스토리

[과학향기 Story] 원두 갈기 전, 물 “칙칙” 찐~한 커피 만드는 과학적 비법

<KISTI의 과학향기> 제3027호   2024년 01월 22일
매력적인 향기에 기운을 돋우는 각성효과까지, 현대인의 ‘생활 필수품’이 되어버린 커피는 어떻게 만들까. 종류에 따라 방법은 제각각이지만, 사람이 손으로 직접 추출해 만드는 ‘드립 커피’의 제조법은 대강 이렇다. 우선 커피나무 열매의 씨앗인 ‘생두’를 볶아 검갈색을 띠는 ‘원두’로 만든다(로스팅). 딱딱한 원두를 갈아 고운 가루로 만든 후(그라인딩), 이것을 거름망에 담고 뜨거운 물을 천천히 통과시키면 마침내 향긋한 커피가 나온다(추출)
 
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그림 1. 드립 커피는 로스팅, 그라인딩, 추출의 단계를 거친다. ⓒshutterstock

로스팅부터 추출까지 전 과정이 사람 손을 타다 보니 같은 생두를 쓰더라도 제조 과정에서의 작은 차이가 맛을 가른다. 예컨대 로스팅 단계에서 생두를 약하게 볶으면 신맛이 부각되고, 강하게 볶으면 쓴맛이 강해진다. 그라인딩할 때는 원두를 잘게 갈수록 물과 닿는 면적이 커져 맛이 진해지는데 그렇다고 너무 미세하게 분쇄하면 원두 가루 일부가 섞여 탁하고 쓴 커피가 된다. 
 
이런 이유로 전문적으로 커피를 만드는 바리스타를 비롯해 커피를 직접 만들어 마시는 많은 사람들은 최고의 제조법을 찾으려고 애쓴다. 과학자도 예외는 아니다. 그들이 커피를 정말 좋아해서인지 아니면 커피 만드는 방법이 과학적이어서 연구 대상으로 삼은 것인지 알 수 없지만, 커피에 관한 연구는 제법 많다. 맛있는 커피를 만들기 위한 과학자의 연구를 살펴보자.
 

젖은 원두가 진한 커피 만든다
‘로스 드롭렛 테크닉(Ross Droplet Technique, RDT)’은 커피 커뮤니티에서 잘 알려진 일종의 ‘꿀팁’이다. RDT는 원두를 분쇄할 때 일부 가루가 정전기로 인해 그라인더 내부 벽에 들러붙는 현상을 줄이기 위해 고안된 것으로,
지난 2005년 해외 커피 전문가 데이비드 로스가 한 온라인 커피 포럼에서 처음 소개했다. 기술 자체는 단순하다. 그라인딩 전 소량의 물을 원두에 뿌려 적시기만 하면 된다. 커피 커뮤니티에서는 실제로 효과가 있다고 알려져 있으나 그동안 과학적으로 검증되지는 않았다.
 
shutterstock1339041734 1그림 2. RDT는 원두를 갈기 전 소량의 물을 원두에 뿌려 적시는 방법으로, 정전기로 그라인더 내부 벽에 가루가 들러붙는 것을 막기 위해 고안됐다. ⓒshutterstock

그런데 최근 미국 오리건대 연구팀이 국제학술지 ‘매터(Matter)’에 RDT가 정전기 발생을 줄이는 데 도움이 되는 동시에 커피를 진하게 만들고, 추출량도 늘린다는 내용의 연구 결과를 실었다. 연구를 이끈 사람은 식품 연구자가 아닌 화학자와 화산학자다. 그들은 연구실에서 커피를 마시며 대화하다가 서로 RDT 현상에 관심이 있다는 사실을 깨닫고 공동 연구에 착수했다.
 
연구팀에 따르면 정전기의 원인은 그라인딩 과정에서 발생하는 원두들의 마찰이다. 정전기로 인해 같은 전하로 대전된 원두 가루 입자가 극이 같은 자석처럼 서로를 밀어내 그라인더 내부 벽에 흩어져 들러붙는 것이다. 연구팀 소속 화산학자들은 화산재의 전하량을 측정하는 장치를 이용해, 첨가하는 물의 양에 따라 원두 가루로 인해 발생하는 정전기의 세기가 어떻게 변하는지 살펴봤다. 
 
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그림 3. 그라인딩 하는 과정에서 원두는 전하를 띠게 된다. 연구팀은 물의 양에 따라 원두 가루에 발생하는 정전기의 세기를 측정했다. ⓒMatter

그 결과 원두 1g당 20㎕(마이크로리터·1㎕는 100만분의 1L)의 물만 있으면 정전기 발생량이 크게 줄어드는 것으로 나타났다. 연구팀은 물 분자가 정전기로 발생한 전하를 흡수하거나 그라인더 내부 온도를 낮춰 마찰 효과를 줄이기 때문으로 추정했다. 같은 이유로 생두의 로스팅 시간을 늘리면 내부의 수분이 증발해 정전기가 더 많이 생겼다. 
 
정전기가 줄어들자, 놀랍게도 커피 맛과 추출량도 개선됐다. 물을 넣고 간 원두로 커피를 만들면, 물이 원두 가루 입자에 골고루 머물면서 커피 추출 시간이 더 길어지고, 결과적으로 커피 농도가 약 10% 높아져 맛이 더 좋아졌다. 또한 물의 흐름이 원활해지면서 물 없이 같은 양의 원두를 썼을 때보다 커피 추출량이 8.5%가량 상승했다. 연구를 이끈 크리스토퍼 헨돈 오리건대 화학과 교수는 “물은 정전기를 줄여 그라인더 내부가 지저분해지는 것을 줄여줄 뿐 아니라 커피의 농도와 맛을 높이는 데 영향을 미칠 수 있다”고 전했다. 
 

원두 양을 줄이고 굵게 갈면 추출량 높아져
한편 지난 2020년에는 오리건대와 영국 포츠머스대가 주축이 된 공동 연구팀이 원두를 거칠게 갈아야 추출량이 더 많아진다는 내용의 연구를 발표했다. 보통 추출량이 많아진다는 것은 물이 원두와 맞닿는 면적이 커진다는 뜻이다. 이로 인해 커피가 진해져 맛이 좋아진다. 화학자, 수학자로 이뤄진 연구팀은 물의 온도와 압력을 일정하게 유지한 채 원두의 분쇄 정도에 따라 커피의 추출량을 계산하는 수학 모델을 만들어 이 같은 결론을 냈다.
 
연구에 따르면 평소 커피를 추출할 때보다 원두의 양은 75%로 줄이고, 대신 원두를 굵게 갈면 추출량을 높일 수 있다. 예를 들어 커피 한 잔을 만들 때 원두 20g을 사용한다면 15g만 쓰고, 더 굵게 갈면 커피의 양이 기존보다 많아지며 맛도 좋아지는 것이다. 카페에서 너무 잘게 갈린 원두 가루를 쓰면 물이 흐르는 공간이 줄어들어, 되려 맛이 나쁘다는 것이 연구팀의 설명이다. 또한 이 방법을 적용하면 커피를 추출하는 데 걸리는 시간도 절반 수준으로 줄어든다. 맛, 시간, 비용을 전부 아낄 수 있는 셈이다.
 
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그림 4. 연구팀에 따르면, 원두의 양을 75% 줄이고, 원두를 굵게 갈면 커피의 양도 많아지고 맛도 좋아진다. ⓒshutterstock

영국 시장조사업체 유로모니터에 따르면 2023년 기준 한국의 연간 커피 소비량은 성인 1명당 405잔이다. 매일 하루 1잔 이상의 커피를 마시는 셈이다. 물가가 연일 치솟고 있는 상황에 값싼 장비를 마련해 커피를 직접 만들어 마시면 어떨까. 여기에 과학자들의 비법까지 활용하면 저렴하게 맛 좋은 커피를 마실 수 있을 것이다.
 
 
 
글: 김우현 과학칼럼니스트/ 일러스트: 이명헌 작가
 
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