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제목 커피 발아와 발효의 기제 및 이들의 커피, 커피 음료 품질에 미치는 영향에 대한 개관
작성자 커피리브레 (ip:)
  • 작성일 2017-08-18
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  • 조회수 132
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커피 발아와 발효의 기제 및 이들의 커피, 커피 음료 품질에 미치는 영향에 대한 개관

 

원제 : Overview on the mechanisms of coffee germination and fermentation and their significance for coffee and coffee beverage quality

 

저자 : Deborah M. Waters, Elke K. Arendt, and Alice V. Moroni

 

요약 :

 커피 품질은 복합적인 개념으로서 물리적, 관능적 변수의 영향을 받는다. 씨앗이 원두로 가공되는 연속적인 복합 변이 과정은 필연적으로 커피의 음료 속성에 영향을 미친다. 커피콩의 발아와 발효는 수확 후 처리 중 일어나는 두 가지 생물학적 과정으로서 커피의 속성에 상당한 변화를 일으킨다. 본 리뷰에서는 이들 두 과정의 역학에 대해 현재 파악된 내용을 살펴보고 이들이 커피콩 변화에 기여하는 정도와 품질에 미치는 영향에 대해 알아보고자 한다. 먼저 발아와 발아가 커피 화학 및 커피 품질에 미치는 영향에 대해 개괄한다. 발아는 난저장성 종자인 커피씨앗이 열매 안에 있을 때 시작된다. 이 과정은 비동기적이며 발아 진행은 커피콩의 처리 형태에 따라 달라진다. 발아 중에는 다양한 대사반응이 일어나며 이는 씨앗의 탄수화물, 단백질, 지질 조성에 영향을 미친다. 다음으로 수확 후 과정에서 씨앗과 관련된 미생물에 초점을 두어 이들이 커피 품질과 안정성에 미치는 영향에 대해 살펴본다. 커피 열매 및 커피콩과 관련된 미생물은 박테리아, 효모, 균류로서 열매에서 커피콩으로의 처리 과정에 영향을 미친다. 과육/점액질의 분해에는 자체 함유된 박테리아와 효모가 역할하며 이들 미생물의 대사는 커피의 관능 속성에 영향을 미친다. 다른 한편으로, 수확 후 및 보관 중 나타나는 균류는 특히 썩음, 악취, 독성 물질인 마이코톡신 생성과 관련하여 커피 품질에 악영향을 미친다.

 

 

주요 내용 :

 - 품질 영향 인자와 원인에 대하여 : 산지에서의 커피 작업 중 수확 후 처리(postharvest)는 최종 제품 특성에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 여겨지고 있음. 연구에 따르면 동일한 커피라도 수세식, 건식 처리한 경우 품질과 조성이 다르게 나타났으며 조성 변화는 발아를 비롯한 대사활동에 의한 것으로 여겨지고 있으며 이외 각 처리 공정 중 나타나는 발효 과정 중 미생물 또한 영향을 미치는 것으로 보임

 

 - 발아 조건에 대하여 : 최근 커피 씨앗은 저장성(orthodox) 과 난저장성(unorthodox = recalcitrant) 의 중간자적인 종자로 분류하고 있음. 발아 관련 특성으로 저온 건조시 종자가 해를 입으며, 적정 환경이 나타날 때까지 발아를 중단하는 형태로 휴면기가 나타남 (생리적 휴면). 생리적 휴면에는 아브신산(ABA)과 과육의 삼투압이 영향을 주는 것으로 보임

       씨앗 발아는 팽윤 (최대 3일간) – 배젖 융기 (5일차) – 뿌리 외부 돌출 을 포함한 8단계로 정리되고 있음. 대사 변화는 뿌리 외부 돌출 전에 일어나며 단백질 탈수, 구조 변화, 호흡, 세포 신장 등이 일어남. 초기 5일간, 배가 배젖의 세포벽에서 수분을 흡수하면서 배젖 세포벽을 약화시키고, 내압이 커진 배가 배젖을 뚫고 드러남. 또한 배 주변 세포에서는 일부 효소 활동에 의한 탈수로 인해 세포가 유연해지면서 배가 드러날 수 있게 도와 줌.



       발아 과정에는 빛, 온도, 수분이 영향을 미치는데, 종별로 기원하는 산지 환경이 저장성에 영향을 미치는 것으로 보임. 온난 건조한 환경의 아라비카종에 비해 고온 습윤한 환경의 리베리카종이 보다 난저장성임. 아라비카종 씨앗의 최적 생존 조건은 수분 함량 10-11%, 10도 조건이며 수분 함량이 높을 경우 생존에 나쁜 영향을 미침.

 

 - 발아 관련 호르몬에 대하여 : 지베렐린(Gibberellin, GA) 은 세포 신장 제어호르몬으로서 배세포 신장과 배젖 약화에 영향을 줌. 아브신산(Absiscic acid) 은 세포 분화 제어 호르몬으로서 세포 팽윤 중 생성되어 배젖 약화기 초기에는 배 성장 잠재력을 제어하고 후기에는 엔도-만난 활동을 억제하는 것으로 보임. 이후 실험에서는 팽윤기 동안 베타 튜불린 축적을 막고 세포 성장과 분화, DNA 복제 및 미소관 형성을 막는 것으로 나타남.

 

 - 처리 중 발아 진행에 대하여 : 수세 처리에서는 과육 제거로 인한 억제 성분의 활동 정지로 인해 발효 첫날에 발아가 개시됨. 건식 처리에서는 과육의 삼투 포텐셜 약화로 인해 처리 수 일 후에서야 발아가 개시됨

 

 - 커피열매의 성장 중 조성 변화에 대하여 : 초기에는 배젖과 외배유 내 자유당이 축적되며 당 알코올과 올리고당은 큰 변화가 없음. 씨앗 성장기에는 셀룰로스와 아라비노갈락탄이 주요 다당류가 되면서 만난 합성이 증가함. 갈락토만난은 분해활동은 줄어들고 축적활동이 진행되면서 함량이 초기 총 탄수화물 대비 10%였다가 50%까지 증가함.

갈락토만난의 증가는 갈락토스를 배출하는 효소 알파-갈락토시다제(α-galactosidase, α-Gal)의 활동량 증가로 인한 것이며, α-Gal 의 활동은 배젖이 단단해지는 시기와 일치함. 또한 α-Gal 활동은 커피 씨앗이 팽윤할 때에는 낮다가 발아가 진행되면 증가함

엔도-베타-만나아제(endo-β-mannanase, man)는 세포벽 다당류 대사에 필수적임. 커피콩의 발아 중에는 man 암호화 유전자가 발현하면서 man 활동이 시작됨.

 

- 발아 중 질소 화합물 대사에 대하여 : 발아 중 효소적 수화 작용에 의하여 펩티드/아미노산이 전위대면서 배 성장에 쓰임. 커피콩의 아미노산은 발아 과정 동안 50% 이상 감소하지만 단백질 총량은 변화가 없음. 티로신은 유일하게 발아 중 수치가 증가하는 아미노산임

 

- 지방 변화에 대하여 : 수확 후 기간 동안 자유 지방산(free fatty acid, FFA) 과 자유 디테르펜은 변화할 수 있음. 발아 중 리파제(lipase) 활동이 보고되었음. 또한 저장 중 수분과 온도에 의해 FFA 방출이 일어남.

 

- 수세 처리에 대하여 : 수세 발효는 저온, 공기가 없는 환경에서 진행되며 내부 점액질이 미생물 성장 매질이 됨. 발효에 관여하는 주요 미생물은 락트산 박테리아(lactic acid bacteria, LAB) 와 그람 음성류의 Kleibsella, Flavobacterium, Erwinia spp. 박테리아 외 Saccharomyces, Pichia, Candida 의 이스트임.

       미생물은 유기산을 생성하며 유기산은 과육을 이동하여 커피콩의 품질에 영햐을 줄 수 있음. 부틸산, 프로피온산, 아세트산이 많아질 경우 alcoholic, stinker 맛이 남. 말산, 시트르산이 많아질 경우 좋은 산미가 날 수 있음. 이스트는 pH4.5-5.5 에서 활동성이 크며 발효시의 산 발생이 이스트의 점액질 분해에 좋은 환경을 만들어 주는 것으로 보임.

 

- 건식 처리에 대하여 : 건식 처리는 상온, 공기가 있는 환경에서 진행되며 발효는 총 20일 정도 걸림. 발효에 관여하는 미생물은 수세 처리 대비 다양하며 미생물 발생량은 처리 단계, 열매와 커피콩 내 수분 함량에 따라 달라짐. 8일차를 기점으로 이전에는 박테리아 활동, 이후에는 이스트 활동이 주가 됨. 건식 처리에서 발견된 미생물은 반건식 처리에서도 발견되고 있음.

건식 처리 후 말린 커피의 저장에 대하여 : 건조된 커피의 보관 기간 동안 균류가 상당수 지속하여 남아 있음. 폴리스티렌 포장 내 보관된 커피콩에는 박테리아가 주요 미생물인 반면 주트 포대 내 보관된 커피콩은 그렇지 않음. 이는 보관 환경의 공기 유무 때문인 것으로 보임.

 

- 균류에 대하여 : 사상균류는 발효 과정에 주된 역할을 하지 못하며 발효 막바지 내지는 건식 처리된 커피콩의 저장 시기에만 나타남. 독성 물질인 오크라톡신 A (ochartoxin A, OTA) 를 발생시키는 주요 균류는 Aspergillus ochraceus 등임. 커피콩 내 독성 곰팡이 존재와 마이코톡신류 생성이 직접적인 관계가 있는 것은 아니지만 균류 성장을 억제하면 오염 위험을 줄일 수 있음

       균류의 맛 영향에 대하여 : A. Nigri, A. westerdijikiae 는 나쁜 맛을 유발하는 것으로 보임. 브라질 커피의 Rio 도 곰팡이류에 의한 것으로 보임.

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