커피공부 04 · 디카페인 생두 제조
건조 생두를 다시 가습한 뒤, 액체 EA와 고압 CO₂가 어떻게 카페인을 옮기고 무엇을 함께 잃게 되는지 공정 순서와 분자 이동으로 살펴본다.
카페인이 움직일 때, 커피의 맛을 만들 성분은 어떻게 남겨둘 수 있을까?
마른 생두에서 카페인이
저절로 나오지 않는 이유
상업용 디카페인은 대체로 로스팅 전의 생두에서 만든다. 그러나 유통 가능한 수준으로 말린 생두는 단단하다. 세포 조직 안에서 카페인을 비롯한 분자들의 이동도 느리다. 카페인을 잘 녹이는 매체를 겉에 대는 것만으로는 생두 중심부의 카페인이 충분히 빠져나오지 않는다.
그래서 제조법이 달라도 공통 골격은 비슷하다. 먼저 물이나 증기로 생두를 가습해 조직을 팽윤시키고, 카페인이 내부 수분층에서 움직일 수 있게 만든다. 이후 EA나 초임계 CO₂ 같은 외부 매체가 카페인을 받아가며, 농도차가 줄어들면 매체를 바꾸거나 순환시켜 이동을 계속한다.
2026년 5월 19일부터 한국에서 디카페인 표시는 카페인을 제거한 원두를 사용하고 그 원두의 고형분 기준 카페인 함량이 0.1% 이하일 때 가능하다. ‘디카페인’은 카페인 0이라는 뜻이 아니다.
첫 단계는 추출이 아니라
가습이다
물은 카페인을 직접 씻어내기 전에 두 가지 일을 한다. 단단한 세포 조직을 부풀리고, 카페인이 클로로겐산이나 생두 조직과 맺고 있던 상호작용을 약화한다. 그 결과 카페인은 생두 안의 얇은 수분층에 녹아 표면 쪽으로 확산할 수 있다.
그렇다면 생두를 말리기 전, 커피 체리나 젖은 파치먼트 상태에서 바로 처리하면 될까. 기술적으로 젖은 파치먼트를 이용하는 구상은 오래전부터 존재했다. 그러나 체리째 처리하면 과육과 점액질이 새로운 확산 장벽이 되고, 숙도와 발효 상태가 제각각이라 균일한 제어가 어렵다.
젖은 파치먼트도 운송하는 동안 발효와 품질 변화가 계속된다. 디카페인 공장에는 용매 회수나 수백 bar의 고압설비가 필요하므로 농장 가까이에 쉽게 놓기 어렵다. 건조 후 다시 가습하는 방식은 돌아가는 길처럼 보이지만, 원료를 저장·집하하고 공장 투입 시점의 수분을 일정하게 맞추는 데 유리하다.
카페인이 움직이지 않는다
생두 내부 확산과 외부 매체로의 전달이 느려져 처리시간과 매체 사용량이 늘어난다.
다른 성분도 움직인다
당·유기산·트리고넬린 등 수용성 성분의 이동 가능성이 커진다. 가습량 자체가 선택성의 조절값이다.
EA는 무엇이며 왜
‘슈거케인’이라고 부를까
EA는 에틸아세테이트(ethyl acetate)의 약자다. 상온에서 무색의 휘발성 액체이며, 카페인을 받아낼 수 있는 유기용매다. 기체를 생두에 불어넣는 방식도, 고체 흡착제를 섞는 방식도 아니다.
‘슈거케인 프로세스’라는 이름은 EA의 제조 원료에서 나왔다. 사탕수수를 발효해 얻은 에탄올을 아세트산과 반응시키면 EA를 만들 수 있다. 여기서 생두에 닿는 것은 사탕수수즙이나 설탕물이 아니라, 정제된 에틸아세테이트다. 그러므로 슈거케인은 작동 원리의 이름이라기보다 원료 출처를 강조한 상업적 명칭이다.
‘사탕수수로 카페인을 제거한다’보다는 ‘사탕수수 유래 에탄올로 제조할 수 있는 EA를 추출매체로 사용한다’가 공정을 제대로 설명한다.
EA 공정은 ‘물통에 EA를
푸는 것’이 아니다
물과 EA는 어느 정도 섞이지만 모든 비율에서 하나가 되지는 않는다. 대표적인 직접법은 가습한 생두를 물에 포화시킨 액체 EA와 접촉시키는 방식이다. 여기에는 세 공간이 있다.
생두 내부 수분층
가습으로 자유로워진 카페인이 녹아 있는 출발점이다.
생두 조직
카페인이 중심부에서 표면으로 지나야 하는 확산 경로다.
외부 액체 EA
표면까지 나온 카페인이 분배되어 들어가는 운반 매체다.
하나의 균일한 물통이 아니다
‘물에 EA를 풀어 생두를 담근다’는 그림보다 두 액상 사이의 분배와 조직 내부 확산으로 이해해야 한다.
대표적인 직접 EA 공정의 순서
공장마다 탱크 구성과 온도·시간·회수 방식은 다르다. 일부 특허 공정은 물에 포화한 EA를 사용해 생두 표면의 수분을 과도하게 빼앗지 않으면서 카페인을 운반한다. 간접법에서는 먼저 물로 생두 성분을 추출한 뒤 그 추출액에서 EA가 카페인을 받아가며, 생두와 EA가 직접 닿지 않는다.
EA가 가져가는 것은
카페인만이 아니다
카페인은 한 번의 접촉으로 모두 빠지지 않는다. 생두와 EA 사이의 농도차가 클 때는 이동이 빠르지만, EA 쪽 카페인 농도가 올라가 평형에 가까워지면 속도가 느려진다. 그래서 카페인을 실은 EA를 빼고 새 EA를 넣거나, EA를 연속 순환시키며 카페인을 따로 제거한다.
문제는 카페인만 움직이지 않는다는 데 있다. 클로로겐산과 일부 유기산·페놀류가 함께 이동할 수 있고, 조건에 따라 지질과 왁스도 영향을 받는다. 또한 당·아미노산·트리고넬린의 손실은 EA 접촉뿐 아니라 그 전에 이루어진 가습·세척과도 나누어 보아야 한다.
| 이동할 수 있는 성분 | 주된 이동 구간 | 컵에서 예상할 수 있는 변화 |
|---|---|---|
| 클로로겐산 | 물과 EA가 관여하는 추출 단계 | 산의 구조와 로스팅 후 쓴맛·떫은맛 전구체의 변화 |
| 유기산 | 가습·세척 및 용매 접촉 | 밝기, 과일의 윤곽, 단맛과 산미의 대비가 약해질 수 있음 |
| 당·아미노산 | 주로 물이 관여하는 단계 | 마이야르 반응의 재료 감소로 향과 단맛 형성에 영향 가능 |
| 지질·왁스 | EA와 접촉하는 조건에 따라 | 질감과 향의 운반 양상에 영향 가능 |
유기산이 줄면 항상 나쁜 것도 아니다. 날카로운 아세트산이나 퀸산 계열의 거친 인상이 줄면 컵이 둥글게 느껴질 수 있다. 반대로 좋은 산미까지 함께 줄면 과일의 선명함과 후미가 평평해질 수 있다. 중요한 것은 산의 총량 하나가 아니라 어떤 성분이 어떤 단계에서 얼마나 이동했는가다.
2026년 발표된 로부스타 직접 추출 실험에서는 특정한 1:1:5 조건과 25℃·90분 처리에서 카페인이 99.88% 감소한 동시에 클로로겐산도 52.25% 감소했다. 이는 산업용 EA 공장의 보편값이 아니라, 선택성이 공정 조건에 따라 크게 달라질 수 있다는 사례다.
콜롬비아와 브라질
디카페인이 많은 이유
콜롬비아와 브라질 생두가 디카페인 시장에서 자주 보인다고 해서, 두 산지의 유기산이 원래 부족하기 때문에 손실을 감수하기 좋았다고 결론 내릴 수는 없다. 산지는 너무 큰 범주이고 품종·고도·가공·수확 상태에 따라 성분과 향미가 크게 달라진다.
콜롬비아에는 대량의 생두 공급망과 현지 EA 처리 시설이 결합되어 있다. 대표적으로 Descafecol은 마니살레스에서 사탕수수 유래 EA를 사용하는 디카페인 서비스를 운영한다. 원료를 해외 디카페인 공장으로 다시 보내지 않고 산지의 집하·수출망과 연결할 수 있다는 점이 상품 공급에 영향을 준다.
브라질은 생산량이 크고 균질한 상업 로트를 확보하기 쉬우며, 견과·초콜릿 계열의 친숙한 프로파일이 디카페인 상품 설계에 쓰이기 좋다. 결국 빈도가 높은 이유는 특정 산의 부족보다 물량, 가격, 로트 균일성, 시설 접근성과 물류의 결합으로 보는 편이 타당하다.
‘원래 산이 적은 생두라 디카페인에 쓴다’는 가설은 흥미롭지만, 산지별 성분 자료와 동일 원료의 처리 전후 비교 없이는 입증되지 않는다.
초임계 CO₂는 기체와 액체의
중간 혼합물이 아니다
CO₂는 약 31.1℃와 7.38 MPa, 즉 73.8 bar를 함께 넘으면 액체와 기체의 경계가 사라지는 초임계 영역에 들어간다. 액체 CO₂ 아래에 기체 CO₂가 반쯤 섞여 있는 모습이 아니다. 용기 전체가 투명한 하나의 유체로 채워지고 액면도 보이지 않는다.
감각적으로는 공간과 미세 통로를 채우는 성질은 기체에 가깝고, 압력에 따라 분자 밀도를 크게 높여 물질을 받아들이는 성질은 액체 용매에 가깝다고 이해할 수 있다. 그러나 어디까지나 기체나 액체로 나눌 수 없는 하나의 상이다.
보이지 않는 조밀한 유체가 생두의 틈과 내부 통로를 채우며 흐른다.
초임계 CO₂ 공정은
어떻게 순환하는가
초임계 상태의 시작 압력이 73.8 bar라고 해서 커피를 그 압력에서 처리한다는 뜻은 아니다. 임계점을 조금 넘긴 CO₂보다 더 조밀한 유체가 카페인을 운반하기 유리하므로, 실제 추출과 연구에서는 흔히 200~400 bar 범위를 사용한다.
설비는 기체 CO₂를 곧바로 400 bar까지 밀어 올리기보다, 먼저 냉각해 액체로 만든 다음 고압펌프로 가압한다. 액체는 기체보다 펌핑 효율이 좋다. 가압한 액체 CO₂를 열교환기에서 임계온도 이상으로 데우면 고압을 유지한 채 초임계 상태가 된다.
가습 생두가 채워진 추출기에서 CO₂는 카페인을 받아 흐른다. 이후 분리부에서 압력을 낮추거나, 물 세정·흡착 같은 설비를 거치면 CO₂의 카페인 운반력이 떨어지고 카페인이 분리된다. 정화한 CO₂는 다시 냉각·가압되어 폐회로를 순환한다. 어떤 분리방식을 쓰는지는 공장 설계에 따라 다르다.
수백 bar를 버티는 공장은
어떻게 생겼는가
400 bar는 40 MPa다. 용기 안쪽 1㎠마다 약 4,000 N, 무게로 환산하면 약 400 kgf에 해당하는 힘이 바깥쪽으로 작용한다. 일반 탱크처럼 얇은 철판을 용접해서는 견딜 수 없다.
CO₂ 임계압력
대표적 추출 범위
400 bar의 직관적 힘
추출기는 두꺼운 고강도 강재로 만든 세로형 원통 압력용기다. 원통과 둥근 끝단이 내부 압력을 곡면으로 분산하고, 단조·정밀 용접·비파괴검사로 결함을 관리한다. 안전밸브와 파열판은 과압을 막고, 압력이 남아 있을 때는 생두 투입구가 열리지 않도록 인터록을 건다.
| 설계 요소 | 역할 | 규모화에서 생기는 결과 |
|---|---|---|
| 두꺼운 원통벽 | 원주 방향으로 용기를 벌리는 힘을 견딘다. | 지름이 커질수록 필요한 벽과 용기 질량도 증가한다. |
| 둥근 끝단·잠금 덮개 | 평평한 판의 응력 집중을 줄이고 투입구를 밀폐한다. | 빠르고 안전한 적재·배출 장치가 필요하다. |
| 복수 추출기 | 한 기가 적재 중일 때 다른 기에서 추출한다. | 하나의 거대한 통보다 여러 세로형 용기를 병렬 운전한다. |
| 폐회로 부대설비 | 냉각·가압·가열·분리·회수를 담당한다. | 전문 공장과 큰 초기 투자가 필요하다. |
이 설비 조건 때문에 초임계 CO₂ 디카페인은 소규모 농장이나 로스터리의 부가공정이 아니라, 물량을 모아 처리하는 중앙집중형 전문 산업이 된다.
CO₂는 왜 카페인을
비교적 잘 골라내는가
CO₂가 카페인을 알아보고 붙잡는 것은 아니다. 물·압력·온도가 차례로 만든 두 번의 선별 때문에 다른 주요 생두 성분보다 카페인이 CO₂ 쪽으로 이동하기 유리해진다.
카페인을 조직에서 풀어준다
가습으로 조직이 팽윤하고 카페인과 클로로겐산·세포벽 사이의 상호작용이 약해진다. 카페인이 내부 수분층에서 이동할 수 있게 된다.
풀려난 카페인을 받아간다
고밀도 CO₂가 카페인의 카보닐기 주변에 용매층을 만들고, 카페인은 수분층에서 CO₂로 분배되어 밖으로 운반된다.
| 성분 | CO₂보다 생두에 남으려는 이유 |
|---|---|
| 당·아미노산 | 극성이 높아 조밀한 CO₂보다 수분층에 머무는 편이 유리하다. |
| 트리고넬린 | 이온성이 강해 비극성에 가까운 CO₂로 옮겨가기 어렵다. |
| 클로로겐산 | 카페인보다 크고 수산기·카복실기가 많아 물과 생두 조직에 대한 친화력이 크다. |
| 카페인 | 물에 풀린 뒤 조밀한 CO₂와도 상호작용할 수 있어 두 상 사이를 이동한다. |
카페인의 초임계 CO₂ 용해도가 무한히 큰 것은 아니다. 그래서 많은 CO₂를 계속 순환시킨다. 압력을 올리면 CO₂ 밀도와 용해력이 커지지만 다른 성분의 동반 추출도 넓어질 수 있다. 온도·압력·수분·유량·시간은 카페인 이동만 충분히 허용하는 구간을 찾기 위한 조절 손잡이다.
초임계 CO₂도
향미 손실이 0은 아니다
생두에는 아직 추출한 커피의 향이 완성되어 있지 않다. 그러므로 초임계 CO₂가 잘 보존하는 것은 완성 향 자체라기보다 로스팅에서 향을 만들 당·아미노산·트리고넬린·클로로겐산 같은 전구체라고 표현하는 편이 정확하다.
가습수가 과하면 수용성 성분이 움직일 수 있고, 초임계 CO₂는 조건에 따라 지질·왁스와 일부 클로로겐산도 추출할 수 있다. 감압과 재건조는 생두 조직과 수분 분포를 바꾼다. 선택성이 높다는 말은 동반 손실이 상대적으로 작다는 뜻이지, 카페인 외에는 아무것도 변하지 않는다는 뜻이 아니다.
2024년 국내 연구의 60℃·40 MPa·CO₂/원료비 250 조건에서 보고한 결과다. 조건을 달리하면 보존율도 달라졌다. 숫자는 초임계 CO₂의 자동 성능이 아니라 최적화된 한 실험 조건의 결과로 읽어야 한다.
향미 손실이 적을 가능성은 크지만, 공정의 이름만으로 컵의 풍부함까지 보장할 수는 없다.
EA와 초임계 CO₂를
같은 질문으로 비교하기
두 공정을 ‘천연인가 화학인가’로 나누면 작동 원리가 가려진다. 둘 다 물질의 용해도와 확산, 두 상 사이의 분배를 이용하는 화학·물리 공정이다. 실제 차이는 카페인을 어떤 상태의 매체가 운반하고, 그 매체에서 어떻게 다시 카페인을 분리하느냐에 있다.
| 비교축 | 직접 EA법 | 초임계 CO₂법 |
|---|---|---|
| 공통 사전작업 | 물·증기로 가습하고 조직을 팽윤 | 물·증기로 가습하고 조직을 팽윤 |
| 카페인 운반 매체 | 외부의 액체 에틸아세테이트 | 수백 bar의 조밀한 초임계 CO₂ |
| 이동 원리 | 생두 수분층과 EA 사이의 분배·확산 | 생두 수분층과 고밀도 CO₂ 사이의 분배·확산 |
| 반복 방식 | 새 용매 교환, 순환, 다단·역류 | 고압 CO₂ 연속 순환 |
| 카페인 분리 | 증류 등으로 EA와 카페인 분리 | 감압·물 세정·흡착 등 설비별 분리 |
| 생두에서 매체 제거 | 증기·진공으로 탈용매 후 건조 | 감압하면 CO₂가 빠져나가며 이후 재건조 |
| 주요 동반 손실 | 가습수의 수용성 성분과 EA 친화 성분 | 가습수의 수용성 성분, 조건별 지질·왁스·일부 산 |
| 설비의 중심 | 용매 접촉·증류·회수·진공 | 고압용기·펌프·열교환·분리·폐회로 회수 |
공정명은 맛의 결론이 아니라 질문의 출발점이다. 제거율과 함께 무엇이 남았는지, 어느 단계에서 손실되었는지를 물어야 한다.
카페인을 빼는 기술은
이동을 통제하는 기술이다
디카페인 제조를 한 문장으로 줄이면, 건조 생두 안에 붙잡힌 카페인을 물로 자유롭게 만들고, 농도차와 분배를 이용해 외부 매체로 옮긴 뒤, 그 매체에서 카페인을 다시 떼어내는 과정이다.
EA는 액체 용매 안으로 카페인을 반복해서 옮긴다. 초임계 CO₂는 고압에서 생두 안팎을 흐르며 카페인을 싣고, 분리부에서 카페인을 내려놓은 뒤 다시 순환한다. 두 방법 모두 가습과 재건조가 필요하고, 카페인 외 성분의 이동을 완전히 막을 수 없다.
그러므로 좋은 디카페인 공정의 기준은 제거율 하나가 아니다. 카페인을 충분히 낮추면서 당·산·트리고넬린·클로로겐산과 같은 향미 전구체를 얼마나 남겼는지, 그리고 생두를 얼마나 안정된 상태로 되돌려놓았는지를 함께 보아야 한다.
카페인을 얼마나 많이 없앴는가가 아니라, 없애는 동안 커피를 얼마나 커피답게 남겨두었는가.
관통하는 흐름
- 건조 생두는 먼저 물을 받아야 카페인이 움직인다.
- EA와 초임계 CO₂는 자유로워진 카페인을 받아 생두 밖으로 운반한다.
- 반복과 순환은 평형에 가까워져 느려지는 이동을 계속시키는 장치다.
- 선택성은 절대적이지 않으며, 수분·온도·압력·시간과 재건조가 최종 품질을 정한다.
주요 자료
- 식품의약품안전처, 식품등의 표시기준 일부개정고시 제2026-37호, 2026.
- Ramalakshmi & Raghavan, Caffeine in coffee: its removal. Why and how?, 1999.
- US Patent 4,207,352, Decaffeination of green coffee with water-saturated ethyl acetate.
- Perdana, Bindar & Shofinita, Selective extraction of caffeine and chlorogenic acid from robusta coffee beans, 2026.
- Descafecol, Decaffeination Service.
- Peker et al., Caffeine extraction rates from coffee beans with supercritical carbon dioxide, 1992.
- Vandeponseele et al., Supercritical CO₂ in the presence of water: caffeine extraction mechanism, 2022.
- Parmar & Kaur, Solubility of caffeine in supercritical CO₂: molecular dynamics, 2019.
- 임지선 외, 초임계 추출 디카페인 공정의 트리고넬린·클로로겐산 손실 최소화, 2024.
- Efficient decaffeination of green coffee beans using pressure-swing supercritical CO₂ extraction, Innovative Food Science & Emerging Technologies 104, 2025.
- NIST, Carbon dioxide critical properties.
- ASME, Pressure vessel construction and overpressure protection codes.
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