① 국제식품규격위원회(CAC)

② FAO/WHO 합동식품첨가물전문가위원회(JECFA)

[해설]

국제 식품규격인 Codex는 과학적 평가와 규격 채택이라는 두 축으로 만들어지며, 그 각각을 맡는 기구가 따로 있다.

· 국제식품규격위원회(CAC, Codex Alimentarius Commission) — 국제연합식량농업기구(FAO)와 세계보건기구(WHO)가 공동으로 세운 정부 간 기구로, 소비자 건강 보호와 공정한 식품 교역을 목적으로 Codex 규격을 심의·채택한다. 식품첨가물 분야는 산하 식품첨가물분과위원회(CCFA)가 다루며, 여기서 첨가물의 사용 대상 식품과 사용량 기준을 정리해 총회에 올린다.

· FAO/WHO 합동식품첨가물전문가위원회(JECFA) — 각국 전문가로 이루어진 과학적 자문 기구로, 식품첨가물의 독성자료를 검토해 일일섭취허용량(ADI)과 규격을 설정한다. CAC는 이 평가 결과를 근거로 규격을 정하므로, JECFA가 안전성을 판단하고 CAC가 규격을 확정하는 분업 관계다.

Codex 규격은 그 자체로 각국을 구속하지는 않지만 WTO 위생·식물위생 협정(SPS)에서 국제 기준으로 인정되어, 사실상 무역 분쟁의 판단 잣대가 된다. 우리나라의 식품첨가물 기준도 JECFA 평가와 Codex 규격을 참고해 정해진다.

(1) 511.11 g

(2) 666.67 g

[해설]

반응식의 계수가 곧 몰비다. 포도당 1몰에서 에탄올 2몰이 생기고, 그 에탄올이 산화되어 초산 2몰이 되므로 포도당 : 에탄올 : 초산 = 1 : 2 : 2다. 분자량은 포도당 180, 에탄올 46, 초산 60이므로 무게비로 바꾸면 $180 : 92 : 120$이 된다.

① 에탄올

$180 : (2\times 46) = 1{,}000\ \mathrm{g} : x \;\Rightarrow\; x=\dfrac{1{,}000\times 92}{180}=\mathbf{511.11\ \mathrm{g}}$

② 초산

$180 : (2\times 60) = 1{,}000\ \mathrm{g} : y \;\Rightarrow\; y=\dfrac{1{,}000\times 120}{180}=\mathbf{666.67\ \mathrm{g}}$

초산은 에탄올을 거쳐 나오므로 앞에서 구한 에탄올 511.11 g을 다시 $46 : 60$으로 환산해도 같은 값이 나온다.

$511.11\times\dfrac{60}{46}=666.67\ \mathrm{g}$

발문에 주어진 3,000 L와 반응열(56 kcal, 114 kcal)은 이 계산에 쓰이지 않는다. 묻는 것이 포도당 1 kg당 이론 수율이기 때문이며, 반응열은 발효조의 냉각 부하를 따질 때 필요한 값이다. 또 여기서 구한 값은 반응이 100 % 진행됐다고 가정한 이론값이므로, 실제 발효에서는 균체 증식과 부산물 생성 때문에 이보다 적게 얻어진다.

(1) 병류식 — 열풍과 액적이 같은 방향으로 흐르며 접촉하는 방식

(2) 향류식 — 열풍과 액적이 서로 반대 방향으로 흐르며 접촉하는 방식

[해설]

분무건조는 액체를 안개처럼 흩뿌려 표면적을 키운 뒤 열풍으로 순식간에 말리는 방법이다. 이때 가장 뜨거운 열풍이 어느 단계의 액적과 만나는가가 두 방식을 가른다.

· 병류식에서는 갓 분무되어 수분이 가장 많은 액적이 최고온의 열풍과 만난다. 증발잠열이 열을 그대로 빼앗아 가므로 입자 온도는 크게 오르지 않아 열에 약한 제품에 안전하다. 반면 배출되는 공기 온도가 낮아 그만큼 열을 덜 쓰고 나가는 셈이어서 건조효율(열효율)은 떨어지고, 다 마른 제품은 식은 공기와 만나 배출된다.

· 향류식에서는 거의 다 마른 입자가 최고온의 열풍과 만난다. 마지막까지 강한 온도차가 유지되므로 건조효율이 높고 수분을 더 낮게 뽑을 수 있으나, 제품이 고온에 노출되어 열변성·착색·향기 손실의 위험이 커진다. 초기(분무 직후) 건조속도는 병류식보다 느리다.

그래서 분유나 인스턴트커피처럼 향과 영양이 중요한 제품은 대부분 병류식으로 만든다.

· 뜻 — 이미 먹어 온 기존 식품을 기준으로 삼아 유전자변형식품을 나란히 비교하여 의미 있는 차이가 없으면 기존 식품과 같은 수준으로 안전하다고 판단하는 국제식품규격위원회(Codex)의 안전성 심사 원칙

· 비교·평가 요인 : ① 삽입된 유전자와 그 발현 산물의 특성 및 성분 조성 ② 독성 ③ 알레르기 유발성

[해설]

어떤 식품도 '절대적으로 안전하다'고 증명할 수는 없다. 더구나 유전자변형식품은 먹어 본 이력이 없어 절대 평가가 불가능하다. 그래서 국제식품규격위원회(Codex Alimentarius Commission)가 채택한 것이 비교 평가 원칙, 곧 실질적 동등성이다. 오랫동안 안전하게 먹어 온 대응 기존 식품(comparator)을 기준선으로 두고, 유전자를 넣어 달라진 부분만 집중해 따진다.

① 삽입 유전자와 발현 산물의 특성·성분 조성 — 어떤 유전자를 어디서 가져와 어떻게 넣었는지, 무슨 단백질을 새로 만드는지, 주요 영양성분과 항영양인자·고유 독성물질의 조성이 기존 품종의 범위 안에 있는지를 본다.

② 독성 — 새로 발현된 단백질이나 대사산물이 알려진 독소와 구조가 닮았는지, 동물시험에서 이상이 나타나는지를 확인한다.

③ 알레르기 유발성 — 알려진 알레르겐과 아미노산 서열이 비슷한지, 소화액에서 분해되는지, 열과 산에 견디는지를 본다.

비교 결과 차이가 없으면 기존 식품과 같은 수준으로 안전하다고 보고, 차이가 드러난 항목이 있으면 그 부분만 따로 독성시험 등을 거쳐 확인한다. 자료에 따라서는 영양성(섭취 시 영양적 가치와 체내 대사의 변화)을 따로 세워 네 가지로 적기도 하는데, 항목을 어떻게 묶느냐의 차이일 뿐 검토 내용은 같다. 요구가 3가지이면 위와 같이 묶어 답하면 된다.

우리나라도 유럽연합·일본과 마찬가지로 이 원칙에 따라 안전성 심사를 한다. 예전에는 유전자재조합식품·유전자조작식품 등으로 불렸으나 현재 법령 용어는 유전자변형식품으로 일원화되어 있다.

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.

설탕 > 포도당 > 소금

[해설]

수분활성도는 용액 속 물의 몰분율로 근사되므로(라울의 법칙), 같은 무게를 녹였을 때 용질의 몰수가 많을수록 낮아진다.

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

여기서 $n_w$는 물의 몰수, $n_s$는 용질의 몰수다. 무게가 같다면 분자량이 작은 용질일수록 몰수가 많아져 수분활성도를 더 크게 끌어내린다. 분자량은 설탕 342, 포도당 180, 소금 58.5로 설탕이 가장 크고 소금이 가장 작다. 게다가 소금은 물에 녹으면 $Na^+$와 $Cl^-$로 해리되어 입자 수가 2배가 되므로 내리는 폭이 특히 크다.

용액 100 g(용질 20 g + 물 80 g) 기준으로 실제 계산해 보면 다음과 같다.

같은 20 %인데도 수분활성도는 이만큼 벌어진다. 설탕보다 소금이 훨씬 적은 양으로도 미생물을 억제하는 이유, 소금에 절이는 염장이 설탕에 절이는 당장보다 효율적인 이유가 여기에 있다.

① 카제인

② 유당(젖당)

[해설]

단백질은 자기 등전점에서 순전하가 0이 되어 분자끼리 밀어내는 힘을 잃고 뭉쳐 가라앉는다. 우유 단백질의 약 80 %를 차지하는 카제인은 등전점이 pH 4.6이라, 젖산발효로 산이 쌓이거나 산을 직접 넣어 그 pH에 이르면 응고한다. 요구르트가 굳는 것, 코티지치즈를 산으로 만드는 것이 모두 이 원리다.

이때 응고되지 않고 남는 나머지 약 20 %가 유청단백질이며, β-락토글로불린과 α-락트알부민이 주성분이다. 유청단백질은 산에는 잘 견디지만 열에는 약해 가열하면 변성·응고한다는 점에서 카제인과 반대다(카제인은 100 ℃ 가열에도 잘 견딘다). 참고로 치즈 제조에 쓰이는 레닛(키모신) 응고는 등전점 침전이 아니라 κ-카제인을 효소로 잘라 미셀을 무너뜨리는 방식이다.

탄수화물은 소·사람 할 것 없이 젖에만 들어 있는 이당류 유당이 사실상 전부이며, 우유에 약 4.5~5 % 들어 있다. 유당은 포도당과 갈락토스가 결합한 것으로, 락테이스가 부족하면 분해되지 못해 유당불내증을 일으킨다.

카제인이 가라앉는 pH를 4.5로 적어 놓은 자료가 있으나, 카제인의 등전점은 pH 4.6이 표준값이다.

(1) 조지방 10 % 이상 80 % 미만

(2) 산도조절제

(3) 식품첨가물 2종 이상을 섞은 것, 또는 식품첨가물 1종이나 2종 이상을 섞은 것에 희석제를 섞거나 희석한 것

(4) 용도 — 감미료 / 맛 — 단맛

[해설]

표시사항 판독형 문항으로, 근거는 「식품의 기준 및 규격」(식품공전)과 「식품첨가물의 기준 및 규격」(식품첨가물공전)에 나뉘어 있다. (1)은 식품공전의 식품유형별 규격에서, (2)~(4)는 식품첨가물공전에서 확인한다.

(1) 저지방마가린 — 마가린류는 식용유지에 물과 식품, 식품첨가물을 섞어 유화시킨 것으로, 조지방 함량으로 유형을 가른다. 마가린은 조지방 80 % 이상, 저지방마가린은 조지방 10 % 이상 80 % 미만이다. 즉 '저지방'은 지방을 뺐다는 뜻이 아니라 일반 마가린보다 유지 비율이 낮은 유형이라는 규격상의 구분이다.

(2) 주석산칼륨 — 포도에 들어 있는 유기산인 주석산(타르타르산)의 칼륨염으로, 식품의 pH를 원하는 범위로 맞추거나 유지하는 산도조절제로 쓰인다. 잼에서는 펙틴이 젤을 이루려면 산성 조건이 필요한데, 그 pH를 맞추고 완충 작용을 해 젤화를 안정시킨다.

(3) 혼합제제 — 첨가물을 그대로 쓰기 어려울 때 다루기 쉽도록 미리 섞어 만든 제품을 말한다. 식품첨가물을 두 종류 이상 섞은 것이거나, 한 종류 또는 두 종류 이상 섞은 것을 희석제와 섞거나 희석한 것이 여기에 든다. 원재료명에 '혼합제제'라고만 적히는 것이 아니라 그 안에 든 첨가물의 명칭과 용도를 함께 표시해야 한다.

(4) D-소비톨 — 포도당을 환원해 얻는 당알코올계 감미료로 단맛을 낸다. 설탕의 절반 남짓한 감미도를 내면서 녹을 때 열을 흡수해 시원한 청량감이 있고, 습기를 잡아 두는 성질이 있어 빵·과자가 마르지 않게 하는 습윤제로도 쓰인다. 충치균이 이용하지 못하고 혈당을 급히 올리지 않는다는 점도 자주 이용되며, 다만 많이 먹으면 장에서 삼투압을 높여 설사를 일으킬 수 있다.

(1) 겉면 온도가 지나치게 높아 불균일하게 마르면, 속의 수분이 표면까지 이동해 오기도 전에 겉이 먼저 말라 굳은 피막이 생기기 때문

(2) 피막이 수분의 통로를 막아 건조속도가 크게 떨어지고 속은 덜 마른 채 남지만, 향기·영양성분의 손실은 오히려 줄어든다

(3) 수용성 당이나 단백질이 많이 든 식품

[해설]

건조는 ① 표면에서 수분이 증발하는 과정과 ② 속의 수분이 표면으로 확산해 오는 과정이 맞물려 돌아가야 고르게 진행된다. 열풍 온도가 너무 높거나 재료가 두꺼워 ①이 ②보다 훨씬 빨라지면, 표면의 용질이 농축되면서 딱딱한 막을 이루고 이후 수분이 빠져나갈 길이 막힌다. 이것이 표면경화다.

결과는 양면으로 갈린다.

· 불리한 면 — 막이 수분 확산을 방해하므로 건조속도가 떨어지고 건조시간이 길어진다. 겉만 마르고 속에 수분이 남아 저장 중 곰팡이가 피거나 변질되기 쉽다.

· 유리한 면 — 막이 물 분자 정도만 통과시키는 셈이어서, 휘발성 향기성분과 영양성분이 밖으로 달아나는 것을 막아 준다. 분무건조로 향료를 캡슐화할 때는 이 성질을 오히려 이용한다.

수용성 당이나 단백질이 많은 식품에서 잘 생기는 것은, 이들이 표면에 농축되면서 굳어 막이 되기 때문이다. 과일·과즙, 육류, 어육 등이 여기에 해당한다.

막기 위해서는 초기 건조를 세게 몰아붙이지 말아야 한다. 처음에는 낮은 온도와 높은 습도로 시작해 속의 수분 확산에 맞춰 서서히 온도를 올리고, 재료를 얇게 썰거나 송풍속도를 조절해 표면 증발이 앞서 나가지 않게 한다.

(1) 75 %

(2) 58.8 %

[해설]

두 값은 기준으로 삼는 무게가 서로 다르다. 절임수율은 절임조에 실제로 들어간 손질 후 배추가 기준이고, 수득률은 손질하기 전 원료 배추 20 kg이 기준이며 절임배추에 배어든 소금은 배추가 아니므로 빼고 센다. 이 구분을 놓치면 두 값이 뒤섞인다.

① 손질 후(절임에 투입된) 배추량 — 폐기율 20 %이므로 가식부는 80 %다.

$20\ \mathrm{kg}\times(1-0.20)=16\ \mathrm{kg}$

② 절임수율

$\dfrac{12\ \mathrm{kg}}{16\ \mathrm{kg}}\times 100=\mathbf{75\ \%}$

③ 절임배추 12 kg 중 순수 배추량 — 소금이 2 %이므로 나머지 98 %가 배추다.

$12\ \mathrm{kg}\times(1-0.02)=11.76\ \mathrm{kg}$

④ 수득률

$\dfrac{11.76\ \mathrm{kg}}{20\ \mathrm{kg}}\times 100=\mathbf{58.8\ \%}$

정리하면 다듬는 단계에서 20 %가 빠지고(20 → 16 kg), 절이고 씻고 탈수하는 사이에 다시 25 %가 빠져(16 → 12 kg), 여기서 소금 몫까지 덜어 내면 처음 20 kg 가운데 11.76 kg만 배추로 남는다.

(1) 특성 — 글루텐이 없어 반죽이 점탄성과 가스 보유력을 갖지 못한다. 호화된 전분끼리의 결합에만 기대야 하므로 부피가 잘 부풀지 않고 조직이 거칠며 식감과 품질이 밀가루빵보다 떨어지고, 결합력을 보완하려고 여러 식품첨가물을 쓰게 된다.

(2) 원인 성분 — 아밀로스(amylose)와 아밀로펙틴(amylopectin)

[해설]

빵이 부풀어 그 상태로 굳는 것은 밀가루 단백질인 글리아딘과 글루테닌이 물과 반죽을 만나 만들어 내는 글루텐 덕분이다. 글리아딘이 점성(늘어나는 성질)을, 글루테닌이 탄성(되돌아가는 성질)을 맡아, 둘이 이룬 그물 구조가 효모가 내놓은 이산화탄소를 가두어 반죽을 부풀리고 구울 때 그 형태를 붙잡아 둔다.

전분에는 이 그물을 만들 단백질이 없다. 전분을 이루는 것은 포도당이 $\alpha$-1,4 결합으로 곧게 이어진 아밀로스와, 여기에 $\alpha$-1,6 결합의 가지가 붙은 아밀로펙틴뿐이다. 이들은 물과 열을 받아 호화되면서 서로 엉겨 점성을 내지만, 그 결합은 글루텐 같은 탄성 그물이 아니라 가스를 가두지 못하는 풀 상태에 가깝다. 그래서 반죽이 퍼지고, 구워도 부피가 작으며, 속이 푸석하거나 떡처럼 질겨진다. 게다가 아밀로스가 식으면서 다시 규칙적으로 배열되는 노화(retrogradation)가 빨라 금세 딱딱해진다.

그래서 전분이나 쌀가루로 빵을 만들 때는 부족한 결합력을 메우려고 검류(잔탄검·구아검 등)나 유화제 같은 첨가물을 여럿 넣게 되며, 밀가루빵과 같은 조직을 얻기는 어렵다. 글루텐 알레르기·셀리악병 때문에 개발된 글루텐프리 제품이 안고 있는 과제가 바로 이것이다.