로스팅에 따른 성분의 변화와 갈변반응

1. 로스팅에 따른 성분 변화

 

(1) 성분의 상대적 변화 (비율)

성분		생두(%)		원두(%)
		전체	가용성 성분	전체	가용성 성분
탄수화물	당분	10.0	10.0	18.0~26.0	11.0~19.0
	섬유소 외	50.0	-	37.0	1.0
단백질		13.0	4.0	13.0	1.0~2.0
지질		13.0	-	15.0	-
무기질		4.0	2.0	4.0	3.0
산	클로로겐산	7.0	7.0	4.5	4.5
	유기산	1.0	1.0	2.35	2.35
알칼로이드	트리고넬린	1.0	1.0	1.0	1.0
	카페인	1.0	1.0	1.2	1.2
휘발성 화합물	가스	-	-	2.0	미량
	향기 성분	-	-	0.04	0.04
페놀		-	-	2.0	2.0
총량		100	26	100	27~35

 

(2) 물리적 성분 변화

① 수분

 커피콩 내부의 온도가 물의 끓는 점 이상으로 상승하면 기화되어 수분이 급격히 감소한다. 로스팅이 진행되면서 수분함량은 10~12%에서 1~2% 정도로 가장 많이 감소한다.

② 가스

 로스팅이 진행되는 과정에서 생두 1g당 2~5㎖의 가스가 발생한다. 가스 성분 중 87%는 이산화탄소(Co2)로, 이는 고온의 열로 인한 건열반응에 의해 생성된다. 가스의 50% 정도는 즉시 방출되나, 나머지는 커피 원두에 남아 있다가 서서히 방출되면서 향기 성분이 공기 중의 산소와 접촉하는 것을 막아준다.




(3) 화학적 성분 변화


① 탄수화물

 탄수화물은 커피 성분 중 가장 큰 비중을 차지하며, 탄수화물 중 가장 큰 비중을 차지하는 성분은 다당류이다. 다당류는 대부분 불용성으로, 세포벽을 이루는 셀룰로스와 헤미셀룰로스를 구성한다. 당류 중 가장 많은 자당은 갈변반응을 통해 원두가 갈색을 띠게 한다. 자당은 플레이버와 아로마 물질을 형성하며, 로스팅 후 대부분이 소실된다. 아라비카종의 경우 로부스타종보다 탄수화물 성분을 두 배 정도 더 함유한 것으로 알려져 있다.

② 단백질

 단백질은 펩타이드, 유리아미노산 등을 포함한다. 유리아미노산은 로스팅이 진행되면서 소실되고 단당류와 반응하여 멜라노이딘과 향기 성분으로 변한다. 유리아미노산은 생두의 0.3~0.8%에 불과하지만 향기 형성에 중요한 성분이 된다.

③ 지질

 대부분 트리글리세이드 형태로 존재하며, 그 밖에 지방산, 디테르펜, 토코페롤, 스테롤 등의 형태로 존재한다. 생두 내부뿐만 아니라 표면에도 왁스 형태로 소량 존재하는 성분으로, 열에 안정적이어서 로스팅에 큰 변화를 보이지 않는다. 지질 성분은 커피 아로마와 관계가 있으며, 로부스타종보다 아라비카종에 더 많이 함유되어 있다. 지질 성분은 다른 중요한 성분과 마찬가지로 커피 향미에 큰 영향을 미치며, 생두를 장기 저장하는 경우 리파아제에 의한 가수분해가 촉진되어 산가가 높아지게 한다.

④ 산

유기산	* 구연산인 시트로산, 사과산인 말산, 주석산인 타타르산, 아세트산 등이 있다. * 유기산은 커피의 신맛을 결정하는 성분이며, 아로마와 커피 추출액의 쓴맛과도 관련이 있다. * 유기산은 아라비카가 로부스타보다 많아 아라비카의 신맛이 더 강하다.
클로로겐산	* 폴리페놀 형태의 페놀화합물에 속하며, 유기산 중 가장 많은 성분이다. * 아스코르브산보다 더 강력한 항산화 작용을 한다. * 로스팅에 따라 클로로겐산의 양은 감소하는데, 분해되면서 떫은맛을 내는 퀸산과 카페산으로 바뀐다. * 일반적으로 아라비카종보다 로부스타종에 더 많이 함유되어 있다.

⑤ 카페인

 카페인은 커피 생두뿐만 아니라 나뭇잎에도 소량 존재하며, 승화 온도가 178℃로 비교적 열에 안정적이다. 로스팅이 진행되면서 카페인 일부가 승화되어 소실되지만, 로스팅에 따른 중량 손실로 인해 원두에서 차지하는 비중은 크게 변하지 않으며, 로스팅에 의한 성분 변화도 적다. 카페인으로 인해 발생하는 커피의 쓴맛은 전체 커피 쓴맛의 10% 정도밖에 되지 않는다. 일반적으로 로부스타종이 아라비카종보다 카페인 함량이 더 많다.

⑥ 트리고넬린

 트리고넬린은 카페인의 약 25% 정도의 쓴맛을 낸다. 열에 불안정하므로, 로스팅이 진행됨에 따라 급속히 감소한다.

⑦ 무기질

 커피에 함유된 무기질 성분 중 칼륨이 약 40%로 가장 많다. 그 밖에 인, 칼슘, 망간, 나트륨 등이 존재한다.

⑧ 수용성 비타민

 수용성 비타민은 로스팅이 진행되면서 아래와 같이 변한다.

비타민	생두 (㎎/kg)	원두 (㎎/kg)
니아신	22.0	93~436
티아민	2.1	0~0.7
리보플라빈	2.3	0.5~3.0
아스코르브산	460~610	-
판토텐산	10.0	2.3

⑨ 휘발성 화합물

 휘발성 화합물은 커피의 향기를 구성하는 성분으로, 가스 방출과 함께 증발·산화되어 상온에서 2주가 지나면 커피 향기를 잃고 사라져 버린다. 휘발성 화합물은 중량의 0.05% 미만인 700~2,500ppm 으로 매우 적은 양을 차지하고 있으나, 종류는 800여 가지 이상이 된다. 아라비카종이 로부스타종보다 더 많이 함유하고 있으며, 로스팅이 진행되면서 풀 시티 로스트까지는 증가하나 프렌치 또는 이탈리안 로스트 정도에 이르면 오히려 감소한다. 커피의 향기는 일반적으로 생두의 품종과 재배 고도, 로스팅 방법이나 정도 등과 관련이 있으며, 커피의 맛에도 영향을 미친다.

2. 갈변반응

(1) 갈변반응의 의미

 

① 갈변반응의 정의

 갈변반응은 식품이 물리적 손상과 조리 또는 가공 및 저장 등의 과정에서 갈색으로 변하는 현상을 말한다. 갈변에는 식물성 식품에서 발생하는 효소적 갈변과 가공식품에서 발생하는 비효소적 갈변이 있다. 커피의 경우 열에 의한 비효소적 갈변반응에 해당하며, 주로 캐러멜화 반응과 마이야르 반응에 의해 발생한다.

② 커피콩의 갈변

 생두를 로스팅 처리하면 다른 식품과 마찬가지로 캐러멜화 반응과 마이야르 반응을 통해 커피콩의 갈변이 이루어진다. 로스팅 과정은 커피의 맛과 향에 큰 영향을 주는데, 로스팅의 정도를 높일수록 커피콩의 색과 향은 짙어지고 단맛은 약해진다. 아라비카와 로부스타의 갈변도를 비교해 보면, 로부스타종보다 아라비카종의 당 함량이 더 높이 때문에 아라비카 원두가 더 짙은 색을 나타낸다.


(2) 커피 갈변반응의 원인

① 캐러멜화

 일반적으로 캐러멜화 반응은 당 성분을 오래 끓일 때 갈색으로 착색되면서 캐러멜화되는 반응을 의미하므로, 커피의 캐러멜화는 생두의 당 성분이 고온으로 가열되면서 열분해나 산화 과정을 거쳐 캐러멜로 변화하는 것을 말한다. 캐러멜화는 마이야르 반응과 달리 열분해에 의해 발생하며, 원두의 색과 향에 큰 영향을 미친다.

② 마이야르 반응

 마이야르 반응은 생두의 당분과 아미노산 성분이 열로 인해 결합하여 갈색으로 변하고 커피 고유의 맛과 향을 생성하는 반응을 말한다. 이는 생두를 로스팅할 때 생두에 포함되어 있는 미량의 아미노산이 환원당인 카르보닐기, 다당류와 작용하여 갈색의 중합체인 멜라노이딘을 만드는 반응을 말한다. 마이야르 반응은 커피 원두의 배전 중에 일어나는 주요 화학반응으로, 아미노-카르보닐 반응이라고도 한다.

③ 클로로겐산에 의한 갈변

 클로로겐산류와 단백질 및 다당류와의 반응으로 고분자의 갈색 색소가 형성된다.