유지가 산화될 때 생기는 2차 산화생성물인 말론알데하이드(MDA)가 티오바르비투르산(TBA)과 반응해 나타내는 적색의 세기를 흡광도로 재어 산패의 정도를 나타낸 값

[해설]

유지의 자동산화는 1차 생성물인 과산화물(하이드로퍼옥사이드)이 먼저 쌓이고, 이것이 다시 분해되면서 알데하이드·케톤·산 같은 2차 생성물이 나오는 순서로 진행된다. 산패취와 풍미 저하를 실제로 일으키는 것은 2차 생성물이므로, 이 단계를 잡아내는 지표가 필요하다.

TBA가는 2차 생성물 가운데 대표 격인 말론알데하이드를 겨냥한다. 시료를 산성 조건에서 가열하면 말론알데하이드 1분자에 TBA 2분자가 축합해 붉은 색소를 만들고, 이 색의 진하기를 530 nm 부근에서 흡광도로 읽는다. 값이 클수록 산패가 많이 진행된 것이며, 보통 시료 1 kg 당 말론알데하이드의 mg 수로 환산해 표시한다.

과산화물가와 견주어 보면 성격이 분명해진다. 과산화물가는 산패 초기에 올라갔다가 과산화물이 분해되는 후기에는 오히려 떨어지는 반면, TBA가는 후기까지 계속 올라가므로 저장이 오래된 시료의 산패도를 판단하는 데 유리하다. 그래서 두 값을 함께 재는 경우가 많다.

다만 TBA는 말론알데하이드 외의 알데하이드나 당·색소와도 반응해 값이 부풀 수 있어, 「식품의 기준 및 규격」에 시험법으로 올라 있는 지표는 아니다. 공전에 실린 유지의 화학적 시험법은 산가·과산화물가·비누화가·아이오딘가·비비누화물이며, 이 가운데 산패 정도를 보는 것은 산가와 과산화물가다. TBA가는 연구와 자체 품질관리에서 보조 지표로 쓰인다고 이해하면 된다.

① $A_w = \dfrac{P}{P_0}$

② $A_w = X_w = \dfrac{n_w}{n_w + n_s}$

[해설]

수분활성도는 식품에 들어 있는 물이 얼마나 자유롭게 움직일 수 있는가를 순수한 물(1.0)에 견주어 나타낸 값이다. 같은 수분 함량이어도 결합수가 많으면 수분활성도는 낮아지므로, 미생물 증식과 저장성은 수분 함량이 아니라 이 값이 좌우한다.

① 증기압비로 쓰는 식 — 같은 온도에서 식품이 나타내는 수증기압 $P$ 를 순수한 물의 수증기압 $P_0$ 로 나눈 값이다.

$A_w = \dfrac{P}{P_0} = \dfrac{\text{평형상대습도}(\%)}{100}$

밀폐 용기에 식품을 넣고 평형에 이르렀을 때의 상대습도(ERH)를 100으로 나눈 값과 같으므로, 현장에서는 습도 센서로 잰 ERH 를 그대로 환산해 쓴다.

② 몰분율로 쓰는 식 — 묽은 용액에서는 라울의 법칙이 성립하여 증기압비가 곧 용매(물)의 몰분율과 같아진다.

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

물은 1 mol 이 18 g 이므로 수분 함량을 18로 나누면 $n_w$ 가 나오고, 용질은 각 성분의 질량을 그 분자량으로 나눠 더한다. 이때 지질처럼 물에 녹지 않는 성분은 몰수에 넣지 않으며, 소금과 같이 이온으로 해리하는 전해질은 해리된 입자 수만큼 몰수를 곱해 주어야 한다. 그래서 같은 무게를 넣어도 분자량이 작고 해리까지 하는 소금이 설탕보다 수분활성도를 훨씬 크게 낮춘다.

0.02 N 과망간산칼륨용액 1 mL 에 상당하는 칼슘의 양(mg)

$\dfrac{40.08}{2} \times 0.02 = 0.4008\ \mathrm{mg}$

[해설]

이 시험은 칼슘을 직접 적정하는 것이 아니라, 칼슘을 수산칼슘($\mathrm{CaC_2O_4}$)으로 침전시킨 다음 그 침전에 들어 있던 수산이온을 대신 적정하는 간접법이다. 침전 단계에서 $\mathrm{Ca^{2+}} : \mathrm{C_2O_4^{2-}} = 1 : 1$ 이므로, 적정으로 구한 수산의 양이 곧 칼슘의 양이 된다.

① 당량으로 푸는 방법 — 칼슘은 2가 이온이므로 1 g 당량은 $\dfrac{40.08}{2} = 20.04\ \mathrm{g}$, 즉 $20.04\ \mathrm{mg/meq}$ 이다. 0.02 N 용액 1 mL 에 들어 있는 당량수는 0.02 meq 이므로

$20.04\ \mathrm{mg/meq} \times 0.02\ \mathrm{meq} = \mathbf{0.4008\ \mathrm{mg}}$

② 몰비로 확인하는 방법 — 과망간산이온은 산성에서 5전자를 받아 환원되므로 0.02 N 은 $\dfrac{0.02}{5} = 0.004\ \mathrm{M}$ 이다. 1 mL 에 든 $\mathrm{KMnO_4}$ 는 $4 \times 10^{-6}\ \mathrm{mol}$ 이고, 반응식의 계수비 $5 : 2$ 에서 수산은 $4 \times 10^{-6} \times \dfrac{5}{2} = 1 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol}$, 칼슘도 같은 몰수이므로

$1 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol} \times 40.08\ \mathrm{g/mol} = 4.008 \times 10^{-4}\ \mathrm{g} = \mathbf{0.4008\ \mathrm{mg}}$

두 방법의 결과가 같다. 그래서 0.4008 은 적정에 쓰인 표준액 1 mL 가 대응하는 칼슘의 무게(mg), 곧 역가 환산계수다. 실제 소비량을 역가로 보정한 $(b - a) \times F$ 에 이 값을 곱하면 검액 속 칼슘의 mg 수가 나오고, 여기에 희석배수 $V$ 를 곱한 뒤 채취량 $S$ 로 나누고 100을 곱해 백분율 함량으로 환산한다.

공시험값 $a$ 를 빼는 것은 시약과 기구에서 오는 바탕값을 지우기 위한 것으로, 이 항이 빠지면 칼슘 함량이 실제보다 높게 나온다. 일부 교재에는 표준액을 0.002 M, 계수를 0.2004 로 적고 공시험 보정항까지 빠뜨린 판본이 있는데, 0.02 N 을 몰농도로 고치면 0.004 M 이므로 0.002 M 은 여기서 한 번 더 2로 나눈 값이다. 계수를 절반으로 맞춰 식 자체는 아귀가 맞지만 「식품의 기준 및 규격」의 시험법과 어긋나므로, 0.02 N · 0.4008 로 보는 것이 옳다.

(1) 뉴턴 유체

· 성질 — 뉴턴의 점성법칙을 따라 전단응력이 전단속도에 정비례하며, 전단속도가 달라져도 점도가 일정하다

· 식품 — 물, 청량음료

(2) 비뉴턴 유체

· 성질 — 점성법칙을 따르지 않아 전단응력과 전단속도가 비례하지 않고, 가해지는 힘에 따라 겉보기 점도가 달라진다

· 식품 — 케첩, 마요네즈

[해설]

유체에 힘을 주어 흐르게 할 때 층과 층 사이에 걸리는 힘이 전단응력 $\tau$, 속도가 벌어지는 정도가 전단속도 $\dot{\gamma}$ 다. 뉴턴의 점성법칙은 이 둘을 다음과 같이 잇는다.

$\tau = \mu \dot{\gamma} = \mu \dfrac{du}{dy}$

여기서 비례상수 $\mu$ 가 점도다. 뉴턴 유체는 이 관계가 원점을 지나는 직선이어서, 세게 젓든 살살 젓든 점도가 그대로다. 물·알코올·묽은 용액·식용유·맑은 주스·우유·꿀 등 분산질이 작고 단순한 액체가 여기 속한다.

비뉴턴 유체는 그래프가 직선이 아니거나 원점을 지나지 않는다. 고분자·입자·유화 입자가 들어 있어 힘을 받으면 구조가 정렬되거나 무너지기 때문이다. 흐름 곡선의 모양에 따라 다음과 같이 나뉜다.

케첩이 병을 기울여도 나오지 않다가 흔들면 쏟아지는 것이 항복응력 때문이고, 이런 성질이 있어야 소스가 음식 위에 얹혀 흘러내리지 않는다. 제품 설계에서 점도를 하나의 값으로 말할 수 없고 전단속도를 함께 밝혀야 하는 이유도 여기에 있다.

(1) ① 단백질이 지나치게 열변성되어 응고성이 떨어지고 두부 수율이 감소한다

② 지방이 산화되어 풍미가 나빠지고 조직이 단단해진다

(2) ① 트립신 저해제가 남아 단백질 소화·흡수율이 떨어진다

② 콩비린내가 그대로 남는다

[해설]

두미를 끓이는 이유는 하나가 아니다. ㉠ 단백질을 알맞게 변성시켜 응고제와 잘 반응하게 하고, ㉡ 트립신 저해제·헤마글루티닌 같은 항영양인자를 파괴하며, ㉢ 콩비린내를 만드는 리폭시게나아제를 실활시키고, ㉣ 오염 미생물을 죽이는 네 가지를 한 번에 해결한다. 100 ℃ 에서 10~15분이라는 조건은 이 네 가지가 모두 충족되는 최소 구간이다.

과열·장시간 쪽 — 단백질이 필요 이상으로 변성되면 응고 구조가 거칠어져 순두부가 잘 뭉치지 않고, 비지로 빠지는 고형분이 늘어 수율이 떨어진다. 동시에 콩기름의 불포화지방산이 산화되어 산패취가 나고 조직이 뻣뻣해진다. 눌어붙어 탄내가 배는 것도 이 구간의 문제다.

가열 부족 쪽 — 트립신 저해제는 열에 비교적 강해 충분히 끓이지 않으면 남아 단백질 소화율을 떨어뜨리고, 리폭시게나아제가 살아 있으면 불포화지방산을 산화시켜 헥사날 등 콩비린내 성분을 계속 만들어 낸다. 여기에 더해 살균이 불완전하여 미생물이 남고 제품의 보존성이 나빠지는데, 발문이 2가지를 요구하므로 답안에는 대표적인 두 가지만 적으면 된다.

두미 가열은 거품이 많이 일어 열전달이 나빠지므로 실제 공정에서는 소포제를 쓰고, 온도계는 액상부에 꽂아 실제 품온을 확인해야 위 조건이 지켜진다.

① 탈수

② 산도

③ 응고

[해설]

원유의 카제인은 인산칼슘과 함께 카제인 미셀을 이루고, 미셀 표면의 음전하와 수화층 덕분에 우유 속에 안정하게 떠 있다. 이 안정성을 깨뜨리는 조건이 두 가지인데, 하나는 수화층을 빼앗기는 것이고 다른 하나는 표면 전하가 중화되는 것이다.

알코올은 물과 잘 섞이면서 단백질 주위의 물을 끌어가는 탈수제로 작용해 수화층을 벗긴다. 여기에 원유가 오래되어 젖산이 쌓이면 pH 가 내려가 미셀 표면의 음전하가 줄고 등전점에 가까워진다. 두 조건이 겹치면 미셀끼리 반발하지 못하고 뭉쳐 응고(응집)가 눈에 보인다.

즉 신선한 원유는 알코올을 넣어도 맑은 상태를 유지하지만(음성), 산도가 높아진 원유나 초유·유방염유처럼 염류 평형이 깨진 원유는 응고물이 생겨 양성으로 나온다. 현장에서 몇 분 만에 결과가 나오므로 집유장에서 원유를 받아들일지 판정하는 데 쓰인다.

알코올 농도를 높일수록 판정이 예민해지므로 목적에 따라 68~72 % 알코올을 쓴다. 같은 목적의 다른 시험으로는 적정산도 측정, 자비(가열)시험, 메틸렌블루 환원시험, 세균수·체세포수 검사가 있으며, 알코올법은 이 가운데 가장 빠르고 간편한 예비 판정법에 해당한다.

0.024

[해설]

몰분율은 질량의 비가 아니라 몰수의 비이므로, 두 성분의 질량을 각각의 분자량으로 나눠 몰수부터 구한다.

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

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

$X_{\text{포도당}} = \dfrac{n_{\text{포도당}}}{n_{\text{포도당}} + n_{\text{물}}} = \dfrac{0.1111}{0.1111 + 4.4444} = 0.0244$

따라서 포도당의 몰분율은 0.024 이다. 몰분율은 몰수끼리 나눈 값이라 단위가 없다.

질량으로 보면 포도당이 전체의 20 %를 차지하지만 몰분율은 2.4 %에 지나지 않는다. 포도당의 분자량이 물의 10배라 같은 무게라도 분자 수가 훨씬 적기 때문이다.

참고로 이 용액에서 물의 몰분율은 $1 - 0.0244 = 0.9756$ 이고, 묽은 용액에서 수분활성도는 물의 몰분율과 같으므로 $A_w \fallingdotseq 0.98$ 로 추정된다. 수분활성도 계산 문제가 결국 몰분율 계산인 이유가 여기에 있다.

(1) 정의 — 미생물의 생육을 방해하는 인자(허들)를 여러 개 겹쳐 걸어, 미생물이 이를 모두 넘지 못하게 함으로써 식품의 품질을 크게 해치지 않으면서 저장성을 높이는 보존 기술

(2) 장점

① 인자 하나하나의 강도를 낮출 수 있어 물성 변화가 적다

② 색·향·맛 등 관능적 품질의 손실이 적다

③ 영양소 파괴가 적다

(3) 예

① 햄·소시지 — 염지(식염·아질산염) + 훈연 + 가열 + 냉장을 함께 적용

② 치즈 — 젖산발효로 pH 저하 + 식염 첨가로 수분활성도 저하 + 저온 숙성

[해설]

가열 하나만으로 미생물을 잡으려면 온도를 크게 올려야 하고, 그러면 단백질 변성·비타민 파괴·향의 손실이 뒤따른다. 허들 기술(combined technology)은 약한 인자 여럿을 겹쳐 같은 살균·보존 효과를 얻는 발상이다. 미생물은 하나의 스트레스는 항상성으로 버텨 내지만, 서로 다른 스트레스가 동시에 걸리면 이를 복구하는 데 에너지를 다 써 버려 생육하지 못한다.

대표적인 허들은 다음과 같다.

치즈를 예로 보면 pH · 수분활성도 · 저장온도라는 세 허들이 동시에 걸려 있고, 어느 하나도 단독으로는 살균 수준이 아니지만 합쳐지면 병원성 미생물이 자라지 못한다. 발효 소시지, 잼, 절임류, 반건조 과일도 모두 같은 원리로 설명된다.

방사선 조사나 초고압 처리 같은 비가열 살균 기술도 단독으로 쓰기보다 냉장·저 pH·가스치환 포장과 묶어 쓸 때 허들 기술이 된다. 즉 기술의 이름이 아니라 여러 인자를 겹쳐 쓴다는 점이 이 개념의 핵심이다.

① 방습성(수증기 차단성)

② 기체 차단성 — 산소 투과를 막을 것

③ 내한성 — 저온에서 굳거나 깨지지 않고 강도와 유연성을 유지할 것

④ 밀봉성(열접착성)

⑤ 가열수축성 — 수축포장에서 내용물에 밀착될 것

⑥ 위생성 — 무독성이고 유해물질이 옮아가지 않을 것

[해설]

냉동식품의 품질을 떨어뜨리는 요인은 크게 수분의 이동, 산소에 의한 산화, 저온에 의한 포장재 손상 세 가지다. 요구 조건은 모두 이 세 가지를 막기 위한 것이다.

방습성·기체 차단성 — 냉동 저장 중에는 얼음이 직접 수증기로 날아가는 승화가 일어나 표면이 마르고 스펀지처럼 되는 동결화상(freezer burn)이 생긴다. 포장재가 수증기를 통과시키면 이 손실을 막지 못한다. 산소가 들어오면 저온에서도 지방이 산화되어 산패취가 나고, 육색소가 산화되어 갈변한다. 그래서 수분과 기체를 함께 막는 다층 필름(PE/PA, PET/PE 등)을 쓴다.

내한성 — 일반 플라스틱은 유리전이온도 아래로 내려가면 딱딱하게 굳어 취성 파괴가 일어난다. -18 ℃ 이하에서도 유연성과 인장강도를 유지해야 유통 중 충격에 찢어지지 않는다.

밀봉성·가열수축성 — 열접착으로 완전히 밀봉되어야 수분·산소 차단이 의미를 가진다. 수축포장으로 내용물에 밀착시키면 포장 안 공기층이 줄어 서리(내부 결로)와 산화가 함께 줄어든다.

위생성 — 식품과 직접 닿으므로 가소제·단량체 등 유해물질이 옮아가지 않아야 하며, 이는 「식품위생법」의 기구 및 용기·포장 기준으로 관리된다.

이 밖에 인쇄 적성, 투명성, 경제성도 실무에서 함께 따진다. 지면에 따라 위 항목 가운데 4~5가지만 실려 있기도 한데, 어느 것을 골라 써도 위 범주 안에 든다.

① 펙틴(펙틴질)

② 칼슘염(염화칼슘 등, 마그네슘염도 가능)

[해설]

배추와 무의 조직을 지탱하는 것은 세포벽 사이를 붙들고 있는 펙틴질이다. 김치가 익는 동안 효모와 곰팡이, 일부 세균이 펙틴에스터레이스(pectinesterase)와 폴리갈락투로네이스(polygalacturonase)를 내놓는데, 이 효소들이 펙틴의 메틸에스터를 떼어 내고 갈락투론산 사슬을 끊으면 세포끼리 붙어 있던 힘이 사라져 조직이 물러진다. 소금물에 절이는 과정에서 이미 손상된 세포벽은 효소의 공격을 더 쉽게 받는다.

이를 막는 방법이 칼슘염 첨가다. 2가 양이온인 $\mathrm{Ca^{2+}}$ 는 메틸기가 떨어져 나간 펙트산의 카복실기 사이를 다리처럼 이어 펙트산칼슘을 만든다. 이 가교가 생기면 사슬이 끊겨도 조직이 쉽게 풀어지지 않아 아삭한 질감이 유지된다. 마그네슘염도 같은 원리로 쓰이지만 이온 반지름과 결합력 때문에 칼슘 쪽이 효과가 크다.

실무에서는 이 밖에 ㉠ 저온에서 담그고 저온에서 유통하여 효소 활성과 과숙성을 늦추고, ㉡ 소금 농도를 적정 수준으로 유지하며, ㉢ 절임 후 물기를 충분히 빼 초기 미생물 수를 낮추는 방법을 함께 쓴다. 연부가 일어난 김치는 산도만으로는 판별되지 않으므로 조직감으로 확인한다.

(1) 전구물질 : 트리메틸아민옥사이드(TMAO, trimethylamine oxide)

(2) 초기부패 판정 기준 : 4 ~ 6 mg%

[해설]

해수어의 근육에는 삼투압을 조절하기 위한 트리메틸아민옥사이드(TMAO)가 많이 들어 있다. 살아 있는 동안에는 냄새가 없지만, 죽은 뒤 부착 세균이 내는 TMAO 환원효소가 이를 환원시켜 비린내의 주범인 트리메틸아민(TMA)으로 바꾼다.

$\mathrm{(CH_3)_3NO} \;\xrightarrow{\;\text{TMAO reductase}\;}\; \mathrm{(CH_3)_3N} + [\mathrm{O}]$

따라서 TMA 의 양은 곧 세균 작용이 얼마나 진행되었는지를 보여 주는 지표가 되며, 어육 100 g 당 4 ~ 6 mg(= 4~6 mg%)에 이르면 초기부패로 본다. 이 값이 3 mg% 이하이면 신선한 것으로 취급한다.

함께 쓰이는 선도 지표로는 휘발성염기질소(VBN) 30~40 mg%, 어육의 K값, 히스타민 함량 등이 있고, 관능적으로는 아가미 색·안구 상태·근육 탄력을 본다.

주의할 점은 담수어에는 TMAO 가 거의 없어 TMA 로 선도를 판정할 수 없다는 것이다. 담수어는 VBN 이나 K값을 쓴다. 또 기준치의 단위는 시료 100 g 당 mg 을 뜻하는 mg% 이며, 단순히 'mg' 으로 적으면 시료량이 빠져 값의 의미가 성립하지 않는다.

① 경도 — 식품을 일정한 정도로 변형시키는 데 필요한 힘의 크기

② 응집성 — 식품의 형태를 유지시키는 내부 결합력의 크기

③ 탄력성 — 변형된 식품이 힘을 없앴을 때 본래 상태로 되돌아가는 정도

④ 부착성 — 식품 표면이 접촉면(치아·혀·기구)에 붙은 것을 떼어 내는 데 드는 힘

[해설]

텍스처(조직감)의 기계적 특성은 기기나 입안에서 직접 측정되는 1차적 특성과, 1차적 특성이 겹쳐 나타나는 2차적 특성으로 나뉜다.

· 1차적 특성 : 경도, 응집성, 점성, 탄력성, 부착성

· 2차적 특성 : 파쇄성(부서짐성), 씹힘성, 뭉침성(검성)

2차적 특성은 1차적 특성의 조합이다. 파쇄성은 경도가 크면서 응집성이 작을 때, 씹힘성은 경도·응집성·탄력성이 함께 작용할 때, 뭉침성은 반고체에서 경도와 응집성이 함께 작용할 때 느껴진다. 특히 응집성은 사람이 직접 감지하기 어려워 대개 이들 2차적 특성의 형태로 표현된다.

이 밖에 입자의 크기·모양에서 오는 기하학적 특성(모래 같은, 결이 있는 등)과 수분·지방 함량에서 오는 기타 특성(촉촉함, 기름짐)이 텍스처를 이룬다.

기기 측정에서는 시료를 두 번 압축하는 텍스처 프로파일 분석(TPA)으로 위 항목을 한 번에 얻는다. 1차 압축의 최고 힘이 경도, 두 압축의 면적비가 응집성, 두 번째 압축에서 시료가 회복된 높이의 비가 탄력성, 압축봉을 뗄 때 잡아당기는 쪽 면적이 부착성에 대응한다.