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레포트 | 생두를 발효할 때 작용하는 락트산 박테리아(LAB)가 휘발성 커피 물질에 미치는 영향
날짜
2018-10-23 15:09:32
조회
263

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생두를 발효할 때 작용하는 락트산 박테리아(LAB)가 휘발성 커피 물질에 미치는 영향

원제 : Potential of lactic acid bacteria to modulate coffee volatiles and effect of glucose supplementation: Fermentation of green coffee beans and impact of coffee roasting

 

저자 : Chenhui Wang, Jingcan Sun, Benjamin Lassabliere, Bin Yu, Feifei Zhao, Fangju Zhao, Ying Chen, Shao Quan Liu

 

요약 :

  배경 : 커피 열매의 발효 중 자연히 나타나는 미생물 활동은 커피 향미에 유의한 영향을 미친다. 생두의 통제 발효 중 락트산 박테리아가 향미에 미치는 영향에 대해서는 아직 연구가 진행되지 않았다.

  결과 : 글루코스 1% w/w 첨가 또는 첨가하지 않은 상태에서 Lactobacilus rhamnosus HN001 에 의한 발효를 일으킨 결과 생두의 향미 관련 성분이 변화하였으며, 이로써 로스팅 중 커피의 휘발성 물질도 변화하였다. 락트산 박테리아는 글루코스와 프럭토스를 대부분 소모하고 수크로스를 남긴다. 아미노산, 말산, 시트르산, 숙신산은 부분적으로 이화된다. 글루코스를 보충할 경우 락트산 생성량은 많아지지만 아세트산 생성은 억제된다. 235도에서 9, 12, 15분간 로스팅한 다음, 글루코스를 보충한 커피 발효에서 푸르푸랄(furfural) 수치는 대조군(글루코스를 보충하지 않고 생두를 발효시키지 않은 것)에 비해 각각 10.5, 2.7, 1.1배 높았다. 나아가, 대조군의 피라진 수치는 실험군에 비해 각각 11.9, 10.1, 6.5배 높았다. 글루코스를 보충한 발효한 커피를 사용한 원두는 카라멜과 탄 느낌이 강하나 견과류 느낌은 약했다. 글루코스를 보충하지 않고 발효한 커피를 사용한 원두는 휘발성 물질 생성량이 일반적으로 줄어들어 전체적인 향이 보다 부드러워졌다.

  결론 : 생두를 락트산 발효하는 공법은 커피 향미를 바꾸어 고급스런 향미 특성을 만들어 내는 새로운 전략이다.

 

배경 :

  생산지에서 진행되는 수확 후 처리 과정에는 박테리아, 이스트, 곰팡이가 작용하며, 이에 대해서는 최근 10년 사이 많은 발견이 있었다. 시간대, 처리법, 환경, 지역별로 어떤 미생물이 주종을 이루는지, 각 미생물 종 또는 균주가 향미에 어떠한 영향을 주는지는 물론, 특정한 균주를 주입하여 원하는 향미를 이끌어 내려는 시도 또한 진행되어 왔다. 아카이브에서는 지난 수 개월 동안 위 주제에 관해 주요 논문을 다루어 왔다.

  이번 글은 위와 같은 지식 정보를 바탕으로 이러한 커피 처리 과정을 확대하여, 생두를 다시금 발효시키는 것에 관해 다루고 있다. 싱가포르 대 화학 및 식품 과학 담당 왕 첸후이 팀은 생두에 락트산 박테리아(LAB)를 투여하여 발효한 경우 향미 변화가 일어나는지에 대해 연구하였다. 락트산 박테리아는 대사산물로 락트산을 주로 생성하는 박테리아를 총칭하는 말로 보다 일반적인 표현은 락트산의 한자어 표현을 사용한 '유산균' 이다. 이들은 유기산을 생성하여 pH 수치를 낮추고 과산화수소와 항생 성분을 만들어 내어 독성 박테리아 성장을 억누르는 것으로 알려져 있다. 연구진은 이 락트산 박테리아를 종균으로서 생두에 직접 투여하는 방법을 시도했다.

  실험에 사용한 종균 Lactobacilus rhamnosus 는 유제품에서 유리된 것으로 여러 글을 통해 락트산과 디아세틸 생산에 적합한 미생물로 꼽혀 왔으며 시리얼, , 두유, 과실음료 등 여타 음식물의 발효에서 왕성하게 번식하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 이들이 먹이로 삼는 글루코스를 보충 또는 보충하지 않은 상황에서 생두에 어떠한 성분 변화가 일어나고, 그것이 로스팅 결과 어떻게 향미에 영향을 미치는지 알아보려 했다.

 

주요 내용 :

 - 실험 내용 :

  연구진은 생두 1kg 를 탈이온 처리한 물 2.2kg 에 넣어 30분간 끓인 다음 실온으로 식혀 수분 함량은 54%로 맞추었다. 글루코스 보충 실험군을 만들기 위해 멸균한 33%(w/v) 글루코스 수용액을 100ml 넣어 농도를 1% (w/w) 로 맞추었고 대조군은 증류수를 100ml 넣었다. 종균 접종을 위해 동결 건조된 종균을 배양액에 담아 37도에서 24시간 배양한 다음 다시 냉각하여 보존해 두었다가 다시 배양액에 넣어 37도에서 24시간 재배양시켰다. 종균 투입양은 초기 개체군이 7.5 log CFU/ml 가 되도록 하였고 배양은 37도에서 72시간 진행하였다. 종균 투입 후 0, 12, 24, 48, 72 시간째에 생두와 용액을 채취하여 자료를 측정하였다. 분석 전 커피생두는 수분 함량이 7% 될 때까지 건조시켰고 용액 또한 수분을 제거하였다. 로스팅은 제네카페 로스터를 사용하여 진행하였고 235도 조건에서 약, , 강 로스팅에 대응되도록 9, 12, 15분 진행하였다.

 

  해당 실험에 대해 연구진은 앞서 생두가 단순히 적셔진 상태에서는 종균이 자라지 못했다는 연구 결과를 들어 생두가 '물에 담겨 있는' 상황을 만들었다고 언급하였다. 

 

- 실험 결과 :

  실험군의 pH 값은 유의하게 낮아졌으며, 글루코스를 보충한 쪽은 LAB 성장세 및 pH값 하락 속도가 유의하게 더 높았다. LAB 성장세는 첫 12시간째에 가장 높았다.

  생두의 수용성 당류는 수크로스가 가장 많고 글루코스, 프럭토스는 유의한 수준으로 존재하는데, 실험군에서 글루코스와 프럭토스는 거의 고갈(98%, 100%)된다. 수크로스는 발효로 소모되지 않는다.

  대조군의 유기산은 시트르산, 말산, 퀸산, 숙신산, 락트산 순으로 존재하고 아세트한은 탐지되지 않는데, LAB 실험군은 락트산과 아세트산을 유의하게 생성해 낸다. 그에 비해 시트르산은 글루코스를 보충하지 않은 경우 거의 고갈, 보충한 경우 35% 사용으로 나타났다. 실험군의 말산, 숙신산, 퀸산도 유의하게 줄어들었다.

  생두 발효 중 5-카페오일퀸산(5-CQA)은 감소하고 카페인산은 증가하는데, 5-CQA 가 감소하는 만큼 카페인산이 증가하지는 않았다.

  커피의 아미노산 18종은 대부분 유의하게 감소했고 특히 류신, 이소류신, 메티오닌은 흔적 수준으로까지 감소했다. 글루코스를 보퉁한 쪽의 아미노산 소모가 더 많았다.

  종균이 생성하는 휘발성 물질은 아세트산이며 디아세틸, 아세토인, 3-메틸부타오인산, 2-페닐에탄올이 소량 생성되는데, 실험 결과 생성되는 휘발성 물질의 종류는 한정적이지만, 디아세틸, 아세토인, 아세트산이 유의하게 늘어났다.

 

- 로스팅 결과 :

  글루코스를 보충한 실험군은 글루코스를 넣지 않은 실험군 및 대조군에 비해 보다 어둡게 로스팅되었다.

  모든 로스팅 정도에서 LAB 가 휘발성 물질에 미치는 영향이 관찰되었고, 글루코스 보충의 영향도 나타났다. 휘발성 물질의 총량은 12(중로스팅)이 가장 높았다.

  퓨란(푸르푸랄, 5-메틸푸르푸랄, 푸란메탄올) 물질은 글루코스를 보충한 실험군이 유의하게 더 높았으나 이쪽은 강로스팅으로 가면서 함량이 줄어들었다. 글루코스를 보풍하지 않은 실험군은 대조군에 비해 함량이 낮았다.

  피롤 물질은 퓨란과 유사하게, 글루코스를 보충한 실험군에서 함량이 놓고 보충하지 않은 실험군은 대조군에 비해 낮게 나타났다.

  피라진은 대조군이 유의하게 더 높게 나타났으며 일부 피라진 물질은 글루코스를 보충한 실험군에서는 탐지되지 않았다. 글루코스를 보충하지 않은 쪽은 감소 정도가 낮았다.

 

- 결론 :

  글루코스를 보충한 실험군의 향미는 caramelic, burnt 는 강하고 nutty 는 약하게 나타났으며 보충하지 않은 실험군은 전체 향미가 보다 부드럽게 나타났다.

  실험군의 산미는 뚜렷이 더 강하게 나타났으며, 연구진은 이 점을 들어 고급화 전략 가능성이 있다고 보고 있다.

 

인용 (MLA) :

 Wang, Chenhui, et al. "Potential of lactic acid bacteria to modulate coffee volatiles and effect of glucose supplementation: Fermentation of green coffee beans and impact of coffee roasting." Journal of the Science of Food and Agriculture (2018).

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