개념 한 쪽
알코올발효는 효모가 당을 분해해 에틸알코올을 만드는 과정이다. 이 과정에서 생성되는 부산물과 화학량론적 수율, 그리고 발효식품에서 문제 되는 발암물질까지 함께 묻는다.
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출제기준 단원 「알코올발효」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발효식품 자연발생 발암물질 | 1 | 술이나 발효식품에서 검출되는 발암물질 가리기 |
| 초산발효 화학량론 계산 | 1 | 에틸알코올에서 얻어지는 초산 최대 생성량 계산하기 |
| 구연산 생산 우수 균주 | 1 | 구연산 생산 능력이 가장 뛰어난 곰팡이 고르기 |
효모에 의한 알코올발효는 포도당 1분자가 에탄올 2분자로 전환되는 반응이다. 포도당의 분자량은 약 180이고 에탄올 2분자의 분자량 합은 약 92이므로, 포도당 100g에서 이론적으로 약 51g의 에틸알코올이 만들어진다. 실제 수율은 이 이론값을 넘을 수 없다.
초산발효는 에틸알코올이 산소와 반응해 초산과 물로 변하는 과정이다. 에틸알코올 1분자가 초산 1분자로 전환되는 1대1 반응이므로, 분자량 비율로 생성량을 계산한다. 에틸알코올의 분자량은 46, 초산의 분자량은 60이다.
발효 과정에서는 에틸카바메이트 같은 부산물이 자연 발생한다. 이 물질은 술이나 발효식품 섭취 시 문제 되는 발암물질로, 아르기닌·시트룰린·우레아 같은 질소 화합물이 전구물질로 작용한다. 카바릴은 살충제 성분으로 이 전구물질에 해당하지 않는다.
바이오제닉 아민은 아미노산의 탈카르복실화 반응으로 생성되는 물질이다. 히스타민은 히스티딘이 탈카복실화되어 만들어지며, 모르겔라 모건니가 대표적인 생성 균주이다. 우레아와 에탄올의 반응은 아민 생성의 주요 경로가 아니다.
곰팡이 대사산물인 마이코톡신과 조류 독소는 구분해야 한다. 아플라톡신·시트리닌·파툴린은 곰팡이가 만드는 독소이지만, 사크시톡신은 적조 플랑크톤이 생성하는 신경독소이다. 황변미 식중독은 시트룰린·이슬란디톡신·루테오스카린 같은 곰팡이 독소가 원인이고, 아플라톡신은 주로 옥수수와 땅콩에서 발생한다.
포도당 100g으로 얻을 수 있는 최대 에틸알코올은 분자량 비율 92/180을 적용해 약 51g이 되고, 보기에서 가장 가까운 50g이 답이 된다. 초산발효에서는 에틸알코올 1kg에 대해 1000g × (60/46)을 계산해 약 1304g의 초산이 얻어진다.
문제는 비례 관계와 물질 구분을 뒤바꾼다. 에틸알코올 생성량이 이론 한계를 넘는다는 선지, 아민 생성 경로를 우레아 반응으로 서술한 선지, 조류 독소를 곰팡이 독소로 묶는 선지가 함정이 된다.
식품의 저장 및 발효과정에서 자연 발생되는 독성물질로 알코올 음료와 발효식품에 함유된 발암물질은?
정답 ① · 문제는 발효 및 저장 과정에서 자연 발생하고 알코올 음료 및 발효식품에 함유되어 발암성이 문제되는 물질을 묻고 있다. 에틸카바메이트는 발효·저장 중 에탄올과 아미노산 유래 성분의 반응 등으로 생성될 수 있는 발암성 물질로 알려져 있다.
알코올 및 발효식품에서 자연 발생되는 발암물질은 에틸 카바메이트이며, 니트로소아민과 함께 주요 주의 대상입니다.
탄소원으로 1kg의 에틸알코올을 배지로 하여 초산발효 하였을 때 얻어지는 초산의 이론적인 최대 생성량은 약 얼마인가?
정답 ③ · 초산발효는 에틸알코올이 초산균에 의해 산화되어 초산과 물로 변하는 반응입니다. 화학반응식은 C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O 입니다.
에틸알코올(C2H5OH, 분자량 46) 1몰이 초산(CH3COOH, 분자량 60) 1몰로 전환되므로 1000g × (60/46) ≈ 1304g이다.
다음 중 구연산의 생산 능력이 가장 우수한 곰팡이는?
정답 ③ · 구연산은 주로 당류를 탄소원으로 하여 곰팡이에 의해 발효 생산되는데, 그 중에서도 흑곰팡이라고 불리는 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger)의 구연산 생산 능력이 가장 우수하여 산업적으로 널리 활용되고 있습니다.
구연산 산업 발효의 주역은 흑곰팡이 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger)로, 생산 효율이 가장 뛰어납니다.
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