[논문]전통장류유래 미생물을 이용한 한국형 발효커피 개발

이남근; 신명님; 김용식; 정도연; 정용섭

전통장류유래 미생물을 이용한 한국형 발효커피 개발 원문보기

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문제 정의

이에 본고에서는 국내 커피 시장 및 동향과 발효 커피 동향에 대하여 살펴보고, 소비 환경 변화에 따른 국내 커피산업의 발전에 대한 대응 방안으로 발효커피 즉 전통장류 발효 미생물을 활용하여 한국형 발효커피 개발의 가능성을 제시하고, 이를 국내커피산업의 발전 전략을 모색하기 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
전통 장류 유래 미생물을 이용한 발효커피를 개발하고자 본 연구에서는 순창군 발효미생물산업진 흥원에서 전통 장류 유래 미생물 78종을 분양받아 대륙별 대표 생두를 이용하여 발효조건과 로스팅 조건 확립 및 발효커피의 유기산, 기능성물질과 향기 성분을 분석한 결과는 다음과 같다.

제안 방법

각 생두에 최종 선별 균주를 최종 발효 조건으로 배양한 후 각 배전도별 (약배전, 중배전, 강배전)로 로스팅한 후 관능평가를 한 결과 본 연구에서는 중 배전한 발효원두 커피에서 전반적인 기호도가 가장 높아 발효 생두의 로스팅 조건을 중배전으로 선정 하였다 (그림 2).
전통장류로부터 분리된 효모, 고초균 그리고 유산균들과 각 대륙별로 생산되는 커피 생두들을 이용하여 커피 생두 발효 균주들을 선별(미생물 생장, 점질물, 발효취, 커핑테스트 등)하였으며, 선별된 발효 미생물들로 커피발효 조건(클로로제닉산, 카페인산, 카페인 성분변화)을 결정하였다. 결정된 발효조건으로 커피 생두를 발효 후 건조된 발효생두를 이용하여 최적의 로스팅 조건을 설정하고, 발효원두로부터 커피를 추출 후 관능평가를 통해 최종 발효 커피를 개발하였다.
그림 4. 발효 원두커피별의 기능성물질 함량 비교. BEC, 브라질 원두 에스프레소; BEF, 브라질 발효원두 에스프레소; GEC, 과테말라 원두 에스프레소; GEF, 과테말라 발효원두 에스프레소; YEC, 예가체프 원두 에스프레소; YEF, 예가체프 발효원두 에스프레소; MEC, 만델링 원두 에스프레소; MEF, 만델링 발효원두 에스프레소; REC, 루왁 원두 에스프레소.
그림 3. 발효 원두커피별의 유기산 함량 비교. BEC, 브라질 원두 에스프레소; BEF, 브라질 발효원두 에스프레소; GEC, 과테말라 원두 에스프레소; GEF, 과테말라 발효원두 에스프레소; YEC, 예가체프 원두 에스프레소; YEF, 예가체프 발효원두 에스프레소; MEC, 만델링 원두 에스프레소; MEF, 만델링 발효원두 에스프레소; REC, 루왁 원두 에스프레소
브라질, 예가체프, 과테말라, 그리고 만델링 발효 원두커피에 대한 휘발성 향기성분 분석은 에스프레소 방식과 더치 방식으로 추출한 발효 원두커피를 분석하였다. 결과적으로 각 발효 원두커피별 대표적인 주요 휘발성 향기 성분을 비교할 수 있었으며, 에스프레소 보다는 더치 방식으로 추출한 커피가 휘발성 향기 성분이 많이 검출된 것을 확인할 수 있었다 (표 2)
전통장류로부터 분리된 효모, 고초균 그리고 유산균들과 각 대륙별로 생산되는 커피 생두들을 이용하여 커피 생두 발효 균주들을 선별(미생물 생장, 점질물, 발효취, 커핑테스트 등)하였으며, 선별된 발효 미생물들로 커피발효 조건(클로로제닉산, 카페인산, 카페인 성분변화)을 결정하였다. 결정된 발효조건으로 커피 생두를 발효 후 건조된 발효생두를 이용하여 최적의 로스팅 조건을 설정하고, 발효원두로부터 커피를 추출 후 관능평가를 통해 최종 발효 커피를 개발하였다.
해당 특허 분석은 본문에 포함되는 키워드를 이용하여 특허분석을 하였으며, 검색결과 중 유효한 특허를 선별한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

발효 원두커피별의 기능성물질 함량 비교. BEC, 브라질 원두 에스프레소; BEF, 브라질 발효원두 에스프레소; GEC, 과테말라 원두 에스프레소; GEF, 과테말라 발효원두 에스프레소; YEC, 예가체프 원두 에스프레소; YEF, 예가체프 발효원두 에스프레소; MEC, 만델링 원두 에스프레소; MEF, 만델링 발효원두 에스프레소; REC, 루왁 원두 에스프레소.

성능/효과

1)생두 발효조건은 클로로제닉산의 함량이 가장 높게 분석된 조건으로 설정함.
발효 생두를 중배전으로 로스팅한 후 약 90℃, 9 기압으로 약 25초로 추출한 다음 유기산 함량을 측정한 결과, 분석된 유기산에서는 모두 발효하지 않은 원두에 비해 함량이 감소하였고, 만델링 발효 원두 커피에서만 acetic acid가 약간의 증가하는 경향이 보였다 (그림 3). 이러한 유기산의 감소는 전반적으로 발효 원두 커피가 일반 원두커피보다 마일드한 맛을 갖는 이유 중 하나의 원인으로 판단된다.
현재까지 발효 커피에 대한 연구 논문 동향을 NCBI PubMed, NDSL과 인터넷 통합검색 사이트를 이용하여 검색어를 “커피 발효, 발효 커피, coffee fermentation”로 하여 국내·외로 검색한 결과 1945년 Pederson과 Breed에 의해 카카오콩과 커피콩에 대한 발효 즉 파치먼트 단계에서의 발효관련 미생물들(유산균, 호기성 세균, 효모, 곰팡이)과 성분(알코올과 유기산 분석)변화에 대해 보고하였다. 발효된 커피로부터 분리된 주요 미생물로 Leuconostocmesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis 유산균들이 있음을 확인하였으며, 또한 보고서에 카카오콩과 커피콩 발효 (Loew, 1907), 발효를 통한 커피 질적 개선 (Pcicado, 1926), Aspergillus 속을 이용한 커피 발효 (Church, 1926), 발효된 커피 껍질로부터 세균, 곰팡이와 효모들의 분리 등 커피 발효 대한 이전 연구들이 기록되어 커피 발효 연구가 20세기 초부터 수행되었음을 확인할 수 있었다. 1945년 이후 커피 발효 관련 연구에 대한 학계의 발표가 거의 없다가 2000년에 들어서 다시 발표되기 시작하여 2001년 커피 발효 관련 미생물 균총 분석과 자연발효를 통한 점액질 제거에 대한 연구가 보고된 후 2006년 자연발효된 커피로부터 분리된 효모의 항진균효과와 자연발효된 커피로부터 분리된 효모의 펙틴분해 효소 연구, 2007년 자연발효커피로부터 유산균 신종 분리, 2008 수확시기별 생두에 대한 발효(자연방법), 건조, 저장 중에 존재하는 사상균 분리 및 특성 분석과 자연발효 동안 세균과 곰팡이 천이 연구가 꾸준히 연구되었으며, 2013년 발효 커피의 질적향상을 위한 종균 평가에 대한 연구 보고를 시작으로 발효 종균에 관련된 연구가 보고되기 시작했다.
발효커피의 기능성 물질을 측정한 결과, 클로로제닉산은 브라질 발효 원두커피에서 비발효 원두커피보다 40.44%의 높은 증가를 보였고 만델링과 예가체프 발효 원두커피 또한 비발효 원두커피 보다 각각 15.02%, 11.72%의 증가를 보였다. 그러나 과테말라 발효 원두커피에서는 클로로제 닉산이 1.
전통 장류에서 분리된 균주 78종 대상(고초균, 유 산균, 효모)으로 커피 생두 발효균주를 선발한 결과, 브라질, 과테말라와 만델링 생두는 Bacillus licheniformis로, 예가체프 생두는 Lactobacillus plantarum이 최종 발효균주로 선별하여 발효조건을 확립하였다 (그림 1과 표 1)
출원인 별 특허출원 현황을 보면, 발효커피 관련 개발 분야의 주요출원인 Top10을 추출한 결과, 미국의 The General Hospital가 전체 다출원인 1위로 나타났으며, 그 뒤를 이어 Danisco, Dekalb Genetics, Liveleaf 등이 분야에서 다수의 특허를 출원하고 있는 것으로 나타났다. 특히, 주요출원인 Top10 중 미국 국적의 출원인이 9개로 나타나 발효커피 관련 개발 분야에서 미국이 두각을 나타내는 것으로 분석되었다.
98% 정도의 약간의 감소를 보였다. 카페인과 카페익산의 함량에 있어서는 비발효 원두커피와 발효 원두커피에서 유의적인 차이는 나타나지 않았으나 과테말라 커피에서 약간의 카페인 함량이 감소되었음을 확인하였다 (그림 4)

후속연구

이 때문에 국내 커피 산업이 지속적인 발전을 위해서는 새로운 환경 변화에 빠르게 대응하고, 질적 성장이 요구되는 시기라 판단된다. 또한 국내 식문화와 연결된 가장 한국적인 독특한 커피를 개발하여 틈새시장의 개척과 커피 문화를 발전시켜 세계 커피인들에게 주목을 받는 아시아 커피 시장의 흐름을 이끄는 주요국가로 부상해야 할 것이다.
이러한 관점에서 세계적으로 가장 다양한 발효식품과 토착발효미생물 유전자원들이 존재하는 국내에서 발표커피에 대한 산발적인 연구보다는 세계 발효커피의 표준이 되는 선도적이고 체계적인 연구가 현시점에서 필요하다고 판단된다. 이에 따라 국내 전통장류 발효 미생물을 활용한 가장 한국적인 커피 발효원두들을 개발(브라질 발효원두, 만델링 발효원두, 과테말라 발효 원두와 예가체프 발효원두)하여 다양한 발효원두커피 개발 가능성을 제시하였다 (그림 5). 향후 지속적인 국가 차원의 투자와 연구개발 그리고 홍보 등이 있다면 성공적인 글로벌 경쟁력이 있는 한국형 커피 발효원두 개발 및 발효커피 시장 확보가 가능할 것으로 판단된다.
이에 따라 국내 전통장류 발효 미생물을 활용한 가장 한국적인 커피 발효원두들을 개발(브라질 발효원두, 만델링 발효원두, 과테말라 발효 원두와 예가체프 발효원두)하여 다양한 발효원두커피 개발 가능성을 제시하였다 (그림 5). 향후 지속적인 국가 차원의 투자와 연구개발 그리고 홍보 등이 있다면 성공적인 글로벌 경쟁력이 있는 한국형 커피 발효원두 개발 및 발효커피 시장 확보가 가능할 것으로 판단된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

발효커피의 유기산 감소는 맛에 어떤 변화를 일으키는가?

발효 생두를 중배전으로 로스팅한 후 약 90℃, 9 기압으로 약 25초로 추출한 다음 유기산 함량을 측정한 결과, 분석된 유기산에서는 모두 발효하지 않은 원두에 비해 함량이 감소하였고, 만델링 발효 원두 커피에서만 acetic acid가 약간의 증가하는 경향이 보였다 (그림 3). 이러한 유기산의 감소는 전반적으로 발효 원두 커피가 일반 원두커피보다 마일드한 맛을 갖는 이유 중 하나의 원인으로 판단된다.

발효된 커 피로 부터 분리된 주요 미생물에는 무엇이 있는가?

현재까지 발효 커피에 대한 연구 논문 동향을 NCBI PubMed, NDSL과 인터넷 통합검색 사이트를 이용하여 검색어를 “커피 발효, 발효 커피, coffee fermentation”로 하여 국내·외로 검색한 결과 1945년 Pederson과 Breed에 의해 카카오콩과 커피콩에 대한 발효 즉 파치먼트 단계에서의 발효관련 미생물들 (유산균, 호기성 세균, 효모, 곰팡이)과 성분(알코올과 유기산 분석)변화에 대해 보고하였다. 발효된 커 피로부터 분리된 주요 미생물로 Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis 유산균들이 있음을 확인하였으며, 또한 보고서에 카카오콩과 커피콩 발효 (Loew, 1907), 발효를 통한 커피 질적 개선 (Pcicado, 1926), Aspergillus 속을 이용한 커피 발효 (Church, 1926), 발효된 커피 껍질로부터 세균, 곰팡이와 효모들의 분리 등 커피 발효 대한 이전 연구들이 기록되어 커피 발효 연구가 20세기 초부터 수행되었음을 확인할 수 있었다. 1945년 이후 커피 발효 관련 연구에 대한 학계의 발 표가 거의 없다가 2000년에 들어서 다시 발표되기 시작하여 2001년 커피 발효 관련 미생물 균총 분석과 자연발효를 통한 점액질 제거에 대한 연구가 보고된 후 2006년 자연발효된 커피로부터 분리된 효모의 항진균효과와 자연발효된 커피로부터 분리된 효모의 펙틴분해 효소 연구, 2007년 자연발효커피로부터 유산균 신종 분리, 2008 수확시기별 생두에 대한 발효(자연방법), 건조, 저장 중에 존재하는 사상 균 분리 및 특성 분석과 자연발효 동안 세균과 곰팡이 천이 연구가 꾸준히 연구되었으며, 2013년 발효 커피의 질적향상을 위한 종균 평가에 대한 연구 보고를 시작으로 발효 종균에 관련된 연구가 보고되기 시작했다.

1895년 '서유견문'에 기록된 커피의 다른 명명은?

1600년경 인도, 이탈리아와 네덜란드에 소개 및 커피 종자가 유입되면서 유럽을 중심으로 현재 전 세계 물 다음으로 많이 마시는 음료가 되었다. 커피의 국내 전파는 1890년경 중국을 통해 도입되었다고 1895년 유길준의 ‘서유견문’에 기록되어 있으며 ‘가배’ 또는 ‘양탕국’으로 불리었다. 최초의 공식 문헌상 기록은 1895년 을미사변으로 고종황제가 러시아 공사관으로 파천 시 러시아 공사 웨베르 가 권했다고 기록되어 있으며 국내의 최초 커피하우스가 고종의 커피 시중을 들던 독일계 러시아 여인 손탁에 의해 옛 이화여고 본관에 지어져 (손탁 호텔) 점차 대중에게 알려지기 시작했다.

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