식품 과학은 식품 안전과 보안을 유지하기 위한 목적으로 여러 과학 분야를 통합한다. 식품과학의 역사를 통틀어, 식품과학 내의 분석 방법은 더 넓은 범위의 식품 유형뿐만 아니라 신흥 기술을 구현해 왔으며, 많은 유망한 후보들이 혁신적인 연구의 선두에 서고 있다.
식품산업에 과학을 접목
빠르게 증가하는 세계 인구와 함께, 전 세계의 현재와 미래 세대는 많은 도전에 직면해 있다. 특히, 세계 식량 안보는 환경 문제뿐만 아니라 많은 사회 경제적 문제와 연관되어 있기 때문에 전례 없는 문제를 대표한다. 식량 안보를 해결하기 위해서는 과학적 진보와 혁신에 의존하는 해결책이 필요하다. 이처럼 식량 안보, 인간의 건강, 경제적 번영의 중요성으로 인해 식량 생산과 소비의 과학적 원리에 대한 연구가 탄력을 받고 있다. 이에 식품과학은 학제 간 관심분야로 부상했다. 식품과학은 포터 노먼이 정의한 "식품의 물리적, 화학적, 생화학적 특성과 식품 가공의 원리를 연구하기 위한 기초과학의 응용"을 의미한다. 식품과학은 화학, 생화학, 영양학, 미생물학, 공학에서 파생된 원리와 분석 방법을 포함하여 식품 시스템의 다양한 측면과 관련된 과학적 근거를 제공한다. 식품과학의 기초는 단백질, 탄수화물, 지방, 물과 같은 식품 성분의 기본적인 화학 작용과 가공 및 저장 과정에서 발생하는 반응에 의존한다. 이러한 이해는 건조, 동결 또는 저온 살균을 포함한 가공 및 보존 방법 개선에 적용된다.
식품과학의 현황
식품과학은 주로 과학적 원리와 신기술의 사용을 통해 높은 품질과 경쟁력 있는 제품을 보장하기 위해 사용되어 왔다. 이와 같이 식품 안전을 유지하고 분석 기술을 개선하는 것은 국가 국제 수준에서 많은 규제 기관의 중심 임무였다. 차례로, 이러한 기관들은 식품 과학 내에서 다른 측면을 통합함으로써 현재의 안전 규정을 개선하고 새로운 방법을 개발하기 위해 과학적 연구에 의존한다. 예를 들어, 식품 과학에서 식품 화학은 식품의 모든 생물학적 및 비 생물학적 구성 요소의 화학적 과정과 상호 작용에 대한 연구이다. 이러한 과정은 화학적 속성이 생산, 보존 또는 분해를 포함한 식품 제조 과정에 어떻게 기여하는지 이해하는 데 필수적이다. 1884년 이래로, 공식 농업 화학자 협회(AOAC)는 식품 성분 분석을 위한 다양한 방법을 개발하여 신뢰할 수 있는 식품 연구의 원천이 되었다. 이러한 방법은 다양한 식품 유형 내에서 구성 요소의 정확한 구성을 분해, 식별 및 정량화하기 위해 주로 화학과 관련된 다양한 기술에 의존한다.
식이섬유가 예시하는 식품 분석 절차
1960년대 이후로 식품 분석의 분석 기술은 고전적인 '습식' 화학을 사용하는 것에서 더 복잡한 도구 기술로 전환되었다. 연구들은 또한 1953년에 처음 정의된 식이섬유를 포함한 식품 성분들의 증가를 확인했다. 식이섬유는 2018년 영국 영양소 재단에서 "인간의 소화효소에 의해 분해되지 않는 식물 성분"으로 확인되었으며, 일반적으로 과일, 채소, 곡물 내에서 고농도로 발견되는 비 녹말 다당류, 셀룰로오스 또는 베타-글루칸으로 구성되어 있다. 식이섬유를 더 많이 섭취하면 생리적으로 이점이 있고 관상동맥 심장질환은 물론 당뇨병과 같은 질병의 부작용을 개선하는 것으로 인정되며 다른 영양소의 흡수도 개선할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 1985년에 처음 개발된 음식에서 식이섬유를 정량화하는 고전적인 방법(방법 AOAC 985.29)은 식이섬유를 분석하기 위한 기준 기술로 이 방법을 확립한 Leon Prosky에 의해 설계되었다. 이른바 '프로스키법'은 열안정성 세균α-아밀라아제, 프로테아제, 아밀로 글루코 시드 가수분해효소를 이용해 시료의 녹말뿐만 아니라 지방을 제거하고 단백질 함량을 낮추는 데 의존해 소화 과정을 시뮬레이션한다. 그러나, 이 방법은 기존의 식이섬유 성분의 전체 범위를 고려하지 않기 때문에 몇 가지 결함을 가지고 있었다. Proksy 방법의 단점을 해결하기 위해 McClearary 방법으로 발전했는데, 이는 2009년에 설계되었으며 고전적인 방법에 의해 무시된 식이 섬유의 첨가 성분을 고려한다. 프로스키 방법과 유사하게, AOAC 2009.01 또한 가스 크로마토그래피를 통해 식품 샘플의 총 식이 섬유 함량을 얻기 전에 소화 효소의 사용을 고려한다. 이러한 절차를 개선함으로써 얻을 수 있는 이점은 브런트와 샌더스의 2013년 연구에서 추가로 문서화되었다. 그는 빵과 다른 고 녹말 식품의 섬유질 함량을 정량화하는 데 가장 효율적인 방법을 결정하려고 시도했다. 가수분해의 또 다른 단계를 추가함으로써, 연구원들은 훨씬 더 정확한 양의 섬유질을 얻을 수 있었다. 최근 연구에서도 식이보충제부터 의약품까지 다양한 기능적 원인에 사용될 수 있는 인공 식이섬유를 개발할 수 있었다. 따라서, 식이섬유는 인간의 건강과 복지에 도움이 될 수 있는 가능성으로 인해 빠르게 추가 연구의 유망한 후보가 되고 있지만, 또한 분석 기술을 향상할 수 있는 독특한 기회를 제공한다.
식품 과학의 미래 방향
식품과학은 일반적으로 현재 생산되는 식품의 효과를 고려하지만, 미래에는 아직 일반적으로 채택되지 않은 더 넓은 범위의 식품도 포함될 수 있다. 브라질 연구자 앙겔로 파기 마토스가 2017년 논문에서 식생활의 질을 향상하고 장기적인 식량 안보에 기여하기 위해 가정한 미세조류의 사용이 그렇다. 마토스는 보다 효율적인 광합성 속도, 더 높은 성장 속도, 더 짧은 수확 주기, 덜 이상적인 조건에서 자라는 능력, 그리고 생물 연료, 동물 사료, 또는 생물 정제소에도 사용될 가능성을 포함한 육지 식물과 비교하여 미세조류의 장점을 강조했다. 이러한 이점은 식품 산업 내에서 미세조류의 광범위한 사용을 정당화할 수 있으며, 잠재적으로 미세조류를 장기적인 식품 보안을 개발하고 소모성 식품 품목의 범위를 넓히는 유망한 연구 후보로 만들 수 있다. 미래를 내다보면, 식품 과학은 시민 과학의 사용을 포함하여 식품 과학의 영역에 아직 포함되지 않은 다른 학문들의 통합으로부터 이익을 얻을 수도 있다. 이러한 진전은 미래에, 식품 과학은 또한 제조뿐만 아니라 가공에서 식품 안전과 품질을 향상하기 위해 나노 기술을 점점 더 자주 사용하는 것으로 증명된 새로운 기술을 구현함으로써 더욱 향상될 수 있다. 분석 방법의 개선과 신기술뿐만 아니라 대규모 데이터의 통합은 식품 과학의 지속적인 발전에 기여할 것이며, 궁극적으로 빠르게 진화하는 세계에서 식품 안보의 전망을 개선할 것이다.
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