Ingeniería de Alimentos

La ingeniería de alimentos es un campo científico, académico y profesional que interpreta y aplica los principios de la ingeniería, la ciencia y las matemáticas a la fabricación y las operaciones de alimentos, incluido el procesamiento, la producción, la manipulación, el almacenamiento, la conservación, el control, el envasado y la distribución de productos alimenticios. Dada su dependencia de la ciencia de los alimentos y disciplinas de ingeniería más amplias, como la ingeniería eléctrica, mecánica, civil, química, industrial y agrícola, la ingeniería de alimentos se considera un campo limitado y multidisciplinario.

Debido a la naturaleza compleja de los materiales alimentarios, la ingeniería alimentaria también combina el estudio de conceptos químicos y físicos más específicos, como bioquímica, microbiología, química alimentaria, termodinámica, fenómenos de transporte, reología y transferencia de calor. Los ingenieros de alimentos aplican este conocimiento al diseño, la producción y la comercialización rentables de ingredientes y alimentos sostenibles, seguros, nutritivos, saludables, atractivos, asequibles y de alta calidad, así como al desarrollo de sistemas alimentarios, maquinaria e instrumentación..

Historia

Aunque la ingeniería de alimentos es un campo de estudio relativamente reciente y en evolución, se basa en conceptos y actividades establecidos desde hace mucho tiempo. El enfoque tradicional de la ingeniería de alimentos era la conservación, que implicaba estabilizar y esterilizar los alimentos, prevenir su deterioro y conservar los nutrientes de los alimentos durante períodos prolongados. Las actividades tradicionales más específicas incluyen la deshidratación y concentración de alimentos, el envasado protector, el enlatado y la liofilización. El desarrollo de las tecnologías alimentarias se vio muy influido e impulsado por las guerras y los viajes largos, incluidas las misiones espaciales, en los que los alimentos duraderos y nutritivos eran esenciales para la supervivencia. Otras actividades antiguas incluyen procesos de molienda, almacenamiento y fermentación.Aunque varias actividades tradicionales siguen siendo motivo de preocupación y forman la base de las tecnologías e innovaciones actuales, el enfoque de la ingeniería alimentaria se ha desplazado recientemente hacia la calidad, la seguridad, el sabor, la salud y la sostenibilidad de los alimentos.

Aplicación y prácticas

Las siguientes son algunas de las aplicaciones y prácticas utilizadas en la ingeniería de alimentos para producir alimentos seguros, saludables, sabrosos y sostenibles:

Refrigeración y congelación

El objetivo principal de la refrigeración y/o congelación de alimentos es preservar la calidad y la seguridad de los materiales alimentarios. La refrigeración y la congelación contribuyen a la conservación de los alimentos perecederos y a la conservación de algunos factores de calidad de los alimentos, como la apariencia visual, la textura, el sabor, el sabor y el contenido nutricional. La congelación de alimentos ralentiza el crecimiento de bacterias que podrían dañar a los consumidores.

Evaporación

La evaporación se utiliza para preconcentrar, aumentar el contenido de sólidos, cambiar el color y reducir el contenido de agua de alimentos y productos líquidos. Este proceso se observa principalmente cuando se procesa leche, derivados del almidón, café, jugos de frutas, concentrados y pastas vegetales, condimentos, salsas, azúcar y aceite comestible. La evaporación también se utiliza en procesos de deshidratación de alimentos. El propósito de la deshidratación es prevenir el crecimiento de moho en los alimentos, que solo se acumulan cuando hay humedad. Este proceso se puede aplicar a verduras, frutas, carnes y pescados, por ejemplo.

Embalaje

Las tecnologías de envasado de alimentos se utilizan para prolongar la vida útil de los productos, estabilizar los alimentos (preservar el sabor, la apariencia y la calidad) y mantener los alimentos limpios, protegidos y atractivos para el consumidor. Esto se puede lograr, por ejemplo, envasando alimentos en latas y tarros.Debido a que la producción de alimentos genera grandes cantidades de desechos, muchas empresas están haciendo la transición a envases ecológicos para preservar el medio ambiente y atraer la atención de los consumidores conscientes del medio ambiente. Algunos tipos de envases ecológicos incluyen plásticos hechos de maíz o patata, productos de plástico y papel biocompostables que se desintegran y contenido reciclado. Aunque la transición a envases ecológicos tiene efectos positivos en el medioambiente, muchas empresas están encontrando otros beneficios, como reducir el exceso de material de envasado, ayudar a atraer y retener clientes y demostrar que las empresas se preocupan por el medioambiente.

Energía para el procesamiento de alimentos

Para aumentar la sostenibilidad del procesamiento de alimentos, es necesaria la eficiencia energética y la recuperación del calor residual. La sustitución de los procesos alimentarios convencionales de alto consumo energético por nuevas tecnologías, como los ciclos termodinámicos y los procesos de calentamiento no térmico, ofrece otro potencial para reducir el consumo de energía, reducir los costes de producción y mejorar la sostenibilidad en la producción de alimentos.

Transferencia de calor en el procesamiento de alimentos.

La transferencia de calor es importante en el procesamiento de casi todos los productos alimenticios comercializados y es importante para preservar las cualidades higiénicas, nutricionales y sensoriales de los alimentos. Los métodos de transferencia de calor incluyen inducción, convección y radiación. Estos métodos se utilizan para crear variaciones en las propiedades físicas de los alimentos al congelar, hornear o freír productos, y también al aplicar calor óhmico o radiación infrarroja a los alimentos. Estas herramientas permiten a los ingenieros en alimentos innovar en la creación y transformación de productos alimenticios.

Sistemas de Gestión de Seguridad Alimentaria (FSMS)

Un Sistema de gestión de seguridad alimentaria (FSMS) es "un enfoque sistemático para controlar los peligros de seguridad alimentaria dentro de una empresa para garantizar que el producto alimenticio sea seguro para consumir". En algunos países, el FSMS es un requisito legal que obliga a todas las empresas de producción de alimentos a utilizar y mantener un FSMS basado en los principios del análisis de peligros y puntos críticos de control (HACCP). HACCP es un sistema de gestión que aborda la seguridad alimentaria a través del análisis y control de peligros biológicos, químicos y físicos en todas las etapas de la cadena de suministro de alimentos. La norma ISO 22000 especifica los requisitos para FSMS.

Tecnologías emergentes

Las siguientes tecnologías, que continúan evolucionando, han contribuido a la innovación y el avance de las prácticas de ingeniería de alimentos:

Impresión tridimensional de alimentos.

La impresión tridimensional (3D), también conocida como fabricación aditiva, es el proceso de utilizar archivos digitales para crear objetos tridimensionales. En la industria alimentaria, la impresión 3D de alimentos se utiliza para el procesamiento de capas de alimentos mediante equipos informáticos. El proceso de impresión 3D es lento, pero va mejorando con el tiempo con el objetivo de reducir costos y tiempos de procesamiento. Algunos de los alimentos exitosos que se han impreso mediante tecnología 3D son: chocolate, queso, cake frosting, pavo, pizza, apio, entre otros. Esta tecnología mejora continuamente y tiene el potencial de proporcionar alimentos rentables y energéticamente eficientes que cumplan con la estabilidad nutricional, la seguridad y la variedad.

Biosensores

Los biosensores se pueden utilizar para el control de calidad en laboratorios y en diferentes etapas del procesamiento de alimentos. La tecnología de biosensores es una de las formas en que los agricultores y los procesadores de alimentos se han adaptado al aumento mundial de la demanda de alimentos, al tiempo que mantienen alta la producción y la calidad de los alimentos. Además, dado que millones de personas se ven afectadas por enfermedades transmitidas por los alimentos causadas por bacterias y virus, los biosensores se están convirtiendo en una herramienta importante para garantizar la seguridad de los alimentos. Ayudan a rastrear y analizar la calidad de los alimentos durante varias partes de la cadena de suministro: en el procesamiento, envío y comercialización de alimentos. Los biosensores también pueden ayudar con la detección de organismos genéticamente modificados (OGM), para ayudar a regular los productos OGM. Con el avance de las tecnologías, como la nanotecnología, la calidad y los usos de los biosensores mejoran constantemente.

Pasteurización de leche por microondas

Cuando se controlan las condiciones de almacenamiento de la leche, la leche tiende a tener muy buen sabor. Sin embargo, el sabor oxidado es un problema que afecta negativamente el sabor y la seguridad de la leche. Para prevenir el crecimiento de bacterias patógenas y prolongar la vida útil de la leche, se desarrollaron procesos de pasteurización. La leche en microondas se ha estudiado y desarrollado para evitar la oxidación en comparación con los métodos tradicionales de leche pasteurizada, y se ha llegado a la conclusión de que la leche tiene una mejor calidad cuando tiene pasteurización de leche en microondas.

Educación y entrenamiento

En la década de 1950, la ingeniería de alimentos surgió como disciplina académica, cuando varias universidades estadounidenses incluyeron la ciencia y la tecnología de los alimentos en sus planes de estudios, y aparecieron importantes trabajos sobre ingeniería de alimentos. Hoy en día, las instituciones educativas de todo el mundo ofrecen licenciaturas, maestrías y doctorados en ingeniería de alimentos. Sin embargo, debido al carácter único de la ingeniería de alimentos, su capacitación se ofrece más a menudo como una rama de programas más amplios en ciencia de alimentos, tecnología de alimentos, biotecnología o ingeniería agrícola y química.En otros casos, las instituciones ofrecen educación en ingeniería de alimentos a través de concentraciones, especializaciones o menores. Los candidatos a ingenieros de alimentos reciben capacitación multidisciplinaria en áreas como matemáticas, química, bioquímica, física, microbiología, nutrición y derecho.

La ingeniería de alimentos sigue creciendo y desarrollándose como campo de estudio, y los planes de estudios académicos continúan evolucionando. Los futuros programas de ingeniería de alimentos están sujetos a cambios debido a los desafíos actuales en la industria alimentaria, incluida la bioeconomía, la seguridad alimentaria, el crecimiento de la población, la seguridad alimentaria, el cambio de comportamiento alimentario, la globalización, el cambio climático, el costo de la energía y el cambio en la cadena de valor, combustibles fósiles. los precios de los combustibles y la sostenibilidad. Para hacer frente a estos desafíos, que requieren el desarrollo de nuevos productos, servicios y procesos, los programas académicos están incorporando formas innovadoras y prácticas de formación. Por ejemplo, algunas universidades están adoptando laboratorios de innovación, programas de investigación y proyectos con empresas de alimentos y fabricantes de equipos.Además, están apareciendo concursos de ingeniería de alimentos y concursos de otras disciplinas científicas.

Con la creciente demanda de alimentos seguros, sostenibles y saludables, y de procesos y envases respetuosos con el medio ambiente, existe un gran mercado laboral para los posibles empleados de la ingeniería alimentaria. Los ingenieros de alimentos suelen estar empleados por la industria alimentaria, la academia, las agencias gubernamentales, los centros de investigación, las empresas de consultoría, las compañías farmacéuticas, las empresas de atención médica y los proyectos empresariales. Las descripciones de puestos incluyen, entre otros, ingeniero de alimentos, microbiólogo de alimentos, bioingeniería/biotecnología, nutrición, trazabilidad, seguridad alimentaria y gestión de la calidad.

Desafíos

Sustentabilidad

La ingeniería de alimentos tiene impactos negativos en el medio ambiente, como la emisión de grandes cantidades de desechos y la contaminación del agua y el aire, que los ingenieros de alimentos deben abordar en el desarrollo futuro de las operaciones de producción y procesamiento de alimentos. Los científicos e ingenieros están experimentando de diferentes maneras para crear procesos mejorados que reduzcan la contaminación, pero estos deben seguir mejorándose para lograr una cadena de suministro de alimentos sostenible. Los ingenieros de alimentos deben reevaluar las prácticas y tecnologías actuales para enfocarse en aumentar la productividad y la eficiencia mientras reducen el consumo de agua y energía, y disminuyen la cantidad de desechos producidos.

Crecimiento de la población

Aunque el suministro de alimentos se expande cada año, también ha habido un aumento en el número de personas hambrientas. Se espera que la población mundial alcance los 9-10 mil millones de personas para 2050 y el problema de la desnutrición sigue siendo una prioridad. Para lograr la seguridad alimentaria, se requiere que los ingenieros de alimentos aborden la escasez de tierra y agua para proporcionar suficiente crecimiento y alimentos para las personas desnutridas. Además, la producción de alimentos depende del suministro de tierra y agua, que se encuentran bajo presión a medida que aumenta el tamaño de la población. Hay una presión creciente sobre los recursos de la tierra impulsada por la expansión de la población, lo que lleva a la expansión de las tierras de cultivo; esto generalmente implica la destrucción de bosques y la explotación de tierras cultivables. Los ingenieros de alimentos enfrentan el desafío de encontrar formas sostenibles de producir para adaptarse a la creciente población.

Salud humana

Los ingenieros de alimentos deben adaptar las tecnologías y operaciones alimentarias a la tendencia reciente del consumidor hacia el consumo de alimentos saludables y nutritivos. Para suministrar alimentos con estas cualidades, y en beneficio de la salud humana, los ingenieros de alimentos deben trabajar en colaboración con profesionales de otros dominios como la medicina, la bioquímica, la química y el consumismo. Se deben desarrollar nuevas tecnologías y prácticas para aumentar la producción de alimentos que tengan un impacto positivo en la salud humana.