KR101448184B1 - 커피 생두 발아장치 및 이를 이용한 발아방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도센서를 통해 물의 온도를 측정한 후, 기준으로 정한 물의 온도보다 낮은 경우 제어기의 제어신호에 따라 물을 가열하는 제1히터가 내부에 장착되어 있는 물탱크와, 상기 물탱크와 연결되어 있어, 물탱크로부터 공급되는 물을 자화시키는 자화수생성기와, 상기 자화수생성기로부터 공급되는 자화수를 순환시키기 위한 순환펌프와, 상기 순환펌프로부터 공급받은 자화수를 발아탱크 내부로 직접 공급하거나 또는 발아탱크 상부에 설치되어 있는 자화수 배출기로 공급하기 위하여 경로를 변경시켜주는 전환밸브와, 상기 전환밸브로부터 자화수를 공급받아 커피생두가 완전히 잠기도록 자화수를 충전하여 커피생두를 발아시키는 발아탱크와, 필요에 따라 개폐하여, 상기 발아탱크로부터 배출되는 자화수를 외부로 배출하거나 또는 순환시키는 배수밸브와, 상기 배수밸브를 거쳐 순환하는 자화수를 공급받아 자화수 내에 포함되어 있는 이물질을 제거한 후 다시 상기 물탱크로 자화수를 공급하는 필터와, 상기 물탱크 내에 설치되어 있는 제1히터와, 순환펌프와, 전환밸브와, 발아탱크 내에 설치되어 있는 제2히터, 혼합펌프와, 배수밸브의 작동을 제어하기 위한 제어기를 포함하여 이루어진 커피 생두 발아장치 및 이와 같은 발아장치를 이용한 발아방법에 관한 것이다.

Description

커피 생두 발아장치 및 이를 이용한 발아방법{GERMINATION APPARATUS FOR RAW COFFEE BEANS AND GERMINATION METHOD USING APPARATUS THEREOF}

본 발명은 다량의 커피 생두를 단시간 내에 발아시킴으로써 가바(GABA, γ-aminobutyric acid) 함량을 획기적으로 증가시키는 커피 생두 발아 장치 및 이를 이용한 커피 생두 발아방법에 관한 것이다.

발아 제품이 건강에 유리하다는 것은 널리 알려진 사실이다. 모든 종자는 발아 순간 최고의 영양가를 지닌다는 것은 독일 막스프랑크 연구소에서 1993년에 발표한 연구 결과로 인하여 세계에 널리 알려지게 되었다.

예를 들어, 현미 자체로 밥을 지었을 때 현미의 좋은 성분에 대한 소화 섭취가 어려우나, 이를 발아시켜 발아 현미밥을 하면 다량의 영양 성분이 늘어나며 현미가 가지고 있는 영양분을 사람이 쉽게 섭취할 수 있다.

현미는 발아되면서 가바(GABA, 감마아미노락산) 성분이 5~10배 증가하며, 이는 뇌에 산소 공급량을 증가시켜 뇌세포 대사 기능을 촉진시키는 작용을 하고, 막힌 혈관의 찌꺼기를 제거하는데 탁월한 효능을 가지고 있어 고혈압을 예방하고 신경계 안정을 통해 스트레스 해소는 물론 정신을 안정시키는 작용을 한다.

이처럼 종자는 발아 시점에 다량의 영양소가 증가하고 각종의 미량 효소가 생성된다. 커피 생두도 발아시 건조하고 로스팅(roasting)하여 커피 원두를 제조하면 상기 가바 성분이 2~3배 증가하며, 카페인도 줄어든다. 또한 구미커피선진국에서의 프리미엄 커피 생산과정에서 커피생두를 세척하여서(Washed Bean) 생두 수확 및 건조 과정에서 발생하는 생두 표면의 불순물을 제거함으로써 프리미엄 원두를 만드는데 동 발아과정에서는 자화수로 세척되어서 깨끗한 발아생두로 원두가 생산된다.

종래 기술에 따르면, 커피 생두를 세척한 후 발아 통 내에 공급된 상온의 물(20℃)에 일정시간 침지시킴으로써 커피 생두를 발아시키게 되는데, 이러한 경우 커피 생두가 습윤한 환경에서 장시간 노출됨으로써, 세균이 급격하게 증식하고 악취가 발생함은 물론 발아율도 낮아지는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명자는 가바 함량을 획기적으로 증가시키는 커피 생두 발아장치에 대해 특허출원(공개특허 10-2011-0031299)한 바 있으며, 상기 공개특허의 경우 자화수라는 물의 특성을 이용하여 커피 생두의 발아시간을 단축하는 효과가 있기는 하나, 본 발명자는 커피 발아가 더욱 효과적으로 이루어지도록 하기 위하여 기술을 고안한 결과 본 발명에 이르게 되었다.

대한민국공개특허 10-2011-0031299(공개일자 2011년 03월 25일)

상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 커피 생두의 발아조건을 더욱 향상시킬 수 있도록 하기 위하여 초음파에 의한 이물질 제거, 키토산에 의한 세균증식 억제와 식용 산성수를 이용함으로써 발아과정에서 새로이 생성되고 증가하는 유용한 수용성의 아미노산성분과 GABA(감마 아미노락산)등이 산성수에 용해되지 않음으로써 커피 발아 품질과 영양성분을 보다 획기적으로 향상시키고, 또한 커피 생두의 발아시간을 최단시간으로 단축할 수 있는 커피 생두 발아장치 및 이를 이용한 발아방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 온도센서를 통해 물의 온도를 측정한 후, 기준으로 정한 물의 온도보다 낮은 경우 제어기의 제어신호에 따라 물을 가열하는 제1히터가 내부에 장착되어 있는 물탱크와,

상기 물탱크와 연결되어 있어, 물탱크로부터 공급되는 물을 자화시키는 자화수생성기와,

상기 자화수생성기로부터 공급되는 자화수를 순환시키기 위한 순환펌프와,

상기 순환펌프로부터 공급받은 자화수를 발아탱크 내부로 직접 공급하거나 또는 발아탱크 상부에 설치되어 있는 자화수 배출기로 공급하기 위하여 경로를 변경시켜주는 전환밸브와,

상기 전환밸브로부터 자화수를 공급받아 커피생두가 완전히 잠기도록 자화수를 충전하여 커피생두를 발아시키는 발아탱크와,

밸브를 열어 발아탱크로부터 배출되는 자화수를 외부로 배출하거나 또는 밸브를 닫아 자화수를 순환시키는 배수밸브와,

상기 배수밸브를 거쳐 순환하는 자화수를 공급받아 자화수 내에 포함되어 있는 이물질을 제거한 후 다시 상기 물탱크로 자화수를 공급하는 필터와,

상기 물탱크 내에 설치되어 있는 제1히터와, 순환펌프와, 전환밸브와, 발아탱크 내에 설치되어 있는 제2히터, 혼합펌프와, 배수밸브, 초음파발생기의 작동을 제어하기 위한 제어기를 포함하여 이루어진 것으로서,

상기 발아탱크는 내부의 공간을 복수의 단위 공간으로 구획하기 위한 메시(mesh) 구조의 격벽과,

상기 격벽 상부면에 설치되어 커피 생두를 수용하는 메시(mesh) 구조의 발아용기와,

상기 발아용기에 수용되어 있는 커피 생두에 자화수를 분사하기 위하여, 발아탱크 상부에 형성되어 있는 자화수 배출기와,

상기 발아용기에 수용되어 있는 커피 생두를 초음파 자극하기 위하여, 발아탱크의 측벽에 형성되어 있는 초음파발생기와,

온도센서를 통해 물의 온도를 측정한 후, 기준으로 정한 물의 온도보다 낮은 경우 제어기의 제어신호에 따라 물을 가열하기 위하여, 발아탱크의 하부에 설치되는 제2히터와,

발아탱크의 측벽에 형성되어 있는 주입구와 연결되어 외부로부터 키토산을 공급하기 위한 키토산공급탱크와,

발아탱크 내부에 충전되어 있는 자화수를 순환시키기 위한 혼합펌프를 포함하여 이루어지는 커피 생두 발아장치와,

상기 커피 생두 발아장치를 이용한 커피 생두 발아방법으로서,

발아탱크 내부에 설치되어 있는 메시(mesh) 구조의 발아용기에 커피 생두를 채우는 단계와,

물탱크에 물을 공급한 후 제1히터에 의해 물을 가열하는 단계와,

상기 물탱크로부터 공급되는 물을 자화수생성기에 통과시켜 자화수를 생성하는 단계와,

상기 자화수를 상기 발아탱크 내부로 주입하여 발아용기가 완전히 잠기도록 하는 침지단계와,

40.1 ~ 85℃의 온도에서 40 kHz ~ 60 kHz의 초음파를 5 ~ 30분간 처리하고, 발아탱크 내에 충전된 자화수와 혼합된 키토산 농도가 0.05 ~ 0.1%가 유지될 수 있도록 키토산을 첨가하여 2 ~ 8시간 동안 발아시키는 발아단계와,

자화수 배출단계를 포함하여 이루어지는 것으로서, 약산성의 자화수로 발아를 함으로써 발아과정에서 발생하는 수용성의 아미노산 성분 GABA(감마 아미노락산)성분이 자화수에 용해되지 않아 자화수 배출단계에서 자화수와 함께 배출되는 것을 방지하여 커피 생두의 발아촉진이 가능한 것임을 특징으로 하는 커피 생두 발아 발아방법을 주요 기술적 구성으로 한다.

본 발명에 따른 커피 생두 발아장치는 자화수에 의한 발아시간 단축에 더하여, 초음파의 발생에 의한 커피 생두 표면에 잔류하고 있는 이물질을 제거하여 주고, 키토산의 사용에 따른 세균번식 등에 의한 커피 생두의 발아조건을 악화시키는 것을 해소함으로써, 자화수, 초음파 및 키토산의 복합작용에 의한 커피 생두 발아조건을 더욱 향상시킴과 동시에 약산성수를 사용함으로써 발아생두가 지닌 유용한 수용성의 아미노산 성분과 GABA(감마 아미노락산)성분이 약산성수에 용해되지 않음으로써 발아탱크로부터 외부로 배출되는 것을 방지함으로써, 커피 생두 발아시간의 단축과 보다 효과적인 커피 생두 발아가 이루어져 가바(GABA, γ-aminobutyric acid) 함량을 획기적으로 증가시키는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치의 자화수 생성기의 내부 구조를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치의 발아 탱크 내부를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치의 발아 탱크 내부에 물이 충전된 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치의 자화수 배출기에 의해 물이 공급되는 상태를 나타낸 단면도.

이하, 상기의 기술 구성에 대한 구체적인 기술 내용을 도면과 함께 살펴보고자 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커피 생두 발아장치(1)는,

온도센서(192)를 통해 물의 온도를 측정한 후, 기준으로 정한 물의 온도보다 낮은 경우 제어기(190)의 제어신호에 따라 물을 가열하는 제1히터(120)가 내부에 장착되어 있는 물탱크(110);와,

상기 물탱크(110)와 연결되어 있어, 물탱크(110)로부터 공급되는 물을 자화시키는 자화수생성기(130)와,

상기 자화수생성기(130)로부터 공급되는 자화수를 순환시키기 위한 순환펌프(170)와,

상기 순환펌프(170)로부터 공급받은 자화수를 발아탱크(140) 내부로 직접 공급하거나 또는 발아탱크(140) 상부에 설치되어 있는 자화수 배출기(150)로 공급하기 위하여 경로를 변경시켜주는 전환밸브(194)와,

상기 전환밸브(194)로부터 자화수를 공급받아 커피생두가 완전히 잠기도록 자화수를 충전하여 커피생두를 발아시키는 발아탱크(140)와,

밸브를 열어 발아탱크(140)로부터 배출되는 자화수를 외부로 배출하거나 또는 밸브를 닫아 자화수를 순환시키는 배수밸브(196)와,

상기 배수밸브(196)를 거쳐 순환하는 자화수를 공급받아 자화수 내에 포함되어 있는 이물질을 제거한 후 다시 상기 물탱크(110)로 자화수를 공급하는 필터(180)와,

상기 물탱크(110) 내에 설치되어 있는 제1히터(120)와, 순환펌프(170)와, 전환밸브(194)와, 발아탱크(140) 내에 설치되어 있는 제2히터(160), 혼합펌프(172)와, 배수밸브(196)와, 초음파발생기(149)의 작동을 제어하기 위한 제어기(190)를 포함하여 이루어진 것으로서,

상기 발아탱크(140)는 내부의 공간을 복수의 단위 공간으로 구획하기 위한 메시(mesh) 구조의 격벽(146)과,

상기 격벽(146) 상부면에 설치되어 커피 생두를 수용하는 메시(mesh) 구조의 발아용기(148)와,

상기 발아용기(148)에 수용되어 있는 커피 생두에 자화수를 분사하기 위하여, 발아탱크(140) 상부에 형성되어 있는 자화수 배출기(150)와,

상기 발아용기(148)에 수용되어 있는 커피 생두를 초음파 자극하기 위하여, 발아탱크(140)의 측벽에 형성되어 있는 초음파발생기(149)와,

온도센서(192)를 통해 물의 온도를 측정한 후, 기준으로 정한 물의 온도보다 낮은 경우 제어기(190)의 제어신호에 따라 물을 가열하기 위하여, 발아탱크(140)의 하부에 설치되는 제2히터(160)와,

발아탱크(140)의 측벽에 형성되어 있는 주입구와 연결되어 외부로부터 키토산을 공급하기 위한 키토산공급탱크(200)와,

발아탱크(140) 내부에 충전되어 있는 자화수를 순환시키기 위한 혼합펌프(172)를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 자화수에 더하여, 키토산과 초음파를 사용함으로써 자화수 단독으로 사용하는 경우보다, 상호 상승작용에 의한 커피 생두 발아효과를 높일 수 있는 것으로서, 상기 키토산과 초음파가 커피 생두 발아에 미치는 영향에 대해 먼저 살펴보고자 한다.

키토산은 인체에 무해한 생분해성 천연고분자 물질로서 그 자체가 항균력을 갖고 있으며, 식물에 사용할 경우 chitinase의 생성유도작용 등 식물체의 자기보호기능 향상효과가 있는 것으로 알려져 있다.

키토산은 식품, 화장품, 폐수처리, wound healing, tissue repair 같은 의료용 소재로도 사용되고 있으며, gene delivery같은 다양한 산업에 이용되고 있다.

이러한 기능들은 키토산의 화학구조뿐 아니라 분자량에 따라 달라진다. 그리고 키토산의 농도가 증가할수록 항균력도 증가한다는 보고를 비롯하여 다양한 조건에서의 키토산의 항균력에 대한 논문이 많이 보고되고 있다.

본 발명에서는 키토산은 분자량(Mw) 4.571 × 10⁴, 탈아세틸화도(%) 84.94% 인 키토산과, 분자량(Mw) 1.062 × 10⁵, 탈아세틸화도(%) 82.10% 인 키토산과, 분자량(Mw) 1.541 × 10⁵, 탈아세틸화도(%) 86.29% 인 키토산을 0.5~1:0.5~1:0.5~1의 비율로 혼합한 혼합 키토산이 발아탱크(140) 내에 충전된 자화수와 혼합되어 키토산 농도가 0.05 ~ 0.1%가 유지될 수 있도록 첨가하여 커피 생두의 발아 촉진과 커피 생두의 세균증식 억제 효과를 기대할 수 있다.

다음으로, 초음파란 음파와 마찬가지로 매개물질을 통한 진동으로서 일반 사람의 청각으로는 감지할 수 없는 20kHz 이상의 고주파 영역의 압력파로서, 기계적 진동파이며 필히 매체를 통하여 전파가 가능하다. 그 속도는 공기 중에서 340m/s, 해수 중에서 1,500 m/s, 철물을 통하여 5,000 m/s로 물성이 단단할수록 속도가 빠르다. 초음파 발진기를 통해 전기적인 신호를 발생시킨 후, 진동자로 보내지고 진동자를 통해 탄성과 관성에 따라 파동을 발생한다.

이러한 초음파를 액체 매질속으로 조사하면 공동화(cavitation)로 인해 미세한 공동화기포(cavitation bubble)로 성장하며, 충분히 성장한 기포가 폭발적으로 파열하는 진행과정을 거치게 된다. 그런데 기포가 성장하는 과정에 수용액의 증기가 기포 내로 유입되고 또한 기포 내에 에너지가 축적되어 기포내부의 온도와 압력이 매우 높아진다.

충분히 성장된 기포가 폭발적으로 파열될 때 기포내의 고온고압가스가 순간적으로 방출되면서 충격파를 발생한다. 이와 같은 작용을 이용하여 커피 생두 표면의 이물질을 세척하고 발아촉진을 위한 자극을 줄 수 있다. 본 발명에서는 발아탱크(140) 내에 충전된 자화수의 수온이 40.1 ~ 85℃인 조건에서 40 kHz ~ 60 kHz의 초음파를 5 ~ 30분간 초음파 처리를 함으로써, 커피 생두 발아를 촉진시킨다.

상기 초음파 발생장치는 2개의 진동자를 갖는 진동부를 포함하는 일반적인 형태의 초음파 발생장치로서, 상기 40 kHz ~ 60 kHz의 초음파 발생의 가능한 장치이기만 하면 그 사용에 한정을 두지는 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이,

본 발명에 따른 커피 생두 발아 장치(100)는 자화수 생성기(130)에 의해 물이 자화됨으로써 생성된 자화수를 커피 생두(10)에 공급하고, 제1 히터(120) 및 제2 히터(160)에 의해 커피 생두(10)의 발아 온도의 조절과 함께, 초음파 처리, 키토산 주입에 의한 다량의 커피 생두(10)를 단시간 내에 효과적으로 발아시킬 수 있다.

또한, 순환되는 물에 포함된 불순물을 필터(180)에 의해 제거함으로써, 초음파 처리 등에 의해 커피 생두(10) 표면에 묻어 있던 오염 물질과 카페인을 효과적으로 제거할 수 있으며, 나아가 커피 생두(10) 내의 세균 증식 또한 효과적으로 방지할 수 있는 것으로서, 상기 필터(180)는 0.05 ~ 2㎛의 CaCO₃ 20 ~ 80wt%와 황토 20 ~ 80wt%를 혼합한 후 전기로에서 900 ~ 1,500℃에서 1 ~ 3시간 소성하여 300 ~ 800mesh로 분쇄한 다음 고압 프레스기를 이용하여 5 ~ 7mm의 판형으로 제조된 것을 사용한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

상기 물 탱크(110)는 물이 저장되어 있는 구성으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 물 탱크(110) 내에는 물을 가열하기 위한 제1 히터(120)가 설치된다. 이러한 제1 히터(120)에 의해 가열되어 온도가 상승한 물은 자화수 생성기(130)를 거쳐 발아 탱크(140)로 공급된다.

그리고 이러한 물의 온도를 조절하기 위하여 물 탱크(110) 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이, 온도 센서(192)가 설치될 수 있다. 이와 같이 물 탱크(110) 내에 제1 히터(120)와 함께 온도 센서(192)가 장착됨으로써, 커피 생두(10)의 발아를 위해 적합하게 물의 온도를 유지할 수 있다.

또한, 물 탱크(110) 바닥면에 설치되어 있는 혼합펌프(170)에 의해 뿜어져 나오는 공기에 의해 물 탱크(110) 내의 자화수를 순환시킴으로써, 물 탱크(110) 내의 자화수의 온도를 일정하게 유지시켜 줄 수 있게 된다.

자화수 생성기(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 물 탱크(110)와 연결되어 물 탱크(110)로부터 공급되는 물을 자화시킬 수 있다. 보다 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 자화수 생성기(130)는, 내부로 물이 통과하는 하우징(132), 하우징(132)의 내주면을 따라 원주 방향으로 배치되는 복수의 영구자석(134) 등으로 구성될 수 있다.

예를 들어 자기의 세기가 6,000~10,000 가우스인 영구자석(134)이 이용될 수 있으며, 이러한 영구자석(134)으로 예를 들어 네오디윰 자석이 이용될 수 있다. 그리고 이러한 영구자석(134)은 기둥 형상으로 형성되어 하우징(132) 내벽의 홈에 장착될 수 있으며, 이 경우 영구자석(134)의 N극은 하우징(132)의 중심축을 향하도록 배치될 수 있다.

이와 같이 하우징(132) 내에 배치된 영구자석(134)에 의해 하우징(132) 내에는 자기장이 형성될 수 있으므로, 이러한 자기장에 수직하도록 물이 통과하면 물은 자화 처리되면서 입자가 세밀하게 분해될 수 있으며, 이에 따라 물은 분자 구조가 변경되어 예를 들어 육각수 구조를 가질 수 있게 된다.

자화수 생성기(130)에 의해 생성된 자화수의 경우, 풍부한 용존 산소를 가지게 되고, 물속의 미네랄 이온들을 더욱 활성화할 수 있으며, 생명체에 유익한 알칼리성을 띄고, 중금속 제거 및 멸균 작용이 있으며, 물 분자의 구조가 치밀하고 균일한 육각수를 형성할 수 있다.

따라서, 이와 같은 자화수를 이용함으로써, 커피 생두(10)에 원활한 수분 공급이 가능하게 되어 커피 생두(10)의 신속한 발아를 유도함과 동시에, 커피 생두(10)를 효과적으로 세척 및 소독하여 커피 생두(10) 내의 세균 증식을 효과적으로 억제할 수 있으며,

더욱이 키토산의 사용에 의한 커피 생두의 세균 증식 억제와, 초음파 처리에 의한 커피 생두에 묻어 있던 이물질의 제거 효과를 갖는다. 이에 따라 결과적으로 커피 생두(10)의 산패를 방지할 수 있게 된다.

또한 발아 후에 배출구(144)를 통해 배출되는 물에 용해되어 있는 성분에 따라 커피 생두의 영양가치가 변하게 되는데, 배출되는 물에 아미노산 성분과 GABA(감마 아미노락산)성분 등의 유용성 성분이 많이 용해되어 있는 경우에는 커피 생두의 영양가치가 떨어지게 된다.

관련하여, 커피 생두 발아를 위해 알카리 온수를 사용할 경우에는 발아 후 배출구를 통해 나오는 물의 성분을 분석하면 수용성 아미노산 성분과 GABA(감마 아미노락산)성분과 카페인이 다수 포함되어서 배출되나, 약산성수(pH 4.5 ~ 6.0)로 발아할 경우에는 배출구의 나오는 물의 색상(알카리 온수의 경우 검정색에 가까운 색상이나, 약산성수의 경우 맑은 물의 색상임)과 농도가 알카리 온수와 비교하여 볼 때 유용한 성분의 배출이 현저하게 감소함을 육안으로도 확인할 수 있다.

발아 탱크(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에 위치하는 유입구(142)가 자화수 생성기(130)와 연결되며, 하부에 위치한 배출구(144)를 통해 자화수 생성기(130)로부터 공급된 물을 물 탱크(110)를 향해 배출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치(100)의 발아 탱크(140) 내부를 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 발아 탱크(140)의 내부 공간은 상하 방향을 따라 격벽(146)에 의해 복수의 단위 공간으로 구획될 수 있으며, 이들 각각의 단위 공간에는 내부에 커피 생두(10)가 수용되는 발아 용기(148)가 각각 배치될 수 있다. 그리고 이러한 격벽(146) 및 발아 용기(148)는 발아 탱크(140)로 공급된 물이 용이하게 통과할 수 있도록 메시(mesh) 구조로 이루어질 수 있다.

제2 히터(160)는 도 3에 도시된 바와 같이, 발아 탱크(140) 내부에 설치되어 발아 탱크(140)의 내부 공간을 가열할 수 있으며, 발아 탱크(140) 내에 설치되는 온도 센서(192)에 의해 감지되는 온도에 따라 제2 히터(160)의 작동 여부가 조절될 수 있다.

그리고, 상기 발아 탱크(140)의 측벽에는 초음파발생기(149)가 설치되어 있어 커피 생두에 초음파 자극을 줌으로써 커피 생두의 표면에 묻어 있는 이물질의 제거 및 발아 자극을 주게 된다.

또한, 발아 탱크(140) 외부에 형성되어 있는 키토산공급탱크(200)로부터 공급되는 키토산에 의한 항균작용 및 발아촉진 자극을 주게 된다.

이와 같이, 발아 탱크(140)는 자화수에 의해 내부가 채워지게 되고, 측벽에 설치되어 있는 초음파발생기(149)로부터 발생하는 초음파가 자화수를 매질로 하여 커피 생두에 자극을 주게 되며, 또한 키토산이 공급됨에 따라 항균작용 및 발아촉진 작용이 상승적으로 발생하게 된다.

상기 발아 탱크(140)에서의 커피 생두 발아조건은 발아 탱크(140) 내에 커피 생두가 완전히 잠기도록 충전한 상태에서, 분자량(Mw) 4.571 × 10⁴, 탈아세틸화도(%) 84.94% 인 키토산과, 분자량(Mw) 1.062 × 10⁵, 탈아세틸화도(%) 82.10% 인 키토산과, 분자량(Mw) 1.541 × 10⁵, 탈아세틸화도(%) 86.29% 인 키토산을 0.5~1:0.5~1:0.5~1의 비율로 혼합한 혼합 키토산이 발아탱크(140) 내에 충전된 자화수와 혼합되어 키토산 농도가 0.05 ~ 0.1%가 되도록 혼합 키토산을 발아탱크(140) 내로 공급한 후, 수온을 40.1 ~ 85℃로 유지하면서 40 kHz ~ 60 kHz의 초음파를 5 ~ 30분간 처리하여 커피 발아를 자극한 상태에서 2 ~ 8시간 동안 유지함으로써 자화수 단독처리에 의한 커피 생두 발아보다 커피 생두를 단시간 내에 발아시킬 수 있다.

이때, 커피 생두(10)의 발아시, 발아 환경의 온도가 높을수록 발아 속도는 증가하며, 이때 급격한 세균 증식의 문제가 있을 수 있으나, 본 발명에서는 키토산의 사용으로 인해 세균이 증식되는 것을 억제할 수 있다.

반대로 발아 탱크 내의 수온이 낮으면, 세균 증식이 감소하기는 하나, 발아 소요 시간이 길어지는 문제가 있을 수 있으므로, 발아 탱크 내의 수온은 40.1 ~ 85℃의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 발아 탱크 내의 수온은 상술한 제1 히터(120)와 제2 히터(160)를 이용하여 발아 환경의 온도를 발아에 적합하게 조절하고 이를 유지할 수 있으므로, 커피 생두의 발아시간을 최대한 단축시킬 수 있는 범위 내에서 세균 증식 및 악취 발생을 최소화하기 위한 온도 조절이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치(100)의 발아 탱크(140) 내부에 물이 충전된 상태를 나타낸 단면도이다.

커피 생두(10)에 1차적으로 물을 흡수시키기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 발아 탱크(140)의 내부 공간은 자화수 생성기(130)로부터 공급되는 물에 의해 침지될 수 있으며, 이 경우, 배출구(144)는 커버에 의해 닫힌 상태를 유지하게 된다.

발아 탱크(140)의 하부에는 도 4에 도시된 바와 같이, 혼합 펌프(172)가 설치될 수 있으므로, 물의 초기 흡수를 위해 발아 탱크(140) 내에 충전된 물은 이러한 혼합 펌프(172)에 의해 상하로 원활히 혼합될 수 있다.

자화수 배출기(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 발아 탱크(140) 내부에 설치되며 자화수 생성기(130)와 연결되어 자화수 생성기(130)로부터 공급되는 물을 발아 탱크(140) 내부에 분사할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 발아 탱크(140)의 충전을 위한 유입구(142)와 연결된 이송관과는 별도로 유입관이 발아 탱크(140)의 상부에 설치되고, 이러한 유입관에 자화수 배출기(150)가 복수로 설치될 수 있으므로, 자화수 생성기(130)로부터 공급된 자화수는 이러한 자화수 배출기(150)에 의해 발아 탱크(140) 내에 분사될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 커피 생두 발아 장치(100)의 자화수 배출기(150)에 의해 물이 공급되는 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 발아 탱크(140) 상부의 유입관에 설치된 자화수 배출기(150)는 공급된 자화수를 발아 탱크(140) 내의 커피 생두(10)에 분사함으로써, 상술한 바와 같이 발아 탱크(140) 내에 물을 충전함에 의해 1차적으로 수분이 흡수된 커피 생두(10)를 세척함과 동시에 발아 탱크(140) 내의 습도를 일정하게 유지할 수 있다.

이 경우, 발아 용기(148)와 격벽(146)은 상술한 바와 같이 메시 구조로 이루어질 수 있으므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 자화수 배출기(150)에 의해 분사된 물은 발아 용기(148) 내의 커피 생두(10)에 분사된 후 발아 탱크(140) 하부의 배출구(144)를 통해 배출될 수 있다.

전환 밸브(194)는 도 1에 도시된 바와 같이, 자화수 생성기(130)와 발아 탱크(140) 사이에 개재되어 자화수 생성기(130)로부터 배출되는 물의 이동 경로를 발아 탱크(140) 또는 자화수 배출기(150)로 변경할 수 있다.

상술한 바와 같이, 유입구(142)를 통해 자화수를 공급 받아 발아 탱크(140)를 물로 충전함으로써 커피 생두(10)에 대한 물의 초기 흡수가 이루어지고, 자화수 배출기(150)를 통해 자화수를 발아 탱크(140) 내부에 분사함으로써, 발아 탱크(140) 내의 습도 유지가 이루어지게 된다.

전환 밸브(194)는 상술한 발아 단계에 대응되도록 자화수 생성기(130), 발아 탱크(140)의 유입구(142) 및 자화수 배출기(150) 간의 연결 관계를, "자화수 생성기(130) 에서 발아 탱크(140)의 유입구(142)로"에서 "자화수 생성기(130)에서 자화수 배출기(150)로"의 상호 전환이 이루어질 수 있다.

상기 필터(180)는 물에 포함된 불순물을 제거하기 위한 구성으로서, 앞서 살펴본 바와 같이, 0.05 ~ 2㎛의 CaCO₃ 20 ~ 80wt%와 황토 20 ~ 80wt%를 혼합한 후 전기로에서 900 ~ 1,500℃에서 1 ~ 3시간 소성하여 300 ~ 800mesh로 분쇄한 다음 고압 프레스기를 이용하여 5 ~ 7mm의 판형으로 제조된 것을 사용한다.

도 1에 도시된 바와 같이 발아 탱크(140)로부터 배출된 물이 물 탱크(110)로 복귀하기 이전 지점에 설치될 수 있다.

이와 같이 발아 탱크(140)의 하류에 필터(180)를 설치함으로써, 고온의 자화수에 의한 침지 및 살수를 통해 커피 생두(10)로부터 분리되는 오염 물질과 카페인 등을 효과적으로 걸러낼 수 있으므로, 더욱 청정한 발아 커피가 생산될 수 있음은 물론이고 물에 포함된 분순물로 인한 자화수의 성능 저감 역시 방지될 수 있다.

배수 밸브(196)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 발아 탱크(140)와 물 탱크(110) 사이에 개재되어 발아 탱크(140)로부터 배출되는 물을 외부로 배출할 수 있다. 이와 같이 발아 탱크(140)의 하류에 배수 밸브(196)를 설치하여, 자화수 배출이 필요한 경우 밸브를 열어 자화수를 외부로 배출함으로써 커피 생두 발아 장치(100) 내에 청정한 물을 새롭게 순환시킬 수 있다.

순환 펌프(170)는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 물의 이송 라인 중에 설치될 수 있으며, 상술한 물 탱크(110), 자화수 생성기(130), 발아 탱크(140), 자화수 배출기(150) 및 필터(180) 사이에 물을 순환시키기 위한 구동력을 제공할 수 있다.

제어기(190)는, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 히터(120), 제2 히터(160), 온도 센서(192), 자화수 배출기(150), 혼합펌프(172), 순환 펌프(170), 전환 밸브(194) 및 배수 밸브(196)와 전기적으로 연결되어 이들의 작동을 각각 제어할 수 있으며, 이와 같은 제어기(190)를 구비함으로써, 자동화된 커피 생두 발아 장치(100)가 구현될 수 있다.

이하에서는, 앞서 살펴본 본 발명에 따른 커피 생두 발아장치를 이용한 커피 생두 발아방법에 대해 살펴보고자 한다.

상기 커퍼 생두 발아방법은 발아탱크(140) 내부에 설치되어 있는 메시(mesh) 구조의 발아용기(148)에 커피 생두를 채우는 단계와,

물탱크(110)에 물을 공급한 후 제1히터(120)에 의해 물을 가열하는 단계와,

상기 물탱크(110)로부터 공급되는 물을 자화수생성기(130)에 통과시켜 자화수를 생성하는 단계와,

상기 자화수를 상기 발아탱크(140) 내부로 주입하여 발아용기(148)가 완전히 잠기도록 하는 침지단계와,

초음파 발생과 키토산을 첨가하지 않은 조건에서, 40.1 ~ 85℃의 온도에서 3 ~ 9시간 동안 발아시키는 발아단계를 포함하여 이루어지거나,

또는 상기 발아단계를 40.1 ~ 85℃의 온도에서 40 kHz ~ 60 kHz의 초음파를 5 ~ 30분간 처리하고, 발아탱크(140) 내에 충전된 자화수와 혼합된 키토산 농도가 0.05 ~ 0.1%가 유지될 수 있도록 키토산을 첨가하여 2 ~ 8시간 동안 발아시키는 발아단계로 하여 이루어진다.

상기 발아단계에서는 순환펌프에 의해 발생하는 공기에 의해 발아탱크(140) 내부의 자화수를 순환시킴으로써 발아탱크(140)의 자화수의 온도를 균일하게 유지시켜 준다. 이와 같은 순환펌프에 의한 자화수의 순환은 발아과정을 마무리할 때 까지 지속된다.

상기 발아단계는 발아탱크(140) 내의 자화수 수온을 40.1 ~ 85℃로 유지하게 되며, 상기 온도범위를 벗어나는 경우에는 발아시간을 지연시킬 수 있기 때문에 상기 수온을 유지하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 초음파는 커피 생두 표면의 이물질을 세척하고 발아촉진을 위한 자극을 주기 위하여, 40 kHz ~ 60 kHz의 초음파를 5 ~ 30분간 처리한다.

또한, 상기 키토산은 커피 생두의 세균 증식 억제 등의 효과가 있으며, 이는 발아탱크(140) 내에 충전된 자화수와 혼합된 키토산 농도가 0.05 ~ 0.1%가 유지될 경우 그 효과가 뛰어나다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 커피 생두 발아장치는 자화수, 초음파, 키토산의 상호 상승작용에 의해 커피 생두의 발아시간을 최대한 단축해줌으로써 가바(GABA, γ-aminobutyric acid) 함량을 획기적으로 증가시켜 산업상 이용가능성이 매우 크다.

10: 커피 생두
100: 커피 생두 발아 장치
110: 물 탱크
120: 제1 히터
130: 자화수 생성기
132: 하우징
134: 영구자석
140: 발아 탱크
142: 유입구
144: 배출구
146: 격벽
148: 발아 용기
150: 자화수 배출기
160: 제2 히터
170: 순환 펌프
172: 혼합 펌프
180: 필터
190: 제어기
192: 온도 센서
194: 전환 밸브
196: 배수 밸브

Claims (6)

1. 온도센서(192)를 통해 물의 온도를 측정한 후, 기준으로 정한 물의 온도보다 낮은 경우 제어기(190)의 제어신호에 따라 물을 가열하는 제1히터(120)가 내부에 장착되어 있는 물탱크(110);와,
   상기 물탱크(110)와 연결되어 있어, 물탱크(110)로부터 공급되는 물을 자화시키는 자화수생성기(130)와,
   상기 자화수생성기(130)로부터 공급되는 자화수를 순환시키기 위한 순환펌프(170)와,
   상기 순환펌프(170)로부터 공급받은 자화수를 발아탱크(140) 내부로 직접 공급하거나 또는 발아탱크(140) 상부에 설치되어 있는 자화수 배출기(150)로 공급하기 위하여 경로를 변경시켜주는 전환밸브(194)와,
   상기 전환밸브(194)로부터 자화수를 공급받아 커피생두가 완전히 잠기도록 자화수를 충전하여 커피생두를 발아시키는 발아탱크(140)와,
   밸브를 열어 발아탱크(140)로부터 배출되는 자화수를 외부로 배출하거나 또는 밸브를 닫아 자화수를 순환시키는 배수밸브(196)와,
   상기 배수밸브(196)를 거쳐 순환하는 자화수를 공급받아 자화수 내에 포함되어 있는 이물질을 제거한 후 다시 상기 물탱크(110)로 자화수를 공급하는 필터(180)와,
   상기 물탱크(110) 내에 설치되어 있는 제1히터(120)와, 순환펌프(170)와, 전환밸브(194)와, 발아탱크(140) 내에 설치되어 있는 제2히터(160), 혼합펌프(172)와, 배수밸브(196)와, 초음파발생기(149)의 작동을 제어하기 위한 제어기(190)를 포함하여 이루어진 것으로서,
   상기 발아탱크(140)는 내부의 공간을 복수의 단위 공간으로 구획하기 위한 메시(mesh) 구조의 격벽(146)과,
   상기 격벽(146) 상부면에 설치되어 커피 생두를 수용하는 메시(mesh) 구조의 발아용기(148)와,
   상기 발아용기(148)에 수용되어 있는 커피 생두에 자화수를 분사하기 위하여, 발아탱크(140) 상부에 형성되어 있는 자화수 배출기(150)와,
   상기 발아용기(148)에 수용되어 있는 커피 생두를 초음파 자극하기 위하여, 발아탱크(140)의 측벽에 형성되어 있는 초음파발생기(149)와,
   온도센서(192)를 통해 물의 온도를 측정한 후, 기준으로 정한 물의 온도보다 낮은 경우 제어기(190)의 제어신호에 따라 물을 가열하기 위하여, 발아탱크(140)의 하부에 설치되는 제2히터(160)와,
   발아탱크(140)의 측벽에 형성되어 있는 주입구와 연결되어 외부로부터 키토산을 공급하기 위한 키토산공급탱크(200)와,
   발아탱크(140) 내부에 충전되어 있는 자화수를 순환시키기 위한 혼합펌프(172)를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 커피 생두 발아장치.
   
   
2. 청구항 1에 있어서,
   자화수 생성기는 6,000~10,000 가우스인 영구자석(134)을 하우징(132) 내벽의 홈에 장착하되, 상기 영구자석(134)의 N극은 하우징(132)의 중심축을 향하도록 배치하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 커피 생두 발아장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   필터는 0.05 ~ 2㎛의 CaCO₃ 20 ~ 80wt%와 황토 20 ~ 80wt%를 혼합한 후 전기로에서 900 ~ 1,500℃에서 1 ~ 3시간 소성하여 300 ~ 800mesh로 분쇄한 다음 고압 프레스기를 이용하여 5 ~ 7mm의 판형으로 제조된 것임을 특징으로 하는 커피 생두 발아장치.
   
4. 발아탱크(140) 내부에 설치되어 있는 메시(mesh) 구조의 발아용기(148)에 커피 생두를 채우는 단계와,
   물탱크(110)에 물을 공급한 후 제1히터(120)에 의해 물을 가열하는 단계와,
   상기 물탱크(110)로부터 공급되는 물을 자화수생성기(130)에 통과시켜 자화수를 생성하는 단계와,
   상기 자화수를 상기 발아탱크(140) 내부로 주입하여 발아용기(148)가 완전히 잠기도록 하는 침지단계와,
   40.1 ~ 85℃의 온도에서 3 ~ 9시간 동안 발아시키는 발아단계와,
   자화수 배출단계를 포함하여 이루어지는 것으로서, 약산성의 자화수로 발아를 함으로써 발아과정에서 발생하는 수용성의 아미노산 성분 GABA(감마 아미노락산)성분이 자화수에 용해되지 않아 자화수 배출단계에서 자화수와 함께 배출되는 것을 방지하여 커피 생두의 발아촉진이 가능한 것임을 특징으로 하는 커피 생두 발아 발아방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   발아단계는 40.1 ~ 85℃의 온도에서 40 kHz ~ 60 kHz의 초음파를 5 ~ 30분간 처리하고, 발아탱크(140) 내에 충전된 자화수와 혼합된 키토산 농도가 0.05 ~ 0.1%가 유지될 수 있도록 키토산을 첨가하여 2 ~ 8시간 동안 발아시키는 것임을 특징으로 하는 커피 생두 발아 발아방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   키토산은 분자량(Mw) 4.571 × 10⁴, 탈아세틸화도(%) 84.94% 인 키토산과, 분자량(Mw) 1.062 × 10⁵, 탈아세틸화도(%) 82.10% 인 키토산과, 분자량(Mw) 1.541 × 10⁵, 탈아세틸화도(%) 86.29% 인 키토산을 0.5~1:0.5~1:0.5~1의 비율로 혼합한 혼합 키토산임을 특징으로 하는 커피 생두 발아방법.

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