카페인
카페인은 1819년 독일의 화학자 룽게(Friedrich Ferdinand Runge)가 처음 분리에 성공하면서 "Kaffein"이라고 명명한 데서 유래하였으며 영어로 'Caffeine'이 되었는데 커피 안에 있는 물질(coffe+in)이란 뜻입니다. 카페인은 퓨린계의 크산틴 알칼로이드 합성 물질로 또 다른 명칭은 1,3,7-Trimethylxanthine입니다. 녹는점은 237도이며 드라이아이스처럼 승화하는 성질을 가지고 있는데 승화 온도는 178도이고 실온에서 하얀색이며 쓴맛이 나는 냄새가 없는 결정 구조입니다.
카페인은 인체에 흡수되면 신경계, 호흡계, 심장혈관계에 영향을 주나 그 효력은 일시적입니다. 카페인 섭취에 대해 인체는 적응이 되어 규칙적으로 카페인을 섭취하게 되면 자극에 덜 민감해지게 됩니다. 카페인의 효능 중 가장 널리 알려진 것은 중추신경계(C.N.S)에 자극을 주어 일시적으로 잠을 깨게 하고 기민하게 만들어 주며 기분을 고조시켜 주고 집중력을 높여 준다는 사실입니다. 카페인은 천연 상태에서 커피의 열매뿐 만 아니라, 잎, 나무에도 존재하는데 커피뿐만 아니라 차, 카카오, 마테차에도 함유되어 있습니다. 카페인은 현대인이 가장 많이 사용하는 정신 활성 물질이 되었습니다. 가장 주된 카페인 섭취 물질은 커피로써 카페이니 함량은 커피의 종류와 추출방법에 따라 차이가 있습니다.
에스프레소 한 잔(30cc)에는 약 40mg의 카페인이 들어 있으며 드립커피 한 잔(150cc)에는 약 100mg의 카페인이 들어 있습니다. 로부스타는 아라비카에 대해 약 2배 이상 카페인을 함유하고 있습니다.
카페인과 건강
전 세계적으로 연간 약 12만톤의 카페인이 소비되고 있는데 약 50% 이상을 커피를 통해 섭취하며 그다음이 차로서 약 40% 정도입니다. 따라서 커피 하면 제일 먼저 떠오르는 이미지가 카페인이며 실제로 커피를 마시면 심장박동이 빨라지고 손이 떨리는 등의 현상 때문에 커피를 기피하는 사람이 꽤 있습니다. 그러나 카페인의 섭취가 무조건 나쁜 것이 아니라 개인의 특성에 맞는 적정한 카페인 섭취는 우리 몸에 여러 가지 긍정적인 효과를 줍니다.
1. 다이어트 효과
카페인은 다이어트에 도움이 되는데, 그 이유는 식사하기 15분 전에 카페인을 섭취하면 포만감을 빨리 느끼게 해주며 공복감을 줄여줌으로써 식욕을 억제하는 효과가 있기 때문입니다. 그리고 대사율을 향상시키며 운동 효과를 높여 지방을 활발하게 연소시켜 체증을 감소시키는 효과가 있습니다. 일정한 양의 식사를 하면서 하루에 3번 진한 커피를 마시면 일 년에 약 10파운드(약 4.5kg)의 다이어트 효과가 있습니다.
2. 노화 방지
카페인은 비타민C, 비타민E, 베타 카로틴, 셀레늄과 같은 노화의 주원인인 활성산소로부터 신체를 보호하는 강력한 항산화 물질입니다. 한 컵의 커피는 오렌지 3개에 상응하는 항산화로서 파킨슨병이나 알츠하이머오 같은 퇴행성 질환의 발병 위험을 줄여주고 질병의 진행을 지연시키는 효능이 있습니다. 또한 카페인은 장기기억 능력을 향상시킵니다.
3. 항암 효과
카페인은 어떤 종류의 암 발병률도 높이지 않으며 흡연 물질과 종양 같은 발암 물질로부터 보호 기능을 수행해 여러 가지 암에 효능이 있는 것으로 조사되었는데 역학조사에 따르면 하루에 3~4잔의 커피를 마시면 유방암 발병을 상당히 줄여주고 결장암의 발병 가능성은 커피를 전혀 안 마시는 그룹에 비해 30% 정도 줄여주는 것으로 조사되었습니다.
4. 기타 효과
◎ 편두통을 줄여 줍니다.
◎ 고혈압과 심혈관계에 긍정적인 영향을 줍니다.
◎ 카페인 일시 다량 복용은 녹내장에 효과가 있을 수 있습니다.
◎ 담석을 예방합니다.
◎ 일반적으로 골다공증의 위험을 증대시키지 않습니다.
◎ 천식과 흡연으로 인한 호흡기 질환에 도움을 줍니다.
◎ 알코올 중독의 위험을 줄여줄 수 있습니다.
◎ 당뇨환자의 저혈당 쇼크 예방에 도움을 줍니다.
◎ 남성의 수정 능력(fertility)을 증대시킬 수 있습니다.
◎ 여러 가지 암 질환의 위험을 줄여줍니다.
이런 카페인의 효능을 커피를 통해 얻고자 한다면 인스턴트커피가 아닌 다른 첨가물이 들어가 있지 않은 신선한 원두커피를 통해서 이루어져야 효과가 있습니다. 로스팅한 지 오래된 원두커피는 그 성분이 산화되어 오히려 건강에 안 좋은 영향을 주기 때문입니다.
디카페인 커피
디카페인 커피 제조의 목적은 카페인은 제거하지만 아로마와 맛은 유지하고 있는 커피는 생산하는 데 있습니다. 디카페인 커피는 오늘날 원두커피뿐만 아니라 인스턴트커피 분야에서도 많이 생산되고 있습니다.
1819년 독일의 화학자 룽게에 의해 최초로 카페인 제거 기술이 개발되었으나 상업적 규모의 카페인 제거 기술은 독일 HAG사의 설립자인 로셀리우스에 의해 1903년에 개발되었습니다(1906년 특허). 생두가 카페인 제거 용매에 접촉하기 전에 수증기를 쬐어 콩을 부풀리고 표면적을 넓힘으로써 카페인 용해가 잘 되도록 하는 공법을 사용하였습니다. 커피에서 카페인을 용해하고 추출하여 카페인을 제거함으로써 만들어지는 디카페인 커피는 벤젠, 클로포름, 트리클로로에틸렌과 디클로로메탄 같은 용매가 사용되어 왔습니다. 그러나 안전과 호나경에 대한 영향 그리고 비용과 향 등의 문제로 인하여 다음과 같은 여러 수간으로 대체되었습니다.
1. 물 추출법(Water extraction)
1930년대 초에 스위스에서 개발된 공법으로 뜨거운 물이 커피에 침투하게 한 후 카페인뿐만 아니라 커피의 플레이버에 요소가 되는 여러 화합물을 포함하고 있는 물이 활성탄소를 통과하여 카페인을 제거하는 공정입니다. 통과된 물이 다시 콩에 흡수된 후, 증발하여 마르게 되면 좋은 플레이버를 지닌 카페인이 없는 커피를 만들게 됩니다. 이때 회수된 카페인은 음료수나 약품 제조를 위해 다시 쓰이게 됩니다. 이 방법은 크로로겐산과 같은 수용성 물질을 상실하게 만듭니다.
2. 초임계 이산화탄소 추출법
1970년대 독일의 HAG사에 의해 개발된 공법으로 초임계 이산화탄소는 많은 다른 유기 화합물처럼 훌륭한 무극성의 카페인 용매입니다. 그리고 카페인 추출 시 유기 용매보다 더 안전하며 추출 공정은 단순합니다. 압력(200 기압)을 받은 상태에서 온도가 초임계 온도인 31도를 넘어가면 CO2는 초임계 상태가 되어 액체 상태처럼 되며 생두에 침투하여 97~99%의 카페인을 용해하게 됩니다. 이렇게 용해된 카페인은 활성탄소 흡착이나, 증류, 재결정, 역삼투 방식으로 분리하게 됩니다. 이 방법은 유해 물질의 잔류 문제가 없고 카페인의 선택적 추출이 가능하나 설비에 따른 비용이 많이 드는 단점이 있습니다.
3. 유기 용매 추출법
먼저 생두에 압력을 가한 상태에서 증기를 쐬어 줍니다. 이러면 콩이 부풀고 표면적이 넓어져 카페인 제거가 용이하게 됩니다. 다음 단계는 다시 압력을 가한 상태에서 용매의 끓는점에 가까운 온도에서 용매를 이용하여 카페인을 제거하게 됩니다. 용매는 커피의 품질에 영향을 주지 않고 카페인만을 선택적으로 제거해야 하나 미량의 용매 성분이 커피에 잔류하게 됩니다. 그러나 이러한 잔류 성분은 디카페인 커피를 마시는 사람의 건강에 영향을 주니 않아 안전합니다.
요즘 사용되고 있는 용매는 에틸아세테이트와 메틸렌클로라이드입니다. 메틸렌클로라이드는 상대적으로 비등점이 40도로 낮으므로 저온에서 이용할 수 있는 장점이 있습니다. 1985년 미국 FDA는 엄격한 조사를 한 후 디카페인 제조에 있어 메틸렌클로라이드의 안전성을 재차 확인해 주었습니다. 에틸아세테이트는 안전한 식품 첨가 향미료로 디카페인의 잔류 성분보다 자연 상태에서 과일에 더 많이 함유되어 있습니다.
인스턴트커피
인스턴트커피는 보다 손쉽고 편하게 즐길 수 있게 만들어진 커피를 말합니다. 인스턴트커피의 역사는 100여 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 이전에도 여러 시도가 있었지만 1901년 일본계 미국인 과학자 가토가 처음 제법을 고안했다고 알려져 있습니다. 그 후 1906년 영국인 발명가 워싱턴이 대량 생산 공법을 창안했으며 1910년 상품화하여 시장에 내어 놓게 됩니다. 브라질에서 커피 과잉 생산에 따른 재고 누증으로 브라질 정부는 인스턴트커피를 상품화해줄 것을 요청하였으며 1938년 '네슬레'사는 '네스카페'라는 상품명으로 스위스에서 인스턴트 커피를 판매하게 됩니다. 2차 세계대전 당시 미군에게 인스턴트커피가 보급되었고 이로 인해 세계 각지로 널리 퍼지게 되었습니다. 인스턴트 커피를 만들기 위해서는 다음과 같은 순서로 공정을 거치게 됩니다.
1. 로스팅 및 분쇄
로스팅된 커피를 커피 성분이 잘 용해될 수 있도록 0.5~1.1mm로 아주 잘게 분쇄합니다.
2. 추출
그다음 추출과정은 5~8개의 추출 용기를 계속 이동하면서 이루어지는데 첫 번째 단계에서 155~180도로 추출된 커피는 다음 단계의 용기로 이동하여 커피 농도를 점차 높여갑니다. 최종적으로 얻어지는 커피 농도는 20~30% 정도입니다.
3. 농축
추출된 커피액을 여러 단계의 여과 과정을 거쳐 커피 농도를 40%까지 농축시키는 과정입니다.
4. 향 회수
위의 여러 과정을 거치면서 커피의 향기 물질이 소실됩니다. 이때 방출되는 향기 성분을 모아서 다시 커피에 환원시키는 과정입니다.
5. 건조 건조 방식은 크게 SD 방식과 FD 방식으로 나뉩니다.
1) SD(spray dry) 방식
오래된 방식으로 추출한 농축 커피액을 압력을 가해 노즐을 통해서 20m 정도 높이의 건조 탑 상부에서 분사시키면서 250도 정도의 열풍을 쏘이면 수분은 증발하고 가루 상태의 커피 성분이 건조탑 하단에 모이게 됩니다. 가공 비용이 적게 들고 입자가 작아 찬물에도 잘 녹지만 고온건조를 하다 보니 커피 향을 대부분 상실하게 됩니다.
2) FD(freeze dry) 방식
SD 방식보다 진일보한 것으로 1965년 미국 '제너럴 푸드'사에 의해 'Maxim'이라는 상품으로 처음 개발되었습니다. 커피 농축액을 -6도에서 슬러시 상태로 예비 동결시킨 다음 영하 45도에서 급속 동결시켜 두께 약 6mm의 케이크 상태로 만들고 진공 상태의 건조기로 옮겨지게 됩니다. 그러면 케이크는 건조기 안에서 작은 입자로 잘게 부서지고 얼음 결정은 진공 상태에서 바로 수증기로 승화되어 커피 입자만 남게 됩니다. FD 방식은 열을 이용해 건조하지 않으므로 SD 방식보다 커피 향이 좋고 맛이 부드럽고 커피를 생산할 수 있으나 SD 방식보다 비용이 많이 들게 된다는 점이 있습니다.