커피 컬럼 정보

고정된 농도, 추출 수율하에서 - 추출 온도가 드립 브루잉 커피의 센서리 프로파일에 미치는 영향력은 크지 않다.

2020-11-18


원문출처 https://www.nature.com/articles/s41598-020-73341-4

- 고정된 농도, 추출 수율하에서 - 

추출 온도가 드립 브루잉 커피의 센서리 프로파일에 미치는 영향력은 크지 않다.


Brew temperature, at fixed brew strength and extraction, has little impact on the sensory profile of drip brew coffee

Mackenzie E. Batali, William D. Ristenpart & Jean-Xavier Guinard


※ 원문 : https://www.nature.com/articles/s41598-020-73341-4 

The brew temperature is widely considered a key parameter affecting the final qua...
Scientific Reports / 2020-10-05


 지난 10월 한편의 커피 추출과 센서리에 대한 한편의 논문이 네이처지 사이트에 게재되었습니다. 주제가 상당히 재미있는데, "Brew temperature, at fixed brew strength and extraction, has little impact on the sensory profile of drip brew coffee" 란 내용으로 고정된 농도(TDS)와 수율 상태에서는 추출수가 브루잉 추출에 미치는 센서리적 영향이 적다는 내용입니다.


이미 블랙워터이슈 프로라운지에 썬카페님이 정리해주신 글이 있으니 본 글과 함께 읽어보시면 더 큰 도움이 되실것 같습니다.
[커피이론] 논문소개 : 추출온도와 농도, 그리고 수율과 센서리의 관계


사실 에스프레소는 물론이거니와 전통적인 브루잉에서 추출수의 온도는 센서리 측면에서 굉장히 큰 영향력을 갖추고 있다고 알려져 있습니다. 역사가 깊은 SCA의 브루잉 컨트롤 핸드북 등이나 여러 추출 관련 서적, 논문 등에서도 볼 수 있듯 브루잉시 추출수의 온도와 추출되는 성분들에 미치는 영향성에 대한 연구들이 선행되어 온것도 사실이기에 아마도 이러한 제목은 얼핏 보기엔 굉장히 도발적인 내용임에는 틀림이 없습니다. 하지만 사실 이번 연구는 단순히 추출수의 "온도의 무용론"을 이야기하고자 함은 아닙니다. 


이번 연구의 목적

실제 연구 내용을 따져보기 전에 일단 먼저 확실히 해야 할 부분이 있습니다. 이번 논문은 단순히 추출 온도가 센서리에 미치는 영향을 조사하고자 기획된 연구는 아니란 점입니다. 연구에서는 기본적으로 추출 온도는 총 세가지(87도, 90도, 93도)의 브루잉 온도가 설정이 되었지만 이들 온도를 사용해 추출된 샘플들은 온도를 막론하고 각각 동일한 TDS%, 그리고 수율%를  맞춘 상태에서 센서리 비교가 이루어졌다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 

즉,   이번 테스트에서는 브루잉 온도 87도, 90도, 93도에서 각각 농도는 1.0, 1.25,  1.5 TDS%, 수율은 16%, 20%, 24%의 유사한 추출 결과를 만드는 샘플들을 제조하게끔 여러 변수들이 조절되었습니다. 


https://www.nature.com/articles/s41598-020-73341-4/figures/2 


 위 그림을 보면 쉽게 이 말의 의미를 이해하실 수 있으실텐데요. 온도 변인이 총 3가지로 통제된 동시에 각각 9가지의 농도 + 수율 조합의 샘플들이 10컵씩 생산되었습니다. 따라서 각각의 온도에서 총 270컵의 샘플들이 각각의 농도, 수율 영역에서 제조된 셈입니다. 

즉, 이 연구의 주된 목적은 동일한 농도와 수율로 제조된 커피의 경우, 이 샘플을 만들기 위한 추출 온도가 센서리에 얼마나 큰 영향을 미치는가?하는 점이었다는 의미입니다. 


방법


이번 연구에서는 말코닉사의 과테말라 그라인더가 사용되었으며,  분쇄도는 총 세가지(3,4,5 눈금)가 사용되었습니다. 추출은  윌버 커티스사의 Curtis G4 Single 오토브루어로 진행되었습니다. 자료 해석에 앞서 주의해야 할 점은 모든 변수가 동일하고 온도만 달리하여 추출했을 경우 추출샘플의 농도와 수율영역을 맞추기가 힘들었기 때문에 각각의 온도에서 그라인더 분쇄도와 오토브루어의 추출 세팅(총 추출시간, 물 붓는 주기, 브루 레이시오 등)이 변화했다는 점입니다. 해당 샘플들은 추출후 30분이 지난 다음 패널들에게 제공되었습니다.

추출 수율은 VST사의 굴정계로 측정되었으며, 수율도 계산되었습니다. 아래는 사용된 데이터 셋입니다. 각 농도, 수율 영역에서는 총 10번의 추출이 이루어졌으며 아래 표에는 편차값을 반영한 평균값이 표기되어 있습니다. 


 

  

결론 

사실 제목 자체가 결론입니다만, 결론부터 말하면 동일한 농도, 수율로 제조된 컵들은 센서리 측면에서 온도에 큰 영향을 받지 않는다는 것입니다. 좀 더 자세히 말하자면 즉 "87도"로 추출한 커피든 "93도"로 추출한 커피든 그 농도와 TDS%가 동일한 영역으로 제조된다면, 온도는 센서리에 큰 영향을 주지 않는다는 것이죠. 

이를 위한 결과는 여러가지 방식으로 분석이 됩니다. 총 270개의 샘플을 통해 패널들의 관능 평가 값들이 분석이 되는데, 가장 첫번째는 독립 변수별 분산 분석 결과 입니다. 아래 그림은 순서대로 TDS%, 수율%, 추출 온도에 따른 각 컵들의 센서리 영역별 관능 결과를 나타냅니다. 진하게 표시되어 알파벳 표기가 된 추가된 부분은 서로 다른 알파벳일 경우 의미있는 구별이 차이가 발생했다는 것을 의미합니다. 



TDS%의 경우는 13개 영역에서 농도에 따른 의미있는 관능의 차이가 감별이 되었으며, 수율의 경우는 6개 영역에 걸쳐 의미있는 관능의 차이가 발견되었습니다. 재미있게도 온도는 Nutty 플레이버 한 항목에서만 온도에 따른 관능적 차이가 인지되었습니다.

이같은 데이터는 아래 형태의 스파이더 맵을 통해 살펴보면 그 영향력을 직관적으로 이해할 수 있습니다. 각각 1, 1.25, 1.5%로 준비되었던 샘플간에는 향미 항목에 따른 강도 차이가 명확히 구분이 되는 영역이 존재함이 보여집니다. 특히 농도 라인간의 간극이 커지는 부분이 농도에 따른 관능적 차이가 큰 영역이라고 보시면 될텐데, Bitter, Sour, Astringent, Viscous, Citrus 계열에서 두드러진 관능 차이들이 감지됩니다.   


 

 

두번째 그래프가 동일한 샘플들을 수율에 따른 관능차이의 강도로 표시한 내용이며, TDS보다는 훨씬더 유사한 형태로 매핑되는 점을 볼 수 있습니다. 이는 수율에 따른 관능적 차이의 강도는 TDS%의 그것보다 다소 적다는 점을 의미합니다. 수율 측면에서는 특히 Sour, Astringent, Citrus 등의 향미 영역에서 차이가 관측됩니다. 세번째 그래프는 온도에 따른 각 향미 영역 강도의 차이를 나타내어 주고 있으며 전 영역에 걸쳐 거의 동일한 형태의 매핑을 보여줍니다. 즉, 농도와 수율이 동일한 상태로 만들어진 상태라면 그 컵을 생산하기 위해 사용되었던 추출 온도는 큰 의미가 있지 않다는 의미입니다.


 

figure5


추가적인 분석(주성분 분석)에서도 세 변수 중 TDS%와 수율에 따른 큰 영향성을 설명합니다. 위 도표에서 TDS%(가로축)의 경우 72.21%에 걸친 분산률, 수율(세로축)의 경우 10.45%의 분산률로 TDS%가 수율보다 센서리 측면에서의 큰 영향력을 언급하고 있습니다. 특히 (A)와 매핑되는 향미 속성 (B)의 경우 추출에서 TDS%, 수율의 속성에 따라 어떠한 향미가 직접적으로 영향을 받는지를 나타내고 있습니다. 이 도표에서도 Astringent, Citrus, Sour 등의 속성은 대개 1.5 TDS% 농도의 고농도 영역과 맵핑되는 모습 등을 살펴볼 수 있습니다.  

아래는 이같은 도표를 좀 더 알기 쉽게 시각화한 자료입니다. 각 관능 속성마다 가로축(수율), 세로축(농도)가 표기되어 있으며 관능 속성의 강도에 따라 서로 다른 컬러 레벨로 채색되어 있습니다. 결과적으로 표의 색상 분포 양상을 살펴보면 각각의 관능 속성이 수율과 농도에 따라 어떠한 특성을 갖는지 쉽게 알 수 있도록 분석된 내용입니다. 




이 자료는 개인적으로도 재미있게 본 분석 내용인데 우리가 브루잉에서 특정 관능 속성이 각 농도와 수율 영역에서 어떠한 지각 특성을 나타내어주는지가 잘 나타나 있습니다. 예를 들어 이 표에서 Astringent(수렴성, 떫음) 속성은 상단이 가장 강도가 강하고, 하단으로 갈수록 낮아지는 경향을 보여줍니다. 이 말인 즉슨, 수렴성 속성은 농도가 강할수록 관능적으로 그 느껴지는 강도가 강하게 나타난다는 이야기죠. 컬러 레벨이 명확하게 차이가 날 수록 각 속성의 지각되는 정도의 차이가 뚜렷함을 의미한다는 점을 고려하시고 그래프를 보신다면 재미있게 읽으실 수 있지 않을까 생각됩니다.

각 속성별 제목의 컬러가 다른데 회색 영역은  TDS% 증가에 따라 관능적 속성이 양의 상관관계를 가집니다. 즉 TDS%가 증가하면 향미 강도도 강해진다는 의미입니다. 노란색 영역은 TDS% 증가와 양의 상관관계를 수율과는 음의 상관관계를 가집니다. 즉 TDS%가 증가하면 향미는 강해지지만, 수율이 증가함에 따라서는 되려 강도가 감소하는 경향이 있다는 의미입니다. 특시 Sour, Citrus 영역은 우리가 통상적으로 이해하는 형태로 수율이 증가할 수록 그 강도가 감소하는 경향을 보여준다는 점이 재미있습니다. 저수율, 고농도에서 그 강도가 크게 지각된다는 이야기입니다.  갈색 영역은 농도와 수율 증가에 따라 그 강도가 양의 상관관계를 가진다는 의미이며, 붉은 영역은 단일 속성만이 포함되어 있는데 농도와는 음의 상관관계, 그리고 수율과는 양의 상관관계를 나타냅니다.

흥미로운 자료들이지만 위 자료들을 해석할 때 주의해야 할 사항이 한가지 있습니다. 위 자료들은 실제 향미 화합물의 화학적 강도를 정량적으로 측정한 결과가 아니라 패널들이 인지한 관능적 특성에 대한 내용들이란 점입니다. 해당 논문에도 논의되는 내용들이지만 향미에 기여하는 다양한 화학 성분들은 추출 후 유휴시간 30분에 영향을 받았을 가능성, 혹은 추출 상황에 따라서 서로의 향을 마스킹(Masking)하거나 혹은 사람의 미각 역치에 영향을 받기도 한다는 점을 고려해서 해석되어야 합니다. 전반적으로 이 부분에 대한 내용은 해당 논문의 Discussion 파트에 상세히 나타나있으니 꼭 참고해보시길 바랍니다.


해석과 이해

해당 논문에서는 앞서 기술한 내용들로 이해할 수 있듯, 동일한 물리적 속성(농도와 수율)으로 통제된 커피 샘플들을 위해 온도 이외에도 그라인딩, 추출 방식에 변화를 주어 실험을 실시했습니다. 그리고 이 컵들의 관능 특성을 농도, 수율, 온도의 3가지 변인에 따라 분석한 내용을 기술합니다. 결과적으로 이 연구의 결론의 큰 맥락은 온도는 농도와 수율에 비해 관능적 영향성에 큰 영향을 끼치지 않았다는 점입니다. 우리가 주의해서 살펴야 할 부분은 바로 이 지점입니다. 

사실 온도는 추출에 대한 하나의 축을 담당하고 있는 주된 변수입니다. 온도는 커피에서 추출해낼 수 있는 고형분의 추출 효율을 담당하는 요소이며 분쇄도, 추출 방식이 동일한 상태에서 온도가 독립 변수로 제시되었다면 각 샘플들의 컵 특성에 변화가 생겼을 것이란 예상을 쉽게 할 수 있습니다. 

실제로 본 연구에서는 앞서 말씀드렸듯 추출 온도에 따라 추출된 컵들의 특성이 변화했기 때문에 몇가지의 샘플들의 추출 방식에 변화를 가합니다. 아래는 논문 서플먼트의 RAW 데이터를 확인하고 직접 추출 세팅의 차이가 발생한 부분을 표시한 내용입니다. 같은 색으로 동일하게 연하게 표시된 부분은 동일한 TDS%, 수율 농도를 위해 통제된 군들이며, 이 중에서 더욱 진하게 표시된 부분은 같은 추출군에서도 변수 변화가 일어난 부분입니다.  

 


특히 가장 높은 온도인 93도에서 추출할 경우 추출 샘플들의 추출 시간의 변화, 도징량, 추출 비율을 변화시킨 부분이 두드러지게 나타납니다. 또한 93도 뿐만 아니라 세 온도의 추출 영역에서 추출 샘플들을 위해 여러 부분들이 조정된 것을 확인할 수가 있습니다. 

사실 온도는 추출된 컵의 주요 특성인 농도와 수율에 영향을 미치는 주요 요소이며 추출 고형분의 추출 효율을 담당합니다. 모든 변수가 완벽하게 통제된 상태에서 추출수의 온도가 달라졌다면 결과적으로 컵의 농도, 수율이라는 특성이 변화했을 것이고 다른 관능 결과가 도출되었을 겁니다. 그리고 이 부분은 일반적으로 여지껏 토대가 되었던 선행 연구 논문들의 결과이기도 합니다. 

이번 논문에서 재미있었던 점은 온도를 변화시키고 다른 추출 특성을 보완하여 동일한 농도와 수율의 컵을 만들었을 때 결과적으로 온도가 큰 독립변수로 영향을 끼치진 못했다는 점입니다. 이 말인 즉슨 실제로 TDS%와 수율을 만드는데 온도가 중요하게 사용되는 변수이지만, 온도 자체가 실제 추출된 컵의 화학적 특성(예를 들어 가수분해 등)을 변화시키는 주된 변수는 아니라는 점으로 해석되기도 합니다.  

또한 위 올려드린 데이터를 확인했을 때에도 온도 자체는 추출의 농도와 수율에 큰 영향을 미치는 주된 변수 중 하나라는 점도 파악할 수 있습니다. 따라서 현재 스페셜티 커피 업계가 도달하고자 하는 수율, 농도 기반의 정량적 접근이 어느정도 퀄리티 컨트롤에 있어 타당성을 갖게 하는 연구라고 볼 수 있지 않을까 생각됩니다. 



또한 고전적 브루잉 컨트롤 차트의 개편에 대한 중요한 시사점을 제공해주는 연구라 보여지기도 합니다. 사실 기존 차트에서는 Bitter 속성이 고수율의 영역에 존재합니다만, 실제 본 연구에서는 Bitter 속성은 수율이 아니라 TDS%에 직접적으로 영향을 받는다는 점 등이 한 예가 되겠지요. 아시는 분들은 아시겠지만 수년간 개편 논의가 이뤄지고 연구가 되고 있는 SCA의 브루잉 컨트롤 차트에도 많은 힘을 실어 줄 수 있지 않을까 생각되기도 하네요. 여튼 찬찬히 논문을 읽어보시고 다양한 고민을 많이 해보신다면 얻을 수 있는 부분이 꽤 많을 것 같습니다.


P.S 



개인적인 관심사에 가까운 내용이지만 위 컨트롤 차트에서도 나타나듯 고수율 영역의 추출 편차가 두드러진다는 점은 앞으로 우리가 고수율 영역의 추출에 대해 더욱 발전시킬 여지가 있다는 점을 시사하기도 합니다. 이렇듯 자료만으로도 해석할 것들이 많아 꽤 재미있었네요. 




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COFFEE GEEK, What else?EQUIPMENT : KVDW SPEEDSTER / COMPAK E10 / EK43s
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댓글 4

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딴죽걸이

2020-11-18 20:43  #1396569

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모소울

2020-11-18 23:53  #1396653

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좋은 정보 감사합니다~!

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아놀드

2020-11-19 16:04  #1397379

B.STARTER

좋은 내용 감사합니다.

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모노

2020-11-24 04:51  #1400978

보유자격 없음

좀 더 찬찬히 읽어봐야겠습니다. 미리 추천부터~!

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