에티오피아 마운틴 워터 디카페인 생두
커피는 세계에서 가장 인기 있는 음료 중 하나이며 우리나라에서는 평균 성인 기준 1년에 377잔을 마실 만큼 많은 사람들에게 일상 생활의 필수적인 음료가 되었습니다. 그러나 모든 사람이 커피에 함유된 카페인에 자유로울 수 없으며 때로는 커피를 시간에 구애받지 않고 편하게 마시기 위하여 디카페인 커피가 필요하게 되었습니다. 이 포스팅에서는 디카페인 커피의 탄생, 프로세스의 발전 과정과 현재 인기를 얻고 있는 디카페인 커피와 건강을 위해 추천할 만한 디카페인 공정에 대해 알아볼 것입니다.
생각보다 오래전 디카페인 커피가 시작되었습니다. 디카페인 커피는 100년 넘게 존재해 왔으며 수년에 걸쳐 디카페인 프로세스 공정이 발전해 왔습니다. 유기용매를 이용한 추출법으로 시작하여 현재는 물(Water)과 탄소필터를 이용하는 추출, 압축 이산화탄소(CO2)를 이용하는 추출과 에틸 아세트산(EA)을 용매로 이용하는 3가지의 공법이 사용되고 있습니다.
최초의 디카페인 커피는 1903년 독일 커피 상인이며 카페 하그(Kaffee HAG) 사의 설립자인 루드윅 로셀리우스(Ludwig Roselius)에 의해 탄생되었습니다. 카페인 제거 기술은 1819년 독일의 화학자 룽게(Friedrich Ferdinand Runge)가 처음으로 개발하였지만 상업화를 이룬 것은 로셀리우스였습니다.
로셀리우스는 커피 원두를 운송하는 동안 바닷물에 노출되었을 때 우연히 디카페인 과정을 발견했습니다. 그는 커피가 카페인은 사라졌지만 맛은 상당 부분 유지하고 있다는 사실을 알았습니다. 그는 커피에서 카페인을 제거하기 위해 다양한 용매를 실험하기 시작했고 결국 화학 용매인 벤젠을 사용하여 1906년에 특허를 받았습니다. 이 방법은 “로셀리우스 프로세스”로 알려져 있습니다.
벤젠을 이용한 디카페인 공정은 직접 용매 추출법(Direct Solvent Extraction Process)으로 커피 생두를 수증기에 부풀려 다공질 세포벽을 넓혀서 용매가 원활히 들어가 카페인을 수용할 수 있도록 하였습니다. 로셀리우스 프로세스는 카페인 제거에 효과적이었지만 위험하기도 했습니다. 벤젠은 암을 비롯한 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있는 독성 화학 물질입니다.
카페인을 추출하는 용매는 벤젠 외에도 클로로 포름, 트리클로로 에틸렌 등이 있었는데 트리클로로 에틸렌은 1977년 미 FDA를 통해 발암 물질로 규정되어 사용이 중지되었습니다. 대신 메틸렌 클로라이드(Methylene Chloride)와 에틸 아세테이트(Ethyl Acetate)등으로 대체되어 사용되고 있습니다. 이를 통한 직접 유기용매 추출 방식은 압력과 용매의 끊는 점을 이용해 카페인을 추출하는데 커피의 향미 성분도 함께 추출이 되기 때문에 향미 손실을 가져옵니다. 미량의 유기 용매 성분이 커피에 남게 되긴 하지만 사람에게는 영향을 주지 않습니다. 우리나라에서는 유기용매를 사용한 디카페인 커피를 식약처에서 2018년에 기준과 규격을 마련하여 수입하고 있지 않습니다.
일반적인 디카페인 방법이었던 직접 유기용매 추출 방식은 커피 콩에서 카페인을 제거하기 위해 메틸렌 클로라이드 또는 에틸 아세테이트와 같은 화학 물질을 사용했습니다. 이러한 화학 용제는 카페인을 제거하는 데 효과적이었지만 커피 콩에 잔류 화학 물질을 남길 가능성도 있었습니다. 이것은 디카페인 커피의 안전성에 대한 우려를 불러일으켰고 스위스 워터 프로세스의 개발로 이어졌습니다.
스위스 워터 프로세스(Swiss Water Process)는 디카페인 공정에서 화학 용제 사용에 대한 우려에 대응하여 1930년대 스위스에서 처음 개발된 카페인 추출 공정입니다. 물을 사용하여 커피의 풍미를 유지하면서 커피 생두에서 카페인을 제거하는 화학 물질이 필요없는 공정입니다.
스위스 워터 프로세스의 카페인 추출 방식은 GCE(Green Coffee Extract)를 사용하는 방법입니다. GCE는 생두에서 추출한 추출물에서 카페인을 제거한 상태의 수용성 커피 성분입니다. 이미 카페인을 제거한 상태의 추출물을 활용하여 화학 평형(삼투압)의 방법으로 생두에서 카페인만을 추출하는 방법입니다.
ㆍ GCE 생성
생두를 물에 담그면 아미노산, 당류, 클로로겐산, 카페인이 추출됩니다. 탄소 필터를 사용하여 카페인을 제거하고 그 외 생두에 함유된 모든 수용성 고형분, 커피 향미가 용해된 물인 GCE를 만듭니다. 이렇게 생성한 GCE는 한 번만 제조합니다.
ㆍ 생두 부풀리기 및 세척
생두를 카페인 제거에 적합한 상태를 만들기 위해 GCE가 담겨있는 물에 넣어 생두의 조직을 부풀립니다. 이와 더불어 커피의 실버스킨과 불순물이 제거됩니다.
ㆍ 카페인 추출
생두와 GCE가 담긴 물 사이의 화학 평형을 이루기 위해 삼투압의 현상으로 생두에서 카페인 성만 추출이 됩니다. GCE는 생두에 있는 카페인이 0.1% 이상 남아 있지 않을 때까지 시간, 온도, 유속을 모니터링하면서 8~10시간 동안 지속적으로 반복하게 됩니다.
ㆍ 카페인 제거
카페인이 포함된 GCE는 카페인 성분을 포착하는 탄소 필터를 거치며 카페인이 제거됩니다. 카페인이 제거된 GCE는 새로운 배치의 생두에 사용됩니다.
ㆍ 생두 건조
조직이 부풀어진 상태의 생두는 일반 생두의 수분율에 맞추어 건조됩니다.
스위스 워터 프로세스는 다른 디카페인 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.
ㆍ 화학 물질 없음
스위스 워터 프로세스는 자연적이고 화학 물질이 없는 디카페인 방법입니다. 커피 날콩에서 카페인을 제거하기 위해 물만 사용하므로 콩에 잔류 화학 물질이 남지 않습니다.
ㆍ 풍미 유지
스위스 워터 프로세스는 물만을 사용하여 카페인을 제거하기 때문에 커피의 풍미를 보존합니다. 그 결과 일반 커피와 비슷한 맛의 디카페인 커피를 즐길 수 있습니다.
ㆍ 환경 친화적
스위스 워터 프로세스는 환경 친화적인 디카페인 방법입니다. 화학약품이나 용제를 사용하지 않아 유해한 부산물이 발생하지 않습니다.
많은 장점에도 불구하고 스위스 워터 프로세스는 몇 가지 단점도 있습니다.
ㆍ 시간과 비용이 많이 발생
스위스 워터 프로세스는 시간과 비용이 많이 드는 디카페인 방법입니다. 카페인을 제거하기 위해 물만 사용하기 때문에 화학 용매를 사용하는 다른 방법보다 원두의 카페인을 제거하는 데 시간이 더 걸립니다. 이로 인해 스위스 워터 프로세스를 사용하여 카페인을 제거한 커피를 생산하는 데 더 많은 비용이 듭니다.
ㆍ 향미 성분 손실
스위스 워터 프로세스는 커피의 향미를 보존하도록 설계되었지만 카페인과 함께 일부 향미 성분이 손실 될 수 있습니다. 이로 인해 일반 커피와 맛이 약간 다른 디카페인 커피가 될 수 있습니다.
스위스 워터 프로세스는 물을 사용하여 커피 원두에서 카페인을 제거하는 자연적이고 화학 물질이 없는 디카페인 방법입니다. 커피 본연의 맛을 살리는 친환경적인 방법이지만 시간이 오래 걸리고 비용도 많이 듭니다. 그런 한계에도 불구하고 스위스 워터 프로세스는 일반 커피와 유사한 맛을 내는 디카페인 커피를 생산하는 인기 있는 방법 중에 하나입니다.
스위스 워터 프로세스와 동일한 공정입니다. 그러나 그 결과물의 차이가 나기에 최근 인기가 많습니다. 스위스 워터 프로세스의 방법이 이론적으로는 향미 손실이 없다고 하지만 현실적으로 뭔가 빠진 듯한 향미 손실이 있음을 부정할 수 없습니다. 그런데 반하여 마운틴 워터 프로세스(Mountain Water Process)의 디카페인 생두는 특유의 군고구마, 말린 대추와 같은 뉘앙스와 스위스 워터 프로세스(SWP)와 다른 향미를 선사합니다.
MWP는 멕시코 삐꼬 데 오리사바라는 화산의 암반수를 사용합니다. MWP에서는 Descamex사의 특허를 가진 탄소 필터를 사용합니다. 평균 생두에 1.25%의 카페인이 들어있습니다. MWP는 카페인의 97% 이상을 제거합니다. (커피 성분 함량 중 99.9% 카페인을 제거) 건조는 60℃ 이하의 따뜻한 바람을 이용하여 적정 수분 함량이 될 때까지 3중 건조 과정을 거칩니다. 그 후 먼지 제거 과정을 거치고 나면 디카페인 생두가 완성됩니다.
카페인을 제거하는 과정에서 생두는 열에 노출되어 카라멜 라이징 현상이 일어나 카라멜과 같은 색으로 변합니다. 카페인 제거 후 건조 과정이기 때문에 수분율이 일반 생두보다 낮은 편이며 조직의 밀도가 낮고 표면적이 넓어진 상태입니다. 그래서 로스팅 후에 원두 색상은 일반적인 커피 콩보다 어둡게 됩니다. 그래서 겉만 보고 볶기보다는 온도계를 주시하고 때로는 후각을 통해 관찰하면서 대처해야 합니다. 커피를 볶을 때에는 일반적인 상황에서 투입하는 열량보다 작아야 겉이 타는 현상을 막을 수 있으며 로스팅 시간이 짧아지기 때문에 급격히 변화하는 온도계를 유심히 바라보고 상황에 따라 열량을 조절해 주어야 합니다.
CO2 디카페인의 역사는 1967년으로 거슬러 올라갑니다. 막스 플랑크 연구소의 화학자 Kurt Zosel은 흥미로운 사실을 우연히 발견하게 됩니다. Zosel은 고압 CO2를 사용하여 혼합 물질에서 하나의 물질을 분리하는 과정이었는데 분리된 물질을 제외한 나머지 혼합 물질은 그대로 유지하고 있다는 사실을 발견하였습니다. Zosel은 압축된 CO2로 카페인과 같은 단순한 알칼리성 물질이 추출되는 것을 알게 된 것입니다. 이에 그는 1970년에 CO2 디카페인 기술에 대한 특허를 획득했습니다.
ㆍ 생두 부풀리
먼저 생두를 물에 담가 부풀어 카페인 추출에 최적 상태가 되도록 합니다. 약 2배 가량 부푼 생두의 내부의 물로 카페인이 이동합니다.
ㆍ 추출 용기에 투입 후 밀봉
생두를 스테인리스 스틸 추출 용기에 넣습니다. 그런 다음 용기를 밀봉합니다. 액체 형태의 초임계 이산화탄소(Supercritical CO2)는 약 1000 psi의 강한 압력과 최대 93℃에 이르는 온도에서 원두에 분사됩니다. 이제 용매 역할을 하는 액화 초임계 CO2가 소량의 물을 흡수하기 시작하지만 대부분은 카페인입니다.
추출 통에 연결되어있는 낮은 압력의 흡수 통(Absorption Vessel)에 액화 이산화탄소와 함께 추출된 카페인과 물이 이동합니다. 이 때 액체 상태의 CO2는 기체 상태로 바뀌어 소량의 물과 카페인만 남게 됩니다. 기체 상태의 CO2를 액화시켜 다시 추출 통에 투입하여 과정을 반복합니다. 원두는 카페인이 목표량 만큼 제거되려면 약 5~7시간 정도의 시간 동안 이 공정을 반복하게 됩니다.
ㆍ 건조
추출 용기에서 생두를 빼내어 건조합니다. 추출된 카페인도 버려지지 않습니다. 카페인은 재순환되어 다양한 제품에 적용됩니다.
CO2 디카페인 공정은 비용이 많이 드는 단점이 있습니다. 이 공정에서는 특수한 장비가 필요하며, 이산화탄소 회수 및 재사용을 위한 별도의 시스템도 필요합니다. 따라서, CO2 디카페인 공정에서 디카페인 커피 생두를 생산하는 비용은 다른 공정에 비해 높을 수 있습니다. CO2 디카페인을 대표하는 회사는 독일 브레멘의 CR3로 알려져 있습니다.
CO2 디카페인 공정의 가장 큰 장점은 친환경성입니다. 이 공정에서 사용되는 이산화탄소는 안전하고 친환경적인 물질이기 때문입니다. 또한, 이 공정은 물과 유기용제를 사용하는 기존 방법과는 달리 디카페인 과정에서 커피의 향미 손실을 최소화합니다. 약 97% 이상의 카페인을 제거하는 CO2 공정은 생두에 있는 순수 향미 성분 중 일부는 추출되어 맛에 영향을 미칠 수 있습니다.
슈가 케인 EA 디카페인은 사탕수수에서 추출한 에틸 아세테이트를 용매로 사용하는 새로운 디카페인 커피 추출 방법입니다. 이 공정은 다른 디카페인 방법에 사용되는 합성 용매가 아닌 사탕수수에서 발견되는 천연 물질을 사용하기 때문에 천연 디카페인이라고도 합니다.
일반적으로 슈가 케인 EA 프로세스는 사탕수수에서 추출한 당밀을 발효시켜 에탄올을 생성하는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 이 알코올을 아세트산과 혼합하여 에틸 아세테이트 화합물을 만듭니다. 사탕수수를 쉽게 구할 수 있는 콜롬비아에서는 커피 산업을 성장시키기 위해 이 풍부한 자원을 사용하는 것이 경제적으로 매우 합리적인 것입니다.
콜롬비아 카우카 포파얀 슈가케인 EA(Ethyl Acetate) 공정 디카페인 생두
– 생두는 30분 전에 찝니다. 실버 스킨을 제거하기 위해 매우 낮은 압력에서 찌고 뜨거운 물에 적셔 생두의 조직을 부풀려 다공질방을 열고 부드럽게 만듭니다. 이것은 콩 내부의 클로로겐산 결합염으로 설명될 수 있는 카페인의 가수분해를 유발합니다. 카페인 추출에 용이하도록 만듭니다. 생두를 에틸 아세테이트(EA:Ethyl Acetate)와 함께 물에 담급니다. 그런 다음 EA는 커피 씨앗 내부에서 자연적으로 발생하는 클로로겐산 염과 결합합니다. 이 과정을 여러 번 반복하여 생두에서 카페인이 97% 이상 제거될 때까지 진행합니다. 보통 걸리는 시간은 약 8시간 정도입니다. 생두의 카페인이 제거되면 저압 환경에서 다시 증기를 사용하여 잔류 EA를 제거합니다.
슈가 케인 EA 디카페인 프로세스는 생두에 존재하는 카페인을 최소 97% 제거합니다. 에틸 아세트산의 잔류량은 보통 5ppm입니다. 바나나는 자연적으로 약 200ppm을 함유하고 있습니다. 또한 에틸 아세테이트의 증발점은 70°C입니다. 생두를 200℃ 이상의 온도에서 볶기 때문에, 볶은 커피의 EA의 잔류량은 모두 증발하여 걱정할 필요가 없습니다.
– 카페인 추출이 끝난 생두를 진공 건조 드럼으로 보내 커피 생두의 수분율을 11% 전후로 건조합니다. 그런 다음 생두를 주변 온도로 빠르게 식힌 다음 카나우바 왁스로 광택을 내어 수분율이 변동되지 않도록 보호합니다.
슈가 케인 EA 디카페인 방법의 주요 장점 중 하나는 스위스 워터 프로세스 또는 CO2 프로세스와 같은 다른 디카페인 방법보다 더 환경 친화적인 것으로 간주된다는 것입니다. 이 공정에 사용되는 용매는 천연 자원에서 추출되며 생분해성입니다. 또한 사탕수수를 에틸 아세테이트 공급원으로 사용하면 지속 가능한 농업을 지원하고 보다 순환적인 경제를 만드는 데 도움이 됩니다.
또한 슈가 케인 디카페인 커피는 바디감이 좋고 밝은 산미를 자랑하며 만다린, 밀크 초콜릿, 꿀의 향미가 특징입니다. 특히, 사탕수수에서 추출한 천연 EA를 사용하기에 단맛이 더해집니다. 이 향상된 단맛이 기존 밋밋했던 디카페인 커피의 고정관념을 깨뜨리고 맛있는 디카페인으로 인식되어 더욱 인기를 얻고 있습니다. 특히 여름철 아이스커피로도 뛰어난 맛으로 찾는 사람들이 많아지고 있습니다.
생두 표면에는 하얀 무늬같이 보이는 부분들이 있는데 사탕수수의 당분이 생두에 흡수되어 있어 그런 현상이 나타나며 보관하다 보면 하얀 가루 같은 것이 올라오는 것 또한 당분이라는 판매사의 안내를 보았지만 EA의 성분 중에 당분이 포함되어 있기 때문인지에 대한 부분은 확인하지 못했습니다.
에틸 아세테이트는 사탕수수, 사과, 블랙베리와 같이 익어가는 초목에 소량으로 자연적으로 존재하기 때문에 일부 사람들은 다른 화학 물질보다 더 ‘천연’인 것으로 간주합니다. 따라서 이 용매는 자연에서 발생하기 때문에 천연 디카페인으로 판매되는 경우가 많습니다. 그러나 과학 자료(출처: Coffee Confidential)에 따르면 천연 에틸 아세테이트를 수집하는 데 드는 비용 때문에 카페인 제거에 사용되는 화학 물질은 실제로 합성인 경우가 많습니다. 이것은 에틸 아세테이트가 에틸 알코올과 아세트산을 사용하여 더 저렴하게 공급되고 제조될 수 있기 때문입니다. 둘 다 일반적으로 천연 성분과 석유 파생물에서 생산됩니다. 따라서 디카페인 공정에 사용한 에틸 아세테이트 용매의 출처를 확인할 수 있거나 공신력 있는 곳에서 가공한 슈가 케인 디카페인을 구매하여야 할 것입니다.
카페인의 민감한 사람들을 위해 탄생한 디카페인 커피는 초기에는 맛없는 커피라고 인식되었으며 벤젠을 비롯한 발암 물질인 용매를 사용하여 건강에도 적신호를 보냈습니다. 그러나 커피가 주는 매력은 거기서 멈추지 않고 보다 건강한 방법으로 카페인을 제거하는 방법을 찾았고 현재에는 친환경적인 공정으로 발전되었습니다.
사실 커피는 역사적으로 인간을 혹사시키는 데에 중점적으로 사용되었습니다. 산업혁명 시대에는 커피로 아침부터 저녁까지 일하는 시간을 늘리는데 사용되었고 1차, 2차 세계대전에는 밤에 잠을 쫓으며 경계를 서야 하는 군인에게 필수적인 보급품으로 지급하게 되었습니다. 또한 커피의 용도가 귀족과 왕의 기호식품으로 즐기게 되고, 대항해 시대에 식민지를 만들고 심은 주된 작물이 되었으며 그 여파는 지금까지도 이어지고 있습니다.
유럽의 자본이 중심이 되어 전 세계 커피 시장을 주도하고 있는 지금 외면당했던 디카페인 시장이 호황을 맞이하고 있습니다. 발전하고 있는 디카페인 커피 공정에 의해 커피의 향미가 좋아졌으며 이에 카페인에 취약한 사람들까지도 향미 가득한 커피의 세계로 이끌고 있습니다.
사실 커피는 독성 물질이 가득한 인체에 해로운 식품입니다. 태운 커피에서 발생하는 발암 물질인 벤조피렌과 약배전에서 나오는 아크릴아마이드, 곰팡이 독소인 오크라A톡신과 아플라 톡신, 인체의 각성을 담당하는 코르티솔을 방해하고 중독을 만드는 카페인, 철분 흡수를 방해하는 탄닌 등 인체에 나쁜 영향을 끼치는 물질이 많습니다. 그러나 커피의 소비는 줄지 않을 것입니다. 커피 산업은 보다 다양한 광고와 서비스로 중무장하고 커피의 장점인 항산화 물질만을 부각시켜 사람들의 생활 속에 깊게 관여할 것이기 때문입니다.
그런 반면에 커피가 주는 향미는 사람에게 위안을 주며 희망을 주기도 합니다. 사람들의 건강은 생각하지 않고 성공과 돈을 위해 달리고 있는 많은 사람들의 틈새에서 꼼꼼한 핸드픽과 건강한 로스팅으로 사람의 건강을 해치는 물질을 최대한 배제하고 항산화 물질을 살려 가장 건강한 커피를 만들어 즐기는 사람들이 많아지고 있기 때문입니다. 이제는 보다 건강하고 현명한 소비를 할 때입니다.