수세기 동안 양조는 하나의 예술 행위로 간주돼 왔지만, 오늘날 양조업체들은 일관된 품질과 유통기한 극대화에 대해 여러모로 고민하고 있다. 현대 양조업체들은 온라인 수질 분석 및 측정 장치를 통해, 과학적 주조 접근법을 사용해 공정제어 향상을 이끌고 있다. 이와 관련해, 여기에서는 일관성 있는 맥주 양조를 위한 핵심적 단계에 대해 논의한다.

데이브 앤더슨(Dave Anderson)

에머슨프로세스매니지먼트 Rosemount Analytical 마케팅 이사

당화(Mashing)

당화 과정의 목적은 맥아에서 전분을 추출해 발효성 당으로 변성시킨 후 효모를 알코올과 이산화탄소로 만들기 위한 것이다. 전분 변성을 일으키는 두 가지 효소는 알파 및 베타 아밀라아제로, 이들은 pH 5.5~5.6에서 최적의 기능을 발휘한다. 양조용 혼합물(Mash)의 pH는 곡물 전분이 말토오스 및 맥아당으로 변성되는 양과 곡물 전분이 덱스트린 및 탄수화물로 변성되는 양을 대다수 결정하게 된다. 최저 5.0에 이르는 낮은 농도 범위의 pH는 상대적으로 드라이하고 중량감이 약하며 몰트(Malt : 맥아) 느낌이 적은 맥주를 생성한다. 반대로, 5.7 정도의 pH 농도는 비교적 중량감이 크고 달콤한 맛이 부각되는 맥주를 생성하게 된다. 더불어, pH 조절은 당화 과정의 가속화를 돕고, 기포 발생을 보다 잘 제어하는 역할도 한다.

과도하게 알카리성인 주조 용수는 혼합물의 pH를 상승시켜 효소 반응을 감소시킬 수 있지만, 이는 제어가 가능하다. 칼슘은 용수의 인산염 및 맥아의 단백질과 반응을 일으켜 pH 농도를 낮출 수 있으며, 탄산염 이온은 이것과는 반대 효과를 갖는다. 또한 맥아의 선택 역시 pH에 영향을 미치는데, 상대적으로 색이 진한 어두운 빛깔의 맥아는 용수의 알카리성과 상호 작용해 pH 농도를 낮춘다. 결과적으로 빛깔이 옅은 맥아는 pH 농도를 낮추지 않기 때문에, 필젠 맥주(Pilsners)와 같이 비교적 색이 연한 맥주의 생성을 위해서 알카리 수에 칼슘을 첨가해야 한다.

식음료 분야에 적용하도록 설계된 pH 센서는 당화 과정 중의 pH를 측정하게 된다. 이 센서는 일반적으로 물 첨가제의 pH를 측정하고, 디지털 통신 기능으로 분석기기에 접속된다. 이는 원격 위치에서의 모니터링 및 제어를 가능하게 해 효율성 증진과 인력작업 시간 감소를 도모한다. 당화 과정이 완료되면 혼합물은 여과조로 전달된다.

여과(Lautering)

여과조 내 과도한 산소 흡수는 보통 장기적으로 풍미의 불안정성을 유발하고, 유통기한을 단축시키며 잠재적인 투명도 문제를 초래한다고 간주된다. 이 때문에 과도한 산화 방지를 위해서 맥주 내 용존 산소량 수준을 정확히 모니터링하도록 특수하게 설계된 센서를 사용한 온라인 용존 산소 모니터링이 수행되고 있다.

투명도는 고품질 맥주 생산에 있어 중요한 쟁점 중 하나다. 여과조 내 탁도계는 탁한 맥즙을 다시 순환시키고 선명도가 개선될 시 1차 맥즙을 빼내는 제어 지점의 역할을 할 수 있다. 또한, 이는 1차 맥즙을 퍼 올리고(Pumping), 탁도 수준에 따라 스파징(Sparging : 당화에 사용된 맥아에 온수를 맞추고, 맥아에 남아 있는 당을 마저 회수하는 것)하는 과정 동안 여과조의 칼날을 제어하는 데에도 사용이 가능하다.

양조 단계 동안 맥주의 맛에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 쟁점으로는 ‘스파징 과잉’을 들 수 있는데, 이는 여과조의 스파징 용수가 pH 7.0을 초과할 때 발생하게 된다. 또 스파징 용수의 pH를 5.2~6.0으로 낮춘다면, 혼합물에서 원하지 않는 규산염 및 탄닌, 폴리페놀의 추출을 감소시킬 수 있다. 이들 성분은 주조가 완료된 맥주의 맛을 지나치게 강하게 하고 빛깔을 혼탁하게 만들며, 안정성을 저하시킬 수 있다. 스파징 용수에 pH 센서를 배치할 경우 pH 농도의 균형을 유지하고 위에 기술한 잠재적 문제점을 제거하는데 도움이 될 것이다.

발효통(Brew Kettle)

발효통 내에서 맥즙을 가열하는 주요한 이유 중 하나는 핫 브레이크(Hot Break : 맥즙을 끓일 때에 생기는 폴리페놀과 알부민 등의 단백질과 덩어리 물) 혹은 Trub(맥즙을 끓이고 식혔을 때 냄비의 바닥에 가라앉는 것으로, 맥주의 탁함을 형성하는 단백질과 폴리페놀이 응집한 것)라고 불리는 물질을 형성하는 탄닌과 결합된 단백질을 응집시키기 위한 것이다. 핫 브레이크는 맥주가 상온에서 맑지만 냉장고에 넣어 냉각하면 희게 탁해지는 현상인 칠리 헤이즈(Chill Haze)의 원인이 되기 때문에 반드시 제거돼야 한다. 핫 브레이크의 형성은 여러 가지 요소 중 맥즙의 pH에 의해 좌우되기 때문에, 브레이크(Break : 맥즙에 포함돼 있는 단백질을 응집 및 침전시키는 것) 형성의 최적화를 위해서 반드시 맥즙을 측정하고 조절해야 한다. 부가적으로, 맥즙의 pH는 이 단계에 첨가되는 홉의 용해성도 결정한다. 따라서 pH 농도의 제어는 완성된 맥주의 중량감, 식감, 선명도에 긍정적인 작용을 미칠 수 있다. 일반적으로 바람직한 농도는 5.2~6.0 정도로, 만일 pH가 5.2보다 현저히 낮아진다면 브레이크 역시 부실해질 가능성이 크다. 맥즙의 pH는 대개 인산과 같은 산을 첨가하는 것으로 조절되고 있다.

이후 맥즙은 맥주의 맛을 해칠 수 있는 휘발성 성분을 증발시키기 위해 집중 가열을 가하고, 효모 첨가 및 발효에 대비해 신속하게 냉각시킨다. 이 시점에서 효모에 적합한 환경을 만들기 위해서는 냉각한 맥즙 내 용존 산소량이 측정돼야 하는데, 효모 활동의 극대화를 이루려면 살균 공기나 산소의 모니터링이 필요할 수도 있다.

발효 및 숙성(Fermenting and Aging)

산소는 효모의 활동을 극대화해 알코올 변성을 유발하고, 높은 농도의 알코올 및 에스테르, 디아세틸, 이산화황과 같은 원치 않는 부산물도 방지한다. 냉각된 맥즙에는 일반적으로 8~12ppm 범위의 산소가 첨가된다. 부적합한 산소 첨가는 미비한 효모 상태 및 활동은 물론, 고정 발효를 초래해 맥주가 제대로 희석되지 않거나 예상 종단 중력에 미치지 못하는 결과를 빚게 된다. 산소가 과도한 경우 일반적으로 후속 발효 과정 동안 제거된다. 반면, 발효 과정의 호흡 단계가 시작된(효모가 산소를 소비하고 맥즙의 pH 농도를 낮춰 산성 및 혐기성으로 만드는 기간에 해당) 이후 산소를 추가한다면, 노화 및 이취를 야기할 수 있다. 때문에 용존 산소량은 10ppb 이하의 산소를 감지할 정도로 민감한 FDA 준수 DO 센서를 사용해 발효과정 동안 지속적으로 측정하는 것이 가장 이상적이다.

알코올 변성을 촉진하고 최종 제품의 품질 일관성을 보장하기 위해서는 발효과정 동안 최적의 pH 수준 또한 반드시 유지돼야 한다. 활발한 발효는 pH 농도를 낮출 수 있다. 적정한 pH 농도는 에일 맥주의 경우 4.0~4.5 수준이며, 라거 맥주의 경우는 4.4~ 4.7 수준이다. 낮은 pH 농도는 맥주 제조 중에 미생물 성장을 방지할 수 있다는 장점을 지닌다. 실제로 발효 후 pH 농도에 변화가 나타난다면, 이는 잠재적인 오염 가능성의 징후라고 할 수 있다.

탁도 측정 역시 여과 및 발효에 중대한 역할을 담당한다. 만일 발효과정 동안 탁도가 높다면, 지정된 탁도를 충족할 때까지 맥즙을 재순환시켜야 한다. 이때 탁도 센서를 중앙 라인에 직접 설치하면, 라인 배치가 간편해지고 비용은 절감되며 맥주의 품질을 보장할 수 있다.

발효와 냉각이 끝난 효모는 발효조 바닥에 침전하거나 위쪽으로 상승하는데, 이는 맥주와 분리돼야 한다. 발효조를 비울 경우 전도도 센서를 사용하면 맥주와 효모 사이에 발생하는 전도도의 극미한 변화까지 감지할 수 있어, 효모 분리의 자동화를 가능하게 한다. 더불어, 이 시점에서 온라인 전도도 측정을 사용한다면 효모가 제거된 맥주 및 재사용이 가능한 효모의 손실을 감소시켜 비용을 절감할 수 있다.

이와 같이 pH, 용존 산소량, 탁도, 전도도의 모니터링은 정보를 기반으로 하는 현명한 수질 분석의 사용을 통해, 최고의 효율성과 최저의 생산 비용으로 최적 품질의 맥주를 생산하는데 기여한다. 이것이 바로 오랜 동안 예술 행위로 여겨진 양조에 제시하는 과학적 해법이다.

FA Journal 편집국 (Tel. 02-719-6931 / fa@infothe.com)

<저작권자 : FA저널 (http://www.fajournal.com/) 무단전재-재배포금지>

월간 FA저널 다른기사 보기