هندسة الأغذية

الموسوعة الحرة
مصنع خبز في ألمانيا

هندسة الأغذية مجال علمي وأكاديمي ومهني يُعنى بتفسير وتطبيق مبادئ الهندسة والعلوم والرياضيات في تصنيع الأغذية وعملياتها، بما في ذلك معالجة المنتجات الغذائية وإنتاجها وتداولها وتخزينها وحفظها ومراقبتها وتغليفها وتوزيعها . [ 1 ] [ 2 ] ونظرًا لاعتمادها على علوم الأغذية وتخصصات هندسية أوسع، كالهندسة الكهربائية والميكانيكية والمدنية والكيميائية والصناعية والزراعية ، تُعتبر هندسة الأغذية مجالًا متعدد التخصصات ودقيقًا في آنٍ واحد . [ 1 ]

نظراً لطبيعة المواد الغذائية المعقدة، يجمع هندسة الأغذية بين دراسة مفاهيم كيميائية وفيزيائية أكثر تخصصاً، مثل الكيمياء الحيوية ، وعلم الأحياء الدقيقة ، وكيمياء الأغذية ، والديناميكا الحرارية ، وظواهر النقل ، وعلم الريولوجيا ، وانتقال الحرارة . [ 2 ] يطبق مهندسو الأغذية هذه المعرفة في تصميم وإنتاج وتسويق مكونات وأطعمة مستدامة وآمنة ومغذية وصحية وجذابة وبأسعار معقولة وعالية الجودة، فضلاً عن تطوير أنظمة وآلات وأجهزة إنتاج الأغذية. [ 3 ] [ 4 ]

تاريخ

على الرغم من أن هندسة الأغذية مجال دراسي حديث نسبياً ومتطور، إلا أنها تستند إلى مفاهيم وأنشطة راسخة. [ 1 ] كان التركيز التقليدي لهندسة الأغذية منصباً على الحفظ، والذي يشمل تثبيت الأغذية وتعقيمها، ومنع تلفها، والحفاظ على العناصر الغذائية فيها لفترات طويلة. [ 5 ] تشمل الأنشطة التقليدية الأكثر تحديداً تجفيف الأغذية وتركيزها، والتغليف الواقي، والتعليب، والتجفيف بالتجميد. وقد تأثر تطوير تقنيات الأغذية بشكل كبير وحفزته الحروب والرحلات الطويلة، بما في ذلك مهمات الفضاء، حيث كانت الأغذية طويلة الأمد والمغذية ضرورية للبقاء على قيد الحياة. [ 2 ] تشمل الأنشطة القديمة الأخرى الطحن والتخزين وعمليات التخمير. [ 2 ] على الرغم من أن العديد من الأنشطة التقليدية لا تزال تشكل مصدر قلق وتشكل أساس التقنيات والابتكارات الحالية، فقد تحول تركيز هندسة الأغذية مؤخراً إلى جودة الغذاء وسلامته ومذاقه وصحته واستدامته. [ 2 ] [ 5 ]

التطبيقات والممارسات

فيما يلي بعض التطبيقات والممارسات المستخدمة في هندسة الأغذية لإنتاج أغذية آمنة وصحية ومستدامة تحظى بتقدير كبير من المستهلكين:

التبريد والتجميد

مركز توزيع أغذية مزود بتقنيات التبريد

الهدف الرئيسي من تبريد و/أو تجميد الأغذية هو الحفاظ على جودتها وسلامتها. يُسهم التبريد والتجميد في حفظ الأطعمة سريعة التلف، وفي الحفاظ على بعض عوامل جودة الطعام، مثل المظهر، والملمس، والطعم، والنكهة، والقيمة الغذائية. كما يُبطئ تجميد الطعام نمو البكتيريا التي قد تُلحق الضرر بالمستهلكين. [ 5 ]

تبخر

تُستخدم عملية التبخير لتركيز المواد الغذائية والسائلة، وزيادة محتواها من المواد الصلبة، وتغيير لونها، وتقليل محتواها من الماء. [ 6 ] وتُستخدم هذه العملية بشكل أساسي في معالجة الحليب، ومشتقات النشا، والقهوة، وعصائر الفاكهة، ومعاجين الخضراوات ومركزاتها، والتوابل، والصلصات، والسكر، والزيوت الصالحة للأكل. كما تُستخدم عملية التبخير في تجفيف الأغذية، حيث يهدف التجفيف إلى منع نمو العفن في الطعام، والذي لا ينمو إلا في وجود الرطوبة. [ 5 ] ويمكن تطبيق هذه العملية على الخضراوات والفواكه واللحوم والأسماك، على سبيل المثال. [ 5 ]

التغليف

تُستخدم تقنيات تغليف الأغذية لإطالة مدة صلاحية المنتجات، والحفاظ على استقرارها (الحفاظ على مذاقها ومظهرها وجودتها)، ولضمان نظافتها وحمايتها وجاذبيتها للمستهلك. ويمكن تحقيق ذلك، على سبيل المثال، بتغليف الأغذية في علب ومرطبانات. [ 5 ] ونظرًا لأن إنتاج الغذاء يُنتج كميات كبيرة من النفايات، فإن العديد من الشركات تتجه نحو التغليف الصديق للبيئة حفاظًا على البيئة وجذب انتباه المستهلكين المهتمين بالبيئة. وتشمل بعض أنواع التغليف الصديق للبيئة البلاستيك المصنوع من الذرة أو البطاطس، والمنتجات البلاستيكية والورقية القابلة للتحلل الحيوي، والمواد المعاد تدويرها. وعلى الرغم من أن التحول إلى التغليف الصديق للبيئة له آثار إيجابية على البيئة، فإن العديد من الشركات تجد فوائد أخرى، مثل تقليل فائض مواد التغليف، والمساعدة في جذب العملاء والاحتفاظ بهم، وإظهار اهتمام الشركات بالبيئة. [ 7 ]

الطاقة اللازمة لتصنيع الأغذية

لتعزيز استدامة عمليات تصنيع الأغذية، ثمة حاجة إلى كفاءة استخدام الطاقة واستعادة الحرارة المهدرة. ويُتيح استبدال عمليات تصنيع الأغذية التقليدية كثيفة الاستهلاك للطاقة بتقنيات جديدة، مثل الدورات الديناميكية الحرارية وعمليات التسخين غير الحرارية، إمكانية أخرى لخفض استهلاك الطاقة، وتقليل تكاليف الإنتاج، وتحسين استدامة إنتاج الغذاء. [ 8 ]

انتقال الحرارة في معالجة الأغذية

يُعدّ انتقال الحرارة عنصرًا أساسيًا في معالجة جميع المنتجات الغذائية التجارية تقريبًا، وهو ضروري للحفاظ على خصائصها الصحية والغذائية والحسية. تشمل طرق انتقال الحرارة الحثّ، والحمل الحراري، والإشعاع. [ 9 ] تُستخدم هذه الطرق لإحداث تغييرات في الخصائص الفيزيائية للأغذية عند تجميدها، أو خبزها، أو قليها، وكذلك عند تطبيق التسخين الأومي أو الأشعة تحت الحمراء عليها. تُمكّن هذه الأدوات مهندسي الأغذية من الابتكار في ابتكار وتطوير المنتجات الغذائية.

أنظمة إدارة سلامة الأغذية (FSMS)

نظام إدارة سلامة الغذاء (FSMS) هو "نهج منهجي للتحكم في مخاطر سلامة الغذاء داخل المنشأة لضمان سلامة المنتج الغذائي للاستهلاك". [ 10 ] في بعض البلدان، يُعدّ نظام إدارة سلامة الغذاء متطلبًا قانونيًا، يُلزم جميع منشآت إنتاج الأغذية باستخدامه والحفاظ عليه استنادًا إلى مبادئ تحليل المخاطر ونقاط التحكم الحرجة (HACCP). [ 10 ] نظام تحليل المخاطر ونقاط التحكم الحرجة هو نظام إدارة يُعنى بسلامة الغذاء من خلال تحليل ومراقبة المخاطر البيولوجية والكيميائية والفيزيائية في جميع مراحل سلسلة الإمداد الغذائي. [ 11 ] يحدد معيار ISO 22000 متطلبات نظام إدارة سلامة الغذاء. [ 12 ]

التقنيات الناشئة

ساهمت التقنيات التالية، التي لا تزال تتطور، في ابتكار وتطوير ممارسات هندسة الأغذية:

إنتاج البسكويت بالأتمتة

الطباعة ثلاثية الأبعاد للأغذية

الطباعة ثلاثية الأبعاد، والمعروفة أيضًا بالتصنيع الإضافي، هي عملية استخدام الملفات الرقمية لإنشاء أجسام ثلاثية الأبعاد. في صناعة الأغذية، تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد لمعالجة طبقات الطعام باستخدام أجهزة الكمبيوتر. عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بطيئة، لكنها تتحسن باستمرار بهدف خفض التكاليف وتقليل وقت المعالجة. من بين المنتجات الغذائية الناجحة التي طُبعت بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد: الشوكولاتة، والجبن، وتزيين الكيك، والديك الرومي، والبيتزا، والكرفس، وغيرها. هذه التقنية في تطور مستمر، ولديها القدرة على توفير أغذية فعالة من حيث التكلفة وموفرة للطاقة، وتتميز بالاستقرار الغذائي والسلامة والتنوع. [ 13 ]

أجهزة الاستشعار البيولوجية

يمكن استخدام أجهزة الاستشعار الحيوية لمراقبة الجودة في المختبرات وفي مختلف مراحل تصنيع الأغذية. تُعدّ تقنية أجهزة الاستشعار الحيوية إحدى الوسائل التي اعتمدها المزارعون ومصنّعو الأغذية للتكيف مع الزيادة العالمية في الطلب على الغذاء، مع الحفاظ على إنتاجهم وجودة منتجاتهم الغذائية. علاوة على ذلك، ونظرًا لتأثر ملايين الأشخاص بالأمراض المنقولة بالغذاء التي تسببها البكتيريا والفيروسات، أصبحت أجهزة الاستشعار الحيوية أداةً بالغة الأهمية لضمان سلامة الغذاء. فهي تساعد في تتبع وتحليل جودة الغذاء خلال مراحل متعددة من سلسلة التوريد: في تصنيع الأغذية، والشحن، والتسويق. كما يمكن لأجهزة الاستشعار الحيوية أن تساعد في الكشف عن الكائنات المعدلة وراثيًا، للمساعدة في تنظيم منتجاتها. ومع تطور التقنيات، مثل تقنية النانو، تتحسن جودة أجهزة الاستشعار الحيوية واستخداماتها باستمرار. [ 13 ]

بسترة الحليب بالميكروويف

عند ضبط ظروف تخزين الحليب، يميل إلى التمتع بنكهة ممتازة. مع ذلك، تُعدّ النكهة المؤكسدة مشكلة تؤثر سلبًا على طعم الحليب وسلامته. ولمنع نمو البكتيريا الممرضة وإطالة مدة صلاحية الحليب، طُوّرت عمليات البسترة. وقد دُرست عملية بسترة الحليب بالميكروويف وطُوّرت لمنع الأكسدة مقارنةً بطرق البسترة التقليدية، وخلصت الدراسات إلى أن الحليب يتمتع بجودة أفضل عند بسترته بالميكروويف. [ 13 ]

التعليم والتدريب

طلاب يعملون في مختبر علوم الأغذية

في خمسينيات القرن العشرين، برزت هندسة الأغذية كتخصص أكاديمي، [ 2 ] عندما أدرجت العديد من الجامعات الأمريكية علوم الأغذية وتكنولوجيا الأغذية في مناهجها الدراسية، وظهرت أعمال هامة في هذا المجال. [ 2 ] واليوم، تقدم المؤسسات التعليمية في جميع أنحاء العالم شهادات البكالوريوس والماجستير والدكتوراه في هندسة الأغذية. ومع ذلك، ونظرًا لطبيعة هندسة الأغذية الفريدة، غالبًا ما يُقدم التدريب فيها كفرع من برامج أوسع في علوم الأغذية، أو تكنولوجيا الأغذية، أو التكنولوجيا الحيوية، أو الهندسة الزراعية والكيميائية. [ 14 ] وفي حالات أخرى، تقدم المؤسسات تعليم هندسة الأغذية من خلال مسارات تخصصية أو تخصصات فرعية. ويتلقى طلاب هندسة الأغذية تدريبًا متعدد التخصصات في مجالات مثل الرياضيات والكيمياء والكيمياء الحيوية والفيزياء وعلم الأحياء الدقيقة والتغذية والقانون.

لا يزال مجال هندسة الأغذية يشهد نموًا وتطورًا مستمرين، وتتطور مناهجه الأكاديمية باستمرار. وتخضع برامج هندسة الأغذية المستقبلية للتغيير نظرًا للتحديات الراهنة في صناعة الأغذية، بما في ذلك الاقتصاد الحيوي، والأمن الغذائي، والنمو السكاني، وسلامة الغذاء، وتغير أنماط الاستهلاك الغذائي، والعولمة، وتغير المناخ، وتكاليف الطاقة وتغير سلسلة القيمة، وأسعار الوقود الأحفوري، والاستدامة. [ 14 ] ولمواجهة هذه التحديات، التي تتطلب تطوير منتجات وخدمات وعمليات جديدة، تُدمج البرامج الأكاديمية أساليب تدريب مبتكرة وعملية. [ 14 ] فعلى سبيل المثال، تتبنى بعض الجامعات مختبرات الابتكار، وبرامج البحث، والمشاريع المشتركة مع شركات الأغذية ومصنعي المعدات. [ 1 ] [ 14 ] إضافةً إلى ذلك، بدأت تظهر مسابقات في هندسة الأغذية ومسابقات من تخصصات علمية أخرى. [ 14 ]

مع تزايد الطلب على الغذاء الآمن والمستدام والصحي، وعلى العمليات والتغليف الصديقة للبيئة، يتوفر سوق عمل واسع لمهندسي الأغذية. يعمل مهندسو الأغذية عادةً في قطاعات صناعة الأغذية، والأوساط الأكاديمية، والهيئات الحكومية، ومراكز الأبحاث، والشركات الاستشارية، وشركات الأدوية، وشركات الرعاية الصحية، والمشاريع الريادية. [ 2 ] [ 13 ] تشمل المسميات الوظيفية، على سبيل المثال لا الحصر، مهندس أغذية، وأخصائي ميكروبيولوجيا الأغذية، والهندسة الحيوية/التكنولوجيا الحيوية، والتغذية، والتتبع، وسلامة الأغذية، وإدارة الجودة. [ 3 ]

التحديات

الاستدامة

تُخلّف هندسة الأغذية آثارًا سلبية على البيئة، مثل انبعاث كميات كبيرة من النفايات وتلوث المياه والهواء، وهو ما يجب على مهندسي الأغذية معالجته في تطوير عمليات إنتاج وتصنيع الأغذية مستقبلًا. يُجري العلماء والمهندسون تجارب بطرق مختلفة لابتكار عمليات محسّنة تُقلّل التلوث، ولكن يجب مواصلة تطوير هذه العمليات لتحقيق سلسلة إمداد غذائي مستدامة. يجب على مهندسي الأغذية إعادة تقييم الممارسات والتقنيات الحالية للتركيز على زيادة الإنتاجية والكفاءة، مع تقليل استهلاك المياه والطاقة، وخفض كمية النفايات المُنتجة. [ 5 ]

النمو السكاني

على الرغم من تزايد الإمدادات الغذائية سنويًا، إلا أن عدد الجياع في ازدياد. من المتوقع أن يصل عدد سكان العالم إلى 9-10 مليارات نسمة بحلول عام 2050، وتبقى مشكلة سوء التغذية من الأولويات. [ 5 ] ولتحقيق الأمن الغذائي، يتعين على مهندسي الغذاء معالجة ندرة الأراضي والمياه لتوفير الغذاء الكافي للنمو والسكان الذين يعانون من سوء التغذية. [ 5 ] إضافةً إلى ذلك، يعتمد إنتاج الغذاء على الأراضي والمياه، وهما موردان يتعرضان لضغوط متزايدة مع ازدياد عدد السكان. هناك ضغط متزايد على موارد الأراضي، مدفوعًا بتزايد عدد السكان، مما يؤدي إلى توسع الأراضي الزراعية؛ وهذا عادةً ما ينطوي على تدمير الغابات واستغلال الأراضي الصالحة للزراعة. [ 15 ] يواجه مهندسو الغذاء تحدي إيجاد طرق مستدامة للإنتاج تتكيف مع النمو السكاني.

صحة الإنسان

يجب على مهندسي الأغذية تكييف تقنيات وعمليات إنتاج الأغذية مع توجه المستهلكين الحديث نحو استهلاك أغذية صحية ومغذية. ولتوفير أغذية بهذه الصفات، ولصالح صحة الإنسان، يجب على مهندسي الأغذية التعاون مع متخصصين في مجالات أخرى، كالطب والكيمياء الحيوية والكيمياء وعلوم المستهلك. [ 5 ] ويجب تطوير تقنيات وممارسات جديدة لزيادة إنتاج الأغذية التي تُحسّن صحة الإنسان.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 هيلدمان، دينيس ر.؛ لوند، داريل ب. (2010)، "بداية هندسة الأغذية وحاضرها ومستقبلها: منظور" ، سلسلة هندسة الأغذية ، نيويورك، نيويورك: سبرينغر نيويورك، ص 3-18 ، doi : 10.1007/978-1-4419-7475-4_1 ، ISBN  978-1-4419-7474-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2020
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 "كتاب إلكتروني عن هندسة الأغذية EOLSS" . eolss.net . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2020 .
  3. 1 2 ساجوي، آي. سام؛ روس، يرجو هـ.؛ كوهين، إيلي (2018-06-01). "هندسة الأغذية وعلوم وتكنولوجيا الأغذية: رحلة استشرافية نحو آفاق جديدة" . علوم الأغذية المبتكرة والتقنيات الناشئة . 47 : 326-334 . doi : 10.1016/j.ifset.2018.03.001 . ISSN 1466-8564 . S2CID 102701480 .  
  4. ^ مغوال ، مورليدار (2016-11-18). مغوال، مورليدار؛ جويال ، ميج آر (محرران). الهندسة الغذائية . دوى : 10.1201/9781315366258 . رقم ISBN 9781771883696.
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 بوم، آر إم؛ جانسن، إيه إي إم (2014-01-01)، "هندسة الغذاء" ، في فان ألفين، نيل ك. (محرر)، موسوعة الزراعة وأنظمة الغذاء ، أكسفورد: أكاديميك برس، ص 154-166 ، doi : 10.1016/b978-0-444-52512-3.00060-7 ، ISBN  978-0-08-093139-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2020
  6. ↑ "التبخر في صناعة الأغذية - أداة البحث عن الكفاءة" . wiki.zero-emissions.at . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2020 .
  7. ↑ "التغليف الصديق للبيئة في صناعة الأغذية والمشروبات: أنواعه وفوائده" . هندسة النبات . 5 يونيو 2015. مؤرشف من الأصل في 29 أكتوبر 2020. تم الاطلاع عليه في 1 نوفمبر 2020 .
  8. ↑ وانغ، ليجون (2014-10-01). "تقنيات كفاءة الطاقة لمعالجة الأغذية المستدامة" . كفاءة الطاقة . 7 (5): 791-810 . Bibcode : 2014EnEff...7..791W . doi : 10.1007/s12053-014-9256-8 . ISSN 1570-6478 . S2CID 255485007 .  
  9. ↑ "مبادئ التدفئة والتبريد" . Energy.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-02-2026 .
  10. 1 2 إدارة بروملي. "سلامة الغذاء للشركات" . www.bromley.gov.uk . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 يناير 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2020 .
  11. ↑ التغذية، مركز سلامة الأغذية والتطبيقات (11 فبراير 2020). "تحليل المخاطر ونقاط التحكم الحرجة (HACCP)" . إدارة الغذاء والدواء الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 1 نوفمبر 2020 .
  12. ↑ "ISO 22000:2018" . المنظمة الدولية للتوحيد القياسي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-06-05 .
  13. 1 2 3 4 مورليدهار، ميغوال؛ غويال، ميغ راج (18 نوفمبر 2016). هندسة الأغذية: قضايا ناشئة، نمذجة وتطبيقات . أوكفيل، أونتاريو، كندا. ISBN 978-1-77188-369-6. OCLC 955601763 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  14. 1 2 3 4 5 روس، يرجو هـ.؛ فراير، بيتر ج.؛ كنور، ديتريش؛ شوخمان، هايكه ب.؛ شروين، كارين؛ شوتيزر، مارتن أ.إ.؛ تريسترام، جيل؛ وينداب، إريك ج. (2015-06-03). "هندسة الأغذية على مستويات متعددة: دراسات حالة، تحديات، ومستقبل - منظور أوروبي" . مراجعات هندسة الأغذية . 8 (2): 91-115 . doi : 10.1007/s12393-015-9125-z . ISSN 1866-7910 . S2CID 107933426 .  
  15. ↑ "لماذا يُعدّ عدد السكان عاملاً مهماً في الأمن الغذائي | أدوات" . toolkits.knowledgesuccess.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 نوفمبر 2020 .