2017년 식품안전기사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

① 발색제 자체에는 색이 없다(무색).

② 착색료가 식품에 색을 새로 입히거나 잃은 색을 되돌리는 데 견주어, 발색제는 식품에 원래 들어 있는 색소 성분과 반응하여 그 색을 안정시키고 유지·강화한다.

[해설]

두 첨가물의 갈림길은 색이 어디에서 오는가다.

· 착색료는 그 자체가 색을 가진 물질이다. 식품에 넣으면 넣은 색이 그대로 나타난다. 합성 착색료인 식용색소(타르색소) 계열과 치자황색소·카라멜색소 같은 천연 착색료가 있다.

· 발색제는 그 자체로는 색이 없다. 식품 속 색소와 화학적으로 결합해 이미 있던 색을 붙잡아 두는 역할만 한다. 색소가 없는 식품에 발색제를 넣어도 아무 색이 나지 않는다.

육류 발색제인 아질산나트륨이 대표적이다. 아질산이온이 환원되어 생긴 산화질소(NO)가 근육 색소인 미오글로빈과 결합해 나이트로소미오글로빈이 되고, 가열하면 안정한 나이트로소헤모크롬으로 바뀌어 햄·소시지 특유의 분홍빛이 굳는다. 발색제를 쓰지 않은 가열 육제품이 잿빛으로 변하는 것과 비교해 보면 차이가 뚜렷하다.

· 육류용 : 아질산나트륨, 질산나트륨, 질산칼륨

· 채소·과일용 : 황산제일철 등

아질산염은 발색 말고도 Clostridium botulinum 의 증식을 억제하고 특유의 염지 풍미를 내는 이점이 있다. 반면 식품이나 위 속의 2급 아민과 반응해 발암성 물질인 나이트로소아민을 만들 수 있어, 「식품첨가물의 기준 및 규격」이 아질산이온으로서의 잔존량을 제한하고 있다.

1.031

[해설]

우유용 비중계(락토미터)의 눈금 $L$ 은 비중을 그대로 보여 주는 것이 아니라 비중에서 1을 뺀 값에 1,000을 곱한 수로 매겨져 있다. 눈금 31은 곧 비중 1.031에 해당한다.

① 온도 보정항 — 비중은 15 ℃를 기준으로 삼는다. 시료가 이미 15 ℃까지 식은 상태이므로

$(t - 15) \times 0.2 = (15 - 15) \times 0.2 = 0$

② 대입

$\text{비중} = 1 + \dfrac{31 + 0}{1{,}000} = \mathbf{1.031}$

보정계수 0.2의 뜻도 알아 두면 좋다. 기준온도보다 따뜻하면 우유가 팽창해 비중이 실제보다 낮게 읽히므로 1 ℃당 눈금 0.2(비중으로는 0.0002)를 더해 주고, 차가우면 그만큼 빼 준다. 만약 이 우유를 40 ℃에서 그대로 쟀다면 $1 + \dfrac{31 + (40-15)\times 0.2}{1{,}000} = 1.036$ 이 된다.

200 mL라는 부피와 40 ℃로 데웠다는 이력은 이 계산에 쓰이지 않는다. 비중은 세기 성질이라 시료의 양과 무관하고, 필요한 온도는 측정 시점의 온도인 15 ℃뿐이다. 우유의 정상 비중은 대체로 1.028~1.034 범위이므로 1.031은 정상 우유에 해당한다. 물을 탄 우유는 비중이 1에 가까워지고, 지방을 걷어낸 우유는 오히려 비중이 높아진다.

(1) 고시형 원료 — 건강기능식품공전에 이미 등재되어 있는 영양성분 및 기능성 원료. 공전에 정해진 제조기준·규격·기능성에 맞으면 별도의 인정 절차 없이 누구나 제조·사용할 수 있다.

(2) 개별인정형 원료 — 공전에 등재되어 있지 않은 원료. 영업자가 제조방법·안전성·기능성 등의 자료를 제출하면 식품의약품안전처장의 검토·자문(필요 시 현장조사)을 거쳐 개별로 인정받으며, 인정받은 영업자만 사용할 수 있다.

[해설]

기능성 원료를 가르는 잣대는 오직 하나, 공전에 실려 있는가다.

· 정의 — 공전에 이미 실려 있으면 고시형, 공전에 없어 영업자가 따로 인정을 받아야 하면 개별인정형이다.

· 인정 절차 — 고시형은 이미 안전성·기능성이 검증되어 국가가 공표해 둔 것이라 별도 심사가 없다. 개별인정형은 영업자가 제조방법·안전성·기능성·기준규격·섭취량 자료를 식품의약품안전처장에게 제출하고, 검토와 자문(필요 시 현장조사)을 거쳐 인정 여부가 결정된다.

· 사용 주체 — 고시형은 기준·규격만 지키면 누구나 쓸 수 있지만, 개별인정형은 인정을 받은 영업자만 쓸 수 있다. 다른 업체가 같은 원료를 쓰려면 따로 인정을 받아야 한다.

개별인정형 원료도 인정 뒤 일정 요건과 기간을 채우면 공전에 등재되어 고시형으로 전환될 수 있다. 세부 절차는 「건강기능식품 기능성 원료 및 기준·규격 인정에 관한 규정」에 정해져 있다.

한편 고시형 원료의 종수나 개별인정 건수는 고시 개정·신규 인정으로 수시로 바뀌는 값이라 답안에 숫자로 쓰면 오히려 위험하다.

(1) 제품 중심온도 120 ℃ 이상에서 4분 이상 열처리(또는 이와 동등 이상의 효력이 있는 방법)

(2) 개별 제품마다 내용물·제조일자 등 표시사항을 확인하기 쉽도록 인쇄 또는 표시하고, 소비기한 등을 가리려고 스티커 등을 덧붙이지 말 것

(3) 보존료는 일절 사용할 수 없다

[해설]

레토르트식품은 기밀성이 있는 용기·포장에 식품을 넣어 밀봉한 뒤 가압가열살균한 것이다. 밀봉 뒤에 살균하므로 살균만 제대로 되면 상온 유통이 가능하고, 반대로 살균이 모자라면 되돌릴 방법이 없다. 그래서 공전은 살균 조건을 온도와 시간으로 못 박아 둔다.

① 중심온도 120 ℃ 이상, 4분 이상 — 겨냥하는 표적은 Clostridium botulinum 의 아포다. 이 균은 산소가 없는 밀봉 용기 안에서 자라며 신경독소를 만들고, 아포는 100 ℃ 끓는물로는 죽지 않는다. 그래서 저산성식품에서는 아포를 실질적으로 없앨 수 있는 수준까지 가압가열해야 하며, 이를 상업적 살균이라 부른다. 시간을 재는 기준점이 표면이 아니라 가장 늦게 더워지는 제품 중심부라는 점이 채점 포인트다.

② pH 4.6 을 기준으로 갈린다 — pH가 4.6을 넘는 저산성식품(low acid food)은 아포가 발아·증식할 수 있으므로 위 멸균 조건을 지켜야 하고, 내용물·가공장소·제조일자를 확인할 수 있는 기호를 표시하고 멸균공정 작업 기록을 보관해야 한다. 반대로 pH 4.6 이하인 산성식품은 산도 자체가 아포의 발아를 막아 주므로 가열 등의 방법으로 살균하는 것만으로도 된다.

③ 냉각 — 살균이 끝난 제품은 내용물의 변색이 생기지 않고 호열성 세균이 자라지 못하도록 적절한 방법으로 곧바로 식혀야 한다. 살균 온도 부근에 오래 머물면 호열성 세균이 증식해 팽창·산패(flat sour)로 이어진다.

④ 보존료 금지 — 살균으로 저장성을 확보하는 식품이므로 보존료에 기대는 것을 아예 막아 두었다. "조건부로 쓸 수 있다"가 아니라 일절 사용 금지다.

참고로 (2)의 표시 기준은 종전에 "유통기한을 감추기 위해 덧붙이는 행위"로 쓰여 있었으나, 2023년부터 식품의 기한 표시가 소비기한으로 바뀌었으므로 지금은 소비기한으로 읽어야 한다. 오래된 교재는 유통기한 표기 그대로인 경우가 많다.

[분리능을 높이는 방법]

① 시료를 칼럼(분리관)에 충분히 머무르게 한 뒤 용출시킨다.

② 성분끼리 머무름시간(retention time)이 충분히 벌어지도록 조건을 잡는다.

[영향을 주는 요인]

① 용량인자(capacity factor)

② 선택성(selectivity)

③ 칼럼효율(efficiency)

[해설]

두 성분이 얼마나 잘 갈라지는가는 분리도 $R_s$ 로 나타내며, 위의 세 요인이 한 식에 모두 들어 있다.

$R_s = \dfrac{\sqrt{N}}{4}\cdot\dfrac{\alpha-1}{\alpha}\cdot\dfrac{k'}{1+k'}$

① 용량인자 $k'$ — 시료가 정지상에 얼마나 붙들려 머무는지를 나타낸다. 값이 커지면 용출시간이 길어지고 피크 폭이 넓어지면서 높이는 낮아지지만, 그만큼 성분이 갈라질 시간을 벌어 분리 상태는 좋아진다. 다만 너무 키우면 분석시간만 길어지므로 적당한 범위에서 잡는다.

② 선택성 $\alpha$ — 두 성분의 분배계수의 비다. 값이 커지면 피크 사이의 간격이 벌어져 분리능이 곧바로 좋아진다. 이동상 조성이나 정지상 종류를 바꾸어 조절한다.

③ 칼럼효율 $N$(이론단수) — 칼럼 길이, 충전제 입자의 모양과 크기·표면적, 유속, 온도에 좌우된다. $N$ 이 커지면 용출시간은 그대로인 채 피크가 좁고 뾰족해져 이웃 피크와 겹치지 않는다. 실무에서는 대략 5,000단 이상이어야 정확한 분리를 기대한다.

분리능을 높이는 방법은 표준적으로 네 가지가 함께 제시된다. 위의 두 가지에 더해 ③ 각 성분의 피크 폭이 좁고 다른 피크와 겹치지 않게 할 것, ④ 가능한 한 짧은 시간 안에 모든 성분이 용출되게 할 것이 그것이다. 발문이 2가지를 물으므로 답안에는 대표적인 두 가지만 쓰면 된다.

① 개념 — 한 시료에서 두 가지 이상의 특성(맛·향 등)을 함께 평가할 때, 어느 한 특성에 대한 인상이 나머지 특성의 평가에까지 옮겨 붙어 점수를 왜곡하는 현상

② 방지법 — 중요한 특성은 한꺼번에 묻지 말고, 독립된 관능검사실에서 특성별로 따로 평가하게 한다.

[해설]

한 장의 설문지에 맛·향·조직감·외관을 나란히 놓고 매기게 하면, 검사원은 가장 먼저 강하게 느낀 특성의 인상을 나머지 항목에 그대로 옮겨 적는 경향이 있다. 맛이 좋다고 느끼면 향도 조직감도 덩달아 높게, 한 가지가 거슬리면 나머지도 함께 낮게 매기는 식이다.

그래서 막는 방법도 특성끼리 서로를 보지 못하게 떼어 놓는 것이다.

· 중요한 특성은 한 번에 하나씩 묻고, 항목별로 평가지를 나눈다.

· 칸막이가 있는 개인 부스에서 서로 영향을 주지 못하게 평가시킨다.

· 시료에는 이름 대신 세 자리 난수를 붙이고, 제시 순서를 균형 있게 섞는다.

· 필요하면 향만 맡게 하거나 색을 가리는 등, 평가하려는 특성 외의 정보를 차단한다(적색 조명 사용 등).

관능검사에서 다루는 오차는 이 밖에도 기대오차, 습관오차, 자극오차, 대비효과, 중심경향오차 등이 있으며, 모두 검사원이 시료 이외의 단서에 반응하지 않도록 설계하는 것으로 줄인다.

1.15 g/mL

[해설]

비중은 시료의 밀도를 기준 물질(물)의 밀도로 나눈 값이라 단위가 없는 수다.

$\text{비중} = \dfrac{\rho_{\text{시료}}}{\rho_{\text{물}}}$

물의 밀도는 4 ℃에서 최대가 되며 그 값이 $1.000\ \mathrm{g/mL}$ 이다. 문제의 시료와 기준 물질의 온도가 모두 4 ℃이므로 분모가 정확히 1이 되고,

$1.15 = \dfrac{\rho_{\text{시료}}}{1.000} \;\Rightarrow\; \rho_{\text{시료}} = \mathbf{1.15\ \mathrm{g/mL}}$

즉 4 ℃에서는 비중값과 밀도의 수치가 같아진다. 이 문제가 굳이 4 ℃를 못 박은 이유가 여기에 있다. 다른 온도라면 물의 밀도가 1보다 작아지므로(20 ℃에서 0.9982 g/mL) 비중과 밀도의 수치가 조금씩 어긋난다. 예컨대 20 ℃ 기준 비중이 1.15라면 밀도는 $1.15 \times 0.9982 = 1.148\ \mathrm{g/mL}$ 이다.

① 한외여과 — 비교적 낮은 압력차(약 10~100 psig)를 걸어 막의 공경보다 큰 것을 붙잡는 체거름 분리이며, 단백질·다당류 같은 고분자 물질이 걸러진다.

② 역삼투 — 삼투압보다 큰 높은 압력차(약 600~800 psig)를 걸어 용매(물)만 막을 통과시키는 방식이며, 무기염·당류 같은 저분자 물질까지 걸러 낸다.

[해설]

두 공정 모두 압력을 미는 힘으로 삼는 막분리지만, 막이 무엇으로 걸러 내는가가 다르다.

한외여과(UF) — 막에 뚫린 구멍의 크기(대체로 $0.001 \sim 0.1\ \mu\mathrm{m}$)로 거른다. 구멍보다 큰 분자는 막지만 물·염·당처럼 작은 것은 그대로 빠져나간다. 걸러 내는 힘이 구멍 크기이므로 필요한 압력이 낮다. 유청단백질 농축, 과즙·주류의 청징, 효소 회수 등에 쓴다.

역삼투(RO) — 막에 사실상 구멍이 없다. 용질은 막을 통과하지 못하고 물만 막 소재에 녹아 확산으로 건너가는 용해·확산 방식이라, 이온이나 당처럼 아주 작은 것까지 잡아낸다. 다만 농축액 쪽의 삼투압을 이겨야 물이 거꾸로 흐르므로 훨씬 높은 압력이 필요하다. 해수 담수화, 과즙·유가공품의 저온 농축에 쓴다.

정리하면 압력은 역삼투가 훨씬 높고, 걸러 내는 입자는 역삼투가 훨씬 작다. 같은 계열에서 정밀여과(MF)는 UF보다 구멍이 커 미생물·부유물 수준을 거르고, 나노여과(NF)는 UF와 RO 사이에서 2가 이온을 선택적으로 잡는다.

조리한 식품은 소독한 보존식 전용 용기 또는 멸균 비닐봉지에 매회 1인분 분량을 담아 -18 ℃ 이하에서 144시간 이상 보관하여야 한다.

[해설]

보존식은 먹이기 위한 음식이 아니라 사고가 났을 때 원인을 되짚기 위한 검체다. 집단급식에서 식중독이 생기면 어느 메뉴의 어떤 병원체 때문이었는지를 가려야 하는데, 음식이 이미 다 소비된 뒤라면 확인할 방법이 없다. 그래서 제공한 그대로를 따로 떼어 얼려 둔다.

세 가지 숫자가 채점 포인트다.

· 매회 1인분 분량 — 검사에 쓸 만큼은 되어야 하고, 실제로 제공된 상태 그대로여야 한다. 조리 후 제공 전에 따로 덜어 둔다.

· -18 ℃ 이하 — 냉장이 아니라 냉동이다. 보관하는 동안 미생물이 늘거나 죽어 버리면 원인균의 수를 되짚을 수 없으므로, 상태를 그대로 묶어 두기 위한 온도다.

· 144시간 이상 — 6일이다. 살모넬라·병원성대장균처럼 잠복기가 길거나 신고가 늦어지는 경우까지 감안한 기간이다.

용기를 소독한 전용 용기 또는 멸균 비닐봉지로 못 박은 것도 같은 맥락이다. 보관 과정에서 오염이 끼어들면 검체 자체를 믿을 수 없게 된다. 같은 취지의 보존식 규정이 「식품위생법」 제88조제2항과 같은 법 시행규칙의 집단급식소 운영자 준수사항에도 정해져 있다.

다만 집단급식소 쪽 급식안전관리 기준은 뒤에 개정되어 완제품 형태로 제공되는 일부 실온 제품과 빙과 등을 보존식 보관 대상에서 빼 두었다. 이 문항이 묻는 HACCP 고시의 작업위생관리 기준에는 그런 예외가 들어 있지 않으므로, 답안은 위의 기준 그대로 쓴다.

① 속명 — Corynebacterium 속, Brevibacterium 속

② 페니실린을 넣는 까닭 — 세포벽·세포막의 투과성을 높여, 균체 안에서 만들어진 글루탐산이 균체 밖으로 잘 빠져나오게 하기 위해

[해설]

대표 균주는 Corynebacterium glutamicum(코리네박테리움 글루타미쿰)과 Brevibacterium flavum(브레비박테리움 플라붐)이다. 두 속 모두 비오틴 요구성 세균이라는 점이 이 문제의 출발점이다.

비오틴은 지방산 합성의 보효소로, 세포막 인지질을 만드는 데 관여한다. 배지에 비오틴이 넉넉하면 세포막이 촘촘하게 잘 지어져 안에서 만든 글루탐산이 밖으로 새 나오지 못한다. 균체 안에 쌓인 글루탐산은 되먹임 억제로 자기 합성마저 멈추게 하므로 생산성이 떨어진다.

그래서 비오틴을 요구량의 몇 분의 일 수준으로 제한하는 것이 기본 전략이다. 그런데 값싼 원료인 당밀을 쓰면 원료에 비오틴이 이미 많이 들어 있어 제한이 불가능하다. 이때 쓰는 우회로가 두 가지다.

· 페니실린 첨가 — 증식 초기에 넣으면 펩티도글리칸 가교 형성을 막아 세포벽이 성기게 만들어지고, 그 결과 막의 투과성이 커져 글루탐산이 배지로 흘러나온다.

· 계면활성제 첨가 — Tween 40·60 같은 것을 넣어 막의 지질 배열을 흐트러뜨려 같은 효과를 낸다.

발효로 얻은 글루탐산은 등전점(pH 3.2 부근)에서 결정으로 거둔 뒤 수산화나트륨으로 중화해 L-글루타민산나트륨으로 만든다.

(1) 0.4 M

(2) 0.8 N

[해설]

황산의 화학식은 $\mathrm{H_2SO_4}$, 분자량은 98이다(H 1 × 2 + S 32 + O 16 × 4 = 98).

① 용질의 몰수

$n = \dfrac{9.8\ \mathrm{g}}{98\ \mathrm{g/mol}} = 0.1\ \mathrm{mol}$

② 몰농도 — 용액 1 L에 든 용질의 몰수다. 250 mL = 0.25 L 이므로

$M = \dfrac{0.1\ \mathrm{mol}}{0.25\ \mathrm{L}} = 0.4\ \mathrm{mol/L}$ → 0.4 M

③ 노르말농도 — 용액 1 L에 든 용질의 그램당량수로, 몰농도에 당량수를 곱해 얻는다. 황산은 한 분자가 $\mathrm{H^+}$를 2개 내놓는 2가 산이므로 당량수가 2 eq/mol 이다.

$N = 0.4\ \mathrm{mol/L} \times 2\ \mathrm{eq/mol} = 0.8\ \mathrm{eq/L}$ → 0.8 N

당량수는 산이면 내놓는 $\mathrm{H^+}$의 수, 염기면 내놓는 $\mathrm{OH^-}$의 수로 잡는다. 염산 $\mathrm{HCl}$이나 수산화나트륨 $\mathrm{NaOH}$처럼 1가면 1 M = 1 N 으로 두 농도가 같지만, 황산이나 수산화칼슘 $\mathrm{Ca(OH)_2}$처럼 2가면 노르말농도가 몰농도의 2배가 된다.

한편 발문의 물질이 일부 교재에 '황산수소'로 실려 있으나, 분자량 98과 2가 산이라는 조건은 황산 $\mathrm{H_2SO_4}$의 것이다. 황산수소이온 $\mathrm{HSO_4^-}$나 황산수소나트륨 $\mathrm{NaHSO_4}$와는 다른 물질이므로 황산으로 읽어야 한다.

(1) 시각, 후각, 미각, 촉각, 청각

(2) 색깔, 풍미, 조직감, 외관

(3) 채점 결과가 평균 3점 이상이고, 1점을 받은 항목이 하나도 없어야 한다.

[해설]

성상 시험은 기기가 아니라 사람의 감각기관으로 식품의 겉모습과 상태를 판정하는 관능검사다. 공전은 무엇으로 보는가(감각 5가지)·무엇을 보는가(시험조작 항목 4가지)·어디까지가 적합인가(공통 판정기준)를 함께 정해 두었다.

① 이용하는 감각 5가지 — 시각·후각·미각·촉각·청각. 눈으로 색과 모양을, 코로 냄새를, 입으로 맛을, 손과 입안에서 조직감을, 귀로 씹을 때의 소리를 확인한다.

② 시험조작 항목 4가지 — 색깔·풍미·조직감·외관의 네 항목으로 나누어 각각 채점한다.

· 색깔 — 시각으로 본다. 그 식품 고유의 색인지, 변색·퇴색이 없는지를 살핀다.

· 풍미 — 후각과 미각을 함께 쓴다. 이미(異味)·이취(異臭)가 없어야 한다.

· 조직감 — 촉각과 입안의 감각으로 본다. 굳기·점성·바삭함 등이며, 씹을 때 나는 소리를 듣는 청각이 여기서 함께 쓰인다.

· 외관 — 시각으로 본다. 모양이 고른지, 이물이 섞이지 않았는지를 본다.

③ 공통 판정기준 — 네 항목을 성상 채점기준에 따라 점수화한 결과가 평균 3점 이상이면서 1점으로 채점된 항목이 하나도 없어야 적합으로 판정한다. 평균만 보면 한 항목이 크게 나빠도 다른 항목이 이를 가릴 수 있으므로, 평균 조건과 최저점 조건을 함께 걸어 둔 것이다.

근거: 「식품의 기준 및 규격」(식품공전) 제8. 일반시험법의 식품일반시험법 중 성상(관능시험) 항목.