Profesor lider de la línea de investigación:

Oscar Alvarez - Profesor Asociado
materiales avanzados - reología de medios complejos - sistemas coloidales - diseño de productos aplicados a la industria de alimentos y bebidas - diseño óptimo de emulsiones - diseño de hemosustitutos - estudio de las relaciones Producto / Proceso / Propiedad en el área de sistemas coloidales – Diseño de cerámicos porosos
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Diseño de productos aplicado a la industria de alimentos y bebidas, en conjunto con Givaudan Colombia S.A.

Las emulsiones son sistemas que se encuentran ampliamente distribuidos en productos de uso doméstico como cosméticos, elementos de cuidado personal, alimentos y bebidas, entre otros. En el campo de las bebidas se encuentran un tipo único de emulsiones, que se diferencian de otras aplicaciones por la forma diluida como se presentan en estos productos, además de ser responsables de conceder el sabor, olor y apariencia general al producto, lo cual confiere unas características especiales a estos sistemas. Para garantizar la calidad de estos productos, deben ser diseñados para cumplir con unos parámetros de estabilidad en el tiempo, los cuales son a su vez únicos de acuerdo a cada tipo específico de bebida.

El Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP) del Departamento de Ingeniería Química, con los estudiantes de Maestría en Ingeniería Química Andrea Nieto y Diego Pradilla, así como Daniel López y Juan Varela del programa de pregrado, trabaja bajo la dirección del profesor asociado Óscar Álvarez, en conjunto con Milena Franco y Dayán Garcés de Givaudan Colombia S.A., en el estudio de la estabilidad de emulsiones directas utilizadas en la preparación de refrescos. Para ello se emplea una metodología de aproximación multiescalar donde se evalúa la evolución en el tiempo de las propiedades del sistema, en donde a nivel macroscópico se estudia la reología del medio, a nivel microscópico el tamaño de partícula, así como sus relaciones. El Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP) del Departamento cuenta con los siguientes equipos de última tecnología para el desarrollo experimental de este proyecto: Reómetro de esfuerzo controlado TA Instruments ARG2®, Analizador de tamaño de partícula Malvern Mastersizer 3000®, Microscopio óptico con cámara digital MOTIC BA 300®.

Este proyecto contribuye al conocimiento del efecto de la estabilidad de este tipo de sistemas utilizando diferentes tipos de agente emulsificante. Con el conocimiento generado se busca el mejoramiento en el proceso de formulación de emulsiones empleadas en refrescos, garantizando unas propiedades fisicoquímicas requeridas así como la satisfacción del consumidor final en cuanto a las sensaciones deseadas. 

Diseño óptimo de emulsiones

Debido a la amplitud de aplicaciones de las emulsiones en el sector de alimentos, es de especial importancia entender los fenómenos que ocurren durante la fabricación de estos sistemas; con el fin de llegar a un conocimiento tal que permita diseñar un producto con las especificaciones que requiere el consumidor final. 

Para lograr lo anterior se utiliza el concepto  “diseño multi-escala” el cual es un concepto que estudia los efectos acoplados entre, primero, las variables asociadas a la formulación y composición de la emulsión; segundo, el proceso mediante el cual dicho producto fue preparado y que está relacionado principalmente con la energía incorporada (agitación y mezclado); y tercero, las propiedades que el producto exhibe. Estas propiedades pueden ser estudiadas de manera transversal a diferentes escalas: macroscópica, representada por la reología del sistema; microscópica, representada por la distribución de tamaño de partícula, y molecular descrita en este caso por el espectro de infrarrojo cercano.  Acoplando el anterior concepto con herramientas de optimización en el diseño de productos y procesos.

Objetivos del Proyecto
Establecer a partir del diseño óptimo de productos y el diseño multi-escala, las mejoras en las condiciones de formulación y procesamiento en la fabricación de emulsiones utilizadas en la industria de alimentos.

Diseñar productos en un menor tiempo, garantizando las propiedades sensoriales exigidas por el consumidor final.

Impacto
Disminución de tiempos de procesamiento.
Facilidad en la etapa de escalonamiento.
Versatilidad en la formulación del sistema.

Diseño de productos orientados a brindar alternativas en el desarrollo de agentes transportadores de oxígeno, en colaboración con la Fundación Cardioinfantil

Las emulsiones de PFC son productos que se encuentran actualmente en evaluación como sustancias transportadoras de oxígeno para su aplicación como hemosustitutos en el campo de la medicina. Entre el gran número de potenciales aplicaciones de estos sistemas se destacan la sustitución parcial de transfusiones sanguíneas, el aumento del nivel de oxígeno durante procedimientos quirúrgicos o el tratamiento de algunas enfermedades.

El Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP) del Departamento de Ingeniería Química, en colaboración con el Grupo de Ingeniería Biomédica (GIB) de la Universidad de los Andes, trabaja bajo la dirección de los profesores Óscar Álvarez, Camila Castro y el profesor Juan Carlos Briceño del Departamento de Ingeniería Biomédica, en la caracterización de las estructuras presentes en emulsiones de PFC, así como el estudio de su influencia en la estabilidad y propiedades fisicoquímicas. Para ello se utiliza una aproximación multiescalar donde se estudia a nivel microscópico la distribución del tamaño de gota en la emulsión y a nivel macroscópico la reología del sistema. Este proyecto, que se realiza en conjunto con la Fundación Cardioinfantil, cuenta con la participación de la estudiante del programa de Maestría en Ingeniería Química Diana Vásquez y actualmente con 4 estudiantes del programa de pregrado.

Para el desarrollo experimental de este proyecto contamos con los siguientes equipos de última tecnología: Reómetro de esfuerzo controlado TA Instruments ARG2®, Analizador de tamaño de partícula Malvern Mastersizer 3000®, Microscopio óptico con cámara digital MOTIC BA 300®, Espectrofotómetro de infrarrojo cercano FOSS SmartProbe 5000®, Microfluidizador Microfluidics MY-110®, Agitador SilentCrusher M Heildoph®, Osmómetro de presión coloido-osmótica Wescor 4420®, Osmómetro Fiske One-Ten®, Equipo de difracción dinámica de luz Zetasizer Nano series®.


El objetivo principal del proyecto es profundizar en el conocimiento acerca de las características estructurales que presentan este tipo de materiales, sus propiedades y cómo los mecanismos de desestabilización influyen en la estabilidad en el tiempo de este tipo de sistemas. El conocimiento generado a partir de este proyecto de investigación se espera que sirva como guía en el diseño de emulsiones de PFC's para su uso como hemosustitutos. 

Estudio de las relaciones Producto-Proceso-Propiedad en el área de emulsiones

Los coloides son un tipo de sistemas que se encuentran ampliamente distribuidos en una gran variedad de productos y procesos, tanto en contextos deseables como indeseables. Las emulsiones son un tipo especial de sistemas coloidales en los cuales una fase líquida se encuentra dispersa formando pequeñas gotas en otra fase líquida continua, siendo ambas fases de composición diferente. Se encuentran ampliamente distribuidos en una gran variedad de productos, incluyendo productos de uso doméstico, cosméticos, elementos de cuidado personal, alimentos y bebidas, medicamentos, insecticidas y herbicidas, pinturas, materiales aislantes, sistemas especiales para aplicaciones en medicina y biología, y que cuentan además con una infinidad de aplicaciones en otros sectores industriales como la industria petrolera y minera, industria del papel, procesos de remediación ambiental y tratamiento de agua, procesos de fabricación de materiales poliméricos y cerámicos, entre otros, tanto en sistemas donde se busca que exista la emulsión como en sistemas donde ésta resulta indeseable y se busca su desestabilización. Para diseñar estos sistemas y asegurarse que tengan las propiedades especiales necesarias para satisfacer al consumidor de un producto o las características requeridas por el proceso en que intervengan, así como para hacer más rentable el proceso donde se presentan, es necesario comprender cómo diferentes variables de proceso y de formulación influyen en sus propiedades.

El Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP) del Departamento de Ingeniería Química, con la colaboración de los estudiantes del programa de Maestría en Ingeniería Química Andrea Nieto, Natalia Murcia y Diego Pradilla, así como estudiantes de pregrado del Departamento y bajo la dirección del profesor asociado Óscar Álvarez, trabajan en el estudio de las relaciones Producto-Proceso-Propiedad en emulsiones, evaluando la influencia e interacción existente entre las variables estudiadas. A nivel de Producto se considera la composición (formulación) del sistema, a nivel de Proceso el tipo de sistema de agitación empleado y el consumo energético, mientras que a nivel de Propiedad se emplea una aproximación multiescalar donde a nivel macroscópico se determina la reología del sistema, mientras que a nivel microscópico el tamaño de partícula de la fase dispersa en la emulsión. El Departamento cuenta con los siguientes equipos de última tecnología para el desarrollo experimental de este proyecto: Reómetro de esfuerzo controlado TA Instruments ARG2®, Analizador de tamaño de partícula Malvern Mastersizer 3000®, Microscopio óptico con cámara digital MOTIC BA 300®, Espectrofotómetro de infrarrojo cercano FOSS SmartProbe 5000®, Agitadores Lightnin L1U10F.


La meta del trabajo del profesor Álvarez y su grupo es aplicar el conocimiento generado a partir de este estudio hacia el diseño de productos con características especiales en el área de emulsiones. Su investigación involucra varios aspectos de estos sistemas, incluyendo el diseño y mejoramiento de la formulación del producto, la estandarización del proceso de emulsificación de las fases y la disminución del consumo energético requerido durante el proceso, encontrando aplicaciones en un amplio rango de industrias.