커피와 수분활성도 2부 - 생두도 땀을 흘린다

제임스의 커피 스터디 1 - 자외선(UV)을 이용한 커피 생두 품질 감별법 by 빈브라더스

제임스의 커피 스터디 2. 커피 생두도 겨울잠을 잔다 - 커피 보관 환경에 대한 이야기 1부

제임스의 커피 스터디 3. - 커피 보관환경에 대한 이야기 2부

제임스의 커피스터디 4. 에티오피아 커피 가격의 불확실성

제임스의 커피 스터디 5. 커피와 수분활성도 1부

"커피와 수분활성도 1부 "에서는 수분활성도란 무엇인지, 그리고 수분활성도는 어떻게 측정하는지에 대해서 이야기하였습니다.  이번엔 수분활성도에 따른 미생물의 활동조건과 수분활성도가 관리되지 않았을 때 생두와 원두에 어떠한 문제가 생기는지 알아보도록 하겠습니다. 

수분활성도에 따른 미생물의 활동 조건

아래의 표는 다양한 수분활성도의 조건에 따라 증식가능한 미생물의 종류, 그리고 이런 조건에 해당하는 식품군을 정리해 놓은 자료 입니다. 지난번에 이야기했던대로 식품의 수분함량과 조건에 따라 수분활성도는 0에서 1사이의 값을 지니게 됩니다. 알려진 정보에 의하면 보통 과일이나 채소류의 경우 0.98~0.99의 값을 지니고, 수분이 적은 곡류나 콩류의 식품은 0.6~0.64정도의 값을 가리킵니다.

수분활성도에 따른 증식가능한 미생물의 종류와 해당 식품

미생물에 따라서 번식할 수 있는 수분활성도의 기준이 조금 다르지만 보통 곰팡이는 0.8이상, 효모는 0.85이상, 세균(박테리아)은 0.90 이상으로 알려져 있습니다. 이러한 미생물의 활동을 억제시키기 위해서는 일반적으로 수분활성도의 값이 0.7 이하여야한다고 알려져 있습니다.

수분활성도와 커피 생두(Green bean)

커피의 상대습도 vs 수분함량 from Sivetz and Desrosier/ 출처 : (Coffee Technology, P176) 

그렇다면 실제 커피와 수분활성도는 어떤 관계가 있을까요? 먼저 생두에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

생산과정의 이슈

미국스페셜티 커피협회(SCAA)에 자료에 따르면 생두의 수분활성도 값이 0.7이하인 것을 추천하고 있습니다.  위에서 나타난 상대습도와 수분함량의 관계 곡선을 고려했을때 수분함량이 12% 이하여야 수분활성도 0.7 이하를 기대할 수 있습니다.

생산과정에서 수분활성도가 중요한 이유는 마이코톡신이라는 곰팡이독 때문입니다. (참고로 이 곰팡이는 인간이나 동물의 건강에 매우 치명적인 것으로 알려져 있습니다.)

• SCAA의 자료에서 이야기하는 곰팡이 독소(마이코톡신)는 아래 내용을 참조하시면 됩니다.
  • 곰팡이 독소(마이코톡신)?
    • 곰팡이와 진균의 유독 대사산물의 총칭, 흔히 곰팡이독이라고 일컫는다.
    • 간장, 신경계에 독작용을 나타내며 각 세포에 장애를 준다. 그 중엔 발암성 물질도 있음
  • 수확 및 보관 현장에서 생성될 수 있음
  • 가장 흔한 곰팡이독소 오크라톡신 A(Ochratoxin A)
    • Aspergillus carbonarius, Aspergillus ochraceus, Aspergiluus niger(Silva et al ., 2008)
    • Aspergiluus ocraceus가 오크라톡신 A중 커피에서 주로 활동하는 곰팡이
      • 8~37도에서 활동가능하면 최적 활동 온도는 24~31도
      • 활동을 위한 최소 수분활성도 조건은 25도 기준 0.76.
      • 최적 활동 조건은 수분활성도 0.95~0.99이고 pH는 3~10(Hocking and Pitt, 1997)
      • 독소는 수분활성도 0.85이상에서 주로 생성됨. 0.97이 최적조건(Moss, 1996).

이러한 마이코톡신이 발생할 수 있기 때문에 커피열매를 수확하고 나서 48시간이내에 빠르게 프로세스(수확 후 처리공정)에 들어가야 합니다.

알려진 사실에 의하면 사료를 통한 곰팡이독은 먹이사슬을 통해 인간들에게 전달됩니다 /  출처 : Phileo by Lesaffre

흥미로운 점은 한번 발생한 곰팡이독은 어떠한 열처리로도 제거가 쉽지 않다는 점입니다. 그렇기 때문에 반드시 생성되지 않게 하는것이 곰팡이 독을 피할 수 있는 가장 좋은 방법입니다.  곰팡이 독이 발생한 곡물을 섭취하게 되면 가축에 이러한 독성 물질이 쌓이게 되고 인간은 육식을 통해 사료에서부터 전달된 곰팡이 독을 섭취하게 됩니다.

보관과정의 이슈

이부분은 좀 더 경험적인 이야기를 해야 할 것 같습니다. 생두의 수분함량이 12% 이상인 원두들의 경우, 향미가 안좋게 변한 경우를 경험한 적이 있습니다. 일부 커피들에서는 마치 여름에 습한곳에서 빨래 말릴때 나는 쿰쿰한 냄새가 난적도 있습니다.

쿰쿰한 냄새가 나는 커피들은 대체로 흰색을 띄고 표면에 가루가 있는 것처럼 보입니다. 이러한 디펙트를 자료에서 찾아보면 White Bean이라고 합니다. 이를 보고 백화현상이 진행되었다고 하기도 합니다. 원인은 저장이나 이동 중 코쿠스(Coccus)종의 박테리아 활동 때문에 발생하는것으로 알려져 있는데요.([2]Jean Nicolas Wintgens, 커피생두, 커피리브레, 2015.p p757) 분명히 어떤식으로든 보관이나 이동중에 높은 수분활성도를 경험했다고 추측해볼 수 있습니다. 참고로  위 수분 활성도에 따른 미생물의 활동조건을 보면 코쿠스종은 수분활성도 0.91~0.87범위에서 활동함을 알 수 있습니다.

도대체 왜 이런 일이 발생하는 걸까요? 마땅한 논문이나 실험자료를 찾지 못하여 저의 경험을 바탕으로 한 가설을 적어보겠습니다.

수분활성도에 따른 지방산화, 효소 활동, 곰팡이, 효모 박태리의 증식 정도를 표현한 그래프 / 출처 :  FoodSafety Magazine

• (추정1)운송시 컨테이너가 온도 출렁임을 경험

알려진 바에 의하면 컨테이너가 산지에서 적도를 건너 우리나라에 도착하기까지 상당한 온도 변화를 경험한다고 합니다.  배에서 컨테이너의 위치에 따라 그 차이가 더 심해지며, 특히 가장 윗부분에 실릴 경우 온도 변화에 가장 취약하다고 알려져 있습니다. 보관상의 이런 온도 변화가 생두의 수분함량 흡수율을 촉진시킬 확률이 있습니다. 이는 수분활성도의 증가에 영향을 미칠 수가 있습니다.

온도를 14~25도사이로 변화를 주는 환경과 온도는 25도로 일정하게 유지한 환경에서 상대습도에 따른 수분함량 흡수정도를 표시한 데이터. 온도 출렁임이 수분함량 증가에 기여하는 것을 볼 수 있다. / 사진출처 : Songer  & Associate, INC.

• (추정2)고온에 의한 생두의 수분 방출

커피 자료를 찾고 싶었지만 온도와 평형수분함량의 관계 그래프를 커피분야에서는 찾지 못했다 / 출처 : 더바이어

일반적인 곡물의 경우 외부 보관환경의 습도가 동일하다고 했을때 온도가 낮을 수록 평형수분함량(머금을 수 있는 수분의 양)이 많아지는 특성을 보입니다. 반대로 온도가 높아질수록 평형수분함량이 적어지는것으로 알려져 있습니다. 커피도 다른 곡물과 동일한 특성을 보인다면 고온을 경험할때 평형수분함량이 낮아질 것이고, 이때 수분함량이 높은 커피의 경우 일부 수분을 외부로 방출할 확률이 높습니다. 이는 생두 표면의 수분 집중을 야기할 것으로 예상됩니다.(산지에서 들은 얘기로는 이러한 것을 보고 커피가 땀을 흘린다라고 표현합니다. 영어로 sweating!)

• (추정3)용기 파손

산지에서 받는 생두는 그레인프로나 진공포장을 통해 밀봉을 하게 됩니다. 이는 외부의 화학적인 향물질과 산소, 이물질 등을 차단하고 외부로부터 수분 유출입을 막는 역할을 하게됩니다. 허나 실제로 생두를 받게되면 일부백들의 경우 포장용기가 찢어져 있거나 터져있는 경우가 있습니다. 이러한 이유로 밀봉이 실패할 경우 외부 수분의 유출입이 가능할 것으로 예상됩니다.

생두가 Grainpro백에 담겨있는 모습 / 사진출처 : Grainpro

이러한 추정들로 보건대 외부환경이 온도 출렁임을 경험하고 높은 습도, 생두자체의 높은 수분함량등이 작용하게 될 경우 높은 수분활성도를 경험하게 될 확률이 높아보입니다.

(빈브라더스에서는 이러한 가설들을 바탕으로 생두의 운송과정을 탁월하게 할 방안들을 모색하고 있습니다. 언젠가는 저희 데이터를 통해 꼭 가설을 검증하는 걸로!)

수분활성도와 커피 원두(Roasted bean)

원두는 수분활성도로 인한 이슈가 없습니다. 그 이유는 원두의 수분함량이 매우 낮기 때문입니다. 저희가 수분측정기 통해 원두의 수분함량을 측정해보면 대부분 2% 이하를 가리키게 됩니다.  수분활성도의 수치가 미생물이 증식하는 수치인 0.6보다 훨씬 낮기 때문에 미생물의 증식이 사실상 불가능합니다.

원두의 보관은 수분함량이 많아 수분활성도 수치가 높은 식품과는 보관 목적이 조금 다릅니다. 대부분의 식품은 높은 수분활성도로 인한 미생물의 활동을 제어하는 것이 주요 목적이라면, 수분함량이 거의 없는 원두는 향미 손실과 산화를 회피하는 것이 중요합니다. 다음시간에는 원두 보관에 대한 이야기를 다루면서 적절한 원두 보관법에 대해 보다 자세히 설명하도록 하겠습니다.

정리

지금까지 이야기 드린 수분활성도에 대해서 간단히 정리하면

• 수분활성도는 커피에 포함되어 있는 수분중 자유수의 양을 가늠하는 지표이다.
• 수분활성도 측정을 통해  미생물 증식의 가능 여부를 판단할 수 있다.
• 수분함량의 조건과 변화에 따라 수분활성도가 달라 질 수 있고 이로 인해 생두 품질에 영향을 미칠 수 있다.
• 정상적으로 보관된 원두의 경우 매우 낮은 수분활성도로 인하여 미생물의 증식은 사실상 불가능하다.

이번 내용은 뭔가 조금(??!!) 어렵고 복잡한 내용이었던것 같습니다. 그래도 이번 내용을 통해 수분활성도에 대해 좀 더 이해하고 정리되는 시간이 되었으면 좋겠습니다. 부디 읽는분들께 도움이 되었기를!

다음주 주제는 원두의 보관입니다. 위에서 이야기 한 것처럼 원두의 보관은 수분함량이 많아 수분활성도 수치가 높은 식품과는 보관 목적이 완전히 다릅니다. 대부분의 식품은 높은 수분활성도로 인하여 온도제어나 살균, pH제어 등으로 미생물의 활동을 제어하는 것이 주요 목적이라면, 수분함량이 거의 없는 원두는 향미 손실과 공기중 산소에 의한 산화를 회피하는 것이 중요합니다. 다음시간에는 원두 보관에 대한 이야기를 적절한 원두 보관법이 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.

제임스 드림

내용에 대한 피드백이나 궁금증이 있으시다면 언제든 저에게 이메일(wonil.nam@ablecoffeegroup)이나 메신저로 연락주세요. 감사합니다.

참고문헌

[1]Jean Nicolas Wintgens, 커피생두, 커피리브레, 2015.

[2]Gerhard A. Jansen, 커피로스팅, 주빈, 2007.