Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 음식을 상하지 않게 해주는 방부제는 어떤 원리인가요?
안녕하세요. 방부제는 주로 미생물의 성장과 번식을 억제하거나 지연시켜 식품의 부패를 방지하는 역할을 합니다. 방부제의 활동 원리는 크게 세 가지로 설명이 가능합니다. 먼저, 방부제는 미생물의 세포막에 작용하여 세포 내 환경을 변화시키고, 이로 인해 미생물이 필수 영양소를 흡수하거나 대사 활동을 정상적으로 수행하지 못하게 합니다. 일부 방부제는 미생물의 효소 활동을 직접적으로 방해하여 미생물이 에너지를 생산하거나 성장에 필수적인 대사 경로를 사용하는 것을 억제합니다. 추가로, 방부제는 미생물의 유전자 발현을 방해하여 단백질 합성과 같은 중요한 세포 기능을 저해할 수 있습니다. 방부제의 활용은 식품의 안전성을 유지하는데 있어 중요한 역할을 하지만, 사용하는 방부제의 종류와 양에 따라 인체에 미치는 영향도 고려해야 합니다. 따라서 식품첨가물로서의 방부제 사용은 엄격한 규제와 검증 과정을 거쳐 안전성이 확보된 후 식품에 적용되고 있습니다. 이와 같은 방부제의 작용원리에 대한 심도 있는 내용을 접하고 싶으시다면 Food Chemistry (Owen R. Fennema)와 같은 문헌을 추천드립니다. 식품의 보존과 관련된 더 세밀한 화학, 미생물학적 상호작용에 대한 정보가 망라되어 있습니다.
Q. 상대론적 에너지 공식과 클라인-고든 방정식에서도 반입자 개념이 등장하는 건가요?
안녕하세요. 상대론적 에너지 공식과 클라인-고든 방정식에서의 반입자(concept of antiparticles) 개념과 이와 관련된 디랙 방정식(Dirac equation)의 도입에 대해 설명하겠습니다. 먼저, 상대론적 에너지 공식 E = √(p²c² + m²c⁴)에서 음의 에너지 해를 고려할 때, 이는 수학적으로 E = -√(p²c² + m²c⁴)로 표현될 수 있습니다. 이는 이론적으로 가능한 해지만, 초기의 물리학에서는 이러한 음의 에너지가 물리적으로 어떤 의미를 가지는 명확하지 않았습니다. 이 음의 에너지 해석에 대한 진정한 물리학적 의미는 디랙이 그의 방정식을 통해 반입자를 도입하면서 제공됩니다. 클라인-고든 방정식에서는 파동 방정식이 상대론적으로 이랍ㄴ화된 형태로, 이 방정식의 해에는 에너지의 양의 값과 음의 값이 모두 나타납니다. 이는 ω = ±√(k²c² + m²c⁴)의 형태로, 여기서 양과 음의 에너지 해가 나타납니다. 클라인-고든 방정식에서도 이 음의 에너지는 초기에는 물리적인 해석이 명확하지 않았습니다. 디랙이 그의 방정식을 도입한 주된 이유 중 하나는 이러한 음의 에너지 해를 합리적으로 설명하기 위함이었습니다. 디랙 방정식은 전자와 같은 스핀-1/2 입자들을 설명하기 위해 개발되었으며, 이 방정식의 해석 과정에서 음의 에너지 상태를 설명할 수 있는 물리적 메커니즘인 반입자를 도입하였습니다. 디랙은 음의 에너지 상태를 전자의 반입자인 양전자로 해석하였고, 이는 후에 실험적으로 발견되면서 현대 물리학에서 중요한 발견으로 자리 잡았습니다.
Q. 귤을 때리면 당도가 높아진다던데 정말인가요?
안녕하세요. 귤을 때리면 당도가 높아진다는 주장은 일반적으로 과학적 근거에 기반한 것이 아닙니다. 식품 과학에서 일반적으로 받아들여지는 현상은 아닙니다. 귤이나 다른 과일의 당도는 성숙도, 품종, 재배 조건 등에 의해 결정됩니다. 과일을 때리는 행위가 과일 내부의 세포를 손상시켜 일시적으로 과즙이 외부로 더 많이 나오게 할 수는 있습니다. 이 경우, 과즙의 풍미가 강조되어 잠시 동안 더 단맛이 강하게 느껴질 수 있습니다. 그러나 이는 과일의 실제 당분 함량이 증가한다는 것을 의미하지는 않습니다. 실제로 과학적인 방법을 통해 과일의 당도를 측정할 때는 광학 기기를 사용하여 과즙의 당도를 측정합니다. 이러한 기기는 과즙 속의 당분 농도를 정확히 측정할 수 있으며, 때리는 행위가 이러한 당분 농도를 변경하지는 않습니다.
Q. 갈변이 되는것이 공기와 접촉 때문이라고 하는데 왜 그런 현상이 생기는건가요?
안녕하세요. 갈변 현상은 공기 중의 산소와 특정 식품 성분이 반응하여 일어나는 화학적 변화입니다. 특히 감자나 고구마와 같은 식품에서 자주 볼 수 있는 이 현상은 주로 효소적 갈변에 의해 일어납니다. 이 과정에서 핵심 역할을 하는 것은 폴리페놀 옥시다제(Polyphenol oxidase ; PPO)라는 효소입니다. 이 효소는 식품의 세포가 손상될 때 공기 중의 산소와 반응하여 페놀성 화합물을 산화시키는데, 이 산화 과정에서 갈색의 멜라닌 색소가 생성됩니다. 감자나 고구마의 경우, 껍질을 벗기거나 자르는 등의 물리적 손상으로 인해 세포 내부의 효소와 페놀성 화합물이 공기 중의 산소와 접촉하게 됩니다. 폴리페놀 옥시다제는 이때 산소와 반응하여 페놀 화합물을 산화시키고, 결과적으로 멜라닌이라는 갈색 색소를 형성하여 식품의 표면이 갈색으로 변하게 만듭니다. 이러한 색 변화는 식품의 외관에 영향을 미치며, 때로는 소비자의 구매 의사를 감소시킬 수 있습니다. 갈변을 방지하기 위한 방법으로는 산성 환경을 조성하여 효소의 활성을 억제하는 것, 즉 레몬즙이나 식초를 사용하는 방법, 공기와의 접촉을 최소화하기 위해 물에 담그거나 진공포장을 하는 방법 등이 있습니다. 이러한 처리는 효소의 활성을 떨어뜨려 갈변을 억제하며, 식품의 품질을 유지하는데 도움이 됩니다.
Q. 모든 파충류는 성장을 하려면 탈피를 해야 하나요?
안녕하세요. 파충류는 성장 과정에서 탈피를 합니다. 이는 뱀과 도마뱀뿐만 아니라 거의 모든 파충류에 해당되는 일반적인 생리적 현상입니다. 탈피는 파충류가 자라면서 그들의 피부가 늘어나는 것을 용이하게 하기 위해 발생합니다. 파충류의 피부는 다른 많은 동물들처럼 탄력적으로 늘어나지 않기 때문에, 성장하면서 더 큰 몸을 수용하기 위해 기존의 피부를 벗어던지고 새로운 피부로 갈아입어야 합니다. 이 과정을 '탈피'라고 하며, 과학적 용어로는 '이각(Ecdysis)'라고 합니다. 뱀과 도마뱀 이외에도 악어, 거북, 카멜레온 등 다른 파충류도 주기적으로 탈피를 합니다. 탈피는 파충류가 건강하게 성장하고 생존하는데 중요한 역할을 하며, 외부 기생충이나 오래된 피부 조직으로부터 그들을 해방시키는 기능도 합니다. 따라서, 파충류는 성장과정에서 반드시 탈피 과정을 거치며, 이는 그들의 생물학적 특성 중 하나로 간주됩니다.