2019년 식품안전기사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) 영양강화 밀가루

(2) 침출차

[해설]

(1) 영양강화 밀가루는 밀가루에 영양을 강화할 목적으로 식품 또는 식품첨가물을 더한 것이다. 제분 과정에서 밀기울과 배아가 떨어져 나가며 줄어든 비타민·무기질을 되메우는 것이 목적이라, 니코틴산(나이아신)·환원철·비타민 B₁·비타민 C 같은 강화제가 아주 적은 양(전체의 0.01 % 수준)만 들어간다. 밀가루가 99.99 %라는 배합비 자체가 "밀가루에 미량의 강화제를 더한 것"이라는 단서다.

(2) 침출차는 식물의 어린싹·잎·꽃·줄기·뿌리·열매 또는 곡류 등을 주원료로 가공한 것으로, 물에 우려낸 여액을 마시는 다류(음료류)다. 티백에 담긴 옥수수차·보리차·둥굴레차가 여기에 든다. 같은 다류라도 원료를 그대로 물에 타 마시도록 분말·과립으로 만든 것은 고형차, 침출액을 농축하거나 추출액을 액상으로 만든 것은 액상차로 유형이 갈린다.

호화로 흩어졌던 아밀로오스·아밀로펙틴 사슬이 다시 가까워져 사슬 사이에 수소결합을 맺고, 규칙적인 미셀(결정) 구조로 재배열되면서 생전분에 가까운 상태로 되돌아가는 현상

[해설]

생전분(β전분)의 입자 안에서 아밀로오스와 아밀로펙틴 사슬은 수소결합으로 촘촘히 묶인 미셀을 이루고 있어 물 분자가 파고들지 못한다. 여기에 물과 열을 주면 수화 → 팽윤 → 미셀 붕괴 → 교질용액 형성의 순서로 결정 구조가 풀리는데, 이것이 호화(α화)다.

노화는 그 역방향 변화다. 온도가 내려가 사슬의 운동이 둔해지면 직선형인 아밀로오스가 먼저 서로 나란히 겹쳐 이중나선을 이루고, 사슬 사이에 수소결합이 다시 형성되면서 부분적인 결정영역(미셀)이 자라난다. 이때 구조 안에 갇혀 있던 물이 밖으로 밀려나 표면이 마르고 물이 배어 나오며(이수, 離水), 조직은 딱딱해지고 소화효소가 접근하기 어려워져 소화율도 떨어진다. 가지가 많은 아밀로펙틴은 재회합이 느려 노화의 뒷단계에 관여한다.

노화가 잘 일어나는 조건은 수분 30~60 %, 0~5 ℃의 냉장 온도, 산성 쪽 pH, 아밀로오스 함량이 높은 전분이다. 반대로 수분을 15 % 이하로 말리거나 급속 동결하고, 60 ℃ 이상으로 보온하며, 설탕이나 유화제를 넣으면 노화가 억제된다. 냉장고에 둔 밥·빵이 굳고 냉동실에 둔 것은 덜 굳는 것이 이 조건 차이 때문이다.

① 120 ℃

② 4분

③ 4.6

④ 4.6

[해설]

통·병조림식품은 12개월을 넘겨 실온에서 유통할 것을 전제로 하는 장기보존식품이다. 실온에 오래 두어도 안전하려면 내열성 포자를 형성하는 Clostridium botulinum을 제어해야 하고, 그래서 살균이 아니라 멸균 수준의 열처리를 요구한다.

· 중심온도 120 ℃ 이상에서 4분 이상 — 겉이 아니라 열이 가장 늦게 도달하는 제품 중심부가 기준이다. 이 조건을 기준온도 121.1 ℃ 환산값으로 바꾸면

$F_0=4\times 10^{\frac{120-121.1}{10}}\fallingdotseq 3.1\ \mathrm{min}$

으로, C. botulinum 포자를 12 log(12D) 사멸시키는 통조림의 고전적 기준인 $F_0=3$분과 사실상 같은 강도다.

· pH 4.6 — C. botulinum은 pH 4.6 이하에서는 자라지도, 독소를 만들지도 못한다. 그래서 pH 4.6을 넘는 식품을 저산성식품으로 묶어 멸균과 공정기록 보관을 요구하고, pH 4.6 이하인 산성식품은 곰팡이·효모·유산균만 잡으면 되므로 가열 살균으로 갈음할 수 있게 한 것이다. ③과 ④가 같은 4.6인 이유가 여기에 있다.

냉각을 규정한 것도 같은 맥락이다. 열처리 뒤 오래 뜨겁게 두면 55 ℃ 안팎에서 자라는 호열성 세균이 살아남아 증식(flat sour 등)할 수 있으므로, 살균 직후 빠르게 식혀야 한다.

(1) LD₅₀

(2) TLm

[해설]

· LD₅₀(Lethal Dose 50, 반수치사량) — 실험동물(흰쥐·토끼 등)에 시험물질을 한 번 투여했을 때 동물의 50 %가 죽는 투여량으로, 체중당 질량(mg/kg)으로 나타낸다. 경구·경피 투여가 일반적이며, 값이 작을수록 급성독성이 강하다.

· TLm(Median Tolerance Limit, 한계치사농도) — 물에 녹인 시험물질에 어류를 24·48·96시간처럼 정해진 시간 동안 노출시켰을 때 어류의 50 %가 견디는(=50 %가 죽는) 농도로, mg/L(ppm)로 나타낸다. 농약의 어독성을 나타내는 지표로 쓰이며 반수치사농도라고도 부른다.

혼동하기 쉬운 것이 LC₅₀(Lethal Concentration 50)이다. 이것은 흡입처럼 농도로 노출시켰을 때의 반수치사농도를 가리키는 일반 용어로, 대상과 노출 매체가 다르다. 어류를 대상으로 하고 노출시간을 함께 적는 경우에는 관례적으로 TLm을 쓴다. 두 값 모두 급성독성 지표이므로, 장기간 소량 섭취의 안전성을 판단하는 ADI(1일 섭취허용량)나 NOAEL(최대무작용량)과는 성격이 다르다.

메톡실기가 적어 유리 카르복실기가 많으므로, 칼슘과 같은 2가 양이온이 이웃한 펙틴 사슬의 카르복실기 사이를 이온결합으로 이어 주는 가교 역할을 하고, 그 결과 3차원 그물구조가 만들어지면서 겔이 된다. 고농도의 당과 산은 필요하지 않다.

[해설]

펙틴은 갈락투론산이 이어진 사슬로, 카르복실기의 일부가 메틸에스터(메톡실기) 형태로 막혀 있다. 막힌 비율(에스터화도)에 따라 겔을 만드는 방식이 완전히 달라진다.

· 고메톡실 펙틴(HM펙틴, 메톡실기 7 % 이상) — 유리 카르복실기가 적다. 당 60~65 % 이상과 pH 2.8~3.5의 산 조건을 함께 주어야 사슬의 수화를 깨고 수소결합·소수결합으로 겔이 만들어진다. 보통의 잼·젤리가 여기에 해당한다.

· 저메톡실 펙틴(LM펙틴, 메톡실기 7 % 미만) — 해리된 카르복실기($-\mathrm{COO}^-$)가 많아 사슬이 음전하를 띤다. 여기에 $\mathrm{Ca}^{2+}$·$\mathrm{Mg}^{2+}$ 같은 2가 양이온을 넣으면 한 이온이 서로 다른 두 사슬의 카르복실기와 동시에 결합해 가교(다리)를 놓고, 사슬들이 격자처럼 엮여 3차원 망상구조를 이룬다. 이 결합 모양을 달걀판에 빗대어 에그박스(egg-box) 구조라고 부른다.

당과 산에 기대지 않으므로 저당·무가당 잼이나 당뇨 환자용 제품을 만들 수 있다는 것이 LM펙틴의 실용적 이점이다. 다만 칼슘이 지나치면 국부적으로 응집해 겔이 부서지기 쉽고, 넣는 순서와 양의 조절이 중요하다.

(1) 63~65 ℃에서 30분간

(2) 72~75 ℃에서 15~20초간

(3) 포스파타제 시험(phosphatase test)

[해설]

우유 살균의 목표는 모든 미생물을 없애는 것이 아니라, 원유에 들어 있을 수 있는 병원균을 죽이면서 풍미와 영양의 손상을 최소로 하는 것이다. 그래서 살균조건은 원유에서 문제가 되는 병원균 가운데 내열성이 큰 균이 죽는 선에 맞춰져 있고, 부패균과 내열성 포자는 남으므로 살균유는 냉장 유통해야 한다.

· 저온장시간살균법(LTLT, Low Temperature Long Time) : 63~65 ℃, 30분. 배치식이며 풍미 변화가 가장 적다.

· 고온단시간살균법(HTST, High Temperature Short Time) : 72~75 ℃, 15~20초. 판형 열교환기를 쓰는 연속식이라 대량 처리에 적합하다.

· 참고로 초고온순간처리법(UHT)은 130~150 ℃에서 0.5~5초간 처리하는 방식으로, 이 문항이 묻는 두 가지에는 들어가지 않지만 함께 외워 두면 좋다.

살균이 제대로 되었는지는 우유에 본래 들어 있는 효소인 알칼리성 포스파타제(alkaline phosphatase)의 활성이 남아 있는지로 판정한다. 이 효소는 원유에 있을 수 있는 병원균보다 조금 더 내열성이 커서, 규정된 살균조건을 지키면 함께 실활한다. 따라서 시험 결과가 음성이면 살균이 충분했다는 뜻이고, 양성이면 가열이 부족했거나 살균 후 생유가 섞였다는 신호다. 「식품의 기준 및 규격」(식품공전)도 유가공품 시험법에 포스파타제 시험을 두고 있다.

저온장시간살균의 온도는 63~65 ℃가 맞다. 일부 교재는 해설 본문에만 62~65 ℃로 적어 같은 지면의 정답과 어긋나 있으니 주의한다.

ribose > galactose > glucose > sucrose

[해설]

마이야르 반응은 당의 카르보닐기와 아미노산·단백질의 아미노기가 결합하면서 시작된다. 따라서 반응 속도는 사슬 모양으로 열려 자유 카르보닐기를 내놓을 수 있는 정도로 결정된다.

· 오탄당 > 육탄당 — 고리가 작고 유연해 개환 상태의 비율이 높은 오탄당이 가장 빠르다. 리보스(ribose)·자일로스·아라비노스가 여기에 든다.

· 육탄당끼리는 갈락토스 > 만노스 > 포도당 순으로, 고리 구조가 더 안정한 포도당이 가장 느리다.

· 설탕(sucrose)은 비환원당이다. 포도당의 1번 탄소와 과당의 2번 탄소가 글리코사이드 결합으로 묶여 두 당의 환원성 기가 모두 막혀 있어, 그 상태로는 마이야르 반응에 거의 참여하지 못한다. 다만 산이나 인버테이스로 가수분해되어 전화당(포도당+과당)이 되면 그때부터 반응한다.

정리하면 오탄당 > 육탄당 > 환원성 이당류(맥아당·유당) > 비환원당(설탕) 순이며, 이 문항의 네 가지에 적용하면 리보스 > 갈락토스 > 포도당 > 설탕이 된다.

① 글루텐(단백질) 함량 — 강력분, 중력분, 박력분으로 나눈다.

② 회분(무기질) 함량 — 1등급, 2등급, 3등급으로 나눈다.

[해설]

밀가루는 무엇에 쓰이는가(종류)와 얼마나 곱게 정제되었는가(등급)를 서로 다른 지표로 가른다.

· 글루텐(단백질) 함량 — 종류 : 밀 단백질인 글리아딘과 글루테닌이 물과 반죽되며 만드는 그물 구조가 글루텐이다. 이 양이 많을수록 반죽이 질기고 잘 부푼다. 단백질이 가장 많은 강력분(대체로 13 % 안팎 이상, 경질밀)은 제빵용, 중간인 중력분(10 % 내외)은 국수·만두피 등 다목적, 가장 적은 박력분(8~10 % 정도, 연질밀)은 케이크·쿠키·튀김옷에 쓴다.

· 회분 함량 — 등급 : 회분은 시료를 태우고 남는 무기질로, 밀알의 껍질(밀기울)과 배아에 몰려 있고 배유에는 적다. 따라서 회분이 적을수록 껍질이 덜 섞인 정제도 높은 밀가루다. 일반적으로 1등급 0.6 % 이하, 2등급 0.9 % 이하, 3등급 1.6 % 이하로 구분하며, 등급이 낮은 번호일수록 색이 희고 식감이 부드럽다.

두 기준은 서로 독립이어서 "1등급 강력분", "2등급 박력분"처럼 조합해 표기한다. 「식품공전」의 식품유형으로서의 밀가루류는 밀가루·영양강화 밀가루·기타 밀가루로 나뉘는데, 이는 가공 여부에 따른 분류이므로 이 문항이 묻는 축과는 다르다.

4 mg/kg

[해설]

크로마토그램의 피크 면적은 주입한 성분의 양(농도)에 비례한다. 같은 조건에서 얻은 표준액의 면적과 견주어 시료 용액의 농도를 먼저 구하고, 그 다음 전처리에서 묽혀진 만큼 되돌려 시료 자체의 농도로 환산하는 두 단계로 푼다.

① 시료 용액의 농도

$C=5\ \mathrm{mg/kg}\times\dfrac{50}{125}=2\ \mathrm{mg/kg}$

② 시료 용액 10 mL에 들어 있는 산화방지제의 양 — 묽은 수용액이므로 1 kg을 1 L로 보면

$2\ \mathrm{mg/L}\times 0.010\ \mathrm{L}=0.02\ \mathrm{mg}$

③ 이 양은 시료 5 g에서 나온 것이므로

$\dfrac{0.02\ \mathrm{mg}}{0.005\ \mathrm{kg}}=\mathbf{4\ \mathrm{mg/kg}}$

같은 계산을 희석배수로 처리해도 된다. 시료 5 g을 10 mL로 맞추었으므로 희석배수는 $\dfrac{10\ \mathrm{mL}}{5\ \mathrm{g}}=2$이고, 측정값 2 mg/kg에 2를 곱해 4 mg/kg을 얻는다. 전처리 배수를 잊고 2 mg/kg으로 답하는 것이 가장 흔한 실수다.

(1) 양조간장 — 대두, 탈지대두 또는 곡류 등에 누룩균 등을 배양하고 식염수 등을 섞어 발효·숙성시킨 뒤 그 여액을 가공한 것

(2) 한식간장 — 메주를 주원료로 하여 식염수 등을 섞어 발효·숙성시킨 뒤 그 여액을 가공한 것

(3) 효소분해간장 — 단백질을 함유한 원료를 효소로 가수분해한 뒤 그 여액을 가공한 것

(4) 산분해간장 — 단백질을 함유한 원료를 산으로 가수분해한 뒤 그 여액을 가공한 것

(5) 혼합간장 — 한식간장이나 양조간장에 산분해간장 또는 효소분해간장을 섞어 가공한 것 등

[해설]

간장의 식품유형은 단백질 원료를 무엇으로 분해했는가로 갈린다.

· 발효로 만드는 것 : 한식간장은 메주(자연 접종된 곰팡이·세균)로, 양조간장은 순수 배양한 누룩균(Aspergillus속 등)을 대두·탈지대두·곡류에 배양해 담근다. 시간이 오래 걸리지만 발효 과정에서 생기는 아미노산·유기산·향기 성분이 풍부하다.

· 화학적·효소적으로 분해하는 것 : 산분해간장은 탈지대두 등을 염산으로 가수분해한 뒤 중화해 만들고, 효소분해간장은 단백질분해효소로 분해한다. 발효보다 훨씬 빠르고 수율이 높다.

· 혼합간장 : 위의 것들을 섞은 것이다. 「식품공전」은 한식간장·양조간장에 산분해간장 또는 효소분해간장을 혼합한 것 외에도, 산분해간장 원액에 단백질이나 탄수화물 원료를 더해 발효·숙성시킨 여액을 가공한 것, 그 원액에 양조간장 원액이나 산분해간장 원액 등을 섞어 가공한 것까지 이 유형에 넣는다.

산분해 공정에서는 원료의 지방에서 유래한 글리세롤이 염산과 반응해 3-MCPD(3-모노클로로프로판-1,2-디올)가 생길 수 있어, 「식품공전」은 산분해간장과 혼합간장에 3-MCPD 규격(0.02 mg/kg 이하)을 따로 두고 있다. 이것이 산분해간장 계열을 별도 유형으로 관리하는 이유이기도 하다.

① 가열장치(증발관)

② 응축기

③ 진공장치(감압장치)

[해설]

진공농축은 장치 안을 감압해 물의 끓는점을 낮춘 상태에서 수분을 증발시키는 방법이다. 낮은 온도에서 끓이므로 열에 약한 비타민·향기 성분의 손실과 갈변·단백질 변성이 줄고, 과즙·우유·토마토 페이스트처럼 열에 민감한 액상식품의 농축에 쓴다.

· 가열장치(증발관) — 수증기 등으로 열을 공급해 원액에서 수분을 증발시키는 몸통이다.

· 응축기 — 증발한 수증기를 냉각수로 식혀 물로 되돌린다. 증기가 액체로 바뀌면 부피가 급격히 줄어 계 안의 압력이 낮게 유지되므로, 응축기는 진공을 만드는 데도 직접 기여한다.

· 진공장치(감압장치) — 진공펌프나 스팀 이젝터로 공기·불응축가스를 뽑아내 감압 상태를 유지한다.

응축기 없이 진공펌프만으로 대량의 수증기를 빼내려 하면 용량을 감당할 수 없다. 세 장치가 함께 있어야 저온 증발이 성립한다는 점이 이 문항의 요지다. 열효율을 높이려면 앞 관의 증기를 뒤 관의 열원으로 쓰는 다중효용 방식으로 여러 개의 증발관을 잇는다.

(1) 31.95 kg

(2) 100.72분

[해설]

Brix는 용액 100 g에 녹아 있는 당(고형분)의 g 수이므로, 섞기 전후로 당의 총량이 보존된다는 물질수지식을 세우면 된다.

① 넣어야 할 75 Brix 시럽의 양을 $x\ \mathrm{kg}$이라 하면

$0.12\times 5{,}000+0.75x=0.124\,(5{,}000+x)$

$x=\dfrac{0.124\times 5{,}000-0.12\times 5{,}000}{0.75-0.124}=\dfrac{20}{0.626}=31.9489\ \mathrm{kg}\;\fallingdotseq\;\mathbf{31.95\ \mathrm{kg}}$

② 당도를 맞춘 시럽의 전체 질량과 부피 — 밀도로 부피를 낸다.

$(5{,}000+31.95)\ \mathrm{kg}=5{,}031{,}950\ \mathrm{g}$

$V=\dfrac{5{,}031{,}950\ \mathrm{g}}{1.0408\ \mathrm{g/mL}}=4{,}834{,}694\ \mathrm{mL}$

③ 캔 수와 소요시간

$\dfrac{4{,}834{,}694\ \mathrm{mL}}{240\ \mathrm{mL/can}}=20{,}144.56\ \mathrm{can}$

$t=\dfrac{20{,}144.56\ \mathrm{can}}{200\ \mathrm{can/min}}=\mathbf{100.72\ \mathrm{min}}$

중간에 나온 캔 수가 정수로 떨어지지 않지만, 묻는 것이 충전에 걸리는 시간이므로 그대로 나누면 된다. 한 줄로 이으면 $t=\dfrac{(5{,}000+31.95)\times 1{,}000}{1.0408\times 240\times 200}=100.72$분이다. 소수점 셋째 자리를 반올림하라는 조건이 없다면 100.7분으로 적은 답도 같은 값이지만, 이 문항은 둘째 자리까지를 명시했으므로 100.72분으로 맞춘다.

① 이화학적 지표

② 미생물학적 지표

③ 관능적 지표

[해설]

기한 설정 실험은 제품을 실제 또는 가속 유통조건에 두고, 저장 기간에 따라 달라지는 품질을 수치로 나타낼 수 있는 항목을 골라 추적한 뒤, 그 값이 한계에 이르는 시점으로 기한을 정하는 절차다. 이때 쓰는 품질지표가 다음 세 갈래다.

· 이화학적 지표 — 수분, 수분활성도, pH, 산도, 산가, 과산화물가, TBA가, 휘발성염기질소(VBN), 당도 등. 유지의 산패나 성분 변화를 본다.

· 미생물학적 지표 — 세균수(일반세균), 대장균·대장균군, 진균수(곰팡이·효모), 유산균수, 식중독균 등. 부패와 안전성의 진행을 본다.

· 관능적 지표 — 외관(색택·침전), 향과 냄새, 맛, 조직감(물성·표면 건조) 등. 소비자가 실제로 "못 먹겠다"고 판단하는 시점과 가장 가까운 지표다.

주의할 것은 중금속·곰팡이독소·잔류농약·동물용의약품 같은 항목은 저장 중에 늘어나는 값이 아니라서 기한 설정의 지표로 쓰지 않는다는 점이다. 이들은 제품의 안전성을 확인하는 용도로만 쓴다.

참고로 2023년부터 우리나라의 식품 표시는 유통기한에서 소비기한으로 바뀌었다(「식품 등의 표시·광고에 관한 법률」 개정). 판매 가능 기한을 표시하던 것을 섭취 가능 기한 표시로 바꾼 것이며, 기한 설정 실험에서 쓰는 지표 체계 자체는 위의 세 갈래로 동일하다.