로스팅 중량별 원두 및 콜드 브루 커피의 향기성분과 품질특성 연구 = A Study on the Flavor Compounds and Quality Characteristics of Coffee Bean and Cold Brewed Coffee by Roasting Weight

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 에티오피아 건식법과 습식법 커피를 중량 차이를 두어 로스팅을 진행하고 실온에서 2, 4, 7, 14일간 보관하면서 콜드 브루 커피를 추출하면서 품질특성 및 향기성분의 차이를 확인하고자 하였다.
로스팅 중량이 늘어나면서 동일한 로스팅 정도까지 도달하는 소요 시간은 점차 늘어났다. 콜드 브루 커피의 pH는 로스팅 증량 증가에 따라 높게 나타났고 보관 기간에 따른 콜드 브루 커피의 pH 변화는 감소하는 경향을 보였으나 가공 방식에 따른 pH차이는 크지 않았다. 수용성 고형분의 함량 또한 모든 시료에서 2.2~2.4 범위 내에서 큰 차이를 보이지 않았다. 갈색도는 로스팅 중량이 늘어날수록 감소하였고 보관 기간에 따른 변화는 기간이 늘어나면서 추출한 콜드 브루 커피의 갈색도는 감소하였다.
콜드 브루 커피의 클로로겐산 함량은 투입 중량이 늘어남에 따라 감소하였으나 보관 기간에 따른 콜드 브루 커피의 클로로겐산 함량은 소폭 변화는 있으나 시료 간 큰 차이는 없었다. 카페인 함량 변화는 대부분의 시료에서 일정한 경향을 보이지 않았고 트리고넬린 함량은 대부분의 시료에서 로스팅 중량 증가에 따라 감소하였다.
콜드 브루 커피에서의 유기산은 formic acid, acetic acid, citric acid, malic acid, quinic acid, fumaric acid 6종을 측정하였고 추출양은 quinic acid > acetic acid > citric acid > formic acid > malic acid > fumaric acid 순으로 추출되었다. 크로로겐산 분해산물인 quinic acid는 로스팅 시간이 길어지면서 증가한 반면 다른 유기산 들은 로스팅 시간이 길어지면서 전반적으로 감소하였으며 보관 기간에 따른 유기산 변화량은 일정하진 않으나 기간이 늘어남에 따라 대체적으로 감소하는 경향을 보였다. 건식법 콜드 브루 커피와 습식법 콜드 브루 커피의 유기산 함량은 건식법 콜드 브루 커피에서 비교적 높게 나타났다.
총 페놀 함량 및 DPPH radical 소거활성 결과 건식법 콜드 브루 커피와 습식법 콜드 브루 커피에서 동일하게 로스팅 시간 증가와 더불어 유의적으로 감소하였으며 로스팅 시간에 따른 클로로겐산 함량 감소와 동일한 경향을 보였다.
HS-SPME로 총 50종의 향기 성분을 동정하였으며, 건식법 에티오피아 커피 분말의 구운향 계열, 너티향 계열, 꽃향 계열 및 과일향 계열은 N800까지는 증가하다가 N900에서는 감소하였고 비교적 분자량이 무거운 단향 계열은 중량이 증가에 따라 피크면적이 증가하였다. 보관기간에 따라서는 4일차부터 꾸준히 감소하는 경향을 보였다. 신향 계열은 N800까지는 감소하다가 N900에서는 증가하였고 보관기간에 따른 변화 과정은 4일차까지 감소하다가 7일차부터는 일정한 양이 꾸준히 방출되었다. 탄향 계열의 2-Furanmethanol은 로스팅 시간에 따라 감소하였고 소량의 2-Methoxyphenol은 다른 향기 성분 계열과 비슷하였다. 습식법 에티오피아 커피 분말의 향기성분은 피크면적의 차이가 있을 뿐 대체적으로 건식법 커피 분말과 비슷한 경향을 보였으나 꽃향 계열의 성분인 Linalool oxide I, Linalool oxide II의 경우는 건식법 커피 보다 적었고 Linaloo의 경우 더 많았는데 가공방식에 따른 향기의 차이를 설명할 수 있는 중요한 향기 성분이었다. Maltol을 제외한 단향 계열은 변화 경향은 건식법과 동일하나 상대적으로 적은 면적의 피크를 갖고 있었다.
콜드 브루 커피의 경우 2-Furanmethanol, acetate와 linaloo를 제외하고 대체적으로 원두 분말에서의 향기 성분에 비해 감소하였으며, 차이가 크진 않으나 900 g 로스팅 시료로 제조시 보다 많은 향기 성분이 동정되었다. 습식법 콜드 브루 커피의 향기 성분 측정 결과도 건식법 에티오피아 커피 분말로 추출한 콜드 브루 커피의 결과와 각각의 향기 성분 피크면적의 차이가 있을 뿐 대체적으로 비슷한 경향을 보였다. 단향 계열은 대부분 건식법 커피에 비해 적은 면적의 피크를, 신향 계열은 건식법 커피에 비해 상대적으로 넓은 피크 면적을 보유하였으며 이와 같은 분석 결과를 토대로 건식법 커피와 습식법 커피의 특징적인 향이 각각 단향과 신향 이라는 것을 알 수 있었다.
건식법 콜드 브루 커피의 관능 특성은 flavor, sweetness, body는 로스팅 시간의 증가에 따라 증가하였으나 N900과 N800 간에는 유의적 차이가 없었으며 전반적인 기호도(overall)에서도 동일한 결과를 보였다. acidity의 경우는 시료간 유의적인 차이가 없었다. 습식법 콜드 브루 커피의 기호도 차이는 시료간 유의적 차이가 없는 acidty와 body를 제외하고 건식법 콜드 브루 커피의 경우와 동일하게 대부분 W900과 W800 에서 높은 기호도를 나타내었다.
이러한 결과를 바탕으로 로스팅 소요시간에 따른 향기성분 및 품질특성 차이를 보다 구체적으로 밝혀낼 수 있었으며 소규모 로스터리 카페에서 적용가능한 기본 데이터 제공이 가능할 것으로 보인다. 그러나 대규모 로스터에서도 본 연구의 결과가 적용 가능한지에 대한 여부는 향후 추가로 연구를 진행해야할 필요가 있을 것으로 생각된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 이론적 고찰 3
• 1. 커피 3
• 1) 커피의 정의 3
• 2) 아라비카종 커피 5
• 3) 커피의 주요 생리활성 성분 7
• 4) 커피 로스팅 10
• 5) 커피의 향기성분 12
• 2. 커피의 가공방식 14
• 1) 건식법(Dry method, Natural processing) 14
• 2) 습식법(Wet method, Washed processing) 14
• 3) 펄프드 네추럴(Pulped natural method) 15
• 4) 세미 워시드(Semi washed method) 15
• 3. 에티오피아의 커피 16
• 1) 에티오피아 커피의 정의 16
• 2) 이르가체페 지역의 커피 17
• 4. 콜드 브루 커피 19
• 1) 콜드 브루 커피의 역사 19
• 2) 콜드 브루 커피의 특징 19
• 3) 콜드 브루 커피에 관한 연구 현황 20
• Ⅲ. 실험재료 및 방법 21
• 1. 실험재료 21
• 1) 커피 생두(Green Beans) 21
• 2. 시료 제조 22
• 1) 커피 로스팅 22
• 2) 콜드 브루 커피(Cold brew coffee)의 제조 22
• 3. 실험방법 24
• 1) 콜드 브루 커피의 이화학적 성분 분석 24
• (1) pH, 당도 측정 24
• (2) 갈색도 측정 24
• (3) 클로로겐산, 카페인, 트리고넬린 함량측정 24
• (4) 유기산 함량측정 26
• 2) 콜드 브루 커피의 항산화성 분석 28
• (1) 총 페놀성 화합물 함량 측정 28
• (2) DPPH radical 소거활성 측정 29
• 3) 커피분말 및 콜드 브루 커피의 향기성분 분석 30
• (1) Headspace SPME에 의한 향기 포집 30
• (2) GC/MS 분석 30
• 4) 로스팅 시간에 따른 콜드 브루 커피의 관능특성 평가 32
• 5) 통계처리 33
• Ⅳ. 결과 및 고찰 34
• 1. 커피 로스팅 34
• 1) 건식법 커피 로스팅 결과 34
• 2) 습식법 커피 로스팅 결과 37
• 2. 콜드 브루 커피의 이화학적 성분 40
• 1) 콜드 브루 커피의 pH, 당도, 갈색도 40
• 2) 클로로겐산, 카페인, 트리고넬린 함량 43
• 3) 유기산 함량 47
• 3. 콜드 브루 커피의 항산화능 53
• 1) 총 페놀성 화합물(total phenolic compounds) 함량 53
• 2) DPPH radical 소거활성 55
• 4. 커피 분말과 콜드 브루 커피의 향기성분 58
• 1) 커피 분말의 향기 성분 58
• 2) 콜드 브루 커피의 향기 성분 78
• 5. 관능검사 93
• Ⅴ. 요약 및 결론 95
• 참고 문헌 99
• Appendix 106
• Abstract 155

참고문헌 (Reference)

1 배재란, "null", 동국대학교 일반대학원 석사학위 논문, 2014

2 서연덕, "null", 성균관대학교 일반대학원 석사학위 논문, 2016

3 장상문, "커피학", 광문각. p 33, 2006

4 유대준, "Coffee Inside", Lion. p 5-127, 2013

5 김윤태, "커피학개론", 광문각. p.15, 2010

6 김은실, "커피학개론", MJ미디어. p.140, 2015

7 박영순, "월간 샘터 559", 52-53, 2016

8 사단법인 한국커피협회, "로스트마스터", (주)커피투데이. p 76, 2013

9 최영하, "홈메이드 커피", 알에이치코리아. p.163, 2014

10 전광수, "전광수의 커피로스팅", 아이비라인, 2008

11 사단법인 한국커피협회, "커피 바리스타 기본서", (주)커피투데이. p 21, 2015

12 이혜은, 정승은, "아프리카 커피산업 동향", 한국농촌경제연구원 기 타연구보고서. 145: 137-161, 2012

13 신혜경, 이상규, "커피 향미의 원천 그린커피", (주)커피투데이. p 37, 2015

14 김재환, "HPLC를 이용한 생커피 추출물의 클로로겐산 시험방법", 중앙대학교 의약식품대학원 의약식품학과 건강 기능식품 관리전공 석사학 위논문, 2010

15 김희연, "HPLC를 이용한 카페인 분석법 개발 및 식품중 함유 량 조사", 한국식품과학회지, 31(6),1471-1476, 1999

16 Kim BH, Lee KH, "Taste Change and Preference Analysis of Dutch Coffee by Grinding Coffee Bean", 2014년 한국산학기술학회 추계 학술발표논 문집, 2014

17 김상은, 이상원, 이문조, 염동민, 김종환, "커피원두의 배전강도에 따른 품질 특성 및 향기성분에 관한 연구", 한국식품영양과학회지, 42(2), 225-261, 2013

18 장진영, "정기적인 운동훈련시 커피섭취가 운동유도 산화 스트레스 하에서의 에너지원 이용과 항산화활성에 미치는 영향", 덕성여자대학교 대학 원 식품영양학과 석사학위논문, 2010