커피 컬럼 정보

로스팅된 커피 입자의 팽윤 속성 Swelling properties of roasted coffee particles

2021-05-26



로스팅된 커피 입자의 팽윤 속성

Swelling properties of roasted coffee particles





요약

배경  : 이 연구에서는 로스팅된 커피 입자의 물속에서의 팽창 거동과 특히 입자 직경에 미치는 영향을 레이저 회절 분석과 현미경을 적용하여 조사했습니다. 초기 입자 크기, 로스팅 정도 및 온도와 같은 몇 가지 잠재적 영향 요인이 연구됩니다. 또한 팽창과 입자 모양의 시간 의존성은 두 가지 다른 온도에서 평가됩니다.


결과 : 습윤(적심) 후 미세 입자 분율의 증가가 관찰되는 것을 통해 입자 침식이 발생하는 것을 확인했으며, 이러한 효과는 온도 상승에 따라 더욱 두드러지는 것으로 나타났습니다. 입자 크기의 총 상대적 증가는 다양한 크기의 커피 찌꺼기를 기준으로 약 15%로 결정됩니다. 팽창 정도는 초기 입자 직경과 로스팅 정도 모두와 무관하다는 것이 입증되었습니다. 입자 모양도 팽창에 영향을 받지 않는 것으로 나타났습니다. 이 연구에 따르면 초기에는 습윤으로 인한 팽창이 빠르며 적신지 30초 후에 60-80%가 최종 안정상태 직경에 도달하고, 4분 후 팽창이 완료됩니다. 즉, 기존 커피 추출 방법의 시간 범위 내에 있습니다.


결론 : 이 작업은 커피 추출 과정의 일부로서 습윤 팽창의 영향에 대한 더 나은 이해를 제공하여 커피 추출의 설계, 모델링 및 이에 대한 최적화를 도울 수 있습니다. 이는 입자 침식 및 디개싱(degassing)을 고려하여 커피 입자 팽창에 대한 이전 결과와의 강한 편차를 명확히 하고 정량화를 위한 보다 강력한 방법을 제공합니다.

© 2020 The Authors. 화학 산업 협회를 대신하여 John Wiley & Sons Ltd가 발행 한 식품 및 농업 과학 저널.


이번 논문은 사실 다른 논문을 정리하던 중에 읽게 된 논문입니다. 흥미로운 부분이 많아서 먼저 콘텐츠로 전해드리게 되네요. 위 초록 부분만 읽어보시면 사실 어떤 부분이 중요한지 이해가 어려울 수 있을것 같아서 논문의 일부분을 발췌해서 순차적으로 설명드리겠습니다. 이후 영상으로도 안내드릴 예정입니다. 


본 논문은 제목에서 처럼 커피 입자가 적심이 일어날 때 어떤 형태로 부피가 변화하는지, 즉 팽윤에 대한 커피 입자의 특성을 조사합니다. 커피는 라이트, 미디움 로스팅 커피가 사용되었고 분쇄 분포의 측정은 레이저 회절 분석(HELOS / BR, S ympatec G mbH, Clausthal-Zellerfeld, Germany)을 활용한 방법, 그리고 현미경과 컴퓨터를 활용한 이미지 분석 두가지가 사용됩니다.  그라인더는 EK43이 사용되었고 우선 실제로 커피가 물에 적셔졌을때의 몇가지 변수들을 제거하기 위해 입자들은 그대로 사용되는 경우와 전동 체(Sieve)를 가지고 특정 영역의 입자들을 사용하는 방법이 모두 고려됩니다.  

  

사용되는 입자들은 위와 같습니다. 체질을 하지 않은 경우, 그리고 200um 이하의 "미분" 영역, 그리고 Small, Midium, Large 영역 구간으로 전동 체를 활용하여 사이즈 분리를 실시합니다. 사이즈 분리와 더불어 적심을 진행할 때 정전기나 기타 요인으로 입자에 붙어 있을 수 있는 미세입자를 제거하기 위해  에어젯을 활용했습니다. 


건조 상태와 물에 젖은 상태의 입자 사이즈를 측정하기 위해서 건식의 경우는 일반적인 방식 그대로, 그리고 습식(적심) 측정을 위해서는 최장 20분동안 물에 젖은 상태를 유지한 뒤 측정되었습니다. 습식의 경우는 25도의 온도와 90도 두가지 온도가 사용되었습니다. 크기 분류가 사용된 경우 적심 상태가 종료되면 다시 200um의 체를 통해 다시한번 미세 입자를 걸러내었습니다. 


테스트 결과 

위 데이터는 체질을 하지 않은 입자를 3가지 상태, 즉 건조 상태와 25도 적심, 90도 적심 상태에서 입도 분포를 측정한 결과입니다. 부피 분포(원), 그리고 누적 부피 분포(삼각형)가 하나의 표에 기록이 되어 있습니다. 이 결과에서는 굵은 입자는 적심상태보다 건조상태에서 더 많은 부피비율을 가지고 있으며 적심 상태에서는 대략 100um 이하에서 작은 입자들의 부피 비율이 증가하는 형태가 나타납니다. 특히 25도에서보다 90도에서 이러한 현상은 크게 나타납니다.     


미분 영역의 적심 상태 비교


이번엔 체질을 하여 특정 크기의 입자로 본 데이터 결과입니다. 위 그림은 미분과 각 입자에서의 건조, 적심 상태에 대한 테스트 결과가 나타나있습니다. 검은색 박스 영역은 두가지 서로 다른 로스팅 레벨에서 미분의 영역만 별도로 체질을 통해 분리하여 측정한 결과입니다. 미분에 해당하는 부분만 분석했을 경우는 재미있게도 10 ~ 100 um 영역에서는 건조상태가 더 높은 부피 분포를 보여주고 있으며 적심상태에서는 10um 이하의 초미세 영역의 입자들의 부피가 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 하지만 이 부분에서의 분석은 측정 노이즈의 개입이 커지는 영역인 점도 감안하여 이해하는 것이 좋습니다. 


이 부분에 대한 생각을 조금 적자면, 아마도 미분의 영역은 원두 파우더의 내부 셀들이 거의 노출이 된 구조이고 건조상태에서는 미분 자체가 고형분을 포함한 입자로 측정될 가능성이 큽니다. 따라서 적심이 일어날 경우 미분의 고형분 성분이 용해되면서  10 ~ 100 um 영역에서의 부피 비율이 상대적으로 적어지는 것으로 해석하는게 적절하지 않을까 싶습니다. 또한 논문에서도 언급이 되지만 이런 경우를 "입자 침식"이라는 용어로 설명하는데 커피 파우더가 물에 접촉되면서 원두 파우더 외곽에서부터 물로 인한 침식 현상이 발생되어 미세한 입자들이 생성된다는 설명으로 이 현상을 해석합니다. 


논문의 결과 정리


얼마나 부풀어 오르는가?

논문에서는 물에 적심상태에서는 평균 크기가 15% 정도 팽창하는 결과를 얻었습니다. 하지만 재미있게도 입자의 크기에 따라서 팽창정도는 다르게 나타나지 않았습니다. 작은 입자든, 굵은 입자든 원래의 크기에 구애받지 않고 평균적으로 15% 가량이 팽창했다는 이야기이며, 쉽게 이야기 하면 실제로 굵은 입자가 더 많이 부풀어 오른다거나 하는 뚜렷한 경향성이 발견되지 않았다는 의미입니다. 아래 그림을 보셔도 체로 분류한 각 입자들이 저마다 다른 크기에서도 비슷한 팽창률을 보여주고 있다는 것을 알 수 있습니다.  


로스팅에 의한 팽창 차이는?

논문에서는 이러한 분석을 위해 이미징 분석을 병행했는데 이 분석 방식으로는 최종 상대 직경 증가치가 동일한 조건, 유사한 초기 입자 크기였음에도 크게 다르기 때문에 정량화하기에는 부족한 측정 방식이라 이야기하고 있습니다. 따라서 레이저 굴절 분석으로 관련 해석을 내놓는데, 레이저 회절을 통한 입도 분석시에도 로스팅에서의 차이에 따른 뚜렷한 차이라기 보다 각각 측정된 수치들의 값에서 큰 편차가 발생하였기 때문에 로스팅(라이트, 미디움 로스팅) 레벨에 따른 전체 크기 증가에서 유의한 차이는 없었다고 정리합니다.

이미지 분석을 통해 얻은 위와 같은 그래프에서는 시간에 따른 각각 크기의 입자들의 상대적 팽창도가 나타나는데 되려 시간이 지남에 따라 수축이 되는 것처럼 보이는 부분도 있습니다. 이것은 수축을 하는 것이 아니라 초기 시간에서는 이산화탄소 등으로 인한 기포 방생 등에 의한 측정 오류로 보고 있습니다. 따라서 25도, 90도에서도 온도에 따른 뚜렷한 팽창의 차이도 발견되지 않습니다.  아래 그림을 보시면 25도 적심 상태에서 입자들 외각의 가스버블 등으로 인해 측정 오류가 발생할 가능성을 이해할 수 있습니다.



시간에 따른 습윤팽창 정도

하지만 위같은 측정을 통해 완벽히 정량화 할 수는 없으나 경향성을 판단할 수 있는 부분이 있습니다. 바로 적심에 따른 팽창시간입니다. 그래프를 다시 살펴보자면 초기 5분 정도(300초)에서 거의 모든 부피 팽창이 완료되는 것을 볼 수 있습니다.  



그리고 초반 5분을 확대해 총 팽장을 진행률로 표시한 아래 그래프에서는 대략 30초 정도면  최종 직경의 약 60 ~ 80 %에 도달하는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 에스프레소 추출에 걸리는 30초란 시간도 적심으로 인한 입자 팽창이 일어날 수 있는 충분한 시간이라 예상할 수 있습니다. 하지만 추가적으로 압력의 양상 등 추가사항이 고려되어야 하기에 후속 연구가 필요한 부분이겠지요. 



개인적으로 이 논문에서 가장 흥미로웠던 부분은 입자 침식의 영향성이었습니다. 실제 적심 과정을 통해서 굵은 입자의 분포가 감소하고 작은 영역의 부피 비율이 증가하는 것을 볼 수 있는데, 특히 이러한 경향은 온도가 높을 수록 뚜렷하게 증가합니다. 즉 입자외곽으로부터 작은 조각들이 파편화되는 입자 침식 현상은 온도가 높을 수록 가속화되고 이는 곧 물이 커피 원두를 더 잘 침투하게 하는 동시에 추출 효율을 높일 수 있다는 개념입니다. 


요약 : 본 연구는 입자의 총 팽창이 15% 정도이며,  이러한 팽창 정도는 로스팅, 물의 온도, 입자의 초기 크기 모두에 뚜렷한 영향성이 발견되지 않았습니다. 하지만 본 연구의 15% 습윤팽창은 타 연구에서보다 크게 나타나는데 이 이유는 다른 연구들이 실제 입자 침식으로 일어나는 미세 입자들의 크기를 평균에 넣어 계산했던것을 그 원인으로 지목합니다. 따라서 본 연구는 습윤 팽창에 대한 본 연구의 논리가 타당하며 습윤 특성을 고려하여 관련 연구를 진행할 때 입자 침식의 영향성을 꼭 반영해야 함을 이야기 하며 연구를 마무리 합니다.


제보/컨텐츠 문의 : bwcontents@gmail.com


profile

ABOUT ME

COFFEE GEEK, What else?EQUIPMENT : KVDW SPEEDSTER / COMPAK E10 / EK43s
블랙워터이슈 에디터
B.EXPERT

댓글 8

profile

아놀드

2021-05-26 08:08  #1549952

B.STARTER

좋은 내용 감사합니다.


profile

썬카페

2021-05-27 14:38  #1551299

B.STARTER

와 요 글이 무료로 공개됬네요

전에 짧게 논문 소개해주시고 논문 보기전에 커피입자가 정말 의미있게 팽창하나 싶었어요 ㅎㅎ

소개해주신 덕분에 잘 읽었습니다

의외였던 점은 로스팅 포인트가 팽창에 큰 영향을 주지 못했다는 점 ? 세포벽이 물을 흡수해서 팽창한다면 다공질이 더 낮을거라고 예상되는 다크포인트의 경우 팽창률이 더 높지 않을까 싶었습니다


이미 보셨을 수도 있지만, Critical examination of particle swelling during wetting of ground coffee 도 있습니다

근데 유료,,입니당

요약글만 봐도 본문과는 다른 의견이라 새롭네요 ㅎㅎ


profile

SeongHwan

2021-05-28 05:41  #1551783

보유자격 없음

좋은 글 잘 봤습니다!

profile

힘내라힘

2021-05-29 11:50  #1552920

B.STARTER

항상 고맙습니다.

profile

RoasteryCafeIctus

2021-06-01 07:03  #1554933

B.STARTER

유용한 자료 감사합니다. 

profile

love

2021-06-01 08:09  #1554960

보유자격 없음

좋은 정보 감사합니다

profile

스왐피

2021-06-01 19:53  #1555566

보유자격 없음

유용한 자료 감사합니다!

profile

모노

2021-06-01 23:54  #1555723

보유자격 없음

좋은 자료 잘 봤습니다~ 고맙습니다~^^

[카페 에세이] 숏컷 로스터스 일산, 스페셜티 커피 경험을 ... 1

숏컷 로스터스 일산, 스페셜티 커피 경험을 소비하는 로스터리 【창업】 숏컷 커피 로스터스, 바리스타 20년만의 도전 기사에서 소개한 바 있는 숏컷 로스터스가 최근 리뉴얼된 공간으로 커피 애호가들을 다시 한번 ...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-06-11

조회수 : 570

바이패스 개념에 대한 확장된 정의와 커피 드리퍼의 변화 3

바이패스(Bypass) 개념에 대한 확장된 이해와 커피 드리퍼의 변화최근 블랙워터이슈 기사를 통해 공유된 브루잉 커피에서 떫은 맛(Astringency)이 발생하는 이유와 바이패스(Bypass)의 정의 와 추출시 커피 미분(Fine...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-06-07

조회수 : 1444

2020 코리아 라떼아트 챔피언 이영화 바리스타 인터뷰 2

2020 코리아 라떼아트 챔피언 이영화 바리스타 인터뷰2020 코리아 라떼아트 챔피언십, 코리아 커피 인 굿스피릿 챔피언십 결선 결과 공개기사에서 알려진 바와 같이 올해 코리아 라떼아트 챔피언은 (주)로앤엄 소속의...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-06-03

조회수 : 1009

2020 코리아 커피 인 굿스피릿 챔피언 하청비 바리스타 인터뷰 2

2020 코리아 커피 인 굿스피릿 챔피언 하청비 바리스타 인터뷰2020 코리아 라떼아트 챔피언십, 코리아 커피 인 굿스피릿 챔피언십 결선 결과 공개 기사에서 알려진 바와 같이 올해 커피 인 굿스피릿 챔피언은 천안에 ...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-06-02

조회수 : 572

[카페 에세이] 플링크(Flink), 압구정에 위치한 베이커리 카페 1

플링크(Flink), 압구정에 위치한 베이커리 카페최근 베이커리와 카페 모두를 지향하는 베이커리 카페는 젊은이들에게 특히 인기가 많다. 빵과 커피의 조화는 그 어떤 조합보다 옳다고 믿는 사람들이 많다는 반증이다....

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-06-01

조회수 : 556

로스팅된 커피 입자의 팽윤 속성 Swelling properties of r... 8

로스팅된 커피 입자의 팽윤 속성 Swelling properties of roasted coffee particles요약배경 : 이 연구에서는 로스팅된 커피 입자의 물속에서의 팽창 거동과 특히 입자 직경에 미치는 영향을 레이저 회절 분석과 현미...

작성자: 서리

등록일: 2021-05-26

조회수 : 868

추출시 커피 미분(Fines)의 흐름을 떠올려 볼 수 있는 이론들 7

추출시 커피 미분(Fines)의 흐름을 떠올려 볼 수 있는 이론들우리는 원두를 균일한 사이즈로 분쇄하기를 원하지만 실제 완벽하게 균일한 분쇄는 불가능하다. 특히 원두가 그라인더에 파쇄되면서 발생하는 미세한 입자...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-05-25

조회수 : 1264

브루잉 커피에서 떫은 맛(Astringency)이 발생하는 이유와 ... 10

브루잉 커피에서 떫은 맛(Astringency)이 발생하는 이유와 바이패스(Bypass)의 정의아스트린젠시(Astringency)라는 단어를 와인이나 맥주 필드에서는 긍정적인 맛으로 표현될 수 있지만 커피에서는 이 맛을 떫은 맛으...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-05-24

조회수 : 2163

로스팅된지 2년된 커피 마시기 by The Real Sprometheus

로스팅된지 2년된 커피 마시기by The Real Sprometheus스페셜티 커피 관련 해외 유명 유튜브 채널 가운데 하나인 The Real Sprometheus에서 2년 동안 동결된 커피(Frozen Whole Bean)를 추출하는 영상을 게재했다. 블...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-05-11

조회수 : 978

다크 로스트 커피를 추출하는 방법 by 제임스 호프만

다크 로스트 커피를 추출하는 방법by 제임스 호프만스페셜티 커피의 세계에서 많은 사람들은 주로 라이트 로스트 커피에 대해 이야기하는 경향이 있다. 물론 라이트 로스트 커피가 가진 매력 때문이긴 하나 여전히 커...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-05-10

조회수 : 2493

뷸러(Buhler)에서 제시하는 10단계 로스팅 프로세스 3

뷸러(Buhler)에서 제시하는 10단계 로스팅 프로세스뷸러는 1860년에 설립된 스위스 기업으로 항공 우주, 포장 가공, 카카오 및 곡물 가공 등 다양한 플랜트 제조에 있어 핵심적인 기술을 보유하고 있는 기업이다. 이...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-04-29

조회수 : 965

카페 임포츠의 로스팅 컨셉 - 6. 맛과 품종 1

카페 임포츠의 로스팅 컨셉 - 6. 맛과 품종카페 임포츠의 로스팅 컨셉 - (1) 커피의 재료(Seed) 카페 임포츠의 로스팅 컨셉 - (2) 로스팅 머신카페 임포츠의 로스팅 컨셉 - (3) 테이스트(Taste)카페 임포츠의 로스팅 ...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-04-27

조회수 : 595

에스프레소를 추출할 때, 미분(Fines)을 제거한다면 그 이... 5

에스프레소를 추출할 때, 미분(Fines)을 제거한다면 그 이유는?해외의 유명 커피 블로그인 Coffee ad Astra에서 미분을 최소화한 에스프레소 샷 추출(Pulling Low-Fines Espresso Shots)이라는 주제의 포스트를 공개...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-04-21

조회수 : 2011

배치 브루어 스프레이 헤드를 선택할 때, 고려해야 할 요소...

BUNN의 배치 브루잉 머신 Infusion Series 배치 브루어 스프레이 헤드를 선택할 때, 고려해야 할 요소들 (2)by BUNN이 내용은 배치 브루어 스프레이 헤드를 선택할 때, 고려해야 할 요소들 (1) 기사에 이어지는 기사...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-04-20

조회수 : 308

커피의 주요 가공 방식(Processing) - 워시드, 웻헐디드, ... 2

커피의 주요 가공 방식(Processing) - 워시드, 웻헐디드, 내추럴, 허니 프로세스에 대해by Cafe Imports블랙워터이슈에서는 국내에 커피의 가공 방식에 대한 정보가 거의 없던 시기부터 다양한 커피 가공 방식에 대한...

작성자: BW컨텐츠팀

등록일: 2021-04-16

조회수 : 1650

2021 . 6  
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30

서버에 요청 중입니다. 잠시만 기다려 주십시오...