Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 커피 로스팅 과정에서 발생하는 화학 반응의 종류와 이러한 과정이 커피의 향미에 미치는 영향에 대해 심도 있게 설명해 주세요
안녕하세요. 커피 로스팅 과정에서 발생하는 화학 반응들은 커피의 독특한 향미 형성에 중요한 기여를 하며, 이 과정은 메일라드 반응(Maillard reaction), 캐러멜화(caramelization), 열분해(pyrolysis)와 같은 다양한 반응을 포함합니다. 이 반응들은 서로 다른 온도와 시간 조건에서 일어나며, 각각의 반응이 커피의 향미에 독특한 변화를 가져옵니다. 로스팅 과정에서 가장 중요한 화학 반응 중 하나는 메일라드 반응입니다. 이 반응은 아미노산과 환원당(reducing sugars) 간의 화학적 반응으로, 140~160°C 정도에서 활발히 일어납니다. 메일라드 반응은 수백 가지의 휘발성 화합물을 생성하며, 커피의 복합적이고 다차원적인 향미를 결정합니다. 이 과정에서 초코릿, 견과류, 곡물과 같은 따뜻하고 고소한 향미가 발생하며, 로스팅 시간과 온도에 따라 이들 향미의 강도가 달라집니다. 메일라드 반응은 커피의 풍미를 구축하는 핵심 반응으로, 원두의 갈색화 과정에서도 중요한 역할을 합니다. 캐러멜화는 메일라드 반응 이후 비교적 높은 온도(170°C 이상)에서 발생하는 반응으로, 커피 원두 내의 설탕이 열분해되어 새로운 화합물을 생성합니다. 이 과정은 커피의 단맛을 강조하고, 캐러멜, 버터스카치와 같은 달콤한 향미를 부여합니다. 캐러멜화는 설탕의 화학적 구조가 열에 의해 변화하는 과정으로, 이 과정에서 다양한 화합물이 형성되어 커피의 복합적 풍미를 풍부하게 만듭니다. 캐러멜화는 로스팅이 깊어질수록 강해지며, 깊은 로스팅에서는 이로 인한 쓴맛과 함께 달콤함이 균형을 이루게 됩니다. 열분해는 로스팅의 마지막 단계에서 발생하며, 셀룰로오스와 같은 복합 탄수화물이 높은 온도에서 분해되어 커피의 고유한 스모키하고 깊은 향을 형성합니다. 이 과정에서 휘발성 화합물들이 발생하여 커피의 향미를 더욱 강화하지만, 과도한 열분해는 커피의 맛을 지나치게 쓴맛으로 만들 수 있습니다. 열분해 과정은 커피의 무게를 감소시키고, 원두 내부의 공기 주머니를 확장시켜 부피가 커지게 하는 물리적 변화를 초래합니다. 결국, 로스팅 과정에서 발생하는 다양한 화학 반응들은 커피의 최종 향미와 맛에 결정적인 영향을 미칩니다.
Q. 추우면 벌레들이 사라지는 이유가 뭔가요??
안녕하세요. 날씨가 추워지면 여름철에 자주 볼 수 있던 벌레들이 눈에 띄지 않는 현상은 벌레들이 추운 환경에서 생존하기 위해 취하는 여러 가지 생리적, 행동적 적응과 관련이 있습니다. 이러한 적응은 벌레들이 극심한 추위에서 살아남기 위해 진화해 온 다양한 생존 전략을 나타냅니다. 벌레들은 추운 계절 동안 살아남기 위해 몇 가지 주요 전략을 취하는데, 이는 휴면, 서식지 이동, 죽음을 통해 다음 세대를 위한 생존을 도모하는 방법으로 나눌 수 있습니다. 많은 벌레들은 겨울이 오기 전에 휴면 상태(diapause)로 전환합니다. 이 상태는 벌레들이 대사율을 극도로 낮추고, 생리적 활동을 최소화하여 혹독한 환경에서 생존하도록 합니다. 휴면 상태의 벌레들은 온도가 매우 낮아지더라도 내부 생리 기능을 유지할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 벌레들은 나무껍질 밑이나 토양 속, 혹은 기타 보호된 환경 속에 숨어 추위를 피합니다. 일부 벌레들은 보다 온화한 지역으로 이동하여 추운 계절을 피하려 합니다. 예를 들어, 나비 중 일부는 계절에 따라 서식지를 이동합니다. 북아메리카의 군함나비(Monarch Butterfly)는 추운 계절에 멕시코와 같은 따뜻한 지역으로 이동하며, 이는 온도 변화에 따른 생존 전략 중 하나입니다. 많은 곤충들은 성체가 겨울을 지나 생존하지 못하더라도, 알이나 유충 상태로 겨울을 나게 하는 전략을 사용합니다. 예를 들어, 모기나 파리는 겨울 동안 알로 존재하거나, 특정 물가나 보호된 장소에서 유충 상태로 겨울을 견딥니다. 이러한 방식으로 개체군은 다음 봄에 번성할 수 있는 가능성을 유지하게 됩니다.
Q. 공업용 알코올은 왜 먹을수 없는건가요?
안녕하세요. 공업용 알코올은 주로 메탄올(methanol)이나 에탄올(ethanol)에 유독 물질이 첨가된 형태로, 인체에 심각한 해로움을 줄 수 있기 때문에 식용으로 적합하지 않습니다. 공업용 알코올은 여러 화학적 이유로 인해 섭취할 수 없으며, 그 이유는 주로 독성의 차이에 있습니다. 공업용 알코올 중 가장 흔한 형태는 메탄올입니다. 메탄올은 화학적으로 에탄올과 유사하지만, 신체 내에서 대사될 때 치명적인 독성 물질을 생성합니다. 메탄올은 체내에서 포름알데히드(formaldehyde)와 포름산(formic acid)으로 대사되는데, 이러한 물질들은 신경계와 특히 시신경에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다. 소량의 메탄올만 섭취하더라도 시력 상실 또는 심한 경우 사망에 이를 수 있습니다. 이와 같은 이유로 메탄올은 식용으로 절대 사용될 수 없습니다. 또한 공업용 알코올은 흔히 순수 에탄올에 변성제(denaturant)를 첨가하여 만들어집니다. 이 변성제는 알코올의 음용을 막기 위해 독성이 있는 화학물질을 추가한 것으로, 이를 통해 공업용 알코올의 세금을 낮추고, 오용을 방지합니다. 이러한 변성제가 포함된 에탄올은 독성을 지니게 되며, 섭취할 경우 구토, 복통, 심각한 신경계 손상을 유발할 수 있습니다. 반면, 식용 알코올은 순수 에탄올로, 알코올 음료에 사용되는 주 성분입니다. 이는 발효 과정을 통해 생산되며, 인체가 안전하게 대사할 수 있는 형태입니다. 식용 에탄올은 간에서 아세트알데히드(acetaldehyde)로 변환된 후 아세트산으로 대사되며, 최종적으로 이산화탄소와 물로 분해됩니다. 이러한 대사 과정은 체내에서 안전하게 처리될 수 있는 수준에서 이루어지기 때문에, 식용으로 사용할 수 있는 것입니다.
Q. 호흡을 통해서는 에너지만 생기나요?
안녕하세요. 호흡을 통해 산소가 공급되고, 이를 통해 에너지가 생성되는 것은 생명 유지에 필수적인 과정입니다. 그러나 호흡은 단순히 에너지를 생성하는데 그치지 않으며, 여러 다른 생리적 효과도 동반합니다. 호흡의 본질적인 역할을 신체 내에서 대사 과정을 위한 산소를 제공하고, 대사 산물인 이산화탄소를 제거하는 것이지만, 이 과정에서 에너지 생성 이외에도 여러 중요한 기능이 이루어집니다. 호흡 과정에서 산소는 세포읨 ㅣ토콘드리아 내에서 영양소, 주로 포도당과 결합하여 에너지원인 ATP(아데노신 삼인산)를 생성합니다. 이 과정은 세포 호흡(cellular respiration)이라고 불리며, 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)로 인해 ATP가 생성됩니다. 이러한 ATP는 신체의 모든 생리적 활동에 필요한 에너지를 제공합니다. 그러나 호흡을 통한 대사 과정에서 단순히 에너지만이 생성되는 것은 아닙니다. 세포 호흡 과정에서 발생하는 주요 부산물은 이산환탄소(CO₂)와 물(H₂O)입니다. 이산화탄소는 세포 내 대사 활동에서 발생한 산물로, 이를 혈액을 통해 폐로 운반하여 외호흡 과정을 통해 몸 밖으로 배출합니다. 물 역시 에너지 생성 과정에서 생기는 부산물로, 이는 신체의 수분 균형 유지에 기여합니다. 호흡은 산소 공급과 대사 산물 제거 이외에도, 체내 산-염기 균형 유지에 중요한 역할을 합니다. 호흡을 통해 이산화탄소 농도를 조절하는 것은 혈액의 pH를 일정하게 유지하는 데 필수적입니다. 혈액 내 이산화탄소의 농도가 증가하면 탄산(H₂CO₃)으로 전환되어 혈액을 산성화시킵니다. 이를 방지하기 위해 호흡을 통해 이산화탄소를 배출하고, 혈액의 pH를 일정 범위 내에서 유지합니다. 결론적으로, 호흡은 단순히 에너지를 생성하는 것 이상의 역할을 합니다. 에너지를 제공하는 것과 함께 대사 산물의 제거, 체내 수분 균형 유지, 산-염기 균형 조절 등 여러 복합적인 기능을 수행하며, 이는 생명체가 정상적으로 기능하는 데 필수적입니다.
Q. 요즘 친자확인이다 뭐다하는데 유전자검사로 친자확인하는 원리가 뭔가요?
안녕하세요. 유전자 검사를 통한 친자 확인은 DNA의 특정 부위에서 발견되는 변이나 패턴을 비교하는 과정을 포함합니다. 인간의 DNA는 특정 부위에서 개인 간에 차이를 나타내는 반복 시퀀스나 단일 염기 다형성(single nucleotide polymorphisms ; SNP)을 포함하고 있으며, 이러한 구성 요소들은 유전자의 지문과 같은 역할을 합니다. 유전자 검사 과정은 먼저, 검사를 위해 체액이나 조직 샘플에서 DNA를 추출합니다. 가장 흔히 사용되는 샘플은 구강 내 점막 세포로부터 얻은 입 안 스왑(swab)입니다. DNA 샘플에서 특정 마커를 검출하기 위해 PCR(Polymerase Chain Reaction) 기법을 사용하여 DNA를 수십만 배 증폭시킵니다. 이 과정에서 특정 DNA 시퀀스를 대량 복제하여 분석 가능한 양을 확보합니다. 인간의 DNA는 수많은 STR(Short Tandem Repeats) 지역을 포함하고 있으며, 이 지역들은 개인별로 고유한 반복 횟수의 차이를 보입니다. 친자확인에서는 아이의 STR 프로파일이 모친과 아버지의 STR 프로파일과 비교됩니다. 부모로부터 각각 하나의 STR 대립 유전자(allele)를 물려받기 때문에, 아이의 모든 STR 대립 유전자 중 하나는 어머니의 것과, 다른 하나는 아버지의 것과 일치해야 합니다. 유전자 검사 결과는 숫자로 표현되는 일치 확률로 제공됩니다. 예를 들어, '99.99%'의 일치율은 피검사자가 생물학적 부모일 확률이 매우 높음을 의미합니다. 이런 방식으로 유전자 검사는 매우 높은 정확도로 친자 관계를 확인할 수 있으며, 법적 또는 개인적 목적으로 널리 사용됩니다. 이 기술은 과학적으로 정교하며, 유전적 지문을 통해 개인 간의 생물학적 연결고리를 명확하게 밝힐 수 있는 강력한 도구입니다.