중성의 고순도 물(HPLC 등급)을 흘려 시스템 전체를 충분히 세척한다

[해설]

산성 이동상을 넣은 채 장비를 세워 두면 두 가지 문제가 겹친다. 하나는 부식으로, 낮은 pH의 용액이 펌프 실(seal)과 체크밸브, 스테인리스 유로를 서서히 상하게 한다. 다른 하나는 염의 석출로, 완충염이 유로나 칼럼 프릿에 말라붙어 유로를 막으면 압력이 치솟는다. 그래서 분석이 끝나면 남아 있는 산과 염을 씻어 내는 것이 원칙이다.

세척 요령은 다음과 같다.

① 물 먼저 — 완충액이나 산이 남아 있는 상태에서 유기용매를 바로 흘리면 염이 석출되므로, 반드시 물로 먼저 밀어낸다.

② 충분한 시간 — 0.5 mL/min 정도의 낮은 유속으로 2시간 이상(여유가 있으면 밤새) 흘려 잔류물을 완전히 제거한다.

③ 물의 등급 — 비저항 $18\ \mathrm{M}\Omega\cdot\mathrm{cm}$ 이상의 초순수나 HPLC 등급 물을 쓴다. 수돗물·증류수의 불순물은 오히려 유로를 오염시킨다.

④ 장기간 보관할 때는 물 세척 뒤 미생물 번식을 막기 위해 메탄올이나 아세토니트릴 수용액으로 바꾸어 채워 둔다.

같은 이유로 손상되는 부위를 펌프가 아니라 고압 배관 쪽으로 서술한 교재도 있는데, 산성 이동상의 부식은 펌프 실과 배관 양쪽에 함께 걸치는 문제이므로 어느 쪽으로 읽어도 조치는 같다.

(1) 얇게

(2) 좁게

(3) 길게

[해설]

칼럼의 효율은 이론단수 $N$으로 나타내며, 이론단높이 $H$와 칼럼 길이 $L$ 사이에 $N = \dfrac{L}{H}$ 관계가 있다. 즉 단높이를 낮추거나 길이를 늘리면 효율이 올라간다.

(1) 필름을 얇게 — 고정상 액막이 두꺼우면 시료가 액상 속으로 드나드는 데 시간이 걸려 물질전달 저항이 커지고, 그만큼 피크가 넓게 퍼진다. 얇게 하면 피크가 날카로워져 이론단수가 커진다. 다만 시료 수용력이 줄어 과부하가 생기기 쉬우므로, 휘발성이 큰 저비점 물질이나 시료량이 많을 때는 오히려 두꺼운 막을 쓴다.

(2) 내경을 좁게 — 관이 가늘수록 이동상 흐름의 속도 분포가 고르고 시료가 고정상까지 가는 거리가 짧아 단높이가 낮아진다. 대신 압력이 높아지고 시료 수용력이 작아진다.

(3) 길이를 길게 — 시료가 고정상과 접촉하는 기회가 늘어 이론단수가 비례해 커진다. 다만 이론단수는 길이에 비례하지만 분리도는 $\sqrt{L}$에 비례하므로, 길이를 두 배로 늘려도 분리도는 약 1.4배만 좋아지고 분석시간과 압력은 두 배가 된다. 무작정 늘리는 것이 능사가 아닌 이유다.

정리하면 효율(이론단수)은 얇은 막 · 좁은 내경 · 긴 칼럼에서 높아진다. 반대로 시료 용량과 분석 속도가 필요하면 막을 두껍게, 내경을 넓게, 길이를 짧게 잡는 절충을 한다.

황색 침전(크롬산납)이 생긴다

[해설]

납 이온은 크롬산 이온과 만나면 곧바로 크롬산납을 만들며 가라앉는다.

$\mathrm{Pb^{2+}} + \mathrm{CrO_4^{2-}} \rightarrow \mathrm{PbCrO_4} \downarrow$

크롬산납은 물에 거의 녹지 않는 화합물이라(용해도곱 $K_{sp} \approx 1.8\times10^{-14}$, 포화 농도로 환산하면 $\sqrt{1.8\times10^{-14}} \approx 1.3\times10^{-7}\ \mathrm{mol/L}$ 수준) 납이 조금만 있어도 침전이 눈에 띈다. 게다가 이 침전은 안료로 쓰일 만큼 선명한 황색이어서, 정성시험에서는 ‘가라앉았는가’보다 ‘황색인가’가 판정의 핵심 지표가 된다. 따라서 답안에는 색을 반드시 함께 적어야 한다(일부 교재는 ‘혼탁 또는 침전’으로만 적고 있으나, 색을 빠뜨리면 다른 백색 침전과 구별되지 않아 불완전한 답이 된다).

납의 다른 확인 반응으로는 황화수소를 통과시켰을 때 생기는 흑색 황화납($\mathrm{PbS}$) 침전, 요오드화칼륨을 가했을 때 생기는 황색 요오드화납($\mathrm{PbI_2}$) 침전이 있다.

① 장염비브리오, 병원성 대장균, 살모넬라, 리스테리아 모노사이토제네스 등

② 황색포도상구균, 클로스트리디움 보툴리눔, 바실루스 세레우스 등

③ 노로바이러스, 아데노바이러스, 로타바이러스, A형간염바이러스 등

④ 무스카린(독버섯), 솔라닌(싹튼 감자), 아미그달린(청매) 등

⑤ 테트로도톡신(복어), 삭시톡신(섭조개), 베네루핀(모시조개) 등

⑥ 오크라톡신 A, 아플라톡신, 파툴린 등

⑦ 허용되지 않은 식품첨가물, 기준을 넘긴 농약·동물용의약품 등

⑧ 원료에 남은 잔류농약, 수은·카드뮴 같은 유해성 금속화합물 등

⑨ 아크릴아마이드, 벤조피렌, 3-MCPD, 퓨란 등

⑩ 용기에서 이행된 납·카드뮴 등 중금속, 비스페놀 A, 페놀·포름알데히드 등

[해설]

식중독은 원인이 미생물인가, 자연에 원래 있던 독인가, 사람이 다루는 과정에서 들어온 화학물질인가로 크게 갈린다. 표의 세 대분류가 바로 그 구분이다.

세균성·바이러스성 — 감염형은 균이 장관에서 증식하며 증상을 일으키므로 잠복기가 길고 발열을 동반하는 일이 많다(Salmonella, Vibrio parahaemolyticus, Listeria monocytogenes). 독소형은 식품에서 이미 만들어진 독소를 먹어 발병하므로 잠복기가 짧다(Staphylococcus aureus의 장독소는 내열성이 커서 가열해도 파괴되지 않고, Clostridium botulinum의 신경독소는 치명적이다). 바이러스는 식품에서 증식하지 않고 사람 장관에서만 증식하며, 노로바이러스는 소량으로도 감염되고 겨울철에 많다.

자연독 — 식물성은 감자 발아부의 솔라닌, 독버섯의 무스카린·아마니타톡신이 대표적이고, 동물성은 복어 난소·간의 테트로도톡신, 조개류의 삭시톡신(마비성)·베네루핀이 있다. 곰팡이독은 Aspergillus flavus가 만드는 아플라톡신(발암성), Penicillium속의 파툴린(사과 가공품), 오크라톡신 A 등이다.

유해물질 — 들어온 경로로 나눈다. 고의·오용은 허용되지 않은 첨가물이나 기준을 넘긴 농약·동물용의약품, 비의도적 혼입은 원료 단계의 잔류농약과 중금속, 제조·가공 중 생성은 고온 가열에서 만들어지는 벤조피렌·아크릴아마이드나 산분해간장의 3-MCPD, 기구·용기·포장 유래는 도금·안료에서 나오는 중금속과 합성수지에서 이행되는 비스페놀 A·페놀류가 해당한다.

0.122 m

[해설]

전자파에서 속도, 주파수, 파장 사이에는 다음 관계가 성립한다.

$c = f \times \lambda \quad \Rightarrow \quad \lambda = \dfrac{c}{f}$

대입하기 전에 단위를 맞춘다. 답을 m로 요구했으므로 속도를 m/s로 바꾸고, MHz는 $10^{6}\ \mathrm{Hz}$이므로 주파수도 Hz로 고친다.

$c = 3\times10^{10}\ \mathrm{cm/s} = 3\times10^{8}\ \mathrm{m/s}$

$f = 2{,}450\ \mathrm{MHz} = 2.45\times10^{9}\ \mathrm{Hz}$

$\lambda = \dfrac{3\times10^{8}}{2.45\times10^{9}} = 0.12244\cdots \approx$$0.122\ \mathrm{m}$

cm 단위로 계산하면 12.24 cm가 나오는데, 이는 같은 값을 다른 단위로 적은 것일 뿐이다($12.24\ \mathrm{cm} = 0.1224\ \mathrm{m}$). 발문이 요구한 단위가 m이므로 m로 환산해 답해야 한다.

이 파장은 물 분자가 마이크로파를 흡수해 회전운동을 일으키는 영역으로, 유전가열이 식품 내부에서 곧바로 일어난다. 다만 파장이 약 12 cm이므로 정재파의 마디에서는 가열이 약해져 국부적으로 덜 데워지는 곳이 생기며, 이를 보완하려고 회전판이나 교반날개를 둔다.

(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.

(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 비가열 공정 — 열에 의한 성분 변화가 없다

② 상변화가 없어 소비 에너지가 적다

③ 막의 공경에 따라 원하는 성분만 골라 농축할 수 있다

[해설]

가열농축은 물을 끓여 날리는 방식이라 증발잠열만큼의 열에너지가 반드시 들어가고, 그 열이 식품 성분에 그대로 작용한다. 반면 막분리 농축은 압력을 걸어 물만 막을 통과시키는 상온 공정이므로 열과 상변화가 개입하지 않는다. 이 차이에서 아래 특징들이 파생된다.

① 열손상이 없다 — 단백질 변성, 비타민 파괴, 갈변, 가열취 발생이 일어나지 않는다.

② 휘발성 향기성분이 보존된다 — 가열농축에서는 수증기와 함께 날아가는 향기성분이 막에 걸러져 남는다.

③ 에너지 소비가 적다 — 증발잠열을 공급할 필요가 없고, 응축을 위한 냉각수도 쓰지 않는다.

④ 선택적 분리가 가능하다 — 막의 공경(분획분자량)을 고르면 특정 분자량대의 성분만 농축·제거할 수 있다.

답안에는 이 가운데 3가지를 대표로 적으면 된다. 참고로 막의 공경은 정밀여과 > 한외여과 > 나노여과 > 역삼투 순으로 작아지며, 공경이 작을수록 더 높은 운전압력이 필요하다. 한외여과는 단백질 같은 고분자를 걸러 내는 데, 역삼투는 저분자 용질까지 붙잡아 물만 빼내는 데 쓰인다.

① 식이섬유 ② 단백질 ③ 필수지방산

[해설]

「건강기능식품공전」은 개별 기준 및 규격의 첫머리에 영양성분을 두고 그 종류를 정하고 있다. 여기에 해당하는 것은 크게 비타민, 무기질, 식이섬유, 단백질, 필수지방산이며, 발문이 비타민과 무기질을 뺐으므로 남는 것이 답이 된다.

① 식이섬유 — 소화효소로 분해되지 않는 난소화성 성분으로, 배변 활동과 혈당·혈중 지질 개선에 관여한다.

② 단백질 — 근육·결합조직·효소의 구성 성분이며 체조직의 성장과 유지에 필요하다.

③ 필수지방산 — 체내에서 합성되지 않아 반드시 식품으로 섭취해야 하는 지방산으로, 리놀레산과 알파리놀렌산이 대표적이다.

영양성분은 기능성 원료 가운데 성분과 기능성이 이미 확립되어 공전에 규격이 실려 있는 고시형 원료에 해당한다. 인삼·홍삼 추출물 같은 ‘기능성 원료’와는 구분해서 답해야 한다.

600 mL

[해설]

물만 더할 뿐 소금을 넣거나 빼지 않으므로, 희석 전후로 녹아 있는 소금의 질량은 변하지 않는다. 이 보존 관계 하나로 식이 세워진다.

넣는 물의 양을 $x$ mL라 하면 희석 뒤 전체 양은 $(100+x)$ mL가 된다.

$100 \times 0.35 = (100+x) \times 0.05$

$35 = 5 + 0.05x$

$x = \dfrac{30}{0.05} =$$600\ \mathrm{mL}$

검산하면 희석 뒤 전체 양이 $100+600=700$ mL이고, 소금 35 g이 그 안에 들어 있으므로 $\dfrac{35}{700}\times100=5\ \%$로 조건과 맞는다. 묻는 것이 넣을 물의 양이지 희석 후 전체 부피(700 mL)가 아니라는 점을 놓치지 않아야 한다.

(1) 색소 — 오렌지색: 테아플라빈, 붉은색: 테아루비긴

(2) 효소 — 폴리페놀 산화효소

[해설]

차의 ‘발효’는 미생물이 관여하는 발효가 아니라, 찻잎 자체에 들어 있는 효소가 일으키는 산화 반응이다. 그래서 효소발효 또는 산화라고 부른다.

찻잎을 비비면 세포가 깨지면서 액포에 있던 카테킨류가 세포질의 폴리페놀 산화효소와 만난다. 이 효소가 카테킨을 산화시키면 퀴논이 되고, 퀴논끼리 결합·중합하면서 색소가 만들어진다.

① 테아플라빈 — 중합 초기에 생기는 오렌지색(등황색) 색소로, 홍차 특유의 밝은 수색과 상쾌한 떫은맛을 낸다.

② 테아루비긴 — 산화가 더 진행되어 만들어지는 고분자 붉은색(적갈색) 색소로, 진한 수색과 부드러운 바디감을 만든다.

이 반응을 얼마나 진행시키느냐로 차가 나뉜다. 딴 즉시 덖거나 쪄서 효소를 실활시키면 녹차(비발효차), 일부만 산화시키면 우롱차(반발효차), 충분히 산화시키면 홍차(발효차)가 된다. 녹차에서 열처리를 먼저 하는 이유가 바로 이 효소를 죽여 색소 생성을 막기 위해서다.