食品工学

食品工学は、食品の加工、生産、取り扱い、保管、保全、管理、包装、流通など、食品の製造と運営に工学、科学、数学の原理を解釈して適用する科学的、学術的、専門的な分野です。^{[1] [2]}食品工学は、食品科学と、電気工学、機械工学、土木工学、化学工学、工業工学、農業工学などのより広範な工学分野に依存しているため、多分野にわたる狭い分野であると考えられています。^[1]

食品材料の複雑な性質のため、食品工学では、生化学、微生物学、食品化学、熱力学、輸送現象、レオロジー、熱伝達などのより具体的な化学的および物理的概念の研究も組み合わせています。^[2]食品エンジニアは、この知識を、持続可能で安全、栄養価が高く、健康的で魅力的で手頃な価格の高品質の原材料や食品の費用対効果の高い設計、生産、商品化、および食品システム、機械、計測機器の開発に応用しています。^{[3] [4]} www.alepeople.org、https://scholar.google.com/citations?user=o7sODVIAAAAJ&hl=en、https://orcid.org/0000-0002-7599-8085

食品工学は比較的最近発展しつつある研究分野ですが、古くから確立された概念と活動に基づいています。^[1]食品工学の伝統的な焦点は保存であり、食品の安定化と殺菌、腐敗の防止、食品の栄養素の長期保存が含まれていました。^[5]より具体的な伝統的な活動には、食品の脱水と濃縮、保護包装、缶詰、凍結乾燥などがあります。 食品技術の発展は、戦争や宇宙ミッションを含む長い航海によって大きく影響され、促進されました。宇宙ミッションでは、長持ちする栄養価の高い食品が生存に不可欠でした。^[2]その他の古代の活動には、製粉、貯蔵、発酵プロセスがあります。^[2]いくつかの伝統的な活動は依然として懸念されており、今日の技術と革新の基礎を形成していますが、食品工学の焦点は最近、食品の品質、安全性、味、健康、持続可能性に移行しています。^{[2] [5]}

以下は、安全で健康的、美味しく持続可能な食品を生産するために食品工学で使用されるアプリケーションと実践の一部です。

食品の冷蔵および冷凍の主な目的は、食品の品質と安全性を維持することです。冷蔵と冷凍は、生鮮食品の保存、および外観、食感、味、風味、栄養価などの食品の品質要因の維持に役立ちます。食品を冷凍すると、消費者に害を及ぼす可能性のある細菌の増殖が遅くなります。^[5]

蒸発は、食品や液体製品の事前濃縮、固形分の増加、色の変更、水分量の減少に使用されます。^[6]このプロセスは、牛乳、デンプン誘導体、コーヒー、フルーツジュース、野菜ペーストおよび濃縮物、調味料、ソース、砂糖、食用油の加工時によく見られます。蒸発は食品の脱水プロセスにも使用されます。脱水の目的は、食品に湿気がある場合にのみ発生するカビの繁殖を防ぐことです。^[5]このプロセスは、野菜、果物、肉、魚などに適用できます。^[5]

食品包装技術は、製品の賞味期限を延ばし、食品を安定させ（味、外観、品質を保持）、食品を清潔で保護された状態に保ち、消費者にとって魅力的なものにするために使用されます。これは、たとえば、食品を缶や瓶に包装することで実現できます。^[5]食品生産では大量の廃棄物が発生するため、多くの企業が環境を保護し、環境意識の高い消費者の注目を集めるために、環境に優しい包装に移行しています。環境に優しい包装には、トウモロコシやジャガイモから作られたプラスチック、分解される生分解性プラスチックや紙製品、リサイクル素材などがあります。環境に優しい包装への移行は環境に良い影響を与えますが、多くの企業は、余分な包装材料の削減、顧客の誘致と維持、環境に配慮していることを示すなど、他の利点も見出しています。^[7]

食品加工の持続可能性を高めるには、エネルギー効率と廃熱回収が必要です。従来のエネルギー集約型の食品加工を、熱力学サイクルや非熱加熱プロセスなどの新しい技術に置き換えることで、エネルギー消費量を削減し、生産コストを削減し、食品生産の持続可能性を向上させる新たな可能性が生まれます。^[8]

熱伝達は、ほぼすべての市販食品の加工において重要であり、食品の衛生、栄養、官能的品質を維持するために重要です。熱伝達の方法には、誘導、対流、放射があります。^{[引用が必要]}これらの方法は、製品を冷凍、焼く、または揚げるときに食品の物理的特性に変化を与えるために使用されます。また、食品にオーム加熱または赤外線放射を適用する場合にも使用されます。^{[引用が必要]}これらのツールにより、食品技術者は食品の作成と変換に革新をもたらすことができます。

食品安全管理システム（FSMS）とは、「食品が安全に消費できることを保証するために、企業内で食品安全上の危害を管理する体系的なアプローチ」です。^[9]一部の国では、FSMSは法的要件であり、すべての食品生産企業に危害分析重要管理点（HACCP）の原則に基づくFSMSの使用と維持を義務付けています。^[9] HACCPは、食品サプライチェーンのすべての段階で生物学的、化学的、物理的危害を分析および管理することにより、食品の安全性に対処する管理システムです。^[10] ISO 22000規格は、FSMSの要件を規定しています。^[11]

進化を続ける以下の技術は、食品工学の実践の革新と進歩に貢献してきました。

3次元（3D）印刷は、積層造形とも呼ばれ、デジタルファイルを使用して3次元の物体を作成するプロセスです。食品業界では、食品の3D印刷は、コンピューター機器を使用して食品の層を処理するために使用されています。3D印刷のプロセスは遅いですが、コストと処理時間を削減することを目標に、時間の経過とともに改善されています。3D技術で印刷された成功した食品には、チョコレート、チーズ、ケーキのフロスティング、七面鳥、ピザ、セロリなどがあります。この技術は継続的に改善されており、栄養の安定性、安全性、多様性を満たす費用対効果の高いエネルギー効率の高い食品を提供できる可能性があります。^[12]

バイオセンサーは、研究室や食品加工のさまざまな段階で品質管理に使用できます。バイオセンサー技術は、農家や食品加工業者が世界的な食料需要の増加に適応し、食料生産と品質を高く維持するための 1 つの方法です。さらに、何百万人もの人々が細菌やウイルスによって引き起こされる食中毒に罹患しているため、バイオセンサーは食品の安全性を確保するための重要なツールになりつつあります。バイオセンサーは、食品加工、輸送、商品化など、サプライ チェーンのさまざまな部分で食品の品質を追跡および分析するのに役立ちます。バイオセンサーは、遺伝子組み換え生物 (GMO) の検出にも役立ち、GMO 製品の規制に役立ちます。ナノテクノロジーなどの技術の進歩により、バイオセンサーの品質と用途は絶えず改善されています。^[12]

牛乳の保存条件が管理されている場合、牛乳は非常に良い風味を持つ傾向があります。しかし、酸化した風味は牛乳の味と安全性に悪影響を与える問題です。病原菌の増殖を防ぎ、牛乳の保存期間を延ばすために、低温殺菌プロセスが開発されました。電子レンジで加熱した牛乳は、従来の低温殺菌牛乳方法と比較して酸化を防ぐように研究・開発されており、電子レンジで低温殺菌した牛乳の方が品質が良いという結論が出ています。^[12]

1950年代に食品工学が学問分野として登場し、^[2]いくつかの米国の大学が食品科学と食品技術をカリキュラムに含め、食品工学に関する重要な研究が発表されました。^[2]今日、世界中の教育機関が食品工学の学士、修士、博士の学位を提供しています。しかし、食品工学のユニークな特徴により、そのトレーニングは、食品科学、食品技術、バイオテクノロジー、または農業および化学工学のより広範なプログラムの一部門として提供されることの方が多いです。^[13]他のケースでは、教育機関は集中、専門、または副専攻を通じて食品工学教育を提供しています。食品工学の候補者は、数学、化学、生化学、物理学、微生物学、栄養学、法律などの分野で学際的なトレーニングを受けます。

食品工学は研究分野として今も成長と発展を続けており、学術カリキュラムも進化し続けています。将来の食品工学プログラムは、バイオエコノミクス、食糧安全保障、人口増加、食品安全、食行動の変化、グローバリゼーション、気候変動、エネルギーコストとバリューチェーンの変化、化石燃料価格、持続可能性など、食品業界が抱える現在の課題により、変更される可能性があります。^[13]新しい製品、サービス、プロセスの開発を必要とするこれらの課題に対処するために、学術プログラムには革新的で実践的な形式のトレーニングが取り入れられています。^[13]たとえば、一部の大学では、食品会社や機器メーカーとのイノベーションラボ、研究プログラム、プロジェクトが採用されています。^{[1] [13]}さらに、食品工学のコンテストや他の科学分野のコンテストも開催されています。^[13]

安全で持続可能かつ健康的な食品、そして環境に優しいプロセスや包装への需要が高まる中、食品エンジニアの将来の従業員のための大きな雇用市場があります。食品エンジニアは通常、食品業界、学界、政府機関、研究センター、コンサルティング会社、製薬会社、ヘルスケア企業、起業プロジェクトに雇用されています。^{[2] [12]}職務内容には、食品エンジニア、食品微生物学者、バイオエンジニアリング/バイオテクノロジー、栄養学、トレーサビリティ、食品安全、品質管理などが含まれますが、これらに限定されません。^[3]

食品工学は、大量の廃棄物の排出や水や空気の汚染など、環境に悪影響を及ぼします。食品技術者は、将来の食品生産および加工業務の発展において、この問題に取り組まなければなりません。科学者や技術者は、汚染を減らす改善されたプロセスを作り出すためにさまざまな方法で実験を行っていますが、持続可能な食品サプライチェーンを実現するためには、これらの改善を継続する必要があります。食品技術者は、現在の実践と技術を再評価し、生産性と効率性を高めながら、水とエネルギーの消費を減らし、廃棄物の量を減らすことに重点を置く必要があります。^[5]

食糧供給は毎年拡大しているが、飢餓に苦しむ人々の数も増加している。世界の人口は2050年までに90〜100億人に達すると予想されており、栄養失調の問題は依然として優先事項である。^{[5]食糧安全保障を達成するため、食品技術者は土地と}水の不足に対処し、栄養不足の人々に十分な成長と食糧を提供する必要がある。^[5]さらに、食糧生産は土地と水の供給に依存しており、人口が増加するにつれてこれらが圧迫される。人口増加によって土地資源への圧力が高まり、耕作地の拡大につながっている。これには通常、森林破壊と耕作地の搾取が伴う。^[14]食品技術者は、増加する人口に適応するために持続可能な生産方法を見つけるという課題に直面している。

食品技術者は、健康的で栄養価の高い食品を消費するという最近の消費者の傾向に合わせて、食品技術と業務を適応させる必要があります。これらの品質を備えた食品を供給し、人々の健康に役立てるために、食品技術者は医学、生化学、化学、消費主義などの他の分野の専門家と協力する必要があります。^[5]人間の健康に良い影響を与える食品の生産を増やすには、新しい技術と実践を開発する必要があります。