Diseño experimental para la formulación óptima de alimentos

José Ricardo Pérez

PhD. en Ingeniería Química en el Imperial College de Londres. Magister en Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Profesor titular del Departamento     de Ingeniería Química y Bioprocesos de la UC. Ha sido académico visitante en el Imperial College de Londres (1989), en la Universidad de Carnegie Mellon en Pittsburgh (2001-2002), en la Universitat Rovira i Virgili en Tarragona (2009), y en la Universidad Federal de Santa Catarina en Florianópolis (2017-2018).

Felipe Huerta Pérez

Felipe Huerta Pérez es profesor Asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos, dictando Fenómenos de Transporte y Operaciones Unitarias. Obtuvo su magíster en la UC el año 2016, y su doctorado en Imperial College London el año 2021. El año 2019 obtuvo el premio John. S. Archer Award a la excelencia en investigación en geociencias e ingeniería del petróleo. Sus áreas actuales de investigación son la modelación y simulación de fenómenos de transporte, líquidos criogénicos, intensificación de procesos y almacenamiento de energía.

* EP (Educación Profesional) de la Escuela de Ingeniería se reserva el derecho de reemplazar, en caso de fuerza mayor, a él o los profesores indicados en este programa; y de asignar al docente que dicta el programa según disponibilidad de los profesores.

En el contexto de una industria alimentaria global y crecientemente competitiva, resulta fundamental para las empresas adquirir competencias distintivas de base científico-tecnológica, las cuales les permitirán facilitar y acelerar el proceso de creación y mejora de la calidad de los productos alimenticios, independientemente del nivel de desarrollo de la empresa. Por ejemplo, los avances tecnológicos recientes han producido un aumento exponencial en la cantidad de datos disponibles durante los procesos de formulación de alimentos, lo cual genera la oportunidad única de valorizar estos datos para incrementar el valor de los alimentos producidos mediante la optimización de su formulación.

Durante el proceso de formulación, los productos alimenticios son evaluados a partir de una serie de características tales como textura, sabor, color, durabilidad, entre otros. Estas características dependen de la composición del alimento y de las variables físicas relevantes para su producción. Las características de los alimentos constituyen variables de respuesta, y las variables que controlan el proceso de producción del alimento constituyen variables manipuladas. La relación entre variables de respuesta y manipuladas se puede representar mediante un modelo matemático empírico construido a partir de datos experimentales. El diseño de experimentos permite determinar sistemáticamente la cantidad y combinaciones de variables a considerar en cada experimento para construir un modelo estadísticamente válido. El modelo construido se puede utilizar para optimizar una o más variables de respuesta dentro del dominio experimental, o diseñar un nuevo conjunto de experimentos utilizando la metodología de superficie respuesta.

Durante el curso, los estudiantes desarrollarán los conocimientos y habilidades necesarias para la formulación óptima de productos alimenticios aplicando diseño experimental. Estas competencias les permitirá sistematizar la formulación de alimentos para reducir costos de producción, mejorar su competitividad e incrementar los estándares de investigación y desarrollo en las empresas

Junto con lo anterior, los estudiantes serán capaces de interpretar y modificar los casos de estudio para ajustarlos a sus necesidades de formulación de producto. Se enfatiza el análisis de significancia e identificabilidad de los parámetros del modelo para establecer la confiabilidad de la fórmula óptima obtenida.

Para el logro de lo anteriormente planteado, el curso tiene una metodología consistente en el aprendizaje de la teoría estadística y matemática del diseño de experimentos mediante ejemplos y casos de estudio relevantes para la industria alimentaria obtenidos de la literatura. Python se utilizará como lenguaje de programación para implementar los algoritmos, funciones y metodologías de una manera sistemática, reproducible y automática. Para mejorar la interpretabilidad y aplicabilidad del diseño experimental, Jupyter Notebook se utilizará como ambiente de desarrollo integrado permitiendo intercalar código con explicaciones.  

El formato e-learning surge como una solución que permite construir aprendizajes a partir de los aportes de los participantes y entregando flexibilidad a sus horarios de estudio. Los participantes podrán interactuar con sus compañeros y tutores a través de mensajería y foros de discusión aplicados a las temáticas del curso, incorporando sus distintas aproximaciones y su diversidad de experiencias, enriqueciendo la reflexión y la apropiación de los conceptos claves.

*Este curso pertenece al Diplomado en Gestión de la industria de los alimentos.

Se sugiere tener:

• Grado académico, título profesional universitario y/o título técnico.
• Experiencia profesional en empresas u organizaciones relacionadas al área del curso.
• Manejo básico de office e internet.
• Conocimiento del idioma inglés a nivel lectura.
• Conocimientos básicos de programación.

Resultado de aprendizaje general

1. Aplicar diseño experimental para la formulación óptima de productos alimenticios con foco en el uso de herramientas estadísticas y matemáticas.

Resultados de aprendizaje específicos 

1. Aplicar herramientas de optimización de un producto ajustando modelos empíricos de regresión múltiple
2. Aplicar la metodología de superficie de respuesta para incrementar la robustez del proceso de formulación óptima (en python).
3. Analizar los conceptos estadísticos y matemáticos relevantes para el diseño de experimentos y su optimización.
4. Seleccionar modelos robustos aplicando análisis de identificabilidad, sensibilidad y significancia a los parámetros que constituyen los modelos ajustados por la metodología de superficie de respuesta.
5. Evaluar la pertinencia de diferentes algoritmos de optimización de un único o múltiples objetivos según las características del proceso de formulación y las variables de respuesta de interés.

Estrategias metodológicas 

• Aprendizaje autónomo asincrónico estructurado en 6 módulos 
• Clases expositivas  
• Foros 
• Estudio de caso  

Horas Totales: 75 | Horas directas: 35 | Horas indirectas: 40

Créditos: 4

Contenidos:

• Estadística para el diseño experimental
  • Conceptos estadísticos básicos y técnicas de muestreo.
  • Inferencia estadística.
• Diseño experimental i
  • Análisis de varianzas de experimentos con un factor.
  • Fundamentos del diseño experimental.
• Diseño experimental ii
  • Modelos de regresión lineal.
  • Diseño para distintos objetivos de proceso.
• Desarrollo de modelos usando metodología de superficie de respuesta.
  • Introducción a la metodología de superficie de respuesta.
  • Métodos de diseño de experimentos para ajustar modelos msr.
  • Ajuste de modelos en msr.
  • Análisis post-regresión y validación del modelo.
• Optimización usando metodología de superficie de respuesta
  • Optimización de una respuesta.
  • Optimización de múltiples respuestas: función de deseabilidad.
  • Optimización multiobjetivo.
• Aplicaciones de la optimización usando metodología de superficie de respuesta
  • Datos experimentales.
  • Ajuste de modelos de superficie de respuesta (polinomios de grado 2).
  • Selección del modelo más robusto y validación del modelo.
  • Optimización multi-objetivo.

Estrategias evaluativas 

• 6 controles individuales - 15% 
• 3 foros de discusión - 25% 
• 1 trabajo grupal - 30% 
• 1 examen on-line individual - 30% 

Para aprobar el curso, el alumno debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Obtener una nota final igual o superior a 4.0

Los alumnos que aprueben las exigencias del programa recibirán un certificado de aprobación digital otorgado por la Pontificia Universidad Católica de Chile.

El alumno que no cumpla con estas exigencias reprueba automáticamente sin posibilidad de ningún tipo de certificación. 

Las personas interesadas deberán completar la ficha de postulación, accesible haciendo clic en el botón ubicado en la esquina superior derecha de esta página web. Además, deberán enviar los siguientes documentos al momento de la postulación o, si lo prefieren, posteriormente a la coordinación académica correspondiente: 

• Copia simple de Cédula de Identidad o pasaporte
• Currículum vitae actualizado
• Copia simple de título profesional y licenciatura

Cualquier información adicional o inquietud podrás escribir al correo programas.ing@uc.cl

Con el objetivo de brindar las condiciones de infraestructura necesaria y la asistencia adecuada al inicio y durante las clases para personas con discapacidad: Física o motriz, Sensorial (Visual o auditiva) u otra, los invitamos a informarlo. 

El postular no asegura el cupo, una vez inscrito o aceptado en el programa se debe pagar el valor completo de la actividad para estar matriculado.

No se tramitarán postulaciones incompletas.

Puedes revisar aquí más información importante sobre el proceso de admisión y matrícula