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제목 유리전이온도에서의 변화와 동인에 관한 연구 (2004)
작성자 커피리브레 (ip:)
  • 작성일 2017-06-22
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  • 조회수 201
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최근(2004) 커피 로스팅 기술상의 발전상

 

원제 : Recent Developments in Coffee Roasting Technology

 

저자 : R. PERREN, R. GEIGER, S. SCHENKER, F. ESCHER

 

요약 :

커피콩을 볶으면 자체 구조 및 미세 구조에 커다란 변화가 일어나 커피콩의 부피가 뚜렷하게 커진다. 부피 팽창은 저장 중 성분 이동에 영향을 미치므로 저장 중 커피콩의 품질 변화와 관련하여 중요도가 높다.

 

이러한 이유에서 부피 팽창 메커니즘에 대한 연구가 진행되었다. 로스팅 중에는 만난, 아라비노갈락탄, 셀룰로스와 같은 몸체를 지탱하는 세포벽 중합체들이 고무 상태로 변하면서 커피콩이 쪼개지지 않고 부피가 어느 정도 달라질 수 있게끔 해 준다. DMTA 자료를 통해, 세포벽 중합체과 커피콩에 대한 상태를 표현할 수 있게 되었고, 부피 팽창이 가능한 유연한 상태를 만들어 주는 조건을 알아낼 수 있었다.

 

부피 팽창이 일어나려면 구조적 저항력 외에 팽창을 이끄는 힘이 필요하다. 로스팅 중에는 상당량의 수분과 건조 물질이 생성된다. 고온 급속 (260, 170) 환경 및 저온 저속 (228, 720) 환경에서 로스팅할 경우 생성되는 이산화탄소와 수분을 배기 가스 쪽에서 근적외선 흡수 기법(NIR) 을 사용하여 실시간 관찰하였다. 두 경우 모두, 로스팅이 끝나기 전에 수분 증발율이 최대치에 이르렀으며 그 원인은 원래 포함된 수분이 증발한 데 있었다. 고온 급속 환경에서는 180-200도 위에서 이산화탄소 발생율이 지수 곡선을 따라 증가한데 비해 저온 저속 환경에서는 180-200도 위에서 로스팅이 끝날 때까지 이산화탄소 발생율이 일정하게 나타났다.

 

마지막으로, 전체 질량 감소분 중 이산화탄소와 수분의 무게비를 계산하였으며 로스팅이 진행되는 동안의 성분 이동에 대해 알아내었다.  

 

주요 내용 :

커피콩은 130-170도에서 저장탄성값이 급 하강함. 이는 커피콩의 조직이 부드러워져 유리상태에서 고무상태로 변환되고 있음을 나타냄. 200-230도에서는 저장탄성값이 다시 상승하지만, 212-217도 에서부터 성분 용융으로 인해 상승이 멈춘 후 다시 단단해짐.


 

유리전이 온도범위는 초기 수분 함량과 높은 관계가 있음. 수분함량이 낮을 경우(3%) 보다 높은 온도에서 고무상으로 전이(190) 및 유리상(140)으로의 전이가 일어나며 수분함량이 높을 경우(10%) 보다 낮은 온도에서 각각 전이(125, 110) 가 일어남.


 

연구진은 커피콩의 몸체를 구성하는 아라비노갈락탄, 만난, 셀룰로오스에 대해 각각 온도에 따른 저장탄성을 확인하였음. 셀룰로오스는 큰 변화가 없었으며 만난은 200도 이하에서 커피콩의 저장탄성 변화와 유사한 변화를 보였음 아라비노갈락탄은 210도 이상에서 완전 용융함. 이는 커피콩이 212도 이상 될 때 용융으로 인한 상태변화와 관련 있는 것으로 보임. 연구진은 만난 60% + 아라비노갈락탄 20% + 셀룰로오스 20% 의 합성을 커피콩 구조와 유사한 체계로 제시함


온도-시간을 달리하여 (각각 260-170, 228-720) 동일 로스팅 정도(L 22-23)로 볶은 커피의 경우, 저온 저속 로스팅은 초기 수분 감소와 로스팅 감소값이 크다가 이후 기울기가 감소하는 형태롤 보임, 고온 고속 로스팅의 경우 작업시간이 짧기에 저온 저속 로스팅의 앞부분 영역에서의 움직임만 나타남, 결과적으로 기울기에 큰 변화가 없이 수분 감소와 로스팅 감소율이 유지됨  / 이산화탄소 형성의 경우 로스팅 방식 차이에 따른 발생 양상 차이가 크지 않았음

 


 

연구진은 부피 팽창을 수분 증발 및 기체 발생과 연계하여 도해하였음 : 수분 증발은 부피 팽창의 큰 동인으로 나타남 / 다만 고온 고속 로스팅에서 부피 팽창율 최대값은 수분 증발 최대치보다 먼저 나타났음 / 이산화탄소의 역할을 크지 않지만 고온 고속 로스팅에서는 로스팅이 끝나는 시점에서 의미가 있는 것으로 보임.

 


 

 

참조 :

고분자 물질은 온도가 올라가면서 성상이 달라짐. ) 유리전이온도를 넘어서면서 분자사슬이 부분적으로 유동적으로 변하고 ㄴ) 결정화온도를 지나면서 성분의 결정화가 이루어지며 ㄷ) 용융온도를 넘어서면 결정이 분해됨. 이후 화학적 반응 등을 거치다 분해온도 내지 증발온도를 넘어서면서 분해 또는 증발함.

 

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