2016년 식품안전기사실기(필답형) 3회차

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

[해설]

TBA가는 유지가 자동산화될 때 생기는 2차 산화생성물의 양으로 산패 정도를 나타내는 지표다.

과산화물이 분해되며 생긴 말론알데하이드(MDA)를 산성에서 가열하면 티오바르비투르산(TBA)과 축합해 적색 색소가 된다. 이 색의 세기를 약 530 nm에서 흡광도로 읽으며, 값이 클수록 산패가 많이 진행된 것이다.

혼동 주의: 과산화물가는 1차 생성물을 재므로 산패 초기에 올랐다가 후기에는 떨어지지만, TBA가는 후기까지 계속 오른다.

① $A_w = \dfrac{P}{P_0}$

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

[해설]

수분활성도는 식품 속 물이 얼마나 자유로운지를 순수한 물(1.0)에 견준 값이다. 증기압의 비나 물의 몰분율로 정의한다.

증기압비 식은 같은 온도에서 식품의 수증기압 P를 순수한 물의 수증기압 P₀로 나눈 값이며, 평형상대습도(%)를 100으로 나눈 값과 같다.
$A_w = \dfrac{P}{P_0}$

몰분율 식은 라울의 법칙에 따라 증기압비가 물의 몰분율과 같아진다는 데서 나온다.
$A_w = X_w = \dfrac{n_w}{n_w + n_s}$ ($n_w$: 물의 몰수, $n_s$: 용질의 몰수)

혼동 주의: 몰수를 셀 때 물에 녹지 않는 지질은 빼고, 소금처럼 이온으로 해리하는 전해질은 입자 수만큼 곱한다.

0.02 N 과망간산칼륨용액 1 mL 에 상당하는 칼슘의 양(mg)

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

[해설]

칼슘을 수산칼슘(CaC₂O₄)으로 침전시킨 뒤 수산이온을 대신 적정하는 간접법이다. 그래서 0.4008은 0.02 N 과망간산칼륨용액 1 mL에 상당하는 칼슘의 양(mg)이다.

칼슘은 2가 이온이므로 1 당량 = 원자량 ÷ 2이다.
1 mL 상당량 = (40.08 ÷ 2) mg/meq × 0.02 meq
= 20.04 × 0.02
= 0.4008 mg

이 값에 역가로 보정한 소비량 (b − a) × F를 곱하면 검액 속 칼슘의 mg 수가 나온다. 공시험값 a를 빼는 것은 시약과 기구에서 오는 바탕값을 지우기 위해서다.

(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 가열하면 단백질이 응고에 알맞게 변성되고, 트립신 저해제와 리폭시게나아제가 파괴된다. 그래서 가열 조건이 적정 범위를 넘치든 모자라든 품질 문제가 생긴다.

• 과열·장시간 — 단백질이 지나치게 열변성돼 응고성이 떨어지고 두부 수율이 줄어든다.
• 과열·장시간 — 콩기름의 불포화지방산이 산화돼 풍미가 나빠지고 조직이 단단해진다.
• 가열 부족 — 열에 비교적 강한 트립신 저해제가 남아 단백질 소화·흡수율이 떨어진다.
• 가열 부족 — 비린내 성분을 만드는 효소 리폭시게나아제가 살아 있어 콩비린내가 그대로 남는다.

외우는 요령: 넘치면 단백질과 지방이 상하고, 모자라면 콩 속 저해제와 효소가 살아남는다.

① 탈수

② 산도

③ 응고

[해설]

원유의 카제인 미셀은 수화층과 표면 음전하 덕분에 안정하게 분산되어 있다. 알코올법은 이 안정성이 깨지는지를 보는 신선도 예비시험이다.

• 탈수 — 알코올이 단백질 주위의 물을 끌어가 수화층을 벗긴다.
• 산도 — 오래된 원유는 젖산이 쌓여 산도가 높아지고, 미셀 표면의 음전하가 줄어든다.
• 응고 — 두 조건이 겹치면 미셀끼리 뭉쳐 응고물이 보이고 양성으로 판정한다.

신선한 원유는 알코올을 섞어도 응고하지 않는다(음성). 몇 분이면 결과가 나와 집유장에서 원유를 받을지 판정하는 데 쓴다.

0.024

[해설]

몰분율은 질량비가 아니라 몰수의 비이므로, 각 성분의 질량을 분자량으로 나눠 몰수부터 구한다.

X_포도당 = n_포도당 ÷ (n_포도당 + n_물)
n_포도당 = 20 ÷ 180 = 0.1111 mol, n_물 = 80 ÷ 18 = 4.4444 mol
X_포도당 = 0.1111 ÷ (0.1111 + 4.4444) ≈ 0.024

혼동 주의: 질량으로는 포도당이 20 %이지만 몰분율은 약 2.4 %에 그친다. 몰분율은 몰수끼리 나눈 값이라 단위가 없다.

(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]

냉동식품은 저장 중에 동결화상(얼음이 승화해 표면이 마르는 현상), 산화, 저온에서 포장재가 약해지는 문제를 겪는다. 포장재 요건은 모두 이 문제들을 막기 위한 것이다.

• 방습성 — 수증기를 막아 얼음 승화로 생기는 건조와 동결화상을 줄인다.
• 기체 차단성 — 산소 투과를 막아 지방 산패와 육색소 갈변을 억제한다.
• 내한성 — -18 ℃ 이하에서도 굳거나 깨지지 않고 강도와 유연성을 유지해야 한다.
• 밀봉성(열접착성) — 열로 완전히 밀봉돼야 방습성과 기체 차단성이 제 역할을 한다.
• 가열수축성 — 수축포장으로 내용물에 밀착시켜 포장 안 공기층과 서리를 줄인다.
• 위생성 — 무독성이어야 하고, 가소제나 단량체 같은 유해물질이 식품으로 옮아가지 않아야 한다.

실무에서는 수분과 산소를 함께 막기 위해 PE/PA, PET/PE 같은 다층 필름을 주로 쓴다.

① 펙틴(펙틴질)

② 칼슘염(염화칼슘 등, 마그네슘염도 가능)

[해설]

김치가 물러지는 연부현상은 세포끼리 붙여 주는 펙틴이 미생물 효소(펙틴에스터레이스·폴리갈락투로네이스)에 분해되어 생긴다.

펙틴은 식물 세포벽 사이에서 접착제 구실을 하는 다당류라, 이것이 끊기면 조직이 흐물흐물해진다. 칼슘염을 넣으면 Ca²⁺가 펙틴 사슬 사이를 다리처럼 이어 펙트산칼슘을 만들고 조직을 단단히 붙든다.

마그네슘염도 같은 2가 양이온이라 비슷하게 작용하지만 효과는 칼슘 쪽이 더 크다.

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

(2) 초기부패 판정 기준 : 4 ~ 6 mg%

[해설]

해수어 근육에는 삼투압을 조절하는 트리메틸아민옥사이드(TMAO)가 많고, 물고기가 죽은 뒤 세균의 환원효소가 이를 비린내 성분인 TMA로 바꾼다.

(CH₃)₃NO → (CH₃)₃N

그래서 TMA의 양으로 세균 작용이 얼마나 진행됐는지 알 수 있다. 어육 100 g당 4 ~ 6 mg(4 ~ 6 mg%)에 이르면 초기부패로 판정한다.

혼동 주의: 담수어에는 TMAO가 거의 없어 TMA로는 선도를 판정할 수 없다. 휘발성염기질소(VBN) 30 ~ 40 mg%는 다른 지표의 기준이다.

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]

텍스처의 1차적 특성은 기기나 입안에서 직접 측정되는 기본적인 기계적 성질이다.

• 경도 — 식품을 눌러 일정하게 변형시키는 데 드는 힘으로, 단단하거나 무른 정도를 나타낸다.
• 응집성 — 식품 내부의 결합력으로, 형태가 부서지지 않고 유지되는 정도다.
• 탄력성 — 누르던 힘을 없앴을 때 원래 모양으로 되돌아오는 정도다.
• 부착성 — 치아·혀·기구에 달라붙은 식품을 떼어 내는 데 드는 힘이다.

혼동 주의: 파쇄성·씹힘성·검성은 1차적 특성이 조합된 2차적 특성이다. 기기 측정(TPA)에서는 첫 압축의 최대 힘이 경도, 두 번 압축한 면적의 비가 응집성에 해당한다.