2022년 식품안전기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

ㄱ

이유 — 천연 중성지질은 지방산 조성이 서로 다른 분자들의 혼합물인 데다 같은 조성이라도 결정형이 여러 가지(동질다형)여서, 녹는점과 끓는점이 한 점으로 떨어지지 않고 넓은 범위로 나타난다.

[해설]

ㄱ이 틀린 설명이다. 순물질이라면 녹는점ㆍ끓는점이 하나로 정해지지만, 유지는 지방산 조합이 제각각인 트라이글리세라이드의 혼합물이라 일정 구간에 걸쳐 서서히 녹는 융점 범위를 보인다. 여기에 더해 같은 트라이글리세라이드라도 지방산 사슬이 쌓이는 방식에 따라 α, β′, β 등 서로 다른 결정형을 갖는 동질다형(polymorphism) 현상이 있어, 결정형마다 녹는점이 달라진다. 초콜릿의 템퍼링이 바로 이 성질을 이용해 원하는 결정형만 남기는 공정이다.

나머지 보기는 옳다.

ㄴ. 중성지질(트라이글리세라이드)은 글리세롤의 세 하이드록시기에 지방산이 각각 에스터 결합한 구조다.

ㄷ. 포화지방산은 탄소수가 늘수록 소수성 사슬이 길어져 물에 대한 용해도가 떨어지고, 분자 사이 반데르발스 인력이 커져 녹는점이 올라간다.

ㄹ. 천연 유지의 불포화지방산은 대부분 cis형이며, 사슬이 꺾여 결정이 촘촘히 쌓이지 못하므로 같은 탄소수의 포화지방산보다 녹는점이 낮다. trans형은 주로 수소첨가ㆍ고온 처리 과정에서 생긴다.

ㅁ. 리놀레산ㆍ리놀렌산처럼 천연 다가불포화지방산의 이중결합은 사이에 메틸렌기를 두고 떨어져 있는 비공액형이다.

약 25.13 ℃

[해설]

$Q_{10}$은 온도를 10 ℃ 올렸을 때 반응속도가 몇 배가 되는지를 나타내는 값이고, Z값은 반대로 반응속도(또는 D값)가 10배 변하는 데 필요한 온도차다. 두 값은 다음 관계로 이어진다.

$Q_{10} = 10^{\frac{10}{Z}} \quad \Rightarrow \quad Z = \dfrac{10}{\log Q_{10}}$

주어진 값을 대입하면

$Z = \dfrac{10}{\log 2.5} = \dfrac{10}{0.3979} = \mathbf{25.13}\ ^\circ\mathrm{C}$

Z값이 클수록 온도를 올려도 속도가 잘 변하지 않는다는 뜻이다. 미생물의 사멸은 Z값이 10 ℃ 안팎으로 온도에 매우 민감한 반면, 비타민 파괴나 갈변 같은 품질 변화는 Z값이 20~30 ℃ 수준으로 온도 의존성이 훨씬 작다. 이 차이가 바로 고온단시간(HTST) 살균의 근거다. 온도를 높이고 시간을 줄이면 미생물은 충분히 죽는데 영양소 손실은 상대적으로 적게 남기 때문이다.

(1) 실질적 동등성 — 유전자변형 농ㆍ수ㆍ축산물을 이미 먹어 온 기존 품종과 견주어 실질적으로 같다고 판단되면, 기존 식품과 같은 수준으로 안전하다고 보는 평가 원칙

(2) ① 성분 비교 ② 독성 및 알레르기성 평가 ③ 영양성 및 대사 영향 평가

[해설]

유전자변형식품은 '절대적으로 안전한가'를 증명할 방법이 없다. 그래서 국제식품규격위원회(Codex)가 안전성 심사 원칙으로 채택한 것이 비교 평가라는 접근이다. 오랫동안 먹어 와 안전하다고 인정된 기존 품종을 기준으로 삼고, 유전자변형 품종을 그와 나란히 놓고 차이를 찾는다. 의미 있는 차이가 없으면 기존 식품과 동등하게 안전하다고 본다. 우리나라도 유럽ㆍ일본 등과 같은 이 방식을 쓴다.

비교하는 축은 다음 세 가지다.

① 성분 비교 — 주요 영양성분, 항영양인자, 고유 독성물질 등의 조성을 기존 품종과 대조한다. 삽입된 유전자와 그 산물(새로 만들어진 단백질)의 특성 확인도 여기에 포함된다.

② 독성 및 알레르기성 평가 — 새로 발현된 단백질이 알려진 독소ㆍ알레르겐과 구조가 닮았는지, 소화액에서 분해되는지, 열에 안정한지를 본다.

③ 영양성 및 대사 영향 평가 — 섭취했을 때 영양적 가치와 체내 대사에 변화가 생기는지를 확인한다.

일부 교재는 이를 '삽입 유전자의 특성ㆍ독성ㆍ알레르기성ㆍ영양성'의 네 가지로 쪼개 적기도 한다. 항목을 어떻게 묶느냐의 차이일 뿐 검토 내용은 같으므로, 발문이 세 가지를 요구하면 위와 같이 묶어 답하면 된다.

용어에 관해서는, 예전에 유전자재조합식품ㆍ유전자조작식품 등으로 제각각 불리던 것이 현재는 유전자변형식품으로 일원화되어 있다.

① 기체 크로마토그래피(GC) ② 액체 크로마토그래피(LC, HPLC) ③ 초임계유체 크로마토그래피(SFC)

[해설]

크로마토그래피는 시료를 이동상에 실어 고정상 위로 흘리면서, 두 상에 대한 친화력 차이로 성분을 갈라내는 분석법이다. 분류 기준으로 이동상을 잡으면 셋으로 나뉜다.

① 기체 크로마토그래피(GC) — 이동상이 질소ㆍ헬륨 등 운반기체다. 휘발성이 있고 열에 안정한 성분에 쓰며, 잔류농약ㆍ지방산 조성ㆍ향기성분 분석이 대표적이다.

② 액체 크로마토그래피(LC, 고성능은 HPLC) — 이동상이 용매다. 휘발되지 않거나 열에 약한 성분을 다룰 수 있어 비타민ㆍ당류ㆍ색소ㆍ보존료 분석에 널리 쓰인다.

③ 초임계유체 크로마토그래피(SFC) — 임계점을 넘긴 이산화탄소 등을 이동상으로 쓴다. 초임계유체는 기체처럼 확산이 빠르고 액체처럼 용해력이 있어 HPLC보다 분리가 빠르며, 분석이 끝난 뒤 압력을 낮추면 이산화탄소가 날아가 목적 성분을 손쉽게 회수할 수 있다.

참고로 고정상이나 분리 원리를 기준으로 삼으면 흡착ㆍ분배ㆍ이온교환ㆍ크기배제(젤여과)ㆍ친화 크로마토그래피로 나뉜다. 발문이 무엇을 기준으로 묻는지 먼저 확인해야 한다.

조리한 식품을 소독된 보존식 전용용기 또는 멸균 비닐봉지에 매회 1인분 분량으로 담아 -18 ℃ 이하에서 144시간 이상 보관한다.

[해설]

보존식은 식중독 등 위해가 발생했을 때 원인 식품을 되짚기 위해 남겨 두는 검사용 시료다. 그래서 세 가지 조건이 함께 규정된다.

ㆍ분량 — 매회 1인분 분량. 실제로 제공된 상태 그대로 남겨야 검사 결과가 섭취한 음식을 대표한다.

ㆍ온도 — -18 ℃ 이하. 미생물 증식과 성분 변화를 멈춰 검체의 상태를 보관 시점에 고정한다.

ㆍ시간 — 144시간(6일) 이상. 식중독 잠복기와 신고ㆍ역학조사에 걸리는 기간을 고려한 최소 보관기간이다.

보관 용기는 소독된 보존식 전용용기나 멸균 비닐봉지여야 하며, 다른 용도와 섞어 쓰면 교차오염으로 검사 결과를 신뢰할 수 없게 된다.

참고로 「집단급식소 급식안전관리 기준」에서는 빵류ㆍ떡류ㆍ식육가공품 등 일부 실온 유통제품과 빙과류 중 빙과를 보존식 보관 대상에서 제외하고 있다. 다만 위 HACCP 선행요건 규정에는 이러한 예외가 들어 있지 않으므로, 답안은 예외 없이 위 기준으로 쓴다.

① 이화학적 지표

② 미생물학적 지표

③ 관능적 지표

[해설]

설정실험 지표란 식품ㆍ축산물ㆍ건강기능식품이 유통ㆍ저장되는 동안 일어나는 품질 변화를 수치로 바꾸어 객관적으로 나타낼 수 있는 실험항목을 말한다. 표의 세 칸은 그 성격에 따라 나눈 것이다.

① 이화학적 지표 — 수분, 수분활성도, pH, 산가, 과산화물가, 산도, 당도, 휘발성염기질소(VBN) 등. 표의 '수분, 산가'가 여기에 해당하며, 유탕ㆍ유처리식품은 유지의 산패가 품질을 좌우하므로 산가를 함께 본다.

② 미생물학적 지표 — 세균수, 대장균ㆍ대장균군, 진균수(곰팡이ㆍ효모), 유산균수, 식중독균 등. 표의 '세균수'가 여기에 든다.

③ 관능적 지표 — 외관(색택ㆍ침전), 향미(향ㆍ냄새), 조직감(물성ㆍ표면건조), 맛 등. 표의 '성상, 물성, 곰팡이'는 눈으로 확인하는 항목이다.

주의할 것은 중금속ㆍ곰팡이독소ㆍ잔류농약ㆍ동물용의약품ㆍ보존료 같은 항목이다. 이들은 저장 중에 늘어나는 값이 아니어서 기한을 정하는 지표로는 쓰지 않고, 식품의 안전성을 확인하는 용도로만 활용한다.

용어도 함께 정리해 둔다. 「식품 등의 표시ㆍ광고에 관한 법률」 개정으로 2023년부터 '유통기한'이 '소비기한'으로 바뀌어 전면 시행되었고, 관련 고시 이름도 소비기한 설정기준으로 개정되었다. 옛 문제나 교재에는 '유통기한 설정실험'으로 실려 있으나, 실험 지표 세 가지는 개정 전후가 같다.

다대기는 향신료가공품(향신료조제품)에 해당하는데, 고추 또는 고춧가루를 넣은 향신료조제품을 만들 때에는 홍국색소를 쓸 수 없도록 「식품의 기준 및 규격」이 제조·가공기준으로 정하고 있기 때문이다.

[해설]

첨가물의 사용 가부는 두 단계로 갈린다. 하나는 그 물질이 식품첨가물로 지정되어 있는가이고, 다른 하나는 그 식품유형에 쓸 수 있는가이다. 홍국색소는 앞 단계는 통과하지만, 뒤 단계에서 걸린다.

「식품의 기준 및 규격」(식품공전) 제5. 식품별 기준 및 규격 중 13. 조미식품 13-5 향신료가공품의 제조·가공기준은 고추 또는 고춧가루를 함유한 향신료조제품에는 홍국색소를 사용할 수 없고, 시트리닌이 검출되어서도 안 된다고 규정한다. 다대기는 고춧가루를 주원료로 하는 향신료조제품이므로 이 조항의 적용을 받는다.

규제 취지는 독성이 아니라 품질 위장 방지에 있다. 홍국색소의 붉은색은 고춧가루의 색과 겹치기 때문에, 고춧가루를 적게 넣거나 곰팡이가 슬어 색이 나쁜 원료를 섞고도 선명한 붉은색으로 보이게 만들 수 있다. 소비자가 원료의 양과 신선도를 색으로 판단하는 제품이라 사용 자체를 막아 둔 것이다.

덧붙여 홍국균의 대사산물인 시트리닌은 신장 독성이 알려진 곰팡이독소여서, 같은 조항에서 불검출 기준을 함께 두고 있다.

(1) 625 kg

(2) 26.04 kg

(3) 4,348.96 kg

[해설]

건조 계산은 고형분은 변하지 않는다는 물질수지에서 출발한다. 날아가는 것은 수분뿐이므로, 건조 전후의 고형분 질량을 같게 놓으면 모든 값이 풀린다. 또한 습량기준 수분함량은 전체 질량에 대한 수분의 비임에 유의한다.

(1) 건조 전 수분은 $5000 \times 0.875 = 4375\ \mathrm{kg}$이므로 고형분은

$5000 - 4375 = \mathbf{625}\ \mathrm{kg}$

(2) 건조 후 수분이 4 %라면 고형분이 96 %다. 고형분 625 kg은 그대로이므로 건조 후 전체 질량 $W$는

$W \times 0.96 = 625 \quad \Rightarrow \quad W = 651.04\ \mathrm{kg}$

$651.04 \times 0.04 = \mathbf{26.04}\ \mathrm{kg}$

(3) 증발시킬 수분은 건조 전 수분에서 남은 수분을 뺀 값이다.

$4375 - 26.04 = \mathbf{4348.96}\ \mathrm{kg}$

전체 질량으로 확인해도 같다. $5000 - 651.04 = 4348.96\ \mathrm{kg}$.

참고로 일부 교재에는 고형분을 구하는 줄이 '5,000 − 4,357 = 625'로 인쇄되어 있으나 4,375의 오기다. 앞줄에서 구한 수분량이 4,375 kg이고 뺄셈 결과도 625 kg으로 맞으니 숫자 배열이 뒤바뀐 것일 뿐, 계산 자체에는 영향이 없다.

(1) 전분에 효소를 작용시켜 포도당 6~8분자가 α-1,4 글리코사이드 결합으로 고리를 이룬 환상 올리고당

(2) ① 점착성ㆍ점도 증가 ② 물성 및 촉감 개선 ③ 유화 안정성 향상

[해설]

사이클로덱스트린은 고리 구조의 안쪽은 소수성, 바깥쪽은 친수성이다. 그래서 고리 안에 소수성 분자를 끌어안는 포접화합물을 만들 수 있고, 식품에서의 쓰임새는 거의 전부 이 성질에서 나온다. 포도당 6개짜리는 α, 7개는 β, 8개는 γ 사이클로덱스트린이다.

「식품첨가물의 기준 및 규격」(식품첨가물공전)에서는 시클로덱스트린을 품목별 성분규격에 두고, 용도는 안정제로 분류한다. 안정제는 두 가지 이상의 성분을 일정한 분산 상태로 유지시키는 첨가물을 말한다.

지면의 정답 박스에는 효과가 여섯 가지 나열되어 있으나 발문이 요구하는 것은 세 가지이므로, 답안에는 대표적인 세 가지만 적고 나머지는 아래에 함께 정리한다.

① 식품의 점착성 및 점도 증가 ② 물성 및 촉감 향상 ③ 유화 안정성 증진 ④ 보존기간 연장 ⑤ 불쾌취 성분을 고리 안에 가두어 없애는 탈취 효과 ⑥ 향기성분을 포접해 산화ㆍ휘발을 막아 향의 지속성 향상

④~⑥도 정답으로 인정되는 항목이므로, 세 가지를 고를 때 무엇을 쓰든 무방하다.

(1) 원리 — 균 현탁액을 급속히 얼린 뒤 진공(감압) 상태에서 얼음을 액체 상태를 거치지 않고 곧바로 수증기로 승화시켜 수분을 제거한다.

(2) 장점 — 균의 생존율이 높아 장기간 보존할 수 있고, 균주의 성질이 변하지 않은 채 유지되며 보관과 운반이 쉽다.

[해설]

미생물을 오래 살려 두려면 대사를 멈추되 세포는 상하지 않게 해야 한다. 동결건조는 이 두 가지를 동결과 승화로 동시에 해결한다. 급속 동결로 얼음결정을 잘게 만들어 세포막 손상을 줄이고, 감압 상태에서 얼음이 녹지 않고 바로 기화하도록 해 수분만 빼낸다. 물이 없으면 효소반응이 멈추므로 균은 휴면 상태로 들어간다.

이때 탈지유ㆍ혈청ㆍ글리세롤 같은 보호제를 함께 넣어 동결과 건조 과정에서 생기는 세포 손상을 더 줄인다. 건조가 끝난 앰플을 진공 상태로 밀봉하면 산화와 잡균 오염까지 차단되어, 냉장 정도의 온도에서도 수년 이상 보존할 수 있다.

장점을 정리하면 ① 생존율이 높고 장기 보존이 가능하며 ② 계대를 거치지 않아 변이가 생기지 않고 원래의 균주 특성이 유지되고 ③ 앰플이 밀봉되어 교차오염 위험이 낮으며 운반ㆍ취급이 간편하다는 점이다.

다른 보존법과 비교하면 차이가 뚜렷하다. 사면배양 냉장 보존은 정기적인 계대가 필요해 변이 위험이 있고, 유동파라핀 중층법은 중기 보존에 그친다. 액체질소(-196 ℃) 보존은 동결건조와 함께 대표적인 장기 보존법이지만 전용 설비와 지속적인 액체질소 공급이 필요하다.

7.5 kg

[해설]

농축에서 빠져나가는 것은 물뿐이고 용질인 소금의 질량은 변하지 않는다. 이 물질수지가 풀이의 축이다.

① 소금의 질량 : $10 \times 0.05 = 0.5\ \mathrm{kg}$

② 증발시킬 물을 $x$라 하면 남는 소금물은 $(10 - x)\ \mathrm{kg}$이고 그 20 %가 소금이므로

$0.5 = (10 - x) \times 0.20 \quad \Rightarrow \quad 10 - x = \dfrac{0.5}{0.20} = 2.5\ \mathrm{kg}$

③ 증발시킬 물 : $x = 10 - 2.5 =$$7.5\ \mathrm{kg}$

검산하면 남은 소금물 2.5 kg 안에 소금 0.5 kg이 들어 있어 $0.5 / 2.5 = 0.20$, 곧 20 %로 조건과 맞는다. 농도가 4배가 되었으니 소금물의 양이 1/4인 2.5 kg으로 줄어야 한다고 생각해도 같은 답이 나온다.

한 줄로 세우면 $0.05 \times 10 = 0.20 \times (10 - x)$이다. 다만 물을 더 부어 묽히는 문제는 식의 방향이 반대라는 점을 구분해야 한다 — 35 % 소금물 100 mL를 5 %로 묽히려면 $100 \times 0.35 = (100 + x) \times 0.05$에서 $x = 600\ \mathrm{mL}$다.

과당은 용액에서 α형과 β형이 평형을 이루고 있는데, 온도가 낮아지면 단맛이 강한 β형의 비율이 커져 감미도가 높아지고, 온도가 올라가면 단맛이 약한 α형의 비율이 늘어나 감미도가 떨어지기 때문이다.

[해설]

과당은 수용액에서 고리 구조와 사슬 구조 사이를 오가며 여러 이성질체가 온도에 따라 달라지는 평형을 이룬다. 이 가운데 단맛이 가장 강한 것은 β-D-fructopyranose로, 설탕의 약 1.8배에 이르는 감미도를 낸다. 반대로 α형과 푸라노스형은 감미도가 훨씬 낮다.

온도가 낮을수록 평형은 β-피라노스 쪽으로 기울고, 온도가 올라가면 감미가 약한 형태의 비율이 늘어난다. 그래서 차게 먹을수록 더 달게 느껴지고, 데우면 단맛이 눈에 띄게 약해진다. 수박ㆍ배 같은 과일과 청량음료를 차게 마실 때 단맛이 살아나는 것이 이 때문이며, 액상과당이 냉음료용 감미료로 널리 쓰이는 이유이기도 하다.

포도당ㆍ설탕은 온도에 따른 감미도 변화가 거의 없다는 점과 비교하면 과당의 특이성이 뚜렷하다. 설탕은 비환원당이라 α형ㆍβ형 사이의 전환 자체가 일어나지 않는다.

참고로 일부 교재의 해설에는 '온도가 오르면 감미도가 높은 α형의 비율이 커진다'고 적혀 있으나, 같은 지면의 정답 서술과 어긋나는 오기다. 감미가 강한 쪽은 β형이고, 온도 상승은 감미도를 낮춘다.

(1) 원리 — 식품을 삼중점보다 낮은 온도로 얼린 다음 삼중점 압력보다 낮게 감압하면, 얼음이 물로 녹는 단계를 거치지 않고 곧바로 수증기로 승화하면서 건조가 진행된다.

(2) ① 액체 상태를 거치지 않아 수축과 성분 이동이 적고 원래의 형태ㆍ조직이 유지된다 ② 저온에서 진행되어 영양성분과 휘발성 향기성분의 손실이 적고 복원성이 좋다

[해설]

물의 상평형도는 가로축을 온도, 세로축을 압력으로 놓고 고체ㆍ액체ㆍ기체 영역을 나눈 그림이다. 세 영역이 한 점에서 만나는 삼중점은 0.01 ℃, 0.006 atm이다(삼중점 압력 611.66 Pa를 101,325 Pa로 나누면 약 0.00604 atm이다).

$P_{tp} = \dfrac{611.66}{101325} \approx 0.006\ \mathrm{atm},\quad T_{tp} = 0.01\ ^\circ\mathrm{C}$

동결건조는 이 삼중점 아래쪽 영역을 이용한다. 압력이 삼중점보다 낮으면 고체와 기체 영역이 직접 맞닿아 액체 구간이 사라지므로, 얼음에 열을 주면 녹지 않고 승화해 버린다. 그래서 식품을 먼저 얼린 뒤 진공을 걸고 승화열만 공급하면, 얼음이 있던 자리가 그대로 빈 구멍으로 남으면서 건조가 끝난다.

지면의 정답에는 장점이 넷 열거되어 있으나 발문이 요구하는 것은 두 가지이므로, 답안에는 대표적인 둘만 적고 나머지는 여기에 함께 둔다. ① 형태ㆍ조직 보존(액상을 거치지 않아 수축과 표면경화가 없다) ② 영양소ㆍ향기성분 손실 최소화와 뛰어난 복원성 ③ 열에 의한 변색ㆍ변질이 적다 ④ 가용성 성분이 표면으로 이동하지 않는다.

단점도 함께 알아 두면 좋다. 건조물이 다공질이라 부스러지기 쉽고 산소와 닿는 면적이 넓어 산화되기 쉬우며, 설비비와 운전비가 크고 건조에 걸리는 시간도 길다.

약 55.18분

[해설]

세균은 이분법으로 늘어나므로 세대수를 $n$이라 하면 $N = N_0 \times 2^n$이다. 발문이 유도기가 없고 정지기에도 이르지 않았다고 밝힌 것은, 6시간 전체가 대수기(지수증식기)여서 이 식을 그대로 쓸 수 있다는 뜻이다.

양변에 상용로그를 취해 세대수를 구한다.

$n = \dfrac{\log N - \log N_0}{\log 2} = \dfrac{(\log 3.68 + 7) - (\log 4 + 5)}{\log 2}$

$n = \dfrac{(0.5658 + 7) - (0.6021 + 5)}{0.3010} = \dfrac{1.9637}{0.3010} = 6.52$

평균 세대시간은 걸린 시간을 세대수로 나눈 값이고, 6시간은 360분이므로

$G = \dfrac{t}{n} = \dfrac{360}{6.52} = \mathbf{55.18}\ \mathrm{min}$

따라서 평균 세대시간은 약 55.18분이다. 시간 단위로 먼저 나누어 $360$ 대신 $6\ \mathrm{h}$를 쓰면 0.92시간이 나오고, 60을 곱하면 약 55.2분으로 같은 값이다(반올림 위치에 따른 차이).

(1) 수분활성도 : 0.85 이상

(2) pH : 4.6 이상

[해설]

잠재적 위해식품은 병원성 미생물이 빠르게 자라거나 독소를 만들 수 있어 온도관리가 반드시 필요한 식품을 말한다. 경계값 두 개는 각각 뚜렷한 근거를 갖는다.

ㆍ수분활성도 0.85 — 식중독을 일으키는 대부분의 세균이 증식할 수 있는 하한선이다. 이보다 낮으면 세균 증식은 사실상 멈추고, 곰팡이ㆍ내건성 효모 정도만 문제가 된다. 참고로 미생물 전반의 생육 한계는 수분활성도 0.6 부근이다.

ㆍpH 4.6 — 통조림 살균의 지표균인 Clostridium botulinum이 증식하고 독소를 만들 수 있는 하한선이다. pH 4.6 이하의 산성식품에서는 이 균이 자라지 못하므로 살균만으로 충분하지만, 이 값을 넘는 저산성 식품(통ㆍ병조림, 레토르트식품)은 아포를 죽이는 멸균, 즉 중심온도 120 ℃에서 4분 이상 또는 이와 동등 이상의 열처리가 필요하다.

두 조건은 함께 걸릴 때 의미가 있다. 수분활성도가 0.85 이상이면서 pH도 4.6 이상인 식품이 위험 구간이며, 냉장ㆍ가열 등 온도관리 대상이 된다. 교재에 따라 pH 조건을 '4.6 초과'로 적기도 하는데, 경계값 자체를 포함하느냐의 표기 차이일 뿐 판단 기준은 같다.

(1) 정의 — 식품에 들어 있는 수분 가운데 미생물의 증식이나 화학반응에 실제로 이용될 수 있는 자유수의 정도를 나타내는 값. 같은 온도에서 순수한 물의 수증기압에 대한 식품의 수증기압 비로 정의한다.

(2) $A_w = \dfrac{N_w}{N_w + N_s}$

[해설]

식품의 수분은 성분과 결합해 움직이지 못하는 결합수와, 자유롭게 이동하며 용매로 작용하는 자유수로 나뉜다. 미생물이 쓰고 화학반응에 참여하는 것은 자유수뿐이므로, 총 수분함량이 아니라 자유수의 비율이 보존성을 좌우한다. 이를 수치로 나타낸 것이 수분활성도다.

측정 기준은 수증기압이다. 같은 온도에서 $A_w = \dfrac{P}{P_0}$이며, 여기서 $P$는 식품이 나타내는 수증기압, $P_0$는 순수한 물의 수증기압이다. 순수한 물은 $A_w = 1$이고, 용질이 녹아 있는 식품은 $P \lt P_0$이므로 $A_w \lt 1$이 된다.

묽은 용액에서는 라울(Raoult) 법칙이 성립해 수증기압비가 물의 몰분율과 같아진다. 그래서 몰수로도 쓸 수 있다.

$A_w = \dfrac{P}{P_0} = X_w = \dfrac{N_w}{N_w + N_s}$

한 가지 짚어 둘 것이 있다. 일부 교재는 정의를 '식품이 나타내는 수증기압에 대한 순수한 물의 최대 수증기압의 비'로 적어 두었는데, 'A에 대한 B의 비'는 $B/A$이므로 그대로 읽으면 $A_w = P_0/P$가 되어 버린다. 그러면 값이 항상 1 이상이 되어 같은 책의 공식($P/P_0$)과도 어긋나고 수분활성도의 정의역도 벗어난다. 분자ㆍ분모가 뒤바뀐 표기이니, 순수한 물의 수증기압에 대한 식품의 수증기압 비로 기억해야 한다.

pectinase의 활성 최적온도는 약 40 ℃인데 80 ℃의 고온에서 투입되어 효소단백질이 열변성되었고, 활성을 잃어 펙틴이 분해되지 않았기 때문이다.

[해설]

효소는 주효소가 단백질이므로 온도와 pH에 민감하다. 최적온도까지는 온도가 오를수록 반응이 빨라지지만, 그 위로 올라가면 3차 구조가 풀려 활성부위가 무너지고 되돌릴 수 없이 실활한다. pectinase의 최적온도는 40 ℃ 안팎이므로 80 ℃는 효소를 넣자마자 죽이는 온도다.

청징이 되는 원리를 보면 왜 효소가 필요한지 분명해진다. 사과주스의 혼탁은 펙틴이 과육 입자를 감싸 콜로이드 상태로 안정하게 떠 있기 때문에 생긴다. pectinase가 펙틴을 잘라 주면 입자를 붙들던 힘이 사라져 부유물이 서로 뭉쳐 가라앉고, 그때 비로소 여과와 청징이 된다. 효소가 죽으면 펙틴이 그대로 남으므로 아무리 오래 두어도 맑아지지 않는다.

따라서 공정은 가열ㆍ살균을 먼저 하더라도 40~50 ℃로 냉각한 뒤 효소를 넣고 일정 시간 반응시킨 다음 여과하는 순서여야 한다.

(1) 자체로는 색을 띠지 않는다(무색).

(2) 착색료가 식품에 색을 직접 입히거나 잃은 색을 되살리는 첨가물인 데 비해, 발색제는 스스로 색을 내지 않고 식품 성분과 반응해 색을 발현ㆍ고정시켜 본래의 색을 안정하게 유지하거나 선명하게 강화한다.

[해설]

두 첨가물은 '색'을 다룬다는 점만 같고 작용 방식이 완전히 다르다.

ㆍ착색료는 그 자체가 색을 가진 물질이어서 식품에 섞으면 그 색이 그대로 나타난다. 가공 중에 빠진 색을 되살리거나 새로운 색을 부여하는 것이 목적이다. 타르계 합성착색료인 식용색소와 치자황색소ㆍ무궁화색소 같은 천연색소가 여기에 든다.

ㆍ발색제는 그 자체로는 무색이며, 식품 안의 색소 성분과 화학반응을 일으켜 비로소 색을 만들거나 붙잡아 둔다. 아질산나트륨ㆍ질산나트륨ㆍ질산칼륨이 대표적이다.

작용 기전을 보면 이해가 쉽다. 식육에 아질산염을 쓰면 육색소인 미오글로빈과 반응해 나이트로소미오글로빈이 되고, 가열하면 안정한 나이트로소미오크로모겐으로 바뀌어 특유의 분홍빛이 고정된다. 아무것도 넣지 않으면 미오글로빈이 산화되어 갈색의 메트미오글로빈으로 변한다. 즉 없던 색을 칠한 것이 아니라, 원래 고기가 가진 색을 붙들어 둔 것이다.

발색제는 색 외에 Clostridium botulinum의 증식을 억제하는 효과도 있어 식육가공품에서 함께 기대되는 기능이 있다. 다만 아민류와 반응해 발암성이 알려진 나이트로사민이 생길 수 있어, 사용기준으로 잔존량을 제한하고 있다.

5.85 = 0.02(N) × 58.5(g/eq) ÷ 1,000(mL/L) × 50(희석배수) × 100(백분율) — 즉 0.02 N 질산은 1 mL에 대응하는 $\mathrm{NaCl}$ 0.00117 g에, 500 mL 중 10 mL만 적정한 데 따른 희석배수 50과 백분율 환산 100을 곱한 값이다.

[해설]

계수 5.85는 '적정에 쓰인 질산은 1 mL가 검체 몇 %의 식염에 해당하는가'를 미리 계산해 묶어 둔 값이다. 순서대로 풀면 다음과 같다.

① 반응식이 1 : 1이므로 소비된 질산은의 당량수와 여액 속 $\mathrm{NaCl}$의 당량수가 같다.

$\mathrm{eq} = 0.02 \times f \times \dfrac{b}{1000}$

② $\mathrm{NaCl}$은 1가이므로 당량은 분자량과 같은 58.5 g/eq이다. 따라서 여액 10 mL 속 식염의 질량은

$0.02 \times f \times \dfrac{b}{1000} \times 58.5\ (\mathrm{g})$

③ 검체 전량은 500 mL로 정용했고 그중 10 mL만 적정했으므로 희석배수는 500 ÷ 10 = 50이다. 여기에 검체 채취량 a로 나누고 100을 곱해 백분율로 바꾼다.

$\dfrac{0.02 \times f \times \dfrac{b}{1000} \times 58.5 \times 50}{a} \times 100 = \dfrac{b}{a} \times f \times \left(0.02 \times 58.5 \times \dfrac{50}{1000} \times 100\right)$

④ 괄호 안을 계산하면 $0.02 \times 58.5 \div 1000 = 0.00117$(0.02 N 질산은 1 mL에 상당하는 $\mathrm{NaCl}$의 g수)이고, 여기에 50과 100을 곱해 $0.00117 \times 50 \times 100 = \mathbf{5.85}$가 된다.

결국 5.85 = 0.02 N × 58.5 g/eq × 50(희석배수) ÷ 1,000 × 100이다. 묶는 순서를 달리해 '0.00117 × 50 × 100'으로 설명해도 같은 식이다.

한편 발문에 주어진 $\mathrm{AgNO_3}$의 분자량 169.87은 이 계산에 쓰이지 않는다. 질산은은 이미 0.02 N이라는 규정농도와 역가 f로 주어져 있어 몰질량이 다시 필요하지 않기 때문이다. 계수를 유도할 때 필요한 것은 $\mathrm{NaCl}$의 당량 58.5뿐이다.

① 한 종류의 단당류만으로 이루어진 다당류

② 전분

③ 두 종류 이상의 단당류(또는 그 유도체)로 이루어진 다당류

④ 펙틴

[해설]

가르는 기준은 구성 단위의 가짓수 하나뿐이다. 가수분해했을 때 같은 단당류만 나오면 단순다당류, 서로 다른 단당류가 두 종류 이상 나오면 복합다당류다.

ㆍ전분은 포도당만이 α-1,4 결합과 α-1,6 결합으로 이어진 중합체라 단순다당류다. 셀룰로스(포도당의 β-1,4 결합), 글리코겐, 이눌린(과당 중합체), 덱스트린도 같은 무리다.

ㆍ펙틴은 갈락투론산(갈락토스의 산화 유도체)이 주사슬을 이루고 곁사슬에 람노스ㆍ아라비노스ㆍ갈락토스 등이 붙어 있어 복합다당류다. 헤미셀룰로스, 한천, 글루코만난 등도 여기에 속한다.

표에는 정의만 쓰면 되지만, 실제 채점에서는 '같은 단당류/다른 단당류'라는 대비가 드러나야 한다.