그린커피 수확시기에 따른 조성과 볶음도에 의한 변화가 관능에 미치는 영향 연구 = The Comparative Analysis of Major Chemical Constituents in Green Coffee Differentiated by Harvesting Time and Roasting Temperatures that Affect Coffee Quality

국문 초록 (Abstract)

커피 열매의 성숙도는 커피의 품질을 식별할 수 있는 일차적 기준이다. 통상적으로 커피재배 지역에서 열매를 수확할 때 잘 익은 붉은 색깔을 보면서 일일이 손으로 따야만 완숙 커피 열매의 씨앗을 얻을 수 있다. 그러나 직접 커피 재배를 하지 않고 소비하는 커피 수입 국가에서는 이미 가공 된 커피만을 접하기 때문에 그린커피의 품질을 가늠할 수 있는 평가기준이 사실상 애매모호하다고 할 수 있다.
일반적인 커피상식으로는 빨간색 커피체리가 가장 좋은 커피라고 하지만 단순히 열매의 색깔만으로 품질을 정의하기에는 커피가 함유하고 있는 다양한 성분과 그 밖의 여러 가지 변수들이 존재 한다. 좋은 품질의 그린커피 뿐만 아니라 자체 성분들을 잘 살려주는 볶음기술, 그 외에 향미를 증가시키는 추출기술등도 그 변수들 가운데 하나이다.
실제로 수확시기가 다른 그린커피를 가지고 이화학적 성분들을 분석한 후 관능평가를 진행한 논문들이 존재하지만, 성분 간의 관련성이 커피 맛에 미치는 영향을 연구한 논문들은 엄밀히 말해 그 정확성이 떨어지며 기준도 분명치 않은 것으로 보인다. 무엇보다도 다른 나라에서 적용되어진 기술을 제대로 검증하거나 정리하지 않은 상태에서 학습 및 실제 산업현장에 적용하고 있는 우리나라의 현실이 아쉽다.
본인은 이 논문에서 커피의 성숙도와 밀접하게 연결되어 있는 식물 방어체제 물질인 카페인, 트리고넬린, 클로로겐산 및 커피의 향미를 좌우하는 주요 비휘발성 물질인 유기산, 유리당, 아미노산등을 구체적으로, 또한 총체적으로 연구하기 위해 본 연구를 실시하였다.
일단 수확되어 세척한 커피는 그 볶는 과정에서 무수한 화학적 변화를 가져올 수 있음에도 불구하고 보통은 2-3가지 정도로 단순한 볶음도의 기준을 가지고 평가한 자료들만 있기 때문에 좀 더 많은 단계적 변화를 구체적으로 다룬 연구의 필요성을 느끼게 되었다. 그래서 실제 커피 볶음 기술에 접목될 수 있는 온도별 6가지 볶음단계를 설정하여 각각 미숙, 적숙, 혼합 그린커피를 구체적으로 다루어 다소 가공 면에서 부족한 면이 있는 그린커피가 소비자에게 주어지더라도 품질을 보완할 수 있는 볶음 기술을 접목시킨다면 그 커피 또한 가치 있게 사용 될 수 있을 것으로 보았다.
뿐만 아니라 볶음 정도에 따라 비율적으로 다르게 나타나는 향미 증진 요소 및 생리활성 물질들을 파악하여 수확상태가 다른 그린커피들을 위한 개별적 로스팅 대안을 제시하고자 하는 데에 이 논문의 집필목적이 있다고 하겠다. 또한 미래를 향한 커피의 학문적 발전과 진일보된 대중들의 커피에 대한 인식 및 바른 소비와 향유를 불러일으키는데 작은 보탬이 되고자 이러한 세부적인 연구가 필요하다고 생각하였다.
연구 분석의 방법으로는 케냐 그린 커피의 미숙, 적숙, 혼합커피의 일반 성분 및 특수 성분을 분석 한 후 각각 다른 온도를 설정해 6단계로 볶은 후에 일어나는 성분 변화를 다시 측정하였다. 이 후 커피 관련 전문 집단 및 비전문 집단의 관능평가를 실시하여 커피 성분 조성 차이에 따른 관능과의 연관성을 알아보고 연구함으로서 수확시기에 따른 커피의 품질 차이를 포괄 화 하였다.
연구 결과 생산지가 같은 커피라 할지라도 커피의 수확상태는 커피의 여러 가지 화학성분에 영향을 주는 것으로 확인되었으며 이는 또한 커피품질에 영향을 미치는 것으로 판명되었고 볶음 정도에 따라서 성분들의 감소 혹은 변화하는 폭이 다소 다르게 나타났으며 성분들의 유기적 상호 관계에 따라 자체 성분의 변화가 각각 다르게 나타나는 것으로 보인다. 개인적 취향이나 기호가 작용할 수 있다는 여지를 염두에 두고 시행한 관능평가에서는 연령별로, 또한 커피를 접해 본 경험 정도에 따라 각각의 선호도를 보였는데 미숙 커피콩에 대해 다소 부정적인 평가를 했던 40-50대 연령 집단에 비해, 20대 초반 위주의 비전문 패널 들은 약하게 볶은 미숙커피의 향에 대해 긍정적인 평가를 하였다. 단, 초기 볶음 단계에서만 미숙커피의 향이 우수하다고 평가하였으며, 두 패널 집단 모두 미숙과 혼합 커피들 보다 적숙 커피가 맛과 향의 면에서 품질이 가장 우수한 것으로 평가하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Considering the fact that the coffee beverage is consumed so much in South Korea, it is surprising that chemicals of green coffee as well as roasted coffee have been so little studied. It is well known that the chemical composition of green coffee and thus the final coffee quality are specifically determined by the degree of maturation when coffee cherries have ripen. Phytochemicals are chemical compounds that occur naturally in plants (phyto means "plant" in Greek). The phytochemicals of green coffee beans are existed as a very broad range of catalogue; mostly, three major components are known to be significant for flavor of coffee brew, which are chlorogenic acids, trigonelline and caffeine. These minor compounds are of particular interest in these days, because they are important source of coffee aroma. In addition, sensory attributes of coffee brews are also affected by other chemical constituents such as organic acids, carbohydrates, and amino acids; these are other non-volatile materials that greatly influence coffee quality.
In health, this biologically active substances and antioxidants are useful to have certain amount; however, in the aspects of flavor, the amounts and composition of flavor precursors in green coffee can have negative effect on the quality of the final roasted product, if it is not properly handled.
The aim of this study was about the influence of physiological and environmental factors on the chemical composition of coffee, when it is grown in different maturity and different harvesting conditions; especially it will be focused on organic acids, carbohydrates, amino acids, trigonelline, chlorogenic acids (CGA), and caffeine that are produced from the development of green coffee beans. After comparing the green beans that are harvested in different time conditions; which are early harvesting, prevalent harvesting, and late harvesting as three groups, each will be roasted as 6 different roasting conditions. After then they are quantitatively compared the amounts of all non-volatile substances.
In this thesis, the regular experiments followed by AOAC standard were conducted for the three groups of green beans and roasted beans as 6 different roasting degrees. Also non-volatile substance of coffee were evaluated from these samples including green coffee beans.
Green coffee beans are separated into three groups first, and then marked as following
UB= Unriped beans that were harvested ealier time than usual harvesting periods for the specific plantation
MB= Mostly matured beans that were harvested at the usual time of harvesting periods
OB= Over-timed beans that were harvested at the late time without careful handling
These were compared with the amounts of organic acids, free sugar, amino acids, trigonelline, Chlorogenic acids, and caffeine in all 6 differentiated roasting conditions, as well as green coffee beans. After these experiments, sensory analysis was held to find out whether these changes affect the sensorial properties of coffee brew. The relations between sensory criteria and certain chemical characteristics of coffees were investigated to try and gain a clearer understanding of the effects of the factors studied. When the professional panel and amateur panel took the sensory test for this kenya sample of different harvesting and roasting conditions, various outcomes revealed. Most of the panel members chose the riped coffee samples of light roasting conditions to be positively tasting, while they chose dark roasting conditions of mixed coffee to be positively tasting. However, coffee samples from unriped cherries were not enough chosen to be used in the real commercial environment. This investigation emphasizes the importance of the harvesting time and conditions of the cherries when they are picked, as well as the importance of roasting conditions and handling that would be taken to be served.

목차 (Table of Contents)

• 논문개요 vii
• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 1
• 가. 연구 배경 1
• 나. 연구 목적 3
• 2. 이론적 배경 7
• 가. 커피 식물의 성장 7
• 나. 커피 로스팅 11
• 다. 커피의 주요 성분에 대한 학문적 고찰 17
• Ⅱ. 실험 재료 및 방법 37
• 1. 실험 재료 37
• 가. 수확시기에 따라 분류 된 커피 생콩 37
• 나. 실험 장비 및 도구 39
• 2. 실험 방법 42
• 가. 로스팅 프로파일 42
• 나. 실험 분석을 위한 커피 분쇄 및 추출 47
• 다. 커피 일반 성분 분석 49
• 라. 커피 특수 성분 분석 51
• 마. 관능 평가/ 관능 묘사 분석 57
• 바. 성분 통계 분석 62
• Ⅲ. 결과 및 고찰 63
• 1. 그린 커피 일반성분 분석결과 63 2. 볶은 커피 일반성분 분석결과 64
• 3. 커피 특수성분 분석결과 72
• 가. 유기산 72
• 나. 유리당 80
• 다. 유리아미노산 84
• 라. 트리고넬린 91
• 마. 카페인 95
• 바. 클로로겐산 99
• 4. 관능평가 분석 결과 104
• 5. 통계분석 결과 108
• Ⅳ. 연구 요약 126
• 1. 그린커피와 볶은 커피콩의 물리적 특성 126
• 2. 로스팅에 의한 커피 화학 물질 변화 127
• 3. 관능평가 및 커피 품질 특징 요약 135
• V. 결론 137 1. 연구 결과와 시사점 137
• 2. 한계점 140
• 참고문헌 142
• Abstract 154

참고문헌 (Reference)

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14 신미경, "로스팅 열량 변화에 따른 커피의 화학적 성분 차이에 관한 연구.학위논문(석사)", 서울벤처대학원대학교, 2012

15 장상희, "볶은 커피의 보관 조건에 따른 이화학적 성분 변화에 관한 연구.학위논문(석사)", 서울벤처대학원대학교, 2011

16 강란기, "수프리모 커피의 가공처리조건에 따른 이화학적 특성 :커피애호가의 구매특성에 관한 연구.학위논문(박사)", 호서대학교, 2011