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Proyectos de Investigación

 
Las actividades de investigación del Instituto están relacionadas con tareas académicas (tesis de maestría y doctorado), proyectos de investigación y asesorías a gobierno y empresas.
 
- Proyectos en proceso:
 
Proyecto "Modelo de plataforma para el aprovechamiento integral, adición de valor y competitividad de frutales  comerciales de la zona andina".
Este proyecto busca, a través de la investigación y la transferencia tecnológica a los pequeños agricultores de frutales andinos mediante la generación de modelos para los eslabones de la producción, cosecha, poscosecha y comercialización que le garanticen mantener una producción estable y con la calidad requerida por los distintos mercados. Otra línea de acción tendrá como propósito el aprovechamiento integral de los frutas  de segundas y terceras con diferentes niveles de tecnología, que combine intervenciones desde la ingeniería de procesos con estudios de inteligencia competitiva y prospectiva para así diversificar el portafolio de productos que pueden ofrecer empresas de las diferentes regiones involucradas.
  

- Proyectos concluidos recientemente

- Asesoría a Empresas

“ESTUDIO DE ALTERNATIVAS INNOVADORAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BARRAS DE FRUTAS”. Se trata de un proyecto ganador de una convocatoria de Colciencias, por un valor total de $621.800.000 de pesos, el cual se ejecutó entre el 2012 y 2013, el objetivo fue desarrollar una nueva línea de producción de barras, o láminas de fruta natural para la empresa Frugy, con el propósito principal de atender a sus clientes internacionales con productos con un alto contenido en pulpa de fruta, acondicionadas solamente con otros productos naturales, utilizando procesos de transformación que combinan los métodos tradicionales de fabricación con operaciones poco extendidas en la producción de este tipo de alimentos como la liofilización, el secado con radiación infrarroja, la extrusión y la encapsulación de aromas, sabores y nutrientes.

“INNOVACIÓN TECNOLÓGICA DE PROCESO Y PRODUCTO EN INDUSTRIAS ALIMENTICIAS LA GLORIA”

Este proyecto tuvo como objetivo principal la innovación de producto y proceso por parte de investigadores Universidad Nacional de Colombia del Instituto de Biotecnología y Agroindustria de la sede Manizales-IBA- y del Departamento de Química, Facultad de Ciencias-sede Bogotá para la empresa Industrias Alimenticias la Gloria.

Inicialmente se hizo una línea de base o evaluación del estado inicial de la empresa. Con ello permitió conocer los flujos de materiales de fruta (mango, piña, banano y uchuva), los residuos generados, los servicios (energía, agua) consumidos para cada tipo de deshidratado producido. Los productos que actualmente comercializa la empresa fueron sometidos a pruebas fisicoquímicas (humedad, aw), nutricionales (contenido de polifenoles, actividad antioxidante, vitaminas, minerales), organolépticas (color, textura, perfil hedónico, perfil de aromas, seguimiento de polifeniloxidasa, etc.) y estudios de vida de anaquel que permitió definir también la calidad base con la que los clientes están adquiriendo el producto. Se estableció, a través de un estudio de vigilancia estratégica, el estado del arte y las tendencias globales en investigación, invención, innovación y mercado de las frutas deshidratas. En la evaluación del estado inicial de la planta se encontraron problemas en el control de los gases de combustión y de gasto energético. Luego de la instalación de un medidor de gas se pudieron establecer los parámetros de consumo y con ello establecer metas para la intervención y control del proceso de secado. Además, a partir de una inspección de las normas BPM (Decreto 3075 de 1993) y una evaluación interna y externa (clientes) para el montaje de un plan HACCP que permita una futura certificación en la norma ISO 22000 y el código de prácticas de higiene para las frutas desecadas (CAC/RCP 3-1969) del Codex Alimentarius se plantearon unas acciones correctivas que involucraron adecuaciones a las instalaciones de la planta (techo, pisos) y nuevos layouts para disminuir los riesgos de contaminación cruzada. Así mismo a nivel documental se actualizaron 24 procedimientos, se generaron listas de chequeo, se realizó un replanteamiento del sistema de control de plagas y nuevos protocolos para cumplir los requisitos del Invima y de los clientes con los que se generaron contratos durante el desarrollo del proyecto.

En la intervención de la operación de secado, a nivel laboratorio se realizaron pruebas pre-experimentales con las frutas de trabajo (mango, piña, banano y uchuva) para las cuales se realizaron adecuaciones como: estandarización de la medida de humedad por la norma AOAC 934.6, redireccionamiento del flujo de aire de secado a partir de bafles instalados en el secador, estandarizaciones en los cortes y estado de maduración de las frutas, evaluación de temperaturas extremas de trabajo. Luego de pruebas preliminares se desarrolló un diseño experimental Box-Behnken con 3 variables de respuesta cada una con 3 niveles que generaron 17 corridas con 5 repeticiones en el centro para secado asistido por ultrasonido. Las variables de entrada fueron: temperatura (50-60°C), tiempo de aplicación del ultrasonido (2-8) min y potencia (45-95) % de la potencia máxima que soporta el transductor de 20 kHz. Las variables de salida fueron tiempo para alcanzar el 10±1% de humedad, contenido de polifenoles, actividad antioxidante, dureza, color, rehidratación e higroscopicidad de la fruta seca.

Así mismo se evaluó la cinética de secado que más se adaptó a cada fruta, la difusividad efectiva y la dinámica de las estructuras cuando éstas son afectadas por vibraciones en el rango de frecuencias de ultrasonido (20KHz y pesos de 10N por transductor) encontrando que al ubicar un vibrador en el centro de la malla y cuatro ubicados simétricamente se lograron reducciones hasta desde un 16 a un 30% del tiempo de secado, dependiendo de diferentes condiciones y de la fruta evaluada. Estos resultados demuestran los efectos positivos del ultrasonido como asistente al secado convectivo convencional, pudiendo representar disminuciones en costos energéticos y reducción del impacto ambiental de esta operación.

Para el proceso en la empresa La Gloria primero se caracterizó el proceso de secado en la empresa evaluando temperatura de bulbo seco y húmedo, humedad relativa ambiente y al interior del secador, consumo de combustible, variación de la humedad del producto durante la operación de secado, temperatura del aire de entrada al secador y temperatura del aire ambiente. Luego de concluidos en la Universidad los ensayos de laboratorio sobre secado convectivo asistido por ultrasonido, se evaluó la viabilidad de la inclusión de los transductores dentro de los carros en el secador de la empresa o como pre tratamiento con baño de ultrasonido que a la vez sirviera de escaldado, siendo este último el que técnicamente se adaptaba mejor a la operación industrial. Además de hacer seguimiento a los blancos (muestras secadas sin ultrasonido) y por medio de un diseño factorial completo con 3 variables de entrada (Tiempo de aplicación ultrasonido, Temperatura del baño y Temperatura de secado), con dos niveles cada uno, se encontraron como las mejores condiciones del pretratamiento 45 ºC por 11 minutos de inmersión, que proporcionaron reducciones en el tiempo de secado del 11±1%.

También se realizaron las medidas de volumen y calidad de los residuos en la empresa para proponer alternativas de reducción y aprovechamiento. Se diseñó un plan de manejo y disposición de los residuos sólidos generados y se probaron algunas alternativas a nivel de laboratorio para el uso de los residuos de mayor volumen.

Todas estas actividades se acompañaron de actividades transversales de vigilancia tecnológica sobre el estado técnico-científico de las tecnologías para producción de deshidratados de fruta, estudios de mercado y capacitación de personal. Con la asistencia a ruedas de negocios y ferias se lograron nuevos contratos para la empresa y con la reducción de tiempos de secado se lograron ahorros energéticos sin desmejora de las características de calidad de los productos comercializados, tal como se corrobora por el aumento de ventas de la empresa en un 200% entre los años 2014 y 2015. Para el grupo de investigación que coordinó el proyecto se fortaleció su capacidad de investigación, desarrollo, consultoría y apoyo en procesos de innovación en desarrollo de alimentarios e innovaciones en el proceso de secado.

 - De investigación:

FORTALECIMIENTO DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN ALIMENTOS FRUTALES QUE SOPORTA PROGRAMAS DE POSGRADO DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – 2012. Proyecto de Investigación mediante el cual se busca fortalecer el Grupo de Alimentos Frutales –GAF- en la ejecución de las actividades de I+D+I en las áreas de biotecnología industrial, agroindustria e industria alimentaria para apoyar la competitividad regional y nacional y así mismo reforzar su visibilidad internacional.

ARCANO (Apropiación Rural de Competencias Agroindustriales para Nuevas Oportunidades en Caldas). Programa educativo diseñado por la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales a través del IBA, dirigido a los estudiantes de educación media técnica del sector rural del Departamento de Caldas que tiene como propósito la formación en las competencias necesarias para la utilización de la diversidad biológica local en actividades económicas asociadas a su conservación o transformación.

Este proyecto se desarrolló en el período 2006 – 2011, en cuatro fases que incluyeron el diagnóstico, la priorización, selección de instituciones educativas, la capacitación del profesorado departamental de los colegios agropecuarios y la intervención completa de 14 colegios agropecuarios. La inversión total de ARCANO realizada por la gobernación es de alrededor de 3 millones de dólares y los 14 colegios intervenidos en los diferentes municipios albergan una población de más de 7.000 estudiantes. Ver más

PROGRAMA MUNDIAL DE BIOENERGÍA Y SEGURIDAD ALIMENTARIA. En el año 2009, se desarrolló un estudio para la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, FAO (Roma), el cual consistió en la aplicación de herramientas computacionales de ingeniería procesos, con el fin de evaluar en un país determinado los aspectos técnicos y económicos relacionados con las necesidades de producción industrial, así como los requerimientos logísticos para la producción y acceso de los biocombustibles en todos los niveles del mercado. La metodología desarrollada en las IBA es hoy un aplicativo de la FAO que se está utilizando inicialmente para cuatro países: Perú, Tanzania, Tailandia y Camboya.

SIEMBRAS Y AGROINDUSTRIALIZACIÓN DE LA HIGUERILLA. En cooperación con Corpoica participó en varios proyectos con financiación del Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, los cuales tenían como objetivo el desarrollo de variedades comerciales de higuerilla adaptadas a distintas condiciones agroecológicas colombianas. Paralelamente se realizó un acompañamiento al programa de agroindustrialización de la higuerilla que promueve la Gobernación del Departamento de Caldas, como una iniciativa para llevar opciones de ingresos a pequeños agricultores de zonas marginales de la región, tuvo su origen en un intercambio Colombia-Corea que realizaron investigadores del IBA 2007 y que derivó en una invitación del Gobernador de Caldas a una misión Coreana que ofreció apoyo técnico al programa. Desde el IBA se hizo un estudio que recomendó la tipología y ubicación de las unidades de transformación de higuerilla en el departamento, en un ejercicio que tuvo en cuenta los aspectos técnico- económicos y logísticos.

PROYECTO “INMOVILIZACIÓN DE LA MANANASA DE LA BROCA PARA LA REDUCCIÓN DE SEDIMENTOS EN EL EXTRACTO DE CAFÉ CON LA FEDERACIÓN DE CAFETEROS DE COLOMBIA”. A nivel industrial la producción de soportes biocatalíticos ha generado un gran interés, ya que estos desarrollos han permitido generar diferentes aplicaciones y reducción de costos. Por esto muchos esfuerzos se enfocaron hacia la preparación de especies estables, eficientes y eficaces, activas y selectivas, y con alta capacidad de reutilización, y en esta vía en el período 2010 - 2011, se desarrolló para la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia -FNC- un contrato de asesoría para Inmovilizar una mananasa en un soporte catalítico que permitiera el uso de este sistema en el extracto concentrado de café para la reducción de sedimentos.

LEVANTAMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA, EVALUACIÓN DE SU ARTICULACIÓN AL ENTORNO AGROINDUSTRIAL Y DIAGNÓSTICO EN TICS PARA EL DEPARTAMENTO DE CALDAS Y EL MUNICIPIO DE PEREIRA. En el desarrollo de estos contratos, se realizaron los inventarios de las instituciones educativas de los entes territoriales citados con la valoración de su articulación al entorno agroindustrial y verificación del estado en que se encuentran las instituciones a nivel de tecnologías de la información, con el propósito de cumplir la metodología definida por el Ministerio de Educación Nacional para acceso de recursos provenientes de Ley 21 de 1982.

“DESARROLLO DE SISTEMAS CATALÍTICOS BASADOS EN MATERIALES CERÁMICOS Y BIOPOLIMÉRICOS PARA LA TRANSFORMACIÓN DE ACEITES VEGETALES”, proyecto financiado por la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad Nacional bajo el Programa Nacional de Investigaciones (2008- HERMES), el cual busca desarrollar sistemas catalíticos para la transformación de aceites vegetales y otros materiales oleosos, a partir de materiales cerámicos de sílica gel, biopolímeros, lipasas y sus combinaciones.

Este proyecto inició con la exploración de materiales cerámicos, lipasas y biopolímeros con el fin de sintetizar catalizadores y determinar mediante su caracterización las mejores opciones. En este programa se han desarrollado técnicas de separación cromatográfica para los reactivos y productos de la transformación de materiales oleosos. Dichos métodos junto con las técnicas características de catálisis heterogénea cuantificarán análisis cinéticos, a escala laboratorio, de los sistemas catalíticos promisorios.

Estos resultados cuantitativos de los análisis cinéticos serán usados en simulaciones de procesos de reacción – separación, acoplados y no acoplados con las que se evaluará el desempeño técnico y económico de los sistemas catalíticos. Con los resultados más exitosos se realizarán pruebas a escala piloto de los procesos.

AMAZONAS UNA REGIÓN DE OPORTUNIDADES SOSTENIBLES. En asociación con la sede Amazonía de la Universidad Nacional, el SENA regionales Caldas y Amazonía y el IFAM Brasilero, se ha propuesto un ambicioso plan de implementación de tecnologías no contaminantes se convierte en una alternativa que generará desarrollo sostenible en la región. Los primeros avances en tal propósito han sido la apertura de una línea de énfasis-investigación en la Maestría de Estudios Amazónicos en Biotecnología y Agroindustria que será coordinada desde el IBA y para la cual ya se encuentran inscritos estudiantes; también resultaron ganadores los siguientes proyectos presentados desde el IBA en la reciente convocatoria interna de proyectos amazónicos.

Proyecto con la Sede Amazonía a través del Grupo de Investigación de Alimentos y Frutales GAF, “Producción de Polvos Deshidratados de dos Frutos Amazónicos (Cocona y Copoaçu) con Potencial como Aditivos Naturales”. El proyecto que apenas comenzó en noviembre, de un valor total de $40.000.000.

Proyecto titulado “Análisis de la producción sostenible de metabolitos secundarios a través de una biorefinería a partir de material vegetal amazónico”, ganador de la Convocatoria Nacional Fortalecimiento de la Investigación Amazónica de la Universidad Nacional de Colombia - Años 2011-2012, por un valor total de ($40.000.000).

Proyecto titulado “Exploración de las posibilidades de producción sostenible de metabolitos secundarios a partir de material vegetal de origen Amazónico”, ganador de la Convocatoria Nacional de Investigación y de Creación Artística de la Universidad Nacional de Colombia 2010 - 2012, por un valor total de ($60.000.000).

-           Tesis de Maestría y Doctorado

 A continuación se relacionan algunos de los trabajos de tesis de Maestría y Doctorado que desde el Instituto de Biotecnología y Agroindustria se han asesorado, así:

 

TITULO TESIS

ESTUDIANTE

PERIODO

ASESOR (S)

POSGRADO

Design and Evaluation of Fuel

Alcohol Production from

Lignocellulosic Raw Materials

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JULIAN ANDRES QUINTERO SUAREZ

2011

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Doctorado

Deshidratación de etanol con materiales adsorbentes de origen amiláceo y celulósico

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JULIAN ANDRES QUINTERO SUAREZ

2008

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Maestría

Esquema de análisis para el cálculo del equilibrio líquido vapor de sistemas binarios asimétricos que contienen dióxido de carbono a altas presiones

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VICTOR MANUEL TREJOS MONTOYA

2010

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Maestría

Evaluación Experimental de la Producción de Biodiesel por Destilación Reactiva

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ANNIE ALEXANDRA CERON

2010

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Maestría

Producción de polihidroxibutirato a partir de residuos agroindustriales

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JAVIER MAURICIO NARANJO

2010

JUAN CARLOS HIGUITA, CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Maestría

Evaluación y selección de microorganismos para la producción de etanol a nivel industrial = Evaluation and selection of microorganisms for ethanol production at industrial level

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JUAN PABLO MARISCAL

2011

JUAN CARLOS HIGUITA, CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Maestría

Diseño integral de biorreactores continuos de tanque agitado aplicados a procesos de fermentación

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ISABEL CRISTINA PAZ ASTUDILLO

2010

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Doctorado

Design and analysis of technological schemes for glycerol conversion to added value products = Diseño y evaluación de los esquemas tecnológicos para la conversión de glicerol en produtos de valor agregado

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JOHN ALEXANDER POSADA DUQUE

2011

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Doctorado

Aumento de la resistencia térmica de una estructura acidosulfónica para la obtención de acetato de n-Butilo por destilación reactiva

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JOHN ALEXANDER POSADA DUQUE

2008

OSCAR HERNAN GIRALDO OSORIO

 

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Maestría

Separación de metabolitos de los aceites esenciales de eucalipto y cidrón por destilación molecular

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IVONNE XIMENA CERON

2009

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

Maestría

Estudio de la influencia del medio en la reacción de transesterificación de aceites con etanol catalizada por lipasa de Candida Rugosa

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OSCAR DARIO HERNANDEZ

2010

CARLOS EDUARDO ORREGO ALZATE

Maestría

Estudio de la glicerólisis de trioleína para la producción de monoglicéridos vía enzimática con lipasas de Candida Rugosa y de Mucor Miehei

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DIANA MARCELA CETINA MEDINA

2010

CARLOS EDUARDO ORREGO ALZATE

Maestría

Inmovilización de enzimas en nanoestructuras magnéticas para aplicaciones industriales  

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KELLY JOHANA DUSSAN MEDINA

2008

CARLOS ARIEL CARDONA ALZATE

 

OSCAR HERNAN GIRALDO OSORIO

Maestría

Producción de bioetanol a partir de residuos provenientes del cultivo de café

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CRISTIAN FERNANDO TRIANA CARANTON

2010

CARLOS ARIEL CARDONA.

 

JUAN CARLOS HIGUITA

Maestría

Actividad enzimática, degradación de residuos sólidos orgánicos y generación de biomasa útil del macromiceto grifola frondosa

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SANDRA MONTOYA BARRETO

2008

CARLOS EDUARDO ORREGO ALZATE

 

LAURA LEVIN

Directora Externa Universidad de Buenos Aires

Maestría

 

 

 

 -- Documentos soporte del  tercer Informe de Seguimiento técnico Anual del proyecto FTG/RF 1330-RG Modelo de plataforma para el aprovechamiento integral, adición de valor y competitividad de frutales comerciales andinos.

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