답변 내역

안녕하세요.수크랄로스는 설탕과 구조가 비슷하기 때문에 단맛 수용체를 자극할 수 있으나 우리 몸은 이를 거의 에너지원으로 이용하지 못하는데요, 이는 설탕 분자의 일부 하이드록실기가 염소 원자로 치환되어, 소화 효소가 정상적인 당으로 인식하고 분해하기 어렵기 때문입니다. 설탕은 포도당과 과당이 글리코시드 결합으로 연결된 이당류이며, 소장 표면의 수크레이스가 이 결합을 정확히 인식해 절단하고, 포도당과 과당으로 분해합니다. 이후 단당류들이 흡수되어 세포 호흡을 통해 ATP를 만들므로 칼로리를 제공하는 것입니다. 이때 효소는 활성 부위가 특정 입체 구조, 전하 분포, 수소 결합 위치에 맞는 기질만 선택적으로 결합할 수 있는데요, 수크랄로스는 설탕 구조에서 일부 -OH 자리가 염소 원자로 바뀌어 있습니다. 하이드록실기는 효소와 수소 결합을 만들며 기질 인식에 중요한데, 염소로 바뀌면 그런 상호작용이 달라지는 데다가 염소는 부피가 더 크고 전기음성도가 높아 주변 전자 환경도 변화시킵니다.따라서 결과적으로 수크레이스 같은 당 분해 효소가 수크랄로스와는 잘 결합하지 못하고, 붙더라도 반응에 필요한 정확한 배치를 만들지 못하기 때문에 일반 설탕처럼 포도당과 과당으로 분해되지 않습니다. 또한 장에서 수크랄로스는 흡수율도 제한적이며, 흡수되지 않은 상당 부분은 그대로 배출되는데요, 일부 흡수된 양도 대부분 큰 대사 경로로 들어가 에너지원으로 쓰이지 않고 빠르게 배설됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.오메가-3가 풍부한 생선이 빨리 비려지는 이유는 EPA와 DHA 같은 다가 불포화 지방산의 이중 결합 주변 부위가 산화 연쇄반응에 매우 취약한데다가, 알데하이드 등 냄새 강한 분해산물이 빠르게 생성되기 때문입니다. 대표적인 오메가-3 지방산인 EPA와 DHA는 각각 여러 개의 이중 결합을 가지는데요, 이때 이중 결합 사이에 있는 bis-allylic 위치의 수소 원자가 매우 잘 떨어져나갈 수 있습니다. 이 부위는 전자가 공명으로 안정화되기 때문에 라디칼이 형성되기 쉬워, 산화 개시 반응이 빠르게 일어나는 것입니다. 우선 빛이나 열, 활성산소에 의해 지방산에서 수소가 하나 떨어져 나가면 지질 라디칼이 생긴 후 산소와 반응해 퍼옥실 라디칼이 되고, 다시 다른 지방산에서 수소를 빼앗아 지질 과산화물을 만듭니다. 이때 생성된 지질 과산화물은 불안정해서 쉽게 분해되는데요, 분해되면 알데하이드, 케톤, 알코올, 짧은 사슬 탄화수소 등 휘발성 화합물이 생깁니다. 이들 중 상당수는 냄새 역치가 매우 낮아 극미량만 있어도 비린내, 기름 쩐내를 느낄 수 있습니다.이때 일반 육류보다 생선이 더 빠른 이유는 소고기와 돼지고기 지방에는 상대적으로 포화지방산이나 단일불포화지방산 비율이 높아 다중 이중 결합이 적기 때문입니다. 또한 이들은 라디칼 연쇄 산화가 비교적 느린데요, 반면에 특히 찬 바다에서 사는 지방 많은 어종의 경우에는 세포막 유동성 유지를 위해 불포화지방 비율이 높아 산화 민감도가 큽니다. 또한 생선은 지방산 조성 외에도 비려지기 쉬운 이유는 조직이 연하고 수분이 많아 효소 작용이 빠르며, 해양 어류에는 TMAO가 있어 저장 중 미생물과 효소 작용으로 트리메틸아민으로 변하면 특유의 비린내가 나는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.'인슐린'은 정확한 3차 입체 구조를 가져야 작동하는 단백질 호르몬입니다. 따라서 실온, 특히 고온에 오래 방치할 경우 약효가 떨어질 수 있는데요, 이는 인슐린 분자의 3차 구조가 불안정해지기 때문입니다. 인슐린은 아미노산 사슬이 접혀 특정한 형태를 이루고 있기 때문에 세포 표면의 인슐린 수용체와 정확히 맞물릴 수 있습니다. 즉 아미노산 서열 자체가 같더라도 입체 구조가 무너지면 정상 작용을 못합니다.이러한 3차 구조를 유지하는 힘은 주로 수소 결합, 소수성 상호작용, 이온 결합, 반데르발스 힘, 이황화 결합인데요, 이중에서도 수소 결합과 소수성 상호작용은 적절한 저온에서는 비교적 안정적으로 유지되지만, 온도가 올라가면 분자들이 더 크게 진동하고 움직이며 구조가 흔들리기 시작합니다. 즉 실온 또는 고온 환경에서는 열에너지가 증가하여 인슐린 내부의 수소 결합 일부가 끊어졌다가 다시 형성되기를 반복합니다. 이 과정에서 원래 안쪽에 있어야 할 소수성 아미노산 부위가 바깥으로 노출될 수 있는데요, 그러면 단백질 접힘이 느슨해지거나 부분적으로 풀리며 변성됩니다. 이때 완전히 펼쳐지지 않더라도, 수용체와 결합하는 핵심 부위의 미세한 각도 변화만으로도 활성이 감소할 수 있습니다. 게다가 구조가 흔들려 소수성 부위가 노출된 인슐린 분자끼리 서로 달라붙으면 작은 덩어리나 섬유상 집합체가 생깁니다. 단백질 응집체가 되면 용해성도 떨어지고, 수용체와 정상적으로 결합하기 어렵습니다. 또한 구조가 변한 인슐린은 세포 수용체에 잘 붙지 못해 포도당 흡수 신호를 충분히 전달하지 못하게 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.맥주의 거품은 오래가는데 소주의 거품은 금방 사라지는 이유는 두 음료가 기포를 둘러싸는 액체 막을 안정화시키는 성분 조성에 차이가 있기 때문입니다. 거품은 기체 방울 표면을 액체가 얇게 감싼 구조이기 때문에 이 얇은 막이 튼튼해야 거품이 오래 남고, 약하면 곧 터집니다. 우선 맥주는 발효 과정에서 생성된 이산화탄소가 녹아 있어 잔에 따르면 많은 기포가 생기는데요, 맥주 속 단백질, 펩타이드, 그리고 홉에서 유래한 쓴맛 성분인 iso-α-acid류 같은 표면활성 물질이 중요한데, 이들은 물을 좋아하는 부분과 상대적으로 소수성인 부분을 함께 가져 기포 표면에 잘 모입니다. 기포 표면에 이런 분자들이 흡착하면 표면장력이 감소합니다. 순수한 물은 표면장력이 높아 표면적을 줄이려는 경향이 강하므로 작은 기포들이 쉽게 합쳐지고 터지지만 계면활성 성분이 표면에 배열되면 물 분자끼리의 응집력이 일부 완화되어 표면장력이 낮아지고, 기포 생성과 유지가 쉬워지는 것입니다. 반면에 소주는 구조적으로 차이가 있는데요, 일반적인 소주는 주성분이 물과 에탄올이며, 맥주처럼 보리 단백질, 홉 수지, 발효 잔존 고분자 성분이 거의 없다보니 흔들면 잠깐 거품은 생기지만, 기포 표면을 안정화할 충분한 계면활성 고분자가 부족합니다. 따라서 생성된 거품막은 얇고 약해서 빠르게 터지는 것입니다. 게다가 에탄올 자체도 표면장력을 물보다 낮추긴 하지만, 이것만으로 안정한 거품이 만들어지지는 않습니다. 오히려 저점도, 저고분자 조성에서는 액체 막이 빨리 흐르고 얇아져 거품이 쉽게 꺼지는 경향이 있는데요, 즉 표면장력 감소만 있고, 막을 지탱할 구조재가 부족한 상태라고 보시면 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요. 비료란 식물이 잘 자라도록 토양이나 작물에 공급하는 영양분의 농축 원료를 말합니다. 자연 상태에서도 식물은 흙, 물, 공기에서 필요한 원소를 얻을 수 있지만 농사를 계속 지으면 토양 속 영양분이 빠르게 소모되기 때문에 부족해진 성분을 보충하기 위해 비료를 사용하는 것입니다. 이때 핵심은 식물이 많이 필요로 하는 질소, 인, 칼륨인데요, 특히 질소 비료는 농업에서 가장 중요합니다. 식물은 질소를 단백질, 엽록소, 핵산 합성에 사용하는데, 대기 중에는 질소 기체가 약 70% 이상으로 매우 많지만 식물은 이를 직접 이용하기 어렵습니다. 그래서 공기 중 질소와 수소를 고온과 고압 조건에서 반응시키는 하버-보슈법으로 암모니아를 만들며, 이 암모니아를 바탕으로 요소, 질산암모늄, 황산암모늄 같은 질소 비료가 생산됩니다. 다음으로 인산 비료는 뿌리 성장, 꽃과 열매 형성, 에너지 대사에 중요한데요, 인은 주로 지하에서 채굴한 인광석에서 얻습니다. 이때 인광석은 그대로는 잘 녹지 않아 식물이 이용하기 어렵기 때문에 황산이나 인산으로 처리해 수용성이 높은 과인산석회, MAP, DAP 같은 비료로 가공하여 식물 뿌리가 흡수하기 쉽게 만들어 줍니다.마지막으로 칼륨 비료는 수분 조절, 효소 활성, 병해 저항성, 줄기 강도에 중요한데요, 염화칼륨은 가장 흔한 칼륨 비료이고, 염소에 민감한 작물에는 황산칼륨을 사용하기도 합니다. 앞서 말한 세가지 원소를 혼합한 것이 복합 비료이며, 포장지에 20-20-20, 21-17-17 같은 숫자가 적혀 있다면 이는 질소-인산-칼륨의 함량 비율을 의미합니다. 또한 식물은 소량이지만 미량원소도 필요하기 때문에 철, 아연, 망간, 구리, 칼슘 등이 부족하면 생육에 저하가 생길 수 있으므로 별도로 첨가하기도 합니다. 감사합니다.

안녕하세요.자일리톨 껌을 씹었을 때 입안이 시원하게 느껴지는 이유는 자일리톨이 침에 녹을 때 주변의 열을 흡수하는 흡열 용해 현상이 일어나기 때문입니다. 고체 자일리톨 결정 안에서는 분자들이 일정한 배열로 결합해 있는데요, 이것이 물에 녹으려면 먼저 결정 격자를 깨는 데 에너지가 필요합니다. 이후에 자일리톨 분자와 물 분자가 새롭게 수소 결합을 형성하며 안정화됩니다. 이때 자일리톨의 경우 결정 구조를 분리하는 데 필요한 에너지가 물과 결합하며 얻는 에너지보다 상대적으로 커서, 외부에서 열을 끌어와야 하는데요, 용해 엔탈피가 양의 값이 되기 때문에 흡열적으로 녹습니다.이 현상은 특히 입안처럼 온도 변화에 민감한 공간에서 잘 느껴지는데요, 우선 혀에는 온도 감지 수용체가 풍부하고, 침이 자일리톨을 빠르게 녹이면서 표면 온도를 순간적으로 낮춥니다. 그래서 자일리톨 껌을 처음 씹을 때 시원함이 가장 강하고, 시간이 지나 대부분 녹으면 느낌이 약해집니다. 특히 많은 껌의 경우 자일리톨 자체의 냉감에 더해 멘톨, 민트향 성분 등을 함께 넣는데요, 멘톨은 실제 온도를 크게 낮추지 않아도 혀와 입안의 TRPM8 수용체를 자극해 차가운 감각을 유도합니다. 그래서 자일리톨 껌의 시원함은 실제 흡열 용해 반응과 함께 신경학적 냉감을 유발하는 멘톨류가 합쳐져 더 강하게 느껴지는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.선크림 중 이산화티타늄이나 산화아연이 들어간 제품이 피부에서 하얗게 뜨는 이유는, 이 성분들이 피부 위에 남아 있는 미세한 무기 입자이기 때문에 가시광선을 넓은 범위로 강하게 산란 및 반사시키기 때문입니다. 하얀색은 가시광선 전 영역에 해당하는 400~700 nm 파장대가 비교적 고르게 반사되어 눈에 들어올 때 느껴지는 색입니다. 이때 이산화티타늄은 굴절률이 매우 높고 산화아연도 상당히 높은데요, 피부 위의 유분이나 물, 공기와 비교했을 때 입자와 주변 매질 사이 굴절률 차이가 크면, 빛이 입자 경계면을 지날 때 진행 방향이 크게 꺾이고 일부는 반사됩니다. 동시에 입자 내부와 표면에서 여러 번 방향이 바뀌며 난반사가 생기기 때문에 밝고 하얗게 보이는 것입니다. 또한 입자 크기가 가시광선 파장과 비슷하거나 그보다 크면 미 산란이 강하게 일어나는데요, 미 산란은 특정 짧은 파장만 선택적으로 산란하는 레일리 산란과 달리, 넓은 파장대의 빛을 비교적 강하게 산란시킬 수 있다보니 전체적으로 뿌옇고 흰 느낌을 줍니다. 피부 위에서 더 하얗게 보이는 이유는 입자들이 완전히 녹는 것이 아니라 분산된 고체 입자 상태로 막을 형성하기 때문입니다. 반면 아보벤존과 같은 유기 자외선 차단제의 경우에는 자외선 영역의 특정 에너지를 전자 전이로 흡수한 뒤 열 등으로 방출하는데, 가시광선을 강하게 산란시키는 입자가 아니므로 대체로 투명하게 보입니다. 감사합니다.

안녕하세요.요소수는 디젤 차량 배기가스 속 질소산화물을 질소와 물로 바꾸기 위해 사용하는 수용액으로, 보통 고순도 요소 약 32.5%와 정제수로 구성되며, 배기 라인에 분사됩니다. 핵심은 SCR 시스템이라는 후처리 장치에서 일어나는 촉매 반응인데요, 우선 요소수는 뜨거운 배기관으로 분사되면 물이 증발하고, 남은 요소가 열에 의해 분해됩니다. 요소가 암모니아를 형성하는 반응에서 생성된 아이소시아닉산은 배기가스 내 수분과 다시 반응해 추가 암모니아와 이산화탄소를 만듭니다. 즉 최종적으로 요소 1분자는 암모니아 2분자를 공급하는 역할을 하는데요, 즉 실제 질소산화물을 제거하는 반응물은 요소 자체가 아니라 암모니아라고 보시면 됩니다. 요소수는 암모니아를 안전하고 다루기 쉬운 형태로 운반하는 수단이라고 볼 수 있습니다. 이후 배기가스가 SCR 촉매를 통과할 때 암모니아가 질소산화물과 선택적으로 반응하면서 결과적으로 인체와 대기오염에 문제가 되는 질소산화물이 공기 중 대부분을 차지하는 질소 기체와 물로 바뀝니다. 이때 촉매가 중요한 이유는 반응 속도를 크게 높이고 필요한 온도를 낮춰 주기 때문인데요, SCR 촉매에는 바나듐계, 구리와 철 담지 제올라이트계 소재 등이 사용됩니다. 촉매 표면에서 암모니아와 질소산화물이 흡착되고 전자 이동이 일어나 효율적으로 환원 반응이 진행될 수 있습니다. 다만 온도가 너무 낮은 경우에는 요소가 완전히 분해되지 않아 시아누르산 유도체와 같은 침전물이 생길 수 있고, 너무 높거나 분사 제어가 부정확하면 남은 암모니아가 배출되는 암모니아 슬립 문제가 생길 수 있습니다. 따라서 차량은 센서와 제어장치로 배기가스 온도, NOx 농도, 요소수 분사량을 정밀하게 조절합니다. 감사합니다.

안녕하세요.요소수는 화물차부터 버스, 건설기계 등에 장착된 SCR 시스템에서 질소산화물을 줄이기 위해 사용하는 필수 소모품이기 때문에 물류, 산업, 물가를 비롯한 사회 시스템 전반에 연쇄 충격을 줄 수 있습니다. 가장 직접적인 문제는 운송 차질이 생기는 것인데요, 대형 화물차 상당수가 요소수를 필요로 하기 때문에 공급이 끊기면 차량 운행 제한이 생기거나 운전자들이 운행을 줄이게 됩니다. 또한 운송비가 오르면 식품, 생필품, 건축자재, 공산품 가격에 순차적으로 전가하게 되는데요, 특히 신선식품은 운송 지연과 폐기 위험까지 있어 가격 변동성이 커질 수 있습니다. 또한 건설 현장의 덤프트럭, 굴착기, 발전 설비, 농기계 등도 디젤 장비 비중이 높기 때문에 요소수 부족으로 장비 가동이 줄면 건설 공정 지연, 농번기 작업 차질, 제조업 납품 지연 등이 발생하고 기업 매출 감소와 고용 불안으로 이어질 수 있습니다.특히 부족 소식이 알려지면 실제 부족분보다 더 큰 혼란이 생길 수 있는데요, 개인과 기업이 평소보다 과도하게 비축하면 시장 유통량이 더 줄어드는 패닉 바잉 현상이 생깁니다. 또한 요소수가 부족하면 일부 차량이 불법 개조나 우회 운행을 시도할 수 있고, 이는 질소산화물 배출 증가로 이어질 수 있습니다. 따라서 실제로 사회는 이런 문제를 줄이기 위해 긴급 수입선 다변화, 전략 비축, 화물이나 대중교통, 응급차량 등의 용도 우선 배분과 같은 대응을 하곤 합니다. 감사합니다.

안녕하세요.말씀해주신 것처럼 음료수에 들어가는 수용성 식용 색소가 혀를 착색되었다가도 금방 지워질 수 있는 것은 혀 표면과 색소 사이에는 약하고 가역적인 상호작용만 형성되며 색소가 물이나 침에 매우 잘 녹기 때문입니다. 우선 혀 표면은 유두라고 하는 미세 돌기와 점막, 타액 단백질, 점액, 탈락 중인 상피세포로 이루어진 표면인데요, 여기에 음료가 닿으면 색소 분자가 표면 틈새에 들어가고, 단백질이나 점액 성분 가까이에 모입니다. 혀가 거칠고 돌기가 많아 색소가 일시적으로 많이 남아 보이기 때문에 착색이 잘 되는 것처럼 느껴질 수 있습니다. 색소 분자와 혀 단백질 사이에는 주로 수소 결합이나 반데르발스 힘 같은 비공유 결합성 상호작용이 작용하는데요, 예를 들어 색소 분자에 있는 하이드록실기, 설폰산기, 카복실기 등은 단백질 표면의 아미노산 잔기와 수소 결합을 만들고, 이때 방향족 고리 구조가 있다면 단백질의 소수성 부위와 약한 반데르발스 상호작용도 가능하기 때문에 혀 표면에 색소가 흡착되어 순간적으로 선명한 색이 나타납니다. 하지만 공유결합이 아니다보니 결합의 세기가 약한데다가, 물 분자와 경쟁하는 가역적 결합입니다. 따라서 지속적으로 침이 흐르고 혀가 움직이는 구강 환경에서 쉽게 떨어지게 됩니다. 또한 색소는 물에 잘 녹도록 만들어져 있는데요, 식용 음료 색소는 대개 극성기가 많아 물과 매우 잘 상호작용합니다. 즉 색소 분자는 혀 단백질에 붙어 있는 것보다 주변의 물침 분자에 둘러싸여 용해 상태로 존재하기 때문에 침 속 물 분자가 색소와 경쟁적으로 수소 결합을 형성하면서 색소를 표면에서 떼어내고 다시 용액 상태로 끌고 갈 수 있습니다. 감사합니다.