전통주의 명품화를 위하여(42)
곡물호화와 분쇄과정 (1)
김주수(양조설비전문발명가․브루앤드디스틸시스템 대표)
2.15 곡물호화처리(Cereal Cooking)
증자(cooking) 과정은 그레인 스카치 위스키(grain Scotch Whisky)와 진(Gin) 및 보드카(Vodka) 생산에 사용되는 중성 곡물 주정(grain neutral spirit)을 만드는 데 필수적인 원료 가공 단계의 일부입니다.
조리의 목적은 곡물 내 전분 입자를 호화(gelatinisation)시켜, 전분을 더 작은 분자로 분해할 효소가 전분에 작용할 수 있도록 만드는 것입니다. 밀과 옥수수는 비교적 저렴한 곡물이면서 훌륭한 탄수화물 공급원입니다.
2.15.1 단식배치호화(Batch cooking)
증자는 곡물이 바닥에 가라앉거나 불균일하게 조리되는 것을 방지하기 위해 교반기(stirrer)가 장착된 압력 용기에서 수행됩니다. 조리기의 용량은 약 2톤에서 20톤까지 다양합니다. 통곡물이나 분쇄된 곡물을 적절한 양의 물과 함께 용기에 넣습니다. 일부 증류소에서는 깨끗한 물과 함께 백셋(backset, 증류 후 남은 찌꺼기 액체인 ‘spent wash’)을 첨가하기도 합니다.
그 후 용기에 증기를 주입하여 내부 공기를 모두 배출한 다음, 용기의 통기구를 닫고 목표 압력에 도달할 때까지 증기 주입을 계속합니다. 조리 효율을 결정하는 세 가지 요인은 다음과 같습니다.
- 도달한 압력 및 온도(이 둘은 서로 직접적으로 연관됨),
- 고압 상태가 유지되는 시간, 그리고
- 조리 용기 내의 고형물 대 액체 비율.
조리 조건은 곡물 증류소마다 크게 다릅니다. 다음 표는 저압·단시간 조리 방식과 고압 조리 방식을 비교한 것입니다.
| 저온 | 고온 | |
| 온도도달시간(분) | 80분 | 40분 |
| 최대온도(C) | 103도 | 150도 |
| 유지압력 | 15PSI | 68PSI |
| 유지시간 | 0 | 30분 |
2.15.2 연속식 호화(Continuous Cooking)
연속식 증자 설비는단식 증자설비에 비해 구조가 더 복잡하며 제어 및 세척이 더 어렵습니다. 이는 적절한 조리 상태를 달성하면서도 과호화(overcooking)나 에너지 낭비를 피하기 위해 ‘정상 상태(steady-state)’를 유지해야 하기 때문이기도 합니다. 다양한 유형의 연속식 시스템에 공통적인 요소는 다음과 같습니다.
미세하게 분쇄된 곡물(예: 호화시간을 단축하기 위해 해머 밀(hammer mill)로 분쇄함,
슬러리의 점도를 낮추기 위해 소량의 맥아(일명 ‘pre-malt’)를 첨가함(알파-아밀라아제 작용으로 거대한 전분 분자를 더 작은 덱스트린으로 분해); 곡물 중성 주정(GNS) 생산 시에는 미생물 유래 알파-아밀라아제가 사용됨. 곡물 슬러리를 비교적 좁은 관을 통해 펌프로 이송함,
체류 시간(residence time) 제어,단식배치(batch) 방식의 조리 공정에서 경제적으로 구현 가능한 수준보다 더 높은 고압 및 고온 조건 사용
2.15.3 냉각
정해진 시간이 되면, 증자 용기 내부의 압력을 이용해 내용물을 매시 턴(mash tun), 유지(당화) 용기, 또는 발효조(washback)로 배출(blow down)함. 온도 제어는 매우 중요하며, 각 증류소마다 목표로 하는 최종 매시 온도가 있음. 이 온도는 대개 63°C 정도임. 그러나 처리량의 제약이나 기타 운영상의 요인에 따라 냉각 방식이 크게 달라질 수 있으며, 증자된 원료를 맥아 슬러리와 함께 발효조에 직접 투입하는 경우도 있음.
증자된 곡물의 냉각은 다양한 방법으로 이루어질 수 있음:
증자 용기 내부를 진공 상태로 만듦,
플래시(flash) 또는 진공 용기 사용,
조리 용기와 매시 턴 사이의 열교환기 사용,
또는 배출 시 매시 턴에 냉수를 동시에 투입함.
냉수와 함께 백셋(backset)을 혼합할 수도 있는데, 산성인 백셋은 조리 용기 내에서 곡물의 분해를 촉진하는 데 도움이 됨. 적절한 온도 조건만 갖춰진다면 맥아 분쇄물(grist)은 조리 용기나 매시 턴 중 어느 곳이든 투입할 수 있음.
요약하자면, 증자된 곡물을 냉각하는 절차와 발효조로 이송하는 순서는 증류소마다 크게 다를 수 있음. 모든 증류소는 맥아가 곡물과 처음 투입시점부터 원하는 처리량과 목표 호화 온도를 달성하는 것을 목표로 함.
2.16 분쇄(Milling).
분쇄의 목적은 옥수수, 밀, 맥아의 내부(배아)를 노출시켜 당화(mashing) 및 전분 전환이 원활하게 이루어지도록 준비하는 것입니다.
매시 턴(mash tun)이나 로터 턴(lauter tun)과 같은 맥즙 분리 시스템을 사용하는 경우, 분쇄 과정에서 전분은 미세한 입자로분쇄하되 껍질(husk)은 온전하게 보존되어야 합니다. 그래야 분리 단계에서 껍질이 효과적인 여과재 역할을 할 수 있기 때문입니다.
맥아는 분쇄기로 이송되기 전에 선별(screening) 과정을 거쳐 지푸라기, 돌, 먼지 등 불필요한 이물질이 제거됩니다.
증류소용 분쇄기는 다양한 종류의 맥아 및 기타 곡물, 그리고 현장에서 사용되는 각기 다른 당화 및 분리 시스템의 요구 사항을 충족하도록 설계됩니다.
전분이 쉽게 노출되는 ‘잘 용해된(well-modified)’ 맥아를 분쇄하고 매시 턴을 이용해 분리할 때는 주로 4-롤 분쇄기(four-roll mill)가 사용됩니다.
반면, 전분을 미세하게 분쇄해야 하는 ‘덜 호화된(less-modified)’ 맥아의 경우에는 6-로라 분쇄기(six-roll mill)가 주로 사용됩니다. 이 경우 조리 및 로터 턴으로의 이송 과정에서 매시가 강한 물리적 충격을 받게 되므로 껍질을 보호하는 것이 중요합니다. 껍질 보호를 돕기 위해 분쇄 전 증기나 물을 이용한 맥아 조건조정(malt conditioning)을 수행하기도 합니다.
곡물 증류소(grain distillery)에서는 여과 목적으로 맥아 껍질을 보존할 필요가 없는 경우가 많습니다. 이때는 해머 밀(hammer mill)을 사용하여 맥아를 미세하게 분쇄함으로써, 옥수수나 밀 전분을 당으로 전환하는 데 필요한 맥아 효소의 작용을 극대화합니다. 선별 과정을 거쳐 설정하는 입자 크기 규격은 4mm 미만(대부분의 입자는 2mm 크기)으로 하는 것이 일반적입니다.
일부 증류소에서는 건조(kilning) 과정을 거쳐 안정화되지 않은 갓 생산된 맥아, 즉 그린 몰트(green malt)를 사용하기도 합니다. 이 경우 분쇄는 습식 해머 밀(wet hammer mill)에서 이루어집니다. 여기서도 분쇄의 목적은 전환 반응에 필요한 효소를 노출시키는 것입니다. 분쇄된 그린 몰트는 묽은 죽과 같은 상태가 되며, 입자 크기는 곡물 알갱이의 4분의 1을 넘지 않습니다. 그린 몰트는 보관 중 빠르게 변질되므로 가능한 한 낮은 온도로 유지하고 신속하게 사용해야 합니다.
옥수수와 밀의 경우, 조리 전에 분쇄를 수행하기도 하는데 이는 곡물의 분해를 돕고 전분 내부로 물이 최대한 빨리 침투하게 하기 위함입니다. 이때도 주로 해머 밀이 사용되지만, 거칠게 분쇄(coarse grind)하는 것만으로도 충분합니다.
2.16.1 분쇄(Milling) 작업 안전
맥아 분진은 위험하며, 공기 중의 미세 분진은 폭발성을 띠고 이를 흡입할 경우 호흡기 문제를 일으킬 수 있습니다.
맥아 분쇄기는 또한 스파크에 의한 폭발을 방지하도록 설계되어 있습니다. 스파크를 유발할 수 있는 철제 이물질을 수거하기 위해 자석이 장착되어 있으며, 스파크 방지 및 롤(roll)의 손상/마모 방지를 위한 돌 분리기(stone separator)도 설치되어 있습니다.
현대적인 분쇄 및 맥아 처리 설비에는 폭발 발생 시 폭발력을 안전하게 외부로 배출할 수 있는 폭발 방출문(explosion door)이 설치되어 있습니다.
맥아 처리 시설 작업자는 분진 흡입을 방지하기 위해 방진 마스크를 착용해야 합니다.
맥아 사일로(silo)에 출입하는 작업자에게는 안전 작업 절차(밀폐 공간 출입 허가 등)가 요구됩니다.
2.16.2 그리스트(Grist).
분쇄기에서 배출되는 그리스트(분쇄된 맥아)의 품질은 이후 당화실(mash-house)에서의 공정 효율에 지대한 영향을 미칩니다. 입자가 너무 굵으면 전분이 보호막에 싸인 채로 남아 효소가 이를 당으로 전환하지 못하게 됩니다. 입자가 너무 고우면 여과층(filter bed)이 막혀 맥즙(wort) 분리 속도가 느려집니다. 그리스트 품질은 육안으로 확인하거나 체분석(sieve analysis)을 통해 평가할 수 있습니다. 육안으로 볼 때, 그리스트는 빈 껍질(husk) 조각과 흰색의 분쇄 입자 및 가루가 섞인 형태를 띠어야 합니다. 전통적인 체 상자(sieve box)나 현대적인 기계식 6단 체 장치를 사용하는 것이 더 객관적이며, 사용 중인 맥아 및 당화 설비에 적합한 이상적인 그리스트 분석 기준이 명시되어야 합니다.
매시턴(mash tun), 로터턴(lauter tun) 및 현대식 매시필터(mash filter)에 대한 일반적인 그리스트 분석 예시가 아래 도표에 나와 있습니다:
또한 동일한 데이터를 사용하여 이러한 일반적인 그리스트 체 분석 결과를 비교한 히스토그램도 함께 제시됩니다:
