Пищевая инженерия
Пищевая инженерия — это научная, академическая и профессиональная область, которая интерпретирует и применяет принципы инженерии, науки и математики к производству и операциям пищевых продуктов, включая обработку, производство, обработку, хранение, консервацию, контроль, упаковку и распространение пищевых продуктов. [1] [2] Учитывая зависимость пищевой науки и более широких инженерных 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, пищевая химия, термодинамика, явления переноса, реология и теплопередача. [2] Пищевые инженеры применяют эти знания для экономически эффективного 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 [ править ]
Хотя пищевая инженерия является относительно новой и развивающейся областью исследований, она основана на давно устоявшихся концепциях и видах деятельности. [1] Традиционным направлением пищевой инженерии была консервация, которая включала стабилизацию и стерилизацию пищевых продуктов, предотвращение порчи и сохранение питательных веществ в пище в течение длительных периодов времени. [5] Более конкретные традиционные виды деятельности включают обезвоживание и концентрирование пищевых продуктов, защитную упаковку, консервирование и сушку сублимацией. На развитие пищевых технологий большое влияние и стимулирование оказали войны и длительные путешествия, включая космические миссии, где длительные и питательные продукты были необходимы для выживания. [2] Другие древние виды деятельности включают процессы измельчения, хранения и ферментации. [2] Хотя некоторые традиционные виды деятельности по-прежнему вызывают беспокойство и составляют основу сегодняшних технологий и инноваций, в последнее время фокус пищевой инженерии сместился на качество, безопасность, вкус, здоровье и устойчивость пищевых продуктов. [2] [5]
Применение и практика [ править ]
Ниже приведены некоторые применения и методы, используемые в пищевой промышленности для производства безопасных, здоровых, вкусных и экологически чистых продуктов питания :
Охлаждение и заморозка [ править ]
Основной целью охлаждения и/или замораживания пищевых продуктов является сохранение качества и безопасности пищевых материалов. Охлаждение и замораживание способствуют сохранению скоропортящихся пищевых продуктов, а также сохранению некоторых факторов качества пищевых продуктов, таких как внешний вид, текстура, вкус, аромат и питательная ценность. Замораживание продуктов питания замедляет рост бактерий, которые потенциально могут нанести вред потребителям. [5]
Испарение [ править ]
Выпаривание используется для предварительного концентрирования, увеличения содержания твердых веществ, изменения цвета и снижения 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. Испарение также используется в процессах обезвоживания пищевых продуктов. Цель обезвоживания — предотвратить рост плесени в продуктах питания, которая образуется только при наличии влаги. [5] Этот процесс можно применить, например, к овощам, фруктам, мясу и рыбе. [5]
Упаковка [ править ]
Технологии упаковки пищевых продуктов используются для продления срока хранения продуктов, стабилизации продуктов питания (сохранения вкуса, внешнего вида и качества), а также для поддержания продуктов питания чистыми, защищенными и привлекательными для потребителя. Этого можно добиться, например, упаковывая продукты питания в консервные 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 виды экологически чистой упаковки включают пластик, изготовленный из кукурузы или картофеля, биоразлагаемый пластик и разлагающиеся бумажные изделия, а также переработанное содержимое. Несмотря на то, что переход на экологически чистую упаковку оказывает положительное влияние на окружающую среду, многие компании находят и другие преимущества, такие как сокращение лишнего упаковочного материала, помощь в привлечении и удержании клиентов и демонстрация заботы компаний об окружающей среде. [7]
Энергия для пищевой промышленности [ править ]
Для повышения устойчивости пищевой промышленности необходимы энергоэффективность и рекуперация отходящего тепла. Замена традиционных энергоемких пищевых процессов новыми технологиями, такими как термодинамические циклы и процессы нетеплового нагрева, предоставляет еще один потенциал для снижения потребления энергии, снижения производственных затрат и повышения устойчивости производства продуктов питания. [8]
Теплопередача в пищевой промышленности [ править ]
Теплопередача важна при переработке практически каждого коммерческого пищевого продукта и важна для сохранения гигиенических, питательных и сенсорных качеств пищи. Методы теплопередачи включают индукцию, конвекцию и излучение. [ нужна ссылка ] Эти методы используются для создания изменений физических свойств пищевых продуктов при замораживании, запекании или жарке продуктов во фритюре, а также при применении к пище омического нагрева или инфракрасного излучения. [ нужна ссылка ] Эти инструменты позволяют инженерам пищевой промышленности внедрять инновации в создании и преобразовании пищевых продуктов.
Системы управления безопасностью пищевых продуктов (FSMS) [ править ]
Система управления безопасностью пищевых продуктов (FSMS) — это «систематический подход к контролю угроз безопасности пищевых продуктов в рамках бизнеса, чтобы гарантировать, что пищевой продукт безопасен для потребления». [9] В некоторых странах FSMS является юридическим требованием, которое обязывает все предприятия по производству продуктов питания использовать и поддерживать FSMS, основанную на принципах анализа рисков в критической контрольной точке (HACCP). [9] HACCP — это система управления, которая обеспечивает безопасность 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]
Новые технологии [ править ]
Следующие технологии, которые продолжают развиваться, способствовали инновациям и развитию пищевой инженерии:
Трехмерная печать продуктов питания [ править ]
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 совершенствуется 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 потенциально может обеспечить экономически эффективные, энергоэффективные продукты питания, отвечающие пищевой стабильности, безопасности и разнообразию. [12]
Биосенсоры [ править ]
Биосенсоры можно использовать для контроля качества в лабораториях и на разных этапах обработки пищевых продуктов. Биосенсорная технология — это один из способов, с помощью которого фермеры и производители пищевых продуктов адаптируются к растущему во всем мире спросу на продукты питания, сохраняя при этом производство и качество продуктов питания на высоком уровне. Более того, поскольку миллионы людей страдают от болезней пищевого происхождения, вызванных бактериями и вирусами, биосенсоры становятся важным инструментом обеспечения безопасности пищевых продуктов. Они помогают отслеживать и анализировать качество продуктов питания на нескольких этапах цепочки поставок: в пищевой промышленности, доставке и коммерциализации. Биосенсоры также могут помочь в обнаружении генетически модифицированных организмов (ГМО) и регулирования продуктов с ГМО. С развитием таких технологий, как нанотехнологии, качество и возможности использования биосенсоров постоянно улучшаются. [12]
Пастеризация молока в микроволновой печи [ править ]
Когда условия хранения молока контролируются, оно имеет очень хороший вкус. Однако окисленный вкус представляет собой проблему, которая отрицательно влияет на вкус и безопасность молока. Для предотвращения роста болезнетворных бактерий и продления срока 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 пастеризовано в микроволновой печи. [12]
Образование и обучение [ править ]
В 1950-х годах пищевая инженерия стала академической дисциплиной. [2] когда несколько университетов США включили в свои учебные программы пищевую науку и пищевую технологию, 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 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 по специальностям, специализациям или несовершеннолетним. Кандидаты в области пищевых инженеров проходят междисциплинарную подготовку в таких областях, как математика, химия, биохимия, физика, микробиология, питание и право.
Пищевая инженерия по-прежнему растет и развивается как область обучения, а академические 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 изменения в цепочке создания стоимости, ископаемое сырье. цены на 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 внедряют инновационные лаборатории, исследовательские программы и проекты с участием пищевых компаний и производителей оборудования. [1] [13] Кроме того, появляются соревнования по пищевой инженерии и соревнования по другим научным дисциплинам. [13]
В связи с растущим спросом на безопасные, экологически чистые и здоровые продукты питания, а также на экологически чистые процессы и упаковку, существует большой рынок труда для потенциальных сотрудников пищевой промышленности. Пищевые инженеры обычно работают в пищевой промышленности, научных кругах, государственных учреждениях, исследовательских центрах, консалтинговых фирмах, фармацевтических компаниях, медицинских фирмах и предпринимательских проектах. [2] [12] Должностные инструкции включают, помимо прочего, инженера-пищевого инженера, пищевого микробиолога, биоинженерию/биотехнологию, питание, отслеживание, безопасность пищевых продуктов и управление качеством. [3]
Проблемы [ править ]
Устойчивое развитие [ править ]
Пищевая инженерия оказывает негативное воздействие на окружающую среду, например, выбросы большого количества отходов и загрязнение воды и воздуха, которые инженеры пищевой промышленности должны учитывать при 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 создать устойчивую цепочку поставок продуктов питания. Пищевые инженеры должны пересмотреть существующие методы и технологии, чтобы сосредоточиться на повышении производительности и эффективности при одновременном сокращении потребления воды и энергии, а также уменьшении количества образующихся отходов. [5]
населения Рост
Несмотря на то, что запасы продовольствия ежегодно увеличиваются, также наблюдается рост числа голодающих. Ожидается, что к 2050 году население мира достигнет 9-10 миллиардов человек, и проблема недоедания остается приоритетной. [5] Для достижения продовольственной безопасности инженеры-пищевики должны решать проблему нехватки земли и воды , чтобы обеспечить достаточный рост и продовольствие для недоедающих людей. [5] Кроме того, производство продовольствия 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; обычно это связано с уничтожением лесов и эксплуатацией пахотных земель. [14] Пищевые инженеры сталкиваются с проблемой поиска устойчивых способов производства, способных адаптироваться к растущему населению.
Здоровье человека [ править ]
Пищевые инженеры должны адаптировать пищевые технологии и операции к недавней потребительской тенденции к потреблению здоровой и питательной пищи. Чтобы обеспечить продукты с этими качествами и на благо здоровья человека, инженеры-пищевики должны работать совместно с профессионалами в других областях, таких как медицина, биохимия, химия и потребительство. [5] Необходимо разработать новые технологии и методы для увеличения производства продуктов питания, оказывающих положительное влияние на здоровье человека.
См. также [ править ]
- Фармацевтика
- Пищевая наука
- Пищевые технологии
- Асептическая обработка
- Пищевая добавка
- Инжиниринг пищевых и биологических процессов
- Обогащение продуктов питания
- Консервация продуктов питания
- Пищевая реология
- Пищевые добавки
- Будущие пищевые технологии
- Нутрицевтик
- Питание
- Пищевые и биотехнологические технологии
- Безопасность пищевых продуктов
- Пищевая химия
- Пищевая физическая химия
- Пастеризация
- Обезвоживание пищи
- Биосенсоры
- Биохимия
- Микробиология
- Качество еды
- Стабилизатор
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Хелдман, Деннис Р.; Лунд, Дэрил Б. (2010), «Начало, настоящее и будущее пищевой инженерии: перспектива» , серия «Пищевая инженерия » , Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York, стр. 3–18, номер документа : 10.1007/978- 1-4419-7475-4_1 , ISBN 978-1-4419-7474-7 , получено 1 ноября 2020 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час «Электронная книга EOLSS – Пищевая инженерия» . eolss.net . Проверено 1 ноября 2020 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Саги, И. Сэм; Роос, Юрьё Х.; Коэн, Эли (01 июня 2018 г.). «Пищевая инженерия, пищевая наука и технологии: дальновидное путешествие к новым горизонтам будущего» . Инновационная пищевая наука и новые технологии . 47 : 326–334. дои : 10.1016/j.ifset.2018.03.001 . ISSN 1466-8564 . S2CID 102701480 .
- ^ Мегвал, Мурлидхар (18 ноября 2016 г.). Мегвал, Мурлидхар; Гоял, Мег Р. (ред.). Пищевая инженерия . дои : 10.1201/9781315366258 . ISBN 9781771883696 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Бум, РМ; Янссен, AEM (01 января 2014 г.), «Пищевая инженерия» , Ван Альфен, Нил К. (редактор), Энциклопедия сельского хозяйства и продовольственных систем , Оксфорд: Academic Press, стр. 154–166, doi : 10.1016/ б978-0-444-52512-3.00060-7 , ISBN 978-0-08-093139-5 , получено 1 ноября 2020 г.
- ^ «Испарение в пищевой промышленности – Поиск эффективности» . wiki.zero-emissions.at . Проверено 1 ноября 2020 г.
- ^ «Экологичная упаковка в пищевой промышленности и производстве напитков: виды и преимущества» . Заводское машиностроение . 05.06.2015 . Проверено 1 ноября 2020 г.
- ^ Ван, Лицзюнь (01 октября 2014 г.). «Энергоэффективные технологии для устойчивой переработки пищевых продуктов» . Энергоэффективность . 7 (5): 791–810. дои : 10.1007/s12053-014-9256-8 . ISSN 1570-6478 . S2CID 255485007 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Админ, Бромли. «Пищевая безопасность для бизнеса» . www.bromley.gov.uk . Архивировано из оригинала 25 января 2022 г. Проверено 1 ноября 2020 г.
- ^ Питание, Центр безопасности пищевых продуктов и прикладных технологий (11 февраля 2020 г.). «Критическая контрольная точка анализа рисков (HACCP)» . FDA . Проверено 1 ноября 2020 г.
- ^ «ИСО 22000:2018» . Международная организация по стандартизации . Проверено 5 июня 2021 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Мурлидхар, Мегвал; Гоял, Мег Радж. Пищевая инженерия: возникающие проблемы, моделирование и применение . Оквилл, Онтарио, Канада. ISBN 978-1-77188-369-6 . ОСЛК 955601763 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Роос, Юрьё Х.; Фрайер, Питер Дж.; Кнорр, Дитрих; Шухманн, Хайке П.; Шрён, Карин; Шутизер, Маартен А.И.; Тристрам, Жиль; Виндхаб, Эрих Дж. (3 июня 2015 г.). «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 . S2CID 107933426 .
- ^ «Почему население имеет значение для продовольственной безопасности | Наборы инструментов» . toolkits.knowledgesuccess.org . Проверено 2 ноября 2020 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
