
4.3 CHANGES PRODUCED BY ROASTING
4.3.1 Physical Changes
온도 증가에 따라 커피 콩에서 발생하는 주요 변형들이 Table 4.3에 제시되어 있으며,
로스팅에 의해 발생하는 가장 중요한 거시적 변화는 Table 4.4에 제시되어 있다 (Pittia et al., 2001).

- Figure 4.10에서 보듯이 roasted coffee bean은
⇒ 갈색에서 검은 색으로 되며(becomes brown to black)
⇒ 매우 부서지기 쉬우며(very brittle)
⇒ 부피(volume)가 100%까지도 증가하며(dark roast의 경우)
⇒ 이에 상응하여 밀도 감소(decrease of density)가 발생한다.
생두의 밀도 550~ 700g/l에 비해, 배전두의 밀도는 300-450 g/l
⇒ 그리고 많은 거시적 변화와 미시적 변화들이 발생하며
⇒ 세포 구조가 파열된다(cellular structure ruptured – 특히 에스프레소 로스팅의 경우).
⇒ 함수율(water content)은 water quenching이 적용되지 않으면 1%가까이로 떨어진다.
4.3.2 Chemical Changes
4.3.2.1 Overall Changes
- Table 4.3 ➡ 커피 로스팅 중의 거시적 변화들
▨ 로스팅 동안에 ⇒ 물(water)과
⇒ 이산화탄소(carbon dioxide)가 빠져나간다.
▨ 로스팅 중에 빠져나가는 물은
⇒ 생두의 수분(moisture water of green bean)과
⇒ 반응들에 의해 생성된 수분(moisture water that generated by reactions) 이다.
▨ 그것들은 약간의 일산화탄소(carbon monoxide)와
유기 휘발성 물질들(organic volatiles)이 수반된다. - 물과 이산화탄소는
▨ 매우 중요한 반응인 Maillard reaction에 의해 생성되는데,
▨ 마이야르 반응은
⇒ 변색되는 산물들(colored products)인 멜라노이딘들(melanoidins)을 초래하고
⇒ 유기 휘발성 물질들의 주요 부분들을 유도한다.
▨ 많은 다른 열분해 반응들(pyrolytic reactions, 파이라틱 리액션즈)에 의해서도 만들어진다.


Table 4.4 ➡ 로스팅 작업을 걸쳐 발생하는 거시적 변화들을 요약
Figure 4.11 ➡ 주요 커피 성분들의 그룹들의 함량에 미치는 효과에 대한 아이디어를 제시해준다.
비교를 위해 배전 커피에 대한 값들은 생두 무수 기준 하에서 계산되었다.




4.3.2.2 Carbohydrates
- 로스팅 후에는
커피 생두의 단당류(monosaccharides)와 이당류(disaccharides) 가운데
미량의 유리당류(free sugars)만 남는다. - 자당(Sucrose)은
부분적으로 가수분해되어지고(hydrolyzed)
나머지는 열분해된다(pyrolysed) ⇒ 카라멜화된다(caramelized). - 환원당들(reduced sugars) 또는 그들의 분해 산물들(fragmentation products)로부터
⇒ 많은 휘발성 물질들(아로마 화합물들, 휘발성 산류)과
비휘발성 물질들(멜라노이딘들과 그들의 전구물질들, 산류)이
⇒ 마이야르 반응에 의해서 형성되고
⇒ 더 낮은 정도이지만 카라멜화 반응(Caramellization)에 의해 형성된다. - Maillard reaction은
⇒ 더 낮은 활성 에너지(activation energy)를 가지며
⇒ 따라서 만일 반응성 질소 화합물들(reactive nitrogen compounds)이 있으면
더욱 유리하다.
⇒ 질소 화합물들 = amino acids, free amino groups in protein and peptides. - 셀룰로오스(cellulose) 이외의 다당류(polysaccharides)는
⇒ 부분적으로 가용화(partially solubilized)된다 (Bradbury, 2001; Redgwell et al., 2002). - 그럼에도 불구하고, 가용성 탄수화물의 총합(sum of soluble carbohydrates)은
⇒ 배전두에서 더 낮다. - 에스프레소에서의 거품 안정성(foam stability)은
⇒ galactomannan과 arabinogalactan의 량에 관계되며
⇒ 배전도의 함수이다 (Nunnes et al., 1997). - Carboxyattractyloglycosides (카르복시어트렉틸로 글리코씨드)는
⇒ ‘normal’ 로스팅 조건 하에서 약 50% 정도 분해된다. (Bradbury, 2001).
4.3.2.3 Non-volatile lipids
- 전반적으로, 로스팅 동안에 지질 부분(lipid fraction)에서는 약간의 변화만 있을 뿐이다.
- 스테롤(sterols)과 대부분의 트리글레세리드(triglycerides)는 변하지 않고 남아 있는다.
- 트랜스 지방산류(trans fatty acids)의 수준은
증가하며
특히 C18:2ct와 C18:2tc의 함유율이 증가한다. - 리놀레산(linoletic acid) 함유율은 로스팅 온도에 따라 약간 감소한다.
- 디터핀류(diterpines), ┐
카페스톨(cafestol), ├→ 은 어느 정도 분해된다.
카페올(kahweol) ┘ - 로스팅 온도와 함께 증가하면서,
dehydrocafestol, dehydrokaweol, cafestal, kahweal이 형성된다 (각각 0.5%~2.5%). - 16-Omethylcafestol은 덜 영향을 받는다 (로부스타 콩에서).
- Tocopherols의 20%까지,
carbonic acid 5-hydroxytryptamides의 25~50%가 파괴된다.
(Wurziger and Harms, 1969; Wurziger, 1972; Speer and Kölling-Speer, 2001; Kurt and Speer, 2002).
4.3.2.4 Proteins, peptides, and amino acids
- 조단백질(crude protein) 함유율(Kjedahl nitrogen multiplied by 6.25)은
⇒ 로스팅 동안에 매우 약간만 변화하지만, - 질소 화합물들(nitrogenous components)은 상당히 변한다.
⇒ 20-40% 정도, 그리고
⇒ dark roasted espresso의 경우에는 약 50%의 amino nitrogen 손실이 있다. - 본질적으로 생두 내의 모든 단백질은 변성된다(denatured) (Macrae, 1985).
- 단백질의 아미노산 잔기들(residues) 사이에 어떤 교차적-연결(cross-bonds)이 형성된다 (Homma, 2001).
- L-amino acids의 부분들이 이성화되어(isomerized) D-amino acids를 형성한다.
- 상업용 블렌드들 7-70%에서 개별 산들에 따라서 (Nehring, 1991).
- 아미노산 조성도 역시 변한다 :
⇒ 다른 산들(예, cysteine 또는 arginine)은 감소하거나 완전히 파괴되는 반면
⇒ 더욱 안정적인 산들은(예, glutamic acid) 살아 남는다 (Macrae, 1985). - 에스프레소에서는, 거품형성 가능성(foamability)은
⇒ 인퓨전(우려낸 커피 액) 내에 있는 단백질의 량과
⇒ 배전도(degree of roast)에 의존적이다 (Nunes et al., 1997). - 유리 아미노산들은 ⇒ 로스팅 후에는 미량만이 남는다.
- 유리 아미노산들의 반응 산물들은
⇒ Maillard products (melanoidins, 그들의 전구물질 및 휘발성 물질들)와
⇒ dioxopiperazines (다이오소피페라진즈)이다.
(프롤린-함유 물질들은 쓰다, Ginz, 2001 : proline은 아미노산의 일종). - 약간의 온전한 아미노산 잔기들(intact amino acid residues)은
⇒ melanoidins로 통합되어진다 (Maier and Buttle, 1973).
4.3.2.5 Chlorogenic acids
- 클로로제닉산류는 커피 생두에서 가장 중요한 그룹의 산류이므로, 별도로 언급할 필요가 있다.
- 클로로제닉산류는 ⇒ 로스팅 동안에 거의 대부분 파괴된다 (Figure 4.12).
- 또한, 약간의 온전한 클로로제닉산류는
⇒ melanoidins에 의해 묶여질 수도 있다. (Heinrish and Baltes, 1987). - 클로로제닉산류는
⇒ 가장 큰 부분이 가수분해된다고 가정된다.
⇒ 또한 이성질화(isomerization)와
⇒ 더 작은 정도로는 락톤화(lactonization)가 발생한다. - mono-hydroxynnamoyl-quinic acids의 6개 락톤들(lactones)이
⇒ 배전 커피의 쓴 맛에 공헌하는 것으로 가정된다 (Ginz, 2001). - 3 di-hydroxycinnamoyl-quinides가
⇒ 카페인의 효과를 조절하는 것으로 되어 있다(Martin et al., 2001).

- 유리 퀴닉산(free quinic acid)도
⇒ 이성질화 되어 (5 isomers)
⇒ 4 γ-lactones와 3 δ-lactones를 형성한다 (Scholz-Böttcher et al., 1991; Homma, 2001).
⇒ 퀴닉산의 적은 부분은 분해되어
hydroquinone과 같은 간단한 페놀류(simple phenols)를 형성한다.
⇒ 그러나 가장 큰 부분은 변하지 않고 남아서
dark roast의 경우에 quinic acid가 가장 보편적인 개별 저분자 산류가 된다. - Caffeic acid의 운명에 관해서는 알려진 것이 별로 많지 않다.
⇒ 카페익산류의 적은 부분은 분해되어
⇒ 간단한 페놀류(simple phenols)를 형성한다.
⇒ 카페익산의 모델 로스팅에서 2개의 tetra-oxygenated pheylindans가 발견된 바 있고
⇒ 커피에서는 10-15 mg/kg의 수준에서 발견된 바 있으며
⇒ 모델로스팅에서만 neolignans (caffeicins)이 발견된 바 있다 (Clifford, 1997).
⇒ 나머지는 melanoidins로 통합되는 것으로 가정된다(see 4.5).
4.3.2.6 Other acids
- 생두에 존재하는 대부분의 유기산류는 클로로제닉산류처럼 움직인다 :
⇒ 그들은 부분적으로 분해된다(partially decomposed).
(Scholz-Böttcher et al., 1991; Bähre and Maier, 1999).
⇒ 예) 시트릭산(citric acid)은 분해되어 ⇒
┌ citraconic acid,
├ itacinic acid,
├ mesaconic acid,
├ succinic acid,
└ glutaric acids를 형성.
⇒ 그리고 궁극적으로는 some minor acids를 형성.
⇒ 예) 말릭산(malic acid)는 분해되어 ⇒
┌ fumaric acid,
└ maleic acid를 형성. - 산류는 추출액을 가열하면 자유롭게 되기 때문에
이 산들의 에스테르(esters)가 로스팅 동안에 형성될 가능성이 있다 (Maier et al., 1984). - Scholz-Böttcher et al. (1991)은 malic acid의 로스팅 후에
⇒ a fumaric acid/malic acid ester와
⇒ another malic acid monoester를 발견한 바 있다. - Phosperic acid는
⇒ 안정적이며
⇒ 그 함유율은 the inositol phosphates의
가수분해(hydrolysis)에 의해 증가한다 (Franz and Maier, 1994) - 많은 수의 산들이 Mailard reaction과 Caramellization에 의해 생성된다.
- 가장 현저한 것들은
⇒ formic acid와
⇒ acetic acid이다. - 그들의 함유율은 medium roast에서 최대에 도달하며
⇒ 더욱 강한 배전에서는 형성보다는 휘산(volatilization)이 우세한다. - 또한, glycolic acid, lactic acid, metasaccharinic acid,
threo-and erthro-3-deoxyypentonic acids, glyceric acid,
2-furanoic acid, 그리고 minor acids가 형성된다
(에스프레소에서 함유율 높은 순, Bähre and Maier, 1999)
4.3.2.7 Minerals
phosphoric acid를 제외하고는 미네랄 함량(mineral content)는 로스팅에서 변하지 않는다
4.3.2.8 Alkaloids
- Caffeine은
⇒ 로스팅에 안정적이다.
⇒ 그러나, 승화(sublimation)에 의해서 작은 부분이 없어진다.
⇒ 그럼에도 불구하고, 이는 종종 로스팅 손실에 의해 과보상되어진다. - Trigonelline은
⇒ 부분적으로 분해된다.
⇒ 나머지 함유율은 light roast에서 약 50% 정도
very dark roast에서는 미량(Viani and Horman, 1975; Stennert and Maier, 1996). - Viani and Horman (1975) 모델 로스팅의 산물은
⇒ nicotinic acid
N-methyl nicotinamide,
methyl nicotinate 그리고
⇒ 많은 volatile nitrogen compounds (예, 46% pyridines 그리고 3% pyrroles) - 커피에서 발견되는 대부분은, 특히 nicotinic acid는,
⇒ 분해된 트리고넬린의 1.5% 만을 차지하지만,
그럼에도 주요한 비타민 원천으로서 기능을 한다. - Trigonelline/nicotinic acid ratio
⇒ 배전도에 대한 대충적인 추정치로 사용될 수 있다.
(Stennert and Maier, 1996)
4.4 VOLATILE AROMA COMPOUNDS
Green coffee는 약 300개의 휘발성 물질들(volatile)을 함유하고 있다 (Flament, 2001).
1) 이들 가운데 어떤 것들 함유율, 예를 들어 3-isobutyl-2-methoxypyrazine은 로스팅에 의해 함유율이 변하지 않음.
2) 어떤 다른 것들의 함유율, 예를 들어 ethyl-3-methylbutyrate은 함유율이 줄어들지만
3) 대부분의 휘발성 물질들은 로스팅에서 증가한다 (Czerny and Grosch, 2000; Flament, 2001)
추가적으로, 약 650가지의 new volatiles가 파악되어 왔으며, 배전 커피에서 파악되는 volatiles의 수는 850가지가 넘는다.
4.4.1 Generation of roast aroma
- 커피의 아로마틱한 특징의 대부분은 로스팅 프로세스의 결과이다.
- Green coffee는 전형적인 초록색 피망 같은 아로마(green bell pepper-like aroma)를 보인다.
⇒ isobutylmethoxyoyrazine (MIBP)가
a ‘peasy’ smell (완두콩 냄새)를 가진 화합물에
영향을 주는 것으로 파악될 수 있었다. (Vitzthum et al., 1976) - 지금까지 파악된 300가지 이상의 추가적인 생두 아로마 화합물들(Flament, 2001) 가운데
일부만이 로스팅 프로세스에서 살아남는다. - 콩 내부의 ┌ 고온(보통 170 ℃~230 ℃ for 10~15 min)과
└ 증가된 압력(25 atm까지)이
⇒ 엄청난 수의 화학 반응들을 유발하여
⇒ dark colour와
배전커피에서 식별된 1,000개가 넘는 휘발성 화합물 및 비휘발성 화합물들을 유도한다.
(Stadler et al., 2000b). - 커피 생두와 대조적으로, 배전 커피의 중요한 느낌을 나타내는 것은
⇒ 어느 단 하나의 화합물이 아니라 (no single compound)
⇒ 대략 25가지의 매우 강력한 화합물들(25 very potent compounds)의 혼합(mixture)이다. - 아로마 화합물들(aroma compounds) (arrpox. 1g/kg)은 coffee oil에 집중되어 있다.
- 가장 강력한 것들의 농도는 ppm이 낮거나(part per million)
보통 ppm (part per trillion) 범위에 이른다.
4.4.2 Precusors of aroma compounds
- 배전 커피에서의 휘발성 화합물의 형성에서, 비휘발성 성분들이 전구물질들로서 중요한 역할을 수행한다.
- 상승하는 온도, 후속되는 그 콩의 건조와 팽윤(swelling)에 따라,
다음과 같은 반응들이 높아진 압력 조건들 하에서 발생한다.
■ 탄수화물의 카라멜화(caramelization) 및 분해(degradation)
주로 알데히드류(aldehydes) 및 휘발성 산류(volatile acids)를 형성 (Yeretzian et al., 2002)
■ 단백질의 변성(denaturation of proteins)과
탄수화물 및 탄수화물 분해 산물들과
■ 유리 아미노산류(free amino acids)의 반응 ➡ Maillard reactions
■ 클로로제닉산류(chlorogenic acids)로부터의
페놀류(phenols) 및
맛-활성 화합물들(taste active compounds)의 생성 (Pypker and Brouwer, 1970)
■ 트리고넬린의 분해(degradation of trigonelline) (Stadler et al., 2002a) - 2가지 주요 커피 種들의 상이한 전구물질 조성들에 따라서 상이한 아로마가 관찰된다.
Coffea canephora (robusta) 아로마
⇒ higher amounts of phenolic compounds (guaiacol, vinylguaiacol)가 특징이며
⇒ chlorogenic acids로부터 기원되는
harsh earthy notes로 지각된다 (Vitzthum et al., 1990). - 또 다른 흥미로운 아로마 전구물질의 부류는 glycosides 부류이다. (배당체, 글리코시드)
⇒ 배당체류는 수확후 처치 또는 로스팅 동안에
묶여 있는 아로마 화합물들(the bound aroma compounds)을
풀어줄 수 있다(liberate) (Weckerle et al., 2002) - 그리고 다른 식품들에서 아로마 저장 형태들로서도(as aroma storage forms) 역시 특히 흥미롭다.
⇒ 흔한 전구물질 preylalcohol (프릴알코올)은
sulphur-containing amino acids (황-함유 아미노산류)와의 모델 반응들에 의해
보여진 바와 같이 (Holscher and Steinhart, 1992)
황 냄새를 풍기는 물질들(sulphur odorants)의 한 원천이다.
4.4.3 Identification and characterization
of aroma compounds
- 커피 아로마에 관한 선구적 연구는
노벨상 수상자들인 Reichstein and Staudinger가
gas chromatography (GC)의 발견 이전에
furfurylthiol과 guaiacols와 같은 최초의 아로마 화합물들을 식별해내는데 성공한
1926년 이전에 이미 수행된 바 있었다. - GC-mass spectrometry (GC-MS)에 의한 더욱 더 많은 화합물의 식별 기간 후에
현대의 연구 트렌드는
⇒ GC-MS로부터 구해진 화학 구조적 정보와 결합하여
⇒ GC-olfactometry (GC-O)에 의해 활성적-냄새 화합물들(active-smelling ones)을
식별해내는 것이다.
⇒ 일반적으로, 그 프로시져는
천연 재료로부터 아로마 화합물의 추출(extraction)과 강화(enrichment)
그리고 이어서 크로마토그래픽 분할(chromatographic fractionation)
끝으로 정확한 식별(authentic identification)을 필요로 한다

4.4.3.1 Extraction procedures
- 추출 프로시져가 해야 하는 일은 ⇒ 커피 매트릭스로부터 휘발성 화합물들을 분리해내는 것이다.
- 가장 중요한 문제는
⇒ 그 추출물이 얼마나 대표적인가?
⇒ 또는 다른 말로 추출과 강화 동안의 artefact formation (인위구조 형성)을
어떻게 피할 것인가?이다. (Sarrazin et al., 2000) - 몇 가지 테크닉들이 문헌 상에 널리 알려져 있다 :
▣ simultaneous distillation extraction (SDE)
▣ high vacuum distillation (HVD)
▣ solvent-assisted flavour extraction (SAFE, Engel et al., 1999) - 추가적으로, 분쇄커피 위의 헤드 스페이스 또는 추출된 커피에 있는 휘발성 화합물들은
headspace (HS) techniques을 통계적으로(statistically) 이용하거나
동태적 모드(in dynamic mode)로 이용하여 분석되어질 수 있다 :
▣ Solid phase micro extraction (SPME) : 완전 자동화된 방식으로 용매 없이 작동 가능
⇒ IS-SPME = from the brew
⇒ HS-SPME = from headspace
4.4.3.2 Instrumental sensory analysis
- Olfactometric detection과 결합한 GC (GC-O)
⇒ 강력한 냄새물질들(potent odorants)의 화학구조를 모른채
그것들을 검출해내는 것을 도와준다.
⇒ a gas chromatograph의 배수(effluent)가
전통적인 검출기(a conventional detector)와
가열된 흡입 포트(a heated sniffing port)로 나뉘어 들어가는데,
훈련된 사람들이 개별 화합물들에 대한 관능적 느낌(sensory impression)을
평가하고 기록한다 (Holscher et al., 1990). - Dilution techniques (희석기법)이
⇒ 소위 플레이버 희석 요인들 (flavour dilution FD factors)을 결정짓기 위해 사용된다.
⇒ 아로마 추출액(aroma extract)에 대한 단계적 희석(stepwise dilution)과
이어지는 GC-O analysis에 의해서
가장 중요한 공헌자들이 최상의 희석도에서 냄새 맡아질 수 있으며
따라서, 가장 높은 FD factors를 얻을 수 있다.
⇒ Ullrich and Grosch (1987)에 의해 개발된 이 테크닉은
aroma extract dilution analysis (AEDA)로 알려져 있다. - Aroma Extract Dilution Analysis (AEDA) developed by Ullrich and Grosch (1987)
⇒ Odour activity value (OAV) 냄새 활성 값은
농도(concentration)를 그 식역(its threshold)을 나누어 표현된다.
⇒ 단, 어떤 물질의 그 구조와 냄새 식역이 알려져 있을 때만 가능하다. - FD factors로부터 OAV를 예측하기 위한 한 방법이
⇒ AEDA의 정밀도(precision)와 최적 설계(optimal design)에 관해 보고되어 있다
(Ferreira et al., 2001)
4.4.4 Aroma impact compounds in roasted coffee
- 아라비카 커피에서 배전 커피와 분쇄 커피의 아로마에 대한 가장 중요한 공헌자들이
앞서 언급한 테크닉들에 의해 확인되어져 있다. (Holscher et al., 1992)
⇒ two pyrazines (두 가지 피라진들)와
⇒ furanones (푸라논들) 뿐만 아니라
⇒ 3-Mercapo-3-methylbutylformate (MMBF)
⇒ 2-furfurylthiol
⇒ methional
⇒ β-damascenone - Table 4.5 ➡ 커피 아로마에 관한 주요 연구 그룹들의 연구결과들이
그 물질의 아로마 느낌들과 함께 비교하여 정리되어져 있다.
⇒ 마지막 컬럼에 보이는 아로마 화합물들의 절대량(absolute amounts)은
10의 2승 만큼(by two orders of magnitude) 차이가 난다.
⇒ Potency (효능) 특히, the sulphur compounds의 효능은 그들의 낮은 농도에 의해 보여지고 있다.
⇒ 매우 낮은 식역(threshold) (in air) 때문에,
겨우 130 μg/kg에 불과한 MMBF가
가장 강한 냄새 느낌(impression)을 생성하기에 충분하며
이는 0.003 ng/l of air의 식역보다 10,000배가 더 많은 것이다 (OAV of 37,000).

4.4.5 Effects on cup impression
- 완벽한 한 잔의 커피와 실제로 나쁜 커피 한잔을 직접적으로 비교해본 적이 있는 모든 사람들은
그 차이가 얼마나 큰 것인지를 안다. - 그 지각되는 품질(perceived quality)은
생두의 품질과 같은 객관적인 기준에 의존할 뿐만 아니라,
커피 마련 타입(type of preparation)과 같은 주관적 또는 문화적 선호들에도 의존한다.
4.4.5.1 Green coffee quality
- 컵 느낌(cup impression)에 대한 지리적 원산지의 상관관계는
⇒ 훈련된 컵 테이스터들에 의해 인지될 수 있다.
⇒ 그러나, 화학적 맵핑(chemical mapping)도 역시 가능하다. - 현대의 통계적 방법들(예, analysis of variance, ANOVA 분산분석)이
⇒ 재배지역들에 대한 아로마의 조성을 맵핑하는데 도움을 줄 수 있다 (Freitas and Mosca, 1999).
⇒ 심지어, 상이한 재배 조건들에 따른 맵핑(예, shade or sun)도
가능하다 (Bonnlaender, Unpublished results) - 생산 체인 다음은 체리들의 수확과 수확후 처리(post-harvest treatments)이다.
- 취급상의 실수들(errors in handling)은 곰팡이의 성장이나 기타 결점들로 유도할 수 있다.
4.4.5.2 Roasting
- 더 오래된 연구들이 상이한 배전도들에서 추출되는 휘발성 물질들의 조성을 비교한 바 있다 (Gretsch et al., 2000).
- 현대적인 신속한 분석 툴들을 사용하여
⇒ resonance enhanced multiphoton ionization
time-of-flight mass spectrometry (REMPI/TOFMS) 같은 분석 툴들
⇒ 로스팅 프로세스에 대한 온라인 모니터링이 가능하다 ;
⇒ 샘플링 속도가 1초에 1회까지 가능한 연속적 모니터링이
특정한 화합물들의 변화 특성들을 보여주면서 수행되어질 수 있다 (Yeretzian et al., 2002). - 일반적으로, 대부분의 아로마 화합물들은 medium roast에서 생성된다.
- 어떤 아로마 화합물들은 더 높은 온도에서는 저하(degrade)되는 반면에
guaiacol, furfurylthiol, pyridine과 같은 다른 것들은
very high roast에까지 증가를 보여주며
이들은 dark roasted coffees의 아로마에 특히 공헌한다 (Mayer et al., 1999).
4.4.5.3 Preparation
- 음료의 마련 동안에, 플레이버 화합물들은
⇒ 물에서의 가용성의 함수로서(as a function of their solubility in water)
⇒ 배전 커피와 분쇄 커피로부터 추출되어진다. - Mayer and Grosch (2001)의 연구
커피로부터 많은 량이 추출된 것 ⇒ 2,3-butandione
⇒ 2,3-pentandione
⇒ the furanones
furfurylthiol과 같은 less polar compounds(덜 양극성인 화합물들)의 수율은 감소되었다. - Figure 4.13
➡ 에스프레소 한잔과 드립 커피 한잔에 대한
the headspace stir bar sorptive extraction (HSSE) GC_MS analysis을 보여주고 있다. - 중요한 이탈리아 음료인 에스프레소와
전세계적으로 사용되는 드립 추출 간의 차이들을 보여주기 위한 목적의 분석 결과. - 커피 음료에 밀크를 추가하면 일반적으로
⇒ 크리미 느낌을 증대시키면서,
⇒ 지각되는 커피 아로마를 저하시킨다.
⇒ Bucking and Steinhart (2002)는
사용되는 밀크의 타입에 따라(skim milk, coffee whitener)
감각적 느낌에서의 특징적 변화를 발견한 바 있다.

4.4.5.4 Staling of coffee
- 신선한 배전 커피와 분쇄 커피의 맛있는 아로마는 짧은 시간 동안에만 지속된다.
- 분쇄 직후에
⇒ 매우 신선하고 마일드하며 로스티한 노트(notes)는 감소하며
⇒ 강한 스파이시 노트(spicy note)가 플레이버에 나타난다 (Mayer and Grosch, 2001). - 특히, 매우 중요한 강력한 황 화합물들(sulphur compounds)이
⇒ 공기와 접촉하면서 열화되고(deteriorate)
⇒ 분쇄 커피는 약 10일 후에 오래된 냄새가 난다(smell stale). - 통콩의 구조는
⇒ 다공들 내에 CO2를 보유함으로써
어느 정도 보호막을 제공한다. - 분석적으로,
⇒ 지질의 산화(lipid oxidation)가 수주일 후에 산패한(rancid) 산물로 유도하기 전에
⇒ M/B ratio (2-methylfuran to 2-butanone)가
훌륭한 신선도 지표(as a good freshness index)로서 사용된다
(Arackal and Lehman, 1979). - 최소한의 잔여 산소를 가지는 불활성 기체(CO2 or N2) 포장(packaging under inert gas)은
⇒ 긴 선반 수명(long shelf life)을 보장한다. - 냉동(freezing)도 역시
⇒ 열화 반응들을 늦추게 해주면서, 긴 수명 보장에 도움이 된다. - 일단 포장이 개봉된 후에는,
⇒ 커피를 시원하고 건조한 조건에서 어두운 곳에 보관하는 것이 권고된다. - 열화 반응들(staling reactions)은 아직 완전하게 설명되어지지 않았다.
- Hofmann and Schieberle (2002)은
⇒ 배전 커피와 분쇄커피에서 그리고 액체 커피에서
황 화합물(sulphur compounds) (MMBF, furfurylthiol)이
멜라노이딘류에 결합함으로써(blinding)
감소하는 것(reduction)을 발견했다. - Blank et al.(2002)의 연구에서
⇒ 한 급격한 메커니즘이 제안되었는데
⇒ 클로로제닉 퀴닉 락톤(chlorogenic quinic lactone)의 가수분해(hydrolysis)가
감각적으로 바람직하지 않은 퀴닉산의 추출액에서의
유리화(liberation)로 이끈다는 것이다.
4.4.5 Melanoidins
- 멜라노이딘은
⇒ 탄수화물의 Maillard reaction을 경유하여 또는
⇒ 탄수화물의 dehydration reactions(탈수반응) (caramelization)와
이어지는 polymerization(중합반응)에 의해
⇒ 식품에 대한 열처리(thermal treatment) 동안에 전개되는
⇒ 채색된 색소물질(colored (brown) pigments)이다 (Bradbury, 2001). - 기본적으로, 멜라노이딘은
⇒ 탄수화물(carbohydrates)과
아미노산류(amino acids) 또는 펩티드(peptides)와 같은
유리 아미노기(a free amino group)를 가진 화합물들 간의 상호작용에 의해 형성된다. - 최근에 커피로부터 나오는 것뿐만 아니라 멜라노이딘류는
⇒ 식품에서의 발생에 관하여 건강에 대한 영향에 관하여 많은 관심을 받아왔다.
⇒ 이는 1999년에 시작하여 2004년에 끝난 COST action을 the European Community가
수립한 사실에 의해서도 알 수 있다. (COST action : ‘Melanoidin in food and health’)
⇒ 이 action은
melanoidins와 related macromolecules의 분리과 특성 분석,
melanoidins의 flavour binding, colour, texture, 그리고 antioxidant properties, 그리고
melanoidins의 physiological effects와 fate에 관한 연구를 포함한다 (COST 2002).
⇒ 규정된 식품들에는 coffee, malt, beer, breakfast cereals, breads가 포함되어 있다.
4.4.5.1 Chemistry
- Melanoidins는
⇒ 분자량(molecular mass) 뿐만 아니라
화학적 및 생리학적 특성들의 관점에서
매우 이질적인 그룹이라고 기대될 수 있다. - 이를 감안하면,
⇒ 그런 모든 화합물들을 melanoidins이라고
지칭할만한 정당성이 없다고 할 수도 있을 것이다. - 그렇다면, 한편으로, 또 다른 대안이 있는가?
- 이런 상황은, 예를 들어, tea에 있는 tearubigins 또는
cocoa에 있는 phlobaphenes와 같이
⇒ 식음료 내의 다른 중합체들(polymers)의 경우에도 마찬가지이다. - 그런 것들이 그 음료의 성분들이고, 내용물들이 테이블 상에서 발견될 수 있지만
그 화합물들의 특성들과 구조들이 어떠한지를 실제로 아는 사람은 아무도 없다. - Melanoidins의 형성에 관해 우리가 무엇을 알고 있는가?
- 유리 단당류(free monosaccharides)와
유리 이당류(free disaccharides)의 대부분이 로스팅 프로세스 동안에 없어진다 ;
유리 아미노산류(free amino acids)도 마찬가지이다 (Trautwein, 1987; Bradbury, 2001).
⇒ 이들은 적어도 부분적으로 melanoidins로 변환된다. - 그 당류(sugars)의 다른 부분은
⇒ caramelization reactions(카라멜화 반응)을 거치면서
melanoidin과 같은 색소물질들(pigments)를 만들어내거나(Bradbury, 2001)
분해되어(degraded) 산성 화합물들(acidic compounds)을 만들어낸다 (Ginz et al., 2000). - 아미노산류의 작은 부분은 diketopiperazines로 전환될 수 있을 것이다.
( └→ cyclic dehydration products of dipeptides ) - ⇒ 그러나, Ginz(2001)에 따르면,
diketopiperazines는 protein degradation(단백질 분해)를 통해 형성될 가능성이
더욱 많은 것으로 보인다.
- Melanoidins의 structure에 관해 알려 진것이 아직 많지 않다.
- 이미 언급한 바와 같이, melanoidins는
⇒ the Maillard reaction 동안에
다양한 플레이버 화합물들을 수반하면서 형성된다. - 푸드 분야에서의 the Maillard reaction은
⇒ 다수의 화합물들이 존재하므로 복잡한 프로세스이다. - 결과적으로, the Maillard reaction에 관한 정보는
⇒ 제한된 수의 유리체들(educts)이 존재하는 모델 실험들에 의해 가장 잘 생성되어진다.
⇒ 그러나, 그것도 여전히 상당한 수의 휘발성 산물들과 비휘발성 산물들을 제공한다. - The Maillard reaction에 관한 리뷰들은 Flaments(2001, p39)에서 참조가 가능하다.
- Coffee melanoidins는
⇒ phenolic moieties를 함유한다 (Heinrich and Baltes, 1987; Homma, 2001).
⇒ Curie point pyrolysis HRGC/MS를 사용하는 실험들에 의해 나타난 바와 같이
(→ high-resolution gas chromatography/mass spectrometry)
⇒ 99개의 products를 나타낸 중에,
⇒ 33개가 phenols였음 (Heinrich and Baltes, 1987). - The melanoidin fractions의 분자량(molecular mass)은
⇒ 3,000 ~ 100,000 Dalton 사이임.
⇒ gel chromatography 또는 HPLC를 분석도구로 사용한 연구들에 따르면(Homma, 2001).
Robusta 커피의 경우는 arabica 커피의 경우에 비해
더욱 높은 분자 중량의 물질이 있는 것으로 보임 (Steinhart et al., 1989). - Contents of melanoidins in coffee는, 문헌상에 보고된 바에 따르면,
⇒ 높게는 30% 까지 (Bradbury, 2001) 또는 29.4%이다 (Belitz et al., 2001).
(후자는 unknown constituents 즉 미상의 성분들 – colorants, bitter compounds – 이라고 표현했다).
⇒ 다른 저자들은 dry weight base에서 ⇒ brewed coffee의 경우에 15%
⇒ roasted coffee의 경우에 about 23%를 주었다.
(Parliament, 2000)
⇒ 그러나, 이는 차이에 의한 멜라노이딘류의 결정에 불과하지,
그 화합물 자체에 대한 결정은 아니라는 것이 강조되어져야 한다.
⇒ 그 수치가 어떤 것이든 관계없이, 멜라노이딘류는 컵에서 상당한 공헌을 한다. - Gel filtration chromatography
⇒ 겔 여과 크로마토그래피가 Maier et al. (1968)과 Maier and Buttle (1973)의 절차에 따라서
melanoidin fractions을 순수화하기 위해(to purify) 보통 채택되었다.
⇒ 이 fractionation에 포함되는 것은 다음과 같다 ;
extraction with diethyl ether (디에틸 에테르로 추출)
adsorption of the water-soluble compounds on polyamide
(폴리아미드 상에서의 수용성 화합물의 흡착)
⇒ 폴리아미드에 흡착되지 않는 화합물들은
Sephadex® G-25를 사용하여 three fractions로 분리되어졌다.
⇒ 흡착된 량은 two fractions을 주었다.
⇒ 이 중 하나는 three subfractions를 주었다.
⇒ 자세한 것은 Maier et al. (1968), Maier (1981), Macrae (1985)의 논문에서 볼 수 있다.
- 더욱 최근의 연구는 보통
⇒ gel chromatography를 사용하지만,
대부분의 경우들에서 the polyamide step이 없다 (Steinhart et al., 1989; Nunes and Coimbra, 2001)
⇒ 기본적으로 커피는 열수 추출(hot water preparation)에 의해 준비되고
dichloromethane을 사용하여 탈지된다(defatted).
⇒ 그 냉동 건조된 추출물(free-dried extract)은
ultrafiltration(한외여과)에 의해서 처리되거나 혹은
gel chromatography (Sephadex® G-25; eluent(용리액); water)에 의해 분리되어지고
다시 냉동 건조되어진다 (Hofmann et al., 2001; Steinhart et al., 2001). - Hydrolysis(가수분해)가
⇒ the polymers에 존재하는 the moieties에 관한 정보와
sugars, amino acids, 그리고 phenols에 관한 정보를
검출하기 위해 종종 채택되어졌다. - CROSSPY
⇒ melanoidin 형성에 개인되는 한 흥미로운 중간체(a intermediate)가
EPR과 LC-MS를 사용하여 Hofmann et al. (1999)에 의해 발견되었다.
(1,4-bis-5-amino-5-carboxy-1-phentyl) pyrazinium radical cations (피라지니움 양이온 라디칼)
⇒ 이는 산화되어(oxidized) diquaternary pyrazinium ions를 낳는다.
Figure 4.14는
➡ Hofmann and Schieberle (2002)와 Hofmann et al. (2001)에 의해 제안된
반응경로를 보여주고 있다.

Figure 4.14 멜라노이딘 형성의 반응 구조 : (a) CROSSY 라디칼을 경우하는 반응 (b) 다이쿼터너리 피라지니움 이온들을 경유하는 반응
- 비록 melanoidins의 형성이 완전히 이해되려면 멀었다고 하더라도,
이 발견들은 관여되는 그 메커니즘에 대해 알아가는 중요한 단계이다. - 고분자량 멜라노이딘류의 량은
⇒ 로스팅 손실(roasting loss)이 증가함에 따라 증가하였다 (Ottinger and Hofmann, 2001) - Hofmann et al. (2001)는
⇒ 모델 실험들에서 분리되어진 커피 멜라노이딘류와
선정된 아로마 화합물들 간의 상호작용에 관한 연구에서
┌ free furfurylthiol ----------------------┐
├ 3-methyl-2-butene-1-thiol -----------├ 에서의 감소를 발견하였다.
└ mercapto-3-methylbutylformate ---┘
⇒ 이 감소는 1500 ~ 3000 Da의 커피 멜라노이딘류가 사용되었을 때 가장 유의하였다. - Hofmann and Schieberle (2002)은
⇒ (2H2)-2-furfurylthiol을 가지고 한 다른 실험에서
⇒ the spectroscopic data (2H-NMR, LC-MS)가
furfurylthiol이 CROSSPY의 oxidation products와 반응한다는 것을 나타냈다.
⇒ 이 저자들은
이 화합물들 사이에서 a covalent bond가 형성되어
커피 추출 직후에 냄새 품질의 감소로 유도한다고 했다.
(특히 sulphury-roasty odour quality에 관해서) - melanoidin/Maillard 연구에서 사용된 다른 유용한 테크닉들
capillary electrophoresis → Borelli et al. (2002); del Castillo et al. (2002);
→ Re et al. (2002).
matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI/TOFMS)
→ Borelli et al. (2002);
→ Kislinger et al., 2002). - Capillary electrophoresis (모세관 전기영동법, 毛細管 電氣泳動法)
after a fractionation by ultrafiltration with a 5000 Da cut-off dialysis membrane
⇒ 모세관 전기영동법이 커피에서의 채색 화합물들(coloured compounds)의 발달을 모니터하기 위해
Ames et al. (2000)에 의해 사용되었다. - 이 두 테크닉들이 모두 커피 멜라노이딘류의 특성 분석에서 사용되어질 것으로 기대될 수 있다.
4.4.5.2 Physiological Effects of Melanoidins
- Maillard reaction products는 일반적으로 부정적 효과와
긍정적 효과(항산화 작용도 포함)들을
가지고 있다 (Friedman, 1996). - Melanoidins가 커피 추출액의 the antioxidant activity(항산화 작용)에 공헌하다는
주장들이 제기되어 왔다. - Daglia et al. (2000)
⇒ 커피 멜라노이딘류의 in vitro antioxidant activity와 ex vivo protective activity를 연구.
⇒ the higher molecular mass fractions는 an antioxidant activity를 가진 반면
the lower molecular mass fractions는 a protective activity가 있었다. - The antioxidant properties는 degree of roast에 관계된다.
⇒ Medium roasted coffee는 가장 확연한 항산화 효과가 있었다 (Steinhart et al., 2001). - De Castillo et al. (2002)는
⇒ 커피 추출액의 항산화 작용에 대한 고분자 화합물과 저분화 화합물들의 공헌을 평가하기 위해
⇒ the ABTS · + essay를 사용했다.
⇒ ABTS test는
┌ 2,2’-azino-di-3(-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid ┐
└ the corresponding radical cation ------------------------┘의 다른 색상에 기초하여
the antioxidant의 추가 후에 ABTS · + concentration의 감소를
734 nm에서 모니터링하여 검사하는
하나의 spectrophotometric method이다.
⇒ Trolox (6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethykchroman-2-carbon acid)가 reference로서 작용한다.
⇒ 역시, medium-roasted coffee가 가장 높은 antioxidant activity in vitro를 가졌고
저분자 화합물들이 고분자량 화합물들에 비해 항산화 작용에 더욱 큰 공헌을 했다. - 같은 연구 그룹이
a coffee model system의 antioxidant activity를 분석한 바 있다.
⇒ 그 커피 모델 시스템은 chlorogenic acid, N-acetyl-1-arginine, sucrose, 그리고 cellulose로 구성.
⇒ 항산화 활동과 색상 생성(color generation) 간에는 관계가 없음을 발견했다.
(Charurin et al., 2002). - Morales and Babbel (2002)도
⇒ an in vitro system (bleaching of DBPD · + )을 사용했다.
⇒ caffeic acid 또는 gallic acid와 같은 클래식한 항산화물질들에 비해
멜라노이딘의 유의한 더 낮은 항산화 작용을 발견했다. - 식품 내의 다른 중합체들(polymers)과 같이
멜라노이딘류의 bioavailiability(생체이용율)에 관한 이용가능한 정보는 실질적으로 없다. - 분자량이 다른 fractions는 bioavailiability도 역시 다를 것이라고 예측하는 것이 합리적으로 보인다.
- 멜라노이딘류가 n-nitroso amines의 형성을 억제한다는
주장들이 제기된 바 있었다 (Wuerzer et al., 1989).
⇒ trigonelline, nicotinic acid, chlorogenic acid와 같은 커피의 다른 성분들 중에서
a low molecular weight coffee melanoidin (저분자량 커피 멜라노이딘 부분, 1000~3500 Da)은
saliva-coated hydroxyapatite beads에서의
Streptococcus mutans adhesive activity에 대한 anti-adhesive properties에 공헌하며
이는 an anticaries effect에 기여할 수도 있을지 모르는 것이다 (Daglia et al., 2002).
⇒ 동물 데이터가 missing이므로, 그 저자들은 그들의 발견 사항들에 대한 주의 깊은 해석을 추천했다. - Wijewickreme and Kitts (1998)은
⇒ coffee brews로부터의 Maillard reaction products에 의한
metal-induced cytotoxicityy의 a modulation을 언급한 바 있다.
4.4.5.3 Summary and Outlook
- 커피 멜라노이딘류와 멜라노이딘류의 커피 맛에 대한 영향에 관한 화학 및 생리학적 지식은 여전히 파열적이고 진정한 구조적 해명(elucidation)은 아직 멀었다.
- 최근에, CROSSPY를 함유하는 멜라노이딘의 한 유형과 황-함유 냄새물질들과의 상호작용에 관한 새로운 정보가 이용 가능하게 되었다.
- 일반적으로 멜라노이딘에 관한 우리의 지식 그리고 특히 커피 멜라노이딘에 관한 우리의 지식은 향후 몇 년 내에 이 연구분야에서 집중적 노력(예, COST action)이 이뤄짐에 따라 향상될 것으로 기대될 수 있다.
- 멜라노이딘들의 개별 구조들이 알려지면 머지않아, 그 화합물에 대한 생리적 테스팅이 가능해질 뿐만 아니라 커피 맛에 대한 멜라노이딘류의 영향에 대한 더욱 정밀한 평가도 가능해질 것이다.
- 그 다음에는, 이런 결과들은 로스터들에게 멜라노이딘류의 형성을 콘트롤할 수 있게 해줄 것이며, 이는 커피 음료의 아로마와 전반적인 맛에 있어서 매우 중요할 것이다.
4.6 CONTAMINANTS
4.6.1 Mycotoxins
- Mycotoxins는 로스팅 시에 많이 파괴된다 (Maier, 1991).
- 예를 들어, 인위적으로 오염시킨 생두 콩들에서의 aflatoxin B1의 로스팅 동안의 파괴는 90% ~ 100%에 이른다 (Micco et al., 1991).
- 그 이외에도, non-mouldy beans에서, ochratoxin A만이 발견된 바 있다 (Maier, 1989).
- 콩들이 자연적으로 오염된 모든 실험들에서, 실제 실무의 범위 내에서 mycotoxin inhomogeinity와 roasting conditions에 맞게 된 샘플링 절차가 채택되었는데, 모든 ochratoxin A의 거의 절반이 로스팅 동안에 사라졌다.
(Blanc et al., 1998; Van der Stegen et al., 2001’ Viani, 2002).
4.6.2 Polycyclic aromatic hydrocarbons
- Polycyclic aromatic hydrocarbons = 多輪性 芳香族 炭化水素
- 대부분의 경우들에서, benzo[a]pyrene (BP)이
모든 다륜성 방향족 탄화수소들에 대한 유도 물질(a leading substance)로 밝혀졌다. - 보통 배전 후에, 그 함유율은 생두에 비해 종종 줄어든다.
- 직화식 가열(direct firing)과
간접식 공기 가열(indirect air heating)에 의한 로스팅 간의 차이가 발견되지 않았다. - 뜨거운 기체로부터의 열 이동에 의한 경우보다
뜨거운 표면들과의 접촉에 의한 콩으로의 열 이동에 의해서 더 많은 BP가 형성된다. - Coffee brew으로의 BP의 이전은
그 배전 커피 내의 benzo[a]pyrene의 농도에 달려 있으며
the water-to-coffee ratio에 의존적인데 평균적으로 대략 5%에 달한다. - 그래서, coffee brews and extracts에서의 그 함유율은 중요하지 않다 (Maier, 1991).
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