Пищевая инженерия - Food engineering

Хлебозавод в Германии.

Пищевая инженерия - это научная, академическая и профессиональная область, которая интерпретирует и применяет принципы инженерии, естествознания и математики к производству и эксплуатации пищевых продуктов, включая обработку, производство, обращение, хранение, консервацию, контроль, упаковку и распространение пищевых продуктов.[1][2] Учитывая ее зависимость от науки о продуктах питания и более широких технических дисциплин, таких как электрическая, механическая, гражданская, химическая, промышленная и сельскохозяйственная инженерия, пищевая инженерия считается междисциплинарной и узкой областью.[1] Из-за сложной природы пищевых материалов, пищевая инженерия также сочетает в себе изучение более конкретных химических и физических концепций, таких как биохимия, микробиология, химия пищевых продуктов, термодинамика, явления переноса, реология и теплопередача.[2] Пищевые инженеры применяют эти знания для рентабельного проектирования, производства и коммерциализации устойчивых, безопасных, питательных, здоровых, привлекательных, доступных и высококачественных ингредиентов и продуктов питания, а также для разработки пищевых систем, оборудования и приборов. .[3][4]

История

Хотя пищевая инженерия - относительно недавняя и развивающаяся область исследования, она основана на давно установленных концепциях и видах деятельности.[1] Традиционным направлением пищевой инженерии было сохранение, которое включало стабилизацию и стерилизацию пищевых продуктов, предотвращение порчи и сохранение питательных веществ в продуктах питания в течение длительных периодов времени.[5] Более конкретные традиционные виды деятельности включают обезвоживание и концентрирование пищевых продуктов, защитную упаковку, консервирование и сублимационную сушку. На развитие пищевых технологий большое влияние оказали войны и длительные путешествия, в том числе космические миссии, где для выживания были необходимы долговечные и питательные продукты.[2] Другие древние виды деятельности включают процессы измельчения, хранения и ферментации.[2] Хотя некоторые традиционные виды деятельности по-прежнему вызывают озабоченность и составляют основу современных технологий и инноваций, в последнее время основное внимание пищевой инженерии сместилось на качество, безопасность, вкус, здоровье и устойчивость пищевых продуктов.[2][5]

Применение и практика

Ниже приведены некоторые из применений и методов, используемых в пищевой инженерии для производства безопасных, полезных, вкусных и экологически чистых продуктов питания:

Холодильное и морозильное оборудование

Центр распределения продуктов питания с холодильными технологиями.

Основная цель охлаждения и / или замораживания пищевых продуктов - сохранить качество и безопасность пищевых материалов. Охлаждение и замораживание способствуют сохранению скоропортящихся пищевых продуктов и сохранению некоторых факторов качества пищевых продуктов, таких как внешний вид, текстура, вкус, аромат и питательная ценность. Кроме того, замораживание продуктов замедляет рост бактерий, которые потенциально могут нанести вред потребителям.[5]

Испарение

Испарение используется для предварительного концентрирования, увеличения содержания твердых веществ, изменения цвета и уменьшения содержания воды в пищевых и жидких продуктах.[6] Этот процесс чаще всего наблюдается при переработке молока, производных крахмала, кофе, фруктовых соков, овощных паст и концентратов, приправ, соусов, сахара и пищевого масла. Кроме того, испарение используется в процессах обезвоживания пищевых продуктов. Цель обезвоживания - предотвратить рост плесени в продуктах питания, которая накапливается только при наличии влаги.[5] Этот процесс можно применить, например, к овощам, фруктам, мясу и рыбе.[5]

Упаковка

Технологии упаковки пищевых продуктов используются для продления срока хранения продуктов, стабилизации пищевых продуктов (сохранения вкуса, внешнего вида и качества), а также для поддержания пищевых продуктов в чистоте, защите и привлекательности для потребителя. Этого можно достичь, например, упаковывая продукты в банки и банки.[5] Поскольку при производстве пищевых продуктов образуется большое количество отходов, многие компании переходят на экологически чистую упаковку, чтобы сохранить окружающую среду и привлечь внимание потребителей, заботящихся об окружающей среде. Некоторые виды экологически чистой упаковки включают пластик, сделанный из кукурузы или картофеля, биоразлагаемые пластмассовые и бумажные продукты, 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 заботы компаний об окружающей среде.[7]

Энергия для пищевой промышленности

Для повышения устойчивости пищевой промышленности необходимы энергоэффективность и утилизация отходящего тепла. Замена традиционных энергоемких пищевых процессов новыми технологиями, такими как термодинамические циклы и процессы нетеплового нагрева, дает еще один потенциал для снижения потребления энергии, снижения производственных затрат и повышения устойчивости производства пищевых продуктов.[8]

Теплопередача в пищевой промышленности

Теплопередача важна при переработке почти каждого коммерческого пищевого продукта и важна для сохранения гигиенических, питательных и сенсорных качеств пищи. Методы теплопередачи включают индукцию, конвекцию и излучение.[9] Эти методы используются для изменения физических свойств пищевых продуктов при замораживании, выпечке или жарке во фритюре, а также при омическом нагреве или инфракрасном излучении для пищевых продуктов.[9] Эти инструменты позволяют инженерам пищевой промышленности вводить новшества в создании и преобразовании пищевых продуктов.

Системы менеджмента безопасности пищевых продуктов (СМБПП)

Система управления безопасностью пищевых продуктов (СМБПП) - это «систематический подход к контролю опасностей, связанных с безопасностью пищевых продуктов, в рамках бизнеса с целью обеспечения безопасности пищевых продуктов».[10] В некоторых странах СБМП является юридическим требованием, которое обязывает все предприятия по производству пищевых продуктов использовать и поддерживать СМБПП, основанную на принципах критической контрольной точки анализа рисков (HACCP).[10] HACCP - это система управления, направленная на обеспечение безопасности пищевых продуктов посредством анализа и контроля биологических, химических и физических опасностей на всех этапах цепочки поставок пищевых продуктов.[11]

Новые технологии

Следующие технологии, которые продолжают развиваться, внесли свой вклад в инновации и продвижение методов пищевой инженерии:

Производство печенья с автоматизацией.

Трехмерная печать еды

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 пищевых слоев с помощью компьютерного оборудования. Процесс 3D-печати медленный, но со временем он улучшается с целью сокращения затрат и времени обработки. Вот некоторые из успешных продуктов питания, напечатанных с помощью 3D-технологий: шоколад, сыр, глазурь для тортов, индейка, пицца, сельдерей и другие. Эта технология постоянно совершенствуется, и у нее есть потенциал для производства рентабельных, энергоэффективных продуктов питания, которые соответствуют пищевой стабильности, безопасности и разнообразию.[12]

Биосенсоры

Биосенсоры можно использовать для контроля качества в лабораториях и на разных этапах обработки пищевых продуктов. Технология биосенсоров - это один из способов адаптации фермеров и переработчиков пищевых продуктов к растущему во всем мире спросу на продукты питания при сохранении производства и качества пищевых продуктов на высоком уровне. Кроме того, поскольку миллионы людей страдают от болезней пищевого происхождения, вызываемых бактериями и вирусами, биосенсоры становятся важным инструментом для обеспечения безопасности пищевых продуктов. Они помогают отслеживать и анализировать качество пищевых продуктов на нескольких этапах цепочки поставок: в пищевой промышленности, отгрузке 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 возможности использования биосенсоров постоянно улучшаются.[12]

Пастеризация молока с помощью микроволн

Когда условия хранения молока контролируются, молоко имеет очень хороший вкус. Однако окисленный ароматизатор - это проблема, которая отрицательно влияет на вкус и безопасность молока. Чтобы предотвратить рост болезнетворных бактерий и продлить срок хранения молока, были разработаны процессы пастеризации. Молоко, приготовленное в микроволновой печи, было изучено и разработано для предотвращения окисления по сравнению с традиционными методами пастеризации молока, и был сделан вывод, что молоко имеет лучшее качество, когда оно подвергается пастеризации в микроволновой печи.[12]

Образование и обучение

Студенты работают в лаборатории пищевой науки.

В 1950-х годах пищевая инженерия стала академической дисциплиной,[2] когда несколько университетов США включили пищевые науки и пищевые технологии в свои учебные программы, и появились важные работы по пищевой инженерии.[2] Сегодня образовательные учреждения 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 часть более широких программ по пищевой науке, пищевой технологии, биотехнологии или сельскохозяйственной и химической инженерии.[13] В других случаях учебные заведения предлагают образование в области пищевой инженерии через концентрацию, специализацию или несовершеннолетних. Кандидаты в пищевую инженерию проходят многопрофильную подготовку в таких областях, как математика, химия, биохимия, физика, микробиология, питание и право.

Пищевая инженерия все еще растет и развивается как область обучения, а учебные программы продолжают развиваться. Будущие программы 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, ископаемое цены на топливо и устойчивость.[13] Для решения этих проблем, которые требуют разработки новых продуктов, услуг и процессов, академические программы включают новаторские и практические формы обучения.[13] Например, некоторые университеты внедряют инновационные лаборатории, исследовательские программы и проекты с пищевыми компаниями и производителями оборудования.[1][13] Кроме того, появляются конкурсы пищевой инженерии и конкурсы по другим научным дисциплинам.[13]

В связи с растущим спросом на безопасные, устойчивые и здоровые продукты питания, а также на экологически безопасные процессы и упаковку, существует большой рынок труда для перспективных сотрудников пищевой инженерии. Пищевые инженеры обычно работают в пищевой промышленности, научных кругах, государственных учреждениях, исследовательских центрах, консалтинговых фирмах, фармацевтических компаниях, медицинских фирмах и в предпринимательских проектах.[2][12] Должностные инструкции включают, помимо прочего, пищевого инженера, пищевого микробиолога, биоинженерию / биотехнологию, питание, отслеживаемость, безопасность пищевых продуктов и управление качеством.[3]

Вызовы

Устойчивость

Пищевая инженерия оказывает негативное воздействие на окружающую среду, такое как выбросы большого количества отходов и загрязнение воды и воздуха, которые должны быть решены инженерами пищевой промышленности в будущем развитии производства и обработки пищевых продуктов. Ученые и инженеры по-разному экспериментируют, чтобы создать улучшенные процессы, снижающие загрязнение, но их необходимо продолжать улучшать, чтобы обеспечить устойчивую цепочку поставок продуктов питания. Пищевые инженеры должны переоценить существующие методы и технологии, чтобы сосредоточиться на повышении производительности и эффективности при одновременном снижении потребления воды и энергии и уменьшении количества производимых отходов.[5]

Рост населения

Несмотря на то, что запасы продовольствия ежегодно расширяются, число голодающих также увеличивается. Ожидается, что к 2050 году население мира достигнет 9-10 миллиардов человек, и проблема недоедания остается одной из приоритетных.[5] Для достижения продовольственной безопасности инженеры-пищевые инженеры должны заниматься земельными и нехватка воды чтобы обеспечить достаточный рост и пищу для недоедающих людей.[5] Кроме того, производство продуктов питания зависит от земельных и водных ресурсов, которые испытывают стресс из-за увеличения численности населения. Растет давление на земельные ресурсы, обусловленное увеличением населения, что ведет к расширению пахотных земель; обычно это включает уничтожение лесов и эксплуатацию пахотных земель.[14] Пищевые инженеры сталкиваются с проблемой поиска устойчивых способов производства, чтобы адаптироваться к растущему населению.

Человеческое здоровье

Пищевые инженеры должны адаптировать пищевые технологии и операции к недавней потребительской тенденции к потреблению здоровой и питательной пищи. Чтобы обеспечить пищу такими качествами и на благо здоровья человека, пищевые инженеры должны сотрудничать с профессионалами в других областях, таких как медицина, биохимия, химия и консьюмеризм.[5] Необходимо разработать новые технологии и методы, чтобы увеличить производство пищевых продуктов, оказывающих положительное влияние на здоровье человека.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Heldman, Dennis R .; Лунд, Дэрил Б. (2010), «Начало, настоящее и будущее пищевой инженерии: перспектива», Серия пищевой инженерии, Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York, стр. 3–18, Дои:10.1007/978-1-4419-7475-4_1, ISBN  978-1-4419-7474-7, получено 2020-11-01
  2. ^ а б c d е ж грамм час "Электронная книга EOLSS - Пищевая инженерия". www.eolss.net. Получено 2020-11-01.
  3. ^ а б Сагуй, И. Сэм; Roos, Yrjö H .; Коэн, Эли (2018-06-01). «Пищевая инженерия и пищевая наука и технологии: дальновидное путешествие к новым горизонтам будущего». Инновационная наука о продуктах питания и новые технологии. 47: 326–334. Дои:10.1016 / j.ifset.2018.03.001. ISSN  1466-8564.
  4. ^ Мегвал, Мурлидхар (18 ноября 2016 г.). «Пищевая инженерия». Дои:10.1201/9781315366258. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j Бум, Р. М .; Янссен, А. Э. М. (01.01.2014), Ван Альфен, Нил К. (ред.), «Пищевая инженерия», Энциклопедия сельского хозяйства и пищевых систем, Oxford: Academic Press, стр. 154–166, Дои:10.1016 / b978-0-444-52512-3.00060-7, ISBN  978-0-08-093139-5, получено 2020-11-01
  6. ^ «Испарение в пищевой промышленности - поиск эффективности». wiki.zero-emissions.at. Получено 2020-11-01.
  7. ^ «Экологичная упаковка в пищевой промышленности: виды и преимущества». Завод Инжиниринг. 2015-06-05. Получено 2020-11-01.
  8. ^ Ван, Лицзюнь (01.10.2014). «Энергоэффективные технологии для устойчивой пищевой промышленности». Энергоэффективность. 7 (5): 791–810. Дои:10.1007 / s12053-014-9256-8. ISSN  1570-6478.
  9. ^ а б «Теплообмен в пищевой промышленности». www.witpress.com. Получено 2020-11-01.
  10. ^ а б Админ, Бромлей. «Продовольственная безопасность для бизнеса». www.bromley.gov.uk. Получено 2020-11-01.
  11. ^ Питание, Центр безопасности пищевых продуктов и прикладных технологий (2020-02-11). «Критическая контрольная точка анализа опасностей (HACCP)». FDA. Получено 2020-11-01.
  12. ^ а б c d Пищевая инженерия: новые проблемы, моделирование и приложения. Гоял, Мег Радж, Мегвал, Мурлидхар ,. Оквилл, Онтарио, Канада. ISBN  978-1-77188-369-6. OCLC  955601763.CS1 maint: лишняя пунктуация (связь) CS1 maint: другие (связь)
  13. ^ а б c d е Roos, Yrjö H .; Фрайер, Питер Дж .; Кнорр, Дитрих; Schuchmann, Heike P .; Шроен, Карин; Schutyser, Maarten A. I .; Тристрам, Жиль; Виндхаб, Эрих Дж. (2015-06-03). «Пищевая инженерия в различных масштабах: тематические исследования, проблемы и будущее - европейская перспектива». Обзоры пищевой инженерии. 8 (2): 91–115. Дои:10.1007 / s12393-015-9125-z. ISSN  1866-7910.
  14. ^ "Почему население имеет значение для продовольственной безопасности | Наборы инструментов". toolkits.knowledgesuccess.org. Получено 2020-11-02.