식품공학
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1. 개요
식품공학은 식품의 품질, 안전성, 맛, 건강 및 지속 가능성을 향상시키는 데 중점을 둔 학문 분야이다. 전통적으로 식품의 안정화, 살균, 부패 방지, 영양소 보존에 초점을 맞추었으나, 전쟁과 우주 임무를 통해 기술이 발전했다. 관련 학문으로는 영양학, 미생물학, 식품화학 등이 있으며, 식품산업관리학도 포함된다. 식품공학은 냉장 및 냉동, 증발, 포장, 에너지 효율, 열 전달, 식품 안전 관리 시스템(FSMS) 등 다양한 응용 분야를 가지며, 3D 식품 프린팅, 바이오센서, 마이크로파 우유 살균과 같은 최신 기술이 개발되고 있다. 식품공학은 지속가능성, 인구 증가, 인류 건강과 같은 당면 과제를 해결해야 하며, 학문적 교육과 실무 경험을 통해 전문 인력을 양성하고 있다.
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| 식품공학 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 분야 | 응용 공학 |
| 하위 분야 | 식품 가공 식품 포장 식품 안전 품질 관리 |
| 개요 | |
| 설명 | 식품 생산, 가공, 포장, 보관 및 유통과 관련된 공학적 원리와 기술을 적용하는 학문 |
| 관련 분야 | 화학 공학 농업 공학 기계 공학 식품 과학 미생물학 |
| 역사 | |
| 기원 | 19세기 후반, 식품 가공 산업의 발전과 함께 시작 |
| 주요 발전 | 식품 보존 기술 (살균, 냉동, 건조 등) 개발 대량 생산 시스템 구축 식품 안전 및 품질 관리 시스템 도입 |
| 주요 연구 분야 | |
| 식품 가공 | 식품의 물리적, 화학적, 생물학적 특성 변화를 다루는 공정 연구 |
| 식품 포장 | 식품의 보존 기간 연장, 품질 유지, 안전성 확보를 위한 포장 기술 개발 |
| 식품 안전 | 식품 오염 방지, 유해 물질 제거, 위생적인 생산 환경 구축 |
| 식품 품질 관리 | 식품의 영양, 맛, 향, 조직감 등 품질 특성 유지 및 향상 |
| 응용 분야 | |
| 식품 산업 | 식품 제조 음료 제조 유제품 가공 육가공 제과 제빵 |
| 기타 산업 | 농업 제약 화장품 |
| 주요 기술 | |
| 단위 조작 | 혼합 분리 열처리 냉각 건조 농축 |
| 공정 제어 | 자동화 시스템, 센서, 데이터 분석 등을 이용한 식품 생산 공정 최적화 |
| 포장 기술 | 무균 포장 진공 포장 가스 치환 포장 활성 포장 |
| 미래 전망 | |
| 기술 발전 | 스마트 팩토리 도입 3D 프린팅 식품 제조 지속 가능한 식품 생산 시스템 구축 대체 단백질 개발 |
| 사회적 요구 | 고령화 사회를 위한 맞춤형 식품 개발 건강 기능성 식품 개발 친환경 식품 생산 및 포장 기술 개발 |
| 교육 및 연구 기관 | |
| 대학 | 관련 학과 개설 대학 (예: 식품공학과, 식품생명공학과) |
| 연구소 | 정부 출연 연구소 (예: 한국식품연구원) 기업 부설 연구소 |
| 관련 자격증 | |
| 종류 | 식품기사 식품산업기사 위생사 |
2. 역사
식품공학은 비교적 최근에 발전하고 있는 학문 분야이지만, 오랫동안 확립된 개념과 활동을 기반으로 한다.[1] 식품공학의 전통적인 초점은 식품의 안정화 및 살균, 부패 방지, 식품의 영양소를 장기간 보존하는 것이었다.[5] 보다 구체적인 전통적 활동에는 식품 건조 및 농축, 보호 포장, 통조림 및 동결 건조가 포함된다. 식품 기술의 발전은 우주 임무를 포함한 전쟁과 장거리 항해에 의해 큰 영향을 받았고, 오래 지속되고 영양가 있는 식품이 생존에 필수적이었다.[2] 다른 고대 활동에는 제분, 저장 및 발효 과정이 포함된다.[2] 여러 전통적인 활동이 여전히 관심을 끌고 있으며 오늘날의 기술과 혁신의 기초를 형성하고 있지만, 최근 식품공학의 초점은 식품 품질, 안전, 맛, 건강 및 지속 가능성으로 옮겨졌다.[2][5]
식품공학은 식품의 성분, 에너지와의 상호작용을 이해하기 위해 여러 학문 분야와 관련이 있다. 영양학, 미생물학, 분석화학, 기기분석학, 식품화학, 식품위생학, 식품가공학, 식품저장학, 생화학, 기능성 식품학 등의 지식이 필요하다.[1]
3. 관련 학문
기초 분야는 식품과학, 생화학, 물리화학, 화학공학 등이다.
인접 분야는 양조공학, 열전달공학, 발효공학, 농업공학, 냉동공학, 유업공학, 영양학, 조리학, 위생학, 미생물학 등이다.
3. 1. 식품산업관리학
식품산업관리학(Food Industry Management영어)은 식품을 제품으로 보면서 식재료의 재배, 가공, 유통의 전 과정뿐만 아니라 식품과 관련된 환경, 자원, 지역 문제 등 우리 먹거리에 대한 전반적인 내용을 다루는 학과이다.[1]
4. 응용 및 실무
식품공학은 안전하고 건강하며 맛있는 지속 가능한 식품 시스템을 만들기 위해 여러 기술을 활용한다. 식품 제조 과정에서 건조, 살균, 유동, 혼합, 냉각 등 더 이상 세분화할 수 없는 작업의 최소 단위를 기술 단위라고 부르며, 식품공학은 이러한 기술 단위 및 그 연결의 효율을 높이는 것을 목표로 한다. 식품은 고온이나 장시간 처리에 의해 성분이 변하여 영양과 맛을 손상시킬 수 있으므로, 식품 원료가 가진 품질을 유지하면서 포장, 보존, 유통하는 것이 중요하다. 1951년 미국식품기술자협회는 대학의 식품과학 계열 학과 이수 과목에 식품공학을 포함할 것을 권고했고, 이후 미국의 공립 대학 식품과학 계열 학과에서는 필수 과목으로 정착되었다.
4. 1. 냉장 및 냉동
식품 냉장 및 냉동은 식품 재료의 품질과 안전성을 보존하는 것이 주된 목적이다. 냉장 및 냉동은 부패하기 쉬운 식품을 보존하고, 시각적 외관, 질감, 맛, 풍미 및 영양 성분과 같은 식품의 품질 요소를 보존하는 데 기여한다. 식품 냉동은 잠재적으로 소비자에게 해를 끼칠 수 있는 박테리아의 성장을 늦춘다.[5]
4. 2. 증발
증발은 식품 및 액체 제품의 사전 농축, 고형분 함량 증가, 색상 변화, 수분 함량 감소에 사용된다.[6] 이 공정은 주로 우유, 전분 유도체, 커피, 과일 주스, 채소 페이스트 및 농축액, 조미료, 소스, 설탕, 식용유 가공에서 볼 수 있다. 증발은 식품 탈수 공정에도 사용된다. 탈수의 목적은 식품에 곰팡이가 생기는 것을 방지하는 것이며, 이는 수분이 있을 때만 생긴다.[5] 이 공정은 예를 들어 채소, 과일, 육류, 생선에 적용될 수 있다.[5]4. 3. 포장
식품 포장 기술은 제품의 유통기한을 연장하고, 식품을 안정화(맛, 외관 및 품질 보존)하며, 식품을 깨끗하고 보호하며, 소비자의 시각적인 만족도를 유지하는 데 사용된다. 예를 들어 식품을 캔과 병에 포장함으로써 이를 달성할 수 있다.[5] 많은 회사들이 환경을 보존하고 환경 의식이 있는 소비자의 관심을 끌기 위해 친환경 포장으로 전환하고 있는데, 이는 식품 생산이 많은 양의 폐기물을 생성하기 때문이다. 일부 친환경 포장재 유형에는 옥수수나 감자로 만든 플라스틱, 생분해성 플라스틱 및 종이 제품 (분해), 재활용 내용물이 포함된다. 친환경 포장으로의 전환은 환경에 긍정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라, 과도한 포장재를 줄이고, 고객 유치 및 유지에 도움을 주며, 회사가 환경을 생각한다는 것을 보여주는 등 다른 이점도 제공한다.[7]4. 4. 식품 가공 에너지
식품 가공의 지속 가능성을 높이기 위해서는 에너지 효율과 폐열 회수가 필요하다. 기존의 에너지 집약적인 식품 가공 공정을 열역학적 사이클 및 비열 가열 공정과 같은 신기술로 대체하면 에너지 소비를 줄이고, 생산 비용을 절감하며, 식품 생산의 지속 가능성을 개선할 수 있는 또 다른 잠재력을 제공한다.4. 5. 식품 가공 열전달
열 전달은 거의 모든 상업화된 식품의 가공 과정에서 중요하며, 식품의 위생적, 영양적, 감각적 품질을 보존하는 데에도 중요하다. 열 전달 방법에는 전도, 대류, 복사가 있다. 이러한 방법들은 식품을 냉동, 베이킹, 튀김할 때, 그리고 오믹 가열이나 적외선 복사를 식품에 적용할 때 식품의 물리적 특성에 변화를 주기 위해 사용된다. 이러한 도구들을 통해 식품 공학자들은 식품 제품의 개발과 변형에 있어 혁신을 이룰 수 있다.4. 6. 식품 안전 관리 시스템 (FSMS)
식품 안전 관리 시스템(FSMS)은 "식품을 섭취하기에 안전하도록 하기 위해 사업체 내에서 식품 안전 위험을 관리하는 체계적인 접근 방식"이다.[9] 일부 국가에서는 FSMS가 법적 요구 사항이며, 모든 식품 생산 사업체는 HACCP 원칙에 따라 FSMS를 사용하고 유지해야 한다.[9] HACCP는 식품 공급망의 모든 단계에서 생물학적, 화학적 및 물리적 위험을 분석하고 관리하여 식품 안전을 다루는 관리 시스템이다.[10] ISO 22000 표준은 FSMS에 대한 요구 사항을 명시한다.[11]5. 최신 기술
식품공학은 지속적으로 발전하며, 새로운 기술들이 식품 생산 및 가공에 혁신을 가져오고 있다.
5. 1. 3D 식품 프린팅
3D 프린팅은 디지털 파일을 사용하여 3차원 물체를 만드는 공정이다. 식품공학에서 식품의 3D 프린팅은 컴퓨터 장비를 사용하여 식품 층을 가공하는 데 사용된다. 3D 프린팅 과정은 느리지만, 비용과 처리 시간을 줄이는 것을 목표로 시간이 지남에 따라 개선되고 있다. 3D 기술을 통해 성공적으로 인쇄된 식품 품목으로는 초콜릿, 치즈, 케이크 프로스팅, 칠면조, 피자, 샐러리 등이 있다. 이 기술은 지속적으로 개선되고 있으며, 영양 안정성, 안전성 및 다양성을 충족하는 비용 효율적이고 에너지 효율적인 식품을 제공할 가능성이 있다.[1]5. 2. 바이오센서
바이오센서는 실험실과 식품 가공의 다양한 단계에서 품질 관리에 사용될 수 있다. 바이오센서 기술은 농부와 식품 가공업자들이 전 세계적인 식량 수요 증가에 적응하여 식품 생산량과 품질을 높게 유지하는 한 가지 방법이다. 또한, 수백만 명의 사람들이 박테리아와 바이러스에 의해 발생되는 식중독의 영향을 받기 때문에 바이오센서는 식품의 안전을 보장하는 중요한 도구가 되고 있다. 바이오센서는 식품 가공, 운송 및 상업화 등 공급망의 여러 단계에서 식품 품질을 추적하고 분석하는 데 도움을 준다. 유전자 변형 생물체(GMO)를 감지하여 GMO 제품을 규제하는 데에도 도움을 줄 수 있다. 나노 기술과 같은 기술의 발전으로 바이오센서의 품질과 사용법이 끊임없이 개선되고 있다.5. 3. 마이크로파 우유 살균
우유는 보관 조건을 잘 관리하면 매우 좋은 풍미를 유지하는 경향이 있다. 하지만 산화취는 우유의 맛과 안전에 부정적인 영향을 미치는 문제이다. 병원성 세균의 증식을 막고 우유의 유통기한을 연장하기 위해 살균 공정이 개발되었다. 마이크로파 살균 우유는 기존의 살균 방식에 비해 산화를 방지하는 효과를 연구, 개발해 왔으며, 마이크로파 살균 우유가 품질이 더 우수하다는 결론이 나왔다.[12]6. 교육 및 훈련
1950년대에 식품공학은 학문 분야로 등장했으며,[2] 여러 미국의 대학들이 식품 과학 및 식품 기술을 커리큘럼에 포함시키면서 식품 공학에 관한 중요한 연구들이 나타났다.[2] 오늘날, 전 세계 교육 기관에서 식품 공학 학사, 석사 및 박사 학위를 제공한다. 그러나 식품 공학의 고유한 특성으로 인해, 교육은 식품 과학, 식품 기술, 생명 공학, 또는 농업 및 화학 공학에 대한 보다 광범위한 프로그램의 분과로 제공되는 경우가 더 많다.[13] 다른 경우에는, 기관에서 집중 과정, 전공 또는 부전공을 통해 식품 공학 교육을 제공한다. 식품 공학 후보자는 수학, 화학, 생화학, 물리학, 미생물학, 영양학 및 법률과 같은 분야에서 다학제적인 교육을 받는다.
식품 공학은 여전히 연구 분야로 성장하고 발전하고 있으며, 학문적 커리큘럼도 계속 진화하고 있다. 미래의 식품 공학 프로그램은 바이오 경제, 식량 안보, 인구 증가, 식품 안전, 변화하는 식습관, 세계화, 기후 변화, 에너지 비용 및 가치 사슬 변화, 화석 연료 가격, 지속 가능성을 포함하여 식품 산업의 현재 과제로 인해 변경될 수 있다.[13] 이러한 과제에 대처하기 위해, 새로운 제품, 서비스 및 프로세스의 개발이 필요한데, 학문적 프로그램은 혁신적이고 실용적인 형태의 교육을 통합하고 있다.[13] 예를 들어, 혁신 연구소, 연구 프로그램, 식품 회사 및 장비 제조업체와의 프로젝트가 일부 대학에서 채택되고 있다.[1][13] 또한, 식품 공학 경진대회와 다른 과학 분야의 경진대회가 등장하고 있다.[13]
미국식품기술자협회는 1951년에 대학의 식품과학 계열 학과의 이수 과목에 식품공학을 포함할 것을 권고했다. 그 이후 미국의 공립 대학의 식품과학 계열 학과에서는 식품공학이 필수 과목으로 정착되었다.
7. 당면 과제
식품공학은 지속가능성, 인구 증가, 인류 건강 등 다양한 과제에 직면해 있다. 식품 공학은 대량의 폐기물 배출, 수질 및 대기 오염과 같이 환경에 부정적인 영향을 미친다. 2050년까지 세계 인구가 90억에서 100억 명에 달할 것으로 예상됨에 따라 식량 안보 문제가 중요해지고 있으며, 영양실조 문제를 해결해야 한다.[5] 또한, 건강하고 영양가 있는 식품에 대한 소비자 요구에 맞춰 식품 기술을 발전시켜야 한다.[5]
7. 1. 지속가능성
식품 공학은 대량의 폐기물 배출, 수질 및 대기 오염과 같이 환경에 부정적인 영향을 미치는데, 이는 식품 생산 및 가공 과정에서 식품 공학자들이 해결해야 할 과제이다. 과학자들과 엔지니어들은 오염을 줄이는 개선된 공정을 개발하기 위해 다양한 방식으로 실험하고 있지만, 지속 가능한 식량 공급망을 달성하기 위해서는 이러한 노력을 지속적으로 개선해야 한다. 식품 공학자들은 현재의 관행과 기술을 재평가하여 물과 에너지 소비를 줄이고 폐기물 발생량을 줄이면서 생산성과 효율성을 높이는 데 집중해야 한다.[5]7. 2. 인구 증가
세계 인구는 2050년까지 90억에서 100억 명에 달할 것으로 예상되며 영양실조 문제는 여전히 우선적으로 해결해야 할 과제로 남아있다.[5] 식량 안보를 달성하기 위해, 식품공학자들은 토지 및 물 부족 문제를 해결하여 영양실조 인구를 위한 충분한 식량 생산과 공급을 해야한다.[5] 식량 생산은 인구 증가에 따라 압박을 받는 토지 및 물 공급에 달려있다. 증가하는 인구에 의해 토지 자원에 대한 압박이 커지면서 경작지가 확대되고 있으며, 이는 대개 산림 파괴와 경작 가능한 토지 개발을 수반한다.[14] 식품공학자들은 증가하는 인구에 적응하기 위해 지속 가능한 생산 방식을 찾아야 하는 과제에 직면해 있다.7. 3. 인류 건강
식품 공학자는 건강하고 영양가 있는 식품 소비에 대한 최근의 소비자 트렌드에 맞춰 식품 기술과 운영을 조정해야 한다. 이러한 품질의 식품을 공급하고 인류 건강에 기여하기 위해 식품 공학자는 의학, 생화학, 화학, 소비 심리학 등 다른 분야의 전문가와 협력해야 한다.[5] 인류 건강에 긍정적인 영향을 미치는 식품 생산을 늘리기 위해 새로운 기술과 실천 방법이 개발되어야 한다.참조
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