반응표면분석법에 의해 생두를 실험 조건인 $194.82^{\circ}C{\sim}250.00^{\circ}C$의 온도 범위에서 7.93~22.07분의 조건으로 커피원두를 배전하여 이화학적 분석, 물리적 특성, 관능검사 등을 실시하여 최적 조건을 설정하였다. 배전 정도가 커짐에 따라 직경, 길이, 두께 모두가 증가하여 전체적인 팽창률은 증가했지만, 겉보기 밀도의 변화는 그 차이가 적은 것으로 나타났다. pH는 증가하는 반면 총산도와 총페놀함량은 감소하는 경향을 나타내었으며, 고형분함량은 증가하는 유의성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 색도는 전체적으로 배전에 의해 갈색에서 검은색으로 변화하며 색도값이 감소하는 형태로 나타났다. 관능검사에 의해서는 전체적인 향과 맛에 따라 큰 차이를 보였으며 향이 배전 조건과 연관성이 높은 것으로 나타났다. 유의성을 나타낸 길이, 폭, 향, 고형분 함량과 총페놀함량으로 배전 조건을 설정한 결과, $225^{\circ}C$에서 20분간 배전하는 것이 본 연구 조건에서는 최적의 배전 조건으로 결정되었다.
반응표면분석법에 의해 생두를 실험 조건인 $194.82^{\circ}C{\sim}250.00^{\circ}C$의 온도 범위에서 7.93~22.07분의 조건으로 커피원두를 배전하여 이화학적 분석, 물리적 특성, 관능검사 등을 실시하여 최적 조건을 설정하였다. 배전 정도가 커짐에 따라 직경, 길이, 두께 모두가 증가하여 전체적인 팽창률은 증가했지만, 겉보기 밀도의 변화는 그 차이가 적은 것으로 나타났다. pH는 증가하는 반면 총산도와 총페놀함량은 감소하는 경향을 나타내었으며, 고형분함량은 증가하는 유의성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 색도는 전체적으로 배전에 의해 갈색에서 검은색으로 변화하며 색도값이 감소하는 형태로 나타났다. 관능검사에 의해서는 전체적인 향과 맛에 따라 큰 차이를 보였으며 향이 배전 조건과 연관성이 높은 것으로 나타났다. 유의성을 나타낸 길이, 폭, 향, 고형분 함량과 총페놀함량으로 배전 조건을 설정한 결과, $225^{\circ}C$에서 20분간 배전하는 것이 본 연구 조건에서는 최적의 배전 조건으로 결정되었다.
The consumer awareness concerning coffee beverages has increased in Korea. The objective of this study was to optimize the roasting conditions of coffee bean for consumer's attribute. The optimal roasting conditions for Colombian coffee beans were analyzed by using a central composite design with a ...
The consumer awareness concerning coffee beverages has increased in Korea. The objective of this study was to optimize the roasting conditions of coffee bean for consumer's attribute. The optimal roasting conditions for Colombian coffee beans were analyzed by using a central composite design with a quadratic polynomial model by response surface methodology (RSM). The experimental conditions for coffee bean roasting were $194.82^{\circ}C{\sim}250.00^{\circ}C$ and 7.93~22.07 minutes. The responses of sensory attributes. physicochemical and physical properties were analyzed with RSM. The width. length and height of green beans increased when the beans were roasted. The higher degree of roasting gave the higher pH and solid contents but the lower total acidity and total phenolic compounds. In sensory tests, the roasting temperature and time had a significant effect on the flavor score. The optimum roasting condition of Colombian coffee bean predicted for maximizing the length, width, solid contents, total phenolic compounds and flavor score were 20 minutes at $225^{\circ}C$ by RSM.
The consumer awareness concerning coffee beverages has increased in Korea. The objective of this study was to optimize the roasting conditions of coffee bean for consumer's attribute. The optimal roasting conditions for Colombian coffee beans were analyzed by using a central composite design with a quadratic polynomial model by response surface methodology (RSM). The experimental conditions for coffee bean roasting were $194.82^{\circ}C{\sim}250.00^{\circ}C$ and 7.93~22.07 minutes. The responses of sensory attributes. physicochemical and physical properties were analyzed with RSM. The width. length and height of green beans increased when the beans were roasted. The higher degree of roasting gave the higher pH and solid contents but the lower total acidity and total phenolic compounds. In sensory tests, the roasting temperature and time had a significant effect on the flavor score. The optimum roasting condition of Colombian coffee bean predicted for maximizing the length, width, solid contents, total phenolic compounds and flavor score were 20 minutes at $225^{\circ}C$ by RSM.
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제안 방법
로스터기(Bistro 3030, Wood Stone Co, USA)를 사용하여 반응표면분석법에 의해 설정된 실험 조건인 194.82℃~250.00℃의 온도 범위에서 7.93~22.07분의 조건으로 배전하였다. 배전 후 분쇄기(HR2185, Philips, USA)를 이용하여 분쇄하였으며, 가정용 커피 메이커(Café Cino, Philips, USA)를 사용하여 커피를 추출하였다.
배전 정도에 따른 색상차를 측정하기 위해 생두 및 볶은 커피를 갈아서 500 mesh의 체를 통과시킨 후, 분광색차계(JS-555, Color Techno Japan System Co, Tokyo, Japan)로 L, a, b를 10회 측정하여 평균값을 나타내었다
07분의 조건으로 배전하였다. 배전 후 분쇄기(HR2185, Philips, USA)를 이용하여 분쇄하였으며, 가정용 커피 메이커(Café Cino, Philips, USA)를 사용하여 커피를 추출하였다.
최적의 배전 조건을 설정하기 위해 유의성이 있는 반응으로 배전 후 원두의 길이와 폭, 관능검사 결과에 의한 색과 향, 페놀 화합물 양으로 최적 조건을 설정하였다(Table 5). 배전시간과 온도는 실험 범위 내에서 결정되도록 하였으며 배전 후 원두의 길이, 폭 그리고 관능검사 결과에 의한 색, 향과 페놀화합물 양의 목표치를 최대로 설정하여 최적치를 수치 최적화 분석법에 의해 추정하였다. 일반적인 배전 온도인 188~282℃과 배전시간 범위인 30분까지의 범위에 속하는 배전온도 225℃와 배전시간 20분이 본 실험조건 하에서의 최적 배전 조건으로 반응표면분석법에 의해 설정되었다(23).
실험설계는 중심합성법에 의해 quadratic polynomial model로 설계하였으며 반응은 색도(L, a, b), 볶은 후 원두의 직경, 두께, 길이, pH, 산도, 겉보기 밀도, 총페놀함량, 관능적 기호도 검사(색, 향, 쓴맛, 신맛, 무게감, 여운)로 결정하였다. 요인으로서 볶음 시간은 최소 10분, 최대 20 분으로 볶음온도는 최소 200℃, 최대 225℃로 설정하였다.
배전 방법에 의한 커피의 아미노산 함량과 향변화 등에 관한 연구(3), 카페인 함량 및 변화에 관한 연구(8), 탄수화물의 성분과 함량 변화(5) 등에 대해서 연구되어 있으나 일반 소비자의 취향에 적합한 커피의 배전 정도에 관한 연구는 거의 발표된 것이 없다. 이에 통계적 방법을 이용하여 소비자의 취향에 적합한 커피의 배전 조건을 결정하는 연구를 학술적 측면에서 수행하였다.
배전 조건에 따라 색상(L, a, b값), 길이, 높이, 향, 고형분 함량이 의미 있는 수준으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 최적의 배전 조건을 설정하기 위해 유의성이 있는 반응으로 배전 후 원두의 길이와 폭, 관능검사 결과에 의한 색과 향, 페놀 화합물 양으로 최적 조건을 설정하였다(Table 5). 배전시간과 온도는 실험 범위 내에서 결정되도록 하였으며 배전 후 원두의 길이, 폭 그리고 관능검사 결과에 의한 색, 향과 페놀화합물 양의 목표치를 최대로 설정하여 최적치를 수치 최적화 분석법에 의해 추정하였다.
대학생 40명을 대상으로 커피의 기호도 조사를 실시하였다. 커피 메이커를 사용하여 추출한 커피액을 75℃로 조절하여 50 mL씩을 제공한 후, 색(color), 향(flavor), 쓴맛(bitterness), 신맛(sourness), 무게감(heaviness), 여운(finishness)의 6가지 항목을 5점 척도로 평가하였다. 평가 인원의 31명은 20대이며, 9명은 30대 이상이었다.
대상 데이터
대학생 40명을 대상으로 커피의 기호도 조사를 실시하였다. 커피 메이커를 사용하여 추출한 커피액을 75℃로 조절하여 50 mL씩을 제공한 후, 색(color), 향(flavor), 쓴맛(bitterness), 신맛(sourness), 무게감(heaviness), 여운(finishness)의 6가지 항목을 5점 척도로 평가하였다.
본 실험에 이용한 커피 원두는 2007년에 수확된 콜롬비아산 Arabica 품종(파티오 본니티오 #19)을 이용하였다.
커피 메이커를 사용하여 추출한 커피액을 75℃로 조절하여 50 mL씩을 제공한 후, 색(color), 향(flavor), 쓴맛(bitterness), 신맛(sourness), 무게감(heaviness), 여운(finishness)의 6가지 항목을 5점 척도로 평가하였다. 평가 인원의 31명은 20대이며, 9명은 30대 이상이었다.
이론/모형
Table 5. Optimal constraint values obtained by a numerical optimization method.
성능/효과
배전한 원두를 갈아서 가정용 원두커피 추출기를 통해서 제조한 커피에 대한 20~30대 일반 소비자들의 관능적 기호도 측정 결과를 Table 3에 나타내었다. 각각의 조건에 따라 배전한 커피를 추출한 시료에 대한 관능적 선호도는 중배전 된 커피가 가장 높았으며, 배전 강도가 강해질수록 쓴맛을 강하게 느끼며, 약배전의 경우에는 신맛을 강하게 느꼈다. 입안에서 느껴지는 무게감과 여운은 강배전 조건에서 더욱 강하게 느끼는 것으로 나타났다.
1과 Table 2에 나타내었다. 강배전 조건에서 배전될수록 원두는 직경, 길이, 두께 모두가 증가하여 팽창률이 증가하였다. 겉보기 밀도의 변화는 그 차이가 적은 것으로 나타났으며, 배전에 의해 커피 원두의 형태가 팽창하는 것은 아미노산, 단당류 등이 분해되어 휘발되기 때문인 것으로 알려져 있다.
일반적인 배전 온도인 188~282℃과 배전시간 범위인 30분까지의 범위에 속하는 배전온도 225℃와 배전시간 20분이 본 실험조건 하에서의 최적 배전 조건으로 반응표면분석법에 의해 설정되었다(23). 반응표면분석법에 의해 예측된 반응들의 예측치는 길이는 12 mm, 폭 8.8 mm, 향에 대한 기호도 관능평가는 3.8, 총 페놀 함량은 0.55 mg/mL 등으로 나타났다.
각각의 조건 하에서 배전된 커피의 이화학적 및 관능적 조건을 통계분석한 결과는 Table 4와 같다. 배전 조건에 따라 색상(L, a, b값), 길이, 높이, 향, 고형분 함량이 의미 있는 수준으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 최적의 배전 조건을 설정하기 위해 유의성이 있는 반응으로 배전 후 원두의 길이와 폭, 관능검사 결과에 의한 색과 향, 페놀 화합물 양으로 최적 조건을 설정하였다(Table 5).
본 연구에 사용된 커피 추출액의 총 페놀 함량은 0.44~0.67 mg/mL로 나타났으며, 서울 시내 커피 전문점에서 판매되는 레귤러 커피의 총 페놀 함량의 농도가 0.42~1.45 mg/mL로 나온 결과(18)와 유사한 범위로 나타났다. 또한 배전 시간이 진행됨에 따라 총 페놀 화합물 함량이 다소 감소하는 경 향을 나타내었다고 한 결과(6)와도 유사하게 나타났다.
배전 과정 중에 커피에 함유되어 있는 chlorogenic acid, quinic acid 등이 분해되어 저분자화되며, acetic acid나 fotmic acid 같은 휘발산은 휘발되어 산도는 감소하고 pH는 증가하며(16), 약배전한 커피보다 중배전한 커피에서의 chlorogenic acid 농도가 감소하였다고 보고되어 있다(17). 본 연구에서도 커피의 배전시간과 배전온도가 증가함에 따라 커피의 pH는 증가하지만 총 산도는 감소하는 경향으로 나타났다(Fig. 2, Table 2). 배전한 커피의 pH는 200℃, 10분인 경우 pH가 4.
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