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추출시 커피 미분(Fines)의 흐름을 떠올려 볼 수 있는 이론들
2021-05-25
추출시 커피 미분(Fines)의 흐름을 떠올려 볼 수 있는 이론들
우리는 원두를 균일한 사이즈로 분쇄하기를 원하지만 실제 완벽하게 균일한 분쇄는 불가능하다. 특히 원두가 그라인더에 파쇄되면서 발생하는 미세한 입자인 미분(Fines)은 커피 추출에 큰 변수로 작용할 수 있기 때문에 제어해야 하는 하나의 요소로 고려되었다. 결국 관능적인 관점에서 출발한 미분에 대한 관점은 추출시 물의 흐름에 따른 미분의 이동에 대한 관심까지 불러일으켰다.
실제로 많은 분들이 브라질 땅콩 효과(Brazil Nut Effect)때문에 드리퍼에 진동과 같은 흔들림으로 미세한 입자들은 아래로 큰 입자들은 위로 이동한다고 생각한다. 브라질 땅콩 효과에 대한 자세한 내용은 아래 영상을 참조하기 바란다.
위 영상에서 확인할 수 있는 것처럼 브라질 땅콩 효과는 일정 수준 이상의 진동이 지속되면 작은 알갱이가 내려가고 큰 알갱이가 올라가는 현상을 가리킨다. 위 영상에서는 중심부는 마치 고체와 같고 원통형 컨테이너의 외벽쪽의 알갱이들은 액체와 같이 이동한다고 언급했다. 그렇다면 알갱이들의 흐름은 어떤 방향으로 어떻게 움직이는가? 아래의 이미지를 참고할 수 있다.
The image above displays a temporal sequence of motion in a cylindrical container as it is tapped many times. Some of the balls were colored to keep track of their motion. The balls against the walls flow downward, and push the central particles upward, starting a convection-like cyclical flow. Source: Knight et al. (1993), modified. Source by https://coffeeadastra.com/2020/02/01/the-physics-of-fines-migration/
위의 경우를 보면 컨테이너에 일정 수준의 흔들림이 지속될 경우 원통 벽면에 붙은 알갱이들이 아래로 이동하면서 바닥면에 있는 알갱이들을 중심부로 밀고, 중심부의 알갱이들이 그 힘에 의해위로 올라가는 모습을 볼 수 있다. 이와 같은 원리로 큰 알갱이가 표면 위로 올라가게 되는 것이다.
따라서 많은 사람들은 브루잉 커피 추출시 이 효과를 적용하여 미분이 드리퍼 하단으로 가라앉을 것이라고 예단하는 경향이 있다. 하지만 실제 모든 드리퍼에서 같은 효과가 발생할 것이라고 예단하기 어려운 이유가 있다.
"역 브라질 땅콩 현상"이 존재하기 때문이다. 말 그대로 특정 상황에서는 큰 입자가 가라앉고 작은 입자가 떠오르는 현상이다. 위 사진에서 8mm 유리구슬과 15mm 폴리프로필렌을 사용한 a에선 브라질 땅콩 효과가 성립하지만 10 mm 구리와 4 mm 유리구슬을 적용한 b에선 역 브라질 땅콩 효과가 관찰된다는 점을 이해할 수 있다.
이와 관련하여 위에 언급된 Coffee Ad Astra 블로그 포스트에서는 원추형 형태를 띈 컨테이너 내부에서는 역 브라질 땅콩 효과가 관찰된다는 점을 알렸다.
A conical container reverses the direction of the convection-like flows, causing the larger balls to get stuck at the bottom. Source: Knight et al. (1993), modified.
위 삽화에서 알 수 있는 것처럼 원통형 컨테이너에서 보이던 흐름(Convection-like flows : 브라질 땅콩 효과가 대류열의 흐름과 유사하기 때문에 "대류와 비슷한 흐름"이라는 표현을 위에서 사용했다.)과 역방향이라는 것을 볼 수 있다.
하지만 이와 같은 결과를 해석할 때, 오히려 콘 모양의 드리퍼가 큰 입자를 아래로 이동시키기 때문에 미분이 종이 필터를 막지 않는데 도움이 된다고 생각해서는 안된다. 그 이유는 위 삽화에서 볼 수 있는 것처럼 작은 알갱이들은 멈춰있는 것이 아니라 지속적으로 이동하기 때문이다. 미분은 종이 필터의 미세한 틈을 충분히 막을 수 있기 때문에 드리퍼를 지속적으로 움직이는 행위는 미분이 접촉하는 모든 필터의 틈새들에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 원통형이든 원추형이든 드리퍼에 움직임을 가하는 것(Tapping)은 미분이 종이 필터의 미세한 추출 틈새들을 막을 수 있는 영향을 미칠 수 있다.
이는 커피 원두를 분쇄한 후, 원통형 컨테이너(층이 올라올 정도로 분쇄된 커피의 양에 맞는 사이즈)에서 일정 시간 흔든다면 위로 올라온 큰 사이즈의 입자를 선별하여 커피 입자의 고르기를 균일하게 할 수도 있을 것이다. 하지만 추출 중에 가해지는 진동은 미분의 이동을(원통형이든 원추형이든) 발생시키기 때문에 종이 필터에 흡착될 수 있으며, 이는 커피 추출의 흐름에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 물론 위 실험들은 모두 같은 크기의 구형 알갱이들로 이루어져 있기 때문에 커피 추출시 사용하는 분쇄된 커피 입자들과는 다른 환경임을 감안해야 한다.
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재미있는 정보네요. 참고가 많이 되었습니다. 감사합니다.