안녕하세요

커피나무 유전학과 생리학을 바탕으로 커피를 큐레이션하는

파이오니어 커피 정다운입니다

코로나가 다시 심해져서 4차 대유행이라고 합니다.

델타변이도 큰 위협이 되고 있어요 ㅠㅠ 모쪼록 몸조심하시길 바랍니다

한 두해 전부터 핫한 핑크 버번을 저는 비교적 최근에서야 맛을 봤어요

많은 분들이 핑크 버본이 갖는 독특함에 말씀을 많이 해주셨고 저도 궁금해서 찾아봤는데

제가 못찾았는지 유전적 배경이나 특징에 대한 공식적인 자료들이 거의 없더라구요.

커피라고 특별히 다른 과일과 다르지 않기 때문에 외피의 색 발현 메커니즘은 비슷할거라고 생각합니다. 

그래서 커피는 아니고 다른 과일을 예로들어서 핑크색 외피에 대한 이야기를 하려고 해요

모든 과일이 그렇지는 않지만 과일이 다 익었는지 알 수 있는 가장 직관적인 방법은

붉은색인가 확인하는 것입니다

보통 과일은 발달 초기에 부피 생장을 먼저하고 후반에 외피색과 조직이 무르게 되는데

초록색이었던 외피는 점차 빨간색으로 익어가게 돼요

과일이 이렇게 다채로운 색을 가질 수 있는 이유는 과일에 있는 색소체 덕분입니다

잎은 클로로필 덕분에 광합성을 하면서 초록색을 나타내는데, 

상록수가 아닌 계절성 나무들은 빛과 온도에 의해 잎의 클로로필이 분해되고 다른 색소체들이 증가하게 됩니다

그로 인해 단풍이 들어서 울긋 불긋 보이게 되는거죠

과일도 초록색일 때 클로로필 덕분에 자체 양분을 생산할 수 있답니다

하지만 점차 과일이 익어가면서 외피의 클로로필은 분해되고 빨강이나 주황, 노랑, 보라색 등의

색을 나타내는 색소체들의 양이 증가하게 되는거죠

그럼 어떤 종류의 색소체들이 있을까요

1. 카로티노이드 

카로티노이드 식물의 잎이나 꽃잎, 과일등에서 옐로, 오렌지, 레드의 색상을 주로 나타내는 분자입니다

가을철 알록 달록한 단풍잎에서 많이 볼 수 있으며, 그 덕분에 수분 매개체들의 관심을 끌어

더 멀리 자손들을 퍼뜨릴 수 있습니다.

현재 1100여종이 넘는 분자들이 알려져 있으며 식물뿐 아니라 박테리아, 조류등에서 발견할 수 있습니다.

흡수파장 범위가 400nm-550nm사이에 있어서 위와 같은 색을 띄며 기본 골격은 탄소 40개로 이루어진

tetraterpenoids (테트라테르페노이드)로 이루어져 있습니다.

테트라테르페노이드는 테르펜 4개가 결합된 구조입니다.

테르펜는 이소프렌들로 이루어진 분자로 이소프렌이 몇개가 결합 되었으냐에 따라서 구분됩니다

그럼, 이소프렌은 뭐냐면

이소프렌 골격

요렇게 생겼어요. 탄소5개와 이중 결합을 가지고 있답니다.

요거의 다른 이름은 hemiterpen입니다. hemi는 영어로 half라는 뜻을 가진 단어구요

이소프렌 두개가 결합하면 monoterpen(모노테르펜,C10)이라고 부르며, 

모노 테르펜이 두개 결합 하면 di, 세개면 tri, 네개면 tetra로 불려요

카로티노이드 색소는 모노테르펜 4개가 결합한 테트라테르펜(C40)을 기본 골격으로 가지고 있습니다

대표적인 모노터르펜

대표적인 모노터르펜입니다.

소나무와 레몬에서 주로 발견되며 limonene (리모넨)은 최근 게이샤의 독특하고 화사한 향미가

요것 때문에 그런게 아닌가 하는 말도 있었습니다. 보통 레몬향을 가지고 있습니다

카로티노이드는 크게 산소 분자가 없는 carotene(카로틴)과 산소분자를 가지는 xanthophyll(젠토필)

그룹으로 나눌 수 있습니다

카로틴은 많이 들어보셨을거라고 생각합니다 . 당근과 토마토에 많이 함유되어있죠

잰토필은 비교적 생소하실텐데, 식물에서 스트레스에 대한 보호 역할을 하는 분자입니다

뭐 빛이 너무 쌔거나 그럴 때 광합성 기구를 보호하는 역할을 해요

아; 쓰다가 날라갔네요

2. 플라보노이드

플라보노이드도 자연에서 흔하게 발견되는 색소체 입니다.

식물의 이차대산물이기도 한 이 분자는 항산화 기능을 가지고 있다고 잘 알려져 있습니다 

플라본의 기본 골격입니다

A와 B, 두개의 페닐링을 가지고 있고 가운데 산소를 포함한 C링이 있습니다

위 기본 골격에서, C링의 2번과 3번의 결합이 이중 결합인지 혹은 단일 결합인지,

C링의 3번 위치에 수산기(-OH)가 붙어있느냐에 따라 여러 그룹으로 나누어집니다

플라본

기본적으로 많이 알려진 플라본 골격입니다

C링의 2번과 3번이 이중결합 형태(11자 처럼 보이죠 ?)입니다

플라보놀

위 플라본 골격과 마찬가지로 C링의 2번-3번이 이중결합 이며

C링의 3번 위치에 수산기(-OH)가 붙어있답니다

플라바논

얘는 플라본 골격에서 C링의 2,3번위치가 단일 결합이에요

비슷하게 플라바놀(아래)은 단일 결합에 수산기가 붙어있답니다

그리고 안토시아닌 골격이 있습니다

안토시아니딘골격, 안토시아닌 아님

우선 안토시아닌은 안토시아니딘 분자에 당류가 결합된 형태입니다

위 그림(안토시아니딘)에서 C링 3번의 수산기(-OH)에 당류가 결합하면 안토시아닌이라고 불러요

그리고 요 안토시아니딘의 각 포지션에 어떤 분자가 붙었느냐에 따라 다른 특징을 가지게 됩니다

안토시아닌의 다양한 구조는 아래와 같습니다

작용기 구조(R1,R2)에 따른 다양한 안토시아닌

작용기의 종류에 따라 빨간색부터 푸른색까지 다양한 스펙트럼의 색을 보여주고 있습니다

과일의 색은 여러 안토시아닌들의 조합과 양에 따라 달라지겠죠

링 B의 작용기에 따른 색상변화

안토시아닌의 다양한 색은 pH 상태와 작용기의 종류에 따라 달라질 수 있습니다

pH에 따른 색상변화

대표적인 과일별 안토시아닌 농도

위 표는 대표 과일들의 안토시아닌 함량을 보여주고 있습니다

보라색,검붉은 외피를 가진 과일은 특히 안토시아닌이 많이 함유되어 있다는 것을 확인하실 수 있습니다

빠르게 넘어가기 위해 보충설명이 부족한 점 이해해주세요 ㅎㅎ  핑크버본 이야기인데 색소체만 다뤘네요

마지막으로 클로로필 간단히 보고 넘어갈게요

3. 클로로필

엽록체를 구성하는 색소체입니다

식물의 초록색 부분을 담당하며 에너지 생산을 위한 광합성 기구에 필수적인 분자에요

구조는 피롤 고리 4개를 포함한 5개의 고리로 구성되어 있고 가운데 마그네슘 원자를 가지고 있습니다.

피롤

피롤은 이렇게 생겼구요

Hoxy 초록색 과일도 광합성을 할 수 있다는거 아시나요 ???????

클로로필이 충분히 있기때문에 과일 발달 초기에는 광합성을 스스로합니다.

덕분에 잎의 부담을 덜어주죠. 그러다가 과일이 성숙기에 다다르면 클로로필이 감소하고 다른 색소체가 증가해요

엽록소는 형태도 꽤나 다양해서 a,b,c,d,f 이렇게 다섯 종류가 있습니다.

그 중 식물에게 있어 핵심적인 분자는 a와 b이며 보통 a가 b보다 더 많은 양이 존재한답니다

식물마다, 그리고 환경 조건에 따라 조금씩 상이하지만 보통 a/b 비율은 2.5-4 정도됩니다.

크로로필a

클로로필a은 요렇게 생겼습니다.

바로 위위 그림에서 질소(N)을 가진 피롤 고리 구조가 마그네슘을 감싸고 있는게 보이시나요 ?

제가 요렇게 그림이나 표를 많이 넣는 이유는, 처음에는 이런 분자 구조나 내용이 생소할 수 있어요

그러다보니 어렵게 느껴지실텐데 신기하게 그냥 글을 차곡차곡 (?) 읽으면 생각보다 어려운 내용이 

아니거든요. 그리고 그냥 계속 표나 데이터를 자주 보면 익숙해진답니다.

정말이에요.

익어가면서 과일의 색은 색소체의 변화로 인해 바뀐다는걸 알 수 있습니다

어떤 종류의 색소는 점차 소실되고 어떤 색소는 증가하면서 색이 변하게 되는거죠

색소체의 종류와 환경에 따라서 다양한 색을 가진 색소체 분자로 인해 빨간색,

주황색, 보라색, 파란색 등 다양한 색도 가질 수 있지요

그럼 핑크 버본은 어떻게 핑크색이 되었을까요

우선 일반적으로 유통된 정보로는 빨간 체리와 옐로 체리가 교배해서 중간색인 핑크색이 나왔다는 내용입니다.

충분히 가능성이 있어요. 핑크색 외피에는 일단 크게 두가지가 있을 것 같습니다.

A. 양적 효과로 인해 색소체의 발현이 부족해서 중간색을 띄는 경우

빨간색이 일반적인 경우일 때, 노란색 체리는 특정 발달 단계에서 색소체에 관여하는

유전자의 발현이 저하되었거나, 유전자 서열의 변화 혹은 단백질 기능이 상실되었을 수 있습니다.

이 두 개체가 교배되어서 발현이 절반 수준만 되는, 그래서 색이 충분히 발현되지 못해서

핑크색 처럼 보이는 경우이죠.

사실 핑크 체리 사진들을 보면 완전 핑크색이라고 보긴 어렵습니다.

아래 핑크 토마토 사진을 보여드릴텐데, 커피 체리의 경우 그 것과는 조금 다른 색이죠

거의 주황 빛에 가깝거나 흐린 빨강에 가깝다고 볼 수 있습니다.

B. 특정 효소 기능 상실

위와 비슷한 경우이지만, 1번은 어떤 색소체에 관여하는 유전자 혹은 단백질의 기능이 상실 되었을거라고

추정되는 노란색 체리를 가진 개체와 빨간색의 정상 개체가 교배해서 절반만 기능을 가진 경우라면

또 다른 가능성으로는 특정 효소의 기능 상실(혹은 유전자 발현 X)로 인한 핑크색을 띄는 경우입니다.

기능 상실로 인해 바로 분홍색이 된 경우죠.

핑크 커피 체리의 경우 첫번째의 가설이 조금 더 가깝다고 생각은 하지만 확실하진 않아요

음 열심히 찾았으나 핑크색 체리 발생에 관련된 생화학,유전학적 내용을 못 찾았습니다

영어로는 없는 것 같구요 아마 포루투갈어나 스페인어로 있지 않을까 싶은데요 ㅠㅠ

핑크색 체리를 다룬 커피 연구를 찾지 못해서 토마토를 예로들어 설명하려고 합니다.

비록 두번째 내용을 기반으로 해서 커피의 핑크색과는 조금 다르니 유의해주세요

1. 유전적 결함으로 인한 핑크색

앞서 색소체들의 기본적인 종류에 대해 말씀드렸어요

크게 카로티노이드, 플라보노이드, 클로로필이 있고 각 구조에서 곁가지의 종류나 결합형태 따라

여러 그룹으로 나눌 수 있습니다. 각각 서로 다른 색소체들은 다양한 색을 갖는다는 것도 말씀드렸죠

그렇다면 일반적으로 잘 익었을 때 빨간색을 띄는 과일은 무엇때문에 핑크색이 되었을까요 ?

분명 이들의 비율이 깨졌거나, 색소체에 관여하는 유전자 결함으로 인해 핑크색을 가졌을거라고 생각할 수 있습니다

보통 이런류의 연구를 하는 경우 빨간색과 핑크색을 두고 이들이 왜 다른가 비교하게 됩니다

한 그룹은 서로 다른 외피색을 가진 두 토마토를 유전적인 관점에서 바라보면서

색소체의 변화와 색소체와 관련된 유전자의 변이를 확인했습니다

빨간색 외피를 가진 moneyberg라는 이름을 가진 개량종 토마토와 핑크색 외피를 가진 야생종인 LA를

교배해서 탄생된 자손들을 가지고 쭈욱 유전체를 비교하면 어떤 유전자가 핑크색에 관련되었는지 알 수 있습니다

핑크토마토(아래)

연구진들은 이렇게해서 핑크색과 관련된 유전자의 염색체상 위치(좌위)를 파악했고

해당 위치에 있는 유전자를 조금 더 상세히 분석했습니다.

이어서 생화학적인 접근으로 두 품종의 과육과 외피에 있는 색소체를 과일의 발달단계에 따라 분석했어요

이렇게하면 특정 발달 단계에서 색소체들의 양적 상태를 알 수 있고 그 색소와 관련된 유전자의 패턴을 

볼 수 있는거죠

moneyberg : 검정색 네모; pinktomato : 하얀색 원

외피(PEEL)와 과육(FLESH)에서 두 품종의 발달 단계에 따른 플라보노이드,페닐프로파노이드 그룹의

색소체들 변화를 보여주는 표입니다. 일반 토마토는 검정색 네모, 핑크토마토는 하얀색 원이에요

우선 오른쪽 그래프를 보면 과육에서 두 품종의 색소체들은 발달 단계와 관계없이 양적 패턴이 일정하고,

두 품종간 의미있는 차이가 없다고 볼 수 있습니다

반면에 왼쪽의 외피를 보여주는 그래프에서, 플라보노이드에 속하는 naringenin chalcone은

두 품종에서 양적으로 확연히 차이가 나는걸 보실 수 있어요

일반 토마토는 발달이 진행될수록 양적으로 증가하다 마지막에 감소하지만 핑크는 변화없이 일정합니다

이어진 연구로 후보 유전자를 찾고 그 유전자가 핑크색 외피와 관련이 있는지 체크했더니

핑크색 발현과 관계가 있다고 밝혀졌습니다.

앞서 말씀드렸듯이 커피의 경우는 조금 다릅니다.

옐로와 레드가 서로 교배해서 핑크색을 갖기 때문이죠

2. 핑크버본의 등장 배경 ?

핑크버본; 출처 : 카페임포츠

현재 막 시장에 유통되는 핑크버본은 콜롬비아의 한 농장에서 발견 되었다고 알려져 있습니다.

카페 임포츠 내용에 의하면 어떤 농장에 가서 핑크버본이 어디서 왔냐고 물으니 계속 계속 소개를 시켜주다 마침내 

콜롬비아 san adolfo 지역의 don gabriel 농장에 도착했어요. 농장주는 방문자들에게 농장투어를 시켜주었고

예전부터 그 자리에서 자라던 핑크버본을 보여줬습니다. 원래 구분없이 수확하다가 최근들어서

핑크버본 품종만 모아서 수확하고 있다는 내용이에요

특징으로는 일반적인 커피보다 달콤하고 과육이 많다던가 병해충에 저항성이 있다는 점이죠

하지만 몇가지 의문이 있습니다

1. 레드버번과 옐로버본의 교배종이라 알려져 있지만 자연 교배종이기 때문에 두 부모종에 대한 정보가 없습니다

또 두 부모종이 버본이라는 공식적인 내용이 없어요 (혹은 제가 못찾았거나)

핑크버본이 발견된 지역의 인근 품종이 전부 버본이 아니라면 핑크 버본은 버본이 아닐 수도 있죠.

2. 모든 핑크버본이 다른 품종과 구분되는 독특한 어떤 특징을 갖진 않을거라는 점입니다.

단순히 체리 외피가 핑크색이 되었다고 생리,생화학적 특징이 크게 변하지 않을거라는게 제 생각이고

아마 농장에서 다른 개체들 보다 확실히 뛰어난 나무를 발견했는데 체리가 핑크빛이었다 라고 보는게

더 합리적이지 않을까 생각합니다. 또 다른 나라나 농장에서의 핑크 체리가 우수할 것이라는 보장이 없죠

3. 옐로와 레드의 교배종이 아니라 카투라 처럼 돌연변이 개체일 수 있습니다

위에서 토마토를 예로들어 설명 했었는데, 색소체에 관여하는 유전자(혹은 효소)에 변이가 생겨서

핑크색 체리가 될 수도 있는거죠

콜롬비아 세니카페에 일단 질의는 해놓은 상태인데 답이 올지 모르겠네요

3. 핑크버본의 농학적 특징

핑크버본이 막 활발하게 시장에 유통된지는 약 3년 정도 된 것 같습니다

2014년도에 콜롬비아에서 한 농부가 재배를 위해 3ha정도의 규모로 핑크버본을 식재했다는 내용이 있으니

시기적으로는 비슷하죠. 우리나라에서 저는 재작년에 처음 본 것 같네요

자료가 워낙 없다보니 찾기가 힘들었지만 다른 품종과 짧게나마 비교된 내용을 찾을 수 있었습니다

생두의 물리적 특징

2019년 콜롬비아에서 진행된 연구입니다. 

로스팅 후 센서리 평가까지 있었지만, 현재 트렌드와는 조금 다르기에 제외했어요.

핑크버본은 다른 콩들에 비해 약간 좁고 긴 형태를 보이는 것 같지만 아마 모양으로 구분은 어려울 것 같습니다

4. 생산량

HEF : 스크린사이즈 18이상인 생두의 비율

위 자료는 콜롬비아가 아닌 하와이에서 2002년도에 진행한 결과입니다.

하와이의 다양한 커피 품종들은 1960년대 부터 연구자들에 의해 수집되었고, 커피 재배가 확대됨에 따라

1980년대에는 일반 농부들도 수집을 해서 현재 다양한 유전자원을 보유하고 있습니다. 

'cherry yield' 항목은 한 나무당 체리 생산량을 보여주고 있습니다. 보시면 핑크버본은 하위권에 속하죠

WCR의 자료에 의하면 버본의 생산량은 보통 아래-보통 수준입니다

핑크 버본이 생산성을 타겟으로 개량된 개체가 아니기 때문에 비교적 낮은 것 같습니다.

비슷하게 다른 전통 품종들, 예들들면 블루마운틴도 생산성이 극악이죠

생두수준에서 봐도 그다지 높은 편은 아니죠. 다만 체리에서 그린빈이 차지하는 비율을 보면

15.1%로 다른 품종들 보다는 약간 낮은 편인데, 과육이나 점액질이 더 많다고 볼 수도 있을것 같습니다.

마지막 큰 생두의 비율을 보여주는 HEF에서도 상당히 낮은 값을 보여주고 있는데요

버본과 이것의 돌연변이인 카투라도 상당히 낮은 비율을 가지고 있습니다

위 결과만 보면 핑크버본은 버본라인의 유전적 특징과 비슷하다고 볼 수 있을것 같습니다.

5. 유전적 관계

이 결과도 마찬가지로 하와이에서 진행된 결과입니다.

콜롬비아의 핑크버본은 이 결과와는 전혀 다를 수도 있습니다

왜냐면 하와이의 핑크버본은 콜롬비아에서 왔다는 내용이 없고, 콜롬비아의 핑크버본은 공식적인 자료보다는

어떤 농장에서 발견되었다고 알려져 있기 때문이죠

vermelho : 레드

위 4개 품종을 포함해서 티피카,카티모르,카투아이 등 총 58개의 아라비카 품종들과 3개의 다른 종을 포함해서

총61개의 품종들의 유전적 관계를 살펴봤습니다

일단 아라비카 품종들끼리의 유전적 유사성은 굉장히 높았어요. 

아라비카의 낮은 유전적 다양성은 꾸준하게 제기되고 있는 문제였죠.

MH: mokka hybrid

빨간 점이 버본입니다 보시면 1번과 3번 버본이 같이 묶여 있죠 티피카와 같이.

그리고 2번 4번은 딱히 어느 그룹에 속해있지 않습니다.

같은 버본들끼리여도 이렇게 분기하는 것에 대해 저자들은 품종들이 수입되었기 때문에 그렇다고 합니다

수입하면서 품종이 잘못 기재되었거나 잘못 보냈거나 뭐 그랬겠죠. 

위 결과로만 보면, 핑크버본은 레드버본(vermelho)와 같이 묶였네요. 티피카와 굉장히 가까운 그룹이구요

티피카와 버본은 원래 가까운 관계이니 당연한 결과 인 듯 싶습니다

어째 핑크버본에 대한 내용인데 그외 내용들이 더 많은 것 같네요

아직 공식적인 품종이 아닌 것 같은데, 평가를 마쳐서 유전적 배경이 뚜렷하게 드러났으면 하는 바램입니다.

사실 저번달에 준비한 내용인데 미루고 미루고 자료가 없어서 짜증나고 그래서 이번달에 마무리하게 됬네요

그럼 끝!

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[1] https://polymerdatabase.com/polymer%20classes/Isoprenoids.html

[2] The Effect of pH and Color Stability of Anthocyanin on Food Colorant

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll

[4]  Leaf pigment content

[5] Blue flower color development by anthocyanins: from chemical structure to cell physiology

[6] Production of Anthocyanins in Grape Cell Cultures: A Potential Source of Raw Material for Pharmaceutical, Food, and Cosmetic Industries

[7] https://www.cafeimports.com/europe/beanology/view/pink-bourbon-san-adolfo-grainpro-4887

[8] https://www.allycoffee.com/coffees/monteblanco-pink-bourbon-natural/

[9] EVALUATION OF THE EFFECT OF THREE LEVELS OF ROASTING ONTHE QUALITY IN CUP OF SOME VARIETIES OF COFFEEOF THE SPICE COFFEA ARABICA L

[10] GROWING COFFEE IN HAWAII

[11]AFLP analysis of genetic diversity within and among Coffea arabica cultivars

[12] Biochemical and molecular analysis of pink tomatoes: Deregulated expression of the gene encoding transcription factor SLMYB12 leads to pink tomato fruit color

[13] Flavonoids: An overview

[14] Fruit skin color and the role of anthocyanin

[15] https://varieties.worldcoffeeresearch.org/varieties/bourbon