커피 컬럼 정보

"입자내 유효 확산 경로", 추출 효율을 단순히 표면적으로만 따질 수 없는 이유

2019-12-12


원문출처 https://www.patreon.com/suhri


커피에서 추출 수율로 대변되는 추출 효율성을 따질 때, (저는 추출 능력 혹은 추출력이라고 표현을 합니다만) 대부분 표면적으로만 이야기하는 경우가 많습니다. 

사실 표면적이 커피 추출에 있어서 수율에 큰 영향을 미치는 부분은 부인할 수 없습니다만, 표면적이 단순히 추출 효율을 결정짓는 것은 아니며 표면적 측면에서의 접근은 외부에서부터 용해가 일어나는 일반적인 물질에 해당하는 것이므로 실제로는 커피의 추출 모델에 정확히 맞아들어가지는 않습니다. 

로스팅된 커피는 설탕 덩어리나, 사탕과는 달리 기본적으로 불용성 섬유질로 구조화된 다공성 물질이며 그 내부에 가용성 물질이 포함된 형태를 갖추고 있습니다.

따라서 단순히 표면적 측면에서의 접근은 실제 커피가 가진 특이한 용해 특성을 모두 설명하기 어려운 부분이 있으므로 표면적 뿐만이 아니라 추가적인 개념을 도입해야할 필요가 있습니다.   


입자내 유효 확산 경로 by 서리

커피의 추출은 기본적으로 씻김(Washing) 및 확산, 그리고 가수 분해 등의 추출 역학을 바탕으로 이루어집니다. 

그 중에 씻김은 외부 노출된 가용 성분을 의미하는 표면적과 큰 관련이 있으나, 확산은 단순히 표면적으로 설명되기 힘든 부분이 있습니다.  커피 원두 입자에서 표면적의 가용 성분은 입자 내부의 전체 가용 성분을 따져 볼 때 일부 영역에 지나지 않기 때문입니다. 

특히 브루잉 커피의 경우 확산의 영향력이 굉장히 큰 것으로 알려져 있으므로 추출에 있어서 커피 파우더의 입자내 확산을 보다 잘 설명할 수 있는 "입자내부의 유효한 확산 경로"라는 개념을 도입하고자 합니다.

입자내 유효 확산 경로는 기본적으로 추출 환경에서 "추출수가 도달할 수 있는 가용 거리의 총합"을 나타냅니다. 

확산은 물질의 농도차이에 따라 발생하는 "농도 평형"의 과정이므로 기본적으로  "물"을 매질로 하는 커피 추출의 특성상, 실제로 커피 입자 내부에 얼마만큼 물이 침투할 수 있는가?가 중요합니다. 


| 작은 입자는 동일한 추출 에너지라 할지라도 큰 입자에 비해 더 효율적인 확산 채널을 갖는다.


이해를 돕기 위해 간단한 그림을 준비했습니다. 커피 입자가 구체라 가정을 하고 추출이 되는 상황을 생각해보겠습니다. 

예를 들어 직경이 작은 입자의 경우 내부에 있는 저분자, 고분자 물질들은 추출과정에서 상대적으로 더 효과적인 확산 경로를  갖습니다. 

쉽게 말하자면 구체의 경우 입자가 미세할 수록 다공성 원두 셀 내부에 있는 고형분 및 추출에 기여하는 다양한 물질들이 외부의 추출수에 의해 노출될 가능성이 커지므로 실제 추출 효율이 높아질 가능성이 상대적으로 거대한 입자에 비해 큽니다.

거대한 입자들의 경우 작은 입자에 비해 확산이 매우 어렵습니다. 기본적으로 원두의 직경이 커질 수록 물의 침투 경로는 더욱 길어지므로 내부의 수많은 세포벽을 뚫고 유효한 확산이 일어날 가능성은 급격히 감소합니다. 즉 추출이 표면에 국한되어 일어날 가능성이 크단 이야기입니다.

그런데 이같은 문제는  비단 수율만의 문제가 아닙니다.

| 추출시 분자량, 분자크기가 다른 입자들의 추출 모습 개념도 by 서리


유효 확산 경로에 따른 관능 차이의 발생

입자의 크기가 작아질 수록 입자내 유효 확산 경로는 더욱 많아지고 확산 경로 거리는 짧아집니다. 이는 단순히 추출 수율 뿐만이 아니라 관능적 특성에 큰 영향을 끼칩니다. 예컨데 위 이미지처럼 커피 입자 안에는 다양한 저,중,고분자 물질들이 존재하며 이들의 서로 다른 추출 속도와 확산 속도를 갖습니다. 

따라서 굵은 입자들의 경우는 유효 확산 경로가 비효율적으로 구축되어 추출 효율이 떨어집니다. 이 같은 경우 충분한 추출 환경이 제공되지 못한다면 추출이 쉬운 저분자 물질들의 추출 위주로 발생되어 관능적 측면에서 균형감이 깨진 컵을 얻을 가능성이 큽니다. 또한 이같은 경우 기본적으로 충분한 시간이 주어지지 않는다면 입자 내부의 일부는 아예 물이 침투하지도 못하는 불균형이 초래될 수 있습니다.

위의 요소들로 인해 추출 효율을 따져볼 때에는 단순히 표면적이 아니라 원두 입자의 각 세포벽들의 구조를 고려하여 입자내부의 유효한 확산 경로를 따져보아야 합니다. 유효 확산 경로는 입자가 작아질 수록 증가하지만  입자의 형태에도 큰 영향을 받습니다. 


| 입자의 특성상 같은 직경을 가진 것으로 판단되더라도 형태에 따라 해석은 크게 달라지며 유효확산 채널 양상도 변화합니다.  

    

같은 직경이라 가정할 경우 완벽한 구체보다는 더 얇고 길쭉한 형태의 입자들이 입자내부에 더 유효한 확산 채널을 갖게 됩니다.     


※ 출처 :  https://www.patreon.com/suhri


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댓글 7

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썬카페

2019-12-13 02:09  #1116478

B.STARTER

잘 봤습니다.  같은 직경이면 크기가 같지 않나요 ? 아니면 같은 둘레말씀하시는 건가요  ??  저는 그래서 커피의 다채로움이 연속적 분포에서 나오는 추출의 상이성이라고 생각합니다 ㅎㅎㅎ

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서리 작성자

2019-12-13 11:54  #1116705

@썬카페님

마지막 문단 말씀이시죠? 맥락에서 의미는 내부 중심점에서 외경까지의 거리를 의미하는건데 아마 글만으로는 모호하게 전달될 수 있는 부분이 있는 것 같습니다. 이미지를 추가해두었습니다.  ^^ 


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썬카페

2019-12-13 15:25  #1116960

@서리님

감사합니다 ! intracellular로 침투 후 intercellular 영역으로 나오는 것도 문제가 되겠군요. 그래서 브루잉시 같은 양을 내려도 n차 추출이냐 원스탭이냐에 따라서 많이 달라지는 듯 합니다 ㅎㅎ 꾸준하게 새로운 물이 유입이 되니까 세포내부로 나오는데 훨씬 도움이 되지않나 싶어요

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서리 작성자

2019-12-13 16:45  #1117043

@썬카페님

네 맞습니다. 저도 그렇게 생각해요. 확산의 관점 이외에도 교반 에너지는 물의 원두 셀 내부 진입과 추출물의 외부로의 물질 이동에 도움을 줄 수 있을 것도 같구요. 

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latte

2019-12-13 10:46  #1116624

B.STARTER

🤗 감사합니다.

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Q1

2019-12-15 11:37  #1118099

B.STARTER

본문의 내용과 100% 동일한 접근은 아니지만 제가 생각하던 것과 일부 흡사한 부분이 있어서 개인적인 의견을 공유합니다.


원두의 상태에 따라 블루밍을 30초~1분 20초까지 폭넓게 가져가고 있습니다. 입자의 크기나 다른 변수에 따라, 30~40초의 블루밍으로는 일부 입자에는 물이 충분히 침투하지 않고, 최종 추출된 커피에는 아로마가 충분히 담기지 않는다는 느낌을 받았기 때문입니다. 큰 입자에는 물이 충분히 젖어들지 않은 상태에서 추출 에너지가 가해지게 되어 작은 입자 위주로 추출이 되었을 가능성을 예상했습니다.


제가 실험한 레시피에서는 1분~1분 20초 블루밍 시간을 두되 3분 이내로만 추출 시간을 지키면 부정적인 향과 맛이 추출돠지는 않았습니다. 블루밍 시간이 길어지면서, 새로 붓는 물과 원두가 접촉하는 시간이 짧아지는 만큼, 추출 수율과 농도는 높지 않지만 아로마와 테이스트 밸런스는 크게 향상되었습니다.

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피루니

2020-01-18 21:18  #1148391

보유자격 없음

좋은 글 감사합니다

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