2015년 식품안전기사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

○ 정의 : 석유 성분 중에서 n-헥산의 비점 부근에서 증류하여 얻어진 것

○ 용도 : 추출용제

[해설]

헥산은 가공보조제로 분류되는 식품첨가물이다. 가공보조제는 식품의 제조 과정에서 기술적 목적을 위해 쓰이고 최종 제품에는 남지 않거나 비의도적으로 미량만 남는 물질을 말한다.

· 추출용제로서 식용유지를 만들 때 원료에서 유지 성분을 뽑아내거나, 건강기능식품의 기능성 원료를 추출 · 분리하는 데 쓰인다.

· 비점이 약 69 ℃로 낮아 추출이 끝난 뒤 가열 · 감압으로 쉽게 날려 보낼 수 있고, 유지에 대한 용해력이 커 추출 효율이 높다. 이 때문에 잔류량을 관리하는 사용기준이 함께 규정되어 있다.

출처를 혼동하기 쉬운 문항이다. 헥산은 식품공전이 아니라 식품첨가물공전에 실려 있다. 일부 교재는 '식품공전상 정의'를 묻는 형태로 싣고 있으나, 「식품첨가물의 기준 및 규격」 Ⅲ. 품목별 사용기준의 가공보조제 항목에서 찾아야 맞다.

① 고시형 원료 — 건강기능식품공전에 등재되어 있어 요건만 갖추면 누구나 쓸 수 있는 원료

② 개별인정형 원료 — 공전에 없는 원료를 영업자가 인정 절차를 거쳐 개별적으로 인정받은 것으로, 인정받은 영업자만 쓸 수 있는 원료

[해설]

「건강기능식품에 관한 법률」은 건강기능식품의 기준 및 규격을 고시하도록 하면서, 고시되지 않은 원료에 대해서는 따로 인정을 받아 쓸 수 있는 길을 함께 두고 있다. 여기서 두 갈래가 갈린다.

· 고시형 원료 — 「건강기능식품의 기준 및 규격」(건강기능식품공전)에 이미 실려 있는 원료다. 비타민 · 무기질 등의 영양성분과, 기능성이 인정된 기능성 원료가 여기 든다. 공전에 규격 · 기능성 내용 · 일일섭취량이 정해져 있으므로, 그 요건에 맞추기만 하면 어느 영업자든 제조에 쓸 수 있다. 등재 품목은 고시 개정에 따라 늘거나 바뀐다.

· 개별인정형 원료 — 공전에 없는 원료를 쓰려는 영업자가 안전성 · 기능성 · 규격에 관한 자료를 갖추어 식품의약품안전처장에게 신청해 인정받은 원료다. 인정은 신청한 영업자에게만 효력이 있어 다른 업체는 같은 원료라도 별도로 인정을 받아야 한다.

개별인정형 원료라도 인정 이후 사용 실적과 기능성 자료가 쌓이면 공전에 등재되어 고시형 원료로 전환될 수 있다. 즉 두 갈래는 고정된 것이 아니라, 새 원료가 시장에 들어오는 입구(개별인정)와 검증이 끝나 일반화되는 출구(고시형)의 관계로 보면 이해가 쉽다.

① 가스팩(Gas-Pak)법

② 진공배양법

③ 질소가스 치환법

[해설]

혐기성 세균은 산소가 있으면 자라지 못하거나 죽는다. 배양의 요령은 하나로 모인다 — 배양 용기 안의 산소를 없애거나, 산소가 닿지 못하게 막는 것이다. 방식별로 정리하면 다음과 같다.

· 가스팩(Gas-Pak)법 — 밀폐 용기에 가스 발생 봉지를 함께 넣어 수소와 이산화탄소를 내게 하고, 촉매로 수소와 잔존 산소를 반응시켜 물로 만들어 산소를 제거한다.

· 진공배양법 — 배양 용기 안의 공기를 뽑아내 감압 상태로 만들어 산소를 없앤다.

· 질소가스 치환법 — 용기 안에 질소(또는 질소 · 수소 · 이산화탄소 혼합가스)를 불어넣어 공기를 밀어낸다.

· 혐기성 챔버법 — 무산소 가스로 채운 글러브박스 안에서 접종부터 배양까지 처리한다.

· 천자배양법 — 고층배지에 백금선을 찔러 넣어 접종하면 배지 깊은 곳이 저산소 상태가 되어 혐기성균이 자란다.

· Burri씨법 — 배지에 접종한 뒤 표면을 유동파라핀 등으로 덮어 공기와의 접촉을 끊는다.

묻는 것은 3가지이므로 위 방법 가운데 셋을 들면 된다. 한편 배양 결과를 확인할 때는 메틸렌블루 등 산소 지시약으로 용기 안이 실제로 혐기 상태였는지 함께 점검한다.

0.958 (소수 둘째 자리까지 요구하면 0.96)

[해설]

수분활성도($A_w$)는 식품이 나타내는 수증기압을 같은 온도에서 순수한 물이 나타내는 수증기압으로 나눈 값이다. 묽은 용액에서는 라울(Raoult)의 법칙이 성립하므로 용매인 물의 몰분율로 계산한다.

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

식품 100 g을 기준으로 잡으면 물 30 g, 설탕 25 g이고, 나머지 45 g의 고형분은 물에 녹아 몰수로 잡히는 성분이 아니므로 계산에서 제외한다.

· 물의 몰수 : $n_w = \dfrac{30}{18} = 1.6667\ \mathrm{mol}$

· 설탕의 몰수 : $n_s = \dfrac{25}{342} = 0.0731\ \mathrm{mol}$

$A_w = \dfrac{1.6667}{1.6667 + 0.0731} = \dfrac{1.6667}{1.7398} = 0.9580$ → 0.958

자릿수 지시가 소수 둘째 자리까지라면 같은 값을 0.96으로 적는다. 문제가 셋째 자리까지 요구했으므로 여기서는 0.958로 쓴다.

설탕은 분자량이 342로 물의 19배나 되어 같은 무게를 넣어도 몰수가 훨씬 적다. 그래서 25 %나 들어 있는데도 수분활성도가 0.96 수준까지밖에 내려가지 않는다. 같은 무게의 소금(분자량 58.5, 게다가 이온으로 해리)을 넣었을 때 훨씬 크게 떨어지는 것과 견주어 보면 차이가 분명하다.

① 동결건조법

② 분무건조법

[해설]

인스턴트커피는 볶은 커피의 가용성 추출액을 건조해 만든 제품이다. 커피의 향은 열에 약한 휘발성 성분이 좌우하므로, 건조 방식에 따라 품질과 원가가 크게 갈린다.

· 동결건조법 — 추출액을 얼린 뒤 감압해 얼음을 승화시켜 물을 뺀다. 저온 · 감압에서 진행되어 향기 성분의 손실과 열에 의한 변색 · 변향이 가장 적고, 다공질 조직이 남아 복원성도 좋다. 대신 설비비와 운전비가 커서 값이 비싸다.

· 분무건조법 — 추출액을 노즐로 안개처럼 뿜어 열풍과 만나게 한다. 액적이 잘게 나뉘어 표면적이 매우 커지므로 수초 안에 건조가 끝나고, 분말이 바로 얻어져 연속 대량 생산이 가능하다. 동결건조에 견주어 설비 · 운전 비용이 훨씬 싸다. 다만 열풍과 닿는 만큼 향기 성분의 손실은 더 크다.

정리하면 품질(향미)은 동결건조, 경제성은 분무건조가 앞선다.

(1) 특수영양식품

· 정의 — 영 · 유아, 비만자, 임산 · 수유부 등 특별한 영양관리가 필요한 특정 대상을 위하여 식품과 영양성분을 배합하는 등의 방법으로 제조 · 가공한 식품

· 예시 — 조제유류, 영아용 조제식

(2) 특수의료용도식품

· 정의 — 정상적으로 섭취 · 소화 · 흡수 · 대사할 수 있는 능력이 제한되거나 질병 · 수술 등 임상적 상태 때문에 일반인과 다른 영양요구량을 가진 사람에게, 식사의 일부 또는 전부를 대신할 목적으로 경구 또는 경관급식으로 공급할 수 있도록 제조 · 가공한 식품

· 예시 — 표준형 영양조제식품, 맞춤형 영양조제식품

[해설]

「식품의 기준 및 규격」 제5. 식품별 기준 및 규격은 10. 특수영양식품과 11. 특수의료용도식품을 각각 독립된 식품군으로 두고 있다. 두 군을 가르는 기준은 '생애주기 · 체중조절 등 영양관리 목적'이냐 '질병 · 수술 등 임상적 상태에 대응하는 식사관리 목적'이냐다.

· 특수영양식품에는 조제유류, 영아용 조제식, 성장기용 조제식, 영 · 유아용 이유식, 체중조절용 조제식품, 임산 · 수유부용 식품, 고령자용 영양조제식품이 든다.

· 특수의료용도식품에는 표준형 영양조제식품, 맞춤형 영양조제식품, 식단형 식사관리식품이 든다. 환자의 영양공급을 목적으로 하므로 경관급식용까지 포함하는 것이 특수영양식품과 구별되는 대목이다.

출제 당시에는 이 둘을 묶어 '특수용도식품'이라 불렀다. 그러나 2022년 1월 1일 시행으로 특수용도식품이라는 분류 자체가 없어지고 위와 같이 특수영양식품 · 특수의료용도식품으로 재편되었으므로, 지금 답안을 쓸 때는 폐지된 명칭이 아니라 현행 두 분류로 나누어 적어야 한다.

① 삼투압 상승에 따른 미생물의 원형질 분리

② 수분활성도 저하에 따른 미생물 증식 억제

③ 산소 용해도 감소에 따른 호기성 미생물 억제

[해설]

염장은 소금이 만들어 내는 여러 작용이 겹쳐 미생물을 눌러 두는 저장법이다. 기전별로 갈라 보면 다음과 같다.

· 삼투작용 — 식품 표면의 식염 농도가 높아지면 미생물 세포 밖 삼투압이 세포 안보다 커진다. 세포 안의 물이 빠져나가면서 세포막이 세포벽에서 떨어지는 원형질 분리가 일어나고, 결국 세포가 죽는다.

· 수분활성도 저하 — 소금이 자유수를 붙들어 결합수로 만들므로 미생물이 쓸 수 있는 물이 줄어든다. 포화 식염 용액의 수분활성도는 0.75 부근이어서 대부분의 세균($A_w$ 0.90 이상 요구)과 효모는 자라지 못한다.

· 산소 용해도 감소 — 소금이 녹아 있으면 물에 녹는 산소량이 줄어 호기성 부패세균의 생육이 눌린다.

· 염소이온의 작용 — 해리된 $\mathrm{Cl^-}$이 미생물의 효소계와 세포막 기능을 방해해 그 자체로 보존 효과를 낸다.

이 밖에 식품 자체의 단백질 분해효소 활성이 억제되어 자가소화가 늦춰지는 효과도 있다. 묻는 것은 3가지이므로 위 항목 가운데 셋을 들면 된다.

세균 < 효모 < 곰팡이

(조사시간이 긴 것부터 쓰면 곰팡이 > 효모 > 세균)

[해설]

자외선 살균은 파장 250~260 nm(살균력이 가장 큰 것은 살균등의 253.7 nm, 흔히 254 nm로 적는다)의 빛이 핵산에 흡수되어 이웃한 티민끼리 결합한 티민 이량체를 만들고, 그 결과 DNA 복제가 막혀 미생물이 죽는 원리다.

같은 사멸 효과를 얻는 데 필요한 조사선량(mJ/cm²)은 세포가 크고 세포벽이 두꺼우며 빛을 흡수·차단하는 색소를 가질수록 커진다. 같은 램프를 쓴다면 조사시간은 $t=\dfrac{D}{I}$($t$: 조사시간, $D$: 필요 조사선량, $I$: 조사강도)로 필요 선량에 비례한다.

· 세균의 영양세포는 크기가 작고 세포벽이 얇아 자외선이 쉽게 통과한다 → 가장 짧은 시간에 사멸한다(수~수십 mJ/cm² 수준).

· 효모는 세균보다 세포가 크고 세포벽이 두꺼워 더 많은 조사량이 필요하다.

· 곰팡이는 균사와 포자를 이루고 포자벽이 두꺼운 데다 멜라닌 등 색소가 자외선을 흡수·차단하므로 저항성이 가장 크다 → 가장 긴 시간이 필요하다.

따라서 필요한 조사시간(조사량)은 짧은 쪽부터 세균 < 효모 < 곰팡이이고, 긴 쪽부터 나열하면 곰팡이 > 효모 > 세균이 된다. 같은 균종이라도 아포(포자)는 영양세포보다 훨씬 큰 선량을 요구한다.

자외선은 투과력이 거의 없어 빛이 직접 닿는 표면·공기·맑은 물의 살균에만 유효하다. 그늘진 부분이나 혼탁한 액체 내부에는 닿지 못하고, 잔류성이 없어 처리 후의 재오염은 막지 못한다는 한계도 함께 기억한다.

(1) 4.52 g

(2) 수분 84.02 g, 탄수화물 6.02 g, 단백질 4.01 g, 회분 0.95 g

[해설]

빠져나가는 것은 지방뿐이므로 나머지 성분의 질량은 공정 전후로 변하지 않는다. 전체 질량만 줄어들어 농도(%)가 올라갈 뿐이다. 이 관계를 지방에 대한 물질수지로 세우면 제거량이 먼저 풀린다.

① 제거된 지방량 $x$ — 전지유의 지방은 $100 \times 0.05 = 5\ \mathrm{g}$이고, 남아 있는 지방 $(5-x)$가 탈지유 질량 $(100-x)$의 0.5 %가 된다.

$\dfrac{5-x}{100-x}=0.005 \;\Rightarrow\; 5-x=0.5-0.005x \;\Rightarrow\; 4.5=0.995x \;\Rightarrow\; x=\mathbf{4.52\ \mathrm{g}}$

② 탈지유의 질량은 $100-4.52=95.48\ \mathrm{g}$이다. 각 성분량은 여기에 조성비를 곱해 얻으며, 지방 이외의 성분은 옮겨 가기만 했으므로 이 값이 곧 가공 전 전지유에 들어 있던 양이다.

· 수분 $95.48 \times 0.88 = \mathbf{84.02\ \mathrm{g}}$

· 탄수화물 $95.48 \times 0.063 = \mathbf{6.02\ \mathrm{g}}$

· 단백질 $95.48 \times 0.042 = \mathbf{4.01\ \mathrm{g}}$

· 회분 $95.48 \times 0.01 = \mathbf{0.95\ \mathrm{g}}$

③ 검산 — 탈지유에 남은 지방은 $95.48 \times 0.005 = 0.48\ \mathrm{g}$이므로 전지유의 지방은 $0.48+4.52=5.00\ \mathrm{g}$으로 조건의 5 %와 맞고, 성분을 모두 더하면 $4.52+84.02+6.02+4.01+0.95+0.48=100.00\ \mathrm{g}$으로 원료 질량과 맞는다.

주의할 점 하나 — 기준량이 주어져야 '성분량(g)'을 물을 수 있다. 일부 교재에는 전지유의 양을 밝히지 않은 채 성분량을 묻는 형태로 실려 있으나, 기준량이 없으면 농도비만 정해질 뿐 질량은 결정되지 않는다. 여기서는 100 g 기준을 명시했다.

○ 원인 식품 : 바닐라 아이스크림

○ 이유 : 섭취자 발병률이 비섭취자 발병률의 약 4배로, 다른 시료(약 1.3 ~ 1.7배)보다 상대위험도가 뚜렷하게 높기 때문

[해설]

먹은 사람과 먹지 않은 사람의 발병률을 나란히 놓고 견주는 것은 코호트형 역학조사의 기본 수법이다. 판단 지표는 상대위험도(relative risk)로, 노출군 발병률을 비노출군 발병률로 나눈 값이다.

$RR=\dfrac{\text{섭취자 발병률}}{\text{비섭취자 발병률}}$

· 바닐라 아이스크림 : $\dfrac{55}{15}=3.67$ ~ $\dfrac{60}{15}=4.00$

· 그 밖의 시료 : $\dfrac{40}{30}=1.33$ ~ $\dfrac{50}{30}=1.67$

$RR$이 1에 가까우면 섭취 여부와 발병이 무관하다는 뜻이고, 1보다 클수록 그 식품을 먹은 것이 발병과 강하게 이어진다. 다른 시료는 1.33 ~ 1.67에 머물러 사실상 배경 수준인 데 비해 바닐라 아이스크림만 3.67 ~ 4.00으로 두 배 이상 높다. 게다가 비섭취자 발병률도 15 %로 가장 낮아, 먹지 않은 사람은 잘 걸리지 않았다는 방향까지 같이 가리킨다. 따라서 바닐라 아이스크림이 원인 식품으로 판정된다.

다만 이 표로 알 수 있는 것은 '어떤 식품이 원인인가'까지다. 원인균이 무엇인지는 발병률 자료만으로 단정할 수 없고, 가검물 · 식품 검체의 미생물 검사로 따로 확인해야 한다.