종자에 남아 있는 양의 일부가 물의 고온 때문에 추출되어져
에멀전(유제, emulsion)로서 추출액 내에 존재한다.
그러나, 오일 입자들은 페이퍼 타입 또는 그와 유사한 타입의 재질로 만들어진 필터들에 남겨질 가능성이 있다.
⇒ 에스프레소 만드는데 사용되는 고압과
지질을 걸러내는 종이 또는 기타 친유성 재질로 만들어진 필터의 부재로 인해
추출액으로의 지질의 추출이 쉬워진다.
⇒ 따라서 비여과식 커피와 에스프레소 커피는
생리활성적 디터핀들과 스테롤들을 포함하여 더 많은 량의 이 화합물들을 함유한다. - 커피의 기능적 특성들에 주로 관계되는 화합물인 클로로제닉산류의 약 80%~100%가
⇒ 홈 커피 블루잉에서 추출되어져서 [47]
⇒ 아라비카 커피의 경우 35–100mg/100-mL cup
로부스타 커피의 경우 35–175mg/100-mL cup를 초래한다 [141].
그러나, 커피 추출액을 고온으로 유지시키면
⇒ chlorogenic acids와 lactones의 농도들은 줄어든다 [142, 143]. - chlorogenic acids는 불내열성(thermolability)에도 불구하고
⇒ 대부분의 식품 원천들과 비교할 때
light- to dark-medium-roasted 커피에서 비교적 높은 량들로 여전히 존재한다 [47,144]. - 커피 안 마시는 사람들(abstainers)은 전형적으로
⇒ 하루에 클로로제닉 산류 100-mg/day 미만을 섭취하지만,
⇒ 커피를 자주 마시는 사람들은 (heavy coffee drinkers) 하루에 0.1–2g을 섭취한다. [47, 141, 145]. - Díaz-Rubio and Saura-Calixto [102] 는
⇒ free chlorogenic acids 그리고 멜라노이딘들에 통합되어진 것들에 더하여
클로로제닉산류 및 그들의 파생물질들 8.7–10.5mg이 추출된 커피 100 mL에서
가용성 섬유질(soluble fiber)과 연관되어졌음을 보고한 바 있다. - 커피의 애씨더티는
⇒ acetic, formic, malic, citric, and lactic acids,
chlorogenic and quinic acids와 같은 유기산들 때문. - 커피 추출액의 pH는 약배전의 경우
⇒ 약 5.2에서 5.8 정도 [159]. - 칼슘(potassium)은
⇒ 8%–20% (coffee/water) 커피 추출액 100mL에
약 0.3–0.7g이 들어있음 [106, 140]. - 나트륨(sodium )은
⇒ 20% (w/v) 커피 추출액에 적은 량이 발견됬음 (약 3 mg/100 mL brew) [106]. - Antonio et al. [106]에 의해 보고된
⇒ C. canephora의 항탈광화 효과(antidemineralization effect)는
부분적으로 인(phosphorus) 때문인 것으로 나타났다 ((50 mg/100 mL brew). - Costa and Farah [146]는
⇒ 에스프레소 머신과 전기 커피 메이커들에 의해 이뤄진 총 미네랄 추출이
다른 모든 퍼콜레이션 방법들의 경우보다 더 높았음을 관찰. - galactomannans와 type II arabinogalactans이
⇒ 앞서 언급된 바와 같이, 추출액으로 들어가는 주요한 다당체들이다.
⇒ 이 다당체들은 로스팅과 추출 후에
무수물의 약 15%~25%를 나타낸다 [117, 147]. - Petraco [147]에 따르면,
⇒ 에스프레소 커피의 가용성 섬유(soluble fiber)의 전형적인 량은 800 mg/100 mL이며
regular percolation method는 약 200 mg/100 mL를 낳는다. - Díaz-Rubio and Saura-Calixto [102]도 이와 비슷하게
⇒ 100mL의 추출된 커피액에서 470–750 mg의 가용성 섬유를 보고했다. - Caffeine, trigonelline, nicotinic acid도 역시 뜨거운 물에 녹는다.
⇒ 미디엄 로스트된 커피로부터 추출된 커피에서의 전형적인 량은
카페인 50–100 mg,
트리고넬린 40–50 mg,
니코티닉산 약 10 mg 정도에 이른다 [52]. - 대부분의 지질부분(lipid fraction)은 앞서 언급한 바와 같이,
⇒ 블루잉 후에 남아 있는 고형물질들에 남는다. - Triacylglycerols이 신선하게 갓 추출된 커피 내의 총 커피 지질의 약 75% (w/w)를 차지하는 반면,
지방산들은 겨우 약 1% 정도를 차지한다 [46]. - 에스프레소 머신들이
⇒ 출출액을 뽑기 위해 압력을 사용하고 페이퍼 필터를 사용하지 않기 때문에,
디터핀류를 포함하여 더 많은 지질들이
regular percolation methods에 비해 추출된 에스프레소에서 더 많이 발견된다.
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