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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 커피음료 추출시 초음파의 적용성을 검토하고 적합한 초음파 처리조건을 설정하고자, 커피 분말로부터 초음파 추출하여 음료를 제조하고 이들의 이화학적 및 관능적 품질특성을 조사하였다.
제안 방법
- 관능검사는 식품공학과 대학생을 대상으로 커피음료의 관능적 품질특징과 평가방법을 교육하고 20명을 검사원으로 선발하여 수행하였다. 검사시 음료 시료는 60℃로 조정 하여 임의의 3자리 숫자로 구분된 흰색 종이컵에 담아 제시하였으며, 시료의 색(color), 향(aroma), 맛(taste), 전체적 기호도(overall acceptability) 등에 대하여 9점 척도법(1=extremely dislike, 9=extremely like)으로 평가하였다.
- 대조구는 초음파 처리 없이 80℃ 열수로만 5분간 추출하였다. 이상과 같은 조건으로 제조한 커피음료를 유리병에 충전, 밀봉한 다음 이화학적 및 관능적 품질특성 분석에 사용하였다.
- 초음파 추출이 커피 음료의 품질특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 볶은 커피분말을 초음파(40 kHz, 300 W, 60℃, 15~300 sec)나 열수(80℃, 5분) 추출한 후 추출음료의 이화학적 및 관능적 품질 특성을 조사하였다. 가용성 고형분의 추출수율은 초음파 60초 이상 처리구가 열수 추출구와 비교할 시 같거나 높았고, 120초 이상 처리구간에는 차이를 보이지 않았다.
- 커피음료는 커피분말 4 g과 증류수(60℃) 80 mL를 유리병에 넣은 다음 이를 60℃로 조정된 초음파 water bath(WUC-D10H, Daihan Scientific Co., Ltd., Wonju, Korea)에 담그고 40 kHz와 300 W의 조건에서 15, 30, 60, 120, 180, 240, 300 sec 동안 각각 추출, 여과하여 제조하였다. 대조구는 초음파 처리 없이 80℃ 열수로만 5분간 추출하였다.
대상 데이터
- 관능검사는 식품공학과 대학생을 대상으로 커피음료의 관능적 품질특징과 평가방법을 교육하고 20명을 검사원으로 선발하여 수행하였다. 검사시 음료 시료는 60℃로 조정 하여 임의의 3자리 숫자로 구분된 흰색 종이컵에 담아 제시하였으며, 시료의 색(color), 향(aroma), 맛(taste), 전체적 기호도(overall acceptability) 등에 대하여 9점 척도법(1=extremely dislike, 9=extremely like)으로 평가하였다.
데이터처리
- 2)Means±SD (n=20) in a row followed by same letter are not significantly different by Duncan's multiple range test (p<0.05).
- 실험결과는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내었고, IBM SPSS statistics(23, IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이용하여 분산분석과 Duncan's multiple range test(p<0.05)를 실시하였다.
이론/모형
- 커피음료의 DPPH radical scavenging activity는 Blois의 방법(25)으로 측정하였다. 즉, 음료 시료 0.
- 커피음료의 총페놀 함량은 Folin-Denis법(24)에 따라 측정하였다. 즉, 음료 희석액 시료 5 mL를 취한 후 Folin-Denis reagent 5 mL를 가하고 3분간 정치한 다음 10% Na2CO3용액 5 mL를 가하였다.
성능/효과
- DPPH radical scavenging activity는 열수 추출구와 15초 초음파 추출구가 유의적으로 가장 높았으며 초음파 120초 이상 처리구가 가장 낮았다. 관능적 품질 특성인 색, 향, 맛 및 전체적 기호도는 초음파 15초 처리구가 유의적으로 가장 좋게 평가되었으며, 120초 이상의 처리구는 보다 나쁘게 평가되었다. 이로써 커피 추출시 적당한 초음파 사용은 추출음료의 품질을 향상 시킬 수 있는 방법으로 확인되었다.
- 이상의 모든 결과를 고려해 보면, 커피음료의 추출에 있어 한계시간 이상의 초음파처리는 열수추출에 비해 가용성 고형분 추출수율, 갈변도, 페놀성 물질 추출함량 등을 높이는 효과를 가지나 투명도와 항산화능을 낮추는 효과를 가지는 것으로 확인되었다. 또한 관능적 기호도는 단시간 초음파처리에 의해 좋아지는 것으로 나타났다. 따라서 적당한 초음파처리는 커피음료의 품질을 향상시킬 수 있는 유효한 방법인 것으로 판단되었고, 앞으로 초음파의 보다 세밀한 적용조건과 효과원인 규명에 대한 연구가 필요한 것으로 생각된다.
- 열수 및 처리시간을 달리한 초음파 추출로 제조한 커피음료의 관능적 품질 특성(색, 향, 맛, 전체적 기호도)을 조사한 결과는 Table 1에 나타내었다. 색은 다른 처리구에 비해 열수, 초음파 15초와 60초 처리구가 유의적으로 가장 좋게 평가되었고, 초음파 180초 이상 처리구가 유의적으로 가장 나쁘게 평가되었다. 향은 열수 추출구보다 초음파 15초 처리구가 좋게 평가되었고 열수 추출구와 초음파 60초 처리구는 유의적인 차이를 보이지 않았다.
- 투명도는 열수 추출구가 15초 처리를 제외한 초음파 처리구 보다 유의적으로 높은 수준을 보였으며, 초음파 처리구에서는 처리시간이 길어짐에 따라 투명도가 낮아지는 경향이었다. 이로써 30초 이상의 초음파처리는 커피음료를 혼탁하게 하는 효과를 가지는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 초음파 처리에 의해 발생된 부유입자 때문인 것으로 여겨지지만 혼탁 원인 규명에 대한 보다 구체적인 연구가 필요한 것으로 생각된다.
- 추출수율을 비교해 보면, 열수 추출구보다 초음파 추출구 중 30초 이하 처리구는 낮았으나 120초 이상 처리구는 유의적으로 높았으며, 120초 이상의 초음파 처리구간에는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이로써 초음파처리는 커피 추출음료 제조시 가용성 고형분의 추출율을 증가시키는 효과를 가지지만 한계 처리시간이 있는 것으로 확인되었고, 열수 추출음료의 고형분 추출수율과 동등한 수준을 기준으로 할 때에 초음파처리 시간은 60초 정도인 것으로 판단되었다. 한편, 녹차음료의 경우에서도 초음파처리에 의한 고형분 추출수율의 증대 효과가 확인되었다는 보고(20)가 있다.
- 초음파 처리구에서 갈변도는 처리시간이 길어질수록 증가하는 경향이었고, 이 중 갈변도가 가장 낮은 15초 처리구는 열수 추출구와 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이로써 커피 추출시 약 30초 이상의 초음파처리는 갈색물질의 추출을 촉진하는 것으로 확인되었다.
- 관능적 품질 특성인 색, 향, 맛 및 전체적 기호도는 초음파 15초 처리구가 유의적으로 가장 좋게 평가되었으며, 120초 이상의 처리구는 보다 나쁘게 평가되었다. 이로써 커피 추출시 적당한 초음파 사용은 추출음료의 품질을 향상 시킬 수 있는 방법으로 확인되었다.
- 전체적 기호도는 열수 추출구보다 초음파 15초 처리구가 좋게 평가되었고 열수 추출구와 초음파 60초 처리구는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이로써 커피음료 제조시 적당한 초음파 사용은 음료의 관능적 품질을 향상시키나 과도한 초음파는 오히려 품질을 악화시키는 것으로 확인되었으며, 본 연구에서는 초음파 15초 처리는 열수 추출보다 관능적 품질을 개선 할 수 있으며, 또한 초음파 60초 처리도 열수 추출과 동등한 효과를 가져 추출시간을 단축할 수 있는 것으로 확인되었다. 한편, 차 음료의 경우에서도 초음파 처리가 향성분의 추출수율을 증대시켜 관능적 품질이 개선되는 것으로 보고(19)된 바 있다.
- 페놀성 물질 함량은 열수 추출구보다 초음파 처리구 중 30초 이하 처리구는 유의적으로 낮았으나 60초 이상 처리구는 유의적으로 높았고, 60초에서 300초 처리구 간에는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이로써 커피음료의 페놀성 물질 함량은 초음파 처리에 의해 증대되며 60초 정도가 임계 처리시간인 것으로 확인되었다. 한편, 차 추출의 경우에도 초음파 처리에 의해 총페놀 추출수율이 증가한 것으로 보고(19,20)된 바 있다.
- 이상의 모든 결과를 고려해 보면, 커피음료의 추출에 있어 한계시간 이상의 초음파처리는 열수추출에 비해 가용성 고형분 추출수율, 갈변도, 페놀성 물질 추출함량 등을 높이는 효과를 가지나 투명도와 항산화능을 낮추는 효과를 가지는 것으로 확인되었다. 또한 관능적 기호도는 단시간 초음파처리에 의해 좋아지는 것으로 나타났다.
- 4에 나타내었다. 페놀성 물질 함량은 열수 추출구보다 초음파 처리구 중 30초 이하 처리구는 유의적으로 낮았으나 60초 이상 처리구는 유의적으로 높았고, 60초에서 300초 처리구 간에는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이로써 커피음료의 페놀성 물질 함량은 초음파 처리에 의해 증대되며 60초 정도가 임계 처리시간인 것으로 확인되었다.
후속연구
- 또한 관능적 기호도는 단시간 초음파처리에 의해 좋아지는 것으로 나타났다. 따라서 적당한 초음파처리는 커피음료의 품질을 향상시킬 수 있는 유효한 방법인 것으로 판단되었고, 앞으로 초음파의 보다 세밀한 적용조건과 효과원인 규명에 대한 연구가 필요한 것으로 생각된다.
- 커피음료 제조의 핵심공정은 볶음공정(6,7)과 추출공정이라 할 수 있으며, 추출공정은 냉수, 열수 및 가압수 등을 이용하여 커피분말내 가용성 성분을 녹여내는 방식이 사용되고 있다. 이러한 기존 추출방식의 개선을 통한 공정의 효율성 향상 및 제품의 다양화와 고급화를 위한 목적으로, 커피음료의 맛과 열수 여과의 추출온도와 추출시간 및 음용온도와의 상관관계 규명(8), 기존 추출방법별 품질비교(9), 초임계 추출특성(10) 등의 연구가 수행된 바 있으나 아직 제한된 정보만 제공하고 있어 추가 연구가 필요한 실정이다. 이를 위해 커피음료 추출에 있어 초음파의 활용을 고려해 볼 수 있다.
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