1. Introduction
1.1 Chemical Composition of Raw Beans
- Coffea arabica(아라비카 커피)와 Coffea canephora (로부스타 커피)의 콩들은
🔸 질량이 100mg에서부터 200mg 이상까지 다양하다.
🔸 지리적 원산지에 연관된 차이의 어떤 증거들도 있다.
🔸 두 가지 종들은 화학적 조성들에서 량적으로나 질적으로 차이를 보인다. - Arabica ➡ more lipids, more trigonelline
Robusta ➡ more caffeine, more chlorogenic acids - 한 종에만 특유한 비주요 성분들도 식별되어져 왔다.
- 커피 생두의 화학적 조성 ➡ Table 3.14
1.2 Chemical Composition of Green, Roasted, and Instant Coffee
2. Water content
- 건식법이나 습식법으로 가공된 green coffee의 수분 함량(water content)은
■ 보관 동안의 수분 활성도(water activity)와 안정성(stability)에 영향을 미친다.
■ 유럽에서는 정제된 커피 생두의 수분 함량은
■ 9%~13%에 이른다. - Dry-processed robusta coffees (건식법으로 처리된 로부스타 커피들) (Vietnam)
⇒ 때로는 더 높은 함수율 값들을 보이기도 한다. - 유럽커피연합(European Coffee Federation)은
➡ 보관과 수송을 위해 함수율(moisture level)을 12.5% 로 제안하고 있다. - 커피 생두의 함수율이 10% 미만인 경우에는
➡ 발아력(germinating power)이 떨어지고 나아가
➡ 콩이 크랙(crack, 갈라짐) 형성을 나타낼 수 있다. - 함수율이 12.5%를 넘으면,
➡ 미생물 감염의 상당한 위험이 존재한다. - 함수율 분석을 위한 국제적 준거 방법이
➡ 현재 이용 가능한 빠른 방법들을 표준화하는데 사용되어져야 한다.
3. Ash and Minerals
- 커피의 미네랄 성분 함량은 약 4%정도이다.
● Arabica 3.6%~4.5%
● Robusta 3.6~4.8% - 이 가운데 Potassium (칼륨) ➡ 커피가 함유하는 미네랄 성분 전체의 40%를 차지.
- 커피의 미네랄 성분 함량은 Table 3.2에 나타난 바와 같이,
➡ Wet-processed arabica에서 보다
➡ Dry-processed robusta and arabica에서 약간 더 높다.
- Table 3.15에는
➡ 커피 생두의 주요 미네랄들이 나와 있다.
➡ 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 인산(인산염), 황(황산염) - 시비(fertilizing)는 ⇒ 이러한 함량들을 변화시킬 수도 있다.
- 음식들 가운데에서 루비듐(rubidium) 함유율이 가장 높은 것으로 분석된 것이 ➡ 커피
● arabica 25.5~182 mg/kg dry matter
● robusta 6.6~95.2 mg/kg dry matter - Quijano Rico and Spettel (1975)의 연구
➡ 커피 내의 copper(구리), strontium(스트론튬), barium(바륨)의 함량을 측정,
➡ 아라비카에서보다 로부스타에서 더 함량이 높았음. - 커피가 운송 도중에 바닷물에 오염되지 않았다면, ➡ Sodium and chloride content은 낮다.
- Ash
➡ 약 90%는 물에 녹을 수 있으며,
➡ 로스팅에서 거의 없어지지 않고 커피 추출액으로 담겨 들어간다. - 인스턴트 커피의 추출 수율 은 블렌드와 제조 손실이 알려진 경우에는
➡ potassium 함량에 의해 추정될 수 있다(R. J. Clarke, L. J. Walker, 7th ASIC, 1975, 159). - 미량의 금속 농도 특히 manganese 농도는
➡ 컵 품질과 상관될 수 있다 (R. Macrae, M. Petracco, E. Illy, 15th ASIC 1993, 650).
4. Carbohydrates
- Total amount of carbohydrates (커피 생두의 탄수화물 총량)은 무수물 기준에서
➡ 약 50%를 나타낸다. - 커피 생두의 탄수화물 조성(구성)은
➡ Table 3.16과 Table 3.16-1에 나타난 바와 같이 여러 가지
다당류,
과당류,
단당류로 복합적으로 이뤄져 있다.
- Silwar and Lüllman (1988, 1989)는
➡ 13개 생산국 별 20가지의 커피 생두 샘플들의 저분자 탄수화물 특성을 가려내기 위해
HPLC-기반적 방법을 사용하여 분석했다.
➡ 그들의 핵심적 발견 사항은 다음과 같다 ;
(1) 수크로오스 함량 분석
Arabica 샘플 ⇒ 6.25%에서 8.45%까지 나타났고,
Robusta 샘플 ⇒ 3.9%에서 4.85%로 나타났다.
(2) 기타 단당류 식별 : 수크로오스 이외에도
소량의 fructose, glucose, mannose, arabinose, 그리고 rhamnose와 같은
단당류들이 파악되었다.
(3) 이런 환원당들(reducing sugars)은
로브스타 커피에서 더 높게 함유되어 있는 것으로 나타났다.
(4) 수크로오스 그리고 말토오스(maltose)의 최저 함량(0.01%)를 함유한
한가지 로부스타를 제외하고는,
커피 생두에서의 'flatulent sugars', raffinose 또는 stachyose와 같은
다른 단순한 과당류(oligosaccharides)에 대한 증거는 없었다. - Mazzafera (1999)의 연구
➡ 수크로오스 함량이 숙과도(degree of ripening)에 따라 증가할 것이라고 기대되었는데,
이는 결점두들에서는 분명하게 나타났다.
➡ 브라질 로부스타 커피의 immature-black beans와 immature-green beans의 경우에
수크로오스 함량이 각각 정상 콩의 1/3과 1/5 수준으로 나타났다.
➡ 베트남 로부스타 커피에서도 이런 현상이 관찰되었는데,
샘플에서 분리되어진 black beans는 0.9% 수크로오스 함량을 보였고,
나머지 정상 콩들에서는 4.0%의 함량을 보였다. - Illy and Viani (1995)의 연구
Glucose 함량은
➡ 아로마 수준과 부정적으로 상관되는 것으로 나타났고
➡ 최종 컵 감미도(sweetness)와는 긍정적으로 상관되는 것으로 나타났다. - Franz and Maier(1993, 1994)의 연구
inositol triphosphate (3인산 이노시톨), inositol tetraphosphate (4인산 이노시톨),
inositol pentaphosphate (5인산 이노시톨), 그리고
inositol hexa-phosphate (6인산 이노시톨 = phytic acid, 파이틱산)를 파악하였다.
➡ 로부스타에서의 total inositol phosphate 함량은 0.34%~0.40% 범위로 나타나
➡ 아라비카의 경우 0.28%~0.32% 범위 보다 더 높은 경향이 있었다.
- Noyes and Chu (1993)의 연구
➡ Polyalcohol (폴리 알코올, polyol = 폴리올)도 커피 생두에서 발견되었다.
➡ 브라질 로부스타 커피와 아라비카 커피의 블렌드들에서 낮은 수준의 mannitol(마니톨)을 발견하였다
(평균 함량 0.027%). - 커피 생두 다당류(polysaccharides)의 화학 구조를
Bradbury and Halliday (1987, 1990)와
Fischer et al.(2000) 등이 집중적으로 연구한 바 있다. - 커피 생두에는 다른 식물의 경우에 공통적인 다당류인 starch 나 pectin도 존재하지만
➡ 커피 콩에서 매우 적은 수준만 있을 뿐이다. - Xylose의 중합체로 특징 지울 수 있는 lignin(리그닌)은 씨앗에는 존재하지 않는다.
5. Glycosides
- 1970년대, Spiteller 연구 그룹(Ludwig et al., 1975; Obermann and Spiteller, 1976)에 의해,
커피 생두와 배전 커피에서
➡ 일련의 다이터핀 배당체들(a series of diterpene glycosides)인 atractylglycosides가 파악되었다. - Maier and Wewetzer (1978)의 연구와
Aeschbacj et al. (1982)의 연구
➡ KA I, KA II, KA III라고 명명한 이 화합물 군의 주요 구성 성분들의 커피내 함량을 확인하였다. - Bradbury and Balzer (1999)의 연구
➡ 커피 생두 내의 이러한 배당체들이 실제로 C-4에서 2개의 카르복실기(two carboxyl groups)를
가지고 있는 것을 확인
➡ 그리고 결과적으로 그 화합물이 carboxyatractylglycosides인 것으로 식별되었다.
➡ 그 카르복실기는 labile(불안정)하여, 왜 앞선 연구들이 단지 atractyl form만을 관찰했는지를 설명
➡ 아라비카 콩은 로부스타 콩보다 배당체를 더 유의하게 많이 가지고 있다.
6. Carboxylic acids
- Table 3.17
➡ 여러 생두들의 퀴닉酸, 말릭酸, 씨트릭酸, 포스퍼릭酸의 함량들을 보여주고 있음.
➡ 출처 : Kampmann & Mailer (1982), Scholze & Maier (1983, 1984),
Engelhardt & Maier (1984, 1985), Whohrmann (1997).
- Van der Stegen and Van Duijn (1987)에 따르면,
➡ 아라비카 커피와 로부스타 커피에서 카르복실酸類 전체 함량은 비슷하다.
➡ 클로로겐산류에서 지방족 酸 부분(aliphatic acid moiety)인 Quinic acid도 유리상태로 존재한다.
그 함량은 아마 프로세싱, 발효, 그리고 에이지와 같은 요인들에 의해 영향을 받을 것이다.
➡ 유리 퀴닉산 함량은 오래된 콩에서는 1.5%까지도 증가할 수 있다. - 퀴닉 산 이외에, 커피 생두의 주요 산들에는
➡ malic acid, citric acid, 그리고 phosphoric acid가 있다. - Bähre (1997), Bähre and Maier (1999) 연구
➡ 비주요 커피 산들(minor coffee acids)이 식별되었다. - 추출된 커피(brewed coffees)의 Acidity(애씨더티, 산미)는
➡ 중요한 감각수용적 특성(organoleptic character)이며,
➡ 이는 케냐 커피와 같이 최고의 high grown 아라비카 커피들에 관련된다.
7. Chlorogenic acids
- Chlorogenic acids(클로로겐산류)는
➡ 퀴닉산(quinic acid)으로 에스테르化된 일단의 페놀산류이다 (Clifford, 1999; Parliament, 2000).
➡ a group of phenolic acids esterified to quinic acid. - CGAs는 ➡ 이 산화합물군은 커피 생두 무게의 10%까지도 차지한다.
- Mono-caffeoylquinic acid, Di-caffeolyquinic acid가 커피에서 식별되었다.
➡ Quinic acid의 3-position, 4-position 5-position에서의 치환(substitution)으로 파악되었음. - 이러한 커피의 페놀산 부분(phenolic acid fraction)의 구성은 다음과 같이 이뤄져 있다(Figure 3.29 참조).
➡ Caffeoly-acids
➡ p-coumaroyl-acid
➡ Feruloyl-acids - 커피에서 이 성분들은 본질적으로 monoesters(모노에스테르)와 diesters(다이에스테르)이다.
➡ monoesters는
■ unripe stage에서부터 semi-ripe stage 동안에 감소하다가
■ ripe stage로 가면서 증가한다.
■ slightly overripe stage에서 증가한다.
(이는 dry processing에서보다 wet processing에서 더욱 중요하다)
(Castel de Menezes and Clifford, 1988)
8. Amino acids, peptides and proteins
- Free amino acids (유리 아미노산류) ➡ 커피 생두에서 약 1% 수준에서 존재(Trautwein, 1987).
- Post-harvest treatments (수확후 처치)
➡ 개별 유리 아미노산들의 함량에 영향을 미침.
➡ Arnold(1995)의 연구에서 추정된 바 있음. - Arnold(1995)의 연구는 아라비카 커피 8가지 샘플들로 추정되었다.
➡ Total free amino acids는 40℃에서 건조한 후에 명확한 변화를 보이지 않았지만,
➡ 어떤 아미노산들의 개별 함량 변화는, 특히
⇒ glutamic acid는 약 50% 증가했고
⇒ aspartic acid는 주로 감소했고,
⇒ hydrophobic acids (valine, phenylalanine, leucine, isoleucine)는 일반적으로 증가했다. - Lipke (1999)의 연구
➡ 리프크는 몇 가지 커피 펩티드들(peptides)을 분리해내어 특징을 분석한 바 있다. - Pokornv et al.(1975)의 연구
➡ 커피 생두의 보관 중, 특히 높은 온도에서의 보관 중에 발생하는 변화를 발견.
➡ proteolysis(단백질 가수분해)로 인한 변화 (예, alanine, isoleucine, tryosine의 증가)와
➡ 비효소적 갈변 반응(non-enzymatic browning reactions)에 의한
유리 아미노산들의 손실로 인한 변화. - 커피 생두 속의 단백질 구성
- 대다수의 단백질들 ➡ 150,000 Daltons가 넘는 분자량을 가지고 있다.
- Crude protein (조단백질)
➡ total nitrogen content (총 질소 함량)로 계산했을 때
➡ caffeine에 대해 조정되어야 하고
➡ 이상적으로는 trigonelline nitrogen에 대해서도 조정되어야 한다.
➡ 만일 그러한 조정이 이루어진다면, 커피 생두내의 단백질 함량은 10% 가까이 되며
➡ 커피 종별로 량적 차이와 질적 차이가 있으며,
➡ 프로세싱에 기인할 수 있는 유의한 효과는 없다. - Mazzafera (1999)는
➡ immature beans에서 보다는
mature beans에서 더 높은 단백질 함량을 발견했다. - 커피 생두 내의 효소들로 파악된 것들은 :
α-galactosidase,
malate dehydrogenase,
acid phosphatase,
peroxidase,
➡ 그리고 더 집약적으로
커피 생두의 품질 지표로서 → polyphenol oxidase/tyrosinase/catechol oxidase (Clifford, 1985).
➡ Polyphenol oxidase는
결점두의 탈색 원인이며,
이는 클로로겐산류 산화의 활성화(chlorogenic acids의 oxidation를 catalysing)에 의해 유발된다.
9. Non-protein nitrogen
9.1 Trigonelline
- Raw coffee는 크리고넬린을 함유하고 있다.
➡ 이는 caffeine의 약 25% 정도의 쓴맛을 낸다.
▣ arabica : 06 ~ 1.3%
▣ robusta : 0.3 ~ 0.9% - 트리고넬린 ➡ C7H7NO2의 화학식을 가지는 식물성 염기의 일종.
- 트리고넬린 ➡ 비타민 B3인 niacin(니아신)의 니트로겐 원자에 메틸 그룹이 결합하여 형성되는 inner salt이다.
- 트리고넬린 ➡ urine에서 떨어져 나오는 niacin의 대사작용의 산물이다.
- 트리고넬린 ➡ 많은 아로마 화합물의 전구물질이다.
- 트리고넬린은 배전 시에
➡ nicotinic acid (niacin 또는 vitamin PP),
➡ pyridine (피리딘), 그리고
➡ 기타 volatile aroma constituents (휘발성 아로마 성분들)로 분해되고
➡ 나머지는 쉽게 추출된다. - Stennert and Mailer (1994)의 연구
➡ Dewaxing, decaffeination 절차, Steaming은
트리고넬린 함량 변화에 영향을 미치지 않는다는 것을 발견.
9.2 Caffeine and purine alkaloids
- Caffeine (카페인)은 ➡ green coffee의 주된 purine이다.
- Caffeine (카페인)은
➡ 화학식 C8H10O2N4.
➡ 3개의 메틸기를 가진 크산틴 구조이다. - Caffeine (카페인)은
➡ π-electron complex에 의해 chlorogenic acids와 연결되어 있다 (Horman and Viani, 1972). - Average content of caffeine (카페인 평균 함유율)
⊙ arabica 1.2 ~ 1.3%
⊙ robusta 2.2 ~ 2.4%
➡ High intra-specific variability (종내에서의 차이가 많다)
➡ showing a marked inter-specific difference (분명한 종간차이를 보인다)
➡ 어떤 비상업적 야생종들에서는
카페인이 없거나 미량으로만 존재하는 경우도 있음.
- Coffee는
➡ Caffeine (카페인) 이외에도
➡ 3가지의 dimethylxanthines (디메틸크산틴즈)를 가지고 있다. - Coffee 생두에 함유된 흥분작용을 가진 purine 염기에는
➡ 카페인 이외에도
아래 [Table]에 열거된 것들과 같은 성분들도 있다. - 다른 미량의 purines
➡ arabica 보다는 robusta에(특히, immature beans에) 더 많은 량으로 존재 - Kappeler & Baumann (1986)의 연구
➡ Theophylline, theobromine, liberine, theacrine의 함량이
➡ Unripe beans가 ripe beans 보다 더 큼을 발견. - Weidner & Maier (1999)의 연구 ➡ paraxanthine과 theacrine을 식별
- Prodolliet et al. (1998)의 연구
➡ 16개 국가들의 아라비카 생두와 로부스타 생두로부터 추출된 카페인 샘플들에서
➡ isotopic ratios (C, N, H)를 사용하여 커피의 지리적 원산지를 결정하고자 시도했음.
➡ 단일변량분석과 다변량 분석들의 수행 결과,
종들의 결정이나 원산지 국가 결정 모두 할 수 없었음.
10. Lipids
- 지질 함량 (lipid content)
➡ 아라비카 커피 생두의 경우는 15%~18%, 평균 약 15%이다.
➡ 로부스타 커피 생두의 경우는 8–12 %, 평균 10% (훨씬 더 작다).
➡ 실제 범위는 더 작을 수도 있다.
➡ 비누화 불능 물질의 함량이 비교적 높다. - 지질의 구성
➡ 지질은 화학적으로 다른 2가지의 fractions으로 나뉠 수 있다.
▣ 왁스 = 콩의 가장 바깥 쪽을 이루고 있음(0.2%~0.3%)
▣ 오일 = 배젖 내부에 위치. - 아라비카와 로부스타의 지질 조성은 ➡ 질적으로 약간만 차이가 날뿐이다.
- 지질의 존재 위치
▣ 대부분의 지질(커피 오일)은 ➡ endosperm(배젖, 배유, 내유) 내에 위치한다.
▣ 소량의 지질, 즉 coffee wax만이 ➡ 콩의 outer layer(표층)에 존재한다. - 조지질의 생성(yield of crude lipids)에 영향 미치는 요인들은
▣ 콩의 조성 (bean composition)
▣ 추출 조건 (extraction conditions), 특히 입자 크기(particle size)와 표면적(surface area)
▣ 솔벤트의 선정(choice of solvent)과 추출 시간(duration of extraction) - 커피 오일은
➡ 보통 식용 야채들에서 발견되는 것과 비슷한 비율로
➡ 주로 지방산들(fatty acids)을 함유하는 트리글리세리드(triglycerides)로 구성된다. - 커피 오일의 비교적 큰 비누화 불능 부분(unsaponifiable fraction)은
➡ kaurane family의 diterpenes (다이터핀즈)에서 풍부하다.
➡ 커피 오일의 Kaurane family에는 주로
▣ cafestol (카페스톨),
▣ kahweol (카훼올) 그리고
▣ 16-O-methylcafestol 이 있으며,
➡ 이 물질들은 각기 다른 생리효과 때문에 최근 더욱 더 많은 관심을 받아왔다.
➡ 더욱이, 16-O-methylcafestol은
커피 블렌드에서의 로부스타 함량을 나타내는 신뢰 가능한 지표로서 사용될 수 있다. - 비누화불능 부분의 일부인 sterols 가운데에서도,
➡ 여러 가지 desmethylsterols,
➡ methylsterols, 그리고
➡ dimethylsterols이 식별되어 왔다. - 커피 생두의 지질부분의 조성은 Table 3.18에 나타나 있다.
10.1 Fatty acids
- 커피 생두의 지방산들(fatty acids)은
┌ ⊙ 대부분이 트리글리세리드(triglycerides)내의 그릴세롤 에스테르(glycerol esters)로서 존재하며,
├ ⊙ 약 20% 정도가 다이터핀즈(diterpenes)로 에스테르化되며,
└ ⊙ 적은 비율이 스테롤 에스테르(sterol esters)로서 존재한다. - 주요 지방산들은
➡ linoleic acid (40–45 %)와
➡ palmitic acid (25~35%). - Folstar et al.(1975), Speer et al.(1993)의 연구
➡ 트리글리세리드의 지방산들과
➡ 디터핀 에스테르를 자세하게 연구. - Picard et al.(1984)의 연구
➡ 스테롤 내의 지방산들을 식별함. - 커피 내의 유리 지방산들(FFA, free fatty acids)의 존재는
➡ 여러 연구자들이 설명.
Kaufmann and Hamsagar, 1962; Calzolari and Cerma, 1963;
Carisano and Gariboldi, 1964; Wajda and Walczyk, 1978
➡ 이 연구자들의 데이터는 모두 acid value에 의해 표현됨.
➡ 지방 분석에 간접적인 결정 절차를 사용한 것이었음.
- Speer et al. (1993)의 연구
= 유리 지방산들을 직접적으로 결정하는 방법을 개발했음
(method of the direct determination of free fatty acids). - BioBeads S-X3를 이용한 the gel chromatographic system을 사용하여,
tertiary butyl methyl로 추출된 커피 지질들은 3가지의 fractions로 나눠질 수 있음.
1) a fraction with the triglycerols (트리글리세롤을 가진 부분)
2) a fraction containing the diterpene fatty acid esters (디터핀 지방산 에스테르를 함유하고 있는 부분), and
3) one with the free fatty acids (유리지방산들을 가지고 있는 부분). - 9가지의 유리 지방산들이 검출되었으며,
아라비카와 로부스타 커피에서 비슷하게 분포했음을 확인. - 두 커피 종에서 모두 주요 지방산들은 ➡ C18:2 and C16으로 나타났음.
- 큰 비율로 검출된 지방산들은 ➡ C18, C18:1, C20 and C22
- 미량으로 나타난 것들은 ➡ C14, C18:3 and C24.
- 아라비카와 로부스타 간의 차이는
➡ stearic acid와 oleic acid 함량이 chromatograms상에서 비교되는 경우에서만 보이게 됐음.
➡ 로부스타에서 stearic acid의 비율이 oleic acid의 비율보다 현저하게 더 작았고,
아라비카에서는 이 두 산들의 비율이 거의 같았음.
➡ 비율 [stearic acid / oleic acid]은
커피 블렌드에서 로부스타의 함량을 나타내주는 첫 번째 지표가 될 수 있을 것임.
10.2 Diterpenes
- 커피 내의 주요 디터핀(다이테르펜, 디이터핀)은
➡ kaurane skeleton에 기반을 둔
➡ pentacyclic diterpene alcohols이다. - 여러 연구그룹들에 의해 2가지 커피 디터핀의 구조가 먼저 밝혀졌었다.
Bengis and Anderson (1932), Chakravorty et al. (1943), Wettstein et al. (1945),
Haworth and Johnstone (1957), Finnegan and Djerassi (1960)
┌ kahweol
└ cafestol
➡ 이 두가지는 모두 산류, 열, 빛에 민감하고,
➡ 특히 kahweol은 정제된 형태에서 불안정하다. - 1989년에, 로부스타 커피로부터
16-O-methylcafestol (16-OMC)가 분리되었고
그 구조가 합성에 의해 설명되었다.
(Speer and Mischnick, 1989; Speer and Mischnick-Lübbecke, 1989). - 2001년에는
추가적인 디터핀인 16-O-methylkahweol가 로부스타 커피콩들에서
Kölling-Speer and Speer (2001)에 의해 발견되었다. - 이러한 디터핀들의 구조식들은 Figure 3.32에 나와 있다.
- Arabica 커피는 ➡ cafestol과 kahweol을 함유하고 있다.
- Robusta 커피는
➡ cafestol과, 소량의 kahweol을 함유하고,
➡ 추가적으로 16-O-methylcafestol (16-OMC)과
미량의 16-O-methylkahweol을 가지고 있다(로부스타에서만 발견). - 아라비카 콩에서의 16-OMC 부재는 여러 연구에서 확인된 바 있다.
▣ White (1995), Frega et al. (1994), Trouche et al. (1997) and by Kamm et al. (2002)
▣ 16-OMC는 로스팅 과정 동안의 안정성을 가지며, 그 때문에
▣ 아라비카 블렌드 내의 2% 미만의 로부스타 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. - 디터핀들인 cafestol, kahweol, 그리고 16-OMC는
➡ 주로 여러 지방산들로 에스테르화된다.
➡ 그런 것들의 유리 형태에서, 그들은 커피 오일의 비주류 성분으로만 발생한다. - free cafestol과 free kahweol은 모두
➡ 아라비카 커피에 존재하며,
➡ cafestol이 주요한 성분이다. - 로부스타 커피에서는
➡ free cafestol 함량은 16-OMC 보다 약간 더 높고,
➡ free kahweol은 미량으로만 존재하거나 없다. - free diterpenes와 비누화 후의 total diterpenes를 비교해 보면,
➡ 아라비카에서는 비율들이 0.7~2.5%
➡ 로부스타에서는 비율이 1.1~3.5%를 보인다.
➡ 만일 그 차이가 프로세싱 기법 때문이거나 종들 때문인 것이라면
검증하기 위해 실험을 해보아야 한다. - Diterpene fatty acid esters:
- 지방산 에스테르들이 그 동안 보고되어 왔다.
(Kaufmann and Hamsagar, 1962a; Folstar et al., 1975; Folstar, 1985; Pettitt, 1987;
Speer, 1991, 1995; Kurzrock and Speer, 1997a, 1997b)
▣ C14, C16, C18, C18:1, C18:2, C18:3, C20, C22, C24 와 같은 지방산을 가진
Cafestol esters도 식별되었고
▣ fatty acid C20:1을 가진에스테르도 식별되었으며
▣ C17, C19, C21 and C23. 과 같은 어떤 홀수가 붙은 지방산들도 보고되었다. - 개별 디터핀 에스테르들(diterpene esters)은 ➡ 커피 오일내에 불규칙적인 량으로 존재한다.
▣ 홀수 지방산 에스테르들은 비주류 성분들인 반면에
▣ palmitic, linoleic, oleic, stearic, arachidic, and behenic acid으로
에스테르화된 디터핀들은
더 많은 향으로 존재한다 (Speer, 1991; Speer, 1995; Kurzrock and Speer, 1997a). - 그래서 초점은
➡ 각 디터핀들의 거의 98%의 합을 이루는
➡ 6가지 디터핀들에 집중되었는데,
➡ 이들 6가지 에스테르들의 아라비카 커피의 분포는 Table 3.19와 같이 나타났다. - 이 6가지 cafestol esters의 총 함량은
▣ 합계하여 9.4-21.2 g.kg-1 dry weight 범위에 이르고,
▣ 이는 다른 아라비카 커피들의 경우에
➡ cafestol 5.2-11.8 g.kg-1에 해당한다.
▣ 로부스타 커피에서는,
➡ 함량이 2.2 and 7.6 g.kg-1 dry weight로 결정되었고,
➡ 이는 1.2-4.2 g.kg-1 cafestol에 해당하며,
아라비카 커피의 경우에서보다 현저하게 작다.
10.3 Sterols
- 커피는 ➡ 여러 가지 다양한 스테롤들을 함유하고 있다.
다른 씨앗 오일들도 공통적으로 가지고 있듯이. - Figure 3.33 ➡ 커피 생두의 스테롤들
- 그 동안 식별되어 온 스테롤들
▣ 4-desmethylsterols,
▣ 여러 가지 4-methyl-dimethylsterols,
▣ 여러 가지 4,4-dimethylsterols. - 커피 스테롤들은 두 가지 형태 모두로 발견되어 왔다 ;
● 유리 형태 (free form) --- 약 40%
● 에스테르화된 형태(esterified form) --- 약 60%
(Nagasampagi et al., 1971; Itoh et al., 1973a,b, Tiscornia et al., 1973;
Picard et al., 1984; Duplatre et al., 1984; Mariani and Fedeli, 1991;
Frega et al., 1994; Speer and Kölling-Speer, 2001). - Picard et al. (1984)의 연구
➡ sterol esters의 개별 지방산들을 연구했다.
➡ triacylglycerols의 경우와 비슷한 비율 분포를 가지는
Stearic acid, palmitic acid 그리고 oleic acid이 주요한 화합물로 나타났다. - Desmethylsterols이
● total sterol fraction의 90%를 나타낸다.
● 이는 지질의 1.5%~2.4%의 범위에 해당.
● 어떤 경우에는 더 높은 비율로 발견되기도 한다 (예, 5.4%, Nagasmppagi et al. 1971). - Table 3.20 ➡ 여러 로부스타와 아라비카 커피 샘플에서의
주요 Desmethylsterols의 평균 분포(%)
- 주요 스테롤은
➡ 약 50%를 차지하는 b-sitosterol이며,
➡ 그 다음이 stigmasterol과 campesterol이다. - 아라비카 커피에서보다 로부스타 커피에서 훨씬 더 높게 나오는
24-Methylenecholesterol과
D5-avenasterol이 ➡ 커피 블렌드 연구들에 적합하다.
➡ 왜냐하면, 배전 과정은 스테롤 량과 분포에 거의 영향을 미치지 않기 때문이다.
➡ 그러나, 천연 함량의 변동 때문에,
아라비카 커피 혼합에서 로부스타 비율을 가리는데 사용하는 것은 20% 정도만 타당할 뿐이다.
10.4 Tocopherols
- Folstar et al. (1977)의 연구
▣ 커피 오일 내의 tocopherols(토코페놀)의 존재는 ➡ Folstar et al. (1977)에 의해 처음으로 설명되었다.
▣ a-tocopherol이 ➡ 분명하게 식별되었고
▣ b-tocopherol과
g-tocopherol은 ➡ TLC와 GC에 의해 분리되지 않은채 하나의 그룹으로서 고려되었다.
▣ 발견된 농도
a-tocopherol ➡ 89-188 mg.kg-1 oil
b-tocopherol + g-tocopherol ➡ 252-530 mg.kg-1 oil. - Cros et al. (1985)의 연구
➡ HPLC의 합으로서 b-tocopherol과 g-tocopherol을 확인 - Aoyama et al.(1988)의 연구
⊙ 여러 커피 품종들에서의 a-, b- and g-tocopherols을 분석해본 결과,
➡ 거의 2:4:0.1의 비율로 존재.
⊙ 총 함량은 ➡ 약 5.5-6.9 mg/100 g 이었음.
⊙ 커피 콩에서는 ➡ a-tocopherol이 지배적임. 이는 다른 야채들과 과일들의 경우와 대조적임. - Ogawa et al. (1989)의 연구
⊙ 14가지 커피 콩들, 이들의 배전두와 우려낸 커피액, 그리고 38가지 인스턴트 커피들에서의
토코페롤 함량을 HPLC에 의해 확인.
⊙ 커피 생두에서의 토코페롤 최대값은 ➡ 15.7 mg.100 g-1이었고
평균은 ➡ 11.9 mg.100 g-1로 나타났음.
⊙ a-tocopherol 함량은 ➡ 2.3-4.5 mg.100 g-1,
⊙ b-tocopherol 함량은 ➡ 3.2-11.4 mg.100 g-1,
⊙ g-tocopherol, d- tocopherol은 ➡ 발견되지 않았음.
⊙ 로스팅은 함량을 감소시킴 :
┌ a-tocopherol을 ➡ 79-100 %로,
├ b-tocopherol를 ➡ 84-100 %로,
└ total tocopherols를 ➡ 89-99 %로. - Speer and Kölling-Speer(2001)의 연구
⊙ GC-MS를 이용하여, 어떤 로부스타 커피들에서 g-tocopherol가 검출되었음. - González et al. (2001)의 연구
⊙ 이해하기는 어렵지만, g-tocopherol의 량이 생두에서보다 배전커피에서 더욱 높게 발견되었음.
10.5 Coffee Wax
- 커피 생두의 표면은 엷은 왁스 층(waxy layer)으로 덮여 있다.
- 커피 생두 표면 왁스의 량은
➡ 전체 콩 무게의 약 0.2% ~ 0.3% 정도임.
➡ 전체 지질의 2-3%에 해당함. - 왁스 함량은
➡ dichloromerthane과 같은 chlorinated organic solvents를 사용한 추출에 의하여
온전한 커피 콩으로부터 얻어지는 것으로 일반적으로 정의됨. - 아라비카 커피 생두의 왁스 조성에 관한 최초의 탐구는
➡ Wurziger와 그의 동료들 (Dickhaut, 1966; Harms and Wurziger, 1968).
▣ 그들은 왁스의 petroleum ether 불용성 부분의 주성분은
➡ 소위 carboxylic acid-5-hydroxytryptamides (C-5HT)라고 하는 것.
➡ 이 물질 그룹 즉 amides of serotonine (5-hydroxytryptamine, 5HT)과
여러 길이의 체인들을 가진 지방산들을 최초로 소개.
▣ 그들은
➡ Arachidic acid (n = 18),
➡ Behenic acid (n = 20), 그리고
➡ Lignoceric acid (n = 22)를 가지는
3개의 carbonic acid 5-hydroxytryptamides (C-5HT)를
분리해내어 식별했음. (Figure 3.35 참조)
▣ 즉, arachidic acid (n=18), behenic acid (n=20), 그리고 lignoceric acid (n=22)가
5-HT의 주요 아미노기와 결합되어 있다. - Folstar et al. (1979; 1980)의 연구
▣ stearic acid-5HT (n=16),
ω-hydroxyaracgidic acid-5-hydrixytryptamide (n=18),
ω-hydroxybehenic acid 5-hydrixytryptamide (n=20)의 존재를 보고.
▣ Arachidic acid-5HT와
Behenic acid-5HT가 지배적이고,
다른 아미드들은 마이너 성분들에 불과함. - Figure 3.35 ➡ 3가지의 C-5-HT
- Wurziger(1973)의 연구
▣ Arabica coffees에서의 total C-5HT 함량 ➡ 500 ~ 2370 mg.kg-1 ➡ 로부스타보다 분명히 더 높음.
▣ Robusta coffees에서의 total C-5HT 함량 ➡ 565 - 1120 mg.kg-1,
▣ 30년 이상 장기 저장 기간은 ➡ 160 and 950 mg.kg-1의 낮은 총 함량으로 유도함. - Maier (1981)의 연구
▣ 아라비카 생두에서의 total C-5HT 함량 ➡ 500 ~ 2370 mg/kg
▣ 로부스타 생두에서의 total C-5HT 함량 ➡ 565 ~ 1120 mg/kg - 커피 콩에 대한 polishing, dewaxing, steaming 또는 decaffeinating과 같은
기술적 처리에 의한 왁스 층의 제거는
➡ C-5HT 총 함량의 감소 이외에도
➡ more digestible coffee brew를 초래한다.
(Behrens and Malorny, 1940; Wurziger, 1972; van der Steegen, 1979;
Fintelmann and Haase, 1977; Hunziker and Miserez, 1979; Corinaldesi et al., 1989). - C-5HT의 항산화 효과(antioxidant effects)가
➡ 커피 왁스를 식품에서 사용될 수 있는 천연 항산화 물질로서 사용하는 것에 대해 큰 관심을 유도해왔음.
➡ C-5HT는 항산화 특성을 가지고 있다.
(Lehmann et al., 1968; Bertholet and Hirsbrunner, 1984)
10.6 Other Compounds
- Kaufmann and Sen Gupta (1964)의 연구
▨ 커피 오일의 비누화 불능 부분(unsaponifiable matter)에서 squalene을 식별했음. - Folstar (1985)의 연구
▨ 커피 왁스뿐만 아니라, wax-free coffee oil에서
▨ 많은 odd and even chain-length alkanes를 모두 발견, 보고. - Kurt and Speer (1999)의 연구
▨ 분자식 C19H30O2를 가지는 새로운 성분을 검출하여 분리해냈음.
▨ 이 구조는 알려진 coffee diterpene cafestol와 비슷함.
▨ 가장 중요한 차이는
furan ring의 부재와
carbon atom C10.에서의 one methyl group의 위치임,
▨ 이 새로운 성분을 coffeadiol이라고 명명함. - Kölling-Speer et al. (2005)의 연구
▨ 40℃에서 보관된 습식 처리된 콜롬비아 아라비카 커피 생두에서
분자식 C22H28O2을 가지는 또 다른 새로운 물질을 식별해냈음.
▨ 이 물질의 구조는 coffee diterpene kahweol과 비슷하지만
furan group 대신에 aromatic ring이 있는 구조.
▨ 이 성분은 arabiol I 이라고 명명되었음.
11. Volatile constituents
- 커피 생두 내에서 약 230개의 휘발성 물질들이 식별되어 왔음.
(Boosfeld & Vitzthum, 1995; Holscher & Steinhart, 1995; Cantergiani et al., 1999) - Arabica 커피와 Robusta 커피는 비슷하지만, 아라비카 커피들이
➡ 터핀류의 함량이 더 높고(a large content of terpenes),
➡ 아로마 화합물이 더 적게 구분되었다(Holscher, W. and H. Steinhart, 1995). - 커피 생두의 휘발성 물질들의 함량 범위는
➡ 생두 프로세싱에 의해 영향을 받으며
➡ 생두 품질 평가를 위해 사용될 수 있다. - 결점두들의 냄새는 특정한 성분들과 연결되어져 왔다.
11.1 Mycotoxins
커피 생두를 오염시킬 수 있는 몇 가지 미코톡신의 우연한 발생 알려지기 시작한 시기 ➡ 1970년대 초
Mycotoxins ➡ 미코톡신, 마이코탁신 = 진균독(眞菌毒), 곰팡이 독,
곰팡이가 번식하여 생산하는, 중독성이 있는 독소.
여러 미코톡신의 우연한 발생이 커피 생두를 오염시킬 수 있다.
Mycotoxins의 종류
▣ Sterigmatocystine (스테리그마토시스틴)
▣ Aflatoxin B (아프라톡신 B)
▣ Ochratoxin A (OTA) 오크라톡신 A
Aflatoxins
- Aflatoxins 아프라톡신은
▣ 많은 Aspergillus 진균 종들에 의해 자연적으로 발생하는 미코톡신이며,
▣ 가장 악명 높은 것은 ➡ Aspergillus flavusa와
➡ Aspergillus parasiticus이다.
▣ 아프라톡신은 ➡ 독성물질이며, 대부분의 발암물질 중의 하나이다.
▣ 아프라톡신은 ➡ 인체에 들어오면,
➡ 간에 의해서 반응 중간체(reactive intermediate)인
Aflatoxin M1 에폭시드로 대사된다. - 특히 Aflatoxin B
➡ 때때로 커피 생두에서 발견되어 왔음.
➡ 매우 작은 량으로
대중 건강에 실질적인 우려가 분명히 없음
➡ 음료에서도 마찬가지 (Nakajima et al., 1997). - 추가적인 정보를 위한 도움이 되는 사이트 = http://www.romerlabs.com/mycotoxins.html
Sterigmatocystine
- Sterigmatocystine (스테리그마토시스틴)
▣ Sterigmatocystine은 the fungi genus Aspergillus.로부터 유발되는 dermatoxin 형의 독이다.
▣ 그 중에서도 주로 fungi Aspergillus nidulans and Aspergillus versicolor에 의해 생산된다.
▣ 일상에서 이는 곰팡이 쓴 치즈 덩어리에 나타난다.
▣ 아주 극심하게 오염되어서 소비하기에 분명히 적합하지 못한 콩에서만 발견됨.
▣ 커피와 실무적 관련성은 적음. - Sterigmatocystine은
▣ 곰팡이 쓴 곡물에서, 곰팡이 핀 커피 생두, 그리고 치즈에서 보고된 바 있다.
▣ Aflatoxins 보다는 훨씬 덜 자주 발생한다.
▣ aflatoxin B1과 비슷하게 강력한 간암 발암성 물질이다.
▣ 현대의 지식으로는 특수하거나 비정상적인 상황에 있는
소비자들에게 더 이상 위험이 아닌 것으로 생각될 수 있다.
Ochratoxin A (OTA)
- Ochratoxin A (OTA) 감염은
▣ 지난 십 수년간 커피의 OTA 감염은 집중적 연구 주제이었음.
▣ 여러 개선된 분석기법들로 인해서
커피 생두 내의 OTA가 모두 로스팅 동안에 파괴되는 것만은 아니라는 사실이 알려졌음.
▣ Bucheli & Taniwaki (2002)의 연구 - 이 문제에 관한 포괄적 리뷰 발표 - WHO(세계보건기구) 등에서는
오크라톡신 A를 DDT, aflatoxin M1, chloroform과 함께
발암 가능성이 있는 물질인 독성물질 2군 B로 분류하고 있으며
aflatoxin 다음으로 중요한 곰팡이 독소임. - 오크라 톡신은
▣ 오크라톡신 A, B, C, 4 하이드록시오크라톡신A 등 17종의 유사체가 알려져 있음.
▣ 이 중 독성이 가장 강한 것은 오크라톡신 A로서 이것을 일반적으로 오크라톡신이라 함. - 커피에서 OTA를 생산하는 것으로 알려진 것으로 파악된 곰팡이 종들 (아래 사진 참조)
▣ Aspergillus ocharaceus,
▣ Aspergillus carbonarius,
▣ Aspergillus niger
- Ochratoxin A (OTA)으로의 구체적인 오염 시기와 장소는
▣ 명확하게 식별된 것이 없음.
▣ 내추럴 커피나 습식법 처리된 커피나 모두 곰팡이 공격의 위험에 있는 것으로 보임.
▣ 습식법 처리 커피는 OTA에 감염된 것으로 거의 발견되지 않고 있음.
OTA 오염의 위험을 최소화시킬 수 있는 건전한 농경/제조 실무 방법들 (Teixeira et al, 2001; Viani, 2002)
▨ 신선한 체리의 보관
● OTA 감염 위험을 증가시키는 요인들 :
익은 체리와 너무 많이 익은 체리들을 직사광선 하에서 수일 동안 쌓아두거나
혹은 플라스틱 백에 보관하는 것
● 프로세싱 전에 생 체리의 보관을 피하는 것이
커피 미각적 품질 뿐만 아니라 OTA 감염 위험을 경감시킬 수 있음.
▨ 건조
● 건조가 시작된 후에, 로스팅까지 어느 시간이든 water activity 0.80에서 보낸 시간 길이가
곰팡이 성장과 OTA 생성을 결정.
● 더 짧은 파취먼트 sun drying의 측면에서 볼 때,
mechanical drying에 비해 sun drying이 위험을 증가시킬 수 있음.
● 미각적 품질은 정규의 오랜 건조과정을 요하지만,
동시에 OTA 오염 위험성의 축소를 위해서는 빠른 건조가 좋다.
● 따라서, 건조 과정은 이 두 요구사항들을 잘 조정하도록 최적화될 필요가 있다.
▨ 허스크
● 오염의 시작은 Husk 내에서, 적당한 습도 조건 하에서 시작하는 것으로 보이며,
3~4일 정도에 콩에 도달할 수 있다.
● 따라서 OTA 부담을 줄이기 위해서는,
클리닝과 그레이딩 동안에 모든 껍질 물질로부터 커피 콩을 단리시키는 것이 중요하다.
▨ Re-wetting
● 로부스타 커피 생두를 1년간 70% 습도 하에서 30℃까지 올라가는 기온에서 보관하는 것은
OTA 부담의 증가를 가져오지는 않는다고 한다.
● 커피가 응결되고 축축해질 위험을 보인 생산지 국가들로부터 운송 시는
하역 부두까지의 육상 수송 동안에 주로 발생하고, 겨울철에 목적지에 도착하는 경우이다.
● 이런 경우는 적당하게 건조된 커피라도,
온도 변화가 너무 심하면 증발에 이어서 커피의 위쪽 층 부분에 습기가 응결될 수가 있다.
● OTA 감염은 디카페인 프로세스 동안에 발생할 수 있는데,
디카페인된 젖은 커피는 적당하고 빠르게 건조되지 않기 때문이다.
● 배전 이전에 어떠한 단계에서든 다시 젖는 것을 피하는 것이 가장 중요하다.
11.2 PAH
- 그 동안 생두와 배전커피에서 확인되고 계량된
PAH (Polycyclic aromatic hydrocarbons, 다환식 아로마성 탄화수소들)들에는
다음과 같은 것들이 있다 ;
⊙ fluoranthen
⊙ pyrene
⊙ benz[a]fluoranthene
⊙ perylene
⊙ indenol91,2,3-cd]pyrene,
⊙ dibenz[ah]anthracene
⊙ benzo[ghi]perylene - 각 개별 PAH는
➡ 최적 상태가 아닌 로스팅 조건 하에서 연료에 의해서도 형성될 수 있고
➡ 커피 콩에 의해서도 형성될 수 있다. - Klein et al. (1993)의 연구
배전되지 않은 커피와 배전된 커피의 PAH 함량 비교를 해보면,
➡ 배전된 커피의 PAH 함량을 결정하는 것은
➡ 로스팅 최적화 후의 로스팅 과정이라기 보다는
➡ 원재료의 PAH 함량이다. - 생두의 오염은
➡ 자동차의 배기가스 때문이거나 혹은
➡ 오염된 마포 자루나 사이잘 포대에 넣어 운반하는 것이 원인일 수 있다. - 그런 섬유들은
➡ batching oil (軟麻油)로 돌리기 전에 처리되어야 한다.
콩 오염이 발전되기 전에, batching oil은 보통 통제되지 않은 오일 부분으로 구성될 수 있으며,
심지어는 폐기된 모터 오일일 수도 있다. - 오염은 PAH profile을 분석함으로서 식별된다.
- 엄격한 규정이 서명되고, 이제는 포대 제조업자들에 의해 고수되며,
- 이들은 일반적으로 GMP에 따라서 자루 꼬리표를 준비하여 표시한다.
11.3 Pesticide residues
- 살충제 잔여물도 커피 생두의 오염 물질 가운데 하나이다.
- 열매 내의 콩을 덮고 있는 보호층 때문에,
➡ 생두 내에 존재하는 살충제 수준은 매우 낮다. - Cetinkaya (1988)는
➡ 11개 국가들로부터 수입된 커피 생두 샘플들 50가지에서
➡ oragnochlorine 또는
organophosphorus 살충제 잔여물을 검출할 수 없었다.
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