① 가열 온도

② pH

③ 수분(수분활성도)

[해설]

같은 균이라도 무엇에 담겨 어떤 조건에서 가열되느냐에 따라 죽는 속도가 크게 달라진다. 살균 조건을 정할 때 D값과 Z값을 식품마다 따로 잡아야 하는 까닭이다.

· 가열 온도 — 온도가 높을수록 사멸 속도가 빨라져 D값이 작아진다. 온도를 10 ℃ 올릴 때 사멸 속도가 얼마나 빨라지는지를 나타낸 것이 Z값이다.

· pH — 중성 부근에서 내열성이 가장 크고, 산성으로 갈수록 급격히 약해진다. pH 4.6을 경계로 산성 식품과 저산성 식품의 살균 강도를 달리 잡는 것이 이 성질에 근거한다.

· 수분(수분활성도) — 수분이 많을수록 단백질이 쉽게 변성되어 열에 약해진다. 반대로 분유·향신료처럼 건조한 상태에서는 내열성이 크게 올라가 건열살균에 훨씬 긴 시간이 필요하다.

이 밖에 균의 종류와 생육 단계(포자는 영양세포보다 훨씬 강하다), 균수, 배지·식품의 조성(당·염·지방·단백질은 보호작용을 한다), 배양 온도와 균의 생리 상태도 내열성을 좌우한다. 답으로는 이 가운데 3가지를 들면 된다.

(1) 발생 조건 — 사후강직이 끝나지 않아 ATP가 남아 있는 도체를 0~16 ℃의 저온으로 급속히 냉각할 때 일어나며, 적색근섬유의 비율이 높고 피하지방이 얇은 쇠고기·양고기에서 잘 나타난다.

(2) 영향 — 근섬유가 강하게 수축해 고기가 질겨지고 연도가 크게 떨어지며, 보수력이 낮아져 조리 시 드립 손실이 늘어난다.

[해설]

도축 직후의 근육은 아직 ATP가 남아 수축할 힘이 있다. 이 상태에서 온도를 급하게 떨어뜨리면 근소포체와 미토콘드리아가 칼슘 이온을 붙잡아 두는 능력을 잃어 근형질 안의 칼슘 농도가 올라가고, 남아 있던 ATP와 맞물려 액틴과 미오신이 강하게 결합하면서 근육이 크게 오그라든다. 이것이 저온단축이며, 이렇게 짧아진 근육은 숙성을 거쳐도 잘 연해지지 않는다.

· 왜 쇠고기·양고기인가 — 적색근섬유(적근)는 미토콘드리아와 미오글로빈이 많아 칼슘 조절이 온도에 민감하고, 피하지방이 얇으면 냉기가 근육 속까지 빨리 파고들기 때문이다.

· 돼지고기는 백색근섬유 비율이 높고 피하지방이 두꺼워 단열이 되므로 저온단축은 잘 일어나지 않는다. 대신 16 ℃보다 높은 온도에 오래 두면 강직이 급하게 진행되는 고온단축이 생겨 역시 육질이 나빠진다.

· 막는 방법 — 강직이 어느 정도 진행될 때까지는 10 ℃ 아래로 급하게 내리지 않는 지연 냉각을 하거나, 도체에 전기자극을 주어 해당작용을 앞당겨 ATP를 빨리 소모시킨 뒤 냉각한다.

① 콜레라

② 장티푸스

③ 세균성이질

[해설]

「감염병의 예방 및 관리에 관한 법률」 제2조는 감염병을 제1급부터 제4급까지로 나누어 규정한다. 이 가운데 물이나 식품을 통해 옮는 대표적인 감염병은 제2급감염병에 모여 있으며, 집단발생 우려가 커서 발생 즉시 신고하고 격리가 필요한 질환들이다.

· 제2급 : 콜레라, 장티푸스, 파라티푸스, 세균성이질, 장출혈성대장균감염증, A형간염 — 이 여섯 가지가 이른바 수인성·식품매개감염병의 핵심이다. 오염된 물·어패류·조리식품을 통해 분변-경구 경로로 퍼진다.

· 이 밖에 오염된 물이나 덜 익힌 식품으로 전파되는 E형간염도 제2급감염병으로 지정돼 있고, 오염된 해수나 어패류로 감염되는 비브리오패혈증은 제3급감염병에 든다.

답으로는 이 가운데 3가지를 들면 된다. 예방의 요점은 같다 — 안전한 물의 공급, 조리 종사자의 손 씻기와 건강진단, 어패류의 충분한 가열, 조리기구의 교차오염 차단이다.

① 압축력

② 전단력

③ 충격력

[해설]

분쇄는 고체 원료에 힘을 주어 내부의 균열을 키워 쪼개는 조작이다. 실제 분쇄기는 여러 힘이 함께 걸리지만, 주로 어느 힘을 쓰느냐로 다음과 같이 나눈다.

· 압축력 — 두 면 사이에 끼워 눌러 부순다. 단단하고 큰 원료의 조분쇄에 알맞다. 롤 밀, 조 크러셔가 여기에 든다.

· 전단력 — 서로 어긋나게 문질러 비벼 부순다. 미분쇄에 유리하며 디스크(마찰) 밀, 맷돌형 분쇄기가 해당한다.

· 충격력 — 빠르게 때려 순간적으로 깨뜨린다. 해머 밀, 핀 밀이 대표적이며 곡물 제분에 널리 쓰인다.

교재에 따라서는 칼날로 잘라 내는 절단력을 더해 네 가지로 들기도 한다. 육류나 채소처럼 질기고 수분이 많은 원료를 자르는 사일런트 커터·슬라이서가 절단력을 쓰는 기기다. 다만 이 문항은 3가지를 요구하므로 압축·전단·충격 세 가지를 쓴다.

분쇄에 든 에너지의 대부분은 열로 흩어지므로, 향기 성분이 날아가거나 지방이 산화되지 않도록 냉각하며 분쇄하기도 한다.

(1) 저장법 — CA저장(가스저장) : 저장고 안의 기체 조성과 온·습도를 인위적으로 조절해 호흡과 숙성을 늦추고 신선도를 유지하는 저장법

(2) 기체 조절 — 산소 농도를 낮추고 이산화탄소 농도를 높여 호흡을 억제한다.

(3) 온도 조절 — 저온장해가 생기지 않는 범위에서 되도록 0 ℃에 가깝게 낮춰 호흡을 억제한다.

[해설]

수확한 청과물은 살아 있는 조직이라 저장 중에도 호흡으로 양분을 태우고 열과 이산화탄소를 낸다. 호흡이 빠를수록 노화와 숙성이 앞당겨지므로, 저장의 요령은 호흡을 얼마나 늦출 수 있느냐에 달려 있다. CA저장(controlled atmosphere storage)은 그 조절을 저장고 단위로 하는 방법이다.

· 기체 조성 — 보통의 공기는 질소 약 78 %, 산소 약 21 %, 나머지 1 % 정도다. CA저장고는 여기에서 산소를 3~7 %로 낮추고 이산화탄소를 5~8 %로 높이며, 줄어든 몫은 질소가 채워 85~92 % 수준이 된다. 산소가 모자라면 호흡이 억제되고, 이산화탄소가 많으면 호흡 효소가 저해되며 에틸렌의 작용도 눌린다. 다만 산소를 지나치게 낮추면 혐기호흡으로 넘어가 에탄올과 아세트알데하이드가 쌓여 이취가 생기므로 하한을 지켜야 한다.

· 온도 — 호흡은 온도에 크게 좌우되어 0 ℃보다 10 ℃에서 2~3배 빨라진다. 그래서 어는점 위에서 가능한 한 0 ℃에 가깝게 낮추되, 바나나·고구마처럼 저온에 약한 품목은 저온장해(과피 함몰, 갈변, 후숙 불량)를 피할 수 있는 한계온도 위에서 관리한다. 습도는 증산에 의한 시들음을 막기 위해 85~95 % 정도로 높게 유지한다.

포장 필름의 투과성과 내용물의 호흡만으로 기체 조성이 저절로 잡히게 두는 방식은 MA저장(포장)이라 하여, 기계로 능동적으로 맞추는 CA저장과 구분한다.

(1) 파지가 숙주세균에 감염·증식하면서 균을 녹여, 한천배지 위에 고르게 자란 균막에 생긴 투명한 원형의 용균 자국

(2) 시료를 단계희석해 숙주세균 배양액과 섞어 감염시킨 뒤 연한천에 풀어 한천평판 위에 중첩·배양하고, 생긴 플라크 수에 희석배수를 곱해 원액의 파지 농도(PFU/mL)를 구한다.

[해설]

파지는 세균보다 훨씬 작아 현미경으로 직접 세기 어렵다. 그래서 파지 한 입자가 만들어 낸 눈에 보이는 흔적을 세는 간접 정량법을 쓴다.

한천중첩법(이중한천평판법)의 순서는 다음과 같다.

① 파지 시료를 완충액으로 10배씩 단계희석한다.

② 희석액 일정량을 대수증식기의 숙주세균 배양액과 섞어 잠시 두어 파지를 흡착·감염시킨다.

③ 이 혼합액을 따뜻하게 녹인 묽은 연한천에 붓고 잘 섞은 뒤, 이미 굳혀 둔 기층 한천평판 위에 부어 얇게 중첩시켜 굳힌다.

④ 배양하면 감염되지 않은 숙주세균이 연한천층에서 자라 뿌옇게 균막(lawn)을 이루고, 파지가 들어간 자리에서는 용균이 이웃 세포로 번져 투명한 플라크가 생긴다.

⑤ 플라크가 서로 겹치지 않고 셀 수 있을 만큼 나온 평판을 골라 수를 세고, 접종량과 희석배수로 환산한다.

$\text{파지 농도}(\mathrm{PFU/mL})=\dfrac{\text{플라크 수}\times\text{희석배수}}{\text{접종량}(\mathrm{mL})}$

플라크 하나는 원칙적으로 감염력을 가진 파지 한 입자에서 비롯되므로, 균수를 CFU(집락형성단위)로 나타내듯 파지 농도는 PFU(plaque forming unit, 플라크형성단위)로 나타낸다. 파지의 종류·숙주에 따라 플라크의 크기와 가장자리 모양이 달라 균주 판별(파지형별)에도 이용된다.

드라이아이스에 닿아 검체가 얼면 그 과정에서 미생물의 일부가 죽거나 손상되어, 실제보다 균수가 적게 나오는 등 검사 결과가 달라질 수 있기 때문이다.

[해설]

미생물 검사는 채취한 순간의 균 상태를 그대로 실험실까지 옮겨 오는 것이 전제다. 그래서 식품공전은 미생물 검체를 채취 당시의 온도를 유지한 채 되도록 빨리 운반하도록 하고, 냉장 검체는 얼지 않도록 저온을 유지하되 드라이아이스를 쓸 때에는 검체가 동결되지 않도록 주의하라고 정하고 있다.

· 드라이아이스는 승화 온도가 -78.5 ℃로 대단히 낮아, 포장 안에서 검체와 가까이 놓이면 냉장 상태로 두어야 할 검체를 그대로 얼려 버린다.

· 얼고 녹는 동안 생긴 얼음 결정이 세포막을 찢어 균이 죽거나 손상된다. 특히 Vibrio속, Campylobacter속 같은 그람음성균은 동결에 약해 손실이 크다.

· 그 결과 균수가 실제보다 낮게 측정되어 부적합 검체를 적합으로 잘못 판정할 수 있고, 손상균이 배지에서 자라지 못해 검출 자체가 안 될 수도 있다.

따라서 냉장 상태로 다루어야 하는 미생물 검체는 아이스팩 등으로 얼지 않게 저온만 유지해 운반한다. 처음부터 냉동식품이어서 냉동 상태로 유지해야 하는 검체라면 사정이 달라, 이때는 녹지 않게 하는 것이 중요하다.

근거 : 「식품의 기준 및 규격」(식품공전) 제7. 검체의 채취 및 취급방법 중 검체의 운반 요령

(1) 원리 — 식품을 얼린 뒤 물의 삼중점(0.01 ℃, 0.006 기압)보다 낮은 온도·압력에 두어, 얼음이 물로 녹는 과정을 거치지 않고 곧바로 수증기로 승화하게 하여 수분을 제거한다.

(2) 장점 ① 낮은 온도에서 진행되어 열에 의한 성분 변화가 적고, 가용성분의 이동·수축·표면경화가 일어나지 않는다. ② 다공질 조직이 남아 복원성이 좋고 휘발성 향기성분의 손실이 적다.

(3) 단점 ① 조직이 다공질이어서 부서지기 쉽고 흡습·산화가 빠르다. ② 설비비와 운전비가 비싸고 건조에 걸리는 시간이 길다.

[해설]

물의 상평형도는 가로축을 온도, 세로축을 압력으로 놓고 고체·액체·기체 영역을 가르는 그림이다. 세 영역이 한 점에서 만나는 삼중점(0.01 ℃, 0.006 기압) 아래쪽에는 액체 영역이 아예 없어, 이 압력보다 낮은 곳에서 얼음에 열을 주면 녹지 않고 바로 수증기가 된다. 동결건조는 이 승화 영역을 이용한다.

공정은 ① 식품을 급속 동결해 수분을 얼음으로 만들고 ② 건조실을 감압해 삼중점 아래로 낮춘 뒤 ③ 승화열을 공급하며 얼음을 승화시키고(1차 건조) ④ 마지막에 조직에 결합된 수분을 조금 더 높은 온도에서 없애는(2차 건조) 순서로 진행한다. 얼음의 승화잠열은 융해잠열과 증발잠열을 합한 정도(약 2,835 kJ/kg)로 커서, 열을 대 주지 않으면 건조가 멈춘다. 승화한 수증기는 응축기(콜드 트랩)에서 얼려 붙잡아 진공을 유지한다.

얼음이 있던 자리가 그대로 빈 구멍으로 남기 때문에 모양과 부피가 거의 변하지 않고 물에 넣으면 금방 되살아난다. 인스턴트커피, 건조 채소·육류 블록, 즉석국의 건더기처럼 향과 복원성이 중요한 제품에 쓰는 이유다. 반대로 이 다공질 구조는 공기와 닿는 면적이 넓다는 뜻이라, 완성품은 산소·습기를 막는 포장(진공·질소 충전, 탈산소제)이 반드시 따라야 한다.

$\text{조지방}(\%)=\dfrac{W_1-W_0}{S}\times 100$

$W_0$ : 추출 플라스크의 무게(g), $W_1$ : 조지방을 추출해 건조시킨 뒤 추출 플라스크의 무게(g), $S$ : 검체 채취량(g)

[해설]

속슬렛법은 검체에서 에테르에 녹는 성분을 뽑아낸 뒤 용매를 날려 그 무게를 다는 방법이다. 계산식이 플라스크 무게의 차이로 짜인 이유가 여기에 있다.

① 미리 항량으로 만든 추출 플라스크의 무게를 단다 → $W_0$

② 건조시킨 검체 $S$ g을 원통여과지에 넣어 추출관에 걸고, 에테르를 끓여 응축·환류시키며 몇 시간 동안 반복 추출한다.

③ 추출이 끝나면 에테르를 회수·증발시키고 플라스크를 건조기에서 말려 식힌 뒤 항량이 될 때까지 무게를 단다 → $W_1$

④ 늘어난 무게 $W_1-W_0$ 가 곧 뽑아낸 지방의 양이므로, 검체량으로 나누고 100을 곱해 백분율로 낸다.

이렇게 얻은 값을 순수한 지방이 아니라 '조'지방이라 부르는 것은, 에테르에 함께 녹아 나오는 인지질·색소·왁스·스테롤·지용성 비타민 등이 모두 포함되기 때문이다. 또 우유나 치즈처럼 지방이 단백질과 결합해 있는 검체는 에테르만으로는 잘 빠져나오지 않아 산분해법이나 뢰제-고트리브법 같은 다른 시험법을 쓴다. 추출 전 검체를 충분히 건조해야 하는 것도, 수분이 남아 있으면 에테르의 침투가 방해되어 값이 낮게 나오기 때문이다.

근거 : 「식품의 기준 및 규격」(식품공전) 제8. 일반시험법 중 식품성분시험법의 조지방 — 에테르추출법(일반법)

① 영양소 기능

② 생리활성 기능

③ 질병발생 위험감소 기능

[해설]

건강기능식품은 인체에 유용한 기능성을 가진 원료·성분으로 만든 식품이며, 여기서 말하는 기능성은 「건강기능식품에 관한 법률」이 정의하고 그 인정 범위는 「건강기능식품 기능성 원료 및 기준·규격 인정에 관한 규정」이 세 갈래로 나눈다.

· 영양소 기능 — 비타민·무기질·단백질·식이섬유처럼 이미 영양학적으로 작용이 확립된 성분의 기능이다. "뼈와 치아 형성에 필요"처럼 성장·유지에 관한 표현을 쓴다.

· 생리활성 기능 — 인체의 정상 기능이나 생물학적 활동에 특별한 효과를 주어 건강을 지키거나 개선하는 기능이다. "○○에 도움을 줄 수 있음"처럼 근거 수준에 맞춘 표현을 쓴다.

· 질병발생 위험감소 기능 — 섭취가 질병 발생 위험을 낮춘다는 기능으로, 질병을 직접 언급하는 만큼 가장 높은 수준의 과학적 근거를 요구한다. 그래서 인정 사례가 매우 적다.

세 가지 모두 질병의 치료·예방을 표방하는 것은 아니라는 점에서 의약품의 효능·효과와 구분된다. 이 구분은 기능성 원료를 고시형과 개별인정형으로 관리하는 체계, 표시·광고의 허용 범위와도 그대로 이어진다.

129.83 ℃

[해설]

원통 벽에서는 바깥으로 갈수록 전열 면적이 커지므로 평판처럼 두께를 그대로 쓸 수 없고, 반지름의 비를 로그로 취한 형태의 열저항을 쓴다. 길이 1 m당 열저항은

$R=\dfrac{\ln\left(\dfrac{r_{o}}{r_{i}}\right)}{2\pi k}$

파이프층과 단열재층은 직렬로 놓여 있어 두 층을 지나는 열류량이 서로 같다는 것이 풀이의 열쇠다.

① 반지름 정리 — 안지름 8 cm이므로 $r_1=0.04\ \mathrm{m}$, 여기에 관 두께 2 cm를 더해 $r_2=0.06\ \mathrm{m}$, 다시 단열재 두께 4 cm를 더해 $r_3=0.10\ \mathrm{m}$이다.

② 길이 1 m당 각 층의 열저항

$R_{\text{관}}=\dfrac{\ln(0.06/0.04)}{2\pi\times 17}=0.0038\ \mathrm{^{\circ}C/W}$

$R_{\text{단열재}}=\dfrac{\ln(0.10/0.06)}{2\pi\times 0.035}=2.3229\ \mathrm{^{\circ}C/W}$

③ 전체 온도차 105 ℃를 두 저항의 합으로 나누어 열류량을 구한다.

$q=\dfrac{130-25}{0.0038+2.3229}=\dfrac{105}{2.3267}=45.13\ \mathrm{W/m}$

④ 같은 열류량이 파이프층을 지나므로, 파이프 표면 온도 $t_2$는

$t_2=130-q\,R_{\text{관}}=130-45.13\times 0.0038=\mathbf{129.83\ \mathrm{^{\circ}C}}$

두 층의 열저항을 나란히 보면 단열재가 전체의 99.8 %를 차지하고 금속관은 0.2 %도 되지 않는다. 그래서 온도 강하도 거의 전부 단열재에서 일어나며, 파이프 표면 온도는 내부 온도 130 ℃와 사실상 같다. 계산 결과가 130 ℃에 바짝 붙어 나오는 것이 정상이니 자릿수를 의심할 필요는 없다.

파이프 길이는 주어지지 않았지만 두 층의 저항에 똑같이 들어가 소거되므로, 길이 1 m를 가정해 풀어도 계면 온도는 달라지지 않는다.

① 갈변 방지 — 산화효소를 억제해 색이 검게 변하는 것을 막음

② 미생물·해충의 번식 억제로 저장성 향상

③ 고유의 색택과 향미 유지

[해설]

유황 훈증은 밀폐된 훈증실에서 유황을 태워 생긴 아황산가스(이산화황)를 과일에 쐬는 처리로, 사과·살구·복숭아·건포도처럼 그대로 말리면 쉽게 검어지는 과일의 건조 전 전처리로 쓴다. 아황산가스는 강한 환원성과 표백작용을 지녀 폴리페놀 산화효소를 불활성화시키고 탄닌류의 산화를 막아 준다.

지면의 정답 항목을 합치면 다음과 같으며, 이 가운데 3가지를 쓰면 된다.

· 갈변(변색) 방지 — 효소적 갈변과 비효소적 갈변을 모두 억제

· 미생물 및 병해충 억제 — 살균·살충 효과로 저장 중 부패를 막음

· 색택 유지 — 탄닌 성분의 변화를 막아 과일 고유의 빛깔을 지킴

· 보존성·품질 유지 — 산패와 부패 위험을 낮춤

· 향미 손실 억제 — 비타민 C 등 산화되기 쉬운 성분의 파괴도 함께 줄임

· 건조기간 단축 — 조직의 수분 이동이 쉬워져 생산성이 오름

다만 처리한 아황산은 최종 제품에 잔류한다. 「식품등의 표시기준」은 아황산류를 알레르기 유발물질 표시 대상으로 두고, 최종 제품에 이산화황이 1 kg당 10 mg 이상 남아 있으면 표시하도록 하고 있다. 천식 환자 등 민감한 사람에게 과민반응을 일으킬 수 있어 잔류량 관리가 함께 따라야 한다.