(1) 미생물이 새로운 환경에 적응하며 증식을 준비하는 기간으로, 균수는 거의 늘지 않는다.

(2) (사람의) 장내

[해설]

(1) 유도기(lag phase)

미생물을 새 배지에 옮기면 곧바로 분열하지 않는다. 바뀐 영양원과 온도·pH에 맞는 효소와 RNA를 합성하며 대사를 준비하는 동안이 유도기이며, 이 시기에 균수는 거의 변하지 않지만 세포 하나하나의 크기는 커지고 대사 활성은 높아진다. 준비가 끝나면 세대시간이 일정해지는 대수기(대수증식기)로 넘어간다.

유도기의 길이는 접종한 균의 양과 나이(대수기 세포를 접종하면 짧아진다), 앞뒤 배지 조성의 차이, 온도 등에 좌우된다. 식품 보존의 관점에서는 냉장·산도 조절·염장 등으로 유도기를 길게 끌어 주는 것이 곧 유통기간을 늘리는 일이 된다.

(2) 노로바이러스

노로바이러스는 사람의 장(소장 점막 상피세포) 안에서만 증식한다. 숙주 특이성이 강해 인공 배지 배양이나 실험동물 접종으로는 증식시킬 수 없고, 검출은 유전자를 증폭하는 방법에 의존한다. 감염 입자 수가 매우 적어도 발병하고 사람 간 2차 감염이 잘 일어나며, 지질 외피가 없어 소독용 알코올에 잘 듣지 않는다. 겨울철에 특히 많이 발생하지만 계절과 무관하게 나타나는 추세이고, 예방백신이나 치료제는 아직 없다.

20

[해설]

Q₁₀(온도계수)은 온도를 10 ℃ 올렸을 때 반응속도가 몇 배가 되는지를 나타내는 값이다.

$Q_{10} = \dfrac{k_{T+10}}{k_T}$

20 ℃에서 30 ℃로 정확히 10 ℃가 올랐으므로 배수를 한 번만 적용하면 된다.

$2 = \dfrac{k_{30}}{10} \;\Rightarrow\; k_{30} = 2 \times 10 = \mathbf{20}$

온도 차가 10 ℃의 배수가 아닐 때는 $k_2 = k_1 \times Q_{10}^{\frac{T_2 - T_1}{10}}$ 로 일반화해 쓴다. 예를 들어 같은 반응을 20 ℃에서 40 ℃로 올리면 속도는 $2^2 = 4$배가 되어 40이 된다.

식품에서 Q₁₀은 갈변·산패·비타민 파괴 같은 품질 저하 반응의 온도 민감도를 나타내는 지표로 쓰인다. Q₁₀이 클수록 온도 관리가 유통기간을 크게 좌우한다는 뜻이므로, 저온유통의 효과를 가늠하는 근거가 된다.

발문이 반응속도의 단위를 주지 않았으므로 답도 단위 없이 숫자로 적으면 된다.

(1) 분석대상 원소(중금속 종류)의 고려

(2) ① 질산으로 분해한 뒤 ICP-MS로 정량 ② 마이크로웨이브로 분해한 뒤 ICP-OES로 정량 ③ 건식으로 회화한 뒤 ICP로 정량 ④ 용매로 추출한 뒤 AAS로 정량 ⑤ 황산·질산으로 환류시킨 뒤 AAS(환원기화)로 정량

[해설]

중금속 분석은 어떤 식품이냐(매질)와 어떤 원소냐를 먼저 정한 뒤, 그에 맞는 전처리로 시험용액을 만들고 기기로 측정하는 순서로 간다. 지방이 많은 식품과 수분이 많은 식품은 분해 방식이 달라지고, 같은 시료라도 수은처럼 휘발성이 큰 원소는 고온 회화를 피해야 하므로 대상 원소를 고려하는 단계가 전처리 선택에 앞선다.

「식품의 기준 및 규격」(식품공전) 제8. 일반시험법의 식품 중 유해물질 시험법(중금속)에서는 아래와 같이 어떻게 녹여 낼 것인가와 무엇으로 측정할 것인가를 짝지어 방법을 정해 두고 있다.

표에는 여섯 가지 조합이 실려 있으므로 발문이 요구한 5가지는 이 가운데 골라 쓰면 된다. 뒤의 두 조합(환원기화법·금아말감법)은 상온에서도 증기가 되는 수은을 겨냥한 방법이라는 점에서 나머지와 성격이 다르다.

전처리의 큰 갈래는 습식분해(질산·황산 등 산화성 산으로 유기물을 분해)와 건식회화(고온에서 태워 재로 만듦)이며, 마이크로웨이브 분해는 밀폐용기 안에서 가열하므로 휘발 손실과 오염이 적고 분해 시간이 짧다.

(1) LOD(Limit Of Detection, 검출한계) — 주어진 분석법으로 시료 속에 분석대상물질이 있다고 확인·판단할 수 있는 가장 낮은 농도

(2) LOQ(Limit Of Quantitation, 정량한계) — 요구되는 정확도와 정밀도를 만족하면서 분석대상물질의 양을 수치로 매길 수 있는 가장 낮은 농도

[해설]

두 값 모두 '이 분석법으로 어디까지 내려갈 수 있는가'를 나타내는 지표이며, 위해평가와 잔류물질 관리에서 '검출되지 않았다'는 말의 뜻과 기준 적합 여부를 판정하는 근거가 된다.

LOD(검출한계)는 있다·없다를 가리는 한계다. 바탕시료의 잡음보다 뚜렷하게 큰 신호가 나오는 최소 농도로, 흔히 신호 대 잡음비(S/N)가 3 정도인 지점, 또는 바탕시료 반복측정 표준편차의 3배에 해당하는 농도로 정한다. 검출되었다고 해서 그 양이 얼마인지까지 말할 수는 없다.

LOQ(정량한계)는 얼마인지 말할 수 있는 한계다. 보통 S/N이 10 정도, 또는 표준편차의 10배에 해당하는 농도로 잡는다. 정의상 LOQ는 언제나 LOD보다 크다.

주의할 점이 둘 있다. 첫째, 정량한계 미만이라는 결과는 0(없음)이 아니라 '믿을 만한 수치로 말할 수 없다'는 뜻이므로 시험성적서에서 불검출과 정량한계 미만을 구분해 적는다. 둘째, 두 값은 기기 자체의 감도만이 아니라 전처리·정제·회수율을 포함한 분석법 전체에 대해 정해지므로 같은 기기를 써도 방법이 달라지면 값이 달라진다.

6.70 N

[해설]

용액 1 L를 기준으로 잡고 부피 → 용액의 질량 → 용질의 질량 → 몰수의 순서로 따라간다.

① 용액 1 L의 질량 — 비중이 1.11이므로

$1{,}000\ \mathrm{mL} \times 1.11\ \mathrm{g/mL} = 1{,}110\ \mathrm{g}$

② 그 안에 든 염산의 질량 — 농도가 질량백분율이므로

$1{,}110 \times 0.22 = 244.2\ \mathrm{g}$

③ 몰수와 몰농도

$\dfrac{244.2}{36.46} = 6.698\ \mathrm{mol} \;\Rightarrow\; 6.698\ \mathrm{mol/L}$

④ 노르말농도 — 염산은 내놓는 수소이온이 1개인 1가 산이므로 당량수가 1이고, 노르말농도는 몰농도와 값이 같다.

$N = M \times 1 = \mathbf{6.70}\ \mathrm{N}$

한 줄로 묶으면 $N = \dfrac{10 \times S \times P}{E}$ ($S$ : 비중, $P$ : 질량백분율, $E$ : 그램당량) 이며, 대입하면 $\dfrac{10 \times 1.11 \times 22}{36.46} = 6.698$ 로 같은 값이 나온다.

주의할 곳은 ①과 ②의 순서다. 질량백분율은 용액의 질량을 기준으로 한 값이므로 부피에 비중을 먼저 곱해 용액 질량을 구한 다음 백분율을 적용해야 한다. 부피에 백분율을 먼저 적용해 놓고 비중을 나중에 곱하는 식으로 적어 둔 풀이가 있는데, 결과값은 우연히 같아지지만 과정의 논리는 어긋난다.

① 토양

② 기후

③ 지형(입지)

[해설]

테루아는 본래 프랑스어로 '흙'을 가리키는 낱말이지만, 와인 업계에서는 같은 품종의 포도라도 자란 곳이 다르면 맛이 달라진다는 뜻에서 포도가 자라는 환경 전체를 일컫는 말로 쓰인다.

① 토양 — 자갈밭·돌밭·석회암 지대처럼 양분이 적고 물이 잘 빠지는 땅이 오히려 좋은 포도를 만든다. 뿌리가 물을 찾아 깊게 뻗고 열매가 작아져 향과 당이 진해지기 때문이다.

② 기후 — 가장 추운 달의 평균기온이 대략 -3 ℃에서 18 ℃ 사이인 온대성 기후가 적지로 꼽힌다. 여기에 생육기의 일조량, 수확기의 강수량, 밤낮의 기온 차가 산도와 당도의 균형을 정한다.

③ 지형(입지) — 완만한 경사지나 구릉지가 배수에 유리하고, 북반구에서는 햇볕을 오래 받는 남향·남동향 비탈이 선호된다. 해발고도와 강·호수의 유무도 서리 피해와 기온 변동에 영향을 준다.

여기에 포도 품종과 양조가의 재배·양조 방식까지 포함해 넓은 의미의 테루아로 보기도 한다.

(1) 전분에 효소를 작용시켜 만든, 포도당 6~8개가 α-1,4 글리코시드 결합으로 이어진 고리 모양 올리고당

(2) 식품첨가물 가운데 안정제 용도로 사용한다.

(3) ① 점착성과 점도를 높인다 ② 식품의 물성과 촉감을 좋게 한다 ③ 유화안정성을 높인다

[해설]

구조 — 전분에 효소를 작용시키면 포도당 사슬의 양 끝이 이어져 고리가 만들어진다. 포도당이 6개면 α형, 7개면 β형, 8개면 γ형이라 부른다. 고리의 바깥쪽은 수산기가 향해 있어 물과 친하고 안쪽 빈 공간은 소수성이라는 것이 이 물질의 핵심이다.

포접 작용 — 그 소수성 공간에 향기 성분, 색소, 지용성 비타민 같은 분자를 통째로 가두는 포접화합물을 만든다. 그 결과 휘발성 향을 잡아 두거나, 산화·빛에 약한 성분을 감싸 안정화하거나, 쓴맛·이취를 가려 주는 데 쓰인다.

안정제로서의 용도 — 「식품첨가물의 기준 및 규격」(식품첨가물공전)은 안정제를 두 가지 이상의 성분을 일정한 분산 상태로 유지시키는 식품첨가물로 정의한다. 사이클로덱스트린은 이 용도로 지정되어 있으며, 기대효과는 위의 세 가지로 정리된다.

원료가 전분이라 소화·대사가 온화하고 색과 냄새가 거의 없어 여러 가공식품에 폭넓게 쓸 수 있다는 점도 이점이다.

90 mg/day

[해설]

ADI(1일 섭취허용량)는 사람이 평생 매일 먹어도 건강상 유해하지 않다고 보는 양이다. 동물시험에서 얻은 최대무작용량을 안전계수로 나누어 사람 기준으로 낮춘 뒤, 체중을 곱해 하루치 양으로 환산한다.

$\mathrm{ADI} = \dfrac{\mathrm{NOAEL}}{\mathrm{SF}} \times W$

① 체중 1 kg당 허용량

$\dfrac{150}{100} = 1.5$ mg/kg·day

② 체중 60 kg 성인의 하루 허용량

$1.5 \times 60 = \mathbf{90}$ mg/day

안전계수 100은 동물과 사람의 종간 차이 10배와 사람 사이의 개체 차이 10배를 곱한 값이다. 자료가 부족하거나 감수성이 큰 집단을 고려해야 하면 계수를 더 크게 잡는다.

안전계수는 나누는 수이므로 100이라고 쓰는 것이 맞다. 조건을 '안전계수 1/100'으로 적어 둔 교재가 있으나, 그대로 나누면 값이 100배로 커져 계산이 성립하지 않는다.

① 관의 지름이 클수록

② 유속이 빠를수록

③ 점도가 낮을수록

④ 밀도가 클수록 난류가 되기 쉽다.

[해설]

흐름의 종류는 관성력과 점성력의 비인 레이놀즈 수로 판정한다.

$Re = \dfrac{D\,v\,\rho}{\mu}$   ($D$ : 관의 지름, $v$ : 유속, $\rho$ : 밀도, $\mu$ : 점도)

분자에 놓인 값이 커지거나 분모에 놓인 값이 작아지면 레이놀즈 수가 커지고, 유체 덩어리가 층을 유지하지 못해 소용돌이가 생긴다.

① 관의 지름(D, 분자) — 굵을수록 관 벽의 마찰이 흐름 전체를 붙잡아 두지 못해 난류가 되기 쉽다.

② 유속(v, 분자) — 빠를수록 관성력이 커져 난류로 넘어간다.

③ 점도(μ, 분모) — 낮을수록 층을 흐트러뜨리지 않으려는 점성력이 약해 난류가 된다. 같은 관에서도 물은 난류, 꿀처럼 점도가 큰 액체는 층류가 되기 쉬운 이유다.

④ 밀도(ρ, 분자) — 클수록 관성력이 커져 난류가 된다.

원관에서는 레이놀즈 수가 대략 2,100 이하이면 층류, 4,000 이상이면 난류로 보고 그 사이를 전이영역이라 한다. 난류에서는 열·물질 전달이 활발해 열교환이나 혼합에는 유리하지만, 마찰손실이 커져 펌프 동력이 더 든다.

높은 삼투압으로 미생물 세포에서 수분을 빼앗아 원형질분리를 일으키고 수분활성도를 낮춘다.

[해설]

염장의 보존 효과는 소금이 만들어 내는 삼투압에서 출발해 여러 갈래로 작용한다.

① 원형질분리 — 세포 밖 소금 농도가 높으면 물이 세포 밖으로 빠져나가 세포막이 세포벽에서 떨어진다. 대사가 멈추고 심하면 세포가 죽는다.

② 수분활성도 저하 — 소금이 물을 붙들어 미생물이 쓸 수 있는 자유수를 줄인다. 일반 세균은 수분활성도 0.90, 효모는 0.88, 곰팡이는 0.80 아래에서 자라기 어렵고, 내염성 세균이나 호염균만 살아남는다.

③ 염소이온의 저해 작용 — 해리된 염화이온이 미생물의 효소 활성을 방해한다.

④ 용존산소 감소 — 소금이 녹으면 물에 녹아 있는 산소가 줄어 호기성 부패균의 생육이 억제된다.

같은 원리로 당장(설탕 절임)도 보존 효과를 내지만, 분자량이 작은 소금이 같은 무게에서 훨씬 큰 삼투압을 만들기 때문에 염장이 더 적은 양으로 효과를 낸다.

362.5 kcal

[해설]

상태가 바뀌는 구간에서는 온도가 오르지 않고 잠열만 들어가고, 상태가 그대로인 구간에서는 현열만 들어간다. 그래서 얼음 → 물 → 수증기로 가는 길을 네 토막으로 끊어 각각의 열량을 구한 뒤 더한다. 시료는 500 g = 0.5 kg이다.

① -10 ℃ 얼음 → 0 ℃ 얼음(현열)

$Q_1 = m\,c\,\Delta T = 0.5 \times 0.5 \times 10 = 2.5$ kcal

② 0 ℃ 얼음 → 0 ℃ 물(융해잠열)

$Q_2 = m\,L_f = 0.5 \times 80 = 40$ kcal

③ 0 ℃ 물 → 100 ℃ 물(현열)

$Q_3 = m\,c\,\Delta T = 0.5 \times 1 \times 100 = 50$ kcal

④ 100 ℃ 물 → 100 ℃ 수증기(기화잠열)

$Q_4 = m\,L_v = 0.5 \times 540 = 270$ kcal

⑤ 합계

$Q = 2.5 + 40 + 50 + 270 = \mathbf{362.5}$ kcal

네 토막 가운데 기화잠열(270 kcal)이 전체의 약 4분의 3을 차지한다. 물의 기화열이 융해열보다 훨씬 크기 때문이며, 증발·건조 공정의 에너지 비용이 냉동 공정보다 큰 이유도 여기에 있다. 비열과 잠열의 단위가 모두 kg 기준이므로 500 g을 0.5 kg으로 환산한 뒤 대입해야 한다는 점이 이 문제의 첫 관문이다.

① 감자

② 양파

③ 마늘

[해설]

식품 조사(照射)는 코발트 60에서 나오는 감마선이나 전자선을 쬐어 싹이 트는 것을 막고, 벌레를 죽이고, 익는 속도를 늦추고, 미생물을 줄이는 처리다. 열을 쓰지 않으므로 온도가 거의 오르지 않아 냉동식품이나 포장된 상태 그대로도 처리할 수 있다.

목적에 따라 허용 품목과 선량이 나뉜다.

① 발아 억제 — 감자·양파·마늘 등 저장 중 싹이 나는 농산물에 0.15 kGy 이하의 낮은 선량을 쬔다. 답으로 가장 안전한 품목들이다.

② 살충·숙도 조절 — 곡류·두류·밤 등에 적용해 저장 해충을 없애고 후숙을 늦춘다.

③ 살균 — 건조향신료, 건조채소류, 분말 소스류처럼 가열하면 향과 색이 상하는 원료에 비교적 높은 선량을 쓴다.

조사 처리한 식품은 한 번만 조사할 수 있고 다시 조사해서는 안 되며, 조사식품임을 알리는 문구와 도안을 표시해야 한다. 방사선을 '쬐는' 것이지 방사성물질을 넣는 것이 아니므로 식품에 방사능이 남지 않는다는 점도 함께 알아 둔다.