2024년 식품안전기사실기(필답형) 3회차

① 용혈성요독증후군(HUS) ② 베로독소(Verotoxin) ③ O157 : H7

[해설]

장출혈성 대장균(EHEC)은 수십 개의 균만으로도 감염되는 병원성 대장균이며, 덜 익힌 다진 쇠고기가 대표적인 원인식품이다.

• 용혈성요독증후군(HUS) — 적혈구가 깨지는 용혈, 혈소판 감소, 급성 신부전이 함께 오는 합병증으로 어린이·고령자에게 특히 위험하다.
• 베로독소(Verotoxin) — 베로세포에 강한 독성을 보여 붙은 이름으로, 시가독소(Shiga toxin)라고도 부른다.
• O157 : H7 — O항원(세포벽)과 H항원(편모)의 조합으로 나눈 혈청형 가운데 독성이 가장 강하다.

감염병예방법상 제2급 감염병으로 관리된다.

최대빙결정생성대 — 약 −1 ~ −5 ℃ 구간을 가로 띠로 표시한다

급속동결곡선 — 이 구간을 짧은 시간에 가파르게 통과하도록 그린다

완만동결곡선 — 이 구간에서 온도가 오래 정체하여 완만한 수평 구간을 그리며 통과하도록 그린다

[해설]

동결곡선은 냉각 → 빙결점 도달 → 결정 성장(잠열 방출로 온도 정체) → 재냉각의 네 구간으로 읽는다.

식품의 빙결점은 녹아 있는 용질 때문에 순수한 물보다 낮아 대략 −0.5 ~ −1 ℃이며, 이 온도에서 약 −5 ℃까지 사이에 수분의 대부분이 얼음으로 바뀐다. 이 구간이 최대빙결정생성대(약 −1 ~ −5 ℃)다. 얼음이 만들어지면서 융해잠열이 빠져나오므로 열을 계속 뽑아내도 온도가 잘 내려가지 않아 곡선이 평평해진다.

급속동결은 이 구간의 체류 시간이 짧아 결정핵이 많이 생기고 미세한 빙결정이 세포 안팎에 고루 만들어진다. 그래서 조직 손상이 적고 해동 시 드립이 적다. 반대로 완만동결은 구간 체류가 길어 소수의 큰 빙결정이 주로 세포 사이 공간에서 자라며, 이 결정이 세포막을 밀어붙이고 세포에서 수분을 끌어내므로 해동 후 조직이 무르고 드립이 많다.

따라서 그래프에서 두 곡선을 가르는 결정적 차이는 최대빙결정생성대를 지나는 데 걸리는 시간이며, 이 구간을 얼마나 빨리 통과시키느냐가 동결식품 품질을 좌우한다.

사용 압력 — 한외여과 : 저압 / 역삼투 : 고압

막 세공의 크기 — 한외여과 : 크다 / 역삼투 : 작다

분리되는 물질의 분자량 — 한외여과 : 크다 / 역삼투 : 작다

[해설]

한외여과와 역삼투는 모두 압력 구동형 막분리이며, 막 세공 크기에 따라 운전 압력과 분리 대상이 달라진다.

• 한외여과(UF) — 세공이 커서 저압으로 운전되고, 단백질·다당류처럼 분자량이 큰 물질을 걸러 낸다.
• 역삼투(RO) — 세공이 작고 삼투압을 이겨야 해서 고압이 필요하며, 염류처럼 분자량이 작은 물질까지 걸러 낸다.

세공 크기는 정밀여과 > 한외여과 > 나노여과 > 역삼투 순이고, 필요한 압력은 그 반대 순이다.

333.33 kg

[해설]

녹말의 산 가수분해는 반복단위 하나에 물 한 분자가 붙어 포도당 한 분자가 되는 반응이므로, 반복단위 분자량 162(녹말)와 180(포도당)의 비로 계산한다.

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆
162 : 180 = 300 : x
x = 180 × 300 ÷ 162
x = 333.33 kg

가수분해로 물이 더해지는 만큼 포도당 쪽이 원료 녹말의 약 1.11배로 무거워진다. 실제 공정에서는 불완전 분해와 부반응 때문에 수율이 이 이론값에 못 미친다.

가로축을 전단속도, 세로축을 전단응력으로 놓고 다음 네 곡선을 한 좌표평면에 그린다.

① 뉴턴유체 — 원점을 지나는 직선

② 의소성유체 — 원점에서 출발하여 위로 볼록한 곡선

③ 딜레이턴트유체 — 원점에서 출발하여 아래로 볼록한 곡선

④ 빙햄소성유체 — 세로축의 항복응력 지점에서 출발하는 직선

[해설]

유동곡선은 전단속도를 키울 때 전단응력이 어떻게 따라 오르는지를 그린 것이고, 어떤 점에서 원점과 이은 기울기가 곧 그 조건에서의 겉보기 점도다.

뉴턴유체는 점도가 전단속도와 무관하게 일정하므로 $\tau = \mu \dot{\gamma}$ 인 원점을 지나는 직선이 된다(물, 묽은 용액, 식용유, 시럽 등).

의소성유체(전단박화)는 저을수록 묽어져 겉보기 점도가 낮아지므로 기울기가 점점 완만해지는 위로 볼록한 곡선이 된다(농축과즙, 케첩, 마요네즈 등 대부분의 식품 유체).

딜레이턴트유체(전단후화)는 반대로 저을수록 되직해져 기울기가 점점 커지는 아래로 볼록한 곡선이다(고농도 전분 현탁액, 고형분이 많은 초콜릿 등).

빙햄소성유체는 일정한 항복응력을 넘어서야 비로소 흐르기 시작하므로, 세로축의 항복응력 값에서 출발하는 직선이 된다(토마토 페이스트, 마가린 등). 항복응력이 있어 발라도 흘러내리지 않는다.

네 유체 모두 같은 전단속도에서 응력이 시간에 따라 변하지 않는 시간독립성 유체다. 시간이 지나면서 점도가 낮아지는 요변성(틱소트로피) 유체나 높아지는 레오펙틱 유체와 구분해야 한다.

① 환원당

② 알칼리성 펠링 용액 속 청색의 $\mathrm{Cu^{2+}}$ 가 환원당의 알데하이드기에 의해 $\mathrm{Cu^{+}}$ 로 환원되면서 적색 침전을 만드는 것으로 환원당의 존재를 확인한다

③ 산화제일구리(아산화구리), $\mathrm{Cu_2O}$

[해설]

펠링 반응은 알칼리성 구리 착염 용액으로 환원당을 찾아내는 정성 반응이다.

• 검출 물질 — 포도당·맥아당·젖당처럼 유리 알데하이드기를 가진 환원당이며, 과당(케토스)도 알칼리 조건에서 알도스로 이성질화되어 양성이다.
• 검출 원리 — 가열하면 당의 -CHO가 -COOH로 산화되고, 청색의 Cu²⁺는 전자를 받아 Cu⁺로 환원된다.
• 적색 침전 — 물에 녹지 않는 산화제일구리(아산화구리), Cu₂O이며, 이 침전이 생기면 환원당 양성이다.

혼동 주의: 설탕(자당)은 환원성 말단끼리 결합한 비환원당이라 음성이다.

① 카세인

② 등전점 침전 — pH 4.6은 카세인의 등전점으로, 순전하가 0이 되어 용해도가 최소가 되므로 침전한다

③ 코티지치즈(또는 요구르트)

[해설]

우유 단백질의 약 80 %를 차지하는 카세인은 산을 넣어 pH 4.6이 되면 엉겨 가라앉는다.

• 카세인은 평소 표면의 음전하로 서로 밀어내며 미셀 상태로 흩어져 있다.
• pH 4.6은 카세인의 등전점이라 순전하가 0이 되고 반발력이 사라져 용해도가 최소가 되는데, 이렇게 가라앉는 것이 등전점 침전이다.
• 코티지치즈는 산으로 굳히는 치즈이고, 요구르트는 젖산균이 만든 젖산으로 pH를 낮춰 같은 원리로 굳는다.

레닛으로 굳히는 숙성 치즈는 효소 응고라서 원리가 다르다.

유청단백질은 산이 아니라 열에 응고한다.

674.16 g(≒ 0.67 kg)

[해설]

설탕을 넣으면 당의 질량과 전체 질량이 함께 늘어난다는 점이 핵심이다. 설탕은 순도 100 %로 보므로 넣은 양이 그대로 당으로 더해진다. 넣을 설탕을 $x\ \mathrm{kg}$ 이라 하고 당에 대한 물질수지를 세운다.

$0.05 \times 10 + x = 0.11 \times (10 + x)$

$0.5 + x = 1.1 + 0.11x \;\Rightarrow\; 0.89x = 0.6$

$x = \dfrac{0.6}{0.89} = 0.6742\ \mathrm{kg}$

따라서 674.16 g(= 0.67 kg)을 첨가하면 된다.

같은 식을 일반화하면 원료 질량 $W$, 처음 당도 $A$ %, 목표 당도 $B$ % 일 때 $x = \dfrac{W(B-A)}{100-B} = \dfrac{10 \times (11-5)}{100-11} = 0.674\ \mathrm{kg}$ 으로 바로 구할 수 있다. 분모가 $100-B$ 인 것은 넣은 설탕이 분모(전체 질량)에도 더해지기 때문이며, 이를 놓치고 $10 \times 0.06 = 0.6\ \mathrm{kg}$ 으로 답하면 틀린다.

장점 — 냉장 유통 없이 상온에서 장기간 보존할 수 있고, 짧은 시간의 열처리로 색·향·영양성분의 손실이 적다

기술 — 초고온 순간살균(UHT)

[해설]

무균포장은 내용물과 포장재를 따로 살균한 뒤 무균 상태의 충전실에서 담아 밀봉하는 방식이다.

• 장점은 냉장 유통 없이 상온에서 오래 보존할 수 있다는 것이다.
• 또 가열 시간이 짧아 색·향·영양성분의 손실이 적다.
• 내용물 살균 기술은 초고온 순간살균(UHT)으로, 약 130~150 ℃에서 수 초만 가열한다.

외우는 요령: 짧고 세게 가열할수록 미생물은 잘 죽고 품질 손상은 작다. 포장재는 과산화수소 등으로 따로 살균한다.

① 표면에 용존산소가 많아 호기성 조건이 형성되었을 때

② 간장의 식염 농도(염도)가 낮아 효모의 증식이 억제되지 않을 때

③ 달임(가열) 온도가 낮아 효모가 살아남았을 때

[해설]

간장 표면의 흰 피막(골마지)은 호기성이면서 내염성인 산막효모가 공기와 닿는 표면에서 자란 것이다.

• 용존산소 과다 — 용기 여유 공간이 크거나 자주 여닫으면 표면이 호기성 조건이 되어 효모가 번식한다.
• 염도 저하 — 간장의 방부력은 주로 식염에서 나오므로 저염이면 효모를 억제하지 못한다.
• 달임 온도 부족 — 가열이 약하면 효모가 살아남아 저장 중에 다시 증식한다.

외우는 요령: 공기 접촉·억제력 약화·살균 부족의 세 갈래로 묶고, 예방은 용기를 가득 채워 밀봉·규정 염도 유지·충분한 달임이다.

B($\mathrm{p}K_1 = 2.34$) : ${}^{+}\mathrm{H_3N-CH_2-COOH}$ 와 ${}^{+}\mathrm{H_3N-CH_2-COO^{-}}$ 가 1 : 1로 공존

D($\mathrm{p}K_2 = 9.60$) : ${}^{+}\mathrm{H_3N-CH_2-COO^{-}}$ 와 $\mathrm{H_2N-CH_2-COO^{-}}$ 가 1 : 1로 공존

[해설]

적정곡선에서 B와 D는 완충 구간의 한가운데인 반당량점(pH = pK)이다. 헨더슨-하셀바흐 식에 따르면 pH = pK일 때 짝산과 짝염기의 농도가 같으므로, 두 형태가 1 : 1로 공존한다.

• B(pK₁ = 2.34) — 카복실기(–COOH)가 절반만 해리해 양이온형 ⁺H₃N–CH₂–COOH와 양쪽성 이온형 ⁺H₃N–CH₂–COO⁻가 반씩 있다.
• D(pK₂ = 9.60) — 아미노기(–NH₃⁺)가 절반만 양성자를 잃어 양쪽성 이온형과 음이온형 H₂N–CH₂–COO⁻가 반씩 있다.

혼동 주의: C는 등전점(pI = (2.34 + 9.60)/2 = 5.97)으로, 양쪽성 이온(쯔비터이온)이 대부분인 지점이다. A는 양이온형이, E는 음이온형이 대부분이다.

① 위생복 ② 위생모 ③ 위생화

[해설]

「식품 및 축산물 안전관리인증기준」 선행요건의 개인위생 관리 조항에 나오는 문장이다.

작업 중에 항상 착용해야 하는 것은 위생복·위생모·위생화이다. 모두 작업자의 머리카락·먼지 같은 오염물이 식품에 들어가지 않게 막는 기본 보호구다.

혼동 주의: 반지·시계·귀걸이 같은 장신구는 착용 금지 대상이다. 떨어져 이물로 섞이거나 손 세척을 방해하기 때문이다.

(1) 37.0 mol/kg

(2) 18.51 mol/L

[해설]

수분활성도는 라울의 법칙에 따라 물의 몰분율로 계산하며, 물 1 kg을 기준으로 잡는다.

몰랄농도
$n_w = \dfrac{1{,}000}{18} = 55.56\ \mathrm{mol}$
$0.6 = \dfrac{55.56}{55.56 + n_s} \;\Rightarrow\; n_s = 55.56 \times \dfrac{0.4}{0.6} = 37.04\ \mathrm{mol}$
→ 37.0 mol/kg

몰농도
$58.5 \times 37.04 = 2{,}167\ \mathrm{g}$ (NaCl 질량)
$V = \dfrac{2{,}167}{2.165} + 1{,}000 = 2{,}000.8\ \mathrm{mL} = 2.0008\ \mathrm{L}$
$M = \dfrac{37.04}{2.0008} = 18.51\ \mathrm{mol/L}$ → 18.51 mol/L

혼동 주의: 몰랄농도는 용매 1 kg 기준이고, 몰농도는 용액 1 L 기준이라 소금의 부피(질량 ÷ 밀도)까지 더해야 한다.

① 발아억제 ② 0.15 이하 ③ 살균 ④ 살균

[해설]

식품공전의 식품조사처리 기준은 목적이 무거울수록 허용 선량이 커진다.

• 감자·양파·마늘은 싹이 트지 않게 하는 발아억제만 목적이라 0.15 kGy 이하로 가장 낮다.
• 건조식육·각종 분말·건조채소류 등은 미생물을 줄이는 살균이 목적이며 7 kGy 이하다.
• 건조향신료·복합조미식품·소스류·침출차 등도 살균이 목적이며, 오염도가 높아 10 kGy 이하까지 허용된다.

외우는 요령: 발아억제 0.15, 밤은 살충이 더해져 0.25, 살균은 7~10 kGy로 올라간다. 한 번 조사처리한 식품은 다시 조사할 수 없다.

84 mg/100 g

[해설]

검량선 값은 분석기에 넣은 5배 희석액의 농도이므로, 희석배수를 곱한 뒤 시험용액 전량과 시료량으로 환산한다.

$y = 5.5 \times 20 + 2 = 112\ \mu\mathrm{g/mL}$
$112 \times 5 = 560\ \mu\mathrm{g/mL}$ (희석 전 시험용액)
$560 \times 15 = 8{,}400\ \mu\mathrm{g} = 8.4\ \mathrm{mg}$ (시료 10 g 속 당)
$8.4 \times \dfrac{100}{10} = 84$ → 84 mg/100 g

혼동 주의: 묽힌 액을 측정했으므로 원액 농도는 측정값 × 희석배수이며, 나누면 틀린 값이 나온다.

코아귤라아제(coagulase) — 세 빈칸 모두 같다

[해설]

빈칸에는 모두 코아귤라아제(coagulase)가 들어간다. 식품공전의 황색포도상구균 확인시험은 그람염색 → 코아귤라아제 시험 → 생화학시험 순서다.

코아귤라아제는 혈장을 굳히는 효소로, 황색포도상구균은 만들지만 다른 포도상구균은 대부분 만들지 못한다. 그래서 혈장을 넣고 24시간 이내 응고 여부로 판정한다.

Baird-Parker(RPF) 배지는 배지 속 혈장으로 집락 주위 응고를 이미 보여 주므로, 전형 집락이면 이 시험을 생략할 수 있다.

169일

[해설]

아레니우스 식으로 25 ℃의 속도상수를 구한 뒤, 1차 반응 식으로 농도가 75 %가 되는 시간을 계산한다.

$\ln \dfrac{k_2}{k_1} = -\dfrac{E_a}{R}\left(\dfrac{1}{T_2} - \dfrac{1}{T_1}\right)$
$\ln \dfrac{k_2}{0.00157} = -\dfrac{3{,}332}{1.987}\left(\dfrac{1}{298.15} - \dfrac{1}{294.15}\right) = 0.07648$
$k_2 = 0.00157 \times e^{0.07648} = 1.6948 \times 10^{-3}\ \mathrm{day^{-1}}$

$t = \dfrac{-\ln 0.75}{k_2} = \dfrac{0.28768}{1.6948 \times 10^{-3}} = 169.7\ \mathrm{day}$
버림하면 169일

혼동 주의: k₂를 1.69 × 10^-3으로 미리 잘라 쓰면 170일이 나오므로 중간값은 끝까지 유지한다.

염화칼슘($\mathrm{CaCl_2}$) — 칼슘

[해설]

레닛으로 커드를 만들 때에는 칼슘 이온이 카세인 분자 사이를 이어 주는 다리 역할을 해야 한다. 그래서 레닛을 넣기 전에 염화칼슘(CaCl₂)을 소량 보충한다.

원료유를 살균하면 녹아 있던 칼슘 일부가 불용성으로 바뀌어 응고력이 떨어진다. 염화칼슘을 넣으면 응고 시간이 짧아지고 커드가 단단해져 수율과 품질이 좋아진다.

23.90 %

[해설]

Soxhlet(에테르추출)법은 추출·건조 후 플라스크의 무게 증가분을 지방량으로 잡는다(W₀=추출 전 플라스크, W₁=추출·건조 후 플라스크, S=시료량).

조지방(%) = $\dfrac{W_1 - W_0}{S} \times 100$
$= \dfrac{30.0325 - 29.0522}{4.1020} \times 100 = \dfrac{0.9803}{4.1020} \times 100$
$= 23.90$ → 23.90 %

에테르에 녹는 색소·인지질·왁스 등도 함께 잡히므로 조(粗)지방이라 부른다. 분모는 플라스크 질량이 아니라 채취한 시료의 질량이다.

정의 — 미생물에 의한 품질 저하를 막아 식품의 보존기간을 연장시키는 식품첨가물

탄산음료류에 사용 가능한 보존료 — 안식향산, 소브산

[해설]

「식품첨가물의 기준 및 규격」에서 보존료는 미생물에 의한 품질 저하를 막아 식품의 보존기간을 늘리는 첨가물로, 미생물을 죽이는 살균제와 달리 증식 억제가 목적이다.

탄산음료류에 쓸 수 있는 보존료는 안식향산과 소브산이며, 두 가지 모두 산성에서 효과가 커 산성인 탄산음료에 잘 맞는다.

혼동 주의: 같은 음료라도 탄산수는 보존료가 검출되면 안 된다.