교육, 이민

전공소개 - 식품공학 (food engineering)

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식품공학(food engineering)이란 식품가공 등에 사용되는 물리적, 기계적 조작의 원리와 장치에 관한 지식을 다루는 분야이다. 이외에도 계기측정, 공정 제어, 공장 배치 및 설계 등에 대해서도 다룬다. 


또한 제조공정 조건에 따라 수율과 품질이 달라지므로 원료와 제품의 화학적, 물리적 성질을 이해하고 가공 또는 저장 중에 일어나는 변화와 원리에 관한 지식을 연구한다. 


따라서 수학(mathematics), 물리(physics), 이동현상, 열역학(thermodynamics), 반응속도론(reaction kinetics) 등의 원리와 물리적 및 기계적 조작의 원리와 장치에 관한 지식을 기본으로 한다. 


즉 식품공학이란, 식품산업에서 필요로 하는 공학적인 지식을 중점적으로 다루는 분야이다.

미국에서는 화학공학자들에 의해 식품공학의 연구가 시작되어 주로 화학공학과 관련된 이론이 식품산업에 도입되었다. 


이에 따라 식품공학의 초기에는 주로 대학의 화학공학과, 농업기계학과 등에서 강의를 개설하였다. 그러나 생물자원의 종류 및 특성이 다양하고 전문적인 기술과 연구가 필요하게 되어 식품과학 관련 학과가 생기게 되었다. 

이후 식품과학 관련 학과에서는 가공기술과 공학적인 문제를 다루는 식품공학을 개설하게 되었다.


주요 과목들은 식품의 제조공정, 불질수지와 에너지수지, 유체흐름, 물질전달과 열전달, 식품반응속도론 등이 있다.  


식품의 제조공정 중에는 여과, 분리, 건조, 농축, 추출, 증류 등의 과정이 있다. 여과를 하게 되면 많은 저항을 받기 때문에 액이 흐를 수 있게 하는 구동력이 필요하다. 


구동력을 얻는 방법에는 중력여과, 가압여과, 원심여과 등이 있다. 또한 압력변화를 일정하게 유지하는 방법인 정압여과법과 여과속도를 일정하게 유지하는 방법인 정용여과법이 있다.


물질수지(material balance)란 질량보존의 법칙(mass conservation law)을 공정과 장치 등의 흐르는 물질에 적용시키는 것을 말한다. 


즉 시스템에 들어가는 물질의 양은 시스템에서 나오는 물질의 양과 시스템에 남아 있는 물질의 양의 합과 같아야 한다.


에너지수지(energy balance)란 물질수지와 같은 원리로 시스템에 들어오는 에너지양은 시스템에서 나가는 에너지양과 남아 있는 에너지양의 합이 같아야 한다.


유체흐름에서 유체(fluid)란 압력을 작용시켜도 분해되지 않고 흐르는 물질을 말한다. 식품산업에서 이용되는 유체는 공기, 질소 등의 가스와 모든 종류의 액체 및 고체가 포함되며 물, 우유, 시럽, 식용유, 술, 마요네즈 등이 이러한 유체에 속한다. 


대부분의 식품 원료나 생산된 제품은 유체 상태인 경우가 많기 때문에 유체의 흐름에 대하여 이해하는 것이 중요하다. 


예를 들어 통조림 내부에서의 식품의 흐름, 교반기, 반죽기, 압출 성형기, 증류기, 여과기, 농축기 등의 내부에서 일어나는 유체의 이동현상은 매우 다르게 나타나 여러 가지 변수들이 서로 복잡하게 작용한다.


물질전달은 농도 기울기가 있는 유체 시스템에서 물질의 이동을 공학적으로 다루는 분야이다. 한외여과나 역삼투 등의 현상도 물질전달에 속한다. 열(heat)은 한 물체에서 다른 물체로 온도가 이동하는 에너지의 형태라고 할 수 있다. 열처리공정은 거의 모든 가공식품의 물리, 화학적인 성질을 변화시키거나 저장성을 향상시키기 위하여 이용된다.


또한 녹말의 호화, 단백질의 응고, 미생물의 살균, 식품의 증류, 농축, 건조 등의 공정 역시 열처리와 직접적인 관련이 있다


식품 반응속도론에서 식품의 원료는 여러 공정을 거치면서 최종적인 제품이 될 때까지 여러 가지의 반응이 일어난다. 


이 반응들에 의해 최종 제품의 품질이 결정되는데, 원하는 품질 수준에 도달할 수 있도록 이러한 반응들이 제어되어야 한다. 


식품가공 중에는 화학적 변화 이외에도 물리적, 생물학적 변화도 일어나기 때문에 변화의 시작과 속도를 이해하여야 한다.

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