La ingeniería de alimentos es un campo científico, académico y profesional que interpreta y aplica principios de ingeniería, ciencia y matemáticas a la fabricación y operaciones de alimentos, incluido el procesamiento, producción, manipulación, almacenamiento, conservación, control, envasado y distribución de productos alimenticios. [1] [2] 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 multidisciplinario y limitado. [1]
Debido a la naturaleza compleja de los materiales alimentarios, la ingeniería de alimentos también combina el estudio de conceptos químicos y físicos más específicos, como la bioquímica, la microbiología, la química de los alimentos, la termodinámica, los fenómenos de transporte, la reología y la transferencia de calor. [2] 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. [3] [4]
Aunque la ingeniería alimentaria es un campo de estudio relativamente reciente y en evolución, se basa en conceptos y actividades establecidos desde hace mucho tiempo. [1] El enfoque tradicional de la ingeniería alimentaria era la conservación, que implicaba estabilizar y esterilizar los alimentos, evitar el deterioro y conservar los nutrientes de los alimentos durante períodos prolongados de tiempo. [5] 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 estuvo muy influenciado e impulsado por las guerras y los viajes largos, incluidas las misiones espaciales, donde los alimentos duraderos y nutritivos eran esenciales para la supervivencia. [2] Otras actividades antiguas incluyen los procesos de molienda, almacenamiento y fermentación. [2] 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. [2] [5]
Las siguientes son algunas de las aplicaciones y prácticas utilizadas en la ingeniería de alimentos para producir alimentos seguros, saludables, sabrosos y sostenibles :
El objetivo principal de la refrigeración y/o congelación de alimentos es preservar la calidad y seguridad de los alimentos. La refrigeración y la congelación contribuyen a la conservación de alimentos perecederos y a la conservación de algunos factores de calidad de los alimentos, como el aspecto visual, la textura, el gusto, el aroma y el contenido nutricional. La congelación de alimentos retarda el crecimiento de bacterias que podrían dañar a los consumidores. [5]
La evaporación se utiliza para preconcentrar, aumentar el contenido de sólidos, cambiar el color y reducir el contenido de agua de los alimentos y productos líquidos. [6] Este proceso se observa principalmente al procesar leche, derivados del almidón, café, jugos de frutas, pastas y concentrados 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 mohos en los alimentos, que solo se forman cuando hay humedad presente. [5] Este proceso se puede aplicar a verduras, frutas, carnes y pescados, por ejemplo. [5]
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 mantenerlos limpios, protegidos y atractivos para el consumidor. Esto se puede lograr, por ejemplo, envasando los alimentos en latas y frascos. [5] Debido a que la producción de alimentos crea 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 papa, productos de plástico y papel biocompostables que se desintegran y contenido reciclado. Si bien la transición a envases ecológicos tiene efectos positivos sobre el medio ambiente, muchas empresas están encontrando otros beneficios, como reducir el exceso de material de embalaje, ayudar a atraer y retener clientes y demostrar que las empresas se preocupan por el medio ambiente. [7]
Para aumentar la sostenibilidad del procesamiento de alimentos es necesario mejorar la eficiencia energética y la recuperación del calor residual. La sustitución de los procesos alimentarios convencionales, que consumen mucha energía, por nuevas tecnologías, como los ciclos termodinámicos y los procesos de calentamiento no térmico, ofrece otra posibilidad de reducir el consumo de energía, los costes de producción y mejorar la sostenibilidad de la producción de alimentos. [8]
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. [ cita requerida ] Estos métodos se utilizan para crear variaciones en las propiedades físicas de los alimentos al congelarlos, hornearlos o freírlos, y también al aplicarles calentamiento óhmico o radiación infrarroja. [ cita requerida ] Estas herramientas permiten a los ingenieros de alimentos innovar en la creación y transformación de productos alimenticios.
Un sistema de gestión de la seguridad alimentaria (FSMS, por sus siglas en inglés) es "un enfoque sistemático para controlar los peligros de seguridad alimentaria dentro de una empresa con el fin de garantizar que el producto alimenticio sea seguro para el consumo". [9] 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, por sus siglas en inglés). [9] El HACCP es un sistema de gestión que aborda la seguridad alimentaria a través del análisis y control de los peligros biológicos, químicos y físicos en todas las etapas de la cadena de suministro de alimentos. [10] La norma ISO 22000 especifica los requisitos para el FSMS. [11]
Las siguientes tecnologías, que continúan evolucionando, han contribuido a la innovación y el avance de las prácticas de ingeniería alimentaria:
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 está mejorando con el tiempo con el objetivo de reducir los costos y los tiempos de procesamiento. Algunos de los alimentos exitosos que se han impreso a través de la tecnología 3D son: chocolate, queso, glaseado para pasteles, pavo, pizza, apio, entre otros. Esta tecnología está mejorando continuamente y tiene el potencial de proporcionar alimentos rentables y energéticamente eficientes que cumplan con la estabilidad nutricional, la seguridad y la variedad. [12]
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 procesadores de alimentos se han adaptado al aumento mundial de la demanda de alimentos, manteniendo al mismo tiempo una alta producción y calidad de los mismos. Además, dado que millones de personas se ven afectadas por enfermedades transmitidas por 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 de alimentos, el envío y la comercialización. 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 se mejoran constantemente. [12]
Cuando las condiciones de almacenamiento de la leche están controladas, la leche tiende a tener un muy buen sabor. Sin embargo, el sabor oxidado es un problema que afecta el sabor y la seguridad de la leche de manera negativa. Para prevenir el crecimiento de bacterias patógenas y extender la vida útil de la leche, se desarrollaron procesos de pasteurización. La leche cocinada en microondas se ha estudiado y desarrollado para prevenir la oxidación en comparación con los métodos tradicionales de leche pasteurizada, y se ha concluido que la leche tiene una mejor calidad cuando se la pasteuriza en microondas. [12]
En la década de 1950, la ingeniería de alimentos surgió como una disciplina académica, [2] cuando varias universidades estadounidenses incluyeron la ciencia y la tecnología de los alimentos en sus planes de estudio, y aparecieron importantes obras sobre ingeniería de alimentos. [2] Hoy en día, las instituciones educativas de todo el mundo ofrecen títulos de licenciatura, maestría y doctorado en ingeniería de alimentos. Sin embargo, debido al carácter único de la ingeniería de alimentos, su formación se ofrece con mayor frecuencia como una rama de programas más amplios sobre ciencia de los alimentos, tecnología de los alimentos, biotecnología o ingeniería agrícola y química. [13] En otros casos, las instituciones ofrecen educación en ingeniería de alimentos a través de concentraciones, especializaciones o menores. Los candidatos a ingeniería de alimentos reciben una formación 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 estudio académicos siguen evolucionando. Los futuros programas de ingeniería de alimentos están sujetos a cambios debido a los desafíos actuales en la industria alimentaria, incluyendo 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, los precios de los combustibles fósiles y la sostenibilidad. [13] Para abordar estos desafíos, que requieren el desarrollo de nuevos productos, servicios y procesos, los programas académicos están incorporando formas innovadoras y prácticas de capacitación. [13] Por ejemplo, algunas universidades están adoptando laboratorios de innovación, programas de investigación y proyectos con empresas alimentarias y fabricantes de equipos. [1] [13] Además, están apareciendo concursos de ingeniería de alimentos y concursos de otras disciplinas científicas. [13]
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 ingeniería alimentaria. Los ingenieros alimentarios suelen trabajar en la industria alimentaria, el mundo académico, agencias gubernamentales, centros de investigación, empresas de consultoría, compañías farmacéuticas, empresas de atención sanitaria y proyectos empresariales. [2] [12] Las descripciones de puestos incluyen, entre otras, ingenieros alimentarios, microbiólogos alimentarios, bioingeniería/biotecnología, nutrición, trazabilidad, seguridad alimentaria y gestión de la calidad. [3]
La ingeniería alimentaria tiene efectos negativos sobre el medio ambiente, como la emisión de grandes cantidades de residuos y la contaminación del agua y el aire, que los ingenieros alimentarios deben abordar en el futuro desarrollo 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 alimentarios deben reevaluar las prácticas y tecnologías actuales para centrarse en aumentar la productividad y la eficiencia, al tiempo que reducen el consumo de agua y energía y disminuyen la cantidad de residuos producidos. [5]
Aunque el suministro de alimentos aumenta cada año, también ha aumentado el número de personas que padecen hambre. Se espera que la población mundial alcance los 9-10 mil millones de personas en 2050 y el problema de la desnutrición sigue siendo una prioridad. [5] Para lograr la seguridad alimentaria, los ingenieros alimentarios deben abordar la escasez de tierra y agua para proporcionar suficiente crecimiento y alimentos a las personas desnutridas. [5] Además, la producción de alimentos depende del suministro de tierra y agua, que se ven sometidos a presión a medida que aumenta el tamaño de la población. Existe una creciente presión sobre los recursos de tierra impulsada por la expansión de las poblaciones, lo que lleva a la expansión de las tierras de cultivo; esto generalmente implica la destrucción de los bosques y la explotación de las tierras cultivables. [14] Los ingenieros alimentarios se enfrentan al desafío de encontrar formas sostenibles de producir para adaptarse a la creciente población.
Los ingenieros de alimentos deben adaptar las tecnologías y operaciones alimentarias a la reciente tendencia de los consumidores hacia el consumo de alimentos saludables y nutritivos. Para proporcionar alimentos con estas cualidades, y en beneficio de la salud humana, los ingenieros de alimentos deben trabajar en colaboración con profesionales de otros ámbitos, como la medicina, la bioquímica, la química y el consumismo. [5] Se deben desarrollar nuevas tecnologías y prácticas para aumentar la producción de alimentos que tengan un impacto positivo en la salud humana.
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