디카페인 가공 - 초임계 CO2 방식에대해 알아보자

서론

디카페인 커피에대한 인기가 많아지면서 디카페인 가공방식에대해 물어보시는 분들이 많이 계십니다. 특히 인터넷을통한 잘못된 카더라 통신으로인해 약품처리된 나쁜커피로 인식되는 경우도 있는데요 제 글을 보신 분들이시라면 구분이 되실거라고 생각합니다. 

초임계 방식과 이산화탄소 방식을 따로 구분하시는 분들도 계시는데 초임계 방식의 핵심이 이산화탄소입니다. 오늘은 바로 이 초임계 이산화탄소 디카페인 가공방식에대해 알아보겠습니다.

초임계 CO2 개발

독일의 화학자인 Kurt Zosel은 Max Plack 연구소 소속으로 1970년대 초임계 유체 추출을 이용한 디카페인 방법에대해 미국 특허를 받았습니다. Zosel은 1960년대 후반에 이 방법을 개발했고 다양한 물질 혼합물을 분리하는 새로운 방법을 연구하던 중 이를 발견했습니다. 그는 초임계 상태의 이산화탄소가 커피 생두에서 카페인만을 선택적으로 추출할 수 있다는것을 발견하였습니다.

 

초임계상태란?

초임계란 물질이 임계점 이상의 온도와 압력 상태에 있음을 의미합니다. 임계점은 물질의 액체상태와 기체상태가 구별되지 않는 지점입니다. 초임계 상태에서는 액체와 기체의 특성을 동시에 가지며 높은 용해력을 가지고 낮은 점도를 가지고 있습니다.

임계점 상태의 이산화탄소는 온도 31.1도 압력 73.8bar 정도로 보시면 되겠습니다.

 

초임계 CO2방식 과정

• 생두를 뜨거운 물에 담가 50%정도 수분을 함유하도록 하여 세포벽을 확장시킵니다. 이는 카페인의 추출용이성을 높이기 위함입니다.
• 추출기에 생두를 넣고 이산화탄소를 넣어 초임계 상태로 만듭니다. 일반적으로 10~35MPa의 압력이 사용됩니다.
• 초임계상태의 CO2(이산화탄소)가 커피 생두를 통과하면서 카페인을 용해시킵니다.
• 카페인이 용해된 CO2(이산화탄소)를 저압 용기로 이동시킵니다.
• 저압상태에서 이산화탄소는 기체로 돌아가고 카페인만 남게되는데 이산화탄소는 재사용을 위해 회수합니다.
• 처리가 끝난 생두는 건조시켜 필요에 따라 수분을 재조정합니다.

방식을 보면 초임계 상태로 만든 이산화탄소가 생두안에 카페인과 반응하여 합쳐지고 이것을 따로 옮겨서 이산화탄소를 다시 기체로 만들면 카페인만 분리되어 침전되고 그것을 제거하는 방식으로 디카페인을 만드는 방법입니다. 그럼 의문이 생깁니다. 생두 또한 초임계 상태의 온도와 압력을 같이 받을텐데 구조적 변화가 없을까요?

 

초임계 상태에서 생두는 구조적 변화가 안생기나?

공정온도가 생각보다 낮은편입니다. 31~40도 사이로 진행되기 때문에 열에 의한 손상이 적으며 고압의 상태이지만 압력이 균일하게 적용되기 때문에 급격한 구조 변화는 일어나지 않았습니다. 특히 초임계 상태의 이산화탄소는 표면장력이 거의 없는 기체 성질도 가지고 있기 때문에 생두 조직내부로 부드럽게 침투하여 조직을 잘 보존하게 됩니다.

 

하지만 약간의 구조적 변화가 일어나기는 하는데요 수분이 감소하고 세포벽이 파괴되는 상황도 생깁니다. 

그러나 심각한 세포벽 파괴는 일어나지 않고 수분함량은 후처리를 통해 조정할수 있습니다. 특히 다른 디카페인 방식보다 중요한 화합물들은 잘 보존할수 있는 장점이 있습니다. 여러 연구에서 초임계 방식으로 처리된 생두의 성분과 물리적 특성을 보고한 내용에 따르면 거의 변화가 없다는 결론이 나왔습니다.

 

초임계 CO2 방식의 장점

1. 환경 친화적 : 초임계 방식은 유기 용매를 사용하지 않고 이산화탄소를 사용합니다. 이는 환경 오염을 최소화하고 지속 가능한 커피 생산방식입니다.

 

2. 향미 보존 : 커피의 향미를 거의 손상시키지 않고 카페인만을 선택적으로 제거합니다. 

 

3. 잔류물 : 처리 방식이 끝나면 이산화탄소는 기체로 돌아가기 때문에 유기 용매처럼 생두안에 잔유물이 남지 않아 안정성이 높습니다.

 

4. 에너지 효율성 : 낮은 온도에서 운영되어 에너지 소비가 적으며 이산화탄소를 재활용 함으로써 경제성또한 좋은 방식입니다.

 

초임계 CO2 방식의 단점

 

1. 높은 초기 투자비용 : 초임계 방식은 고압과 정밀한 온도 제어가 필요하기 때문에 초기 설비 비용이 많이 발생합니다.

 

2. 처리시간 : 기본적으로 오래 시간이 소요되는 방식이지만 이산화탄소의 낮은 밀도와 질량으로 밀도가 높은 생두를 사용할때는 처리시간이 길어지는 단점이 있습니다. 

 

3. 성분 변화 : 초임계 방식에서 향미의 보존이 잘 되어지기는 하지만 아예 변화가 없는것은 아닙니다. 이산화탄소는 기름같은 성질을 같는데 카페인을 추출할때 다른 기름성분들도 같이 빠져나올 가능성이 있어 맛의 약간의 영향을 줄수 있다는 관점도 있습니다. 

 

결론

초임계 방식은 현재 96~99%의 카페인을 제거할수 있는 방식입니다. 지금까지 나온 디카페인 방식중에 가장 많은양의 커피를 동시에 처리할수 있는 장점이 있습니다. 워터 디카페인 방식과 함께 높은 안정성으로 선호되는 방식이기는 합니다. 다만 초임계 방식에서 생두의 구조변화가 커피 수율에 있어서 일반적인 커피와 다르게 낮게 나온다는 실험 결과들이 종종 보입니다. 커피의 용해도의 변화가 일어나 추출방식을 일반커피와 다르게 해야한다는 내용도 종종 보이곤합니다.

하지만 이 방식은 기술이 발전함에 따라 점점 개선되어지고 있습니다. 이산화탄소를 이용한 초임계 방식은 혁신적인 방법이며 앞으로도 더 많이 개선될수 있는 방식으로 주목할만 가공방법입니다. 다만 여전히 디카페인 가공방식에서의 세포벽 대미지는 어쩔수 없기 때문에 향미 유지기한이 짧고 금방 산패되어버리는 단점은 어떤 방식이든 여전히 존재합니다.