<커피부산물>
허찬영 학생기자(강원대학교)
전 세계의 대표적인 기호식품 중 커피는 중 커피는 세계에서 가장 인기 있는 음료 중 하나이며, 전 세계 약 80여 개국에서 재배되고 있다. 통계청에 따르면 커피는 한국에서도 2016년 기준 1인당 연간 428잔 이상을 소비하고 있으며 매년 그 소비량은 증가하고 있다.
커피는 다양한 추출법을 통해서 다양한 종류의 커피를 만들게 되는데 이 과정에서 커피 펄프 및 껍질과 같이 많은 양의 가공 부산물 및 잔류물들이 생성된다.
또한, 커피 한 잔을 마실 경우 커피원두의 0.2%만을 사용하며 나머지 99.8%의 원두는 커피찌꺼기로서 버려지고 있다. 커피찌꺼기는 주로 커피 추출과정 및 냉동건조커피의 제조과정에서 발생하게 되는데 이는 일반폐기물로 분류되어 100% 매립되거나 소각된 채 버려지고 있으며, 2014년 기준 연간 약 27만톤에 해당된다.
또한, 커피찌꺼기를 처리하기 위한 사회적 비용은 연간 7,642억 원에 달할 정도로 큰 처리 비용이 발생하며, 커피찌꺼기 처리과정에서 발생하는 이산화탄소 (CO₂)로 인한 환경적인 문제도 무시할 수 없는 시점이다. 이번 발표에서는 이러한 커피 부산물의 종류 및 특성에 대해 알아보고 이를 활용할 방법에 대해 알아보겠다.
2. 커피 부산물의 종류 및 특성
1) 커피펄프, 커피껍질
커피 펄프나 커피 껍질은 커피의 건식 또는 습식 가공 과정에서 남은 고체 잔류물을 의미한다.
커피펄프는 습식 가공 중에 얻어지는 부산물로 커피열매의 약 29%의 건조중량을 나타낸다.
반면에 커피껍질은 건식공정과정으로부터 얻어지며, 이는 커피콩을 감싸고 있고 건조중량기준으로 열매의 약 12%에 해당된다.
커피 펄프는 2톤의 커피생산 시 약 1톤 정도가 얻어지며, 커피껍질은 약 0.36톤의 껍질이 생산된다(2). 커피펄프와 커피껍질은 본질적으로 탄수화물, 단백질 및 미네랄 (특히 칼륨)이 풍부하게 존재하고 있다.
2) 커피은피
커피은피는 생두의 외피를 보호하고 있는 얇은 껍질로써 로스팅 과정에서 부산물로 남게 되며, 고농도의 용해성 식이섬유와 높은 항산화능을 가진 잔류물이다. 커피은피는 페놀릭 화합물의 농도뿐만 아니라 로스팅 과정 동안 마이라드반응 (Mailꠓlard reaction)에 의해 형성된 멜라노이딘 (melanoiꠓdine)과 같은 강력한 항산화작용이 있는 화합물로 존재하게 된다(4). 커피은피의 주요 섬유조직은 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스이며, 포도당, 자일로스 (xylose), 갈락토오스 (galactose), 만노즈 (mannose), 아라비노스 (arabinose)과 같은 단당류를 포함하고 있다. 이러한 다양한 화학물질을 보유하고 있기 때문에 커피은피는 인간의 건강에 영향을 주는 폴리페놀, 식이섬유, 크잔틴을 위한 재료가 될 수 있다.
3) 커피찌꺼기
커피찌꺼기는 마시는 커피를 가공 후 남은 잔류물을 의미하며, 다른 잔류물에 비해 훨씬 많은 양이 발생하게 된다.
평균 1톤의 생두는 약 650kg의 커피찌꺼기를 생성한다. 따라서 매년 발생하는 상당한 양의 커피찌꺼기를 처리하기 위한 방안을 모색하고 있다. 커피찌꺼기에는 만노즈와 갈락토오스가 포함된 당류가 풍부하고 마찬가지로 상당량의 단백질을 지니고 있으며, 셀룰로오스와 리그닌 성분을 갖고 있어 다양한 분야에 적용이 가능한 잔류물이다.
3. 커피 가공 부산물 및 잔류물의 활용
커피 생산 국가에서는 커피 폐기물과 부산물로 인해 심각한 환경오염을 겪고 있다.
거의 모든 커피 전문점에 위피한 커피 처리 장치는 커피 펄프, 껍질 및 유출물의 안전하지 않은 처리로 인해서 처리 장치 주변의 물과 토지 오염을 발생시킬 수 있다.
특히, 커피 펄프는 높은 수분 함량을 가진 주요 부산물로서 시간이 지남에 따른 부패로 인해 환경 문제를 야기할 수 있다. 과거에는 커피 펄프 및 껍질을 비료, 가축 사료, 퇴비 등의 제한된 용도로만 사용하였지만, 최근의 연구에서는 고온의 물을 이용한 전처리, 미생물 생분해 및 호기성 발효와 같은 방법으로 독성 물질을 최소화할 수 있어, 사일리지, 바이오 가스 및 웜, 동물 사료, 에탄올, 식초, 단일 세포 단백질, 효소, 생물 농약 및 프로바이오틱스와 같은 바이오 제품 생산으로 이어질 수 있었다.
그러나 대량의 폐기물 발생을 고려할 때 아직까지는 커피 잔류물을 처리하거나 이용하기 위한 최적화된 방법이 부족한 상황이다. 다음은 현재까지 제시된 커피 잔류물을 이용한 다양한 응용 기술의 예시이다.
1) 버섯 생산
커피 껍질이나 찌꺼기는 리그닌이라는 목재 성분을 함유하고 있으며, 이러한 성분은 L. deodesm, Pleuroꠓtus spp. 또는 Flammulina velutipes와 같은 버섯균이 성장하는데 도움을 줄 수 있다. 또한 일반적으로 버섯 재배를 위해서는 살균과정이 필요한데 커피 껍질이나 찌꺼기를 이용하면 어떠한 전처리 과정 없이도 버섯의 식용균 배양을 가능케 한다. 이러한 방법을 이용하면 버섯 재배 효율을 높은 수준인 약 85%까지 높일 수 있다.
2) 시트르산, 지베렐린산 및 안토시아닌 생산
시트르산은 약한 유기산의 일종으로서 음식이나 탄산음료의 신맛을 내는데 주로 사용된다.
커피껍질이나 커피찌꺼기는 시트르산 발효를 통해 시트르산을 생산하는데 있어서 가격이 저렴한 재료로 사용될 수 있다.
또한 식물생장조절제인 지베렐린산을 생성하는데 탄소 공급원으로서 커피 껍질을 이용할 수 있다.
또 안토시아닌은 과일과 꽃의 적색 및 청색을 나타내는 식물 색소인데, 습식공정을 통해서 가공되는 커피 펄프의 경우는 안토시아닌 성분이 거의 버려지게 된다.
따라서 버려지는 안토시아닌 성분을 과일의 착색제로 이용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
3) 바이오에탄올, 바이오가스 및 연료
버려지거나 재생 가능한 잔류물로부터 에너지를 생산하는 연구는 현재까지도 활발히 진행 되고 있다.
특히 잔류물을 이용한 바이오에탄올 및 연료화를 위한 개발이 최근에 들어 활발히 이루어지고 있다. 커피찌꺼기 또한 바이오에탄올을 생산하는데 그 가능성을 두고 연구가 되어져 왔다.
2010년 Burton 그룹에서는 커피 찌꺼기를 이용해 ASTM 표준 바이오 디젤을 생산하였으며, 추출한 커피 오일의 사용 가능성을 확인하였으며, 효소 촉매 작용을 사용하여 약 98%의 전환율을 달성했다. 또한 커피나무 추출물은 바이오 가스 생산을 가능케 한다.
생산 된 바이오 가스는 엔진을 가동시켜 전기를 생산하는데 적합할 수 있으며, 냉각 및 배기가스의 모든 저등급의 폐열은 커피 건조에 사용될 수 있다.
커피찌꺼기를 연료화 시키려는 연구는 커피 잔류물을 이용한 연구 중 가장 많이 연구되는 분야 중 하나이다. 사용된 커피찌꺼기는 다른 농산물의 잔류물과 비교할 때 약 5000kcal/kg의 높은 발열량을 갖고 있어 보일러 등 연료에 사용될 수 있다.
4) 퇴비
커피 펄프 고형물은 부엽토과 유기 탄소의 좋은 재료이다. 커피 펄프를 주기적으로 쌓아 올리면 기존의 퇴비 만드는 방법과 마찬가지로 대략 3주 만에 퇴비가 될 수 있다. 인스턴트커피 생산의 부산물은 유기농 함량이 많은 고체 폐기물이다.
또한 지렁이 퇴비화는 산업 폐기물을 재활용하기 위해 사용되는 저렴하고 효과적인 기술이다. 커피 펄프는 칼륨과 리그닌 이외에 셀룰로오스를 많이 함유하고 있어 보습 능력이 뛰어나지만 분해가 느려 지렁이가 생장할 수 있는 좋은 환경이 된다.
커피 찌꺼기를 이용한 지렁이 퇴비화는 토양에 좋은 영양분을 가져다주기 때문에, 다양한 식물의 생장에 커다란 도움을 준다는 보고도 잘 알려져 있다.
4. 서울시의 커피찌꺼기 재활용 현황
서울시에서는 2016년 4월 14일에 환경부, 스타벅스 그리고 자원순환사회연대가 ‘커피박 재활용 활성화 시범사업 참여협약’에 참여하여 커피박을 재활용하여 생산한 친환경 퇴비를 지역 농가에 기부하거나, 커피박을 이용한 사회공헌 활동을 추진하기로 하였다.
또한 커피찌꺼기 바이오매스 에너지가 있다.
이는 커피찌꺼기를 이용해 바이오 디젤, 바이오 에탄올, 바이오 펠릿을 생산하는 것인데, 이는 아직 활성화가 되지 못하였다.
마지막으로 커피찌꺼기를 활용한 상품화가 있다.
현재 커피찌꺼기를 활용한 국내 특허들을 찾아보면 커피찌꺼기의 일부 비율을 첨가하여 만든 수초지, 커피보드, 커피점토 등에 해당되는 상품화들이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
이는 커피의 향으로 냄새에 대한 거부감을 제거하고 친환경적이며 감각적인 색감 또한 표현할 수 있다.
5. 결론
커피찌꺼기는 그 발생량이 매년 증가하는 만큼 이를 처리하고 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 시점이다. 현재까지의 처리 및 재활용 기술은 해당 분야의 다를 기술에 비해 경쟁력이 떨어지기 때문에 좀 더 구체적이고 경쟁력이 있는 연구기술 개발이 필요하나, 현재까지도 활발한 연구가 진행되고 있음을 미루어 봤을 때, 커피부산물을 이용한 친환경 재활용 기술은 머지않아 경쟁력 있는 기술로 인정될 것으로 여겨진다.
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