물과 커피의 산도: 다양한 추출 방법에 맞는 물을 만드는 방법 – 25 Magazine, Issue 9
순수한 물은 보기 힘듭니다. 실험실 밖의 자연이나 문명에서 물은 절대 그 자체로 존재하지 않습니다.
ZHAW(스위스 뵈덴스빌)의 MARCO WELLINGER 박사가 알칼리도가 pH보다 더 중요한 이유와 물 레시피를 음료 비율 및 추출 방법에 맞게 조정해야 하는 이유에 대해 설명합니다.
빗물이 땅에 떨어지는 동안에도 이미 특히 CO2를 비롯한 여러 가스가 분산되어 빗물에 유입됩니다. 용해된 CO2는 물과 결합되어 탄산을 형성하므로, 빗물의 산도는 항상 pH 5.5 내외입니다. 따라서 빗물은 근본적으로 산성이지만, 이 현상을 공기가 황산과 산화질소로 오염되어 빗물의 pH가 4.5 이하가 되어 환경과 건물에 위협이 되는 산성비 현상과 혼동하지 않아야 합니다.
그렇다면 제가 왜 빗물과 pH에 대해 제일 먼저 쓰고 있을까요? 사실 산성비는 알칼리도의 힘을 pH와 비교하여 설명하는 완벽한 예입니다. CaCO3 알칼리도가 150 ppm인 평균적인 미국 수돗물 1리터는 pH 4.5의 산성비 100 L를 중화할 수 있습니다.[1] 같은 논리를 물과 커피에 확대 적용하면, 알칼리도가 음료의 최종 산성에 미치는 영향은 pH가 중성에 가깝고(6-8) 알칼리도가 합당하게 높다(20 ppm CaCO3보다 높음)는 전제 하에 pH보다 몇 백 배 더 강합니다.
pH와 알칼리도 비교
물의 pH 측정값으로 사용자가 실제로 알 수 있는 것은 무엇일까요? “pH로 물의 산성이 어느 정도인지 알 수 있다”는 가장 일반적인 해석은 대체로 정확하지만, pH를 측정해도 존재하는 산성의 총량은 얻어지지 않는다는 중요한 사실은 이 해석으로 알 수 없습니다. 중성 pH에 대한 상대적인 산성만 알 수 있습니다(21페이지 참조). 이 개념을 더 잘 이해하기 위해, “온도”와 “물체에 저장된 열”의 관계에 대해 생각해 보십시오.
예를 들어 햇빛이 많이 비추는 공원의 같은 길에 있는 나무 벤치와 돌 벤치에 대해 생각해 보십시오. 나무 벤치는 햇빛이 하루 종일 비춘 날에도 너무 뜨겁다고 느껴지지 않지만, 반대로 같은 햇빛을 오랜 시간 동안 똑같이 받은 돌 벤치는 앉을 수 없을 만큼 뜨거울 것입니다. 적외선 온도계를 사용해 두 벤치의 온도를 모두 측정하면 두 벤치의 온도가 정확히 똑같이 나타날 수 있지만, 돌 벤치에는 (주로 큰 질량으로 인해) 많은 양의 열이 저장되어 있어 (어쩌면 현명하지 않게) 그 위에 앉기로 결정하는 사람에게 이 열이 전달됩니다.
Ashely Elander Strandquist의 도해.
돌 벤치는 위와 같은 이유로 해가 진 후에도 훨씬 더 오랫동안 따듯한 상태로 유지됩니다. 간단히 말해, 일정한 온도에서 돌 벤치에 저장된 열(열용량)은 나무 벤치에 비해 훨씬 더 많습니다. 그러므로 돌 벤치는 온도 변화에 더 큰 저항으로 반응합니다. 즉, 관성이 높습니다.
다시 물에 대한 얘기로 돌아가보겠습니다. pH는 물의 현재 상태를 나타내는 지표지만, 커피, 가스 또는 금속 보일러에 영향을 받을 때 pH가 얼마나 쉽게 변할지에 대한 정보는 pH에 포함되지 않습니다. 온도계와 벤치의 예처럼, pH로는 자세한 정보를 모두 알 수 없습니다. 벤치의 예에서는 어디에 앉을 지 결정하기 전에 열용량을 이해하는 것이 유용했습니다. 물 레시피를 결정할 때 추가로 필요한 작은 정보는 알칼리도입니다. 물의 변화에 대한 저항(또는 저항의 부족)을 보여주기 때문입니다. 그러므로 pH와 알칼리도는 온도와 저장된 열의 양에 비유할 수 있습니다.
pH가 낮으면 물이 산성임을 의미하지만, 산성이 얼마나 존재하는지, 즉 -다시 말하면- pH를 7보다 작게 하기 위해 산성이 얼마나 들어갔는지 알 수는 없습니다. 감각적인 관점에서 가장 중요한 것은 산도에 대한 지각이 음료 안에 있는 적정 산도(titratable acidity)의 양과 직접적인 상관 관계가 있다는 것입니다. 실질적으로 특정 커피 음료에서 지각되는 산도는 커피에서 추출되는 산의 양에서 물에서 추출되는 알칼리성을 뺀 양과 일치합니다.
이것이 커피 종사자들에게 의미하는 것은 무엇일까요? 커피 추출에 사용할 물을 선택할 때는 pH보다 알칼리도를 특정 범위 이내로 유지하는 것이 훨씬 중요함을 의미합니다.
물 레시피를 다양한 추출 방법에 맞추기
결국 알칼리도와 pH에 대해 알면 물과 커피가 어떻게 상호작용하여 컵의 산성을 형성하는지 이해하는 도구를 얻게 됩니다. 이 방정식에서 알칼리도 외에 가장 큰 요인은 커피 추출의 음료 비율입니다. 다양한 커피 추출 방법의 음료 비율은 10배까지 차이가 납니다(리스트레또 1.5 대 필터 15). 즉, 커피의 가장 농축된 형태(에스프레소 조리법)는 가장 희석된 조리법(필터 조리법)에 비해 같은 양의 커피에 접하는 물이 10%에 불과합니다.
또한 에스프레소 조리법에서 커피 산을 버퍼링하는 데 사용 가능한 알칼리도의 양은 필터 커피 조리법에서 같은 양의 커피 산을 버퍼링하는 데 사용 가능한 알칼리도의 10% 밖에 되지 않습니다. 따라서 에스프레소를 우려내는 경우 컵의 산도에 상당한 영향을 미칠 수 있는 물의 알칼리도가 훨씬 더 높다고 할 수 있습니다. 총 경도에도 같은 논리가 적용되지만, 총 경도가 추출에 정확히 미치는 영향에 대한 분명한 답이 없다는 차이가 있습니다. 다른 문헌의 관측 결과에서는 총 경도가 높은(> 250 ppm CaCO3) 경우 “과다 추출된 맛”이 나는 경향이 있고, 반대로 총 경도가 낮은(< 40 ppm CaCO3) 경우 “과소 추출된 맛”이 나는 경향이 있는 것으로 나타났습니다. 하지만 실험 측정에서는 총 경도가 전체적인 추출 효율에 미치는 영향이 총 경도 수준의 합당한 변동 범위(20–250 CaCO3) 내에서 유의미하지 않은 것으로 나타났습니다.
이 논리를 계속 따르면, 필터 커피 또는 커핑 실험에 근거한 기존의 물에 관한 권장 사항을 에스프레소 조리법에서 사용되는 음료 비율에 따라 상향 조정할 필요가 있습니다. 하지만 이 방법을 사용하면 실 세계에서 발생하는 기술적으로 복잡한 문제와 충돌이 발생합니다. 이런 식으로 물 레시피를 조정하면 에스프레소 머신에 물때가 훨씬 많아집니다.
실 세계 영향
SCA의 표준 위원회는 통합된 조직으로서 전통적인 SCAA 표준과 SCAE 핵심 영역(core zone)을 일치시키면서 필터 조리법부터 에스프레소 조리법까지의 브루잉 비율 차이를 감안하는 확장된 버전도 제공하는 통합된 물 표준을 제정한다는 포부를 갖고 있습니다. 이 논의는 지금도 계속 진행 중이지만, 이 연구에서는 가능한 접근방식을 제안합니다(그림 1).
Fig. 1: Adopting water recommendations for espresso beverage ratios. Left: Simply scaling up the SCA standard would lead to heavy scale formation. Right: Safe zone for espresso machines and water boilers.
그림 1: 물 권장 사항을 에스프레소 음료 비율에 맞추기. 왼쪽: SCA 표준을 단순히 상향 조정하기만 하면 많은 물때가 형성됩니다. 오른쪽: 에스프레소 머신과 워터 보일러의 안전 영역.
에스프레소 조리법에 맞게 표준을 상향 조정하기 위해 필터 조리 표준에 7.3배를 곱했는데, 이 숫자는 에스프레소(음료 비율 2)를 필터 커피(음료 비율 14.6)에 비교한 계수와 일치합니다. 하지만 이렇게 하면 새 에스프레소 표준이 물때가 매우 많이 (물 1리터마다 0.25-0.45g) 형성되는 영역 안으로 들어와 많은 물때 형성이나 잠재적인 부식으로 이어지는 물 레시피가 방지되어 실제 유용 범위가 제한됩니다. “기술적으로 안전한” 경계 안에 무엇이 남는지는 그림 1에서 확인할 수 있습니다.
필터 조리법에 대한 SCA 표준에 비해, 이 방법은 상대적으로 낮은 총 경도(최저 20ppm CaCO3)와 특히 최고 150ppm CaCO3의 훨씬 더 높은 알칼리도에서 권장 사항이 확장되는 결과로 이어집니다. 하지만 총 경도와 관련된 하한은 기술적인 고려 사항이 아닌 감각적인 이유로만 설정된 한도임을 기억하십시오.
따라서 추출에 사용할 물 레시피를 탐구하는 데 관심이 있다면 새 표준이 매우 제한적이라고 생각될 수 있지만, 더 높은 알칼리도를 사용하여 특정 커피의 산도를 완화하는 데 관심이 있다면 새 표준을 실험해 볼 수 있는 여지가 있습니다. 아무것도 없는 상태에서 소금을 첨가하여 물을 섞기 시작하고 싶지 않으면, 이 표준을 사용해 보는 가장 쉬운 방법은 (대부분의 경우) 연화 카트리지(총 경도만 낮춤)를 사용해 보일러에 물때가 쌓이는 결과를 초래하지 않는 알칼리도가 높지만 총 경도가 낮은 물을 얻는 것입니다.
MARCO WELLINGER 박사는 화학, 기술 및 감각 분석 분야의 커피 연구 학자로, ZHAW Wädenswil의 화학 및 생물 기술 연구소(Institute of Chemistry and Biotechnology) 소속입니다.
[1]물을 “중화”한다는 말은 pH를 7에 맞추는 것을 뜻합니다. 이것은 다음과 같이 가능합니다. 빗물의 알칼리도는 영(0)이므로, 물 속에 산을 형성하는 소량의 가스는 pH를 크게 떨어트립니다. 산성비가 형성될 때 존재하는 가스는 CO2, NO2 및 SO4입니다. 이런 가스는 용해되어 각각 탄산, 질산 및 황산이라는 산을 형성합니다.
미국 수돗물의 평균 알칼리도는 150 ppm CaCO3이고 총 경도는 약 170 ppm CaCO3이어서 “중간 경도”에 해당합니다. 그래도 이 수치는 산성비에 함유된 산의 양보다 버퍼가 100배 더 많음을 의미합니다. 그렇기 때문에 수돗물 1리터만으로 수백 리터의 산성비를 중화할 수 있습니다.
물에 대한 이야기: 핵심 원리
음료 비율과 브루잉 비율 비교
현재 “브루잉 비율”, 즉 “브루 비율”은 몇 가지 다른 개념으로 사용되고 있습니다. 필자는 “음료 비율”이라는 이름을 도입하여 두 개념을 분명하게 구분할 것을 제안합니다.
브루잉 비율
커피를 우려내는 물의 양(부피 또는 무게)이 그라운드 커피 무게를 기준으로 제시되는 드립 및 담금 커피에 사용되는 표준
물 양의 단위당 그라운드 커피 60 g/L로 가장 많이 쓰이고, 커피당 물의 비율7(물 1,000g 나누기 커피 60 g)로도 제시됨
브루를 준비하거나 레시피를 다양한 크기에 맞추는 데 유용한 숫자 제공
음료 비율
에스프레소에 주로 사용되고, 음료 무게와 그라운드 커피 무게를 사용하여 계산됨
예를 들어 그라운드 커피 18 g으로 음료 36 g을 만들면 음료 비율 2에 해당함
음료에 초점을 맞추고, 추출 백분율을 계산하는 데 유용함
pH
과학적으로는 pH(power of hydrogen)를 측정하면 양자 농도(더 구체적으로는 히드로늄이온 농도) 측정값이 얻어집니다. 게다가 pH는 대수 계산자여서 배수 기준이므로 1 단위가 감소(-1)하면 양자 농도가 10배 증가합니다.
탄산염 경도
탄산염 경도는 총 경도 및 알칼리도의 공통 최소값을 다르게 표현하는 방법입니다. 이 경도를 구성할 수 있는 댄스 파트너 쌍의 수가 “리드를 잡고” 싶어하는 사람의 수와 리드를 따르고 싶어하는 사람의 수에 따라 제한되는 경우에 비유하면 쉽게 이해할 수 있습니다. 따라서 보일러에서 물 1리터당 40 mg 이상의 보호 층이 생성되도록 하려면 총 경도나 알칼리도가 모두 리터당 40 mg CaCO3(40 ppm CaCO3)보다 낮아지면 안 됩니다.