지문해설 | 16학년도 고3 9평 A형 "지방질의 산패" 과학지문 Q19-21

2016학년도 고3 9평 국어 A형 속 지방질, 불포화 지방산, 지방질의 산패, 산화 방지제를 설명합니다. 잘 와닿지 않아 어려웠던 과학기술을 쉽게 이해해 보세요 :) 

목차

2016학년도(2015년 시행) 고3 9평 국어A형 Q19-21 지방질의 산패

< 요약 >

 

지방질이 장시간 공기에 노출되면 산화 과정을 거쳐 비정상적인 맛과 냄새가 나는 산패가 발생함

특히, 한 개 이상의 이중결합을 포함하는 불포화 지방산으로 구성된 지방질에서 탄소가 산화하며 산패가 발생할 수 있음

 

구체적인 지방질의 산패 과정은 다음과 같음:

1. 지방질 내 탄소 → 알릴 라디칼로 변화
2. 알릴 라디칼 + 산소 → 퍼옥시 라디칼
3. 퍼옥시 라디칼 + 다른 지방질 내 탄소 → 하이드로퍼옥사이드 + 새로운 알릴 라디칼 생성
4. 새로 생성된 알릴 라디칼 → 연쇄 반응(2번부터의 과정을 반복) → 하이드로퍼옥사이드를 계속 생성
5. 생성된 하이드로퍼옥사이드 → 알코올, 알데히드 등의 화합물 → 산패: 냄새 유발

이를 방지하기 위해 비타민 E와 같은 산화 방지제는 연쇄 반응을 유발하는 알릴 라디칼을 생성을 지연시키기 위해 퍼옥시 라디칼을 안정화함

 

1문단

 

올리브오일, 아보카도, 아몬드와 같은 견과류 ⋯, 이들의 공통점은 바로 지방질을 많이 함유하고 있다는 점입니다.

이와 같은 식품을 장기간 저장하다 보면 산패로 인해 불쾌한 냄새가 나기도 합니다.

이는 지방질이 공기에 장시간 노출되면, 열, 빛 등의 영향을 받아 산화 과정을 거쳐 산패에 이르기 때문입니다.

 

지방질의 산패에 대해서 이해하기 위해 지방질을 구성하는 성분의 구조를 알아봅시다.

 

2문단

 

지방질 한 분자에는 글리세롤 한 분자와 지방산 세 분자가 결합되어 있습니다.

 

지방질을 구성하는 지방산은 위 그림에서처럼 탄소(C)끼리의 결합을 중심 뼈대로 하는 사슬 구조의 분자인데,

▲ 탄소는 어떤 원자와 결합하는지, 그리고 ▲ 탄소끼리는 어떤 결합을 하는지 알아보겠습니다.

 

▲ 탄소와 다른 원자와의 결합

• 지방산의 가운데 뼈대가 되는 탄소는 수소 또는 산소와 결합함
• 이때, 글리세롤과 결합한 탄소만이 산소와 결합하고 있음 (→ 이를 제외한 모든 탄소는 수소와 결합함)

▲ 탄소끼리의 결합

• 지방산에서 탄소끼리의 결합은 대부분 단일 결합 (→ 포화 지방산)
• 이중결합이 하나 이상 포함된 경우도 있음 (→ 불포화 지방산)

 

한 개 이상의 이중결합이 있는 불포화 지방산에는 오메가-3 지방산이나 오메가-6 지방산이 있습니다.

(아래 그림의 불포화 지방산 예시에서 탄소와 탄소 사이에 존재하는 이중결합을 찾아보세요.)

 

이와 같은 불포화 지방산이 결합된 지방질에서는 산화 작용에 의한 산패가 발생합니다.

• 이중결합의 수가 많을수록 산패가 잘 발생함

즉, 지방질 구성 성분의 구조에 따라 산화 작용에 의한 산패 발생 여부가 결정됩니다.

 

3문단

 

지문에서는 A 지방질을 예시로 들어 지방질의 산패 과정을 설명하고 있습니다.

A 지방질: 글리세롤 + 오메가-6 지방산(← 불포화 지방산으로, 이중결합을 포함하고 있음)

 

지방질의 산패는 지방산 사슬에 있는 탄소에서 일어나는 산화 작용에 의해 발생하는데,

이때 중요한 역할을 하는 것이 라디칼 분자입니다.

라디칼 분자	비(非)라디칼 분자
외부 에너지의 영향으로 홀수 개의 전자를 가짐	대부분의 분자로, 짝수 개의 전자를 가짐
에너지가 높고 불안정하여, 주위 분자들과 쉽게 반응함	에너지가 낮고 안정적임

 

이어지는 문단을 통해 지방질의 산패에 라디칼 분자가 어떤 역할을 하는지 확인해 봅시다.

 

4문단

 

지방질의 산패 과정은 다음과 같습니다:

1. 지방질 내 탄소 → 알릴 라디칼로 변화
   A 지방질은 불포화 지방산을 포함하고 있기 때문에 이중결합이 존재하기 마련인데,
   이중결합 바로 옆의 탄소는 열이나 빛의 영향을 받아 알릴 라디칼로 변화합니다.
   
   
2. 알릴 라디칼 + 산소 → 퍼옥시 라디칼
   에너지가 높고 불안정한 알릴 라디칼은 근처의 산소와 결합하여 퍼옥시 라디칼로 변화합니다.
   
   
3. 퍼옥시 라디칼 + 다른 지방질 내 탄소 → 하이드로퍼옥사이드 + 새로운 알릴 라디칼 생성
   마찬가지로 에너지가 높고 불안정한 퍼옥시 라디칼은 주위의 다른 오메가-6 지방산 사슬과 반응하며,
   비(非)라디칼 분자인 하이드로퍼옥사이드로 변화하며 새로운 알릴 라디칼을 생성합니다.
   
   
4. 새로 생성된 알릴 라디칼 → 연쇄 반응(2번부터의 과정을 반복) → 하이드로퍼옥사이드를 계속 생성
   
   
5. 생성된 하이드로퍼옥사이드 → 알코올, 알데히드 등의 화합물 → 산패: 냄새 유발

 

요약하자면, 지방산에 이중결합이 포함된 지방질은 라디칼에 의한 연쇄 반응을 통해 냄새를 유발하는 화합물로 변화하며 산패가 발생하는 것입니다. 

 

5문단

 

지방질의 산패를 어떻게 지연시킬 수 있을까요?

 

산패로 진행되는 데 영향을 주는 요인들의 작용을 억제시키는 다양한 방법이 있지만,

본 지문에서는 라디칼 분자가 다른 분자들과 쉽게 반응하지 않도록 전자를 주는 산화방지제를 소개하고 있습니다.

(즉, 산화방지제는 홀수 개의 전자를 갖는 라디칼 분자가 짝수 개의 전자를 갖게 합니다.) 

 

예를 들어, 천연 산화방지제인 비타민 E는 주위의 지방질과 반응하여
냄새를 유발하는 화합물로 변하는 하이드로퍼옥사이드와 새로운 알릴 라디칼을 생성하는 퍼옥시 라디칼을 안정화시킵니다.

이를 통해 알릴 라디칼로 인해 반복되는 연쇄 반응을 방해하고, 산패 발생을 지연시킬 수 있습니다.

 

19번 문제 풀이

• ① 오메가-3 지방산은 불포화 지방산으로, 한 개 이상의 이중결합을 포함함
• ② 지방산에서 글리세롤과 결합한 탄소는 산소와 결합하고 있으며, 이를 제외한 모든 탄소가 수소와 결합함
• ③ 포화 지방산 사슬에는 이중결합이 없음
• ④ 불포화 지방산 사슬의 이중결합 바로 옆의 탄소에서 산화 작용이 일어나 산패가 발생함
• ⑤ 지방질은 글리세롤 한 분자에 지방산 세 분자가 결합한 구조를 가짐

 

20번 문제 풀이

• ① A 지방질 분자가 홀수의 전자를 갖는 알릴 라디칼로 변화함
• ② 생성된 하이드로퍼옥사이드가 분해되어 알코올 등의 화합물로 만들어짐
• ③ 라디칼 분자는 에너지가 낮아서 주위 분자들과 쉽게 반응함
• ④ 생성된 하이드로퍼옥사이드가 분해되어 알데히드 등의 화합물로 만들어지며, 이는 비정상적인 냄새를 유발함
• ⑤ 퍼옥시 라디칼은 다른 지방질 분자와 반응하여 하이드로퍼옥사이드로 변화하고 새로운 알릴 라디칼을 생성함