식품공학

Food engineering
독일의 빵 공장.

식품공학은 가공,[1][2] 생산, 취급, 저장, 보존, 관리, 포장, 유통 등 식품 제조와 운영에 공학, 과학, 수학의 원리를 해석하고 적용하는 과학, 학술, 전문 분야이다.식품과학과 전기, 기계, 토목, 화학, 산업 및 농업 공학 같은 광범위한 공학 분야에 대한 의존도를 고려할 때, 식품 공학은 다원적이고 [1]좁은 분야로 여겨진다.

식품 재료의 복잡한 특성 때문에, 식품 공학은 또한 생화학, 미생물학, 식품 화학, 열역학, 운송 현상, 유동학, 그리고 열 [2]전달과 같은 보다 구체적인 화학 및 물리적 개념의 연구를 결합합니다.식품 엔지니어들은 이러한 지식을 식품 시스템, 기계 및 [3][4]기구의 개발뿐만 아니라 지속 가능하고, 안전하며, 영양가 있고, 건강하고, 매력적이고, 저렴하고, 고품질의 재료와 식품의 비용 효율적인 설계, 생산 및 상품화에 적용합니다.

역사

식품공학은 비교적 최근에 진화하는 학문이지만, 오랜 기간 확립된 개념과 [1]활동에 기초하고 있습니다.식품 공학의 전통적인 초점은 보존이었는데, 이것은 음식을 안정시키고 살균하고, 부패를 방지하고,[5] 음식 안의 영양분을 장기간 보존하는 것을 포함한다.좀 더 구체적인 전통적인 활동에는 음식 탈수와 집중, 보호 포장, 통조림 그리고 냉동 건조가 포함됩니다.식량 기술의 발전은 오래 지속되고 영양이 풍부한 음식이 [2]생존에 필수적인 우주 임무를 포함한 전쟁과 긴 항해에 의해 큰 영향을 받았고 촉진되었다.다른 고대 활동에는 제분,[2] 저장, 발효 과정이 포함됩니다.몇몇 전통적인 활동들이 여전히 관심사로 남아 있고 오늘날의 기술과 혁신의 기초를 형성하고 있지만, 식품 공학의 초점은 최근 식품의 품질, 안전, 맛, 건강 [2][5]및 지속 가능성으로 옮겨가고 있다.

응용 프로그램 및 프랙티스

다음은 식품 공학에서 안전하고, 건강하며, 맛있고, 지속 가능한 식품을 생산하기 위해 사용되는 몇 가지 응용 프로그램과 관행입니다.

냉동 및 냉동

냉동 기술을 갖춘 식품 유통 센터.

식품 냉동 및/또는 냉동의 주요 목적은 식품 재료의 품질과 안전을 보존하는 것이다.냉장 및 냉동은 부패하기 쉬운 식품의 보존과 시각적 외관, 질감, 맛, 향미 및 영양 성분과 같은 식품 품질 요소에 기여합니다.게다가, 식품을 얼리는 것은 잠재적으로 [5]소비자들에게 해를 끼칠 수 있는 세균의 성장을 늦춘다.

증발

증발은 식품과 액체 [6]제품의 수분 함량을 감소시키고, 고형분 함량을 증가시키고, 색을 변화시키기 위해 사용된다.이 과정은 우유, 녹말 유도체, 커피, 과일 주스, 야채 페이스트와 농축액, 조미료, 소스, 설탕, 그리고 식용유를 가공할 때 주로 나타난다.또, 식품 탈수 공정에서는 증발을 이용한다.탈수의 목적은 음식에서 곰팡이가 생기는 것을 막는 데 있는데, 이는 수분이 [5]있을 때만 생긴다.예를 들어,[5] 이 과정은 야채, 과일, 고기, 그리고 생선에 적용될 수 있다.

패키징

식품포장기술은 제품의 유통기한을 연장하고, 식품을 안정시키고(맛, 외관, 품질을 유지하며), 식품을 청결하고 보호하며 소비자에게 어필하기 위해 사용된다.예를 들어, 이것은 음식을 캔이나 [5]병에 포장함으로써 달성될 수 있다.식품 생산은 대량의 폐기물을 발생시키기 때문에, 많은 회사들이 환경을 보존하고 환경을 의식하는 소비자들의 관심을 끌기 위해 친환경 포장으로 전환하고 있다.친환경 포장에는 옥수수 또는 감자로 만든 플라스틱, 분해되는 생체 합성 플라스틱 및 종이 제품, 재활용 재료가 포함됩니다.친환경 패키징으로의 이행은 환경에 긍정적인 영향을 미치지만, 많은 기업들이 여분의 포장재를 줄이고, 고객 유치와 유지에 도움을 주며,[7] 기업들이 환경을 배려한다는 것을 보여주는 등 다른 이점을 찾고 있다.

식품 가공 에너지

식품 가공의 지속 가능성을 높이기 위해서는 에너지 효율과 폐열 회수가 필요하다.기존의 에너지 집약적인 식품 공정을 열역학 사이클 및 비열 가열 프로세스와 같은 신기술로 대체함으로써 에너지 소비 감소, 생산 비용 절감 및 식품 [8]생산의 지속 가능성을 개선할 수 있는 또 다른 가능성을 제공합니다.

식품가공에서의 열전달

열 전달은 거의 모든 상업화된 식품의 가공에 중요하며 식품의 위생, 영양 및 감각적 품질을 보존하는 데 중요합니다.열전달 방법에는 유도, 대류 및 [citation needed]방사선이 포함됩니다.이 방법들은 냉동, 굽기 또는 튀김 제품을 만들 때, 그리고 [citation needed]식품에 오믹 가열이나 적외선을 가할 때 음식의 물리적 특성에 변화를 일으키기 위해 사용된다.이 도구들은 식품 기술자들이 식품의 창조와 변형을 혁신할 수 있게 해준다.

식품안전관리시스템(FSMS)

식품안전관리시스템(FSMS)은 "식품의 [9]안전성을 보장하기 위해 기업 내에서 식품안전상의 위험을 통제하기 위한 체계적인 접근법".일부 국가에서는 FSMS가 법적 요건이며, 이는 모든 식품 생산 기업이 위험 분석 임계 제어 지점(HACCP)[9]의 원칙에 따라 FSMS를 사용하고 유지하도록 의무화한다.HACCP는 식품 [10]공급망의 모든 단계에서 생물학적, 화학적, 물리적 위험의 분석과 제어를 통해 식품 안전에 대처하는 관리 시스템입니다.ISO 22000 규격은 FSMS [11]요건을 규정합니다.

새로운 테크놀로지

다음과 같은 기술들이 지속적으로 진화하고 있으며, 식품 공학 관행의 혁신과 발전에 기여하고 있습니다.

자동화를 통한 쿠키 제작.

식품의 입체 인쇄

적층 제조라고도 하는 3차원(3D) 인쇄는 디지털 파일을 사용하여 3차원 객체를 만드는 과정입니다.식품 산업에서는, 식품의 3D 프린팅이 컴퓨터 기기를 이용한 식품 층 가공에 사용되고 있습니다.3D 프린팅 공정은 느리지만 비용과 처리 시간을 줄이기 위해 시간이 지날수록 개선되고 있습니다.3D 기술을 통해 프린팅된 성공적인 식품 품목으로는 초콜릿, 치즈, 케이크 프로스팅, 칠면조, 피자, 셀러리 등이 있습니다.이 기술은 지속적으로 개선되고 있으며, 영양 안정성, 안전성 및 [12]다양성을 충족하는 비용 효율적이고 에너지 효율적인 식품을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

바이오센서

바이오센서는 실험실과 식품 가공의 다양한 단계에서 품질 관리에 사용될 수 있습니다.바이오센서 기술은 농부들과 식품 가공업자들이 식품 생산과 품질을 높게 유지하면서 세계적으로 증가하는 식량 수요에 적응하는 한 가지 방법이다.게다가, 수백만 명의 사람들이 박테리아와 바이러스에 의해 야기되는 음식 매개 질환에 의해 영향을 받기 때문에, 바이오센서는 식품의 안전을 보장하는 중요한 도구가 되고 있다.서플라이 체인(supply-chain)의 여러 부분(식품 가공, 배송 및 상업화)에서 식품의 품질을 추적하고 분석하는 데 도움이 됩니다.바이오센서는 유전자 조작 생물(GMO)의 검출에도 도움이 되어 GMO 제품의 규제에 도움이 됩니다.나노테크놀로지와 같은 기술의 진보와 함께 바이오센서의 품질과 사용은 지속적으로 [12]향상되고 있다.

전자레인지에 의한 우유 저온 살균

우유의 저장 조건을 조절하면 우유는 매우 좋은 맛을 내는 경향이 있다.하지만, 산화 맛은 우유의 맛과 안전에 부정적인 영향을 미치는 문제입니다.병원성 세균의 증식을 막고 우유의 유통기한을 연장하기 위해 저온 살균 공정을 개발하였다.전자레인지 우유는 기존 저온 살균 우유에 비해 산화를 방지하기 위해 연구·개발되어 전자레인지 우유 [12]저온 살균을 했을 때 우유의 품질이 우수하다는 결론이 나왔다.

교육 및 훈련

학생들은 식품 과학 실험실에서 일한다.

1950년대에 미국 여러 대학이 식품과학과 식품기술을 커리큘럼에 포함시키면서 식품공학이 [2]학문으로 부상했고 식품공학에 관한 중요한 작품들이 등장했다.[2]오늘날, 전세계의 교육 기관들은 식품 공학에 학사, 석사, 박사 학위를 제공한다.하지만, 식품 공학의 독특한 특성 때문에, 그 훈련은 식품 과학, 식품 기술, 생명 공학, 또는 농업과 화학 [13]공학에 관한 더 광범위한 프로그램의 한 분야로 종종 제공됩니다.다른 경우, 교육기관들은 집중, 전문화 또는 미성년자를 통한 식품 공학 교육을 제공한다.식품 공학 지원자들은 수학, 화학, 생화학, 물리학, 미생물학, 영양학, 법학과 같은 분야에서 다원적인 훈련을 받는다.

식품 공학은 여전히 학문 분야로서 성장하고 발전하고 있으며, 학술 커리큘럼은 계속 발전하고 있다.미래 식품공학 프로그램은 바이오 경제, 식품 안보, 인구 증가, 식품 안전, 식습관 변화, 세계화, 기후변화, 에너지 비용과 가치사슬 변화, 화석 연료 가격, [13]지속가능성을 포함한 식품 산업의 당면 과제들로 인해 변경될 수 있다.새로운 제품, 서비스 및 프로세스의 개발이 필요한 이러한 과제에 대처하기 위해, 교육 프로그램은 혁신적이고 실용적인 형태의 [13]훈련을 통합하고 있습니다.예를 들면, 일부 대학에서는,[1][13] 식품 회사나 설비 메이커와의 이노베이션 연구실, 연구 프로그램, 프로젝트가 채용되고 있습니다.게다가 식품 공학 대회와 다른 과학 분야들의 대회도 [13]나타나고 있다.

안전하고 지속 가능하며 건강한 식품과 환경 친화적인 공정 및 포장에 대한 수요가 증가함에 따라 식품 공학 예비 직원들을 위한 대규모 고용 시장이 형성되고 있습니다.식품 엔지니어는 일반적으로 식품 산업, 학계, 정부 기관, 연구 센터, 컨설팅 회사, 제약 회사, 의료 회사 및 기업가적 [2][12]프로젝트에 고용됩니다.직무 기술에는 식품 엔지니어, 식품 미생물학자, 생물 공학/생물 공학, 영양, 추적성, 식품 안전 및 품질 [3]관리가 포함되지만 이에 한정되지 않습니다.

과제들

지속가능성

식품공학은 대량의 폐기물의 배출이나 물과 공기의 오염과 같은 환경에 부정적인 영향을 미치며, 식품기술자는 향후 식품생산과 가공운영의 발전에서 대처해야 한다.과학자들과 엔지니어들은 오염을 줄이는 개선된 과정을 만들기 위해 다양한 방법으로 실험을 하고 있지만, 지속 가능한 식품 공급망을 달성하기 위해서는 이러한 과정이 계속 개선되어야 한다.식품 엔지니어는 생산성과 효율성을 높이는 동시에 물과 에너지 소비를 줄이고 [5]배출되는 폐기물의 양을 줄이는 데 초점을 맞추기 위해 현재의 관행과 기술을 재평가해야 한다.

인구 증가

식량 공급이 매년 증가하고 있지만 굶주린 사람들의 수도 증가하고 있다.세계 인구는 2050년까지 90억에서 100억 명에 이를 것으로 예상되며 영양실조 문제는 여전히 우선순위로 [5]남아 있다.식량 안보를 달성하기 위해,[5] 식량 기술자들은 영양실조자들에게 충분한 성장과 식량을 제공하기 위해 토지와 물 부족 문제를 해결해야 한다.또한 식량 생산은 인구 증가에 따라 스트레스를 받는 토지와 물 공급에 의존하고 있다.인구 확대에 따라 토지 자원에 대한 압력이 증가하고 있으며, 이는 보통 산림 파괴와 경작지 [14]개척을 수반한다.식품 기술자들은 증가하는 인구에 적응하기 위해 지속 가능한 생산 방법을 찾아야 하는 도전에 직면해 있다.

인간의 건강

식품 기술자들은 식품 기술과 운영을 건강에 좋고 영양이 풍부한 식품을 소비하는 최근의 소비자 추세에 적응시켜야 한다.이러한 품질을 가진 음식을 공급하고 인간의 건강을 위해 식품 기술자들은 의학, 생화학, 화학,[5] 소비지상주의 같은 다른 분야의 전문가들과 협력해야 한다.인간의 건강에 긍정적인 영향을 미치는 식품의 생산을 늘리기 위해 새로운 기술과 실천이 개발되어야 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d Heldman, Dennis R.; Lund, Daryl B. (2010), "The Beginning, Current, and Future of Food Engineering: A Perspective", Food Engineering Series, New York, NY: Springer New York, pp. 3–18, doi:10.1007/978-1-4419-7475-4_1, ISBN 978-1-4419-7474-7, retrieved 2020-11-01
  2. ^ a b c d e f g h "EOLSS eBook - Food Engineering". www.eolss.net. Retrieved 2020-11-01.
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  6. ^ "Evaporation in food industry - Efficiency Finder". wiki.zero-emissions.at. Retrieved 2020-11-01.
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  8. ^ Wang, Lijun (2014-10-01). "Energy efficiency technologies for sustainable food processing". Energy Efficiency. 7 (5): 791–810. doi:10.1007/s12053-014-9256-8. ISSN 1570-6478.
  9. ^ a b Admin, Bromley. "Food safety for businesses". www.bromley.gov.uk. Retrieved 2020-11-01.
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  11. ^ "ISO 22000:2018". International Organization for Standardization. Retrieved 2021-06-05.
  12. ^ a b c d Murlidhar, Meghwal; Goyal, Megh Raj. Food Engineering: Emerging Issues, Modeling and Applications. Oakville, ON, Canada. ISBN 978-1-77188-369-6. OCLC 955601763.
  13. ^ a b c d e Roos, Yrjö H.; Fryer, Peter J.; Knorr, Dietrich; Schuchmann, Heike P.; Schroën, Karin; Schutyser, Maarten A. I.; Trystram, Gilles; Windhab, Erich J. (2015-06-03). "Food Engineering at Multiple Scales: Case Studies, Challenges and the Future—A European Perspective". Food Engineering Reviews. 8 (2): 91–115. doi:10.1007/s12393-015-9125-z. ISSN 1866-7910.
  14. ^ "Why Population Matters to Food Security Toolkits". toolkits.knowledgesuccess.org. Retrieved 2020-11-02.