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 bioquímica, microbiología, química de alimentos, termodinámica, fenómenos de transporte, reología y transferencia de calor. [2] Los ingenieros alimentarios 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 y maquinaria. , e instrumentación. [3] [4]
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. [1] El enfoque tradicional de la ingeniería alimentaria era la preservación, que implicaba estabilizar y esterilizar los alimentos, prevenir su deterioro y preservar 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 tecnologías alimentarias se vio muy influido e impulsado por las guerras y los viajes largos, incluidas las misiones espaciales, en los que los alimentos nutritivos y duraderos eran esenciales para la supervivencia. [2] Otras actividades antiguas incluyen 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 ingeniería alimentaria para producir alimentos seguros, saludables, sabrosos y sostenibles :
El principal objetivo de la refrigeración y/o congelación de alimentos es preservar la calidad y seguridad de los materiales alimentarios. 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 la apariencia visual, la textura, el sabor, el sabor y el contenido nutricional. La congelación de alimentos frena el crecimiento de bacterias que potencialmente 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 alimentos y productos líquidos. [6] Este proceso se observa principalmente en el procesamiento de leche, derivados del almidón, café, jugos de frutas, pastas y concentrados de 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 acumula cuando hay humedad. [5] Este proceso se puede aplicar a verduras, frutas, carnes y pescados, por ejemplo. [5]
Las tecnologías de envasado de alimentos se utilizan para extender 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 conseguir, por ejemplo, envasando alimentos en latas y tarros. [5] 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 consumidores conscientes del medio ambiente. Algunos tipos de envases respetuosos con el medio ambiente incluyen plásticos elaborados a partir de maíz o patata, productos de papel y plástico biocompostables que se desintegran y contenido reciclado. Aunque la transición a envases ecológicos tiene efectos positivos en 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 necesaria 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 otro potencial para reducir el consumo de energía, reducir los costos de producción y mejorar la sostenibilidad en 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 necesaria ] Estos métodos se utilizan para crear variaciones en las propiedades físicas de los alimentos al congelar, hornear o freír productos, y también al aplicar calentamiento óhmico o radiación infrarroja a los alimentos. [ cita necesaria ] Estas herramientas permiten a los ingenieros alimentarios innovar en la creación y transformación de productos alimenticios.
Un Sistema de Gestión de Seguridad Alimentaria (FSMS) 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 consumir". [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). [9] HACCP es un sistema de gestión que aborda la inocuidad de los alimentos mediante el análisis y el 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 FSMS. [11]
Las siguientes tecnologías, que continúan evolucionando, han contribuido a la innovación y el avance de las prácticas de ingeniería 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 costes y tiempos de procesamiento. Algunos de los alimentos de éxito que se han impreso mediante tecnología 3D son: chocolate, queso, frosting para pasteles, 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. [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 forma 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 alimentos. 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, 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 tecnologías, como la nanotecnología, la calidad y los usos de los biosensores mejoran constantemente. [12]
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 ha sido estudiada y desarrollada para prevenir la oxidación en comparación con los métodos tradicionales de leche pasteurizada, y se ha concluido que la leche tiene mejor calidad cuando se 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 trabajos 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 más a menudo 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 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 estudio académicos siguen 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 demográfico, la seguridad alimentaria, el cambio en el comportamiento alimentario, la globalización, el cambio climático, el costo de la energía y el cambio en la cadena de valor, los fósiles. precios del combustible y sostenibilidad. [13] Para abordar estos desafíos, que requieren el desarrollo de nuevos productos, servicios y procesos, los programas académicos están incorporando formas de capacitación innovadoras y prácticas. [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 alimentaria 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 futuros empleados de ingeniería alimentaria. Los ingenieros de alimentos suelen trabajar en la industria alimentaria, el mundo académico, agencias gubernamentales, centros de investigación, empresas de consultoría, empresas farmacéuticas, empresas de atención sanitaria y proyectos empresariales. [2] [12] Las descripciones de trabajo incluyen, entre otras, ingeniero de alimentos, microbiólogo de alimentos, bioingeniería/biotecnología, nutrición, trazabilidad, seguridad alimentaria y gestión de calidad. [3]
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 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 y al mismo tiempo reducir el consumo de agua y energía, y disminuir la cantidad de residuos producidos. [5]
Aunque el suministro de alimentos aumenta cada año, también ha habido un aumento en el número de personas que pasan hambre. Se espera que la población mundial alcance entre 9.000 y 10.000 millones de personas en 2050 y el problema de la malnutrición 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 para 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 presión creciente sobre los recursos de la tierra impulsada por el crecimiento demográfico, lo que lleva a expansiones de las tierras de cultivo; Esto suele implicar la destrucción de bosques y la explotación de tierras cultivables. [14] Los ingenieros alimentarios se enfrentan al desafío de encontrar formas sostenibles de producir para adaptarse a la creciente población.
Los ingenieros alimentarios deben adaptar las tecnologías y operaciones alimentarias a la reciente tendencia de los consumidores hacia el consumo de alimentos saludables y nutritivos. Para suministrar alimentos con estas cualidades, y en beneficio de la salud humana, los ingenieros alimentarios 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.