KR102454438B1

KR102454438B1 - 디카페인 원두의 제조방법

Info

Publication number: KR102454438B1
Application number: KR1020220032918A
Authority: KR
Inventors: 박경원
Original assignee: 박경원
Priority date: 2022-03-16
Filing date: 2022-03-16
Publication date: 2022-10-14

Abstract

본 발명은 카페인 외 원두의 다른 성분들은 보존함으로써 커피의 맛과 향을 유지하면서도 단시간에 경제적으로 카페인을 제거할 수 있는 디카페인 커피 원두의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디카페인 커피 원두의 제조방법은, (S1) 챔버 내 생두를 60 내지 80℃의 물에서 교반하며 5 내지 8시간 불리는 단계; (S2) 상기 물을 분리하여 활성탄 필터로 여과한 후 이산화탄소 나노버블 발생기로 이동시키는 단계; (S3) 상기 여과된 물과 이산화탄소 나노버블을 상기 챔버에 주입하며 3 내지 5 bar의 고압에서 교반하는 단계; (S4) 상기 (S2) 및 (S3) 단계를 3 내지 7회 반복하는 단계; 및 (S5) 0.5 내지 1 bar의 저압에서 이산화탄소를 회수하며 상기 생두를 숙성 및 건조하는 단계;를 포함한다.

Description

디카페인 원두의 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING DECAFFEINATED COFFEE BEANS}

본 발명은 디카페인 커피 원두의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 카페인 외 원두의 다른 성분들은 보존함으로써 커피의 맛과 향을 유지하면서도 단시간에 경제적으로 카페인을 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.

최근 국내 성인의 기호 음료인 커피의 소비량이 빠르게 증가하면서 커피 시장이 매우 급격한 성장율을 나타내고 있다. 관세청 통계자료에 따르면 2020년 국내 커피시장 규모는 11조 7397억원에 이르러 사상 처음으로 10조원을 돌파하였으며, 이는 10여 년 전인 2007년 3조원에 불과했던 것에 비해 약 4배 가까이 성장한 것이다. 커피 소비량이 증가하며 자연스럽게 커피 원두의 시장 규모도 성장하였으며, 2007년 1조원에 미치지 못했던 커피 원두의 시장 규모가 2020년 약 8조로 7~8배 커지게 되었다.

커피는 커피나무 열매의 씨를 볶아서 만든 원두를 원료로 한 음료로서, 생두를 말려 볶은 뒤 가루로 분쇄하여 사용한다. 커피의 생두에는 주성분인 조당분 외에 수분, 회분, 지방, 조섬유, 조단백 및 카페인이 함유되어　있으며, 카페인과 항산화 성분인 폴리페놀이 염증을 감소시켜 뇌의 기억 중추인 해마 손상을 억제함으로써 치매 예방에도 효과기 있다고 알려져 있다. 이외에도 혈관의 탄력성을 개선하여 심장병을 예방하고, 마그네슘 성분을 통한 당뇨병 억제, 카페스톨(cafestol)과 카월(kahweol) 성분의 아세트알데히드 분해 촉진에 의한 숙취 해소에도 효과도 있다고 알려져 있다.

그러나 한 잔에 약 40~110mg이 함유된 카페인을 과량 섭취할 경우, 중추신경을 자극하여 불안감, 불면, 초조함, 두근거림, 두통 등을 유발하고 혈압을 상승시키며 이뇨작용을 하는 카페인이 축적되어 건강에 악영향을 끼칠 수 있다.

이렇듯 카페인에 예민한 소비자를 위해 디카페인 커피 원두의 제조기술이 개발되어 왔으며, 현재 사용되고 있는 디카페인 커피 원두의 제조방법은 크게 용매법, 스위스 워터 프로세스, 초임계 이산화탄소 추출법으로 구분될 수 있다.

용매법은 염화메틸렌 또는 아세트산에틸을 이용하여 카페인을 제거하는 방법이다. 용매법은 찐 생두를 직접 용매제에 담궈 카페인을 제거하는 직접 방식과, 불린 생두를 용매로 세척하여 카페인을 제거한 다음 생두를 불릴 때 사용했던 물을 이용하여 원두의 맛과 향 성분을 다시 입히는 간접 방식이 있다. 이러한 용매법은 비록 인체에 해롭지는 않으나 염화메틸렌 또는 아세트산에틸과 같은 유기 용매를 사용하는 것에 대한 소비자의 거부감을 발생시키고, 이들 용매가 다양한 유기 성분과 결합할 수 있어 맛과 향이 소실될 수 있다는 단점이 있다.

스위스 워터 프로세스 방식은 화학적 첨가물이 사용되지 않는 방법으로, 볶지 않은 생두를 뜨거운 물에 불려 카페인을 포함한 모든 성분을 추출한 후 활성탄 필터로 여과하여 카페인만 걸러내고, 카페인을 여과한 물에 새로운 원두를 넣어 삼투압을 이용해 카페인만 제거하게 된다. 이 방식은 유기 용매를 사용하지 않아 친환경 방식으로 애용되고 있으나, 카페인을 제외한 가용성 성분(25%) 및 불용해성 성분(73%) 녹아나와 맛과 향 성분이 변질될 우려가 있고 초기 성분 추출에 사용된 원두를 폐기해야 하므로 낮은 경제성에 의한 높은 원두 가격의 문제가 있다.

초임계 이산화탄소 추출법은 가장 최근인 1967년 막스플랑크연구소(Max Planck Institute)의 화학자인 Kurt Zosel에 의해 개발된 방식으로, 고온·고압의 액화 이산화탄소가 카페인만 선택적으로 반응하고 다른 맛과 향 성분은 남겨두게 되어 커피의 맛과 향 성분의 손실이 적다고 알려져 있다. 그러나 이산화탄소로 카페인을 제거하는 과정에서 많은 유기 성분이 수분과 함께 원두로부터 용출되는 문제가 있고, 대량의 커머셜 등급 커피를 처리할 때 사용되어 고가의 설비가 요구된다.

한국 등록특허 제10-2293512호는 원두의 발효 전 카페인 제거를 위해 수소수에서의 불림 단계를 개시하나, 약 24시간의 불림 단계를 3 내지 5회 반복하여 공정 시간이 길고 기타 성분들의 유지 방안이 없다.

또한, 한국 등록특허 제10-2313745호는 카페인 여과 필터와 이산화탄소 주입을 통해 디카페인화하나, 이산화탄소 주입시 새로운 물을 사용하여 잔류 성분의 유출 우려가 있고 여과된 물을 분리하였다가 숙성시 재사용하여 변질 우려가 있다.

본 발명의 실시예들은, 원두 불리는 시간을 포함한 디카페인화 공정시간을 단축하고 맛과 향을 최대한 보전하고자 폐쇄 시스템 내에서 최소한의 물을 순환하여 사용하고 이산화탄소 나노버블을 이용한 효율적인 원두 디카페인 공정을 제공하고자 한다.

실시예들에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 다양한 실시예들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디카페인 커피 원두의 제조방법은, (S1) 챔버 내 생두를 60 내지 80℃의 물에서 교반하며 5 내지 8시간 불리는 단계; (S2) 상기 물을 분리하여 활성탄 필터로 여과한 후 이산화탄소 나노버블 발생기로 이동시키는 단계; (S3) 상기 여과된 물과 이산화탄소 나노버블을 상기 챔버에 주입하며 3 내지 5 bar의 고압에서 교반하는 단계; (S4) 상기 (S2) 및 (S3) 단계를 3 내지 7회 반복하는 단계; 및 (S5) 0.5 내지 1 bar의 저압에서 이산화탄소를 회수하며 상기 생두를 숙성 및 건조하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S1) 단계에서 상기 물의 양은 상기 생두 부피의 0.5 내지 0.8배이며, 상기 챔버는 밀폐되어 수증기가 주입될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S2) 단계의 이산화탄소 나노버블 발생기에서 상기 여과된 물에 이산화탄소를 용해시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S3) 단계는 50 내지 70℃의 온도에서 30분 내지 2시간 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S5) 단계의 온도는 40 내지 50℃이고, 카테킨 농축액을 상기 생두 중량 대비 5 내지 10중량부 투입하여 숙성 및 건조할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 수증기 분사와 교반을 통해 최소한의 물을 사용함으로써 커피 원두의 맛과 향을 보전하면서 카페인을 제거할 수 있다. 또한 유기 용매를 사용하지 않고 이산화탄소 나노버블을 통해 디카페인화 공정을 반복하여 빠른 시간에 디카페인 원두를 제조할 수 있어 경제성이 우수하다.

실시예들로부터 얻을 수 있는 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 이하의 상세한 설명을 기반으로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다.

이하의 실시예들은 실시예들의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 다양한 실시예들을 구성할 수도 있다. 다양한 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 다양한 실시예들을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

디카페인 커피 원두를 제조하기 위해 사용되는 원두는 생원두가 바람직하며, 이하 "생두"로 지칭한다.

(S1) 단계는 생두를 불려 생두의 기공을 열기 위함이다. 기공을 열어 원두가 함유하고 있는 카페인을 포함한 맛과 향 성분을 물에 녹여낸다. 이때 물의 온도는 60 내지 80℃가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70℃ 내지 80℃일 수 있다. 물의 온도가 80℃를 초과하면 맛과 향을 내는 성분들이 변질되어 후속 공정 중에 제거될 우려가 있다. 60℃ 미만에서는 생두를 불리는데 보다 긴 시간에 소요되어 공정 경제성이 떨어지며, 70℃ 이상에서 수행함이 바람직하다. 생두를 불리는 단계는 생두의 기공이 벌어져 다소 말랑말랑한 느낌이 들 때까지 수행하는 것이 좋다.

생두를 불리는데 사용되는 물의 양은 생두 부피의 약 0.5 내지 0.8배이며, 수행 시간은 5 내지 8시간일 수 있다. 일반적으로 생두를 물에 불리는 공정에서 물의 양은 생두 부피의 1.0배 이상을 사용하고 약 12시간 내외로 수행되나, 본 발명에서는 밀폐 가능한 챔버 내에 수증기를 주입하며 교반함으로써 적은 양의 물로도 단시간에 생두를 불릴 수 있다. 수증기는 물의 양을 지나치게 변화시키지 않는 수준으로 챔버의 상부에서 주입될 수 있으며, 교반은 물에 불려져 말랑말랑해진 생두가 손상되지 않도록 교반날개를 이용하여 적절한 속도로 진행될 수 있다. 교반을 통해 물에 잠긴 생두와 물 밖의 생두를 지속적으로 섞을 수 있고, 물 밖의 생두 또한 수증기를 통해 불림 효과를 얻을 수 있다. 가능한 경우 물 밖의 생두에 수증기가 더욱 잘 스며들도록 밀폐 챔버를 다소 가압하는 것도 좋다.

본 발명에서는 생두를 물에 불리는 (S1) 단계에서 교반 및 수증기 주입을 통해 적은 양의 물로 생두를 불릴 수 있으며, 이를 통해 커피 원두의 맛과 향 유기성분을 포화 용해 상태로 물에 녹여낼 수 있다. (S1) 단계에서 생두의 기공이 열려지는 정도 또는 불려지는 정도를 약 50 내지 70%까지 수행한다고 볼 수 있다. 이는 이어지는 (S2) 및 (S3) 단계에서 생두가 마저 불려지도록 의도한 것으로, (S1) 단계에서 약 50 내지 70%의 불림만으로 물에 용해되는 맛과 향 유기성분을 포화 용해 상태로 유지함으로써 모든 맛과 향 유기성분이 생두로부터 추출되지 않도록 하여 커피 본연의 맛을 보전하기 위함이다. 맛과 향 유기성분과 동일하게 카페인도 전량 용해되지 않을 수 있으나, 이는 (S2) 및 (S3) 단계에서 활성탄 필터를 통해 여과되어 3 내지 7회 반복 순환시킴으로써 생두 내 잔류하는 카페인을 대부분 제거할 수 있다.

(S2) 단계에서는 (S1) 단계의 물을 분리하여 활성탄 필터로 여과한 후 이산화탄소 나노버블 발생기로 이동시킨다. 활성탄 필터에 의해 물에 녹아있는 성분들 중 카페인만 여과되고 맛과 향을 내는 유기성분은 물과 함께 이산화탄소 나노버블 발생기로 이동하게 된다. 여기서 사용되는 활성화탄소 필터는　커피의 종류나　생원두의 상태에 따라　카페인을 분리하기에 적합한 정도로 조절될 수 있으나, 예를 들어,　카페인　분자를 표적하여 분자량 190 g/mol 이상의 물질만을 걸러내기에 적합한 것으로서, 기공의 직경이 15 내지 30Å인 것일 수 있고, 상기와 같은 범위의 기공이 전체 부피의 약 50% 이상은 차지하는 것이 바람직하다.

이산화탄소 나노버블 발생기는 챔버 하부에 결합되어 마련될 수 있다. 이산화탄소 나노버블 발생기로 이동한 물은 챔버에 주입되기 전에 탄산가스(H₂CO₃)가 용해되어 탄산수(carbonated water)로 준비될 수 있다. 카페인은 이산화탄소와 결합력이 좋아 타 성분에 비해 쉽게 탄산수에 용출된다. 탄산수에서 발생하는 이산화탄소 기포가 생두의 표면을 자극하여 나노버블 발생기에서 따로 주입되는 이산화탄소 나노버블과의 시너지 효과를 낼 수 있다.

나노버블이란 육안으로 확인이 불가한 직경 1.0㎛ 이하의 초미세기포로, 버블의 직경이 작을수록 수중 체류시간이 길어져 목표물질 흡착 후 수면 위로 부상시키는 효과를 얻을 수 있다. 나노버블 발생기는 예를 들어, 핵제 등의 성분을 포함하지 않고 기액 혼합 상태의 용존액을 2 이상의 관통 소구멍을 통해 대기압 이상의 압력을 분사하여 통의 내부에 충돌시키는 수격력을 이용한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 나노버블 발생기의 노즐은 챔버의 바닥면에 균일하게 분포하도록 하여 이산화탄소 나노버블이 생두에 고르게 작용할 수 있다.

(S2) 단계에서 활성탄 필터를 거쳐 카페인이 여과된 물은 이산화탄소 나노버블 발생기에서 탄산수로 제조되어 이산화탄소 나노버블과 함께 챔버에 주입된다. 상기 경로는 챔버 하측부에 출수구가 마련되고 챔버 하부의 이산화탄소 나노버블 발생기로 연결되는 폐쇄형 구조일 수 있다. 이러한 폐쇄형 경로를 통해 물에 용해되어 있는 맛과 향 유기성분의 산화와 변질을 방지하고, 카페인만을 여과하여 챔버 내 생두에 전달 및 순환시킬 수 있다.

(S3) 단계에서 물은 (S2) 단계의 유동 경로를 지나면서 50 내지 70℃의 온도로 주입될 수 있다. 활성탄 필터 및 나노버블 발생기를 거치며 손실되는 열에너지를 고려하여 폐쇄형 경로를 설계할 수 있으며, 온도 하강이 적을 경우 챔버 자체의 온도를 제어하는 것도 가능하다. 상기 50 내지 70℃의 온도범위는 이산화탄소가 용해되기 어려운 온도인바 탄산수에 녹아있던 이산화탄소가 자연스럽게 기포화되며, 상술한 (S1) 단계에서의 생두의 50 내지 70%의 불림 상태를 90% 이상까지 높임으로써 생두 내 잔류하는 카페인을 모두 제거하기 위함이다.

탄산수 및 이산화탄소 나노버블이 주입될 때 챔버 내부는 3 내지 5 bar의 압력으로 유지하며 생두를 교반한다. 이때 이산화탄소를 이용하여 가압할 수 있다. 상기 압력 범위는 일반 가정용 탄산수제조기와 유사한 수준으로, 초임계 이산화탄소 추출법과 같은 고압을 요하지 않는다. 3 내지 5 bar 압력 하에서 탄산수의 이산화탄소 기포화를 다소 늦춰 물에 오래 머무르도록 할 수 있고, 이산화탄소 나노버블의 체류시간도 늘릴 수 있다. 아울러 (S3) 단계에서도 교반을 통해 수면 위의 생두를 탄산수 내로 섞어주어 이산화탄소 나노버블이 닿을 수 있도록 한다.

50 내지 70℃의 온도 및 3 내지 5 bar의 압력에서 생두를 불리며 이산화탄소 나노버블로 카페인을 제거하는 (S3) 단계는 1 cycle을 30분 내지 2시간 이내로 수행할 수 있다. 본 발명은 적은 양의 물을 사용하는바, 용해되는 카페인을 반복 여과할 수 있도록 순환시킴으로써 삼투압 원리를 극대화할 수 있다.

상기 (S2) 및 (S3) 단계를 3 내지 7회 반복하여 순환시켜 물에 용해된 카페인은 지속적으로 제거하고 맛과 향의 유기성분만을 여전히 포화 상태로 유지할 수 있다. 첫 번째 (S3) 단계에서는 상술한 (S1) 단계에서의 생두를 더 불리기 위해 약 1시간 30분 전후로 수행하는 것이 바람직하며, 반복되는 2회차 순환부터는 수행시간을 줄여나갈 수 있다. 일 예로, 1회차 (S3) 단계는 1시간 30분 내지 2시간, 2회차 (S3) 단계는 1시간 내지 1시간 30분, 3회차 이후 (S3) 단계는 1시간 이하로 수행할 수 있으며, 다른 예로, 1회차 및 2회차 (S3) 단계는 1시간 30분, 3회차 내지 5회차 (S3) 단계는 30 내지 60분 수행할 수 있다. 카페인의 제거를 위한 (S2) 및 (S3) 단계의 반복은 총 5 내지 10시간 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 반복 순환을 통해 이산화탄소와 결합하여 용출되는 카페인은 활성탄 필터로 여과하여 용출 삼투압차를 높이고, 맛과 향 유기성분은 지속적으로 높은 용해도의 포화 상태를 유지할 수 있다.

(S5) 단계에서는 카페인이 제거된 생두에 맛과 향 유기성분을 재주입하는 숙성 및 건조가 수행된다. 먼저 물 속에 용해된 이산화탄소를 회수하기 위해 챔버 내부의 압력을 0.5 내지 1 bar의 저압으로 낮추고, 40 내지 50℃에서 숙성시킬 수 있다. 40℃ 미만에서는 생두의 기공이 닫혀 맛과 향 유기성분을 충분히 흡수하기 어려우며, 50℃ 초과에서는 증발량이 많아져 유기성분이 휘발될 수 있다. 숙성 공정에서도 교반날개를 이용해 생두가 유기성분을 고르게 흡수하도록 천천히 교반하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, (S5) 단계의 숙성 공정에서는 카테킨 농축액을 첨가하여 숙성 및 건조할 수 있다. 카테킨(catechin)은 차, 적포도, 베리, 코코아 등 여러 식물에 들어있는 폴리페놀로, 특히 녹차에 풍부하게 함유되어 있다. 카테킨은 탄닌(tannin)의 일종으로 강력한 항산화작용을 하여 위암, 폐암 등을 예방하고 혈압을 낮추며 소화기관 내에서의 콜레스테롤의 흡수를 저해하고 지질의 체내 침착을 억제하여 지방간이나 동맥경화를 예방하며, 체내 세포가 바이러스에 감염되는 것을 막는 효능이 있다. 또한, 카테킨은 알칼로이드 성분인 카페인과 쉽게 결합하는 성질을 가지며, 결합 후 침전물을 형성하기 때문에 체내에서 카페인 흡수를 저해하는 효과를 나타낼 수 있다.

숙성 공정에서 카테킨 농축액을 생두 중량 대비 5 내지 10중량부 첨가하여 숙성시키게 되면, 미량 잔존하는 카페인과 결합하여 침전물을 형성하고 맛과 향 유기성분과 함께 생두에 흡수 또는 코팅됨으로써 로스팅 후 추출한 커피를 소비자가 음용하더라도 카페인의 체내 흡수를 낮출 수 있다. 카테킨을 생두 중량 대비 5중량부 미만으로 첨가하게 되면 물의 양 대비 농축액의 양이 적어 숙성 공정에서 생두에의 흡수를 기대하기 힘들고, 코팅의 효과만 남아 로스팅 과정에서 모두 산화될 수 있다. 한편, 카테킨은 탄닌의 일종으로 떫은 맛을 내기 때문에 10중량부 초과하여 첨가하게 되면 커피 원두 본연의 맛을 저해할 수 있다.

숙성은 18시간 이상 수행할 수 있으며, 24시간이 되기 전이라도 물의 양이 생두 부피의 0.3배 이하가 되면 건조를 시작할 수 있다. 건조시에는 챔버의 온도를 서서히 상온까지 냉각하며 생두의 기공을 닫게 하며, 생두의 균일한 냉각을 위해 천천히 교반할 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 디카페인 커피 원두 제조

과일의 산뜻한 산미와 풍성한 향미가 깊은 코스타리카 소노라 버번 생두를 구하여 본 발명에 따른 원두 제조방법으로 디카페인화하였다. 먼저, 생두 1kg에 74℃ 물을 챔버 내 생두 부피의 70%까지 붓고, 70℃ 이상을 유지하며 수증기 투입 및 교반하여 7시간 동안 불려주었다. 이후 이산화탄소 나노버블 발생기 및 펌프를 작동시켜 챔버 내 물을 활성탄 필터 여과와 함께 탄산수로 제조하여 이산화탄소 나노버블과 함께 재주입하였다. 재주입 시 물의 온도는 62℃였으며, 55℃ 이하로 떨어지기 전까지는 온도 제어를 개입하지 않았다. 챔버의 압력을 4.5 bar로 가압하여 교반하며 (S3) 단계의 첫 번째 및 두 번째 싸이클을 1시간 30분, 세 번째 싸이클은 1시간, 네 번째 및 다섯 번째 싸이클은 40분 반복 수행하였다. 디카페인화 후 0.8 bar에서 이산화탄소를 회수하고 42℃에서 카테킨 농축액을 6 중량부 첨가하여 20시간 숙성시켰다. 이어서 챔버의 온도를 15℃까지 서서히 냉각하며 생두의 수분을 제거하였다.

비교예 1 : 활성탄 필터만을 이용한 디카페인 원두 제조

실시예 1과 동일한 코스타리카 소노라 버번 생두로, 이산화탄소 나노버블 발생기를 사용하지 않고 스위스 워터 프로세스와 유사하게 5회 반복 여과하여 제조하였다. 동일한 불림 온도 및 시간, 그리고 교반을 수행하였으나 탄산수 및 이산화탄소 나노버블을 미주입하였다.

비교예 2 : 활성탄 필터 여과와 이산화탄소 주입 공정의 분리

불림 공정에서 10시간 불린 생두 부피의 약 1.0배 물을 따로 분리하여 활성탄 필터로 1회 여과하고, 생두는 이산화탄소 주입 챔버로 옮겨 새로운 물에서 일반 버블로 20℃까지 냉각하며 3시간 디카페인화하였다. 이후 여과한 물을 이용해서 24시간 숙성하고 상온에서 건조하였다.

시험예 1: 카페인 측정

카페인　측정 방법은 식품의약품안전처의 일반시험법과 동일한 방법으로 수행하였다. 구체적으로, 상기 제조된 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2를 미디움 로스팅한 것을 분쇄하여 1g을 100℃의 20ml 물에 넣고 혼합하여 1분 간 예치한 후, 원심분리하여 상등액만 얻어 내었다. 그런 다음 추출액 5ml을 역상계 카트리지에 분당 3 내지 4ml의 속도로 통과시키고 이동상 용액(메탄올:초산:물=20:1:79) 15ml로 용출시킨 액을 시험용액으로 하였다.　카페인　표준용액은　카페인　표준품 0.1 g을 정밀히 달아 물에 녹여 100 mL로 한 액을 표준원액으로 하고, 물로 희석하여 1∼㎍/mL가 되도록 한 액을 검량선용 표준용액으로 하였다. 그런 다음 액체크로마토그래피를 이용하여 측정하였고, 그 조건은 하기와 같다.

[액체크로마토그래피 조건]

검출기: 자외선흡광검출기(UV photometric detector), 280㎚

칼럼: Capcell Pak C18(4.6㎜ × 250㎜, 5㎛) 또는 이와 동등한 것

이동상 유량: 1.0 mL/min

주입량: 10 ㎕

액체크로마토그래프를 진행하며 자외부흡광광도검출기를 통해　카페인의 최대 흡수 파장인 280㎚에서 정성 및 정량 분석하여 표준용액의 피크 높이 및 면적과 비교하여 검체시료의　카페인　함량을 산출하였다. 카페인 함량 결과는 시험예 2의 휘발성 성분 측정과 함께 하기의 표 1에 나타내었다.

시험예 2: 향기 성분 측정

로스팅된　커피에는 향과 맛을 내는 다양한 휘발성 성분이 포함되어 있다. 그 중　커피에 함량이 높은 것으로 알려진 푸르푸릴알코올 및 2-프로파논 휘발성 성분의 함량을 비교하였다. 구체적으로, 각　원두를 로스팅하여 동일한 조건으로 그라인딩 한 후, 1g을 20ml headspace 바이알에 넣고 질소가스를 채운 후, 캡을 씌워 밀봉하였다. 그런 다음 추출한　원두는 향기성분 분석을 위해 Headspace G/C 및 GC-MS 기기를 이용해 각 표적 성분을 분석하였다. 각 분석 조건은 하기와 같다.

향기성분의 확인은 GC-MS 스펙트럼의 library search data와 상호 비교하여 동정하였고, 일반적으로 함량이 높은 편인 푸르푸릴알코올과 2-프로파논의 성분에 대해서만 각 픽크의 면적을 계산하여 카페인 함량과 함께 하기 표 1에 나타내었다.

구분	카페인 함량(mg/mL)	푸르푸릴알코올	2-프로파논
실시예 1	0.012	27.83	12.84
비교예 1	0.039	28.02	12.92
비교예 2	0.022	22.19	8.67

시중의 일반적인 커피의 평균 카페인 함량이 0.45 mg/mL로 한 잔 용량인 300 mL로 환산시 135 mg의 카페인을 포함한다. 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 카페인 함량은 0.017 mg/mL로 매우 낮게 측정되었으며, 이를 300 mL로 환산시 3.6 mg의 카페인을 함유하는 것으로 확인되었다. 이산화탄소 나노버블 발생기를 사용하지 않은 비교예 1에 대비해서는 향 성분의 미차가 있고, 이는 이산화탄소에 의해 향 성분이 미량 소실된 것으로 판단되나 폐쇄 경로에서 수행하여 동등한 수준으로 유지되었다고 판단할 수 있었다. 다만, 이를 통해 본 발명에서 카페인 함량을 충분히 낮추고 공정 시간을 단축하기 위해서는 이산화탄소 나노버블 발생기 및 카테킨 농축액 첨가가 필수적임을 알 수 있었다.이산화탄소를 주입하지 않고 활성탄 필터만 5회 반복 여과한 비교예 1의 카페인 함량은 0.039 mg/mL로 300 mL 환산시 11.7 mg의 카페인을 함유하는 것으로 나타났다. 실시예 1과 같이 적은 양의 물을 사용하고 폐쇄 경로에서 활성탄 필터로 5회 반복 여과한바 향 성분은 높게 나타났으나, 실시예 1 대비 높은 카페인 함량은 이산화탄소 나노버블 발생기의 미사용과 카테킨 농축액 미첨가가 원인이라고 판단되었다. 이를 통해 본 발명의 디카페인화 공정에서 적은 양의 불림 물과 불림시간 단축을 유지하면서도 카페인 함량을 낮추기 위해서는 이산화탄소 나노버블 발생기가 필수적임을 확인할 수 있었다.

활성탄 필터 1회 여과 및 이산화탄소 일반 버블로 디카페인화한 비교예 2 또한 0.022 mg/mL로 300 mL 환산시 6.6 mg의 카페인을 함유하여 함량이 상당히 낮은 편이나, 실시예 1에 비하여 향미 성분의 함량이 낮게 나타났다. 이는 불린 물과 이산화탄소 챔버에서의 물 교환 공정이 존재하고, 최초 불림 공정의 물의 양이 많아 향 성분이 모두 녹아나온 후 숙성 과정에서 재주입 시 손실이 발생한 것으로 판단되었다. 이를 통해 본 발명에 따른 디카페인화 공정에서 불림 물의 양을 적게 사용하는 것과 생두 또는 불림 물의 이동을 최소화하는 것이 향 성분 유지 및 재주입에 효과적임을 확인할 수 있었다.

시험예 3: 관능 평가

관능평가를 위해　커피　업종 3년 이상의 종사자 5명과, 일반 소비자를 대표하여　커피　업종과 무관한 일반인 8명을 패널로 선정하여 관능 평가를 수행하였다.　커피의 추출 방식은　커피를 추출할 때 추출하는 사람의 능숙도와 장치 등으로 발생할 수 있는 맛의 편차를 제거하기 위해,　원두　분말에 뜨거운 물을 붓고 몇 분간 불린 후 필터가 달린 장치로 눌러서　커피를 추출하는 방식인 프렌치프레스 방식으로 추출하였다. 상기와 같이 추출된 실시예 1 및 비교예 1, 2를 각 패널들에게 마시게 한 후, 각 항목에 표시하도록 하였다. 전문가의 경우 정밀한 평가를 위해　디카페인　커피임을 고지하고 평가 항목을 세분화한 후 평가 항목을 더하여 평균을 내었고, 일반인 패널은 편협한 평가가 발생할 가능성이 있으므로　디카페인　커피임을 고지하지 않고 맛과 향만 평가하도록 하였다. 각 항목은 최고점을 5점으로 하였다.

구분	전문가					일반인
구분	아로마	산미	풍미	당도	평균	맛	향
실시예1	3.3	3.6	3.5	3.2	3.375	3.9	3.9
비교예1	3.3	3.7	3.5	3.1	3.375	3.9	4.0
비교예2	2.9	2.7	3.1	2.9	2.9	3.6	2.6

전문가에게 디카페인 커피임을 고지하였음에도 실제 카페인 함량은 알지 못한채 평가하였으며, 전문가와 일반인 패널 모두 실시예 1과 비교예 1의 커피가 다른 원두를 사용하였는지 인지하지 못하였다. 반면, 비교예 2의 경우 관능 평가의 평점이 시험예 2의 향 성분 평가와 일치하는 낮은 결과를 얻을 수 있었다.따라서, 본 발명의 디카페인 커피 원두 제조방법에 따를 때, 카페인 함량이 매우 낮도록 추출함과 동시에 맛과 향을 최대치로 유지하면서도 공정 시간을 단축할 수 있어 우수한 경제성이 있음을 확인할 수 있었다.

상술한 다양한 실시예들은 그 기술적 아이디어 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 다양한 실시예들의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 다양한 실시예들의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 다양한 실시예들의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims

(S1) 하측부에 출수구가 마련되고 하부의 이산화탄소 나노버블 발생기로 연결되는 폐쇄형 경로를 갖는 챔버 내 생두를 상기 생두 부피의 0.5 내지 0.8배 양의 60 내지 80℃의 물에서 가압 및 교반하며 5 내지 8시간 불리는 단계;
(S2) 상기 출수부와 이산화탄소 나노버블 발생기 사이의 경로에 마련되는 활성탄 필터로 상기 물을 여과한 후, 상기 여과된 물을 이산화탄소 나노버블 발생기로 이동시키는 단계;
(S3) 상기 여과된 물과 이산화탄소 나노버블을 상기 챔버에 주입하며 3 내지 5 bar의 고압 및 50 내지 70℃의 온도에서 30분 내지 2시간 교반하는 단계;
(S4) 상기 (S2) 및 (S3) 단계를 3 내지 7회 반복하는 단계; 및
(S5) 0.5 내지 1 bar의 저압에서 이산화탄소를 회수하며 상기 생두를 숙성 및 건조하는 단계;를 포함하는 디카페인 커피 원두의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (S1) 단계에서 상기 챔버는 밀폐되어 수증기가 주입되며, 상기 생두를 50 내지 70% 불리는 디카페인 커피 원두의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (S2) 및 (S3) 단계에서 상기 여과된 물은 챔버에 주입되기 전에 이산화탄소 나노버블 발생기에서 탄산수로 마련되어 주입되는 디카페인 커피 원두의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (S4) 단계의 (S2) 및 (S3) 단계의 반복은 총 5 내지 10시간 수행되는 디카페인 커피 원두의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (S5) 단계의 온도는 40 내지 50℃이고,
카테킨 농축액을 상기 생두 중량 대비 5 내지 10중량부 투입하여 숙성 및 건조하는 디카페인 커피 원두의 제조방법.