KR102072657B1 - 디카페인 커피 제조 방법 - Google Patents

Abstract

디카페인 커피 제조 방법이 개시된다. 이러한 디카페인 커피 제조 방법은, 디카페인 처리조 내에 생두와 함께 탄산수를 투입하여, 생두가 탄산수에 잠기도록 생두를 일정 시간 담그는 단계, 생두를 건져낸 후 건조하여, 건조된 디카페인 생두를 준비하는 단계, 건조된 디카페인 생두를, 온도 160℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 960분 ~ 2,280분 동안 로스팅(roasting)하는 단계, 로스팅된 결과물을 원두 쿨링기 내에서 15분 동안 급속 냉각하여 상온 상태를 유지하도록 한 후, 그라인딩(grinding)하는 단계를 포함한다.

Description

디카페인 커피 제조 방법{METHOD OF MAKING DECAFFEINATED COFFEE}

본 발명은 디카페인 커피 제조 방법에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 디카페인 커피 콩의 준비 과정에서 시간과 비용을 줄이고, 준비된 디카페인 커피 콩에 대하여 일정한 온도와 시간 조건 하에서 로스팅을 진행함으로써, 품질이 우수한 디카페인 커피를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 음료 시장이 급성장하고 있으며, 그 중에서도 특히 커피 시장이 가장 빠른 성장세를 보이고 있다. 2017년 관세청 통계 자료에 따르면 1인당 연간 500잔 이상의 커피 소비량이 증가한 것으로 나타났다. 특히, 국내 직장인 20 ~ 30대의 경우 1인당 평균 3잔 이상을 마시는 것으로 보고되고 있다. 이와 같은 커피 소비량의 증가는 직접적으로 원두 커피 시장의 성장에 영향을 미쳤다. 2007년 9천억원대였던 국내 원두커피 시장 규모가 2017년에는 7조원대로 10년 동안 8배 이상 성장하여 왔다.

국제커피기구(ICO)에 커피 생산국으로 등록된 국가들에는, 콜롬비아, 브라질, 에티오피아 등을 포함하여 40여 개국의 생산국이 있으며, 이들 국가에서 생선된 커피 생산량은 2010년부터 지속적으로 상승세를 보이고 있기는 하지만, 기후의 변화로 인해 가격 변동이 크게 발생하고 있다. 특히, 세계적으로 생산량 증가에 비해 소비량 증가가 더욱 늘어나면서, 수요와 공급의 불균형이 커지고 있는 것으로 보고되고 있다(ICO, 2014.). 본 연구에 사용된 생두(coffee green bean)의 원산지인 콜롬비아 커피는 브라질에 이어 생산량이 2위이며, 품질적인 면에서는 세계 1위로 인정받고 있다. 콜롬비아 지역에서 북부, 남부, 중부 지역에 따른 지형과 기후 조건의 차이로 커피의 맛도 각각의 개성을 가지고 있다. 콜롬비아 생두는 아로마(aroma)가 풍부하고 균일한 산도를 가진 것으로 알려져 있으며, 빛깔은 청녹색을 띠고 달콤한 맛과 신맛이 있어 주로 스트레이트 커피로 사용된다.

커피 가공 방법으로서 여러가지가 소개되어 있다.

먼저, 내추럴 가공법은 커피 체리를 수확한 후 기후나 환경에 따라 10-25일 간 건조장에서 건조시키는데, 이 때 미생물 활동에 의하여 발효와 효소 반응이 일어나 당이 더해지기도 하고, 초산, 젖산, 에탄올 등 다양한 유기산들이 생성되어 커피 체리를 약 10cm 쌓아서 말린 다음 10-25일 동안 햇볕 건조를 거치게 하고, 이러한 과정을 거친 체리는 자연 상태의 미생물에 의해 발효가 이루어지는데 이는 품질에 영향을 미치게 된다.

워시드 가공법은 17세기 말 인도네시아에서 고안되어 19세기 경 라틴 아메리카로 퍼졌고, 현재 전체 커피 가공의 약 70%가 워시드로 가공되고 있으며, 이 방법은, 내추럴 가공법이 불가능한 인도네시아, 라틴 아메리카노의 아열대의 우기, 즉 아열대의 습한 기후로 인해 내추럴 가공법에 대한 대안으로 신흥 커피 생산국에서 환경적 특성에 맞게 고안된 커피 가공법이다.

펄프드 가공법은 브라질에서 개발된 가공방식으로 커피 체리를 수확한 후 커피 체리의 껍질과 과육을 제거하여 점액질이 붙어 있는 상태의 파치먼트를 건조시킨 후 말라붙은 점액질과 파치먼트 껍질을 벗겨내는 방식의 가공법으로 내추럴과 워시드의 중간 정도의 가공방법이라 할 수 있다.

세미 워시드 가공법은 수확한 체리를 펄핑한 후 별도의 발효과정 없이 기계를 이용하여 과육을 제거한 후 세척하는 방식으로 내추럴과 워시드의 중간적인 색채를 띤 가공방식으로 워시드에 근접한 방식이다.

발효 가공법은 커피 체리가 그대로 건조되면서 내부의 당분에 의해 미생물의 활동이 이뤄지고 있으며, 공기중의 미생물이 제한 없이 더 다양하게 활동하며 더 긴 시간의 발효가 이뤄지기 때문에 워시드에 비해 다채롭고 과일 같은 향미가 만들어진다.

커피의 기능적인 면을 보면, 중추신경을 자극하는 효과와 기억력 상승, 수행능력 상승, 인지능력의 상승과 같은 좋은 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, '어린이 기호식품의 상품 시험(카페인 중심으로)'에 따르면 카페인은 현대인의 기호 식품인 커피, 코코아, 초콜릿, 콜라, 녹차 등에 고아범위하게 들어있는 성분이다. 적당량의 카펭니 섭취는 우리 몸에 쌓인 피로를 풀어주고 정신을 맑게 해주며 이뇨 작용을 통해 체내 노폐물을 제거하는 등 신체이 이로운 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 과잉섭치시 불면증, 초조함, 신경과민, 흥분, 불안 등과 같은 부작용을 일으키며 지속적으로 과잉 섭취할 경우 카페인 중동증이 생길 수 있다. 특히 어린이와 임산부 등 취약계층은 성인에 비해 카페인 과잉 섭취에 따른 부작용 정도가 심하게 나타날 수 있어 카페인 함유 식품 섭취시 주의가 요구된다. 게다가, 카페인은 정신활성 물질로 과잉섭취시 심장병 유발 관상동맥질환, 심근경색4증을 유발할 가능성을 보고하였다. 식품의약품안전처는 이러한 부작용 때문에 성인은 카페인을 하루 최대 400mg 이하, 임산부는 300mg 이하, 어린이나 청소년은 각자의 체중 1kg 당 카페인 2.5mg 이하로 섭취할 것을 권고하고 있다. 한국인을 위한 식생활 지침에도 "카페인은 중추신경을 자극해 불면증을 유발하고 혈압을 상승시키며 이뇨작용을 해 체내 수분을 빼앗아가므로 절제가 필요하다" 는 내용이 포함되어 있다(식품의약안전처, 2017). 현재 액체 1ml 당 카페인이 0.15mg 이상 함유된 음료를 고카페인 함유 제품으로 규정하고 있다. 어린이 식생활안전 관리 특별법에서는 고카페인 함유 식품에 대해 어린이가 알아보기 쉽게 눈에 띠는 적색 모양으로 표시하도록 색상 표시를 식품 제조, 가공, 수입업자에게 권고하고 있다. 이러한 카페인의 악영향과 제한권고 때문에 본 발명자는 디카페인 커피(decaffeine coffee)에 주목하게 되었다. 디카페인 커피라 함은 통상적으로 카페인이 전혀없는 커피라기보다 카페인 함량을 줄인 커피를 의미한다.

2015년 기준 디카페인 그린 커피 빈 수입국가와 수입량 기준은, 캐나다 30.5%, 스페인 26.9%, 베트남 19.0%, 독일 17.8% 순이다. 스페인 디카페인 커피는 볶은 원두만 들어있는 '네스카페 클래식 디카페인'과 캡슐커피인 '네스카페 돌체구스토 캡슐커피 룽고 디카페인' 등에 사용되어 2014년까지 수입 규모 상위를 차지해 왔다. 그러나, 2015년에 캐나다산 생두 수입이 급격히 증가하여 2015년에 캐나다 수입 규모가 스페인을 넘어섰다. 2014년 대비 2015년 캐나다산 디카페인 생두 수입량은 68톤에서 319톤으로 4.7배 증가했으며, 수입액은 61.9만 달러에서 223.6만 달러로 3.6배 증가하고 있다. 캐나다산 디카페인 생두는 2014년부터 수입 실적이 측정되었는데, 이는 2015년 3월에 출시한 동서식품 '카누 디카페인' 제품 원료로 사용되었기 때문인 것으로 추정되고 있다. 2015년 '카누 디카페인' 의 매출은 AC 닐슨 조사 결과에 따라, 우리나라 전체 디카페인 시장 규모(약 90억원)의 절반인 약 40억원 정도이다.

이와 같은 디카페인 커피 시장의 상황화에서, 본 출원의 발명자는 디카페인 커피를 제조함에 있어서 품질을 높이기 위한 최상의 로스팅 조건을 찾고자 연구하였을 뿐만 아니라 최상의 로스팅 조건을 찾기에 앞서, 디카페인 생두를 준비하는 공정에 있어서도 기존의 방법과는 다른 처리 방법을 찾고자 연구하였다.

기존의 디카페인 생두 준비 공정으로, 다음과 같이 세가지 정도로 분류해 볼 수 있다. (1) 정수된 물에 장시간 담그는 디카페인하는 방법(물 추출법), (2) 일정한 압력 및 온도로 가압 및 가열하는 방법, 및 (3) 유기용매 또는 촉매제로서 화학 첨가물을 이용하여 디카페인하는 방법(유기용매 추출법)이다.

첫번째 방법의 설명을 위해 도 1 및 도 2를 참조한다(물 추출법의 한가지 방법임). 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 생두에서 물을 통해 카페인 성분을 추출하게 되면, 물에 녹는 다른 좋은 성분들도 함께 빠져나가게 된다. 즉, 생두는 약 74%의 고형성분(물에 녹지 않음)과 2%의 가용성 성분(물에 녹음), 1.2%의 카페인 성분을 포함하고 있으며, 8 ~ 10 시간의 장시간에 걸친 과정을 통해 디카페인된 커피가 탄생하게 된다. 커피의 맛을 잘 살려내기 위한 방법으로서, 도 2와 같이, 깨끗이 정리된 생두에 베어있는 카페인을 추출하기 위해 물에 담그되, 카페인과 커피의 좋은 성분이 함께 분리되기 시작하여, 카페인은 필터(카본 필터)에 모이고 좋은 성분은 필터링이 반복되면서 생두에 재배치되며, 그 후 카페인 성분만 걸러진 카본 필터를 제거하는 방법으로, 물 추출법이 진행된다. 이와 같이, 물 추출법은 장시간 진행되어야 하므로, 시간과 비용이 상승하는 단점이 있다.

두번째 방법의 경우, 가압 및 가열로 인해, 카페인 뿐만 아니라 좋은 성분도 함께 빠져나가는 단점이 있으며, 세번째 방법의 경우, 디카페인 생두 준비를 위해서는 효율적인 방법이기는 하나, 용매나 촉매제로 사용된 화학 물질이 디카페인 생두에 일부 잔류하게 되어 인체에 악영향을 줄 우려가 있는 단점이 있다.

따라서, 이와 같은 기존의 디카페인 생두 준비 공정의 단점들을 해결할 수 있는 방안에 대해서도 본 출원의 발명자는 연구하게 되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기존의 디카페인 생두 준비 공정의 단점들을 해결할 수 있는 새로운 개념의 디카페인 생두 준비 공정을 포함하는 디카페인 커피 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 디카페인 커피 제조에 있어서 품질을 높일 수 있는 최상의 로스팅 조건으로 진행되는 디카페인 커피 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 디카페인 커피 제조 방법은, (1) 디카페인 처리조 내에 생두와 함께 탄산수를 투입하여, 생두가 탄산수에 잠기도록 생두를 일정 시간 담그는 단계; (2) 상기 (1) 단계 이후 생두를 건조하여, 건조한 디카페인 생두를 준비하는 단계; (3) 준비된 디카페인 생두를, 온도 160℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 960분 ~ 2,280분 동안 로스팅(roasting)하는 단계; 및 (4) 로스팅된 결과물을 원두 쿨링기 내에서 15분 동안 급속 냉각하여 상온 상태를 유지하도록 한 후 그라인딩(grinding)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따라, 상기 (1) 단계는, 상기 디카페인 처리조 내의 탄산수 내에 산소 공급기로 산소를 공급하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 (3) 단계에서, 온도 160℃ ~ 165℃의 조건에서 시간 960분 동안 로스팅(roasting)할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 (3) 단계에서, 온도 167℃ ~ 172℃의 조건에서 시간 1,140분 동안 로스팅(roasting)할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 (3) 단계에서, 온도 190℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 2,280분 동안 로스팅(roasting)할 수 있다.

본 발명은 최적의 로스팅 조건으로 진행되는 새로운 개념의 디카페인 커피 제조 방법을 제공함으로써, 기존의 디카페인 생두 준비 공정의 단점들을 해결하여, 시간과 비용을 절감할 수 있으며, 최상의 품질을 갖는 디카페인 커피를 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 및 도 2는 물 추출법을 이용한 디카페인 생두 준비 과정을 설명하기 위한 도면들이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디카페인 생두 준비 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 디카페인 커피의 시료들에 대한 사진으로서, (a)는 디카페인 커피 생두(decaffeinated coffee green bean)이고, (b)는 D1, (c)는 D2, 그리고 (d)는 D3이며,
도 5는 본 발명의 디카페인 커피의 수분 측정 결과를 대조군들과 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 6은 본 발명의 디카페인 커피의 색도 측정 결과를 대조군들과 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 7은 본 발명의 디카페인 커피의 pH 측정 결과를 대조군들과 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 8은 본 발명의 디카페인 커피의 산도 측정 결과를 대조군들과 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 9은 본 발명의 디카페인 커피의 고형분 함량 측정 결과를 대조군들과 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 10은 본 발명의 디카페인 커피의 카페인 함량 측정 결과를 대조군들과 비교하여 나타낸 그래프이고,
도 11은 본 발명의 디카페인 커피에 대한 관능 평가의 행렬도(biplots)이고,
도 12는 본 발명의 디카페인 커피의 제조에 관한 전반적인 공정도이다.

본 발명에서는, 기존의 디카페인 생두 준비 과정의 단점들을 해결할 수 있는 새로운 개념의 디카페인 생두 준비 과정을 포함하며, 디카페인 커피 제조에 있어서 고품질의 디카페인 커피를 생산하기 위해 최적의 로스팅 조건으로 진행되는 디카페인 커피 제조 방법을 제공한다. 또한, 이화학적 실험 분석인 카페인 함량, 생두 수분 및 원두 수분, 색도 pH, 산도, 고형분, 당도를 측정하였고, 커피의 맛과 향미의 선호도를 조사하는 관능 검사(관능 평가)도 실시하였다. 본 발명에서는 이러한 평가 및 검사 결과들을 비교 분석함으로써, 최적의 로스팅 조건을 찾아 제품 개발이나 음료를 개발하는데 있어 하나의 척도로 삼고자 하였다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 설명한다. 설명되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 예시되고 간략화된 것임에 유의하여야 할 것이다. 따라서, 이하에서 설명되는 실시예들이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.

도 3은 본 발명의 디카페인 커피 제조 방법에서 디카페인 커피 생두(이하, '디카페인 생두'로도 일컬어짐)(decaffeinated coffee green bean)를 준비하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 언급한 바와 같이, 기존의 디카페인 생두 준비 과정의 단점을 줄이기 위해, 본 발명에서의 디카페인 생두를 준비하는 과정은 이하와 같다.

먼저, 생두(1)를 준비하고, 준비된 생두(1)를 탄산수(Carbonated water)(12)로 채워진 디카페인 처리조(10) 내에 투입한다. 여기서의 탄산수(12)는 탄산가스(H2CO3)를 순수에 녹인 상태를 의미하는 것이다. 또한, 순서에 있어서, 생두(1)를 디카페인 처리조(10) 내에 투입(침전)한 후 탄산수(12)를 투입할 수도 있고, 탄산수(12)를 디카페인 처리조(10) 내에 채운 후 생두(1)를 디카페인 처리조(10) 내에 투입할 수도 있다. 탄산수(12)에서 기체(이산화탄소)가 빠져나가는 속도가 빠르므로, 전자의 방식이 더 바람직하다. 다만, 전체적인 생두(1)에 대하여 디카페인 처리가 진행될 수 있도록, 준비된 생두(1) 전체가 탄산수(12)에 잠기도록 하는 것이 바람직하다. 일정 시간 동안 디카페인 처리조(10) 내의 탄산수(12)에서 발생하는 이산화탄소 기포에 의해, 생두(1)의 표면이 자극되고, 생두(1)의 표면을 통해 이산화탄소가 침투하여 생두(1) 내의 카페인을 녹여내게 된다. 이렇게 함으로써, 앞서 도 2를 참조하여 설명된 방법에서 디카페인 커피 생두를 준비하기 위해 많은 시간과 비용이 투입되어야 하는 단점을 해소할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 물을 이용한 장시간의 디카페인 공정에서는 카페인 뿐만 아니라 좋은 성분이 함께 빠져나가게 되므로, 본 발명에서와 같이 탄산수를 이용하게 되면, 물 추출법에서의 시간을 대폭 단축할 수 있게 된다. 이 과정에 더하여 여과 공정이 추가될 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 탄산수(12)와 함께 디카페인 작용을 가속화할 수 있도록, 디카페인 처리조(10) 내에 산소 공급기(14)가 더 배치될 수도 있다.

다음으로, 이렇게 준비된 디카페인 생두는 일정 시간 건조 과정을 거쳐 건조한 디카페인 생두가 준비된다.

건조 과정을 거쳐 준비된 디카페인 생두는, 온도 160℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 960분 ~ 2,280분 동안 로스팅(roasting)하는 단계를 거치게 되고, 그 후, 상기 조건하에서 로스팅된 결과물(즉, 다카페인 원두)를 원두 쿨링기(미도시) 내에서 대체로 15분 동안 냉각한 후 그라인딩(grinding)하는 단계를 거쳐, 패키징하여 디카페인 커피가 제품화된다. 특히, 냉각 단계에서는, 커피에서 로스팅 단계 이후의 고온 상태(대체로 100℃ 이상의 고온 상태)로 계속해서 유지되는 경우, 타버리거나 산화되므로, 이를 방지하기 위해 원두 쿨링기 내에서 급속 냉각시킨다. 대체로 급속 냉각 시간은 15분 정도로 하여 상온 상태(대체로 25℃ 전후)로 유지되게 한다.

상기 로스팅 단계에서, 온도 조건 및 시간 조건에 따라, 약배전용, 중배전용, 강배전용으로 구별하여 로스팅될 수 있다. (1)약배전용은 약 160℃ ~ 165℃의 온도 조건에서 약 960분 간 로스팅될 수 있고, (2)중배전용은 약 167℃ ~ 172℃의 온도 조건에서 약 1,140분 간 로스팅될 수 있으며, (3)강배전용은 약 190℃ ~ 195℃의 온도 조건에서 약 2,280분 간 로스팅될 수 있다. (1) 내지 (3)은 각각 본 발명의 디카페인 커피의 시료들이며, 편의상 각각 D1, D2, 및 D3로 명명되며, 시료들(D1, D2, D3) 각각은 도 4의 (b), (c) 및 (d)에 각각 나타내었다.

정리하면, 본 발명의 디카페인 커피 시료들의 로스팅 조건은 이하와 같다.

D1 : 약 160℃ ~ 165℃의 온도 조건에서 약 960분 간 로스팅.

D2 : 약 167℃ ~ 172℃의 온도 조건에서 약 1,140분 간 로스팅.

D3 : 약 190℃ ~ 195℃의 온도 조건에서 약 2,280분 간 로스팅.

한편, 대조군들(C1, C2, C3)으로서 카페인 커피의 로스팅 조건은 이하와 같다.

C1 : 약 180℃ ~ 185℃의 온도 조건에서 약 1,080분 간 로스팅.

C2 : 약 190℃ ~ 195℃의 온도 조건에서 약 1,140분 간 로스팅.

C3 : 약 210℃ ~ 215℃의 온도 조건에서 약 1,020분 간 로스팅.

한편, 또 다른 대조군으로서 언급되는 디카페인 컨트롤(decaffeinated control)은 디카페인된 생두를 사용하여, 소정의 온도 또는 시간의 조건으로 로스팅한 것이다.

[과정 및 결과]

1. 외관 관찰

디카페인 커피 그린 빈(디카페인 생두) 및 로스팅된 커피 빈의 외관은, 도 4와 같으며, 로스팅 온도와 시간에 따라서 빛깔과 향의 차이가 있음을 관찰하였다.

도 4의 (a)는 디카페인 생두를 탄산수에 일정시간 담근 후 건져내어 건조한 이후의 디카페인 생두이다.

도 4의 (b)는 160℃ ~ 165℃의 온도 조건에서 시간 960분 동안 로스팅(roasting)한 결과물(D1 시료)로서, 색깔은 연한 갈색을 띠고 수분 함량이 높아 표면이 마치 결점두가 많은 커피처럼 매끄럽지 않으나, 커피 향은 구수한 보리차의 향과 유사한 향이 났다.

도 4의 (c)는 온도 167℃ ~ 172℃의 조건에서 시간 1,140분 동안 로스팅(roasting)한 결과물(D2 시료)로서, 색깔은 밝은 색깔을 띠고 커피는 많이 팽창되어 있기는 하지만, 팽창이 많이 일어나지는 않은 상태이며, 색깔은 계피색 정도로 나타나며, 신맛이 강하고 향은 많이 나지 않았다.

도 4의 (d)는 온도 190℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 2,280분 동안 로스팅(roasting)한 결과물(D3 시료)로서, 표면의 색깔이 비교적 균일하고 매끄러운 무늬를 띠고 있으나, 커피 향은 비교적 약하게 느껴졌다.

2. 수분 측정

수분 측정은 본 발명의 디카페인 생두 두가지와 임의의 로스팅된 커피 빈 여섯 가지 시료를 각각 칭량병에 20g씩 담고 뚜껑을 절반만 닫고 드라이 오븐에서 105℃로 3일 건조시킨 후 데시케이터에서 30분동안 방냉시켰다. 정확한 수분 측정을 위해 3회 반복하였다. 건조된 수분 함량은 준하여 건조전의 무게와 비교하여 다음의 식으로 계산되었다.

수분함량(%) = (수분의 중량/시료의 무게) * 100 = {(b-c)/(b-a)} * 100

a : 칭량병의 질량(g)

b : 칭량병과 원두의 질량(g)

c : 건조 후 항량이 되었을 때의 질량(g)

이러한 방법으로 진행된 수분 측정 결과, 각각 D1 시료 2.16%, D2 시료 2,47%, D3 시료 1.70%의 수분 함량을 보였다. 결과와 같이, 근소한 차이점을 보이고 있으며, D3의 수분 함량이 가장 낮게 나타났다. 특히, D3 시료의 경우 현저히 낮은 수분함량을 보여주고 있다. 따라서, 수분 함량 측면에서, D3 시료의 로스팅 조건(온도 190℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 2,280분 동안 로스팅)은 최적의 디카페인 커피 로스팅 조건인 것으로 판단된다. 원두 상태에서 수분 함량이 높으면 미생물 활동에 의한 커피 발효와 산패가 단시간에 발생하므로 낮은 수분함량이 선호된다. 또한, 디카페인 커피(D1, D2, D3)에 비해, 카페인 커피(C1, C2, C3)의 수분 함량이 낮게 나오는데, 이는 물 처리법에 의해 디카페인 생두가 준비되기 때문이다.

수분 측정 결과는 도 5에서 그래프로 나타내었다. DCS는 또 다른 대조군으로서, 디카페인 콜롬비아 수프리모 커피이다. 한편, 도 5에 그래프 상에 표시되어 있지는 않으나, 온라인 몰 등에서 유통되고 있는 디카페인 제품 중에서 판매량과 선호도가 높은 것으로 조사되는 디카페인 컨트롤(decaffeinated control)의 수분 함량은 2.47%로서 가장 높은 수분 함량을 보이며, 본 발명의 디카페인 커피 시료들(D1, D2, D3)의 수분 함량이 낮아서 더 우수한 것으로 판단된다.

3. 색도 측정

색도는 표준 백색판(L* = 93.89, a* = -1.45, b* = 1.72)으로 보정한 후 사용하였으며, 명도(L*:lightness), 적색도(a*:redness)와 황색도(b*:yellowness) 값으로 나타내었다. 색차계(CR-400, KONICA MINOLTA, Tokyo, Japan)를 이용하여 시료들의 색변화를 관찰하였다. 시료들을 각각 10g씩 분쇄하여 페트리 접시에 빈 공간없이 채운 후 색차계를 이용하여 3회 반복 측정하여 그 평균치를 구하였다.

이러한 방법으로 진행된 색도 측정 결과, 본 발명의 시료들(D1, D2, D3)과 대조군들(C1, C2, C3)을 비교해보면, L* 값, a* 값, b* 값 모두 디카페인 커피 시료들(D1, D2, D3)에서 훨씬 높은 측정값을 보였다. L* 값의 경우, 디카페인 커피보다 카페인 커피가 로스팅 후 더 높은 온도에서 배출되었고, 따라서 더 낮은 함량을 보임에 기인한 것으로 판단된다. 또한, a* 값, b* 값의 경우는, 카페인 커피가 디카페인 커피보다 더 높은 경향성을 보였고 통계적 유의성도 보였다. 이는 건조시킨 카페인 커피에 비해 물을 사용하여 세척하여 카페인 이외의 이물질을 제거한 디카페인 커피가 더 높은 a* 값, b* 값을 보인 것으로 판단된다. 각 시료들 간 비교시, 로스팅 온도와 시간이 길어지면 점점 카라멜화가 진행되어 진한 색으로 변하게 되는 특징이 있다. 색도 측정 결과는 도 6에서 그래프로 나타내었다. DCS는 또 다른 대조군으로서, 디카페인 콜롬비아 수프리모 커피이다.

4. pH 측정

pH는 시료 분쇄 커피 5g을 45ml의 증류수(92℃)에 5분 동안 추출하여 pH 측정기를 이용하여 3회 반복 측정하였다.

일반적으로, 원두의 pH값은 로스팅이 진행됨에 따라 변하게 되는 것으로 알려져 있으며, 그 기점은 1차 크랙 발생하는 시점이다. 즉, 생두를 로스팅하여 1차 크랙이 발생할 때까지 pH가 다소 증가하다가, 1차 크랙 이후부터는 급격하게 감소하게 된다.

이러한 방법으로 진행된 pH 측정 결과, 디카페인 생두가 1차 크랙이 발생한 후, 가장 짧은 시간 내에 배출된 D1 시료가 다른 모든 시료들에 비해 높은 pH 값을 보여주었다. pH 측정 결과는 도 7에서 그래프로 나타내었다. 디카페인 컨트롤(pH 5.39)와 비교시, D3(pH 5.41), C2(pH 5.44), C3(pH 5.40)은 통계적 유의성이 없었고, D1(pH 5.73), D2(pH 5.21), C1(pH 5.25)는 통계적 유의성을 보였다. 디카페인 커피의 경우에는 각각의 시료 간에 통계적 유의성을 보였다. DCS는 또 다른 대조군으로서, 디카페인 콜롬비아 수프리모 커피이다.

5. 산도 측정

산도 측정을 위해, 시료 드립 분쇄 커피(10g)를 90ml의 증류수(95℃)와 섞은 후 필터로 여과하여 비이커에서 페놀프탈레인을 지시약을 이용하여 0.1N NaOH 용액을 가하여 pH가 6.6±0.01, 및 8.0±0.01 될 때까지 소비되는 양(ml)을 3회 측정한 후 다음의 식을 이용하여 시트르산(citric acid)(%)으로 환산하여 표기하였다.

시트르산(Citric acid)(%) = V * F * A * D *(1/S) * 100

V : 0.1N NaOH 용액의 적정치 소비량(ml)

F : 0.1N NaOH 용액의 역가

A : 0.1N NaOH 용액 1ml에 상당하는 시트르산(citric acid)의 양

D : 희석배수

S : 시료 채취량(ml)

이러한 방법으로 측정한 결과, 디카페인 커피(D1, D2, D3)(0.33 ~ 0.36)가 카페인 커피(대조군, C1, C2, C3)(0.99 ~ 1.13)에 비해, 산도 측정 값이 훨씬 낮게 나옴을 알 수 있었다. 이는 디카페인 커피가 카페인 커피보다 원두의 수분 함량이 높기 때문인 것으로 판단된다. D1(0.36)과 D2(0.36) 간에는 산도 차이는 없었으나, D3(0.33)는 상대적으로 다소 낮게 나왔다. D3는 가장 높은 온도와 가장 긴 시간 동안 로스팅된 점을 감안할 때, 커피에 함유된 유기산 중 휘발성 유기산이 높은 온도에서 휘발하였기 때문인 것으로 추정된다. 산도 측정 결과는 도 8에서 그래프로 나타내었다. DCS는 또 다른 대조군으로서, 디카페인 콜롬비아 수프리모 커피이다.

6. 고형분 측정

총 고형분 함량의 측정은 가열건조법을 이용하여 1g의 시료를 취하여 105℃의 드라이 오븐에서 3일동안 건조시킨 후 무게를 측정하여 총 고형분 함량(%)을 다음의 식으로 계산하였다.

고형분(%) = {(w1 - w2)/w1} * 100

w1 : 가열전 무게(g)

w2 : 가열 후 무게(g)

이러한 방법으로 측정한 결과, D1, D2, D3로 갈수록 고형분 함량이 높아짐을 보였다. 이는 로스팅 온도가 높고 시간이 길게 진행될수록 원두 내부의 세포 구조가 팽창되어 있는 상태에서 추출액이 퉁과하는데 수월하기 때문에 추출온도가 높아지면서 고형분의 함량이 증가하기 때문이다. 고형분 함량 측정 결과는 도 9에서 그래프로 나타내었다. DCS는 또 다른 대조군으로서, 디카페인 콜롬비아 수프리모 커피이다.

7. 당도 측정

각각의 로스팅 조건이 다른 시료를 분쇄하여 30g에 500ml의 증류수(95℃)를 이용하여 핸드드립 추출한 당분 함량을 측정하기 위하여 당도계를 이용하여 3회 반복 측정하여 평균값(brix)으로 나타내었다. 일반적으로, 로스팅 시간이 짧을수록 당도가 나타난다.

이러한 방법으로 측정한 결과, 디카페인 커피(D1, D2, D3 시료)에서는, 0.07 ~ 0.13 범위의 당도가 측정되었고, 카페인 커피(C1, C2, C3)에서는 0.03 ~ 0.07의 당도가 측정되었다. 가장 짧은 시간 동안 로스팅한 시료들인 C1과 D1에서 가장 높은 당도 측정값을 보였다.

8. 카페인 측정

분쇄된 커피 시료 10g을 비이커에 200ml를 넣은 후 증류수(95℃) 100ml를 넣고 1분간 교반하면서 추출하였다. 10분간 방치한 후, 체에 걸러 추출액을 얻은 다음 얼음물에 식혀 200g씩 받아 원심분리기에 돌렸다. Turgo 등의 방법에 따라 Carrez 용액 I, Carrez 용액 II를 각각 0.6ml 씩 넣고 청징하고 10분간 청징하고 10분간 방치한 후 여과지로 여과한 뒤 0.45 멤브레인 필터로 여과한 후 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)로 분석하였다. 표준용액은 카페인의 표준시료로 1.000 ppm 스톡 용액을 제작한 후 이 용액을 각각 10 ~ 100 ppm으로 만들어 검량선을 작성한 다음 시료에 대해서 농도를 측정하였다.

이러한 방법으로 측정한 결과, 디카페인 커피(D1, D2, D3)에서 로스팅의 온도에 따라 카페인 함량이 다소 줄어드는 경향을 보였다. 카페인 함량 측정 결과는 도 10에서 그래프로 나타내었다. DCS는 또 다른 대조군으로서, 디카페인 콜롬비아 수프리모 커피이다.

9. 관능 평가

평가를 위한 패널 선정은 커피 업종에서 평균 1년 내지 20년 미만으로 평균 4년 이상 종사한 자(바리스타, 로스터, 커피강사, 커핑 전문가 등)를 대상으로 하였다. 본 발명의 시료 준비는 커피 맛과 향기의 패턴이 변화하는 핸드드립 추출방법으로 진행하였다. 핸드드립은 자연적인 방식으로 중력의 원리를 이용하여 뜨거운 물을 천천히 부어 추출하는 필터식 방법으로 '멜리타' 라는 독일인이 개발하였다. 깔때기 모양의 드립퍼는 여과지를 받쳐주는 받침대로 물이 원활하게 흐를 수 있도록 경사지게 만들고 홈을 판 형태이다. 이 홈은 물길 역할을 하는 동시에 필터와 드립퍼가 밀착되어 커피액이 역침투하는 것을 방지해 준다. 드립퍼는 강화 플라스틱 소재로 만든 제품도 많이 쓰이며 도자기 제품은 있으나 깨지기 쉽고 가격도 상대적으로 비싸기 때문에 많이 사용하지는 않는 실정이다. 로스팅 가공된 원두를 그라인더에 30g을 핸드드립 방식으로 분쇄하여 드립퍼 추출기기에 정수된 물로 핸드드립 추출하여 관능 평가를 진행하였다.

시료 평가 방법은 로스터가 직접 핸드드립 추출한 각 시료별 30ml 계량하여 3잔을 준비하였다. 평가 시간은 잔당 10분씩 커피 온도가 60℃로 식었을 때 측정하였고 패널들에게 미지근한 물을 제공하여 입안을 린스한 후 총 90분에 걸쳐 진행하였다. 최종적으로 2회에 걸쳐 진행한 평가는 로스팅이 다른 디카페인을 핸드드립 추출하여 시료별 50ml, 2잔을 준비하여 잔당 5분씩 커피 온도 60℃에서 평가하였다. 12명의 패널 대상으로 맛의 평가를 총 16가지 항목, 고소한 맛(netty taste), 단맛(sweet taste), 신맛(sour taste), 쓴맛(bitter taste), 짠맛(salty taste), 탄맛(burnt taste), 풍부한 맛(rich taste), 떫은 맛(astringent taste), 느끼한 맛(greasy taste), 농도감(body taste), 기름진 맛(oily taste), 다크 초콜릿 맛(dark chocolate taste), 텁텁한 맛(unpleasant taste), 나무 맛(woody taste), 부드러운 목넘김(soft swallowing), 뒷맛의 지속(duration of after taste)을 측정하였다. 로스팅 온도가 다른 디카페인에서는 신맛, 단맛, 향미, 촉감, 후미, 맛의 조화로 측정하였다.

측정 결과는 이하와 같다.

(1) 커피 향의 관능 평가

원산지가 동일한 디카페인 커피와 카페인 커피를 다양한 조건으로 로스팅한 후 시료 맛과 향의 차이를 관능 평가하였다.

고소한 향(nutty flavor) 평균값들은 디카페인 컨트롤(4.92), D3(4.83), D1(4.67), D2(4.58), C3(4.42), C1(4.00), C2(4.00) 순이었고, 나무냄새(woody odor) 평균값들은, D3(4.50), D2(3.75), 디카페인 컨트롤(4.33), C1(3.50), D1(2.58), C2(2.58), C3(2.42) 순이었다. 다크 초콜릿 향(dari chocolate flavor) 평균값들은 C3(4.58), D3(3.33), C2(4.08), C1(4.00), 디카페인 컨트롤(4.08), D1(4.33), D2(3.25) 순이었고, C3이 약간 달콤한 다크 초콜릿 향의 좋은 결과가 나왔다. 그리고 담뱃재 냄시(tobacco ash odor) 평균값들은 디카페인 컨트롤(4.42), D3(2.50), C2(2.50), C3(2.50), C1(2.42), D1(1.67), D2(1.50) 순으로 좋지 않은 담뱃재 냄새로 디카페인 컨트롤이 가장 높았다. 신향(acidic flavor) 평균값들은 디카페인 컨트롤(4.25), D3(4.08), D2(3.50), C1(3.17), C2(2.58), D1(2.50), C3(2.50) 순으로, 신향으로는 디카페인 컨트롤이 가장 높았다. 이는 로스팅 날짜가 시료에 비해 오래되어 산미가 높기 때문인 것으로 판단된다. 진한 커피향(bitter flavor)을 나타내는 평균값들은 C3(3.67), C1(2.67), C2(2.67), D3(2.42), D2(2.17), D1(2.92), 디카페인 컨트롤(1.92) 순이었다. 와인향(winery flavor)은 디카페인 컨트롤(5.08), D3(3.83), D2(3.58), D1(3.25), C3(3.08), C1(2.08), C2(1.83) 순으로, 발효된 느낌을 가장 많이 주는 디카페인 컨트롤과 D2, D3의 경우, 디카페인 커피가 수분함량이 높아 로스팅 후 카페인 커피보다 빠른 시간 발효된 커피처럼 되어 와인향이 높게 나는 것으로 볼 수 있다. 탄냄새(burnt flavor)는 디카페인 컨트롤(5.42), C3(3.42), D1(2.92), C1(2.75), D3(2.58), C2(2.33), D2(1.92) 순으로, 예상대로 로스팅 온도와 시간이 가장 높은 커피 시료들이 높은 측정치를 보였다. 대체적으로 디카페인 커피 시료들은 높은 고소한 향, 담뱃재 냄새, 신향, 와인향, 탄냄새를 보였고, 카페인 커피 시료는 나무 냄새, 다크 초콜릿 향, 쓴향은 카페인 커피가 높은 결과가 나왔다.

(2) 커피 맛의 관능 평가

커피 맛으로 보면 고소한 맛은 C8(6.08), D1(5.00), D2(3.50), C1(4.00), D3(3.25), C2(2.33), 디카페인 컨트롤(1.83) 순이었고, 고소한 맛의 평가가 높은 카페인 커피 C3은 내츄럴 가공된 그린 커피 빈으로 로스팅할 경우 온도와 시간이 열량과 드럼 내부의 열이 190℃ 이상 발생하여 커피 향기가 좋아져 미각게 좋은 영향으로 평가가 나온 것으로 판단된다. 이에 반해, 디카페인 D1의 평가가 높은 이유는 낮은 온도에서 로스팅을 하여 디카페인의 특성인 수분에 차이와 커피 향미로 인하여 맛의 영향이 높음을 알 수 있었다. 나무 맛은 C3(5.00), D2(4.33), C2(4.08), D1(3.33), C1(2.92), 디카페인 컨트롤(2.33), D3(2.08) 순이었다. 나무 맛의 관능평가로는 카페인 커피 C3와 디카페인 커피 D2로 가장 높은 결과가 나왔으며, 이는 로스팅 배출 온도의 최대 200℃ 이상 고온 로스팅을 해서 수분 함량이 낮음을 알 수 있었다. 느끼한 맛은 C3(4.25), D2(3.67), 디카페인 컨트롤(2.6), D3(2.33), C1(1.75), C2(1.50) 순이었다. 느끼한 맛은 카페인 C3, 디카페인 커피 D2가 가장 높은 평가가 나왔다. 다크 초콜릿 맛은 C3(5.25), 디카페인 컨트롤(5.17), D1(4.33), D3(4.33), D2(3.58), C2(3.08), C1(2.92) 순이었다. 다크 초콜릿 맛은 카페인 커피 C3와 디카페인 커피, 다카페인 컨트롤이 가장 높은 결과가 나왔다. 단맛은 C3(4.50), D1(4.33), C2(3.50), 디카페인 컨트롤(3.08), D3(2.92), C1(2.92), D2(2.25) 순이었다. 떫은 맛은 D2(5.50), C3(5.00), D1(4.50), C2(3.58), D3(3.75), C1(3.50), 디카페인 컨트롤(3.50) 순으로 나타났고, 카페인 커피는 로스팅 온도가 높은 C3의 카페인 커피가 높았고, 디카페인 커피는 저온 로스팅한 D2가 높은 평가 결과가 나왔다.

(3) 커피 맛과 향의 후미 관능평가

맛과 향의 후미에 관한 결과, 기름진(Oily) 감은 디카페인 컨트롤(7.83), D1(4.00), C1(3.50), D2(3.42), D3(3.42), C2(1.25), C3(1.25) 순이었고, 기름진 맛의 평가는 카페인 커피 C1과 디카페인 커피, 디카페인 컨트롤이 가장 높게 나왔다. 농도(body)는 디카페인 컨트롤(7.83), C1(5.50), D1(5.33), D3(5.25), D2(4.58). C2(3.92), C3(3.92) 순이었고, 디카페인 컨트롤과 디카페인 커피가 높은 결과가 나왔고, C2와 C3가 동일한 결과가 나온 것을 알 수 있다. 부드러운 목넘김(soft swallowing)은 D1(5.67), C1(5.58), D2(5.42), D3(5.17), C2(4.83), C3((4.83), 디카페인 컨트롤(4.08)의 순이었다. 텁텁함(unpleasant tasting)은 디카페인 컨트롤(6.50), C1(5.17), C2(4.92), C3(4.92), D1(4.92), D3(4.83), D2(2.58)의 순이었고, 카페인 커피 C1이 높았고, 디카페인 커피는 디카페인 컨트롤이 가장 높은 결과가 나왔다. 결과적으로 로스팅 기간이 오래된 커피일수록 텁텁함이 높음을 알 수 있었다. 커피 뒷맛의 지속성은 C2(6.75), C3(6.75), C1(5.67), D1(5.50), D3(4.75), 디카페인 컨트롤(4.25), D2(3.83) 순이었고, 카페인 커피는 C2가 높았고 디카페인 커피는 D3이 가장 높게 나왔다. 커피 뒷맛의 지속성과 향을 주는 커피는 디카페인 커피에 비해 카페인 커피의 배출 온도가 높을수록 좋은 커피 맛과 향이 지속적으로 유지되는 것을 알 수 있었다.

(4) 관능 평가 결과

커피의 중요한 맛과 향은 카페인 커피에서는 로스팅 온도가 가장 높고 시간이 짧은 C3이 단맛, 입안에 지속적인 커피 맛, 부드러운 목넘김, 견과 맛, 고소한 커피 향의 긍정적인 평가를 가장 많이 나타내었다.

C1, C2, D2는 맛과 향의 차이는 크게 나타나지 않았고, 디카페인 컨트롤은 신향, 와인향을 느낄 수 있었다. 이는 로스팅 기간의 차이로 수분과 유분의 발생으로 커피 향미는 없어 시간이 경과하면 포도주 숙성한 향미가 느껴지는 것을 알 수 있었다. 도 11은 관능 평가, 여러 가지 상이한 조건들에서 로스팅된 커피 시료들의 PCA(Principal component analysis) 결과의 행렬도(biplot)이다.

참고로, 상기 측정들에서의 통계 분석에 있어서는, SPSS version 22 통계프로그램을 이용하여 각 측정군의 평균과 표준 편차를 산출하고, ANOVA 분석을 이용하여 평균값 간의 유의성을 p<0.05 수준에서 Duncanss multiple range test를 실시하여 시료간에 각각의 유의성을 검정하였다.

마지막으로 도 12는 본 발명의 디카페인 커피 제조 방법의 공정을 블록도로 나타낸 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 카페인 커피의 생두를 준비하고, 앞서 설명한 바와 같이 생두를 탄산수에 침전한 후 여과시키고, 저온 건조시킨 후 냉각시킨다. 냉각후, 로스팅하며, 재차 냉각시킨 후 이를 그라인딩하며, 그 결과물을 패키징하는 공정으로 요약될 수 있다.

1 : 생두
10 : 디카페인 처리조
12 : 탄산수
14 : 산소 공급기

Claims (5)

1. 디카페인 커피 제조 방법으로서,
   (1) 디카페인 처리조 내에 생두를 투입한 후 탄산수(carbonated water)를 투입하여 생두가 탄산수에 잠기도록 생두를 일정 시간 담그는 단계,
   (2) 상기 (1) 단계 이후 생두를 건조하여, 건조된 디카페인 생두를 준비하는 단계;
   (3) 건조된 디카페인 생두를, 온도 160℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 960분 ~ 2,280분 동안 로스팅(roasting)하는 단계; 및
   (4) 로스팅된 결과물을 원두 쿨링기 내에서 15분 동안 급속 냉각하여 상온 상태를 유지하도록 한 후, 그라인딩(grinding)하는 단계;를 포함하며,
   상기 (1) 단계는, 상기 탄산수와 함께 디카페인 작용을 가속화하도록, 상기 디카페인 처리조 내의 탄산수 내에 산소 공급기로 산소를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디카페인 커피 제조 방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 (3) 단계에서, 온도 160℃ ~ 165℃의 조건에서 시간 960분 동안 로스팅(roasting)하는 것을 특징으로 하는, 디카페인 커피 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 (3) 단계에서, 온도 167℃ ~ 172℃의 조건에서 시간 1,140분 동안 로스팅(roasting)하는 것을 특징으로 하는, 디카페인 커피 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 (3) 단계에서, 온도 190℃ ~ 195℃의 조건에서 시간 2,280분 동안 로스팅(roasting)하는 것을 특징으로 하는, 디카페인 커피 제조 방법.

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