2016년 식품안전기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

현대 생명공학기술로 새롭게 조합된 유전물질을 지니게 된, 살아서 번식할 수 있는 생물체

[해설]

LMO는 Living Modified Organism의 약자로, 우리말로는 유전자변형생물체라 옮긴다. 정의의 핵심은 세 토막이다. ① 현대 생명공학기술로 만들었을 것, ② 그 결과 새로운 유전물질의 조합을 가질 것, ③ 살아 있어 증식ㆍ번식이 가능할 것. 셋 중 마지막이 GMO와 갈리는 지점이다.

ㆍLMO — 살아 있는 상태의 것만 해당한다. 파종할 수 있는 종자, 살아 있는 미생물, 생물체 그대로의 곡물 등이 여기에 든다. 환경에 나가면 자라고 퍼질 수 있으므로 국가 간 이동을 관리한다.

ㆍGMO — 유전자변형 원료로 만든 두부ㆍ식용유ㆍ전분당처럼 더 이상 살아 있지 않은 가공품까지 아우르는 넓은 말이다. 즉 LMO는 GMO의 부분집합에 해당한다.

LMO라는 용어는 생물다양성협약의 부속 의정서인 바이오안전성의정서(카르타헤나 의정서)에서 쓰기 시작했고, 우리나라는 이를 이행하기 위해 「유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률」을 두어 수입ㆍ생산ㆍ이용의 승인과 위해성 심사를 규정하고 있다. 식품으로 수입되는 것은 별도로 안전성 심사를 거치며, 표시는 「식품 등의 표시ㆍ광고에 관한 법률」 체계에서 다룬다.

TSI 배지에는 젖당과 설탕이 각각 1 %씩 들어 있으나 포도당은 0.1 %뿐인데, 살모넬라는 젖당과 설탕을 분해하지 못하고 포도당만 이용한다. 포도당이 적어 생긴 산의 양이 얼마 되지 않는 데다 공기와 닿는 사면부에서는 펩톤이 분해되어 알칼리성으로 되돌아가므로, 지시약인 페놀레드가 붉은색을 띤다.

[해설]

TSI 배지는 당 세 가지의 양을 일부러 다르게 넣어 장내세균을 가려내는 배지다. 젖당과 설탕은 각각 1 %(10 g/L)로 넉넉히, 포도당은 그 10분의 1인 0.1 %(1 g/L)만 넣고, 여기에 pH 지시약인 페놀레드와 황화수소 검출용 황산철ㆍ싸이오황산나트륨을 더한다. 페놀레드는 산성에서 노란색, 알칼리성에서 붉은색이다.

살모넬라는 포도당만 분해하고 젖당ㆍ설탕은 분해하지 못한다. 그래서 배양 초기에는 배지 전체가 노랗게 되지만, 포도당이 워낙 적어 금세 바닥난다. 이때 공기와 닿는 사면부에서는 균이 펩톤을 분해해 암모니아를 내놓으므로 pH가 다시 올라가 붉은색(알칼리)으로 되돌아간다. 반면 공기가 통하지 않는 고층부에서는 산이 그대로 남아 노란색을 유지한다.

따라서 살모넬라의 전형적인 TSI 소견은 사면부 적색 / 고층부 황색(K/A)이며, 황화수소를 만들기 때문에 고층부가 검게 변하는 것이 함께 관찰된다.

비교해 두면 판독이 쉬워진다.

요컨대 사면부의 붉은색은 "젖당ㆍ설탕을 분해하지 못한다"는 신호이며, 이것이 살모넬라를 대장균군과 갈라내는 열쇠다.

(1) 열이 잘 옮겨 가는 경우 — 열이 내부까지 빠르게 퍼져 한곳에 쌓이지 않고, 부위별 온도가 고르다.

(2) 열이 잘 옮겨 가지 않는 경우 — 표면 쪽에 열이 쌓이고, 부위에 따른 온도 차이가 크게 벌어진다.

[해설]

열전달은 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 열이 옮겨 가는 현상이며, 얼마나 빨리 옮겨 가는지가 식품 내부의 온도 분포를 결정한다. 고체 식품에서는 전도가, 액상 식품에서는 대류가 주된 통로다.

ㆍ전달이 원활하면 표면으로 들어온 열이 곧바로 중심까지 퍼진다. 특정 부위에 열이 축적되지 않고 온도가 고르게 유지되므로 표면과 중심의 온도차가 작다.

ㆍ전달이 더디면 들어온 열이 표면층에 머물러 쌓이고, 중심까지 닿는 데 시간이 걸려 부위별 온도 편차가 커진다. 표면은 이미 과열되어 타거나 색이 변하는데 중심은 아직 차가운 상태가 이때 생긴다.

이 차이를 좌우하는 물성이 열전도도와 열확산도다. 식품은 수분이 많아도 금속에 비하면 열전도도가 매우 낮고, 특히 기공이 많은 건조식품이나 지방층이 두꺼운 식품은 열이 잘 통하지 않는다.

가열살균 설계에서 냉점(용기 안에서 온도가 가장 늦게 오르는 지점)을 기준으로 살균시간을 잡는 것도 같은 이유다. 열전달이 나쁜 식품일수록 냉점이 뚜렷해지고, 냉점을 기준으로 시간을 잡으면 바깥쪽은 필요 이상으로 가열되어 품질 손상이 커진다. 반대로 열전달을 좋게 하는 회전살균이나 교반은 온도 분포를 고르게 만들어 가열시간을 줄여 준다.

혈액 속 나트륨 농도가 높아지면 삼투압이 커져 세포와 조직에 있던 수분이 혈관 안으로 이동한다. 그 결과 순환 혈액량이 늘어 혈관벽에 가해지는 압력이 커지므로 혈압이 상승한다.

[해설]

혈압은 대체로 순환 혈액량과 혈관의 저항이 정하는데, 나트륨은 앞의 것을 직접 끌어올린다.

ㆍ나트륨 이온은 세포외액의 주된 양이온이다. 짜게 먹어 혈중 나트륨 농도가 오르면 세포외액의 삼투압이 높아진다.

ㆍ몸은 농도를 되돌리려고 물을 끌어온다. 세포 안과 조직 사이의 수분이 혈관 쪽으로 이동하고, 동시에 갈증이 생겨 물을 더 마시게 된다.

ㆍ여기에 항이뇨호르몬(ADH) 분비가 늘어 콩팥에서 수분 재흡수가 증가하므로 소변으로 빠져나갈 물까지 몸에 남는다.

ㆍ이렇게 순환 혈액량이 늘면 심박출량이 커지고 혈관벽에 가해지는 압력이 높아져 혈압이 오른다. 높은 압력이 오래가면 혈관벽이 두꺼워지고 탄력이 떨어져 고혈압이 굳어진다.

이 때문에 나트륨은 표시ㆍ영양 관리에서 중요한 항목으로 다루어지며, 세계보건기구는 성인 하루 나트륨 섭취를 2,000 mg(소금으로 약 5 g) 미만으로 권고한다. 반대로 칼륨은 나트륨 배설을 도와 혈압을 낮추는 쪽으로 작용한다.

약 0.77 %

[해설]

폐백토는 백토 고형분과 백토가 머금은 유지로 이루어진다. 백토 고형분의 질량은 공정 전후로 변하지 않는다는 점을 축으로 물질수지를 세운다.

① 투입한 활성백토

$5{,}000\ \mathrm{kg} \times 0.02 = 100\ \mathrm{kg}$

② 그중 고형분 — 수분이 10 %이므로 나머지 90 %가 고형분이고, 탈색 중 수분은 모두 날아간다.

$100\ \mathrm{kg} \times 0.90 = 90\ \mathrm{kg}$

③ 폐백토 전체 질량 — 폐백토의 30 %가 유지이므로 고형분이 나머지 70 %를 차지한다.

$\dfrac{90}{0.70} = 128.57\ \mathrm{kg}$

④ 폐백토에 딸려 나간 유지

$128.57 \times 0.30 = 38.57\ \mathrm{kg}$

⑤ 손실률

$\dfrac{38.57}{5{,}000} \times 100 = \mathbf{0.77\ \%}$

고형분 90 kg을 기준으로 한 줄에 정리하면 $90 \times \dfrac{30}{100-30} = 38.57\ \mathrm{kg}$으로 유지량이 바로 나온다.

탈색은 활성백토ㆍ활성탄 같은 흡착제로 카로티노이드ㆍ클로로필 등 색소를 빨아들이는 정제 공정인데, 흡착제가 색소만 가져가는 것이 아니라 유지도 함께 머금은 채 걸러진다. 그래서 흡착제를 많이 넣을수록 색은 좋아지지만 유지 손실이 늘어난다. 이 계산이 그 손실의 크기를 가늠하는 방법이다.

(1) 식중독 — 잠복기가 짧아 환자가 짧은 기간에 몰려 나오므로 곡선이 가파르게 솟았다가 빠르게 내려간다.

(2) 경구감염병 — 잠복기가 길고 2차 감염이 이어져 환자 발생이 오래 이어지므로 곡선이 완만하다.

[해설]

유행곡선은 가로축에 발병 시점, 세로축에 환자 수를 놓은 그래프다. 모양을 가르는 것은 노출 방식과 잠복기의 길이다.

ㆍ식중독은 대개 오염된 한 끼의 음식을 여러 사람이 동시에 먹는 단일 노출이다. 발병에 많은 균수나 이미 만들어진 독소가 필요한 대신 잠복기가 몇 시간에서 하루 남짓으로 짧다. 그래서 환자가 좁은 시간대에 한꺼번에 나타나 봉우리가 하나이고 가파른 곡선이 그려지고, 그 음식을 먹지 않은 사람에게는 거의 번지지 않아 곡선이 빠르게 꺼진다.

ㆍ경구감염병은 적은 균수로도 감염이 성립하고 잠복기가 며칠에서 몇 주로 길다. 게다가 환자나 보균자에게서 사람 간 2차 감염이 계속 일어나 노출이 한 번으로 끝나지 않는다. 발병 시점이 넓게 흩어지고 뒤이어 작은 봉우리가 이어지므로 낮고 완만하며 길게 끄는 곡선이 된다.

역학조사에서 곡선 모양은 원인 추정의 출발점이다. 가파른 단일 봉우리면 공통 음식을 찾고, 완만하게 길게 이어지면 사람 간 전파와 감염원 지속 여부를 함께 살핀다. 봉우리 최고점에서 평균잠복기를 빼면 노출 시점을 되짚을 수 있다는 점도 같은 곡선을 읽는 방법이다.

DE는 높아지고, 점도는 낮아진다.

[해설]

DE(dextrose equivalent, 당화율)는 전분이 얼마나 잘게 잘렸는지를 나타내는 값으로, 시료 고형분에 대한 환원당의 양을 포도당으로 환산해 백분율로 나타낸다. 전분 자체는 환원성 말단이 거의 없어 DE가 0에 가깝고, 완전히 분해된 포도당은 DE 100이다.

두 효소는 자르는 자리가 다르다.

ㆍα-아밀레이스는 사슬 안쪽의 α-1,4 결합을 무작위로 끊는 내부 절단형(endo형)이다. 사슬이 토막 나면서 분자량이 급격히 떨어지고 덱스트린이 생긴다. 이 단계가 액화이며, 큰 분자가 사라지므로 점도가 크게 낮아진다. 반면 새로 생기는 환원성 말단 수는 아직 많지 않아 DE는 완만하게 오른다.

ㆍ글루코아밀레이스는 비환원성 말단에서 포도당을 하나씩 떼어 내는 외부 절단형(exo형)이며 α-1,6 결합도 느리게 끊는다. 포도당이 계속 늘어나므로 DE가 크게 올라간다.

정리하면 당화가 진행될수록 $\text{전분} \rightarrow \text{덱스트린} \rightarrow \text{올리고당} \rightarrow \text{포도당}$으로 분자가 작아지므로 DE는 상승하고 점도는 하강한다. 두 값이 반대로 움직이는 셈이다.

이 성질을 이용해 물엿ㆍ전분당은 목표 DE에 맞추어 당화를 멈춘다. DE가 낮으면 점도가 높고 단맛이 약해 증점ㆍ보습 용도로, DE가 높으면 묽고 단맛이 강해 감미 용도로 쓴다.

약 1.63 HP

[해설]

마찰손실을 무시하면 펌프가 해야 할 일은 유체를 12 m 끌어올리는 위치에너지를 주는 것뿐이다. 단위시간당 필요한 에너지, 즉 이론동력은

$P_{\text{이론}} = \rho\,g\,H\,Q$

① 유량을 초 단위로 맞춘다.

$Q = \dfrac{0.45\ \mathrm{m^3/min}}{60} = 0.0075\ \mathrm{m^3/s}$

② 이론동력

$P_{\text{이론}} = 1{,}030 \times 9.81 \times 12 \times 0.0075 = 909.39\ \mathrm{W}$

③ 효율을 반영한 축동력 — 펌프가 받은 동력의 75 %만 유체에 전달되므로 나눈다.

$P = \dfrac{909.39}{0.75} = 1{,}212.52\ \mathrm{W}$

④ 마력으로 환산

$\dfrac{1{,}212.52}{745.7} = \mathbf{1.63\ \mathrm{HP}}$

배관의 안지름 5 cm는 이 계산에 쓰이지 않는다. 관 지름은 마찰손실수두를 구할 때 필요한 값인데 발문이 마찰손실을 무시하라고 했기 때문이다. 참고로 이 조건에서 관내 평균유속은 $v = \dfrac{0.0075}{\pi \times 0.025^2} = 3.82\ \mathrm{m/s}$로, 액체 이송에서 흔히 쓰는 범위에 든다.

밀도는 1,030 kg/m³를 쓴다. 우유는 물보다 약간 무거워 1.03 g/cm³ 남짓이며, 일부 교재에 실린 1.030 kg/m³는 천 단위 쉼표를 소수점으로 잘못 읽은 값이다. 그 값을 넣으면 답이 $1.63 \times 10^{-3}$ HP, 즉 1.2 W가 되는데 이는 공기보다 가벼운 액체를 가정한 셈이라 성립하지 않는다.

(1) 유지 100 g에 결합(부가)되는 아이오딘의 g수

(2) 유지의 불포화도(이중결합 수)를 재어 유지의 종류를 구분하고 산패에 대한 안정성을 가늠하기 위해

(3) B

[해설]

아이오딘가는 유지 100 g에 부가되는 아이오딘의 g수로 정의되며, 실제로는 아이오딘 대신 반응성이 좋은 일염화아이오딘(ICl)을 쓰는 Wijs법으로 측정해 아이오딘 g수로 환산한다. 아이오딘은 이중결합 자리에 부가되므로, 값이 클수록 이중결합이 많다는 뜻이 된다.

측정 목적은 크게 두 가지다.

ㆍ불포화도 판정과 유지의 구분 — 아이오딘가 130 이상은 건성유(아마인유ㆍ들기름), 100~130은 반건성유(대두유ㆍ면실유), 100 이하는 불건성유(올리브유ㆍ땅콩유)로 나눈다. 도료ㆍ식용 등 용도가 여기서 갈린다.

ㆍ산화 안정성과 가공 정도의 확인 — 이중결합이 많을수록 자동산화가 빨라 산패에 약하다. 경화(수소첨가)를 하면 이중결합이 줄어 아이오딘가가 내려가므로, 경화가 얼마나 진행되었는지를 확인하는 지표로도 쓴다.

(3) 융점은 지방산 사슬이 결정으로 얼마나 촘촘히 쌓이는가로 정해진다. 천연 유지의 이중결합은 대부분 cis형이라 그 자리에서 사슬이 꺾이고, 꺾인 사슬끼리는 나란히 포개지지 못해 분자 사이 인력이 약해진다. 따라서 불포화도가 높을수록 융점이 낮다. A(60)와 B(120) 중 아이오딘가가 큰 B가 융점이 더 낮다. A는 불건성유, B는 반건성유에 해당한다.

아이오딘가 시험법은 「식품의 기준 및 규격」(식품공전)의 일반시험법 중 지질 시험 항목에 실려 있다.

① 담체결합법

② 포괄법

③ 가교법

[해설]

고정화란 효소를 물에 녹지 않는 지지체에 붙들어 두어 반응이 끝난 뒤 회수해 다시 쓸 수 있게 만드는 조작이다. 연속식 반응기 운전이 가능해지고 열ㆍpH에 대한 안정성이 올라가며 생성물에 효소가 섞이지 않는 이점이 있다. 대신 담체 안팎으로 기질이 드나들어야 해서 반응속도가 떨어지고, 결합 과정에서 활성이 일부 손실된다.

방법은 결합 방식에 따라 크게 셋으로 나눈다.

ㆍ담체결합법 — 셀룰로스ㆍ덱스트란ㆍ이온교환수지ㆍ유리 같은 지지체 표면에 효소를 붙인다. 붙이는 힘에 따라 다시 물리적 흡착법(반데르발스력ㆍ수소결합, 조작이 쉬우나 잘 떨어짐), 이온결합법(정전기적 인력), 공유결합법(아미노기ㆍ카복실기 등 관능기를 담체와 공유결합, 결합이 가장 튼튼하지만 활성 손실이 큼)으로 갈린다.

ㆍ포괄법 — 효소를 담체에 붙이는 것이 아니라 가두어 둔다. 알긴산칼슘ㆍ폴리아크릴아마이드 같은 겔의 그물 안에 넣는 격자형과, 반투과성 막으로 감싸는 마이크로캡슐형이 있다. 효소 구조를 건드리지 않아 활성 손실이 적지만 분자가 큰 기질은 들어가지 못한다.

ㆍ가교법 — 글루타르알데하이드처럼 관능기가 둘 이상인 시약으로 효소 분자끼리 이어 붙여 불용성 덩어리로 만든다. 담체 없이도 고정이 되며 담체결합법과 함께 쓰기도 한다.

일부 교재는 흡착법과 공유결합법을 담체결합법과 나란히 늘어놓아 네 가지로 제시하는데, 앞의 둘은 담체결합법의 하위 갈래이므로 3가지를 묻는 답안으로는 담체결합법ㆍ포괄법ㆍ가교법의 대분류로 쓰는 것이 정확하다.

약 124.49 J/cm·min·℃

[해설]

단위환산은 바꿔야 할 단위마다 값이 1이 되는 환산인자를 곱해, 지우고 싶은 단위가 분자ㆍ분모에서 약분되도록 배치하면 된다. 이 문제에서 손볼 것은 에너지(BTU→J), 시간(h→min), 길이(ft→cm), 온도(°F→℃) 네 가지다.

ㆍ에너지는 분자에 있으므로 $\dfrac{1054\ \mathrm{J}}{1\ \mathrm{BTU}}$을 곱한다.

ㆍ시간과 길이는 분모에 있으므로 각각 $\dfrac{1\ \mathrm{h}}{60\ \mathrm{min}}$, $\dfrac{1\ \mathrm{ft}}{30.48\ \mathrm{cm}}$을 곱한다.

ㆍ온도는 분모에 있고, 여기서 쓰는 것은 눈금값이 아니라 온도 "간격"이다. 1 ℃만큼의 온도차는 1.8 °F만큼의 온도차와 같으므로 $\dfrac{1.8\ \mathrm{^\circ F}}{1\ \mathrm{^\circ C}}$을 곱한다.

모두 이어 붙이면

$120 \times \dfrac{1054}{60 \times 30.48} \times 1.8 = \mathbf{124.49}$

즉 약 124.49 J/cm·min·℃이다.

검산은 널리 쓰이는 환산값으로 할 수 있다. 열전도도 1 BTU/h·ft·°F는 1.731 W/m·K인데, 위에서 얻은 1 BTU/h·ft·°F당 $124.49/120 = 1.0374$ J/cm·min·℃를 SI로 되돌리면 $1.0374 \times \dfrac{100}{60} = 1.729$ W/m·K로 같은 값에 도달한다.

주의할 점이 둘 있다. 첫째, 온도 간격 환산의 방향이다. $^\circ \mathrm{F} = 1.8 \times {^\circ \mathrm{C}} + 32$는 눈금값을 옮기는 식이고, 간격은 $\Delta T(^\circ \mathrm{F}) = 1.8\,\Delta T(^\circ \mathrm{C})$이다. 분모의 °F를 ℃로 바꾸려면 1.8을 곱해야 하며 나누면 안 된다. 일부 교재는 조건을 "1 °F = 1.8 ℃"로 거꾸로 적고 1.8로 나누어 38.42라는 값을 답으로 싣고 있으나, 이렇게 하면 $1.8^2 = 3.24$배만큼 어긋난다.

둘째, 더하기 32는 여기에 끼어들지 않는다. 32는 두 눈금의 영점이 다르기 때문에 붙는 상수라서 온도차에는 영향을 주지 않는다.

면역력 증진에 도움을 줄 수 있음

[해설]

「건강기능식품의 기준 및 규격」(건강기능식품공전)의 개별 기준 및 규격에는 원료마다 인정된 기능성 내용이 문구까지 정해져 있고, 표시·광고는 그 문구를 벗어날 수 없다. 보기의 네 원료는 기원도 성분도 제각각이지만 모두 면역기능 개선(면역력 증진에 도움을 줄 수 있음)을 기능성 내용으로 가진다.

· 인삼 — 지표성분은 진세노사이드. 면역력 증진·피로 개선

· 홍삼 — 인삼을 쪄서 말린 것으로 지표성분은 마찬가지로 진세노사이드. 면역력 증진·피로 개선에 더해 혈소판 응집 억제를 통한 혈액 흐름, 기억력 개선, 항산화, 갱년기 여성 건강

· 알로에 겔 — 잎의 겔 부위를 쓰며 면역력 증진·피부 건강·장 건강. 알로인이 많은 알로에 전잎(완하 작용)과는 구분해야 한다.

· 알콕시글리세롤 함유 상어간유 — 상어의 간에서 얻으며 지표성분은 알콕시글리세롤. 인정된 기능성은 면역력 증진

여러 기능성을 가진 원료가 섞여 있으므로 네 원료 모두에 걸리는 항목이 무엇인지, 즉 교집합을 찾는 것이 이 문항의 요점이고, 그 답은 면역력 증진 하나다.

기능성 내용은 “…에 도움을 줄 수 있음”이라는 정해진 어미로 쓰며, “면역력을 높여 준다”처럼 단정하는 표현이나 질병의 예방·치료를 내세우는 표현은 「식품 등의 표시·광고에 관한 법률」에서 금지된다.