Inżynieria żywności

Fabryka chleba w Niemczech.

Inżynieria żywności to dziedzina naukowa, akademicka i zawodowa, która interpretuje i stosuje zasady inżynierii, nauki i matematyki do produkcji żywności i operacji, w tym przetwarzania, produkcji, obsługi, przechowywania, konserwacji, kontroli, pakowania i dystrybucji produktów spożywczych. Biorąc pod uwagę zależność od nauki o żywności i szerszych dyscyplin inżynieryjnych, takich jak inżynieria elektryczna, mechaniczna, lądowa, chemiczna, przemysłowa i rolnicza, inżynieria żywności jest uważana za dziedzinę multidyscyplinarną i wąską.

Ze względu na złożony charakter materiałów spożywczych inżynieria żywności łączy również badanie bardziej szczegółowych pojęć chemicznych i fizycznych, takich jak biochemia, mikrobiologia, chemia żywności, termodynamika, zjawiska transportu, reologia i wymiana ciepła. Inżynierowie żywności stosują tę wiedzę do opłacalnego projektowania, produkcji i komercjalizacji zrównoważonych, bezpiecznych, pożywnych, zdrowych, atrakcyjnych, niedrogich i wysokiej jakości składników i żywności, a także do rozwoju systemów żywnościowych, maszyn i oprzyrządowania .

Historia

Chociaż inżynieria żywności jest stosunkowo nową i rozwijającą się dziedziną nauki, opiera się na ugruntowanych koncepcjach i działaniach. Tradycyjnym celem inżynierii żywności była konserwacja, która obejmowała stabilizację i sterylizację żywności, zapobieganie psuciu się i zachowywanie składników odżywczych w żywności przez dłuższy czas. Bardziej szczegółowe tradycyjne czynności obejmują odwadnianie i zagęszczanie żywności, pakowanie ochronne, konserwowanie i liofilizację. Na rozwój technologii żywności duży wpływ miały wojny i długie podróże, w tym misje kosmiczne, w których długotrwała i pożywna żywność była niezbędna do przetrwania. Inne starożytne czynności obejmują procesy mielenia, przechowywania i fermentacji. Chociaż kilka tradycyjnych działań pozostaje niepokojących i stanowi podstawę dzisiejszych technologii i innowacji, inżynieria żywności ostatnio skupiła się na jakości, bezpieczeństwie, smaku, zdrowiu i zrównoważonym rozwoju żywności.

Zastosowanie i praktyki

Poniżej przedstawiono niektóre zastosowania i praktyki stosowane w inżynierii żywności do produkcji bezpiecznej, zdrowej, smacznej i zrównoważonej żywności :

Chłodzenie i zamrażanie

Centrum dystrybucji żywności z technologiami chłodniczymi.

Głównym celem chłodzenia i/lub zamrażania żywności jest zachowanie jakości i bezpieczeństwa materiałów żywnościowych. Chłodzenie i zamrażanie przyczynia się do zachowania łatwo psującej się żywności oraz do zachowania niektórych czynników jakości żywności, takich jak wygląd, konsystencja, smak, aromat i zawartość składników odżywczych. Zamrażanie żywności spowalnia rozwój bakterii, które mogą potencjalnie zaszkodzić konsumentom.

Odparowanie

Odparowanie służy do wstępnego zatężania, zwiększania zawartości ciał stałych, zmiany koloru i zmniejszania zawartości wody w produktach spożywczych i płynnych. Proces ten jest najczęściej obserwowany podczas przetwarzania mleka, pochodnych skrobi, kawy, soków owocowych, past i koncentratów warzywnych, przypraw, sosów, cukru i oleju jadalnego. Odparowywanie jest również wykorzystywane w procesach suszenia żywności. Celem odwodnienia jest zapobieganie rozwojowi pleśni w żywności, która rozwija się tylko wtedy, gdy występuje wilgoć. Proces ten można zastosować na przykład do warzyw, owoców, mięsa i ryb.

Opakowania

Technologie pakowania żywności są stosowane w celu wydłużenia okresu przydatności do spożycia produktów, stabilizacji żywności (zachowanie smaku, wyglądu i jakości) oraz utrzymania żywności w czystości, ochronie i atrakcyjności dla konsumenta. Można to osiągnąć na przykład poprzez pakowanie żywności w puszki i słoiki. Ponieważ produkcja żywności generuje duże ilości odpadów, wiele firm przechodzi na opakowania przyjazne dla środowiska, aby chronić środowisko i przyciągnąć uwagę świadomych ekologicznie konsumentów. Niektóre rodzaje opakowań przyjaznych dla środowiska obejmują tworzywa sztuczne wykonane z kukurydzy lub ziemniaków, biodegradowalne tworzywa sztuczne i produkty papierowe, które ulegają rozkładowi oraz materiały pochodzące z recyklingu. Chociaż przejście na opakowania przyjazne dla środowiska ma pozytywny wpływ na środowisko, wiele firm znajduje inne korzyści, takie jak zmniejszenie nadmiaru materiałów opakowaniowych, pomoc w przyciąganiu i utrzymaniu klientów oraz pokazanie, że firmy dbają o środowisko.

Energia do przetwarzania żywności

Aby zwiększyć zrównoważony rozwój przetwarzania żywności, potrzebna jest efektywność energetyczna i odzysk ciepła odpadowego. Zastąpienie konwencjonalnych, energochłonnych procesów żywnościowych nowymi technologiami, takimi jak cykle termodynamiczne i nietermiczne procesy grzewcze, zapewnia kolejny potencjał zmniejszenia zużycia energii, obniżenia kosztów produkcji i poprawy zrównoważonego charakteru produkcji żywności.

Wymiana ciepła w przetwórstwie spożywczym

Przenikanie ciepła jest ważne w przetwarzaniu prawie każdego skomercjalizowanego produktu spożywczego i jest ważne dla zachowania higienicznych, odżywczych i sensorycznych właściwości żywności. Metody wymiany ciepła obejmują indukcję, konwekcję i promieniowanie. [ potrzebne źródło ] Te metody są wykorzystywane do tworzenia zmian we właściwościach fizycznych żywności podczas zamrażania, pieczenia lub smażenia w głębokim tłuszczu, a także podczas stosowania ogrzewania omowego lub promieniowania podczerwonego do żywności. [ potrzebne źródło ] Narzędzia te umożliwiają inżynierom żywności wprowadzanie innowacji w zakresie tworzenia i przekształcania produktów spożywczych.

Systemy zarządzania bezpieczeństwem żywności (FSMS)

System zarządzania bezpieczeństwem żywności (FSMS) to „systematyczne podejście do kontrolowania zagrożeń bezpieczeństwa żywności w firmie w celu zapewnienia, że ​​produkt spożywczy jest bezpieczny do spożycia”. W niektórych krajach FSMS jest wymogiem prawnym, który zobowiązuje wszystkie przedsiębiorstwa produkujące żywność do stosowania i utrzymywania FSMS opartego na zasadach Analizy Zagrożeń i Krytycznych Punktów Kontroli (HACCP). HACCP to system zarządzania, który zajmuje się bezpieczeństwem żywności poprzez analizę i kontrolę zagrożeń biologicznych, chemicznych i fizycznych na wszystkich etapach łańcucha dostaw żywności. Norma ISO 22000 określa wymagania dla FSMS.

Nowe technologie

Następujące technologie, które wciąż ewoluują, przyczyniły się do innowacji i rozwoju praktyk inżynierii żywności:

Produkcja ciasteczek z automatyką.

Trójwymiarowy druk żywności

Druk trójwymiarowy (3D), znany również jako produkcja addytywna, to proces wykorzystujący pliki cyfrowe do tworzenia trójwymiarowych obiektów. W przemyśle spożywczym druk 3D żywności wykorzystywany jest do obróbki warstw żywności za pomocą sprzętu komputerowego. Proces drukowania 3D jest powolny, ale z czasem ulega poprawie w celu zmniejszenia kosztów i czasu przetwarzania. Niektóre z udanych artykułów spożywczych, które zostały wydrukowane za pomocą technologii 3D, to między innymi: czekolada, ser, lukier do ciast, indyk, pizza, seler. Ta technologia jest stale ulepszana i ma potencjał dostarczania opłacalnej, energooszczędnej żywności, która spełnia wymagania stabilności żywieniowej, bezpieczeństwa i różnorodności.

Bioczujniki

Bioczujniki mogą być wykorzystywane do kontroli jakości w laboratoriach oraz na różnych etapach przetwarzania żywności. Technologia bioczujników to jeden ze sposobów, w jaki rolnicy i przetwórcy żywności dostosowali się do światowego wzrostu zapotrzebowania na żywność, przy jednoczesnym utrzymaniu produkcji i jakości żywności na wysokim poziomie. Ponadto, ponieważ miliony ludzi są dotknięte chorobami przenoszonymi drogą pokarmową, wywoływanymi przez bakterie i wirusy, biosensory stają się ważnym narzędziem zapewniającym bezpieczeństwo żywności. Pomagają śledzić i analizować jakość żywności na kilku etapach łańcucha dostaw: w przetwórstwie żywności, wysyłce i komercjalizacji. Bioczujniki mogą również pomóc w wykrywaniu organizmów zmodyfikowanych genetycznie (GMO), aby pomóc regulować produkty GMO. Wraz z postępem technologii, takich jak nanotechnologia, jakość i zastosowanie bioczujników są stale ulepszane.

Pasteryzacja mleka w kuchence mikrofalowej

Kiedy warunki przechowywania mleka są kontrolowane, mleko ma zwykle bardzo dobry smak. Jednak utleniony smak jest problemem, który negatywnie wpływa na smak i bezpieczeństwo mleka. Aby zapobiec rozwojowi bakterii chorobotwórczych i wydłużyć okres przydatności do spożycia mleka, opracowano procesy pasteryzacji. Mleko mikrofalowe zostało zbadane i opracowane w celu zapobiegania utlenianiu w porównaniu z tradycyjnymi metodami mleka pasteryzowanego i stwierdzono, że mleko ma lepszą jakość, gdy jest pasteryzowane w mikrofalach.

Edukacja i trening

Studenci pracują w laboratorium nauki o żywności.

W latach pięćdziesiątych inżynieria żywności pojawiła się jako dyscyplina akademicka, kiedy kilka amerykańskich uniwersytetów włączyło naukę o żywności i technologię żywności do swoich programów nauczania i pojawiły się ważne prace dotyczące inżynierii żywności. Obecnie instytucje edukacyjne na całym świecie oferują studia licencjackie, magisterskie i doktoranckie w dziedzinie inżynierii żywności. Jednak ze względu na specyfikę inżynierii żywności jej kształcenie jest częściej oferowane jako gałąź szerszych programów z zakresu nauki o żywności, technologii żywności, biotechnologii czy inżynierii rolniczej i chemicznej. W innych przypadkach instytucje oferują kształcenie w zakresie inżynierii żywności poprzez koncentracje, specjalizacje lub nieletnich. Kandydaci na inżynierię żywności przechodzą multidyscyplinarne szkolenie w takich dziedzinach jak matematyka, chemia, biochemia, fizyka, mikrobiologia, żywienie i prawo.

Inżynieria żywności wciąż rośnie i rozwija się jako kierunek studiów, a programy akademickie wciąż ewoluują. Przyszłe programy inżynierii żywności mogą ulec zmianie ze względu na obecne wyzwania w przemyśle spożywczym, w tym bioekonomię, bezpieczeństwo żywności, wzrost populacji, bezpieczeństwo żywności, zmieniające się zachowania żywieniowe, globalizację, zmianę klimatu, koszty energii i zmiany w łańcuchu wartości, paliwa kopalne ceny paliw i zrównoważony rozwój. Aby sprostać tym wyzwaniom, które wymagają opracowania nowych produktów, usług i procesów, programy akademickie obejmują innowacyjne i praktyczne formy szkolenia. Na przykład niektóre uniwersytety przyjmują innowacyjne laboratoria, programy badawcze i projekty z firmami spożywczymi i producentami sprzętu. Ponadto pojawiają się konkursy inżynierii żywności oraz konkursy z innych dyscyplin naukowych.

Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na bezpieczną, zrównoważoną i zdrową żywność oraz przyjazne dla środowiska procesy i opakowania, istnieje duży rynek pracy dla potencjalnych pracowników inżynierii żywności. Inżynierowie żywności są zwykle zatrudniani przez przemysł spożywczy, środowisko akademickie, agencje rządowe, ośrodki badawcze, firmy konsultingowe, firmy farmaceutyczne, firmy opieki zdrowotnej i projekty przedsiębiorcze. Opisy stanowisk obejmują między innymi inżyniera żywności, mikrobiologa żywności, bioinżynierię/biotechnologię, odżywianie, identyfikowalność, bezpieczeństwo żywności i zarządzanie jakością.

Wyzwania

Zrównoważony rozwój

Inżynieria żywności ma negatywny wpływ na środowisko, taki jak emisja dużych ilości odpadów oraz zanieczyszczenie wody i powietrza, którymi inżynierowie żywności muszą się zająć w przyszłym rozwoju produkcji i operacji przetwarzania żywności. Naukowcy i inżynierowie eksperymentują na różne sposoby, aby stworzyć ulepszone procesy, które zmniejszają zanieczyszczenie, ale muszą one być nadal ulepszane, aby osiągnąć zrównoważony łańcuch dostaw żywności. Inżynierowie żywności muszą ponownie ocenić obecne praktyki i technologie, aby skupić się na zwiększeniu produktywności i wydajności przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia wody i energii oraz zmniejszeniu ilości wytwarzanych odpadów.

Wzrost populacji

Chociaż podaż żywności zwiększa się z roku na rok, nastąpił również wzrost liczby głodnych ludzi. Oczekuje się, że światowa populacja osiągnie 9-10 miliardów ludzi do 2050 roku, a problem niedożywienia pozostaje priorytetem. Aby osiągnąć bezpieczeństwo żywnościowe, inżynierowie żywności muszą zająć się niedoborem gruntów i wody, aby zapewnić wystarczający wzrost i żywność dla niedożywionych ludzi. Ponadto produkcja żywności zależy od gruntów i zaopatrzenia w wodę, które są zagrożone wraz ze wzrostem liczby ludności. Rosnąca presja na zasoby gruntów wynikająca z rosnącej liczby ludności prowadzi do powiększania się pól uprawnych; zazwyczaj wiąże się to z niszczeniem lasów i eksploatacją gruntów ornych. Inżynierowie żywności stoją przed wyzwaniem znalezienia zrównoważonych sposobów produkcji, aby dostosować się do rosnącej populacji.

Ludzkie zdrowie

Inżynierowie żywności muszą dostosować technologie i operacje żywności do niedawnego trendu konsumenckiego w kierunku spożywania zdrowej i pożywnej żywności. Aby zapewnić żywność o tych właściwościach i z korzyścią dla zdrowia ludzkiego, inżynierowie żywności muszą współpracować ze specjalistami z innych dziedzin, takich jak medycyna, biochemia, chemia i konsumpcjonizm. Należy opracować nowe technologie i praktyki, aby zwiększyć produkcję żywności, która ma pozytywny wpływ na zdrowie człowieka.

Zobacz też

  1. ^ abcd Heldman , Dennis R   .; Lund, Daryl B. (2010), „Początek, prąd i przyszłość inżynierii żywności: perspektywa” , Food Engineering Series , Nowy Jork, NY: Springer New York, s. 3–18, doi : 10.1007/978- 1-4419-7475-4_1 , ISBN 978-1-4419-7474-7 , pobrane 2020-11-01
  2. ^ a b c d e f g h „eBook EOLSS - inżynieria żywności” . www.eolss.net . Źródło 2020-11-01 .
  3. ^ ab Saguy    , I. Sam; Roos, Yrjo H.; Cohen, Eli (2018-06-01). „Inżynieria żywności oraz nauka i technologia żywności: przyszłościowa podróż do nowych horyzontów przyszłości” . Innowacyjna nauka o żywności i nowe technologie . 47 : 326–334. doi : 10.1016/j.ifset.2018.03.001 . ISSN 1466-8564 . S2CID 102701480 .
  4. ^   Meghwal, Murlidhar (18.11.2016). Meghwal, Murlidhar; Goyal, Megh R (red.). Inżynieria Żywności . doi : 10.1201/9781315366258 . ISBN 9781771883696 .
  5. ^ a b c d e f g h ja j   Boom, RM; Janssen, AEM (2014-01-01), „Inżynieria żywności” , w: Van Alfen, Neal K. (red.), Encyklopedia rolnictwa i systemów żywnościowych , Oxford: Academic Press, s. 154–166, doi : 10.1016/ b978-0-444-52512-3.00060-7 , ISBN 978-0-08-093139-5 , pobrane 2020-11-01
  6. ^ „Parowanie w przemyśle spożywczym - Wyszukiwarka wydajności” . wiki.zero-emisje.at . Źródło 2020-11-01 .
  7. ^ „Ekologiczne opakowania w przemyśle spożywczym i napojów: rodzaje i zalety” . Inżynieria roślin . 2015-06-05 . Źródło 2020-11-01 .
  8. ^    Wang, Lijun (2014-10-01). „Technologie efektywności energetycznej dla zrównoważonego przetwarzania żywności” . Efektywność energetyczna . 7 (5): 791–810. doi : 10.1007/s12053-014-9256-8 . ISSN 1570-6478 . S2CID 255485007 .
  9. ^ ab Administrator , Bromley. „Bezpieczeństwo żywności dla firm” . www.bromley.gov.uk . Źródło 2020-11-01 .
  10. ^ Odżywianie, Centrum Bezpieczeństwa Żywności i Zastosowania (11.02.2020). „Analiza zagrożeń i krytyczny punkt kontroli (HACCP)” . FDA . Źródło 2020-11-01 .
  11. Bibliografia _ _ Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna . Źródło 2021-06-05 .
  12. ^ a b c d    Murlidhar, Meghwal; Goyal, Megh Raj. Inżynieria żywności: pojawiające się problemy, modelowanie i zastosowania . Oakville, ON, Kanada. ISBN 978-1-77188-369-6 . OCLC 955601763 .
  13. ^ a b c d e    Roos, Yrjö H.; Frytkownica, Peter J.; Knorr, Dietrich; Schuchmann, Heike P.; Schroën, Karin; Schutyser, Maarten AI; Trystram, Gilles; Windhab, Erich J. (2015-06-03). „Inżynieria żywności w wielu skalach: studia przypadków, wyzwania i przyszłość — perspektywa europejska” . Recenzje inżynierii żywności . 8 (2): 91–115. doi : 10.1007/s12393-015-9125-z . ISSN 1866-7910 . S2CID 107933426 .
  14. ^ „Dlaczego populacja ma znaczenie dla bezpieczeństwa żywnościowego | Zestawy narzędzi” . toolkits.knowledgesuccess.org . Źródło 2020-11-02 .
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Food_engineering&oldid=1138855794 ”