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커피 : 보관중 품질 변화

공정
- 원두 : 성분

향의 구비조건과 안정성 (Stability)   
- 향의 물리 화학적 특성
- 향료 안정성 Stability 사용법
- 향료 안정성 : 시트러스, 리모넨
- 빛 안정성
- 숙성 : 숙성 : 축합반응, 아세탈 생성

- 와인의 숙성
- 숙성중 커피향의 변화
 

 

오염원이 없으면 원두는 저장 안정성이 높은 제품이다. 고온에서 로스팅을 하고 수분도 낮아서 효소와 미생물에 의한 부패(손상)는 없다. 하지만 변화가 없는 것은 아니다. 보관 시에 커피는 중요한 화학적, 물리적 변화를 거치게 되어 이는 커피 추출물의 허용성과 품질에 큰 영향을 미친다. 이러한 현상들은 원두의 노화현상을 가져 오지만 때로는 이가 숙성 과정의 한 부분으로 여기는 이들도 있다.
현존하는 숙성과 산패의 경계는 불분명하고 숙성 또는 산패로 여겨지는 과정 속에서 발견되는 반응들 또 한 모호하다. 숙성은 커피가 로스팅 되고 난 후 짧은 시간 안에 감각적 요소들을 향상시키기 위해 이루어지는 적절한 기술적 요건들이 허락 되었을 때 만들어지는 것이다.  원두 보관 시 발생하는 물리적 변화와 화학적 변화는 불가피하다고 여겨지나, 이 변화의 속도는 대부분 환경적인 요인들 – 이는 산소와 습기의 허용량, 포장상태, 그리고 노출 표면과 같은 것들에 의해 좌우된다. 적절한 방법의 분쇄와 포장 상태는 산패 반응들을 크게 늦춰 줄 수 있다. 그러나 산패는 소비자가 포장 상태를 개봉 했을 때 빠른 속도로 가속화 되어 진행 된다. 사실, 가정에서의 보관 상태는 산소 허용량과 그에 관련된 습기와 온도에 의해 그 품목의 이차적인 유통 기한을 좌우하게 된다.

1) 향기물질의 변화
로스팅하는 동안 생성된 향기합성물은 수백개의 화합물로 이루어져있다. 그것들 중 일부는 안정적이어서 저장 중에 증발로 상실되는 것 이외의 다른 변화를 일으키지는 않는다. 하지만 이런 화합물은 향의 품질에 크게 기여하지 않는다. 향기에 영향을 미치는 화합물은 주로 불안정한 물질이고 특히 산화되기 쉬운 물질이다. 알데히드와 케톤과 같은 일부는 화합물은 산화의 중간단계에 존재하는 반면, 알코올, 페놀, 티올 등과 같은 물질은 환원한 형태로 존재한다. 따라서 산화의 결과로써 발생하는 향기의 변화라는 큰 위험이 있는데, 특히 티올 같이 역치가 낮은 화합물이 그러하다.
그것은 로스팅 이후 이런 물질은 휘발에 의해 상실될 수도 있지만 다른 휘발성 또는 비휘발성 화합물과의 결합에 의해 일어날 수도 있다. 중합 반응이 일어나는 것이다. 또 산화로 변질될 수 있다.


1990년대 동안에 뒤이은 연구결과, 볶은 커피와 분쇄한 커피에서 신선한 커피향과 관련이 있는 가장 향기활동적인 성분으로서, 28개의 화합물을 찾아내었다.(Grosch, 1999, 2001; Czerny와 Schieberle, 2001) 이들 중 하나, 즉 메탄티올이 서로 다른 조건에서 저장되어 있는 커피샘플의 신선도 지표로 자주 사용되었다. 그 뒤로도 커피향의 신선함(갓 볶은 커피에서 나는 멋지고 기분 좋은 냄새)의 상실에 관한 연구가 많이 이루어졌다. 그래서 커피의 품질의 열화는 커피 향에 중요한 2-methylpropanal, 3-methylbutanal, 2,3-butanedione, 2-methylbutanal, methanethiol and 2-furfurylthiol 등이 산화나 결합으로 소실된 현상이지 이취의 발생 때문이 아닌 것으로 밝혀졌다. 주로 끓는 점이 낮은 물질이 중요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌고, 메탄치올의 상실은 가장 중요한 지표로 여겨졌다. 이 모든 화합물은 휘발성이며, 반응이 매우 뛰어난 종류에 속해 쉽게 산화된다. 그림6.8은, 가장 낮은 끓는점을 가진 것들 사이에서 특히 눈에 뛰는, 이들 화합물의 소멸이 저장의 첫 3주에 걸쳐 주로 일어나서 증발된다는 사실을 보여준다.


커피로부터 휘발성물질의 상실은 이들의 휘발성과 관련이 있을 뿐만 아니라, 그들이 커피의 세포 속에 갇혀있는 방식과도 관련이 있다. 실제로 2가지의 추가적인 향기보존(보유) 방식이 중요한 역할을 한다. 세포벽은 극 다당류와 멜라노이딘으로 이루어져 있는데, 이 물질이 광범위한 휘발성 물질, 특히 극 물질을 흡수하고, 보유할 수 있다.
반면에 오일은 우선적으로 알칼피라진과 같은 지방친화적인 물질을 보유한다. 증발하기 위해서는 커피콩 세포구조속에 갇혀 있는 휘발성 입자들이 먼저 세포벽을 통과해 밖으로 나와야 한다. 분쇄한 커피의 경우, 작은 입자 때문에 이러한 과정은 쉽다, 그래서 커피콩보다 분쇄한 커피(가루)에서 더 높은 비율의 향기 상실이 일어난다. 그리고 이것은 입자의 크기와 반비례한다. 따라서 아주 잘게 분쇄한 커피는 제대로 포장되어 보관하지 않으면 공기 중에 노출된 지 몇 시간 지나면 자기의 향기를 잃어버리고, 산화작용 때문에 상한 냄새가 나기 시작한다. 포장된 상태에도 어느 정도 산소가 침투할 수 있는 형태로 포장저장 된다면, 커피 향은 시간이 지나면서 변형을 겪게 된다.

2) CO2 가스방출 및 산화
이산화탄소와 같은 휘발성 물질은 커피의 격자 구조 안에 갇혀 있으며, 커피 오일 내부에 녹아 있을 수 있다. 그것이 커피향 유지에 유리하다. 하지만 꾸준히 기화되고 확산에 의해서 쉽게 날라 간다. 산화 반응과 함께 만났을 때 이는 커피 산패의 주요원인으로 알려져 있다.
신선한 원두커피에서 존재하는 이산화탄소는 향이 없지만 향에 중요한 역할을 하는 것이다. 물론 보관 중에 꾸준히 유출되는 이산화탄소로 포장이 부풀러 오름과 터짐이 발생할 수 있지만 품질에는 유리한 것이다. 이산화탄소는 10ml/g 부피로는 중량의 10배 까지 될 수 있다. 보통 고체가 액체가 되면 부피 변화가 없지만 기체가 되면 부피가 1000배 이상 늘어나므로 중량을 치면 1~2 퍼센트의 원두 커피 무게에 해당한다.
로스팅 동안에 만들어진 이산화탄소는 커피콩의 세포 조직 안에 갇히게 되고, 로스팅 이후 몇 주간에 걸쳐 빠져나가게 되는데, 이 결과 1.5~1.7%의 무게가 줄어든다. 빠져나가는 가스의 양은 커피콩의 kg당 6~10리터 정도로 추산되는데, 이는 로스팅 정도에 따라 다르게 나타난다. 강하게 로스팅된 블렌드에 더 높은 수치가 나타난다.
  

가스 방출율은 처음에는 많지만 차츰 감소한다. 그래서 커피콩에서 이산화탄소가 완전히 사라지는 데는 몇 달이 걸릴 수도 있다. 많은 이산화탄소가 커피콩 조직에 묶여있기 때문에 이 과정은 느리게 진행된다. 물리화학적 관점에서 보면, 커피콩에 있는 이산화탄소는 부분적으로는 지방질 단계에서, 부분적으로는 물(습기) 단계에서 용해정도가 높아진다. 일부는 무극성 장소에서 흡수되어, 결국 그 중 일부분은 (커피콩의) 핵 내에 갇혀버리게 되는데, 이러한 현상은 로스팅 과정에 의한 커피콩 조직의 단계변화 때문에 붕괴하게 된다.
지용성과 수용성 부분으로 흡수된 이산화탄소의 양은, 정상적인 이산화탄소 압력이 있는 공기 중의 커피를 가정할 때, 지용성 단계에서 갓 볶은 커피 g당 대략 15 X 10-5mg 정도이고, 수용성단계에서 갓 볶아 분쇄한 커피 g당 대략 2.13 X 10-5mg으로 추정된다.(Shimoni와 Labuza, 2000, 그리고 Labuza 등, 2001)


그림6-3은 볶은 커피콩과 볶아 분쇄한 커피로부터 방출되는 이산화탄소와 휘발성물질의 예를 보여준다. 분쇄된 커피는 향의 손실도 빠르고 이산화탄소의 손실도 빠르다

커피에서의 휘발성분과 가스(이산화탄소) 방출율은 온도에 의해 강한 영향을 받는다. 추가적인 요인도 있는데, 압력, 입자크기분포도, 그리고 가스제거 과정동안 포장, 바닥깊이, 동반이행(강한 흐름에 주위의 입자 등이 빨려들어 가는 현상) 가스 구성 등이 그것이다.

3) 기름 용출
이산화탄소는 기름을 세포 구멍 밖으로 밀어내는 성질을 가지고 있기 때문에 기름용출 현상은 로스팅할 때 시작하여 가스 제거 시에도 계속 진행된다. 저온에서 기름의 점도가 높아지면 기름용출과정은 늦춰진다. 기름이 커피의 표면으로 이동할 때 산화위험도가 가장 최대가 되며, 이때가 최상의 에스프레소 블렌드를 만들어 내는데 있어 특히 중요한데, 이는 ‘다크 로스팅’은 세포벽을 파괴시킴으로써 빠른 가스제거와 높은 투과율을 발생시키기 때문이다. 기름 배출과 관계된 또 다른 문제는 입자들의 끈적거림이 더 증가한다는 것이다. 이는 많은 응집성 덩어리를 만들어내고, 균일하지 못한 추출이 이루어진다.  

4) 온도의 영향
볶은 커피로부터 이산화탄소와 휘발성물질의 방출은 온도가 높을수록 증가한다. 실험조건에서 실험한 결과 10oC 온도 증가에 따라 휘발성물질의 방출율은 1.5배 증가하는 것으로 조사되기도 하였다. 이것은 이산화탄소에 대한 확산(발산)계수의 온도의존도에 관한 데이터와도 일치한다. 분쇄한 커피의 확산 계수는 이보다 2배 높은 것으로 밝혀졌다.

5) 산소 흡수
산화 반응은 저장 중 커피콩의 품질을 떨어뜨리는 요인이다. 일반적으로 커피에서 일어나는  산화반응은 산소량, 온도에 증가한다. 커피는 수분함량이 2%~ 5% 정도인데 이것은 Aw. 0.2~0.4에 해당하고 산화되기 쉬운 조건이다. 산소 농도가 낮을 때는 (0.1~1.1%), 품질 저하지수 QO2는 10.5인데 산소농도가 5%까지 상승하면은 1.1로 이후 21%가 될 때 까지도 별로 변하지 않는다. 다시 말하면 산소흡수율은 0.1%에서 1.1%로 증가하는 단계에서는 산소에 의한 품질 손실이 매우 급격히 증가하지만 1.1%가 넘으면 산소의 증가대비 품질 악화율은 1/10로 감소하는 것이다. 1.1%의 산소도 산화를 시키는 데는 어느 정도 충분향 양이라는 뜻이다
로스팅 과정 가운데 생성되는 이산화탄소는 효과적인 보호막을 형성하여, 대부분의 산소를 세포구조로부터 몰아내어 산화의 시작을 늦춘다. 시간이 지나 이산화탄소가 제거가 끝나면 산패가 빨라진다. 더구나 원두를 분쇄 한다면 CO2 보호막이 제거되고 산소는 유입되며 접촉면적도 급속하게 늘어나  산화에 민감해진다. 커피의 지방에는 불포화 지방산인 리놀레산(C18:2)이 많은데 두개의 이중결합구조를 가지고 있어서 산화에 민감하다. 산패된 커피빈에는 리놀레산 함유량이 신선한 빈에 비하여 감소하지만 스테아르산(C16:0)등 포화지방산은 거의 변화가 없다.
산화에 의한 이취 가장 중요한 요인은 트렌스-2-노네날[trans-2-nonenal]과 같은 휘발성 알데히드의 형성이다. 이는 지질산화의 주된 부산물로써, 1리터당 0.08 ㎕ 의 악취 한계 허용치를 가지고 있다. (Flament, 2002).

6) 습도의 영향
볶은 커피는 거의 수분이 제거되었지만 이후에 반응의 산물이나 주변으로부터 흡습에 의해 수분이 증가할 수 있다. 분쇄시 흡습 가능성은 더 높아진다. 수분이 낮으면 분쇄하기 쉽다. 수분이 증가하면 물의 가소화 효과 때문에 고무처럼 야간 탄력적으로 만들어 분쇄가 어려워진다.


- The role Mailard reactioon products on roasted coffee stability during storge
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7) 빛의 영향
빛은 많은 화학작용에서 촉매역할을 수행한다. 에스프레소 블랜드(아라비카)의 경우 불포화 지방산이 많기 때문에, 자동산화에 있어서 빛이 큰 촉매제 역할을 한다. 예를 들어, H.R.[알킬] 과 Roo[과산화수소수] 의 형성은 산기[radicals]를 자유롭게 하여, 자동산화작용을 활성화 시킨다.

- 커피 포장
커피빈 상품의 질이 떨어질 수 있는 가능성을 고려했을 때, 포장의 중요성은 커진다. 로스팅 된 커피는 불안정하기 때문에 바로 소비되거나, 물과 산소가 투과되지 않는 용기에 포장되어야 한다. 잘못된 제조과정으로 인하여 상품의 최종 품질이 떨어지지 않도록 세심하게 공정을 살핌과 동시에 특수한 포장 재료 및 기술이 요구된다.