커피 로스팅 : 로스터

커피 ≫ 생두, 로스팅, 추출, 매력

커피 로스팅 : 로스터  

커피 로스팅
- 커피 로스팅 곡선
- 커피 로스팅 향기 변화
- 커피 로스팅 색의 변화
- 와인 오크통의 토스팅

1. 로스터의 구조와 종류
로스팅은 생두를 향미 가득한 원두로 바꾸는 핵심적인 작업이다. 우리가 커피라 할 수 있는 향미와 물리적 속성이 결정되는 단계가 바로 로스팅 공정이기에, 모든 커피 공정에서 로스팅이 심장이자 영혼이라 할 만하다. 일반적으로 로스팅은 건식 열처리다. 생두를 뜨거운 공기로 로스팅하는 주된 목적은 원하는 향미를 지닌, 어두운 색상에 부서지기 쉬운 다공성 조직으로 바꿔, 분쇄와 추출이 용이한 원두를 만드는 데 있다. 커피콩은 로스팅 중 뜨거운 공기에 노출되어 온도가 높아지면서 광범위한 화학 반응과 탈수가 일어나 미소 구조 단위에서 큰 변화가 일어난다. 로스팅 과정에서 생성된 멋진 향미 성분들은 이후 조심스러운 추출 작업을 통해 커피액으로 빠져나오고 그 결과 훌륭한 한 잔의 커피 음료가 만들어진다.
로스팅을 통해 생두의 향미의 잠재력을 극대화하려면 적절한 로스팅 기기와 로스팅 기술이 필요하다. 산업용 로스팅 설비로 적외선, 극초단파, 과열 증기 등 여러 방식이 시도되었지만, 지금까지 널리 사용되는 것은 열풍을 사용하는 방식이다.
열풍식 로스터를 구분하는 기준은 작업 흐름(연속식, 배치식), 기계적 원리, 열전달, 공기와 커피콩의 비율(ABR), 공기 흐름(개방형, 재순환형), 자동화 등이 있다. 작업 흐름은 연속식과 배치식이 가능한데 연속식 로스터는 수십 년 전에 유행했지만 현재는 거의 사라졌다. 배치식이 작업 유연성이 높고 관리하기가 쉬운 등의 장점이 있어 현대 산업용 로스터에서 절대적인 비중을 차지하고 있다.
로스터에서 커피콩으로 열전달이 균일하게 이루어지려면 로스터 안의 커피콩이 끊임없이 움직여야 한다. 이런 작업을 위해 회전 드럼 또는 회전 볼 같은 여러 회전용 도구들이 적용되고 있다. 이에 비해 유동층 로스터는 회전하는 장치를 따로 두지 않고 공기를 고속으로 쏘아서 커피콩이 공기 중에서 움직이게 한다. 어떤 방법이든 커피콩을 움직이게 하는 것은 커피콩에 어느 정도 기계적으로 스트레스를 주는 일이다. 최적의 설계를 해야만 커피콩이 손상되는 것을 최소화할 수 있다.

열전달
열풍식 로스팅 방식에서 열전달은 언제나 대류, 전도, 복사라는 세 가지 원리가 동시에 작용하면서 이루어진다. 뜨거운 공기가 직접 커피콩 표면으로 열을 전달하는 대류, 로스팅실의 뜨거운 벽에서 나온 열이 커피콩으로 전달되는 전도가 중심이며, 복사는 매우 한정적이라 거의 무시해도 될 수준이다. 전도와 복사만을 생각한다면 로스팅에 사용된 공기의 양(ABR)이 핵심적인 작용을 한다. 유동층 로스터에서는 대류가 주된 열전달 방식인데 비해 드럼 로스터는 상당량의 열이 전도 형태로 전달된다. 전도/대류의 비중을 정확하게 계산하거나 측정하기는 어렵다.

공기 흐름
소규모 로스팅 방식에서는 한쪽 끝에서 공기를 빨아들여 사용한 뒤 다른 쪽으로 배출하는데 이를 개방형 방식이라 부른다. 이때 배출되는 기체는 온도가 높기 때문에 개방형 방식은 에너지 효율성이 떨어진다. 그래서 대규모 설비에서는 공기 재순환 장치를 사용해 에너지 효율성이 높인다. 재순환 장치는 사용하고 난 기체의 상당량(80% 정도)을 다시 로스팅실로 넣어 열원으로 활용한다. 다만 이 방식에서도 일정 정도 기체(20% 정도)는 그냥 배출되는데, 이는 폭발성이 있는 기체들이 농축되는 것을 막기 위해서이다. 기체는 배출되기 전에 대기 오염을 막고 오염 물질 배출 규제를 따르기 위한 복잡한 정화 과정을 거친다.

수냉 장치(예냉 장치)
중대형 규모의 로스팅 설비에는 대개 물 냉각 장치가 구비되어 있다. 물 냉각 장치를 구비한 경우, 커피콩이 최종 온도에 도달하는 즉시 일정량의 냉수를 커피콩 위로 분사하는 방식으로 사전 냉각하면서 로스팅 공정을 종료한다. 커피콩 표면에 분사된 물이 급속하게 증발되면서 커피콩을 식혀준다. 이런 사전 냉각은 배치별로 일정한 로스팅을 하는 데 도움이 된다. 적당량의 물을 사용하면 향미나 커피콩의 물리적 속성에 영향을 주지 않는다. 그러나 물의 양이 과도하면 커피콩으로 물이 흡수되면서 커피콩의 수분 함량이 높아질 수 있다. 이 점을 이용해 물 냉각을 커피콩의 최종 수분 함량을 제어하고 조정하는 수단으로 사용할 수도 있다. 그러나 원두의 수분 활성도가 높으면 신선도가 빨리 감소하고 향미 안정성이 영향을 받고 제품 보존 기간이 줄어든다.

제어장치
소규모 로스터에 비해 대형 설비는 정교한 공정 관리 시스템을 채용하고 있다. 기존 로스터에서는 열풍 온도를 조절할 수 있도록 제어판에서 버너 화력을 조정하게 되어 있다. 그렇지만 생두의 초기 수분 상태, 날씨 같은 환경 조건, 로스터의 초기 시동 특성 등에 따라 로스팅의 온도가 배치별로 일관되게 유지되지 않는다. 개선된 제어 시스템에서는 공기 온도보다는 실제 커피콩의 온도 변화에 따라 반응한다. 그래야 실제 온도에 의한 진정한 프로필 로스팅이 가능하다. 목표했던 로스팅 시간과 온도 커브를 등록해 두면 지속적으로 세밀하게 투입 에너지를 조절해 배치마다 정밀하게 로스팅을 재현해 낸다. 이런 유형의 제어 시스템이 품질의 일관성 측면에서 훨씬 유리하다. 이를 위해서는 지속적이고 신속하며 정확하게 에너지 공급 조절이 될 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어가 필요하다.

2. 산업용 로스팅 설비
- 드럼(Drum) 로스터

드럼(Drum)형과 페달(Paddle)형 로스터 (World atlas of coffee, 2018)_
배치타입으로 가장 많이 쓰이는 것은 드럼 로스터이다. 예전부터 쓰여 왔던 방식인데 일정 분량(배치)의 커피를 드럼에 투입하고, 드럼 철망 사이를 통해 열풍을 불어 넣는다. 뜨거운 공기는 드럼을 통과하고 팽창실을 거쳐 빠져나간다. 드럼의 회전과 드럼 내부에 설치된 날개판(Baffle)의 작용으로 커피콩은 뜨거운 공기와 고르게 만나고 콩들이 균일하게 열을 받게 된다. 그렇게 로스팅을 마치면 드럼 앞쪽에 있는 문을 열어 커피콩을 냉각조로 쏟아 낸다. 이때 드럼의 회전과 날개판이 커피콩을 빠르게 배출하는 데 도움이 된다. 냉각조는 대부분 천천히 움직이는 교반 도구가 달려있는 원통형 모양이다. 냉각조 아래의 공기가 커피층을 지나가면서 온도가 낮아진다.
드럼 로스터는 통상 공기 대 커피 비율이 낮다. 커피가 공기에 의해 휩쓸릴 정도로 강하게 불어 넣을 수 없다. 일반적인 로스팅 시간은 8~20분이다. 대류와 전도 비율은 가열 방식에 따라 다르다. 직화식의 경우 연소실이 드럼 바로 아래 있어 열이 직접 드럼을 가열한다. 따라서 드럼 벽의 온도가 상대적으로 높기 때문에 커피콩이 뜨거운 벽에 접촉하면서 받는 전도성 열전달량이 상당하다. 그에 비해 간적 가열식은 드럼 뒤쪽에서 열풍을 밀어 넣어 가열하기 때문에 대류성 열전달이 많이 이루어지게 된다.

- 페달(Paddle, Tangential) 로스터
페달식은 로스팅실이 고정되어 있고 내부에는 페달이 달린 교반 도구가 회전한다. 열풍은 로스팅실 아래쪽에서 들어오는데, 아래에서 위쪽 방향으로, 좁은 면에서 로스팅실의 위쪽 넓은 부분인 팽창실로 이동하면서 통과한다. 팽창실에서는 공기 속도가 크게 줄어들기 때문에 공기 대 커피 비율을 높게 설정해도 커피콩이 딸려 올라가지 않는다. 이 방식 로스터에서 커피콩을 움직여 주는 힘은 공기 흐름이 아니라 회전하는 페달이다. 때문에 로스터를 설계할 때 공기 대 커피의 비율을 상당히 넓게 잡을 수 있고, 또한 전도와 대류 비율 또한 가변적이다. 로스팅 시간 또한 2~20분 정도로 목표사항에 따라 폭넓게 잡을 수 있다.

- 볼(Bowl, Centrifugal) 로스터
커피콩이 담긴 로스팅 볼이 회전하면서 커피를 볶는다. 볼 주변은 나선형 모양을 하고 있다. 커피콩은 원심력에 의해 볼의 가장자리로 이동하고, 날개판에 의해 다시 볼 가운데로 돌려보낸다. 열풍은 회전축을 따라 나 있는 수직샤프트를 통해 위에서 아래로 내려와 로스팅 볼 바닥으로 주입되며, 여기서 다시 위 방향으로 움직이면서 커피콩과 만난다. 커피가 최종 온도에 도달하면 볼이 아래쪽으로 내려오면서 측면이 개방되고 커피를 냉각조로 배출한다. 이 방식에서는 특정 수치로 공기 대 커피 비율을 조절할 수 있다. 로스팅 시간은 3~12분이다.

- 유동층 로스터
유동층 로스터의 경우 로스팅실 안에 따로 움직이는 부분이 없다. 거의 전적으로 열풍 기류의 힘으로 커피를 움직인다. 커피콩이 공기 중에 떠다니려면 공기 속도가 높아야 한다. 공기는 로스팅실의 아래쪽 천공판을 통해 들어온다. 선택 사항으로 공기가 소용돌이칠 수 있도록(회전 유동층) 로스팅실을 설계할 수 있다. 사용한 공기는 로스팅실 맨 위쪽의 출구를 통해 빠져나간다. 대류가 주된 열전달 방식이지만, 로스팅실 구조에 따라서는 커피콩이 로스팅실의 경사면을 따라 미끄러져 내려오면서 일정량의 전도열을 받을 수도 있다. 최종 온도에 도달하면 중력의 힘으로 커피콩을 냉각조로 배출한다.

볼(Bowl)형과 유동층(Fluid bed)형 로스터 (World atlas of coffee, 2018)_

3. 로스팅의 제어
- 로스터의 선택
로스터는 모양과 크기가 다양하지만, 분명한 것은 어떤 것이든지 모두 훌륭한 제품을 만들어 낼 수 있다는 것이다. 기술적인 로스팅이 목적이라면, 소규모 가스 열원식 드럼 로스터가 가장 일반적인 선택이 될 것이다. 이런 형태는 ①열원 제어가 가능하고 ②샘플러(Trier)가 있다는 장점이 있다. 그래서 열을 직접 조절할 수 있고, 샘플러로 진행 과정을 추적할 수 있다.
로스트마스터는 제품의 고유하고 특징적인 향미를 만들기 위해 로스팅 단계별로 열 적용 패턴에 많은 주의를 기울인다. 샘플러는 대개 드럼 앞쪽에 달려 있으며 로스팅 중 커피콩을 소량 꺼낼 수 있다. 커피콩의 발현 정도를 평가하기 위해 중요한 시점마다 샘플을 꺼내 확인한다. 색상, 크기, 질감 변화를 살피며, 커피콩에서 나는 향기 또한 중요한 판단 요소이다. 로스터에 따라 샘플러를 사용할 때마다 드럼 안으로 찬바람이 들어갈 수 있기 때문에 이런 점을 염두에 두고 주의 깊게 샘플링 작업을 해야 한다.
로스터에 공기 흐름 제어 장치 및 드럼 회전 조절 장치도 있다. 이런 장치들은 모두 커피콩에 열이 전달되는 방식에 영향을 준다. 드럼 회전 속도를 높여 커피콩이 튀어 오르게 함으로써, 커피콩과 드럼 표면의 접촉을 줄여 전도로 전달되는 열을 줄이고, 드럼 중심부에서 대류로 열이 전달되는 시간을 늘려 주는 방식을 생각할 수 있다. 이렇게 하면 산미가 더 부드러워지고, 커피콩마다 균일한 로스팅 발현이 가능할 것이다. 하지만 드럼 회전 속도가 너무 빠르면 원심력 때문에 커피콩이 드럼 표면에 더 오래 접촉하면서 커피콩 외부가 더 많이 발현하고, 최악의 경우 커피콩이 그슬릴 수도 있다.
공기 흐름 제어 장치는 드럼을 지나가는 기류 속도를 낮추거나 높일 때 사용한다. 기류 속도 또한 대류성 열전달을 제어할 수 있다. 화력 제어로는 로스팅 환경을 바꾸는 데 시간이 더 많이 걸리는 데 비해 기류 속도를 제어하는 방식은 거의 즉각적으로 대류에 영향을 준다. 커피콩 바깥쪽을 발현하는 데 이 기능을 사용해 원하는 풍미 특성을 낼 수 있으며, 화사한 과일 향을 재빨리 잡아낼 수도 있다. 역으로 기류 제어 때문에 로스팅 시간이 늘어날 경우 음료의 산미에 달콤한 느낌이 더해진다.
화력 제어, 샘플링, 드럼 속도 조절, 공기 흐름 제어는 오랜 시간을 두고 로스트마스터들이 개발해 낸 기술이다. 로스트마스터라면 각 제어 방식이 로스팅 그리고 최종적으로는 커피 음료의 품질에 미치는 영향에 대해 잘 알고 있어야 한다.

- 로스팅 정도의 관리
로스팅은 원하는 정도까지만 하는 것이 중요하다. 로스팅이 강해질수록 구조적 변화가 뚜렷해지고 커피콩의 밀도는 지속적으로 낮아진다. 강배전으로 갈수록 커피콩의 부피가 팽창하고 공극율 또한 높아진다. 하지만 일정 정도까지 팽창하다가 멈춘다. 로스팅이 진행되면서 기체가 발생하는데, 이때 발생한 기체의 일부가 남아있다 원두 보관 중 배출된다. 강배전 커피의 경우 기체가 빠져나가려는 힘이 더 많이 작용하기 때문에 기름이동 또한 빨라진다. 그래서 아주 강하게 로스팅한 커피콩은 로스팅 커피콩 표면에 기름기가 나타난다.
로스팅 강도가 높아질수록 향미 또한 진해진다. 산미는 줄어들고 쓴맛은 강해진다. 약배전 커피는 아직 산미가 남아있는데 강배전은 산미가 사라진다. 최적 로스팅 정도까지는 기분 좋고 상쾌한 향이 나지만, 이 시점을 지나 로스팅을 계속해 나가면 이런 향미가 줄어든다. 바디나 마우스필 같은 관능 요소 또한 일정 지점까지는 커졌다가 로스팅을 계속하면 줄어든다.

Network  ≫ 두뇌, 마음, 욕구

뇌의 작동원리, 지도원리

감각 기관
보상시스템
- 학습 파페츠
- 목적 동기 부여 회로

식욕 mechanism
- Food Pleasure

file.txt
file.txt