2023년 식품안전기사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

① 포도당(glucose) — 환원당

② 포도당(glucose) — 환원당

③ 설탕(sucrose) — 비환원당

[해설]

환원당인지 아닌지는 유리 헤미아세탈(또는 헤미케탈) 하이드록시기가 남아 있는가로 갈린다. 이 자리가 열려 있으면 수용액에서 고리가 열려 알데하이드기(또는 α-하이드록시케톤)를 내놓고, 펠링용액이나 은거울반응에서 금속이온을 환원시킨다.

① 사슬형과 ② 고리형은 표기 방식만 다를 뿐 같은 포도당이다. 포도당은 수용액에서 사슬형과 α·β 고리형이 평형을 이루며, 아노머 탄소(C1)의 하이드록시기가 유리 상태이므로 환원당이다.

③은 포도당과 과당이 결합한 이당류인 설탕이다. 설탕은 포도당의 C1(아노머 탄소)과 과당의 C2(아노머 탄소)가 서로 글리코사이드 결합을 이루고 있어, 양쪽 모두 환원성을 낼 자리가 막혀 있다. 그래서 이당류이면서도 비환원당이다.

같은 이당류라도 맥아당·젖당·셀로비오스는 한쪽 아노머 탄소가 남아 있어 환원당이다. 설탕을 인버타아제나 산으로 가수분해해 전화당을 만들면 다시 환원성이 나타난다.

① 인버타아제(invertase)

② 아밀라아제(amylase)

③ 펙틴 분해효소(pectinase)

④ 포도당 산화효소(glucose oxidase)

⑤ 카탈라아제(catalase)

[해설]

① 인버타아제는 자당의 글리코사이드 결합을 끊어 포도당과 과당이 같은 몰수로 섞인 전화당(invert sugar)을 만든다. 전화당은 자당보다 달고 결정이 잘 생기지 않아 잼·시럽·초콜릿 센터에 쓰인다.

② 아밀라아제는 전분의 α-1,4 결합을 끊는다. α-아밀라아제로 점도를 떨어뜨려 덱스트린을 만들고(액화), 이어 글루코아밀라아제 등으로 당화해 물엿·콘시럽을 얻는다.

③ 펙틴 분해효소는 과즙의 혼탁과 점성의 원인인 펙틴을 분해해 여과를 쉽게 하고 주스를 맑게 만든다(청징). 착즙 수율을 올리는 데도 쓴다.

④ 포도당 산화효소는 포도당만 선택적으로 산화해 글루콘산과 과산화수소를 만든다. 이때 생긴 과산화수소를 퍼옥시다아제·발색제와 짝지어 발색량으로 재면 포도당을 정량할 수 있어, 혈당 측정지와 식품 중 포도당 분석에 쓰인다. 달걀 가공에서 포도당을 없애 갈변을 막는 용도로도 쓴다.

⑤ 카탈라아제는 과산화수소를 물과 산소로 분해한다.

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

우유·난백 등을 과산화수소로 살균한 뒤 잔류 과산화수소를 없앨 때 이 효소를 쓴다.

일부 지면이 인버타아제를 “인벌타아제”로, 포도당 정량을 “포도량 정량”으로 인쇄해 두었으나 각각 오식이다.

0.98

[해설]

수분활성도는 같은 온도에서 식품이 나타내는 수증기압과 순수한 물의 수증기압의 비이며, 이상용액에서는 라울의 법칙에 따라 용매(물)의 몰분율과 같다.

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

용액 100 g을 기준으로 잡으면 포도당 20 g, 물 80 g이므로

$n_w = \dfrac{80}{18} = 4.444\ \mathrm{mol}, \quad n_s = \dfrac{20}{180} = 0.111\ \mathrm{mol}$

$A_w = \dfrac{4.444}{4.444 + 0.111} = \dfrac{4.444}{4.555} = 0.9756$

따라서 수분활성도는 약 0.98이다.

몰수를 쓴다는 점이 핵심이다. 같은 20 %라도 분자량이 작은 용질(예: 소금, 58.5)을 쓰면 몰수가 훨씬 많아져 수분활성도가 크게 떨어진다. 설탕·포도당보다 소금이 적은 양으로도 미생물 생육을 잘 억제하는 이유가 여기에 있다.

① 뉴턴유체 : $n = 1,\; \tau_0 = 0$

② 딜레이턴트유체 : $n \gt 1,\; \tau_0 = 0$

③ 빙햄(소성)유체 : $n = 1,\; \tau_0 \gt 0$

④ 슈도플라스틱유체 : $0 \lt n \lt 1,\; \tau_0 = 0$

[해설]

허쉘–버클리 모델은 뉴턴유체와 비뉴턴유체를 한 식으로 묶어 놓은 일반형이다. 두 지표만 읽으면 유체의 종류가 갈린다.

· 항복응력 $\tau_0$ : 흐르기 시작하는 데 필요한 최소 전단응력. $\tau_0 = 0$이면 아무리 작은 힘에도 곧바로 흐르고, $\tau_0 \gt 0$이면 그 값을 넘어서야 비로소 흐르는 소성 거동이다(케첩·마요네즈·토마토 페이스트).

· 유동지수 $n$ : $n = 1$이면 전단응력이 전단속도에 정비례해 점도가 일정하고, $n \gt 1$이면 저을수록 되직해지는 전단팽창(dilatant), $0 \lt n \lt 1$이면 저을수록 묽어지는 전단담화(pseudoplastic) 거동이다.

따라서 뉴턴유체는 $n = 1,\ \tau_0 = 0$(물·묽은 용액·식용유), 딜레이턴트유체는 $n \gt 1,\ \tau_0 = 0$(농후한 전분 현탁액), 슈도플라스틱유체는 $0 \lt n \lt 1,\ \tau_0 = 0$(농축과즙·퓨레), 빙햄(소성)유체는 $n = 1,\ \tau_0 \gt 0$(토마토 페이스트·마가린)이 된다.

빙햄유체는 항복응력을 넘긴 뒤에는 뉴턴유체처럼 직선 거동을 하므로 전단응력–전단속도 그래프에서 원점이 아니라 $\tau_0$에서 출발하는 직선으로 나타난다.

항복응력은 물리적으로 음수가 될 수 없다. 일부 지면이 발문에 “$\tau_0 \lt 0$으로 표현하시오”라는 조건을 달아 두었으나, 같은 지면의 정답이 $\tau_0 = 0$과 $\tau_0 \gt 0$을 쓰고 있어 조건 쪽이 오식이다. 이 조건은 빼고 출제한다.

⑤

루테인은 퀘르세틴의 배당체가 아니라 카로티노이드(크산토필)계 색소이며, 퀘르세틴의 배당체는 루틴이기 때문이다.

[해설]

⑤가 노리는 것은 루틴(rutin)과 루테인(lutein)의 혼동이다. 이름이 비슷하지만 계통이 전혀 다르다.

· 루틴 : 퀘르세틴에 루티노스가 결합한 플라보노이드 배당체(quercetin-3-O-rutinoside). 메밀·회화나무 꽃봉오리 등에 많다.

· 루테인 : 산소를 가진 카로티노이드인 크산토필의 하나로, 시금치·케일 같은 진한 녹색 잎채소와 난황에 들어 있는 색소다. 퀘르세틴과는 아무 관계가 없다.

양파의 퀘르세틴은 껍질과 겉껍질 부근에 주로 배당체(퀘르세틴 글루코사이드) 형태로 많이 들어 있고, 비배당체(아글리콘) 형태로는 상대적으로 적다. 그러므로 “비배당체로 미량 존재한다”는 앞 절은 옳고, “퀘르세틴의 배당체가 루테인”이라는 뒤 절만 틀렸다.

나머지는 모두 옳다. ①·② 참깨의 리그난 중 다량 성분은 세사민과 세사몰린이고, 세사몰은 미량이지만 항산화력이 커서 참기름의 산패 안정성을 좌우한다. 세사몰은 볶음·가열 중 세사몰린이 분해되어 생기므로 볶은 참깨로 짠 참기름에서 늘어난다. ③ 토코페롤은 메틸기의 위치·개수에 따라 α, β, γ, δ 네 동족체가 있고, 생리활성은 α형이, 항산화력은 δ형이 크다. ④ 대두 이소플라본은 다이드진·제니스틴 같은 배당체와 다이드제인·제니스테인 같은 비배당체로 존재하며, 발효 과정에서 배당체가 비배당체로 바뀌어 흡수율이 올라간다.

선지 ⑤의 “다량”과 “미량”을 서로 바꿔 실은 판본이 있는데, 그렇게 되면 앞 절(비배당체가 다량)까지 사실과 어긋나 오류가 두 개인 선지가 된다. 틀린 까닭을 하나로 짚게 하는 문제 설계상 위 판본이 맞다.

① 높은 삼투압으로 미생물 세포에서 물을 빼앗아 원형질 분리를 일으킨다

② 자유수를 결합수로 만들어 수분활성도를 낮춤으로써 생육을 억제한다

③ 물에 대한 산소 용해도를 떨어뜨려 호기성 미생물의 생육을 막는다

[해설]

염장은 소금 하나로 여러 가지 억제 작용을 동시에 거는 보존법이다. 대표적으로 다음 네 가지를 든다(답안에는 이 가운데 3가지를 쓰면 된다).

· 삼투압에 의한 원형질 분리 : 소금물의 삼투압이 미생물 세포 내부보다 높으면 세포에서 물이 빠져나가 원형질막이 세포벽에서 떨어진다. 이 상태에서는 대사가 멈추고 심하면 세포가 죽는다.

· 수분활성도 저하 : 나트륨이온과 염화이온이 물 분자를 끌어당겨 수화되면서 미생물이 쓸 수 있는 자유수가 줄어든다. 포화 식염수의 수분활성도는 약 0.75까지 내려가 대부분의 세균이 자라지 못한다.

· 산소 용해도 감소 : 소금 농도가 높아지면 물에 녹는 산소량이 줄어 호기성 세균과 곰팡이의 생육이 억제된다.

· 염화이온의 직접적인 저해 : 해리된 염소이온 자체가 미생물의 효소 활성과 세포막 기능을 방해해 보존 효과를 낸다.

다만 소금만으로 모든 미생물을 막을 수는 없다. Staphylococcus aureus 같은 내염성 세균이나 호염성 세균, 내삼투압성 효모는 높은 소금 농도에서도 자라므로, 실제 염장식품에서는 건조·훈연·저온 저장 등을 함께 쓴다.

(1) 0.16 w/v%

(2) 160 mg%

[해설]

w/v%는 용액 100 mL 속 용질의 g수, mg%는 용액 100 mL 속 용질의 mg수다. 둘 다 “100 mL당”으로 정의되는 농도이므로 몰농도에서 곧바로 환산할 수 있다.

NaOH의 화학식량은 $23 + 16 + 1 = 40\ \mathrm{g/mol}$ 이다.

(1) 용액 1 L에 든 NaOH의 질량은

$0.04\ \mathrm{mol/L} \times 40\ \mathrm{g/mol} = 1.6\ \mathrm{g/L}$

이므로 100 mL에는 0.16 g이 들어 있다. 따라서 0.16 w/v% 이다.

(2) 같은 양을 mg으로 바꾸면 $0.16\ \mathrm{g} = 160\ \mathrm{mg}$ 이므로 100 mL당 160 mg, 즉 160 mg% 이다.

500 mL라는 부피로 풀어도 결과는 같다. $0.04 \times 0.5 = 0.02\ \mathrm{mol}$, 질량 $0.02 \times 40 = 0.8\ \mathrm{g}$, 농도 $\dfrac{0.8}{500} \times 100 = 0.16$ w/v%. 농도는 세기성질이라 부피에 무관하므로 500 mL라는 조건은 이 계산에 쓰이지 않는다.

일부 지면의 해설에 NaOH의 분자량이 400으로 적혀 있으나, 같은 해설의 계산이 40 g/mol을 쓰고 있는 데서 보이듯 40이 맞다.

수분함량은 같아도 수분활성도가 높은 B에서 낮은 A 쪽으로 수분이 이동하며, 두 제품의 수분활성도가 같아져 평형에 이르면 이동이 멈춘다.

[해설]

등온흡습곡선(moisture sorption isotherm)은 일정 온도에서 수분활성도와 평형 수분함량의 관계를 나타낸 곡선이다. 수분 이동을 일으키는 힘은 수분함량의 차이가 아니라 수분활성도의 차이다. 수분활성도는 그 식품이 주변 공기와 평형을 이루었을 때의 상대습도(평형상대습도)에 해당하므로, 한 포장 안에 든 두 제품은 사이의 기체상을 매개로 수증기를 주고받는다.

같은 0.1 g/g-solid를 등온흡습곡선 위에서 읽으면 두 제품의 수분활성도가 서로 다르다. 곡선의 기울기와 위치는 소재의 조성(단백질·전분·당·염류의 비율)에 따라 달라지기 때문이다. 이 그래프에서는 같은 수분함량에서 B의 수분활성도가 더 높으므로 B가 수분을 내놓고(탈습) A가 수분을 받아들여(흡습), 두 제품의 수분활성도가 같아질 때까지 이동이 계속된다.

평형에 이른 뒤에도 두 제품의 수분함량은 서로 같아지지 않는다. 같아지는 것은 수분활성도이고, 각 제품의 수분함량은 자기 등온흡습곡선 위에서 그 수분활성도에 대응하는 값으로 정해진다.

이 원리 때문에 조성이 다른 식품을 한 포장에 담으면 한쪽은 눅눅해지고 한쪽은 마르는 품질 저하가 일어난다. 시리얼과 건과일을 함께 담은 제품, 과자와 건조 스프를 함께 넣은 제품에서 수분활성도를 미리 맞추거나 사이에 차단막을 두는 이유가 여기에 있다.

$\text{D.E.} = \dfrac{\text{직접환원당량(포도당으로 환산)}}{\text{총 고형분량}} \times 100$

[해설]

전분을 산이나 효소로 가수분해하면 사슬이 끊어지면서 환원성 말단이 늘어난다. 그래서 고형분 중 환원당이 차지하는 비율(포도당으로 환산한 값)을 재면 얼마나 잘게 분해되었는지를 알 수 있다. 이 값이 포도당당량이다.

분해가 전혀 되지 않은 전분은 D.E.가 0에 가깝고, 완전히 포도당까지 분해되면 100이 된다. 즉 D.E.가 클수록 저분자 당의 비율이 높다.

일반적으로 D.E.가 높아질수록 단맛·흡습성·삼투압·갈변(메일라드 반응)은 커지고, 점도·응집력은 작아진다. 제과·제빵에서 물엿의 D.E.를 골라 쓰는 이유가 여기에 있다.

① 예방

② 제어

③ 감소

[해설]

중요관리점은 위해요소분석(HA)으로 뽑아낸 위해요소 가운데 그 지점에서 관리하지 않으면 안전성을 확보할 수 없는 단계·과정·공정을 말한다. 뒤 공정에서 다시 잡을 수 있다면 그 지점은 CCP가 아니다.

정의문이 예방·제어·감소의 세 갈래로 되어 있다는 것이 요지다. 위해요소가 애초에 들어오지 못하게 막거나(예방), 공정 중에 관리 아래 두거나(제어), 이미 있는 것을 허용 수준 이하로 낮추면(감소) 된다는 뜻이다.

눈여겨볼 것은 ②다. 가공공정에서 미생물이나 이물을 완전히 없애는 것은 비용·품질 면에서 불가능한 경우가 많아, 종전 기준의 '제거'가 현행 고시에서 '제어'로 바뀌었다. 답을 '제거'로 쓰지 않도록 주의한다. 그리고 ③의 '허용 수준'이 곧 다음 단계에서 정하는 한계기준(CL, critical limit)이 된다.

CCP가 되는 공정은 가열살균의 온도·시간, 금속검출기 통과, 냉각·냉장 보관 온도처럼 그 단계에서 위해요소를 실제로 낮출 수 있고 모니터링이 가능한 곳이다. 관리는 하지만 그 자체로 안전성을 좌우하지 않는 단계는 관리점(CP)으로 둔다. CCP가 정해지면 한계기준 설정 → 모니터링 체계 확립 → 개선조치 → 검증 → 기록유지 절차가 이어진다.

근거: 「식품 및 축산물 안전관리인증기준」 제2조(정의).

(1) $\mathrm{HLB} = 20\left(1 - \dfrac{S}{A}\right)$

(2) ① O/W(수중유적형) ② W/O(유중수적형)

[해설]

HLB는 유화제 분자에서 친수성 부분이 차지하는 비중을 0~20의 척도로 나타낸 값이다. 폴리올 지방산 에스터에서는 에스터의 비누화값 S와 그 에스터에서 회수한 지방산의 산가 A로 다음과 같이 계산한다.

$\mathrm{HLB} = 20\left(1 - \dfrac{S}{A}\right)$

실제 값으로 확인해 보면 정의가 분명해진다. 글리세릴 모노스테아레이트는 비누화값이 약 161, 스테아르산의 산가가 약 198이므로

$20\left(1 - \dfrac{161}{198}\right) = 3.74$

가 되어 알려진 HLB 3.8과 잘 맞는다. 만약 S와 A의 정의를 서로 바꿔 대입하면 $20\left(1 - \dfrac{198}{161}\right) = -4.6$ 처럼 음수가 나와 0~20의 척도를 벗어난다. 일부 지면이 S를 지방의 산가, A를 에스터의 비누화값으로 적어 두었으나 이는 뒤바뀐 것이다.

HLB 값이 크면 친수성이 강해 물에 잘 녹고, 작으면 친유성이 강해 기름에 잘 녹는다. 유화제는 자기가 잘 녹는 상(相)을 연속상으로 만드는 유화액을 안정화시키므로

가 된다. 표의 빈칸에는 각각 O/W와 W/O가 들어간다.

① +

② +

③ -

④ -

[해설]

IMViC은 장내세균을 가려내는 네 가지 시험의 머리글자를 딴 말이다. 대장균(Escherichia coli)의 표준 패턴은 + + - - 이다.

대장균은 혼합산 발효를 하므로 산을 많이 내어 MR이 양성이 되고, 그 대신 중성 물질인 아세토인을 만들지 않아 VP는 음성이 된다. 두 시험이 서로 반대로 나오는 것이 이 조합의 특징이다. 또 구연산염만으로는 자라지 못해 시트르산염 이용 시험도 음성이다.

대조적으로 Enterobacter aerogenes 는 - - + + 를 나타낸다. 두 균 모두 대장균군에 속하지만, 사람·동물의 분변에서 유래하는 대장균만을 가려내는 데 IMViC이 쓰이는 이유가 여기에 있다. 대장균은 이 밖에 그람음성 무아포 간균이고, 유당에서 가스를 만들며 MUG 시험에서 형광을 낸다.

일부 지면이 VP 시험을 “Vogas-Proskauer”로 인쇄하고 있으나 정식 표기는 Voges-Proskauer이다.

근거 : 「식품의 기준 및 규격」 일반시험법 중 대장균 정량시험(최확수법)의 확인시험.

(1) 빠르다

(2) ① 얼음의 열전도도가 물보다 약 4배 크다 ② 얼음의 열확산도가 물보다 약 9배 크다

[해설]

온도차의 크기(40 ℃)와 대류 조건은 두 과정이 똑같다. 갈리는 것은 열이 통과해야 하는 층의 재질이다. 동결과 해동은 모두 표면에서 시작해 중심으로 진행되므로, 동결이 진행되는 동안 표면에는 얼음층이 두꺼워지고 해동이 진행되는 동안 표면에는 녹은 물층이 두꺼워진다.

물과 얼음의 표준 물성을 보면 차이가 뚜렷하다.

· 열전도도 : 얼음 $2.2\ \mathrm{W/(m \cdot K)}$, 물 $0.58\ \mathrm{W/(m \cdot K)}$ $\Rightarrow$ $2.2 / 0.58 \approx 3.8$ 배

· 열확산도 $\alpha = \dfrac{k}{\rho c_p}$ : 얼음 $1.18 \times 10^{-6}\ \mathrm{m^2/s}$, 물 $1.39 \times 10^{-7}\ \mathrm{m^2/s}$ $\Rightarrow$ 약 $8.5$ 배

즉 동결 때는 열을 잘 전달하는 얼음층을 통해 내부의 열이 빠르게 빠져나가므로 동결이 빨리 진행되고, 해동 때는 열전도도가 낮은 물층이 표면에 생겨 단열재처럼 작용해 내부로 들어가는 열을 가로막으므로 해동이 느려진다. 여기에 해동 시에는 녹은 물층 안에서 자연대류가 거의 일어나지 않아 전도에만 의존한다는 점도 더해진다.

실무에서 급속동결은 쉬워도 급속해동이 어려운 이유, 해동에 유수·마이크로파처럼 표면 물층을 우회하는 방법을 쓰는 이유가 여기에 있다.

(1) 소비기한 : 식품 등에 표시된 보관방법을 준수할 경우 섭취하여도 안전에 이상이 없는 기한

(2) 품질유지기한 : 식품의 특성에 맞는 적절한 보존방법이나 기준에 따라 보관할 경우 해당 식품 고유의 품질이 유지될 수 있는 기한

(3) 유통기한 : 제품의 제조일로부터 소비자에게 판매하는 것이 허용되는 기한

[해설]

세 기한은 무엇을 보증하는가가 서로 다르다.

· 소비기한 — 표시된 보관방법을 지켰을 때 섭취하여도 안전에 이상이 없는 기한. 안전의 한계이므로 이 날짜를 넘기면 먹었을 때 위해가 생길 수 있다.

· 품질유지기한 — 식품의 특성에 맞는 보존방법·기준에 따라 보관했을 때 고유의 품질이 유지될 수 있는 기한. 품질의 한계여서 기한이 지나도 곧바로 먹을 수 없게 되는 것은 아니고, 제조사가 보증하던 맛·향·조직감을 더는 담보하지 않는다는 뜻이다.

· 유통기한 — 제조일로부터 판매가 허용되는 기한. 판매자 기준의 시한이다.

영문 표기로는 소비기한을 use by date·expiration date(EXP), 품질유지기한을 best before date(BBE), 유통기한을 sell by date로 적는다.

품질유지기한은 장류·잼류·김치류·절임식품·통조림처럼 변질 우려가 적은 식품에 한해 소비기한 대신 표시할 수 있다.

유통기한은 판매 허용 시한이라 실제로 먹을 수 있는 기간보다 짧게 잡히고, 품질안전한계기간에 안전계수를 곱해 정하기 때문에 생기는 이 여유분이 멀쩡한 식품의 폐기로 이어진다는 지적이 이어졌다. 그래서 2023년 1월 1일부터 유통기한 표시제가 소비기한 표시제로 바뀌었다. 현행 「식품 등의 표시기준」은 소비기한과 품질유지기한을 정의하고 있으며, 유통기한은 소비기한으로 대체되기 전에 쓰이던 기한이다. 같은 제품이라도 소비기한이 유통기한보다 길게 설정되므로 표시된 보관방법을 지키는 것이 전제 조건이다.

2.88분

[해설]

일정 온도에서 미생물의 사멸은 대수적으로 진행되므로, 균수를 $1/10$(90 % 감소)로 줄이는 데 걸리는 시간인 D값을 단위로 삼아 계산한다.

99.9 % 감소는 처음 균수의 0.1 %, 즉 $10^{-3}$ 이 남는다는 뜻이므로 D값 3개분에 해당한다.

$3D = 0.72\ \text{분} \;\Rightarrow\; D = 0.24\ \text{분}$

같은 조건에서 $10^{-12}$ 까지 낮추려면 D값 12개분이 필요하다.

$t = 12D = 12 \times 0.24 = \mathbf{2.88}\ \text{분}$

답은 2.88분이다. 참고로 통조림 등 저산성 식품의 살균 설계에서 Clostridium botulinum 아포를 $10^{-12}$ 로 낮추는 12D 개념(botulinum cook)이 상업적 살균의 기준으로 쓰인다.

발문이 “처음 균수의 99.9 %로 감소”라고 적힌 판본이 있는데, 글자 그대로 읽으면 99.9 %가 남는다는 뜻이 되어 풀이와 어긋난다. 풀이가 잔존율 0.1 %를 쓰고 있으므로 “99.9 % 감소”가 맞다.

속슬렛법, 산분해법, 뢰제-고트리브법, 바브콕법

[해설]

「식품의 기준 및 규격」(식품공전)의 일반시험법은 조지방 정량법으로 에테르추출법(속슬렛법)·산분해법·뢰제-고트리브법·바브콕법을 두고 있다. 시료의 성질에 따라 골라 쓴다.

나머지 보기는 지방과 무관한 시험법이다. 세미마이크로 킬달법은 시료의 질소를 정량해 조단백질을 구하는 법이고, 반슬라이크법은 아질산과 반응시켜 발생한 질소 기체로 아미노태 질소를 재는 법이며, 벨트란법은 환원당이 펠링용액의 구리를 환원시키는 성질을 이용한 환원당 정량법이다. 일부 지면에 벨트란법이 수분 정량법으로 적혀 있으나 오기다.

근거 : 「식품의 기준 및 규격」 일반시험법 중 식품성분시험법(지질 — 조지방).

(1) ① 효모가 아르기닌을 분해할 때 생긴 요소(urea)가 에탄올과 반응하여 생성된다

② 핵과류 씨앗의 시안배당체에서 나온 시안화합물이 산화되어 생긴 시안산이 에탄올과 반응하여 생성된다

(2) ① 요소를 적게 만드는 효모 균주를 쓰고 발효 온도·pH를 관리해 아르기닌 분해를 억제한다

② 과실주를 담글 때 매실·살구 등의 씨를 빼고 침출 기간을 줄여 시안배당체가 우러나지 않게 한다

[해설]

에틸카바메이트(ethyl carbamate, urethane)는 발효·저장 중 자연적으로 생기는 물질로, 국제암연구소(IARC)가 인체 발암 추정물질(2A군)로 분류하고 있다. 술을 담그는 과정에서 에탄올과 카바밀기를 가진 전구체가 만나면 만들어지므로, 어떤 전구체가 어디서 오는지가 곧 생성 원인이 된다.

[생성 경로]

· 요소 경로 — 원료의 아르기닌을 효모가 분해하면서 요소와 시트룰린이 생기고, 이것이 에탄올과 반응한다. 청주·과실발효주·간장 등 아르기닌이 많은 원료를 쓰는 발효식품에서 주된 경로다.

$\mathrm{NH_2CONH_2} + \mathrm{C_2H_5OH} \rightarrow \mathrm{NH_2COOC_2H_5} + \mathrm{NH_3}$

· 시안화합물 경로 — 매실·살구·체리 같은 핵과류의 씨에 든 시안배당체가 효소로 분해되어 시안화수소가 되고, 이것이 산화되어 시안산이 된 뒤 에탄올과 반응한다. 매실주처럼 씨를 담근 채 오래 침출하는 술에서 문제가 된다.

[저감 방법]

· 전구체를 줄인다 : 요소 생성이 적은 효모 사용, 발효 온도·pH 관리, 아르기닌이 많은 원료의 과다 사용 회피, 핵과류 씨 제거와 침출 기간 단축

· 제조·유통 조건을 관리한다 : 에틸카바메이트는 온도가 높고 빛을 받을수록 잘 생기므로 25 ℃ 이하 보관, 직사광선 차단, 숙성·유통 기간 단축

· 증류 조건을 개선한다 : 구리 증류기 사용(시안화합물을 붙잡아 준다), 직화 대신 스팀 가열, 감압증류, 초류와 후류를 버리고 중류만 취하기

호화된 전분을 냉각·저장하는 동안 일어나는 노화(retrogradation)로 생긴다. 용출되었던 아밀로오스와 일부 아밀로펙틴이 다시 규칙적으로 배열되어 재결정화되면서, 소화효소가 파고들 수 없는 치밀한 구조를 이룬다.

[해설]

RS 3형은 이름 그대로 노화전분(retrograded starch)이다. 전분에 물과 열을 주면 결정영역이 무너지고 아밀로오스가 입자 밖으로 빠져나오는데(호화), 이를 식히거나 냉장 보관하면 풀려 있던 사슬들이 수소결합으로 다시 정렬해 새로운 결정을 만든다. 이때 만들어진 결정은 원래의 생전분 결정과 달라서 아밀레이스가 접근하지 못하고, 그대로 대장으로 내려가 식이섬유처럼 발효 기질이 된다.

RS 3형은 조리·가공으로 만들어지므로 네 가지 중 유일하게 “한 번 익힌 뒤 식히는” 공정이 생성 조건이라는 점이 특징이다. 식은 밥, 냉장한 감자, 하루 지난 빵에서 저항전분 함량이 올라가는 것이 그 예다.

1.001

[해설]

중화 적정의 종말점에서는 산과 염기가 낸 그램당량수가 서로 같다. 표시 농도에 역가를 곱한 것이 실제 농도이므로 다음 관계가 성립한다.

$N_1 V_1 f_1 = N_2 V_2 f_2$

염산을 좌변, 탄산나트륨을 우변에 두고 대입한다.

$0.1 \times 10 \times f_1 = 0.1 \times 9.98 \times 1.0039$

$f_1 = \dfrac{0.1 \times 9.98 \times 1.0039}{0.1 \times 10} = 1.0018922\cdots$

단서가 소수점 넷째 자리에서 버림하라고 했으므로 답은 1.001이다. 반올림하면 1.002가 되어 틀리므로 처리 방법을 지정한 단서를 반드시 지켜야 한다.

역가(factor)는 표시된 농도에 대한 실제 농도의 비다. $f = 1.001$이라는 것은 이 염산이 표시값 0.1 N보다 약 0.1 % 진해 실제로는 0.1001 N인 셈이라는 뜻이며, 이후 이 용액으로 정량할 때는 소비량에 역가를 곱해 보정한다. 농도와 부피의 단위가 양쪽에서 같으므로 환산 없이 그대로 대입하면 된다.

강산인 염산을 탄산나트륨으로 적정할 때 페놀프탈레인을 쓰는 것은 종말점 부근의 pH 변화 구간에서 변색하기 때문이다.

유화제는 한 분자 안에 친수성기와 친유성기를 함께 가져 물과 기름의 경계면에 흡착·배열한다. 그 결과 경계면의 표면장력이 낮아져 기름이 작은 방울로 쉽게 쪼개져 분산되고, 방울 표면을 유화제가 둘러싸 다시 뭉치는 것을 막아 유화액이 안정하게 유지된다.

[해설]

물과 기름이 섞이지 않는 까닭은 두 액체 사이의 경계면에 큰 장력이 작용해, 계면적을 최대한 줄이려는 방향(=서로 뭉쳐 두 층으로 갈라지는 방향)으로 계가 움직이기 때문이다. 유화를 일으키려면 이 장력을 낮춰 계면적을 넓히는 데 드는 에너지를 떨어뜨려야 한다.

유화제는 양친매성 분자다. 친수성기는 물 쪽으로, 친유성기(소수성기)는 기름 쪽으로 향한 채 경계면에 단분자막을 이루어 늘어선다. 이렇게 흡착하면 경계면의 표면장력이 크게 낮아져 교반 같은 작은 에너지만으로도 기름이 미세한 방울로 분산된다. 나아가 방울 표면을 감싼 유화제 막이 정전기적 반발과 입체 장애로 방울끼리의 합일(재응집)을 막아 분산 상태를 오래 유지시킨다.

참고로 엄밀하게는 액체–액체 경계면에 작용하는 힘은 계면장력이라 부르고, 표면장력은 액체–기체 경계면에 쓰는 말이다. 다만 발문이 표면장력이라는 용어로 물었으므로 답안도 그 용어를 그대로 써서 쓰면 된다.

근거 : 「식품첨가물의 기준 및 규격」(식품첨가물공전) 총칙의 용어 정의 — 유화제는 섞이지 않는 둘 이상의 상을 균질하게 섞거나 그 상태를 유지시키는 첨가물이다.