가장 우수한 운반기체 : 수소($\mathrm{H_2}$)

이유 : HETP의 최저값이 셋 중 가장 낮고, 낮은 HETP가 유지되는 유속 범위가 가장 넓어 유속을 올려도 분리효율이 떨어지지 않기 때문

[해설]

HETP(Height Equivalent to a Theoretical Plate, 이론단 높이)는 이론단 하나가 차지하는 칼럼 길이다.

$\mathrm{HETP} = \dfrac{L}{N}$ ($L$ = 칼럼 길이, $N$ = 이론단수)

같은 길이의 칼럼이라도 HETP가 작을수록 이론단이 촘촘히 들어차 이론단수가 많아지고 분리능이 좋아진다. 따라서 그래프에서는 곡선이 아래에 있을수록 유리하다.

유속을 바꿔 가며 HETP를 재면 아래로 볼록한 곡선(van Deemter 곡선)이 나오고, 최저점에 해당하는 유속이 그 기체의 최적 유속이다. 세 기체를 비교하면

• 질소 — 최저점은 낮은 유속 쪽에 있고 곡선이 가파르다. 최적 유속을 조금만 벗어나도 HETP가 급격히 커져, 분석시간을 줄이려 유속을 올리면 분리능을 크게 잃는다.

• 헬륨 — 곡선이 완만해 넓은 유속 구간에서 낮은 HETP를 유지한다.

• 수소 — 확산계수가 가장 커서 곡선 자체가 가장 아래에 있고 가장 평탄하다. HETP 최저값도 가장 작고, 그 값을 유지하는 유속 범위도 가장 넓어 높은 유속에서 빠르게 분석해도 효율이 유지된다.

그래서 다른 조건을 따지지 않는다면 답은 수소다. 다만 실무에서는 수소의 폭발 위험 때문에 헬륨을 택하는 경우가 많은데, 이 문항은 "다른 조건은 고려하지 않는다"고 못박아 순수하게 그래프 판독만 요구한다.

(1) 백금이

(2) 백금선

(3) 백금구

[해설]

세 기구는 모두 백금(또는 니크롬) 선의 끝 모양만 다르고, 그 모양이 곧 용도를 결정한다.

① 백금이(loop) — 끝이 고리 모양이라 고리 안에 액체가 얇게 걸린다. 일정량을 떠 옮기기 좋고 평판 위를 미끄러뜨리며 획선도말하기에도 알맞다.

② 백금선(needle) — 끝이 곧은 바늘 모양이다. 고층배지를 수직으로 찔러 넣는 천자배양에 쓰며, 배지 깊은 곳은 산소가 적어 혐기성·통성혐기성 균의 성상을 보는 데 적합하다.

③ 백금구(ball) — 끝이 작은 구슬 모양이라 마른 곰팡이 포자가 잘 묻는다. 고리로는 잘 떠지지 않는 분말 상태의 포자를 채취해 이식할 때 쓴다.

어느 것이든 사용 전후로 화염 멸균(불꽃에 달구어 식힘)하는 것이 전제다.

78

[해설]

단백가는 기준 단백질 대비 함량비가 가장 낮은 아미노산, 곧 제1제한아미노산의 비율로 정해진다. 나머지가 아무리 넉넉해도 가장 모자란 하나가 단백질 합성의 한계를 정하기 때문이다.

$\text{단백가} = \dfrac{\text{식품 단백질 g N당 제1제한아미노산 (mg)}}{\text{기준 단백질의 같은 아미노산 (mg)}} \times 100$

여덟 항목의 비율을 모두 계산하면 아이소류신 103.7 %, 류신 169.9 %, 라이신 77.8 %, 함황아미노산 100.0 %, 페닐알라닌+타이로신 372.2 %, 트레오닌 122.2 %, 트립토판 88.9 %, 발린 137.0 %이다. 가장 낮은 라이신이 제1제한아미노산이다.

$\text{단백가} = \dfrac{210}{270} \times 100 = 77.78$

소수점 첫째 자리에서 반올림하면 78이다.

쌀의 제1제한아미노산이 라이신이라는 점은 곡류 단백질의 전형적인 특징으로, 라이신이 넉넉한 콩류나 동물성 단백질과 함께 먹으면 서로의 부족분을 메워 단백질의 질이 올라간다(단백질 보완효과).

표의 방향족아미노산 칸은 페닐알라닌과 타이로신의 합(쌀 670)으로 읽어야 한다. 일부 교재는 이 칸을 페닐알라닌 단독 190으로 싣지만, 어느 쪽으로 보아도 그 값은 기준치를 웃돌아 제한아미노산이 되지 못하므로 단백가는 78로 같다.

㉠ 단백질

㉡ 지방

㉢ 수분

㉣ 회분

[해설]

영양성분 표시에서 탄수화물은 따로 정량하지 않고 차이법(by difference)으로 구한다. 식품을 이루는 성분을 크게 단백질·지방·수분·회분·탄수화물 다섯으로 보고, 앞의 네 가지를 실제로 분석한 뒤 전체 중량에서 빼고 남은 몫을 탄수화물로 잡는 방식이다.

$\text{탄수화물} = \text{식품 중량} - (\,\text{단백질} + \text{지방} + \text{수분} + \text{회분}\,)$

따라서 빼는 항목은 단백질·지방·수분·회분 네 가지이며, 순서는 채점에 영향을 주지 않는다. 식이섬유·당알코올처럼 탄수화물 안에 들어가는 성분은 이미 남은 몫에 포함되므로 다시 빼지 않는다.

당류는 탄수화물의 하위 항목이지만 표시상으로는 탄수화물과 구분해 별도 줄에 적어야 하고, 단위·반올림 규정(1 g 단위, 1 g 미만·0.5 g 미만 표기)도 이 규정에서 함께 정하고 있다.

근거: 「식품등의 표시기준」 [별지 1] 표시사항별 세부표시기준 — 영양성분 표시방법 중 탄수화물 및 당류.

(1) 산화방지제

(2) 향미증진제

(3) 착색료

(4) 감미료

(5) 보존료

(6) 산도조절제

(7) 감미료

(8) 감미료

(9) 표백제(보존료·산화방지제로도 쓰임)

(10) 추출용제

[해설]

식품첨가물의 용도는 「식품첨가물의 기준 및 규격」(식품첨가물공전)의 품목별 사용기준에 정해져 있다. 답은 공전에 실린 용도 분류 명칭 그대로 적어야 하며 '단맛을 낸다'처럼 기능을 풀어 쓰면 안 된다.

(1) 부틸히드록시아니솔(BHA) — 유지의 자동산화에서 생기는 유리라디칼에 수소를 내주어 연쇄반응을 끊는 페놀계 산화방지제다. BHT·TBHQ·몰식자산프로필도 같은 계열이다.

(2) 카페인 — 특유의 쓴맛으로 제품의 맛과 향을 돋우는 향미증진제로 지정되어 있다. 글루탐산나트륨(MSG)도 같은 분류다.

(3) 식용색소청색 제2호 — 타르계 착색료다. 이름에 '식용색소'가 붙은 첨가물은 모두 착색 목적으로 보면 된다.

(4) 수크랄로스 — 설탕의 약 600배 단맛을 내면서 열량이 없는 감미료다. 아스파탐·아세설팜칼륨·스테비올배당체와 같은 무리다.

(5) 소브산(소르빈산) — 곰팡이와 효모의 증식을 억제하는 보존료다. 산성 영역에서 비해리형이 많아져 효력이 커진다.

(6) 구연산 — 식품의 pH를 낮추거나 일정하게 유지하는 산도조절제다. 금속이온을 붙잡는 킬레이트 작용으로 산화방지를 돕기도 하지만 분류상 주용도는 산도조절제다.

(7) 자일리톨 — 자작나무 등에서 얻는 당알코올계 감미료다. 충치균이 이용하지 못해 껌·구강 제품에 쓰인다.

(8) 사카린나트륨 — 설탕의 약 300배 단맛을 내면서 열량이 없는 합성 감미료로, 사용 대상 식품과 사용량이 품목별로 제한되어 있다.

(9) 무수아황산 — 아황산염류의 하나로 표백제이자 미생물 증식을 억제하는 보존료, 효소적 갈변을 막는 산화방지제로 두루 쓰인다. 용도가 여럿이므로 하나만 적기보다 함께 적는 편이 안전하다.

(10) 메틸알코올 — 원료에서 특정 성분을 뽑아낼 때 쓰는 추출용제다. 최종 식품에는 남지 않아야 하므로 가공보조제로 분류되며 잔류량 기준이 따로 있다.

보기의 발색제(아질산나트륨 등)는 그 자체에 색이 없으나 식품 성분과 반응해 색을 고정·강화하는 것이고, 착색료는 색소 자체를 더하는 것이라는 점에서 구분된다.

기출은 이 목록에서 일부씩 묶어 물었다 — 25-3·20-2는 부틸히드록시아니솔·카페인·식용색소청색 제2호·수크랄로스·소브산 5개, 22-2는 구연산·자일리톨·부틸히드록시아니솔 3개, 17-1은 사카린나트륨·부틸히드록시아니솔·구연산·무수아황산·메틸알코올·자일리톨 6개다.

0.024

[해설]

몰분율은 질량비가 아니라 몰수의 비이므로, 먼저 각 성분의 질량을 분자량으로 나눠 몰수를 구한다. 포도당($\mathrm{C_6H_{12}O_6}$)의 분자량은 180, 물의 분자량은 18이다.

$n_{\text{포도당}} = \dfrac{20}{180} = 0.1111\ \mathrm{mol}$

$n_{\text{물}} = \dfrac{80}{18} = 4.4444\ \mathrm{mol}$

$X_{\text{포도당}} = \dfrac{0.1111}{0.1111 + 4.4444} = 0.02439$

넷째 자리에서 반올림하면 0.024이다(몰분율은 무차원이라 단위를 붙이지 않는다).

질량으로만 보면 포도당이 전체의 20 %지만 몰분율은 2.4 %에 그친다. 분자량이 물의 10배라 같은 질량이어도 분자 수가 훨씬 적기 때문이며, 몰분율을 쓰는 수분활성도·삼투압 계산에서 이 차이가 그대로 결과를 좌우한다.

유도기 → 대수기 → 정지기 → 사멸기

[해설]

배양시간을 가로축에, 생균수의 대수값을 세로축에 두면 미생물의 증식은 다음 네 구간으로 나뉜다.

① 유도기(lag phase) — 균수는 거의 늘지 않는다. 새 배지에 적응하며 효소와 세포 구성물질을 만드는 준비 기간으로, 세포 크기는 커지지만 분열은 아직 일어나지 않는다.

② 대수기(logarithmic·exponential phase) — 세대시간이 가장 짧고 일정해 균수가 지수적으로 늘어난다. 대수값으로 그리면 직선 구간이 되며, 생리 상태가 균일해 각종 실험용 균체는 이 시기에 채취한다.

③ 정지기(stationary phase, 정체기) — 영양분 고갈과 대사산물 축적으로 증식속도와 사멸속도가 같아져 생균수가 최대치에서 평평해진다. 포자 형성이나 2차 대사산물 생성이 주로 이 시기에 일어난다.

④ 사멸기(death·decline phase) — 사멸이 증식을 앞질러 생균수가 대수적으로 줄어든다.

③은 교재에 따라 정지기 또는 정체기로 부르며 둘 다 정답으로 본다.

① 이온결합

② 수소결합

③ 소수성 결합

[해설]

1차 구조는 펩타이드 결합에 의한 아미노산 배열, 2차 구조는 펩타이드 사슬 골격의 $\mathrm{-C{=}O}$와 $\mathrm{-N{-}H}$ 사이 수소결합으로 생기는 $\alpha$-나선과 $\beta$-병풍구조다. 이에 비해 3차 구조는 골격이 아니라 곁사슬끼리의 상호작용으로 폴리펩타이드가 입체적으로 접힌 형태를 말한다.

관여하는 결합은 다음과 같다.

• 다이설파이드 결합 — 시스테인 두 분자의 $\mathrm{-SH}$가 산화되어 $\mathrm{-S{-}S-}$로 이어지는 유일한 공유결합이며, 3차 구조를 가장 단단히 붙든다.

• 이온결합(염결합) — 라이신·아르지닌의 $\mathrm{-NH_3^+}$와 아스파트산·글루탐산의 $\mathrm{-COO^-}$처럼 반대 전하를 띤 곁사슬끼리 끌어당긴다. pH가 바뀌면 전하가 사라져 쉽게 끊어진다.

• 수소결합 — 세린·트레오닌·타이로신의 $\mathrm{-OH}$, 아스파라진·글루타민의 $\mathrm{-CONH_2}$ 등이 만드는 결합이다.

• 소수성 결합(소수성 상호작용) — 발린·류신·페닐알라닌 같은 비극성 곁사슬이 물을 피해 분자 안쪽으로 모이면서 생긴다. 구형 단백질이 소수성 잔기를 안에, 친수성 잔기를 밖에 두는 접힘이 여기서 나온다.

가열·산·알칼리·유기용매로 이 결합들이 끊어지는 것이 곧 단백질 변성이며, 펩타이드 결합은 그대로이므로 1차 구조는 유지된다.

0.96

[해설]

수분활성도는 용액 속 물의 몰분율로 구한다(라울 법칙).

$A_w = \dfrac{n_w}{n_w + n_s}$ ($n_w$ = 물의 몰수, $n_s$ = 용질의 몰수)

질량 백분율을 100 g 기준의 질량으로 놓고 몰수를 구하면

$n_w = \dfrac{30}{18} = 1.6667\ \mathrm{mol}$

$n_s = \dfrac{25}{342} = 0.0731\ \mathrm{mol}$

$A_w = \dfrac{1.6667}{1.6667 + 0.0731} = 0.9580$

따라서 0.96이다.

수분과 설탕을 더해도 55 %뿐이지만 나머지 45 %는 전분·단백질처럼 물에 녹지 않아 몰수에 잡히지 않는 성분으로 보므로 계산에 넣지 않는다. 설탕은 질량이 25 g이나 분자량이 342로 커서 몰수가 0.07 mol에 그치고, 그래서 물의 몰분율이 0.96까지 높게 유지된다. 같은 질량이라도 분자량이 작은 용질(소금·포도당)을 쓰면 몰수가 많아져 수분활성도를 훨씬 크게 낮출 수 있다.

(1) 준비단계 5절차

① HACCP팀 구성 ② 제품설명서 작성 ③ 용도 확인 ④ 공정흐름도 작성 ⑤ 공정흐름도 현장 확인

(2) 7원칙

① 위해요소 분석 ② 중요관리점(CCP) 결정 ③ 중요관리점의 한계기준 설정 ④ 중요관리점별 모니터링 체계 확립 ⑤ 개선조치 방법 수립 ⑥ 검증절차 및 방법 수립 ⑦ 문서화 및 기록유지 방법 설정

[해설]

HACCP은 준비단계 5절차와 7원칙을 합친 12절차로 적용한다. 7원칙만 묻는 문항이라도 앞의 준비 5단계를 함께 외워 두어야 순서가 헷갈리지 않는다.

[준비단계 5절차] ① HACCP팀 구성 → ② 제품설명서 작성 → ③ 용도 확인 → ④ 공정흐름도 작성 → ⑤ 공정흐름도 현장 확인

① HACCP팀 구성 — 제조·품질·설비 등 각 부문 인력으로 팀을 짜고 역할을 정한다.

② 제품설명서 작성 — 제품명·원재료·성상·포장·유통조건 등을 문서로 확정한다.

③ 용도 확인 — 섭취 방법과 대상 소비자층(영유아·고령자 등 취약계층 포함 여부)을 확인한다.

④ 공정흐름도 작성 — 원료 입고부터 출하까지 전 공정과 작업장 평면도를 그린다.

⑤ 공정흐름도 현장 확인 — 작성한 흐름도가 실제 라인과 일치하는지 현장에서 대조한다.

[7원칙] ① 위해요소 분석 → ② 중요관리점(CCP) 결정 → ③ 한계기준 설정 → ④ 모니터링 체계 확립 → ⑤ 개선조치 방법 수립 → ⑥ 검증절차 및 방법 수립 → ⑦ 문서화 및 기록유지 방법 설정

원칙 1 위해요소 분석 — 원료·공정별로 생물학적·화학적·물리적 위해요소를 뽑아 발생 가능성과 심각성을 평가한다.

원칙 2 중요관리점(CCP) 결정 — 그 위해요소를 예방·제어하거나 허용 수준 이하로 낮출 수 있는 결정적 공정을 CCP로 정한다. 뒤 공정에서 잡을 수 있다면 CCP가 아니다.

원칙 3 중요관리점의 한계기준 설정 — CCP가 관리되고 있는지를 가르는 기준값(가열온도·시간·pH·수분활성도·금속검출기 감도 등)을 현장에서 곧바로 확인할 수 있는 값으로 정한다.

원칙 4 중요관리점별 모니터링 체계 확립 — 한계기준 준수 여부를 누가·언제·어떻게 확인할지 방법과 주기, 담당자를 정해 계속 감시한다.

원칙 5 개선조치 방법 수립 — 한계기준을 벗어났을 때 공정을 되돌리는 조치와 그사이 생산된 제품의 처리 방법을 미리 정해 둔다.

원칙 6 검증절차 및 방법 수립 — 계획이 의도대로 작동하는지 시험·기록 검토·유효성 평가로 주기적으로 확인한다.

원칙 7 문서화 및 기록유지 방법 설정 — 위 활동을 문서와 기록으로 남긴다. 기록이 없으면 관리했다는 사실을 증명할 수 없다.

원칙 1~2가 무엇을 어디서 막을지 정하는 단계, 3~5가 실제로 지키고 벗어나면 되돌리는 단계, 6~7이 제대로 돌아가는지 확인하고 남기는 단계다. 순서를 묻는 문항이므로 항목을 알아도 배열이 틀리면 감점된다.

근거: 「식품 및 축산물 안전관리인증기준」 [별표 2] HACCP 적용 순서도.

(1) 고정상에 대한 친화력이 커서 칼럼을 느리게 통과한다(머무름시간이 길어 늦게 용리된다).

(2) 고정상에 대한 친화력이 작아 이동상을 따라 칼럼을 빠르게 통과한다(머무름시간이 짧아 일찍 용리된다).

[해설]

분배계수는 시료 성분이 고정상과 이동상에 나뉘어 존재할 때 두 상의 농도비다.

$K = \dfrac{C_s}{C_m}$ ($C_s$ : 고정상에 분배된 성분의 농도, $C_m$ : 이동상에 분배된 성분의 농도)

① $K$가 큰 성분($C_s \gt C_m$) — 성분 대부분이 고정상 쪽에 붙들려 있다. 칼럼 충전제와의 상호작용(소수성 결합·수소결합·극성 인력 등)이 강하다는 뜻이므로 이동상에 실려 나아가는 시간이 줄어 칼럼을 늦게 빠져나오고 머무름시간($t_R$)이 길어진다. 크로마토그램에서는 뒤쪽 피크로 나타난다.

② $K$가 작은 성분($C_s \lt C_m$) — 성분이 주로 이동상에 머물러 흐름을 그대로 따라간다. 고정상에 붙들리는 일이 적어 칼럼을 빨리 통과하고 머무름시간이 짧아 앞쪽 피크로 나온다.

크로마토그래피의 분리는 결국 이 $K$ 차이에서 나온다. 성분마다 $K$가 다르면 칼럼 통과 속도가 달라져 서로 다른 시간에 검출기에 도달하고, $K$가 비슷하면 겹쳐 나와 분리되지 않는다. 그래서 이동상 조성이나 고정상 극성을 바꿔 목표 성분들의 $K$ 차이를 벌리는 것이 분리조건 최적화의 핵심이다.

한 가지 짚어 둘 것이 있다. HPLC(고성능 액체 크로마토그래피)의 이동상은 물·아세토나이트릴·메탄올 같은 액체 용매다. 일부 교재가 이동상을 '운반기체'로 적어 두었으나 운반기체(carrier gas)는 질소·헬륨을 쓰는 기체 크로마토그래피(GC)의 이동상이다. 분배계수의 정의는 두 기법에 똑같이 적용되지만 이동상이 무엇인지는 구분해야 한다.

(1) 시료의 어느 한 특성에 대한 인상이 다른 특성의 평가까지 끌어당겨, 평가 항목들이 서로 독립적으로 채점되지 못하는 심리적 오차

(2) ① 항목별로 나누어 독립적으로 평가하게 한다 ② 상표·용기·색 등 선입견을 주는 정보를 가리고 세 자리 난수로 시료를 표시한다

[해설]

후광효과(halo effect)는 한 시료에서 여러 특성을 한꺼번에 평가할 때 잘 나타난다. 맛이 좋으면 향과 조직감까지 덩달아 높게 매기고, 겉모양이 나쁘면 나머지도 낮게 매기는 식이다. 특성 하나에 대한 판단이 나머지 판단으로 번져 항목 간 평가가 서로 오염되는 것이 문제의 본질이다.

막는 방법은 결국 "판단을 서로 떼어 놓는 것"이다.

• 항목별 독립 평가 — 여러 특성을 한 장에 몰아 채점하게 하지 말고, 중요한 특성은 회차를 나누어 하나씩 따로 평가하게 한다.

• 정보 차단(블라인드) — 상표·제조사·포장·가격처럼 선입견을 만드는 정보를 없애고, 시료에는 의미를 읽을 수 없는 세 자리 난수를 붙인다. 색이 판단을 흐린다면 적색 조명을 쓰기도 한다.

• 제시 순서 무작위화 — 패널마다 시료 제시 순서를 달리해 순서에서 오는 편향이 특정 시료에 쏠리지 않게 한다.

• 독립된 부스 사용 — 칸막이가 있는 개별 관능평가실에서 평가해 패널끼리 서로 영향을 주고받지 못하게 한다.

이 밖의 심리적 오차로는 순서효과, 기대효과, 대비효과·억제효과, 중앙경향오차 등이 있으며, 대응 원리는 모두 "평가자가 판단 근거 외의 정보를 얻지 못하게 한다"로 같다.

(1) 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)

(2) 균체는 열에 약해 70 ℃·2분 정도의 가열로도 죽지만, 장독소(enterotoxin)는 내열성이 커서 100 ℃에서 1시간 가열해도 활성을 잃지 않는다.

(3) 손에 상처나 화농성 질환이 있는 사람을 조리에서 배제한다.

[해설]

절차에 나오는 포도송이 모양 배열의 그람양성 구균, coagulase 시험, Baird-Parker(RPF) 한천배지 세 가지가 균을 지목하는 결정적 단서다. 세 조건을 모두 만족하는 것은 황색포도상구균뿐이다. RPF 배지는 토끼혈장(rabbit plasma)과 피브리노겐이 들어 있어 coagulase 양성 균이 집락 둘레에 백색 침강환을 만들므로, 전형 집락이면 별도의 coagulase 시험을 건너뛸 수 있다.

이 균 식중독이 까다로운 이유는 균과 독소의 내열성이 크게 다르기 때문이다. 영양세포는 열에 약해 통상의 가열조리로 쉽게 죽지만(문헌에 따라 78 ℃ 1분, 64 ℃ 10분 등으로도 제시된다), 이미 식품 안에 만들어진 장독소는 단백질임에도 내열성이 매우 커서 끓이는 정도의 가열로는 파괴되지 않는다(100 ℃ 1시간 잔존, 120 ℃ 20분 가열에도 파괴되지 않으며 218~248 ℃에서 30분 정도 가열해야 실활한다고 보고된다). 그래서 "가열했으니 안전하다"가 성립하지 않고, 잠복기도 1~6시간으로 짧다.

예방은 독소가 만들어지기 전에 막는 데 초점을 둔다. ① 손 상처·화농성 질환자의 조리 배제 ② 조리 전후 손 세척과 위생장갑 사용 ③ 조리식품을 실온에 두지 말고 신속히 냉각·저온저장해 균의 증식과 독소 생성을 차단하는 것이 핵심이다.

참고로 「식품공전」은 그 뒤 개정되어 이 단계의 배지가 보통한천배지(배지 8) 또는 Tryptic Soy 한천배지(배지 40)로 넓어졌다. 출제 당시 지문은 개정 전 문구다.

(1) 실제 보관·유통 온도와, 그보다 가혹한 비교 온도 2개 이상을 함께 두고 저장하며 실험한다.

(2) 3개월 이상

[해설]

기한 설정실험은 크게 두 갈래다. 실제 유통 조건 그대로 두고 품질 변화를 끝까지 지켜보는 실측(장기보존)실험과, 온도·습도 등을 실제보다 가혹하게 걸어 변질을 빨리 일으킨 뒤 그 결과를 실제 조건으로 환산하는 가속실험이다.

가속실험의 핵심은 온도를 여러 단계로 걸어 온도 의존성을 잡아내는 것이다. 실제 보관·유통 온도 하나만으로는 반응속도의 온도 의존성(예: $Q_{10}$, 아레니우스식)을 구할 수 없으므로, 실제 온도에 더해 최소 2개 이상의 비교 온도에 저장하면서 품질지표의 변화속도를 측정하고, 이를 외삽해 실제 온도에서의 기한을 예측한다.

적용 대상은 기한이 3개월 이상으로 길어 실측실험을 그대로 하면 시간이 지나치게 오래 걸리는 제품이다. 기한이 짧은 제품은 굳이 가속할 이유가 없어 실측실험으로 충분하다.

한편 2023년 1월 1일부터 식품 표시 체계가 유통기한에서 소비기한으로 바뀌면서, 이 문항의 근거 고시도 「식품, 식품첨가물, 축산물 및 건강기능식품의 소비기한 설정기준」(제3장 소비기한 설정실험, 제7조 설정실험 시 저장조건 등)으로 옮겨 갔다. 일부 교재는 이 개정을 이유로 정답 자체를 비워 두었으나, 실험 설계의 원리(실제 온도 + 비교 온도 2개 이상, 장기 보존 제품에 적용)는 개정 뒤에도 그대로 유지된다.

단순단백질 : 알부민, 프롤라민

복합단백질 : 인단백질, 당단백질

유도단백질 : 젤라틴, 펩톤

[해설]

단백질은 구성 성분과 유래에 따라 셋으로 나뉜다.

① 단순단백질 — 가수분해하면 아미노산만 나오는 단백질이다. 알부민, 글로불린, 글루텔린, 프롤라민, 알부미노이드, 히스톤, 프로타민이 여기 속한다.

② 복합단백질 — 단순단백질에 아미노산이 아닌 다른 성분(보결분자단)이 결합한 것이다. 결합한 성분의 이름을 그대로 붙여 인단백질(카세인), 당단백질(오보뮤코이드), 지단백질, 색소단백질(헤모글로빈), 핵단백질, 금속단백질로 부른다.

③ 유도단백질 — 천연 단백질이 열·산·알칼리·효소로 변성되거나 부분 가수분해되어 생긴 것이다. 콜라겐이 가열로 변한 젤라틴은 1차 유도단백질, 단백질이 부분 분해된 펩톤·프로테오스는 2차 유도단백질이다.

분류의 요령은 이름에 있다. "○○단백질" 꼴로 붙은 성분명(인·당·지·색소·핵)이 보이면 복합단백질, 변성·분해 산물이면 유도단백질, 나머지가 단순단백질이다.

0.1 % 이하

[해설]

항량(恒量)은 더 이상 무게가 줄지 않는 상태, 곧 "말릴 만큼 말렸다"는 판정 기준이다. 「식품공전」 제1. 총칙은 이를 1시간 더 건조 또는 강열한 전후의 칭량차가 직전 무게의 0.1 % 이하인 경우로 정의한다.

이 기준이 필요한 이유는 건조가 끝나는 시점이 눈으로 보이지 않기 때문이다. 수분정량(상압가열건조법)이나 회분정량에서는 건조·강열 → 데시케이터에서 방냉 → 칭량을 반복하는데, 어느 시점에서 멈출지 정해 두지 않으면 분석자마다 값이 달라진다. 그래서 "한 번 더 돌렸는데도 무게가 0.1 % 이하로만 변한다"를 종료 신호로 삼는 것이다.

수치를 0.01 %나 1 %로 잘못 외우기 쉬우니 0.1 %로 기억해 둔다. 방냉은 반드시 데시케이터에서 해야 하며, 그러지 않으면 식는 동안 공기 중 수분을 다시 빨아들여 항량에 도달하지 못한다.

(1) 뉴턴유체 : 전단응력이 전단속도에 정비례해 점도가 힘에 관계없이 일정한 유체 — 물, 알코올용액

(2) 비뉴턴유체 : 전단응력과 전단속도가 정비례하지 않아 가하는 힘에 따라 점도가 달라지는 유체 — 전분(현탁액), 버터

[해설]

유체에 힘을 가해 흐르게 할 때, 단위면적에 걸리는 힘이 전단응력($\tau$)이고 층 사이의 속도 기울기가 전단속도($\dot{\gamma}$)다. 둘의 관계를 그래프로 그렸을 때 원점을 지나는 직선이면 뉴턴유체, 그렇지 않으면 비뉴턴유체다.

$\tau = \mu \dot{\gamma}$ ($\mu$ = 점도)

뉴턴유체는 위 식의 기울기 $\mu$가 상수이므로 얼마나 세게 젓든 점도가 변하지 않는다. 물, 알코올용액, 청량음료, 식용유, 묽은 설탕물처럼 분자가 작고 조성이 단순한 액체가 여기 속한다.

비뉴턴유체는 $\mu$가 전단속도에 따라 변한다. 전분 현탁액처럼 세게 저을수록 뻑뻑해지는 것(팽창성), 케첩·마요네즈처럼 저을수록 묽어지는 것(의사가소성), 버터·마가린처럼 일정 크기 이상의 힘(항복응력)을 주어야 비로소 흐르기 시작하는 것(빙햄 소성)이 모두 여기에 든다. 고분자나 분산입자가 들어 있어 힘을 받으면 내부 구조가 바뀌기 때문이며, 대부분의 가공식품이 비뉴턴유체다.

보기의 물·알코올용액은 조성이 단순한 저분자 액체라 뉴턴유체, 전분 현탁액과 버터는 분산계·소성체라 비뉴턴유체로 갈린다.

20 mol/(m³·s)

[해설]

$Q_{10}$은 온도를 10 ℃ 올렸을 때 반응속도가 몇 배가 되는지를 나타내는 온도계수다.

$Q_{10} = \dfrac{k_{T+10}}{k_T}$, 일반형은 $k_2 = k_1 \times Q_{10}^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$

20 ℃에서 30 ℃로 10 ℃ 올랐으므로 지수는 1이 되고,

$k_2 = 10 \times 2^{\frac{30-20}{10}} = 10 \times 2 = \mathbf{20}\ \mathrm{mol/(m^3 \cdot s)}$

식품에서 $Q_{10}$은 저장온도가 품질 저하 속도에 미치는 영향을 가늠하는 데 쓴다. $Q_{10}$이 2인 반응이라면 온도를 10 ℃ 낮출 때마다 변질 속도가 절반이 되어 저장수명은 두 배로 늘어난다는 뜻이며, 이것이 냉장·냉동 저장의 정량적 근거가 된다.

온도 차가 10 ℃의 배수가 아닐 때도 위 일반형을 그대로 쓰면 된다. 예컨대 25 ℃라면 지수가 $\dfrac{25-20}{10} = 0.5$가 되어 $10 \times 2^{0.5} = 14.14$가 된다.

1,150 kg/m³

[해설]

비중은 어떤 물질의 밀도를 같은 온도의 물의 밀도로 나눈 값으로, 단위가 없는 무차원 수다.

$\text{비중} = \dfrac{\rho}{\rho_{\text{물}}}$

따라서 밀도는 비중에 물의 밀도를 곱해 구한다.

$\rho = 1.15 \times 1{,}000 = \mathbf{1{,}150}\ \mathrm{kg/m^3}$

비중의 기준을 4 ℃ 물로 잡는 것은 이 온도에서 물의 밀도가 최대(약 1,000 kg/m$^3$)여서 기준값이 가장 안정적이기 때문이다. 답에는 반드시 밀도의 단위를 붙여야 한다. 비중은 무차원이지만 밀도는 단위를 갖는 양이므로, 단위를 빠뜨리면 감점 요인이 된다.

(1) 점도 : $A \gt B$

(2) 단맛 : $B \gt A$

[해설]

D.E.(Dextrose Equivalent, 포도당당량)는 전분이 얼마나 잘게 분해되었는지를 나타내는 값으로, 고형분 중 환원당을 포도당으로 환산한 백분율이다. 전분 자체는 0에 가깝고 순수한 포도당은 100이다.

D.E.가 크다 = 가수분해가 많이 진행되었다 = 분자량이 작은 당이 많다가 모든 성질을 가른다.

• 점도 — 분자가 클수록 사슬이 서로 얽혀 흐름을 방해하므로 점도가 높다. D.E.가 낮은 A가 분자량이 크므로 점도는 $A \gt B$다.

• 단맛 — 단맛은 저분자 당이 미각 수용체에 결합해야 느껴진다. D.E.가 높아 포도당·맥아당이 많은 B가 더 달아 $B \gt A$다.

같은 이유로 D.E.가 높을수록 흡습성·용해도·삼투압·갈변(마이야르 반응) 경향이 커지고, D.E.가 낮을수록 조직감을 잡아 주는 증점·보형 효과가 커진다. D.E. 20 미만을 말토덱스트린, 20 이상을 물엿(전분당)으로 구분하는 것도 이 성질 차이 때문이다.