개념 한 쪽
발효생산물을 다룰 때는 생성물과 함께 부산물의 성질을 구분한다. 알코올 음료와 발효식품에서는 저장과 발효 과정에서 자연 발생하는 독성물질이 문제가 된다. 포도당에서 만들어지는 에탄올 양은 화학량론으로 계산하고, 메주는 효소를 공급하는 역할로 이해한다.
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출제기준 단원 「발효생산물의 분리와 정제」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발효식품 발암물질 식별 | 1 | 알코올 음료와 발효식품에서 자연 발생하는 발암물질을 고르기 |
| 알코올 수율 계산 | 1 | 포도당에서 생성 가능한 에탄올 양을 계산하기 |
| 메주 사용 목적 | 1 | 콩 발효에서 메주가 하는 핵심 역할을 가리기 |
발효생산물의 분리와 정제를 이해하려면 발효 과정에서 생기는 생성물과 부산물을 구분한다. 알코올 음료와 발효식품에서는 저장과 발효 과정에서 자연 발생하는 독성물질이 문제가 된다. 그 대표로 에틸카바메이트가 거론된다.
에틸카바메이트는 아르기닌이 효모의 작용으로 요소로 전환된 뒤 에탄올과 반응하여 생성된다. 이 물질은 국제암연구기관(IARC)에서 발암성 물질로 분류한다. 전구물질로는 아르기닌, 시트룰린, 우레아가 제시되고, 카바릴은 전구물질이 아닌 살충제 성분으로 구분한다.
미생물은 아미노산의 탈카르복실화 반응으로 바이오제닉 아민을 생성한다. 우레아와 에탄올의 반응은 바이오제닉 아민 생성의 주요 경로로 보지 않는다. 히스타민은 히스티딘의 탈카복실화로 만들어지며, 모르겔라 모건니가 대표적인 생성 균주로 제시된다. 단백질이 풍부한 식품이 발효되거나 부패할 때 생성되고, 체내 효소에 의해 분해된다.
곰팡이 대사산물 가운데 인체에 병리적 이상이나 생리 기능 교란을 일으키는 물질을 마이코톡신으로 구분한다. 아플라톡신, 시트리닌, 파툴린은 곰팡이가 생성하는 대표적인 독소로 제시된다. 사크시톡신은 적조 현상을 일으키는 플랑크톤이 생성하는 신경독소로, 곰팡이 대사산물로 보지 않는다. 황변미 식중독의 원인독소로는 시트룰린, 이슬란디톡신, 루테오스카린이 제시되고, 아플라톡신은 주로 옥수수와 땅콩에서 발생하는 독소로 구분한다.
효모에 의한 알코올 발효에서는 포도당 1분자에서 에탄올 2분자가 생성되는 화학량론을 적용한다. 포도당의 분자량은 약 180이고, 에탄올 2분자의 분자량 합은 약 92이므로 질량비를 계산한다. 포도당 100g에서는 이론적으로 약 51g의 에탄올이 만들어지며, 보기에서 가장 가까운 값은 50g이다. 간장과 된장 제조에서 메주는 곰팡이가 프로테아제와 아밀라아제를 만들어 단백질을 아미노산으로, 전분을 당으로 분해하도록 하는 역할을 한다. 메주 사용의 핵심 목적은 효소를 생산하여 맛과 향을 내는 것이다.
에틸카바메이트 문제는 아르기닌, 요소, 에탄올의 연결 경로를 묻는다. 카바릴을 전구물질로 넣거나 바이오제닉 아민을 같은 경로로 설명하면 틀린다. 히스타민 생성 균주로 모르겔라 모건니를 확인하고, 곰팡이 독소와 조류 독소를 구분한다. 황변미 원인독소와 아플라톡신의 주 발생 식품을 뒤바꾸는 선지도 경계한다. 포도당 100g에서 에탄올 약 50g을 구하는 계산은 분자량 비 92 대 180으로 확인한다. 메주는 보존이나 착색보다 효소 생성이라는 본질적 목적을 묻는다.
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.
효모에 의한 알코올 발효 시 포도당 100g으로부터 얻을 수 있는 최대 에틸알코올의 양은 약 얼마인가?
정답 ② · 효모에 의한 알코올 발효 반응식(C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2)에 따라, 분자량 180인 포도당으로부터 분자량 46인 에탄올 2몰이 생성됩니다. 이론적 수율은 (46 * 2) / 180 = 92/180 = 약 0.511입니다.
포도당 1몰(180g)에서 에탄올 2몰(92g)이 생성되므로 이론적 수율은 약 51%이다.
간장 및 된장 제조시 콩에 곰팡이와 세균을 번식시켜 만든 메주의 사용목적은?
정답 ③ · 간장과 된장 제조 시 메주를 만드는 핵심적인 이유는 콩의 단백질을 분해하기 위한 효소를 대량으로 얻기 위함입니다. 메주를 발효시키는 과정에서 번식하는 곰팡이(주로 Aspergillus oryzae)와 세균들은 프로테아제, 아밀라아제 등 다양한 분해 효소들을 생산해 냅니다.
메주 발효의 핵심은 곰팡이가 분비하는 프로테아제 등이 단백질을 아미노산으로 분해하여 맛과 향을 내는 것이다.
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