Пищевая инженерия — это научная, академическая и профессиональная область, которая интерпретирует и применяет принципы инженерии, науки и математики к производству и эксплуатации пищевых продуктов, включая переработку, производство, обработку, хранение, консервацию, контроль, упаковку и распределение пищевых продуктов. [1] [2] Учитывая ее зависимость от пищевой науки и более широких инженерных дисциплин, таких как электротехника, механика, гражданское строительство, химия, промышленная и сельскохозяйственная инженерия, пищевая инженерия считается междисциплинарной и узкой областью. [1]
Из-за сложной природы пищевых материалов пищевая инженерия также объединяет изучение более конкретных химических и физических концепций, таких как биохимия, микробиология, пищевая химия, термодинамика, явления переноса, реология и теплопередача. [2] Пищевые инженеры применяют эти знания для экономически эффективного проектирования, производства и коммерциализации устойчивых, безопасных, питательных, полезных, привлекательных, доступных и высококачественных ингредиентов и продуктов питания, а также для разработки пищевых систем, машин и приборов. [3] [4] www.alepeople.org,https://scholar.google.com/citations?user=o7sODVIAAAAJ&hl=en,https://orcid.org/0000-0002-7599-8085
Хотя пищевая инженерия является относительно новой и развивающейся областью исследований, она основана на давно устоявшихся концепциях и видах деятельности. [1] Традиционным направлением пищевой инженерии было сохранение, которое включало стабилизацию и стерилизацию продуктов питания, предотвращение порчи и сохранение питательных веществ в продуктах питания в течение длительных периодов времени. [5] Более конкретные традиционные виды деятельности включают обезвоживание и концентрацию продуктов питания, защитную упаковку, консервирование и сублимацию. Развитие пищевых технологий во многом было обусловлено и подстегнуто войнами и длительными путешествиями, включая космические миссии, где долго хранящиеся и питательные продукты были необходимы для выживания. [2] Другие древние виды деятельности включают процессы измельчения, хранения и ферментации. [2] Хотя несколько традиционных видов деятельности по-прежнему вызывают беспокойство и составляют основу современных технологий и инноваций, в последнее время фокус пищевой инженерии сместился на качество продуктов питания, безопасность, вкус, здоровье и устойчивость. [2] [5]
Ниже приведены некоторые из приложений и методов, используемых в пищевой инженерии для производства безопасной, здоровой, вкусной и экологически чистой пищи :
Основная цель охлаждения и/или замораживания пищевых продуктов — сохранение качества и безопасности пищевых материалов. Охлаждение и замораживание способствуют сохранению скоропортящихся продуктов и сохранению некоторых факторов качества продуктов, таких как внешний вид, текстура, вкус, аромат и питательная ценность. Замораживание продуктов замедляет рост бактерий, которые могут потенциально навредить потребителям. [5]
Выпаривание используется для предварительной концентрации, увеличения содержания твердых веществ, изменения цвета и уменьшения содержания воды в пищевых продуктах и жидких продуктах. [6] Этот процесс чаще всего наблюдается при обработке молока, производных крахмала, кофе, фруктовых соков, овощных паст и концентратов, приправ, соусов, сахара и пищевого масла. Выпаривание также используется в процессах дегидратации пищевых продуктов. Целью дегидратации является предотвращение роста плесени в пищевых продуктах, которая образуется только при наличии влаги. [5] Этот процесс может применяться, например, к овощам, фруктам, мясу и рыбе. [5]
Технологии упаковки пищевых продуктов используются для продления срока годности продуктов, стабилизации продуктов питания (сохранения вкуса, внешнего вида и качества) и поддержания чистоты, защищенности и привлекательности продуктов для потребителя. Этого можно достичь, например, упаковывая продукты питания в банки и банки. [5] Поскольку производство продуктов питания создает большое количество отходов, многие компании переходят на экологически чистую упаковку, чтобы сохранить окружающую среду и привлечь внимание экологически сознательных потребителей. Некоторые типы экологически чистой упаковки включают пластик, изготовленный из кукурузы или картофеля, биокомпостируемый пластик и бумажные изделия, которые распадаются, и переработанное содержимое. Несмотря на то, что переход на экологически чистую упаковку оказывает положительное влияние на окружающую среду, многие компании находят другие преимущества, такие как сокращение избыточного упаковочного материала, помощь в привлечении и удержании клиентов и демонстрация того, что компании заботятся об окружающей среде. [7]
Для повышения устойчивости пищевой промышленности необходимы энергоэффективность и рекуперация отработанного тепла. Замена традиционных энергоемких пищевых процессов новыми технологиями, такими как термодинамические циклы и нетермические процессы нагрева, обеспечивает еще один потенциал для снижения потребления энергии, снижения производственных затрат и повышения устойчивости в производстве продуктов питания. [8]
Теплопередача важна при обработке практически всех коммерческих пищевых продуктов и важна для сохранения гигиенических, питательных и сенсорных качеств продуктов. Методы теплопередачи включают индукцию, конвекцию и излучение. [ требуется цитата ] Эти методы используются для создания изменений физических свойств продуктов при замораживании, выпечке или жарке во фритюре, а также при применении омического нагрева или инфракрасного излучения к продуктам. [ требуется цитата ] Эти инструменты позволяют инженерам пищевой промышленности вводить новшества в создание и преобразование пищевых продуктов.
Система управления безопасностью пищевых продуктов (FSMS) — это «систематический подход к контролю опасностей, связанных с безопасностью пищевых продуктов, в рамках бизнеса с целью обеспечения безопасности пищевых продуктов для потребления». [9] В некоторых странах FSMS является юридическим требованием, которое обязывает все предприятия по производству пищевых продуктов использовать и поддерживать FSMS, основанную на принципах анализа рисков и критических контрольных точек (HACCP). [9] HACCP — это система управления, которая решает проблему безопасности пищевых продуктов посредством анализа и контроля биологических, химических и физических опасностей на всех этапах цепочки поставок пищевых продуктов. [10] Стандарт ISO 22000 определяет требования к FSMS. [11]
Следующие технологии, которые продолжают развиваться, внесли свой вклад в инновации и совершенствование методов пищевой инженерии:
Трехмерная (3D) печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой процесс использования цифровых файлов для создания трехмерных объектов. В пищевой промышленности 3D-печать продуктов питания используется для обработки слоев продуктов питания с использованием компьютерного оборудования. Процесс 3D-печати медленный, но со временем совершенствуется с целью снижения затрат и времени обработки. Некоторые из успешных продуктов питания, которые были напечатаны с помощью 3D-технологии, включают: шоколад, сыр, глазурь для тортов, индейку, пиццу, сельдерей и другие. Эта технология постоянно совершенствуется и имеет потенциал для предоставления экономически эффективной, энергоэффективной пищи, которая соответствует пищевой стабильности, безопасности и разнообразию. [12]
Биосенсоры могут использоваться для контроля качества в лабораториях и на разных этапах обработки пищевых продуктов. Биосенсоры — это один из способов, с помощью которого фермеры и производители пищевых продуктов адаптировались к росту спроса на продукты питания во всем мире, сохраняя при этом высокое качество и производство продуктов питания. Кроме того, поскольку миллионы людей страдают от пищевых заболеваний, вызываемых бактериями и вирусами, биосенсоры становятся важным инструментом для обеспечения безопасности продуктов питания. Они помогают отслеживать и анализировать качество продуктов питания на нескольких этапах цепочки поставок: при обработке продуктов питания, доставке и коммерциализации. Биосенсоры также могут помочь в обнаружении генетически модифицированных организмов (ГМО), чтобы помочь регулировать продукты ГМО. С развитием технологий, таких как нанотехнологии, качество и использование биосенсоров постоянно улучшаются. [12]
Когда условия хранения молока контролируются, молоко, как правило, имеет очень хороший вкус. Однако окисленный привкус является проблемой, которая отрицательно влияет на вкус и безопасность молока. Чтобы предотвратить рост патогенных бактерий и продлить срок хранения молока, были разработаны процессы пастеризации. Было изучено и разработано микроволновое молоко для предотвращения окисления по сравнению с традиционными методами пастеризации молока, и был сделан вывод, что молоко имеет лучшее качество, если оно прошло микроволновую пастеризацию. [12]
В 1950-х годах пищевая инженерия стала академической дисциплиной, [2] когда несколько университетов США включили пищевую науку и пищевую технологию в свои учебные программы, и появились важные работы по пищевой инженерии. [2] Сегодня учебные заведения по всему миру предлагают степени бакалавра, магистра и доктора в области пищевой инженерии. Однако из-за уникального характера пищевой инженерии ее обучение чаще предлагается как раздел более широких программ по пищевой науке, пищевой технологии, биотехнологии или сельскохозяйственной и химической инженерии. [13] В других случаях учреждения предлагают образование в области пищевой инженерии через концентрации, специализации или второстепенные предметы. Кандидаты на пищевую инженерию получают многопрофильную подготовку в таких областях, как математика, химия, биохимия, физика, микробиология, питание и право.
Пищевая инженерия все еще растет и развивается как область изучения, и академические программы продолжают развиваться. Будущие программы по пищевой инженерии могут быть изменены из-за текущих проблем в пищевой промышленности, включая биоэкономику, продовольственную безопасность, рост населения, безопасность пищевых продуктов, изменение пищевого поведения, глобализацию, изменение климата, стоимость энергии и изменение в цепочке создания стоимости, цены на ископаемое топливо и устойчивость. [13] Для решения этих проблем, которые требуют разработки новых продуктов, услуг и процессов, академические программы включают инновационные и практические формы обучения. [13] Например, некоторые университеты принимают инновационные лаборатории, исследовательские программы и проекты с пищевыми компаниями и производителями оборудования. [1] [13] Кроме того, появляются конкурсы по пищевой инженерии и конкурсы из других научных дисциплин. [13]
С ростом спроса на безопасную, устойчивую и здоровую пищу, а также на экологически чистые процессы и упаковку, существует большой рынок труда для потенциальных сотрудников в области пищевой инженерии. Пищевые инженеры обычно работают в пищевой промышленности, академических кругах, государственных учреждениях, исследовательских центрах, консалтинговых фирмах, фармацевтических компаниях, фирмах здравоохранения и предпринимательских проектах. [2] [12] Описания работы включают, но не ограничиваются, пищевым инженером, пищевым микробиологом, биоинженерией/биотехнологией, питанием, прослеживаемостью, безопасностью пищевых продуктов и управлением качеством. [3]
Пищевая инженерия оказывает негативное воздействие на окружающую среду, например, выброс большого количества отходов и загрязнение воды и воздуха, что должно быть учтено инженерами пищевой промышленности в будущем развитии операций по производству и переработке продуктов питания. Ученые и инженеры экспериментируют разными способами, чтобы создать улучшенные процессы, которые уменьшают загрязнение, но их необходимо продолжать совершенствовать, чтобы достичь устойчивой цепочки поставок продуктов питания. Инженеры пищевой промышленности должны пересмотреть текущие практики и технологии, чтобы сосредоточиться на повышении производительности и эффективности при одновременном снижении потребления воды и энергии и уменьшении количества производимых отходов. [5]
Несмотря на то, что поставки продовольствия ежегодно увеличиваются, также наблюдается рост числа голодающих. Ожидается, что к 2050 году численность населения мира достигнет 9-10 миллиардов человек, и проблема недоедания остается приоритетной. [5] Для достижения продовольственной безопасности инженеры по продуктам питания должны решать проблему нехватки земли и воды , чтобы обеспечить достаточный рост и продовольствие для недоедающих людей. [5] Кроме того, производство продуктов питания зависит от земельных и водных ресурсов, которые испытывают стресс по мере увеличения численности населения. Растет давление на земельные ресурсы, вызванное ростом населения, что приводит к расширению пахотных земель; это обычно включает в себя уничтожение лесов и эксплуатацию пахотных земель. [14] Инженеры по продуктам питания сталкиваются с проблемой поиска устойчивых способов производства, чтобы адаптироваться к растущему населению.
Инженеры по пищевым продуктам должны адаптировать пищевые технологии и операции к недавней потребительской тенденции потребления здоровой и питательной пищи. Чтобы обеспечить продукты питания этими качествами и на благо здоровья человека, инженеры по пищевым продуктам должны работать в сотрудничестве с профессионалами в других областях, таких как медицина, биохимия, химия и потребительство. [5] Необходимо разрабатывать новые технологии и практики для увеличения производства продуктов питания, которые оказывают положительное влияние на здоровье человека.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )