① α-아밀레이스(α-amylase)

② β-아밀레이스(β-amylase)

[해설]

물엿은 전분유를 액화한 뒤 당화시켜 얻는다. 두 단계에 서로 다른 효소가 쓰인다.

· 액화 — α-아밀레이스는 전분 사슬 안쪽의 α-1,4 결합을 무작위로 끊는 endo형 효소여서, 짧은 시간에 점도를 크게 떨어뜨리고 덱스트린을 만든다.

· 당화 — β-아밀레이스는 비환원성 말단에서 포도당 두 개(말토스) 단위로 잘라 내는 exo형 효소여서, 엿당 함량이 높은 물엿이 된다.

포도당 함량을 더 높인 물엿을 만들 때는 α-1,6 결합까지 끊어 포도당을 내놓는 글루코아밀레이스(amyloglucosidase)를 당화 효소로 쓴다. 산으로 가수분해하는 산당화법에 견주어 효소당화법은 반응 조건이 온화해 쓴맛·착색이 적고 당 조성을 조절하기 쉽다.

(1) 1 M NaCl : 100 mL

(2) 0.4 M KCl : 250 mL

(3) 0.2 M HCl : 125 mL

(4) 물 : 25 mL

[해설]

용액을 묽힐 때 용질의 몰수는 변하지 않으므로, 각 성분마다 $M_1V_1=M_2V_2$를 세우면 된다.

· NaCl : $1\ \mathrm{M}\times V=0.2\ \mathrm{M}\times 500\ \mathrm{mL}\;\Rightarrow\; V=\dfrac{0.2\times 500}{1}=\mathbf{100\ \mathrm{mL}}$

· KCl : $0.4\ \mathrm{M}\times V=0.2\ \mathrm{M}\times 500\ \mathrm{mL}\;\Rightarrow\; V=\dfrac{0.2\times 500}{0.4}=\mathbf{250\ \mathrm{mL}}$

· HCl : $0.2\ \mathrm{M}\times V=0.05\ \mathrm{M}\times 500\ \mathrm{mL}\;\Rightarrow\; V=\dfrac{0.05\times 500}{0.2}=\mathbf{125\ \mathrm{mL}}$

세 용액의 부피를 합하면 475 mL이므로, 500 mL를 채우기 위해 넣는 물은

$500-(100+250+125)=\mathbf{25\ \mathrm{mL}}$

부피가 더해진다고 보고 계산한 값이며, 실제 조제는 각 저장 용액을 부피플라스크에 넣고 표선까지 물을 채워 500 mL로 맞춘다.

① 2~3시간

② 5시간

③ 24시간

[해설]

「식품 및 축산물 안전관리인증기준」(HACCP 고시) [별표 1] 선행요건의 완제품 관리에 정해진 기준으로, 조리된 음식은 배식 전까지의 보관온도와 조리 후 섭취 완료까지의 소요시간 기준을 설정·관리하도록 하고 있다.

기준을 관통하는 원리는 위험온도대(약 5~60 ℃)를 얼마나 오래 지나느냐다. 이 구간에서는 식중독균이 빠르게 증식하므로 머무는 시간이 짧을수록 안전하다.

· 실온 28 ℃ 이하 — 위험온도대 한가운데이므로 가장 짧은 2~3시간이다.

· 60 ℃ 이상 보온 — 증식이 사실상 멈추는 온도대라 5시간까지 늘어난다. 다만 시간이 길어지면 품질이 떨어지고 보온고 온도가 국부적으로 내려갈 수 있어 무한정 허용하지는 않는다.

· 품온 5 ℃ 이하 — 냉장으로 증식을 억제하므로 24시간까지 허용된다.

① Leuconostoc mesenteroides

② Lactobacillus plantarum

③ Lactobacillus brevis

[해설]

김치는 종균을 넣지 않고 원료와 부재료에 붙어 있던 균이 소금 농도·저온·혐기 조건에서 차례로 자라며 익는 자연발효 식품이다. 지금까지 김치에서 분리된 젖산균은 Leuconostoc속, Lactobacillus속, Pediococcus속, Lactococcus속 등 여러 속에 걸쳐 있다.

· 발효 초기에는 저온과 낮은 산도에서 잘 자라는 Leuconostoc mesenteroides가 우세해, 이산화탄소를 내어 용기 안을 혐기 상태로 만들고 김치 특유의 상쾌한 맛을 낸다.

· 산도가 올라간 뒤에는 내산성이 큰 Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis가 자라며, 과도하게 자라면 산패로 이어진다.

발효 형식으로 나누면, 당의 85 % 이상을 젖산으로 바꾸는 정상(homo)젖산발효균에 Lactobacillus plantarum·Pediococcus cerevisiae가, 젖산과 함께 에탄올·초산·이산화탄소를 내는 이상(hetero)젖산발효균에 Leuconostoc mesenteroides·Lactobacillus brevis가 든다. 답으로는 이 가운데 3가지를 들면 된다.

7.5 kg

[해설]

농축에서 빠져나가는 것은 물뿐이고 용질인 소금의 질량은 변하지 않는다. 이 물질수지가 풀이의 축이다.

① 소금의 질량 : $10 \times 0.05 = 0.5\ \mathrm{kg}$

② 증발시킬 물을 $x$라 하면 남는 소금물은 $(10 - x)\ \mathrm{kg}$이고 그 20 %가 소금이므로

$0.5 = (10 - x) \times 0.20 \quad \Rightarrow \quad 10 - x = \dfrac{0.5}{0.20} = 2.5\ \mathrm{kg}$

③ 증발시킬 물 : $x = 10 - 2.5 =$$7.5\ \mathrm{kg}$

검산하면 남은 소금물 2.5 kg 안에 소금 0.5 kg이 들어 있어 $0.5 / 2.5 = 0.20$, 곧 20 %로 조건과 맞는다. 농도가 4배가 되었으니 소금물의 양이 1/4인 2.5 kg으로 줄어야 한다고 생각해도 같은 답이 나온다.

한 줄로 세우면 $0.05 \times 10 = 0.20 \times (10 - x)$이다. 다만 물을 더 부어 묽히는 문제는 식의 방향이 반대라는 점을 구분해야 한다 — 35 % 소금물 100 mL를 5 %로 묽히려면 $100 \times 0.35 = (100 + x) \times 0.05$에서 $x = 600\ \mathrm{mL}$다.

(1) 고시형 원료 — 건강기능식품공전에 이미 등재되어 있는 영양성분 및 기능성 원료. 공전에 정해진 제조기준·규격·기능성에 맞으면 별도의 인정 절차 없이 누구나 제조·사용할 수 있다.

(2) 개별인정형 원료 — 공전에 등재되어 있지 않은 원료. 영업자가 제조방법·안전성·기능성 등의 자료를 제출하면 식품의약품안전처장의 검토·자문(필요 시 현장조사)을 거쳐 개별로 인정받으며, 인정받은 영업자만 사용할 수 있다.

[해설]

기능성 원료를 가르는 잣대는 오직 하나, 공전에 실려 있는가다.

· 정의 — 공전에 이미 실려 있으면 고시형, 공전에 없어 영업자가 따로 인정을 받아야 하면 개별인정형이다.

· 인정 절차 — 고시형은 이미 안전성·기능성이 검증되어 국가가 공표해 둔 것이라 별도 심사가 없다. 개별인정형은 영업자가 제조방법·안전성·기능성·기준규격·섭취량 자료를 식품의약품안전처장에게 제출하고, 검토와 자문(필요 시 현장조사)을 거쳐 인정 여부가 결정된다.

· 사용 주체 — 고시형은 기준·규격만 지키면 누구나 쓸 수 있지만, 개별인정형은 인정을 받은 영업자만 쓸 수 있다. 다른 업체가 같은 원료를 쓰려면 따로 인정을 받아야 한다.

개별인정형 원료도 인정 뒤 일정 요건과 기간을 채우면 공전에 등재되어 고시형으로 전환될 수 있다. 세부 절차는 「건강기능식품 기능성 원료 및 기준·규격 인정에 관한 규정」에 정해져 있다.

한편 고시형 원료의 종수나 개별인정 건수는 고시 개정·신규 인정으로 수시로 바뀌는 값이라 답안에 숫자로 쓰면 오히려 위험하다.

① 가열하지 않고 섭취하는 냉동식품

② 가열하여 섭취하는 냉동식품

[해설]

냉동식품은 제조·가공 또는 조리한 식품을 오래 보존할 목적으로 동결해 -18 ℃ 이하에서 보존하는 식품을 말하며, 「식품의 기준 및 규격」(식품공전) 장기보존식품의 기준 및 규격에 규정되어 있다.

유형을 먹기 전에 가열하는지로 가르는 이유는 안전성 확보의 마지막 단계가 어디냐가 달라지기 때문이다.

· 가열하지 않고 섭취하는 냉동식품은 소비자가 그대로 먹으므로, 제조 단계에서 이미 안전해야 한다. 따라서 미생물 규격이 더 엄격하다.

· 가열하여 섭취하는 냉동식품은 조리 과정에서 가열이 한 번 더 이루어진다.

'가열하여 섭취하는 냉동식품'은 규격을 적용할 때 다시 살균제품과 비살균제품으로 나뉘어 세균수 기준이 달라지는데, 이는 같은 유형 안의 세부 구분일 뿐이므로 유형 자체는 2가지로 답한다.

2,254.5 kJ

[해설]

잠열은 온도가 변하지 않고 물이 얼음으로 상변화하는 동안에만 오간다. 따라서 소고기 전체가 아니라 실제로 언 수분의 질량만 계산에 들어간다.

① 소고기에 든 수분의 양

$10\ \mathrm{kg}\times 0.75=7.5\ \mathrm{kg}$

② 동결률 0.90을 적용한 실제 동결수분량 — 동결률은 식품 속 수분 가운데 얼어붙은 비율이다. 용질이 녹아 있어 나머지 10 %는 -20 ℃에서도 얼지 않고 남는다.

$7.5\ \mathrm{kg}\times 0.90=6.75\ \mathrm{kg}$

③ 잠열

$Q=6.75\ \mathrm{kg}\times 334\ \mathrm{kJ/kg}=\mathbf{2{,}254.5\ \mathrm{kJ}}$

발문에 주어진 5 ℃와 -20 ℃라는 온도는 이 계산에 쓰이지 않는다. 두 온도는 동결점까지 내리는 현열과 동결점 아래로 더 내리는 현열을 구할 때 필요한 값이며, 전체 제거열량(현열 + 잠열 + 현열)을 묻는 문제라면 그때 쓰인다.

일정한 온도로 가열할 때 대상 미생물(또는 그 포자)의 수를 처음의 1/10(90 % 감소)로 줄이는 데 걸리는 시간(분)

[해설]

가열에 의한 미생물의 사멸은 1차 반응을 따르므로, 생존 균수를 로그로 잡아 가열시간에 대해 그리면 직선(생존곡선)이 된다. 이 직선이 한 로그사이클만큼 내려가는 데, 즉 균수가 1/10(90 %)이 되는 데 걸리는 시간이 D값이다.

$\dfrac{N}{N_0}=10^{-t/D}\quad\Rightarrow\quad D=\dfrac{t}{\log N_0-\log N}$

여기서 $N_0$는 가열 전 균수, $N$은 $t$분 가열한 뒤 살아남은 균수다. 예컨대 $D=2$분인 균을 10분 가열하면 로그사이클 5개, 곧 균수가 $10^{-5}$배로 줄어든다.

D값은 같은 균이라도 가열 온도가 달라지면 값이 달라지므로 $D_{121}$처럼 기준 온도를 아래첨자로 붙여 적는다. 온도가 높을수록 D값은 작아지고, 내열성이 큰 균일수록 커진다.

함께 쓰이는 지표로 D값을 1/10로 줄이는 데 필요한 온도 상승폭인 Z값, 목표한 사멸 수준을 얻는 데 필요한 총 가열시간인 F값이 있다. 통조림 살균 설계의 기준인 12D 개념(Clostridium botulinum 포자를 $10^{-12}$까지 줄인다)도 이 D값 위에 세워진 것이다.

(1) 검체 채취량 : 10~25 g

(2) 사용 시액 : 멸균희석액(멸균생리식염수 또는 멸균인산완충희석액)

(3) 방법 : 멸균한 가위·칼로 잘게 자른 검체에 희석액을 넣고 균질기로 가능한 한 저온에서 균질화한 뒤, 희석액을 더해 전량 100~250 mL로 맞춰 시험용액으로 한다.

[해설]

소시지는 고체 검체이므로, 「식품의 기준 및 규격」(식품공전) 일반시험법의 미생물시험법 중 고체 검체의 시험용액 제조 절차를 그대로 따른다.

· 검체는 10~25 g을 취한다. 채취·절단에 쓰는 기구는 모두 멸균해 2차 오염을 막는다.

· 희석에는 멸균생리식염수나 멸균인산완충희석액 같은 멸균희석액을 쓴다. 증류수를 그대로 쓰면 삼투압 차이로 균이 손상되어 균수가 낮게 나온다.

· 균질화는 가능한 한 저온에서 한다. 고속 균질 과정에서 나는 열로 균이 죽으면 결과가 과소평가되기 때문이다.

· 마지막에 희석액을 더해 전량 100~250 mL로 맞춘다. 검체량과 최종 부피를 알아야 희석배수를 계산해 1 g당 균수로 환산할 수 있다.

169일

[해설]

온도가 다른 두 조건의 반응속도상수는 아레니우스 식으로 잇는다.

$\ln\dfrac{k_2}{k_1}=\dfrac{E_a}{R}\left(\dfrac{1}{T_1}-\dfrac{1}{T_2}\right)$

① 25 ℃(298 K)에서의 반응속도상수 — $T_1=294\ \mathrm{K}$, $T_2=298\ \mathrm{K}$를 대입하면

$\ln\dfrac{k_2}{0.00157}=\dfrac{3{,}332}{1.987}\left(\dfrac{1}{294}-\dfrac{1}{298}\right)=0.07656$

$k_2=0.00157\times e^{0.07656}=1.6949\times 10^{-3}\ \mathrm{day^{-1}}$

② 1차 반응식으로 보존기한 계산 — 남은 양이 초기의 75 %가 되는 시점이다.

$\ln\dfrac{A}{A_0}=-k_2 t\quad\Rightarrow\quad t=\dfrac{-\ln 0.75}{k_2}=\dfrac{0.28768}{1.6949\times 10^{-3}}=169.73$

소수점 이하를 버리므로 보존기한은 169일이다.

일부 교재에는 답이 170일로 실려 있는데, 이는 $k_2$를 $1.69\times 10^{-3}$으로, $-\ln 0.75$를 0.288로 각각 반올림한 뒤 나눈 값(170.4)이다. 중간값을 반올림하지 않고 계산하면 169.73일이 되어, 소수점을 버리라는 조건에 따라 169일이 맞다. 이처럼 지수를 거치는 계산에서는 중간값을 반올림하지 말고 마지막에 한 번만 자리를 맞춰야 한다.

참고로 21 ℃에서라면 $t=0.28768/0.00157=183$일이므로, 4 ℃ 높은 곳에 두는 것만으로 보존기한이 두 주가량 짧아진다.

(1) 2개월마다 1회 이상

(2) 9개월마다 1회 이상

[해설]

자가품질검사는 식품 등을 만드는 영업자가 자기가 제조·가공한 제품이 기준과 규격에 맞는지 스스로 확인하는 검사로, 「식품위생법 시행규칙」 [별표 12] 자가품질검사기준에 대상·주기·항목이 정해져 있다.

· 식품제조·가공업의 빵류는 2개월에 1회 이상 검사한다. 대량으로 만들어 널리 유통되므로 주기가 짧다.

· 즉석판매제조·가공업은 매장에서 만들어 그 자리에서 소비자에게 파는 소규모 영업이라 유통 범위가 좁다. 그래서 크림을 도포한 빵류라도 9개월에 1회 이상으로 주기가 길다.

크림을 바른 빵류는 수분과 영양이 많아 세균이 잘 자라므로, 검사항목으로 허용 외 타르색소·보존료와 함께 황색포도상구균·살모넬라 같은 식중독균이 포함된다.