Monika Fekete 박사와 커피 원두의 미세 구조를 현미경으로 살펴보고 로스팅과 분쇄가 어떻게 세포 구조에 영향을 미치는지 알아보자.
로스팅 과정에서 제가 가장 좋아하는 순간은 바로 로스팅 머신에 난 작은 창을 통해 녹색의 커피 생두가 캐러멜 색과 초콜릿 같은 적갈색으로 변하는 것을 지켜보면서 그 강력한 향기가 실내를 가득 채우는 것을 맡을 때입니다.
단 몇 분 동안에 수천 가지의 화학 반응이 이제는 돌이킬 수 없는 물리적 변화와 함께 진행면서, 원두 내부의 아로마와 맛을 추출하게 되지요.
원두 내부에서 발생하는 변화
자, 그럼 이제 원두 내부를 더 자세히 살펴보고 이러한 변화들이 미시적 수준에서 어떻게 발생하는지 정확하게 확인해볼까요?
현미경은 일반적으로 원하는 객체를 확대하기 위해 광선의 힘을 사용합니다. 커피의 경우, 광학 현미경으로 커피 원두의 표면을 자세히 관찰하고 그 모양과 크기를 파악할 수 있죠. [사진1]은 400x 배율의 USB 현미경을 사용하여 촬영되었습니다. 잘 보세요. 이 사진에선 약간의 실버 스킨이 보이는 볶은 아라비카 원두의중심부를 볼 수 있습니다.
더 깊이 들어가서 식물 세포의 수준으로 확대하려면, 보다 강력한 도구가 필요합니다. 전자 현미경은 물체의 실제 클로즈업을 보여주도록 설계되었습니다. 광선 대신에 전자 빔을 사용하여 이미지를 만들어서나노미터 (nm) 범위의 디테일까지 나타낼 수 있습니다.
나노미터가 얼마나 작은지 알기 위해 몇 가지 예를 생각해볼까요? 나노미터는 손톱이 불과 1초 안에 자라는 정도의 길이를 말합니다. 나노미터는 밀리미터보다 1백만 배 더 작아서 원자 크기에 꽤 근접하죠. 원자는 나노미터의 약 10분의 1 정도 크기이기 때문입니다. 이러한 확대 배율로 원두의 내부 구조에 대한 놀랍도록 선명한 시각을 얻을 수 있습니다.
한 걸음 물러서서 일반적으로 식물 세포가 어떻게 생겼는지 간단히 살펴보겠습니다. 여러 면에서, 그들은 동물 세포와 비슷하지만 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다.
식물과 동물 세포 모두 세포벽을 가지고 있는데, 잘 추출된 에스프레소에 좋은 식감을 불어넣는 오일을 포함하여 지방질 (기름)의 대부분이 이 세포벽 내에서 발견됩니다. 이 외에도, 식물 세포는 셀룰로오스와 몇 가지 다른 탄수화물들로 만들어진 단단한 세포벽을 가지고 있죠. 세포벽은 ‘식물의 골격 (plant skeleton)’으로 작용하여 키가 큰 나무들도 견딜 수 있는 매우 견고한 구조를 형성합니다. 원두 고형분의 약 20%를 에스프레소로 추출한다면 남겨진 80%의 대부분은 바로 이 셀룰로오스 뼈대입니다.
우리는 또한 식물 세포가 중앙에 영구 액포라고 불리는 크고 빈 ‘포대’를 가지고 있다는 것을 알 수 있습니다. 세포에는 일반적으로 세포의 절반 이상을 차지할 수도 있는 아주 큰 액포가 하나 있습니다. 액포는 단백질, 지방 및 탄수화물과 같은 영양소 또는 물을 함유하고 있으며, 사람의 관점에서 보면 이런 성분들은 주요한맛들을 내는 화합물입니다.
커피 생두의 경우, 세포벽은 약 10 마이크로미터 두께이고, 세포 자체는단면 크기가 약 20 내지 30 마이크로미터이며, 액포는 세포 부피의 약 절반을 차지합니다. 액포의 존재는 원두에 스위스 치즈와 같은 구조를 제공하며 우리가 다공성 물질을 다루고 있음을 나타냅니다.
로스팅 중에는 어떤 일이 발생할까?
로스팅 중 식물 세포의 구조 변화는 많은 과학 연구들의 주제였습니다. 덕분에 구조적인 단계에서 일어나는 일에 대해서는 이미 어느 정도 널리 알려져 있죠. 예를 들어,캐나다의 Guelph 대학에서 Niya Wang이 찍은 일련의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지는 로스팅 과정에서 커피 원두의 세포 구조 변화를 보여줍니다.
여기서 우리는 1차 크랙 동안 어떻게 구멍들이 팽창하는지를 확실히 볼 수 있고, 2차 크랙에서 더 많은 구멍들이 열리는 것을 볼 수 있습니다. 구멍 내부에서 (이산화탄소, 증기 및 휘발성 유기물들과 같은 가스가 축적됨으로써) 압력이 증가하고 풍선이 부풀어 오르는 것처럼 세포가 팽창합니다. 세포벽은 압축되어 결국 파열되죠. 세포 간의 세포벽 파괴는 커피를 추출하는 동안 물이 원두에 침투하는 방식에 큰 영향력을 미칩니다.
Redgwell 등의 논문에 따르면, 로스팅은 구조탄수화물의 약 12 ~ 40%를 분해합니다. 셀룰로오스는 현저히 안정돼서 거의 분해되지 않지만, 다른 다당류는 분해될 때 용해되어 커피 음료의 맛과 점도에 기여합니다.
미크론 규모의 다공성 외에도 식물들은 세포 사이에 (마치 두 도시 블록을 연결하는 일련의 좁은 골목길처럼) plamodesmata라는 나노 스케일 구멍들의 광범위한 네트워크를 포함하고 있습니다. 서로 가까이 존재하는 세포들은 이 작은 채널을 이용하여 서로 통신하고 영양분을 공유합니다. 저자Schenker 등은 “로스팅 환경에 영향을 받는 커피 원두의 구멍 구조”라는 논문에서 이 작은 구멍들의 네트워크는 커피 오일이 원두 표면으로 이동하도록 해주기 때문에 볶은 원두의 숙성에도 영향을 미친다는 사실을 알 수 있다고 합니다. 이 오일이 공기와 접촉하게 되면,원두가 산화되기 시작하면서 썩는 냄새가 날 것입니다. 볶은 원두를 되도록 산소에서 멀리하는 것이 중요한 이유 중 하나입니다.
분쇄는 세포 구조에 어떤 영향을 미칠까?
세포 구조는 그라인더에서 대부분 날카롭고 작은 조각으로 산산조각이 납니다. 그렇지만 경우에 따라, 세포벽의 구조를 여전히 볼 수도 있습니다. 세포벽을 깨면 많은 수용성 물질들이 저장되어있는 세포의 내부를 노출시키게 됩니다.
우리가 식물 세포의 구조를 살펴보고 배운것처럼 아미노산, 당류 및 지방과 같이 맛을 내는 많은 화합물들이 액포 또는 세포막에 저장됩니다(예 : 커피 오일). 세포벽이 깨지면 이러한 물질들을 더 쉽게 추출할 수 있고 전반적인 맛의 경험에 기여할 수 있습니다.
Monika Fekete 박사는 호주 커피 과학 연구소의 창립자이다.
