커피 로스팅이란? ③ 생두의 변화

안녕하세요 에듀몬입니다. 지난 시간까지 커피 로스팅의 개념, 원리, 그리고 로스팅의 단계 및 절차에 대해 각각 알아보았습니다. 이번 시간에는 커피 생두가 로스팅 과정을 통해 어떻게 변화하는지 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 물리적 변화

 

  커피 생두는 약 100만 개의 단일 세포가 밀집된 형태를 이루고 있으며, 둥글게 말려 있는 중앙부를 외부 층과 내부 층이 둘러싸고 있습니다. 커피 생두는 단단한 세포벽이 있는 다공질 구조로 열을 주면 내부의 수분이 기화되고 압력이 발생하면서 이산화탄소가 발생합니다. 로스팅에 의한 생두의 변화에는 수분의 증발, 색상의 변화, 부피와 밀도의 변화, 무게 감소 등이 있습니다.

  일반적인 커피 생두의 수분함량은 대략 9∼13% 정도이며 생두의 특성에 따라 다르지만 로스팅을 완료한 후의 커피 원두의 수분함량은 대략 0.2∼2% 이내로 감소합니다. 로스팅을 할 때 드럼 온도가 100℃를 넘으면 수분이 기화되기 시작되고 옐로잉 단계에서 대부분의 수분을 잃어버리며 1차 크랙에 가서는 수분함량이 1.8%대까지 떨어지게 됩니다.

  색상은 일반적으로 가장 변화가 보이는 특징 중 하나로, 커피 생두 내부의 수분이 기화되면서 노란색을 띄고 점점 갈변이 진행됩니다. 일차적으로 하얀색에 가까운 실버스킨이 계속되는 수분과 팽창으로 인해 벗겨지고 점차 색이 노란색에서 갈색으로 변하고 갈색에서 짙은 갈색으로 변하고 최종적으로 검은색이 됩니다. 색상 변화는 커피 고유의 향미의 발현과 밀접한 관계가 있기에 변화에 따른 원두의 색상이야말로 로스팅 정도를 가장 잘 알려 주는 척도이자 매우 중요한 품질 표시가 됩니다. 로스팅에 의한 원두 색상의 변화는 아래의 그림과 같습니다.

 

출처: [송진희의 커피이야기 #9] 커피에서 '산미'란 무엇일까?(기업경제신문, 2019.7.7.)

 

  부피는 수분의 증발과 이산화탄소의 생성으로 높은 압력이 발생하여 부피가 팽창하게 되고 팽창이 진행되면 1차 크랙이 발생하게 됩니다. 1차 크랙 이후 원두는 생두에 비해 50∼60%정도 커지고 2차 크랙이 일어나면 더욱 부서지기 쉬운 다공질 조직으로 바뀌어 커피 생두의 거의 2배 가까이 팽창되기도 합니다.

  밀도는 팽창의 과정에서 질량의 감소와 부피 팽창으로 감소하게 되며, 무게 역시 감소하게 되는데, 총 손실 질량은 12∼23%로 로스팅의 단계와 시간에 따라 변화의 폭이 큽니다. 총 손실 질량 중 나머지는 탄산가스와 채프에 의한 것으로 로스팅 전반은 주로 수분의 증발이 이루어지고 후반에는 주로 성분의 산화와 분해에 의한 것입니다. 라이트 로스팅에서는 수분이 무게 감소분의 최대 90%를 차지하고 나머지는 주로 이산화탄소를 포함한 유기물과 채프 조각, 일산화탄소, 질소, 휘발성 향 성분, 휘발산이 차지합니다. 미디엄 로스팅에서는 유기물 손실이 5∼8%이고 강한 다크 로스팅에서는 12%까지 차지합니다.

 

 

2. 화학적 변화

 

  탄수화물(carbohydrate)에서 유리당류는 원두의 갈색이나 향의 형성에 큰 영향을 미칩니다. 생두에는 흔히 설탕으로 불리는 자당(sucrose)이 가장 많으며 아라비카 커피 품종에 6∼8%, 로부스타 커피 품종에 1∼5% 정도 포함되어 있으며 로스팅 후 거의 소실됩니다. 당분이 감소하게 되면서 많은 향기 성분과 휘발성 산, 비휘발성 물질 등이 메일라드 반응(Mailard reaction) 또는 캐러멜 반응에 의해 형성됩니다. 여기서 메일라드 반응이란 대부분의 식품에서 일어나는 비효소성 갈변반응으로 식품의 색과 향미에 많은 영향을 끼치고 특히 커피, 홍차, 캐러멜, 식빵 등의 특유의 색과 풍미가 이 반 응에 기인합니다.

  단백질(protein)은 원두의 향미 생성에 중요한 요소로, 유리아미노산은 로스팅에 의해 빠르게 소실되며 당과 반응해서 멜라노이딘(melanoidine) 및 향기 성분으로 변화합니다.

  지질(lipid)은 아라비카 품종에는 평균 15%, 로부스타 품종에는 평균 10% 정도 포함하고 있으며 트리글리세리드(triglyceride)가 가장 많고 지방산(fatty acids) 중에 불포화지방산인 리놀레산(linoleic acid)과 포화지방산인 팔미트산 (palmitic acid)이 포함되어 있습니다.

  클로로겐산(chlorogenic acid)은 수많은 식물 중 커피 생두에서 가장 함량이 높은 것으로 알려져 있으며 커피의 산미와 쓴맛에 크게 기여하며 각성 효과를 지니고 있습니다. 클로로겐산의 분해 결과물은 퀸산(quinic acid)과 카페인산(caffeic acid)입니다. 이 두 가지 산은 커피의 바디에 영향을 주고 양이 적을 때는 기분 좋은 밝은 느낌과 산미를 주지만, 지나치게 많으면 기분 좋지 않은 신맛과 떫은맛을 내게 합니다.

  생두의 pH 값은 대략 5.8이고, 로스팅을 시작하면서 4.8 정도까지 감소하였다가 로스팅이 진행되면서 점차 증가하는 결과를 나타냅니다. 위의 내용을 정리하여 아라비카 커피를 기준으로 한 로스팅 전과 후 의 화학성분 변화표는 아래의 표와 같습니다.

 

<아라비카 커피의 로스팅 전과 후의 화학성분 변화>

식품 성분		생두(%)	원두(%)
탄수화물	다당류	45.4	37.1
	설탕	7.3	0
	기타 당	1	0.3
지방	지방	14.8	16.6
	지방산	1	1.6
단백질	단백질	8.9	7.3
	아미노산	0.5	0
	카페인	1.1	1.3
	트리고넬린	0.9	1
기타	클로로겐산	5.9	2.4
	퀸산	0.4	0.8
	휘발성 아로마	0	0.1
	미네랄	3.8	4.4
	수분	9.1	2.4
	캐러멜화 물질	0	24.8

 ※ 출처: 최낙언 (2014) 과학으로 풀어본 커피향의 비밀. 서울꼬뮨. 서울. 한국. pp 87-91.

 

 

3. 향미의 변화

 

  커피 생두가 로스팅 공정을 거치면 향미의 성분들이 변화됩니다. 로스팅 공정을 거치면 고온과 고압에 의해 화학반응을 촉진시키고 결과적으로 1000여 가지 정도의 휘발성 물질을 만듭니다. 커피 생두에는 300여 개의 휘발성 물질을 가지고 있으며, 이 가운데 100가지 정도는 로스팅 도중에 사라지고 650종 정도가 새로 추가되어서 로스팅 된 커피 원두에서는 850개 이상의 휘발성 물질이 발견됩니다.

  커피의 로스팅 과정은 커피의 물리·화학적 변화 뿐만 아니라 로스팅이 진행됨에 따라 커피 원두 향미의 변화에 매우 중요한 요소로, 같은 생두라 할지라도 로스팅 정도에 따라 향을 이루는 성질이 달라질 수 있습니다. 1차 크랙은 신맛과 향이 발산되는 시점으로 커피 생두의 고유 향에 따라 베리류, 너티류, 꽃향, 허브 계열의 향 등이 발산되며 2차 크랙을 기준으로 쓴맛과 향이 발산되어 초콜릿향, 스모크향, 송진향 등의 묵직한 향이 발산됩니다. 다른 연구에서는 커피 생두의 수분 함량이 5% 이하로 내려가면 휘발성 향미 성분이 발생하는데 캐러멜화와 메일라드 반응 그리고 아미노산과 당, 페놀산, 지질의 분해를 통해 향 성분이 만들어 진다고 하였습니다. 캐러멜화를 통해 과일향, 견과류향, 캐러멜향이 생성되며, 메일라드 반응을 통해 꽃향, 초콜릿향, 흙내음, 구운향이 만들어집니다.

  전 세계 커피 업계에서는 일정한 표와 도식을 이용해 커피의 향미를 표현하고 분류하였는데 가장 대표적인 것이 SCA에서 만든 플레이버 휠(flavor wheel)입니다. 다양한 커피의 향과 맛의 표현을 위한 플레이버 휠은 아래 그림과 같습니다.

 

출처: SCA Coffee Taster's Flavor Wheel(SCA, 2020)

 

※ 참고문헌: 에티오피아 커피의 디카페인 공정과 로스팅 정도에 따른 관능적 품질 특성(정현우, 2021)