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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA
FACULTAD DE CIENCIAS AGROALIMENTARIAS
ESCUELA DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
Trabajo Final de Graduación bajo la modalidad de Proyecto presentado a la
Escuela de Tecnología de Alimentos para optar por el grado de Licenciatura en
Ingeniería de Alimentos
Desacidificación y conservación de compuestos bioactivos en jugo clarificado de
mora (Rubus adenotrichos), mediante tecnologías de membranas
Elaborado por:
Deyvid Ugalde Araya
A76523
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Octubre, 2015
TRIBUNAL EXAMINADOR
Proyecto de graduaci6n presentado a Ia Escuela de Tecnologfa de Alimentos como
requisito parcial para optar par el grado de Licenciatura en Ingenierfa de Alimentos.
Elaborado par:
Deyvid Ugalde Araya
Presidente del Tribunal
M.Sc. Marvin Soto Retana
Asesor del Proyecto
Lie. Sandra Calderon Villaplana
Asesora del Proyecto
~ Dra. Ana Mercedes Perez
Profesora Designada
11
iii
DEDICATORIA
A mi mejor amigo y compañero, el que siempre me ha demostrado estar a mi lado y
quien me indicó que debía estudiar Ingeniería de Alimentos: a Dios, gracias por una
bendición más: definitivamente, ¡no te equivocaste!
A papi y a mami, por todo su apoyo y cariño, por su amor incondicional:
este triunfo es de ustedes y para ustedes
A Isaí, por ser un maravilloso hermano
"Let functional food be the medicine."
FFC
“Amado, yo deseo que tú seas prosperado en todas las cosas, y que tengas salud, así como
prospera tu alma” 3 Juan 2
Le succès n`est pas un but, mais un moyen de viser plus haut
Pierre de Coubertin
iv
RECONOCIMIENTOS
Al recordar estos años de estudio en la Universidad de Costa Rica, solo puedo decir “¡gracias!” a
todos los que aportaron su granito de arena para que la culminación de este camino fuera realidad.
Fue un camino lleno de alegrías pero también de pruebas de toda índole, el cual me mostró que no
hay nada imposible en esta vida si deposito mi confianza en Dios y en las habilidades que él me ha
dado. El ser el primer adventista en pasar por la Escuela de Tecnología de Alimentos me enseñó que
aunque el panorama sea difícil, el que persevera hasta el final obtiene grandes recompensas. Con
gran felicidad puedo indicar que terminé mis estudios manteniendo mi identidad y, aunque muchas
veces tuve que solicitar exámenes de reposición para no hacerlos los sábados, siempre vi la mano de
Dios ayudándome y guiándome para buscar la excelencia en mis estudios. Agradezco grandemente
a todos los profes de la Escuela que comprendieron mi situación y estuvieron siempre anuentes a
ayudarme en todo lo que les solicitara.
Muy agradecido también con Marianela Cortés y Carolina Rojas, por haber creído en mí al
ofrecerme este proyecto de tesis. Un reconocimiento muy especial a Marvin por haber sido un
excelente director de tesis, porque siempre pude contar con su apoyo y dirección en todo el proceso,
lo cual reflejó su compromiso y disposición. De verdad, el saber que siempre podía contar con esa
voz consejera fue una gran motivación para llevar a cabo este proyecto hasta el final. De igual
manera, agradezco a Sandra y a Fabrice, mis asesores, por todos sus consejos y aportes. A todos los
funcionarios del CITA y de la Escuela de Tecnología de Alimentos que me brindaron su amistad y
también me ayudaron en el desarrollo de los paneles entrenados, muchas gracias.
Un reconocimiento especial también a la fundación RIGUIBO, quienes me escogieron como
beneficiario en el año 2007, ya que gracias a dicho incentivo económico tuve una gran ayuda para
iniciar mis estudios universitarios.
A mi familia, porque aunque sé que muchas veces la situación económica no estuvo fácil,
siempre pude contar con todo su apoyo, consejos y cuidados. A mami, gracias por inculcarme el
valor de buscar la excelencia en mis estudios. Finalmente, no puede faltarme un gran
agradecimiento para todos los miembros del grupo de Jóvenes Adventistas UCR, gracias por ser
mis mejores amigos, mi segunda familia: Pao, Naz, Ruty, Iván, Naty, Chino, Luis Ca, Wey, Vale,
Marco, Cris, Flo, Esteban, Natalie, Pame, Leo, Juli, Jason y muchos más… por todo lo que vivimos
juntos en la PC, en los campamentos, en los paseos y en las actividades de servicio a la comunidad.
A la UCR, gracias por todo, por promover la libertad de pensamiento, el respeto a la diferencia y
el desarrollo de la sociedad costarricense.
v
ÍNDICE GENERAL
TRIBUNAL EXAMINADOR ................................................................................................ii
DEDICATORIA ................................................................................................................... iii
RECONOCIMIENTOS ......................................................................................................... iv
ÍNDICE GENERAL ............................................................................................................... v
ÍNDICE DE CUADROS ........................................................................................................ x
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................ xv
ABREVIATURAS ................................................................................................................ xx
RESUMEN .......................................................................................................................... xxi
I. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................ 1
II. OBJETIVOS ................................................................................................................ 7
2.1 Objetivo general ........................................................................................................... 7
2.2 Objetivos específicos ................................................................................................... 7
III. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 8
3.1 Generalidades de los compuestos bioactivos .................................................................... 8
3.1.1 Mecanismo de acción de los antioxidantes ....................................................................... 8
3.1.2 Mercado de los compuestos bioactivos ............................................................................. 9
3.2 Polifenoles ...................................................................................................................... 10
3.2.1 Generalidades .................................................................................................................. 10
3.2.2 Antocianinas ..................................................................................................................... 10
3.2.3 Elagitaninos ...................................................................................................................... 10
3.2.4 Beneficios asociados con la salud .................................................................................... 11
3.3 Generalidades de la mora ................................................................................................ 12
3.3.1 Cultivo y comercialización de mora en Costa Rica ........................................................... 12
3.3.2 Caracterización química de la mora costarricense .......................................................... 13
3.3.3 Procesamiento ................................................................................................................. 16
3.4 Aplicación de la Tecnología de membranas ................................................................... 17
3.4.1 Generalidades e importancia ........................................................................................... 17
vi
3.4.2 Tipos de tecnologías de membranas ............................................................................... 20
3.4.3 Parámetros de operación de la micro, ultra y nanofiltración tangencial ........................ 22
3.4.4 Aplicaciones de la microfiltración en la clarificación de frutas con compuestos bioactivos
................................................................................................................................................... 25
3.4.5 Métodos de desacidificación ........................................................................................... 26
3.4.6 Aplicaciones de la ultrafiltración en la concentración de frutas con compuestos
bioactivos .................................................................................................................................. 27
3.4.7 Aplicaciones de la nanofiltración en la concentración de frutas con compuestos
bioactivos .................................................................................................................................. 29
3.4.8 Electrodiálisis ................................................................................................................... 30
3.4.8.1 Generalidades ............................................................................................................... 30
3.4.8.2 Colmataje de las membranas de electrodiálisis ............................................................ 35
3.4.8.3 Densidad de corriente limitante (DCL) .......................................................................... 36
3.4.8.4 Aplicaciones ................................................................................................................... 36
3.5 Relación Brix-acidez ....................................................................................................... 39
3.6 Análisis sensorial ............................................................................................................ 41
IV. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................. 43
4.1 Localización del proyecto ............................................................................................... 43
4.2 Materia prima .................................................................................................................. 43
4.2.1 Caracterización ................................................................................................................. 43
4.2.2 Procesamiento ................................................................................................................. 44
4.3 Pruebas preliminares ....................................................................................................... 46
4.3.1 Determinación de la mejor dilución para la preparación de la bebida a partir del jugo de
mora microfiltrado .................................................................................................................... 46
4.3.2 Condiciones de proceso de los ensayos de ultra y nanofiltración ................................... 47
4.3.3 Ultrafiltración (UF) ........................................................................................................... 47
4.3.4 Nanofiltración (NF) ........................................................................................................... 49
4.3.5 Electrodiálisis (ED) ............................................................................................................ 49
4.3.5.1 Determinación de la densidad de corriente limitante (DCL) ......................................... 49
4.3.5.2 Determinación de la configuración del stack ................................................................ 50
4.3.5.3 Determinación de los prototipos preliminares .............................................................. 51
vii
4.4 Pruebas definitivas ..................................................................................................... 51
4.4.1 Ensayos de ultrafiltración y nanofiltración tangencial ..................................................... 51
4.4.1.1 Procedimiento ............................................................................................................... 51
4.4.1.2 Parámetros de eficiencia de los procesos de ultra- y nanofiltración ............................ 54
4.4.1.3 Diseño experimental...................................................................................................... 55
4.4.1.4 Análisis estadístico ........................................................................................................ 56
4.4.2 Ensayos de electrodiálisis ................................................................................................. 56
4.4.2.1 Procedimiento ............................................................................................................... 56
4.4.2.2 Parámetros de eficiencia del proceso de electrodiálisis ................................................ 61
4.4.2.3 Diseño experimental...................................................................................................... 63
4.4.2.4 Análisis estadístico ........................................................................................................ 63
4.4.3 Caracterización sensorial con el panel entrenado ........................................................... 63
4.4.3.1 Panel entrenado para obtener los prototipos finales ................................................... 63
4.4.3.1.1 Procedimiento ............................................................................................................ 63
4.4.3.1.2 Diseño experimental .................................................................................................. 66
4.4.3.1.3 Análisis estadístico ..................................................................................................... 67
4.4.3.2 Panel entrenado con los prototipos finales ................................................................... 68
4.4.3.2.1 Procedimiento ............................................................................................................ 68
4.4.3.2.2 Diseño experimental .................................................................................................. 70
4.4.3.2.3 Análisis estadístico ..................................................................................................... 70
4.4.4 Evaluación sensorial: pruebas de consumidores ............................................................. 71
4.4.4.1 Agrado general .............................................................................................................. 71
4.4.4.1.1. Procedimiento ........................................................................................................... 71
4.4.4.1.2 Diseño experimental .................................................................................................. 72
4.4.4.1.3 Análisis estadístico ..................................................................................................... 72
4.4.4.2 Prueba de agrupamiento .............................................................................................. 73
4.4.4.2.1 Procedimiento ............................................................................................................ 73
4.4.4.2.2 Análisis estadístico ..................................................................................................... 75
4.4.5 Determinación de las propiedades finales de las bebidas ............................................... 75
4.4.5.1 Procedimiento ............................................................................................................... 75
viii
4.4.5.2 Diseño experimental...................................................................................................... 75
4.4.5.3 Análisis estadístico ........................................................................................................ 76
4.5 Métodos de análisis fisicoquímicos ................................................................................ 76
4.5.1 Determinación de pH ....................................................................................................... 76
4.5.2 Determinación de sólidos solubles (grados brix) ............................................................. 77
4.5.3 Determinación de humedad ............................................................................................ 77
4.5.4 Determinación de acidez titulable ................................................................................... 77
4.5.5 Determinación de polifenoles totales .............................................................................. 77
4.5.6 Determinación de antocianinas y elagitaninos ................................................................ 77
4.5.7 Determinación de ácidos orgánicos por HPLC ................................................................. 77
4.5.8 Medición de color instrumental ....................................................................................... 80
4.5.9 Método de análisis microbiológico .................................................................................. 80
V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................... 81
5.1 Pruebas preliminares ....................................................................................................... 81
5.1.1 Determinación de la mejor dilución para la preparación de la bebida a partir del jugo de
mora microfiltrado .................................................................................................................... 81
5.1.2 Ensayos de ultra y nanofiltración ..................................................................................... 82
5.1.3 Ensayos de electrodiálisis ................................................................................................. 86
5.1.3.1 Determinación de la densidad de corriente limitante (DCL) ......................................... 86
5.1.3.2 Ensayos con la configuración convencional .................................................................. 87
5.1.3.3 Ensayo con la configuración bipolar ............................................................................. 90
5.1.3.4 Caracterización de los jugos y bebidas obtenidos por electrodiálisis............................ 92
5.2 Pruebas definitivas .......................................................................................................... 95
5.2.1 Caracterización del jugo microfiltrado empleado como materia prima .......................... 95
5.2.2 Ultrafiltración ................................................................................................................... 96
5.2.3 Nanofiltración ................................................................................................................ 100
5.2.4 Electrodiálisis ................................................................................................................. 105
5.2.5 Pruebas sensoriales ........................................................................................................ 128
5.2.5.1 Elaboración de bebidas a partir de los jugos obtenidos de las diferentes tecnologías 128
5.2.5.2 Paneles entrenados para obtener los prototipos finales ............................................ 130
ix
5.2.5.3 Elaboración de los prototipos finales .......................................................................... 136
5.2.5.4 Paneles entrenados con los prototipos finales ............................................................ 137
5.2.5.5 Pruebas de consumidores ........................................................................................... 140
5.2.5.6 Caracterización fisicoquímica de los prototipos finales .............................................. 160
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 168
6.1 Conclusiones ................................................................................................................. 168
6.2 Recomendaciones ......................................................................................................... 171
VII. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 173
VIII. ANEXOS.............................................................................................................. 194
8.1 Pruebas preliminares ..................................................................................................... 194
8.2 Pruebas definitivas ........................................................................................................ 196
8.2.1 Ensayos de microfiltración tangencial ........................................................................... 196
8.2.2 Análisis de varianza (ANDEVA) ....................................................................................... 197
8.2.2.1 Ensayos de ultra y nanofiltración tangencial y ensayos de electrodiálisis .................. 197
8.2.2.2 Sesiones con el panel entrenado ................................................................................. 199
8.2.2.3 Pruebas de consumidores: agrado general ................................................................. 201
8.2.2.4 Caracterización fisicoquímica de los prototipos finales .............................................. 201
8.2.3 Caracterización microbiológica ...................................................................................... 201
8.2.4 Valores teóricos de los polifenoles en los prototipos finales ........................................ 202
8.2.5 Panel sensorial preliminar de las bebidas usadas en las primeras sesiones con el panel
entrenado ................................................................................................................................ 202
8.2.6 Hojas de respuestas usadas en las pruebas sensoriales ................................................ 205
8.2.6.1 Sesiones 1, 2 y 3 con el panel entrenado..................................................................... 205
8.2.6.2 Sesión 4 con el panel entrenado.................................................................................. 206
8.2.6.3 Sesiones 5 y 6 con el panel entrenado ........................................................................ 207
8.2.6.4 Panel de consumidores................................................................................................ 211
x
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro I. Características fisicoquímicas típicas de la mora costarricense en estado fresco y
maduro (Flores & Argüello, 2005; Soto, 2010). ................................................................... 14
Cuadro II. Representación estructural de los compuestos de mayor importancia para este
estudio presentes en la mora costarricense (Soto, 2010; Soto, 2014a). ................................ 15
Cuadro III. Características de los principales tipos de tecnología de membranas. ............. 21
Cuadro IV. Principales aplicaciones de las diferentes tecnologías de membranas (Dornier,
2014; Vaillant, 2014; Pérez, 2014; Soto, 2014a). ................................................................. 22
Cuadro V. Distribución de los porcentajes de jugo microfiltrado de mora y de agua
utilizados en la preparación de cada bebida base. ................................................................ 46
Cuadro VI. Principales características de las membranas de cerámica empleadas en este
estudio. .................................................................................................................................. 53
Cuadro VII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del factor de reducción
volumétrico (FRV) sobre el proceso de desacidificación de jugo microfiltrado de mora,
mediante ultrafiltración tangencial. ...................................................................................... 55
Cuadro VIII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del factor de reducción
volumétrico (FRV) sobre el proceso de desacidificación de jugo microfiltrado de mora,
mediante nanofiltración tangencial. ...................................................................................... 56
Cuadro IX. Principales características de las membranas a emplear en los ensayos de
electrodiálisis (PCA GmbH, 2012). ...................................................................................... 57
Cuadro X. Condiciones de proceso para la configuración bipolar del stack de
electrodiálisis, en la desacidificación de jugo de mora. ........................................................ 57
Cuadro XI. Diseño experimental para la evaluación del efecto del pH final sobre el
proceso de desacidificación de jugo microfiltrado de mora mediante electrodiálisis. ......... 63
Cuadro XII. Descripción de las muestras presentadas a los jueces en las sesiones
preliminares con el panel entrenado del CITA. .................................................................... 65
Cuadro XIII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del FRV de los jugos
desacidificados mediante ultrafiltración sobre las características sensoriales de las bebidas
elaboradas a partir de dichos jugos y el jugo de mora microfiltrado. ................................... 66
xi
Cuadro XIV. Diseño experimental para la evaluación del efecto del FRV de los jugos
desacidificados mediante nanofiltración sobre las características sensoriales de las bebidas
elaboradas a partir de dichos jugos y el jugo de mora microfiltrado. ................................... 66
Cuadro XV. Diseño experimental para la evaluación del efecto del pH final de los jugos
desacidificados mediante electrodiálisis sobre las características sensoriales de las bebidas
elaboradas a partir de dichos jugos y el jugo de mora microfiltrado. ................................... 67
Cuadro XVI. Diseño experimental para la evaluación del efecto del pH final de los jugos
desacidificados mediante electrodiálisis sobre la intensidad del sabor residual no
característico de las bebidas elaboradas a partir de dichos jugos. ........................................ 67
Cuadro XVII. Descripción de las muestras presentadas a los panelistas en las sesiones
finales con el panel entrenado del CITA. ............................................................................. 69
Cuadro XVIII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del tipo de tecnología de
membrana empleado sobre las características sensoriales de las bebidas evaluadas en las
sesiones finales con el panel entrenado. ............................................................................... 70
Cuadro XIX. Diseño experimental para la evaluación sensorial del agrado de los
prototipos finales. .................................................................................................................. 72
Cuadro XX. Diseño experimental para la evaluación del efecto del tipo de tecnología de
membrana empleado sobre las propiedades fisicoquímicas de las bebidas finales. ............. 76
Cuadro XXI. Volumen recomendado de la solución madre de cada ácido orgánico para
preparar las soluciones patrón al preparar la curva de calibración. ...................................... 79
Cuadro XXII. Características de las tres bebidas elaboradas con base en diferentes
porcentajes de dilución del jugo microfiltrado de mora. ...................................................... 81
Cuadro XXIII. Calificaciones asignadas a cada bebida durante el desarrollo de un panel
sensorial informal (5: máximo valor, 1: mínimo valor). ....................................................... 82
Cuadro XXIV. Promedios de las calificaciones de dos panelistas en el análisis sensorial
informal de los jugos preliminares obtenidos a partir de los ensayos de ultra o
nanofiltración (5: máximo valor, 1: mínimo valor). ............................................................. 82
Cuadro XXV. Propiedades de los jugos preliminares obtenidos a partir de cada ensayo de
ultra o nanofiltración. ............................................................................................................ 83
xii
Cuadro XXVI. Formulación de las bebidas elaboradas a partir del ensayo 2 de
nanofiltración. ....................................................................................................................... 84
Cuadro XXVII. Calificaciones asignadas a las bebidas provenientes de los jugos del
ensayo 2 de nanofiltración, durante el desarrollo de un panel sensorial informal (5: máximo
valor, 1: mínimo valor). ........................................................................................................ 85
Cuadro XXVIII. Propiedades de los jugos preliminares obtenidos a partir de cada ensayo
de electrodiálisis. .................................................................................................................. 92
Cuadro XXIX. Formulación de las bebidas elaboradas a partir de los jugos desacidificados
mediante electrodiálisis. ........................................................................................................ 93
Cuadro XXX. Calificaciones asignadas a las bebidas provenientes de los jugos de los
ensayos de electrodiálisis, durante el desarrollo de un panel sensorial informal (5: máximo
valor, 1: mínimo valor). ........................................................................................................ 94
Cuadro XXXI. Composición físico-química del jugo de mora obtenido mediante
microfiltración tangencial, empleado como materia prima en los ensayos de electrodiálisis,
ultra y nanofiltración. ............................................................................................................ 95
Cuadro XXXII. Promedios de los parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas
durante los ensayos de ultrafiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres
diferentes valores de FRV. .................................................................................................... 97
Cuadro XXXIII. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos durante los ensayos
de ultrafiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres diferentes valores de
FRV. ...................................................................................................................................... 97
Cuadro XXXIV. Promedios de los parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas
durante los ensayos de nanofiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres
diferentes valores de FRV. .................................................................................................. 101
Cuadro XXXV. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos durante los ensayos
de nanofiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres diferentes valores de
FRV. .................................................................................................................................... 101
Cuadro XXXVI. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos para los ensayos de
ultrafiltración y nanofiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado. ....................... 104
xiii
Cuadro XXXVII. Promedios de los parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas
durante los ensayos de desacidificación del jugo de mora microfiltrado mediante
electrodiálisis para tres diferentes valores de pH. ............................................................... 111
Cuadro XXXVIII. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos durante los
ensayos de desacidificación del jugo de mora microfiltrado mediante electrodiálisis para
tres diferentes valores de pH. .............................................................................................. 125
Cuadro XXXIX. Promedios entre repeticiones para la tasa de desacidificación del jugo de
mora microfiltrado mediante electrodiálisis para tres diferentes valores de pH. ................ 125
Cuadro XL. Formulaciones promedio de las bebidas de mora elaboradas a partir de los
jugos obtenidos mediante las diferentes tecnologías de membranas, usadas en las primeras
cuatro sesiones con el panel entrenado. .............................................................................. 129
Cuadro XLI. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación de
la intensidad de las características sensoriales correspondientes a las bebidas elaboradas a
partir de los jugos ultrafiltrados, en comparación con la bebida base microfiltrada. ......... 130
Cuadro XLII. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación
de la intensidad de las características sensoriales correspondientes a las bebidas elaboradas
a partir de los jugos nanofiltrados, en comparación con la bebida base microfiltrada. ...... 132
Cuadro XLIII. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación
de la intensidad de las características sensoriales correspondientes a las bebidas elaboradas
a partir de los jugos desacidificados mediante electrodiálisis, en comparación con la bebida
base microfiltrada. .............................................................................................................. 134
Cuadro XLIV. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación
de la intensidad del sabor residual no característico correspondientes a las bebidas
elaboradas a partir de los jugos desacidificados mediante electrodiálisis. ......................... 134
Cuadro XLV. Formulaciones promedio de las bebidas de mora elaboradas a partir de los
jugos definidos como mejores representantes de cada una de las tecnologías de membranas
evaluadas, usadas en las últimas dos sesiones con el panel entrenado y en las pruebas con
los consumidores. ................................................................................................................ 136
xiv
Cuadro XLVI. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación
de la intensidad de las características sensoriales correspondientes a los prototipos finales.
............................................................................................................................................ 137
Cuadro XLVII. Promedios de agrado asignados a cada bebida en el panel con 100
consumidores. ..................................................................................................................... 142
Cuadro XLVIII. Promedios de agrado de los diferentes grupos obtenidos mediante el
análisis de clusters, junto con las características distintivas y el número de consumidores
clasificados en cada grupo. ................................................................................................. 145
Cuadro XLIX. Promedios de los parámetros físico-químicos de las bebidas
correspondientes a los prototipos finales de las diferentes tecnologías de membranas
evaluadas. ............................................................................................................................ 160
xv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Representación esquemática de los procesos de filtración: a) clásica, b)
tangencial. ............................................................................................................................. 18
Figura 2. Representación esquemática de los diferentes componentes de los alimentos que
pueden atravesar y que son retenidos por cada tipo de membrana (Soto, 2014a). ............... 20
Figura 3. Tipos de membrana de intercambio iónico utilizadas en electrodiálisis: a)
catiónica; b) aniónica y c) bipolar (Soto, 2011). ................................................................... 31
Figura 4. Representación esquemática de la estructura interna de las membranas usadas en
electrodiálisis con sus respectivos posibles grupos de intercambio iónico, así como de los
iones que son capaces de atravesarlas (Soto, 2014a): a) aniónicas y catiónicas, b) bipolares.
.............................................................................................................................................. 32
Figura 5. Diagrama esquemático del stack de electrodiálisis con cinco grupos de celdas en
configuración bipolar, donde BP representa una membrana bipolar, A una membrana
aniónica y C una membrana catiónica, separadas por espaciadores (E1, E2, E3, EF =
espaciador final, ES = espaciador de sellado) (Soto, 2011). ................................................. 33
Figura 6. Representación esquemática del flujo de las disoluciones provenientes de cada
compartimento en los ensayos de electrodiálisis donde MC representa una membrana
catiónica y MA una membrana aniónica (Soto, 2014a). ....................................................... 34
Figura 7. Determinación de la densidad de corriente limitante durante la operación de
electrodiálisis mediante la relación potencial-corriente (Lee et al., 2006). .......................... 36
Figura 8. Flujo de proceso para la obtención de jugo de mora microfiltrado. ..................... 45
Figura 9. Esquema de la unidad piloto de microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración
tangencial (Soto, 2010). ........................................................................................................ 48
Figura 10. Esquema de un equipo de ED diseñado para una configuración de hasta cuatro
compartimientos (el esquema muestra una configuración de 3 compartimientos para la
desacidificación de jugo) (Soto, 2011). ................................................................................ 52
Figura 11. Diagrama esquemático del stack de electrodiálisis con diez grupos de celdas en
configuración bipolar para la desacidificación de jugo de mora, donde BP representa una
membrana bipolar, A una membrana aniónica, separadas por espaciadores (E1 = espaciador
xvi
en posición 1; E2 = espaciador en posición 2) junto con los espaciadores finales (EF) y los
espaciadores de sellado (ES); D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1, C2 = concentrado 2, E =
disolución de electrodos. ....................................................................................................... 58
Figura 12. Acomodos para los espaciadores direccionales acoplados entre las membranas
aniónicas y bipolares en la desacidificación de jugo de mora mediante configuración
bipolar, donde D1 = diluido 1, D2 = diluido 2, C1 = concentrado 1, C2 = concentrado 2, E
= disolución de electrodos. ................................................................................................... 58
Figura 13. Diagrama esquemático del recorrido de las diferentes disoluciones a través de
las tuberías del equipo de ED (Soto 2014a), donde conc. = concentrado. ............................ 59
Figura 14. Diagrama esquemático del recorrido de las diferentes disoluciones a través de
los electrodos del stack de ED (Soto 2014a). ....................................................................... 60
Figura 15. Escala utilizada para la evaluación de la intensidad de los estímulos sensoriales
percibidos para los diferentes descriptores por parte del panel entrenado. .......................... 64
Figura 16. Escala utilizada para la evaluación de la intensidad del color vino por parte del
panel entrenado. .................................................................................................................... 69
Figura 17. Ejemplificación del orden de los sets presentados a los panelistas en las pruebas
de consumidores. .................................................................................................................. 71
Figura 18. Escala hedónica híbrida empleada en las pruebas con consumidores para
evaluación del agrado general. .............................................................................................. 72
Figura 19. Formato de la prueba de agrupamiento empleada en la evaluación por parte de
los consumidores. .................................................................................................................. 74
Figura 20. Curva de corriente en función del voltaje en la determinación de la densidad de
corriente limitante para los ensayos de electrodiálisis. ......................................................... 86
Figura 21. Ecuaciones de las rectas corriente-voltaje necesarias para determinar la DCL. 87
Figura 22. Curvas obtenidas durante el ensayo convencional 1: a) pH en función del
tiempo, b) voltaje e intensidad de corriente en función del tiempo de proceso, donde D1 =
diluido 1, D2 = diluido 2, C1 = concentrado 1, E = disolución de electrodos. ..................... 87
Figura 23. Curvas obtenidas durante el ensayo convencional 2: a) pH en función del
tiempo, b) conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad de corriente en
xvii
función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, D2 = diluido 2, C1 = concentrado 1,
E = disolución de electrodos. ................................................................................................ 88
Figura 24. Curvas obtenidas durante el ensayo bipolar: a) pH en función del tiempo, b)
conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad de corriente en función del
tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1, E = disolución de
electrodos. ............................................................................................................................. 91
Figura 25. Resumen esquemático del procedimiento aplicado para la obtención de los
diferentes jugos ultrafiltrados. .............................................................................................. 96
Figura 26. Resumen esquemático del procedimiento aplicado para la obtención de los
diferentes jugos nanofiltrados. ............................................................................................ 100
Figura 27. Resumen esquemático del procedimiento aplicado para la obtención de los
diferentes jugos desacidificados mediante electrodiálisis. ................................................. 105
Figura 28. Curvas obtenidas durante la desacidificación de jugo de mora hasta pH 3,2: a)
pH en función del tiempo, b) conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad
de corriente en función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1,
E = disolución de electrodos. .............................................................................................. 106
Figura 29. Curvas obtenidas durante la desacidificación de jugo de mora hasta pH 3,4: a)
pH en función del tiempo, b) conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad
de corriente en función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1,
E = disolución de electrodos. .............................................................................................. 107
Figura 30. Curvas obtenidas durante la desacidificación de jugo de mora hasta pH 3,5: a)
pH en función del tiempo, b) conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad
de corriente en función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1,
E = disolución de electrodos. .............................................................................................. 108
Figura 31. Coloración inicial de las disoluciones de los tres compartimentos en la
desacidificación de jugo de mora mediante electrodiálisis por configuración bipolar. ...... 113
Figura 32. Coloración final de las disoluciones de los tres compartimentos en la
desacidificación de jugo de mora mediante electrodiálisis por configuración bipolar. ...... 113
xviii
Figura 33. Diagrama esquemático de una unidad de ED para la desacidificación de jugos
de frutas con configuración bipolar equipada con membranas aniónicas (A) y membranas
bipolares (BP) (Soto, 2011). ............................................................................................... 114
Figura 34. Representación esquemática del posible desplazamiento de las antocianinas
(At+) hacia el compartimento C1 subsiguiente a través de las membranas bipolares entre los
diferentes grupos de celda. .................................................................................................. 117
Figura 35. Coloración inicial de la disolución de mantenimiento de las membranas
aniónicas (0,1 mol/L HCl). ................................................................................................. 119
Figura 36. Coloración final de la disolución de mantenimiento de las membranas
aniónicas. ............................................................................................................................ 119
Figura 37. Aspecto inicial (a) y final (b) de las membranas aniónicas utilizadas. ............ 121
Figura 38. Apariencia final del extremo positivo (a) y negativo (b) de las membranas
bipolares, en orden respectivo. ........................................................................................... 122
Figura 39. Comportamiento de las membranas bipolares durante su almacenamiento: a)
Aspecto de la disolución inicial de mantenimiento (Na2SO4 10 g/L), b) Cambios en la
apariencia de la disolución de mantenimiento por formación de hongos, c) Adhesión de los
hongos a la superficie de las membranas. ........................................................................... 123
Figura 40. Ejemplificación de la fuga entre las membranas que se presentó durante los
ensayos de electrodiálisis con jugo de mora. ...................................................................... 124
Figura 41. Coloración de cada compartimento durante el lavado alcalino tras la
desacidificación de jugo de mora mediante configuración bipolar. ................................... 124
Figura 42. Apariencia de los prototipos finales, en orden de izquierda a derecha: bebida
MF, bebida UF, bebida NF, bebida ED. ............................................................................. 138
Figura 43. Histograma del número de consumidores que participaron en las pruebas
sensoriales con las bebidas de mora según rango de edad. ................................................. 141
Figura 44. Histograma del número de consumidores que participaron en las pruebas
sensoriales con las bebidas de mora según género. ............................................................ 141
Figura 45. Gráfica del número de jueces en función de las categorías de intención de
compra para las distintas bebidas evaluadas en la prueba de preferencia por agrupamiento.
............................................................................................................................................ 142
xix
Figura 46. Gráfico de amalgamación. ................................................................................ 144
Figura 47. Agrupamiento jerárquico de árbol (Hierarchical tree plot) elaborado a partir del
método de Ward y aplicando distancias Euclidianas. ......................................................... 144
Figura 48. Análisis de agrupamiento k-means de acuerdo con el agrado de las diferentes
bebidas. ............................................................................................................................... 145
Figura 49. Distribución de los porcentajes de las dos categorías de género entre los clusters
obtenidos. ............................................................................................................................ 147
Figura 50. Distribución de los porcentajes de los rangos de edad entre los clusters
obtenidos. ............................................................................................................................ 148
Figura 51. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra
entre los clusters obtenidos para la bebida MF. .................................................................. 149
Figura 52. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra
entre los clusters obtenidos para la bebida UF. .................................................................. 150
Figura 53. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra
entre los clusters obtenidos para la bebida NF. .................................................................. 152
Figura 54. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra
entre los clusters obtenidos para la bebida ED. .................................................................. 153
Figura 55. Fotografías tomadas al equipo de electrodiálisis que ilustran sus tuberías y
compartimentos. .................................................................................................................. 159
Figura 56. Fotografía tomada a uno de los vasos con residuos de la bebida UF. .............. 163
Figura 57. Comparación de las diferencias observadas entre los residuos de los vasos para
cada bebida cuando se retiró el contenido sin aplicar agitación (izquierda de cada par) y
cuando sí se aplicó agitación (derecha de cada par). .......................................................... 163
Figura 58. Flujo de proceso recomendado para la elaboración de bebida de mora
nanofiltrada. ........................................................................................................................ 167
xx
ABREVIATURAS
A Amperios m2 Metros cuadrados
A/AEM Membrana aniónica monopolar m3 Metros cúbicos
Am Área de la membrana Mal2- Ion malato
ANDEVA Análisis de Varianza meq Miliequivalentes
APROCAM Asociación de Productores y Exportadores de Mora y Frutales de Altura
MF Microfiltración
AOAC Association of Official Analytical Chemists MFT Microfiltración tangencial
α Nivel de significancia m/s Metros por segundo
BP/BPM Membrana bipolar mS/cm Milisiemens por centímetro
C/CEM Membrana catiónica monopolar m.s.n.m Metros sobre el nivel del mar
CIRAD Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement
MWCO Molecular weight cut-off
CITA Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos
n Número de celdas unitarias
C1 Tanque con solución ácida N/NF Nanofiltración
C2 Tanque con solución alcalina (base) nm Nanómetros
Da Dalton OI Ósmosis inversa
DCL Densidad de corriente limitante OMS Organización Mundial de la Salud
DE Diferencia de color ORAC Oxygen radical absorbance capacity
D1 Tanque de alimentación p Probabilidad
D2 Tanque vacío (utilizado en configuración con 4 compartimientos)
Pa Pascales
E Tanque con solución para electrodos Pent Presión de entrada
Ec Energía de consumo Pp Presión de permeado
ED Electrodiálisis ppm Partes por millón
EDBM2C Configuración bipolar PROCOMER Promotora del Comercio Exterior de Costa Rica
ED3C Configuración convencional Psal Presión de salida
EF Espaciador final Ptm Presión transmembranaria
EL Energía que se necesita para producir un litro de permeado durante una hora de nanofiltración o ultrafiltración
Qprom Caudal promedio
eq. Equivalentes RFa Eficiencia de corriente
ES Espaciador de sellado SP Solución Patrón
e Espaciadores del equipo de ED T Temperatura
E1 Espaciador en posición 1 TE Equivalentes de Trolox
E2 Espaciador en posición 2 U Velocidad tangencial
F Constante de Faraday UF Ultrafiltración
fd Factor de dilución UFC Unidades formadoras de colonia
FDA Food and Drug Administration µm Micrómetro
FRV Factor de reducción volumétrico UΔt Voltaje promedio en el tiempo del tratamiento
g.l. Grados de libertad V Voltios
HDPE High density polyethylene Va Volumen de alimentación
HPLC-DAD High performance liquid chromatography- diode array detector
VC2 Volumen en el compartimiento C2
i Intensidad de corriente eléctrica Vjugo Volumen de jugo tratado
j Densidad de corriente Vp Volumen de permeado
Ja Tasa de desacidificación en ED Vm Volumen muerto del equipo
Jp Flujo de permeado Vr Volumen de retenido
Jr Flujo de retenido W Watts
kDa Kilodalton ΔCa Cambio en la concentración de ácido
LSD Least Signifcant Difference Δt Tiempo del tratamiento
M mol/L °C Grados centígrados
xxi
RESUMEN
Se evaluó tres diferentes metodologías de membranas para desacidificar y conservar los
compuestos bioactivos en jugo de mora (Rubus adenotrichos) microfiltrado: la ultrafiltración (UF), la
nanofiltración (NF) y la electrodiálisis (ED).
Para la UF, se utilizó la membrana de 5 kDa Membralox® Pall Corporation mientras que para la
NF, 1 kDa Inside CéRAMTM
TAMI. Se utilizó una U de 7,1±0,3 m/s para UF y 5,5±0,2 m/s para NF,
una Tprom de 30 °C y una Ptm entre 6 a 7 bar en ambas aplicaciones. Se procesó el jugo hasta tres
diferentes valores de FRV en ambos casos: 2,0; 4,0; 6,0; el compartimento de interés fue el retenido. Se
obtuvo dos lotes de jugo para un mismo valor de FRV. Para UF, se encontró diferencia significativa para
los ºBrix, los polifenoles totales y las antocianinas. No se encontró diferencias significativas para NF.
Para ED se empleó la configuración bipolar EDBM2C con membranas aniónicas y bipolares
PCCell GmbH. Se procesó el jugo hasta tres diferentes pH: 3,2; 3,4; 3,5. Se obtuvo dos lotes de jugo
para un mismo valor de pH. Se encontró diferencias significativas en la acidez titulable y en las
concentraciones de ácido málico y ácido cítrico.
A partir de los jugos obtenidos, se preparó diferentes bebidas tomando como base la preparada
con el jugo microfiltrado: 40% jugo/60% agua, ajustada hasta 12 ºBrix con azúcar. Dichas bebidas
fueron formuladas de tal manera que tuvieran la misma relación ºBrix/acidez. Se desarrolló cuatro
sesiones con el panel entrenado del CITA en los que se evaluó la intensidad de diferentes descriptores
sensoriales de la bebida base MF con respecto a las bebidas UF, NF y ED. Se definió un prototipo por
cada sesión como la mejor bebida representante de cada tecnología: UF FRV 6,0; NF FRV 6,0 y ED pH
3,2. Se llevó a cabo dos sesiones finales con el panel entrenado en las que se evaluó los mismos
descriptores de las sesiones previas en estas bebidas así como en la bebida base MF. Se realizó dos
pruebas con 100 consumidores con estos prototipos: agrado general y prueba de preferencia por
agrupamiento con tres categorías. Se realizó un análisis de cluster a los valores de agrado. Las bebidas
MF, UF y NF no se diferenciaron entre sí en cuanto a sus promedios de agrado. La bebida ED tuvo un
promedio inferior a las demás, debido a la alta intensidad del sabor residual no característico detectado.
Finalmente, la caracterización fisicoquímica de los prototipos finales encontró diferencias
significativas para el pH, concentración de elagitaninos y antocianinas, °Brix, acidez titulable,
polifenoles totales y humedad para valores de ºBrix/acidez similares. Se determinó que las bebidas UF y
NF poseían una mayor concentración en componentes bioactivos que la bebida MF, sin embargo, se
concluyó que la NF representa la mejor metodología para la producción de jugo de mora rico en
antioxidantes, debido a sus mejores parámetros de eficiencia en cuanto al consumo energético, el cual se
puede transformar en una bebida de baja acidez y con un buen nivel de agrado.
1
I. JUSTIFICACIÓN
Durante los últimos años se ha presentado un incremento en la industria agroalimentaria
en relación con la producción e innovación de alimentos enfocados a prevenir
enfermedades y a aportar beneficios asociados a la salud, principalmente debido a un
creciente interés por parte de los consumidores en adquirir este tipo de productos. Esto
incluye declaraciones de conceptos tales como producto natural, proveniente de vegetales,
alimento funcional o que contiene algún ingrediente bioactivo de interés desde el punto de
vista médico (SIAL, 2012).
Entre esos componentes, los antioxidantes representan un grupo muy atrayente para
los consumidores, ya que se ha demostrado, por medio de gran cantidad de estudios, que
estos compuestos bioactivos tienen la capacidad de retardar la aparición y contrarrestar los
efectos de enfermedades degenerativas como el cáncer. Por ejemplo, se ha descubierto que
el consumo de alimentos ricos en polifenoles disminuye la incidencia de enfermedades
cardiovasculares (Tzulker et al., 2007), reduce los niveles de colesterol en sangre y los
efectos de enfermedades como la diabetes y la osteoporosis (Wildman, 2007), así como
retardar la aparición de enfermedades neurodegenerativas (Singh et al., 2008).
Otras investigaciones han demostrado que el consumo de productos derivados de
frutas y vegetales constituye una excelente vía para el aporte de antioxidantes al organismo.
Además, se ha relacionado el incremento en los casos de enfermedades degenerativas con
los cambios en los hábitos de consumo de la población en los últimos años, como por
ejemplo, sustituir la ingesta de jugos de frutas por bebidas gaseosas, las cuales aportan
prácticamente una nula actividad antioxidante (González, 2011).
La Organización Mundial de la Salud (OMS) declara que, a nivel mundial, se
podrían salvar 1,7 millones de vidas si se incrementara el consumo de frutas y vegetales,
gracias a la prevención de enfermedades cardiovasculares, algunos tipos de cáncer, diabetes
y obesidad (OMS, 2013). Precisamente, dicho conocimiento a nivel de prevención por parte
de los consumidores ha provocado un incremento del mercado de productos saludables
elaborados a partir de fuentes vegetales, en el cual los jugos de frutas representan un nicho
muy prometedor, pues su demanda ha ido en aumento en los últimos años (Losilla, 2009).
2
Específicamente, en Costa Rica, entre las frutas que tienen un gran potencial para el
desarrollo de productos funcionales se encuentra la mora variedad “vino con espinas”
(Rubus adenotrichos). Entre las razones por las cuales representa un alimento de interés
para la conservación de la salud se encuentra, precisamente, su alta capacidad antioxidante,
debido a su valioso contenido de antocianinas y elagitaninos (Acosta-Montoya et al., 2010).
Se ha demostrado que sus antocianinas son capaces de inhibir el crecimiento de células
anticancerígenas in vitro y de fortalecer el sistema inmunológico (Huang et al., 2008).
Además, Acosta-Montoya et al. (2010) reportan que la mora costarricense puede
llegar a alcanzar valores de ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity o capacidad
antioxidante) entre 38,29 y 64,00 µmol TE/g, dependiendo del grado de madurez de la
fruta. Lo anterior es de gran relevancia, pues según la Oregon Raspberry and Blackberry
Comission, los valores de ORAC reportados para las variedades de mora en otras latitudes
con climas templados, suelen rondar 28 µmol TE/g (Castro, 2012).
Lo anterior, viene a demostrar el gran impacto del consumo de la mora costarricense
sobre la salud humana e indica, de igual modo, la gran ventaja competitiva que tiene Rubus
adenotrichos sobre las otras variedades para posicionarse en el mercado internacional como
un alimento funcional (Cozzano, 2007; Acosta-Montoya et al., 2010). En esta misma
tendencia, la mora costarricense ha demostrado poseer contenidos de antocianinas y
elagitaninos solubles superiores a los de la granada real, la cual es considerada como una
“súper fruta” (Gancel et al., 2010).
Por otro lado, si bien es cierto que la mora posee una serie de ventajas para la salud
científicamente comprobadas, es necesario indicar que, en relación con la vida útil de la
fruta fresca, se encuentra la desventaja de tener un período muy corto de aprovechamiento,
ya que apenas se conserva de 3 a 5 días a temperaturas entre 0 y 1 ºC, debido a su alto
contenido de agua (Castro, 2012).
Sin embargo, la situación anterior viene a justificar la importancia del
procesamiento aplicado a esta fruta, ya que la obtención de productos derivados resulta
determinante para aprovechar de una mejor forma sus altas propiedades nutricionales y, de
igual manera, implica un gran impacto para los productores nacionales de mora, pues les
3
asegura el disminuir las pérdidas poscosecha, las cuales han llegado a ser en ocasiones de
hasta 60 a 70% (Castro, 2012).
Losilla (2009) declara que dicho procesamiento es también muy beneficioso para
los productores en el sentido de que les da la posibilidad de diversificar los productos
ofrecidos al mercado. Menciona, como caso específico, que el desarrollo de jugo
clarificado de mora orgánica no sólo representa una gran opción para el consumidor
interesado en productos saludables, sino que constituye una excelente vía para los
productores nacionales de mora (como APROCAM), como medio de dar valor agregado a
la fruta que comercializan y así mejorar sus ingresos, ya que muchas veces se enfrentan a
serios problemas de fluctuación de precios y a la dependencia de un único producto.
Sin embargo, también se sabe que el procesamiento mediante métodos tradicionales,
tales como la aplicación de tratamientos térmicos, genera un conjunto de desventajas como
la pérdida de componentes lábiles, lo cual reduce el valor nutricional y las características
sensoriales de los productos finales (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015). De allí la
importancia de investigar en el procesamiento de la mora mediante métodos no
tradicionales, tales como la aplicación de tecnologías de membranas, con el fin de asegurar
una mayor conservación de sus compuestos bioactivos.
En relación con los estudios realizados con mora mediante tecnología de
membranas, varias investigaciones han demostrado que el procesamiento para la obtención
de jugo clarificado conlleva una serie de ventajas desde el punto de vista nutricional
(Cozzano, 2007; Montero, 2008; Valverde, 2011: Soto et al., 2015), en el sentido de que la
funcionalidad de la fruta se mantiene en el producto resultante, con porcentajes de
recuperación de hasta 96% de antocianinas y 95% de polifenoles totales en comparación
con el jugo pulposo, tal y como lo declara Cozzano (2007) en su estudio con microfiltración
tangencial. Además, el procesamiento de la mora mediante esta técnica demostró preservar
los aromas y sabores del jugo original.
Sin embargo, a pesar de haberse demostrado que la microfiltración permite generar
un jugo de mora con excelentes propiedades nutricionales, éste se caracteriza por ser de alta
acidez, tal y como se demostró en los estudios de Valverde (2011) y Soto et al. (2015), en
los cuales no se presentó diferencia significativa entre la acidez de la alimentación y el
4
permeado microfiltrado. Conclusión semejante obtuvo Cozzano (2007), en relación con no
haberse encontrado diferencia significativa entre los valores de pH de ambos elementos.
El fenómeno anterior se debe a dos factores. Primeramente, a las características
fisicoquímicas que naturalmente posee la fruta, ya que la mora costarricense es mucho más
ácida que sus homólogas de otras latitudes, tal y como lo concluyeron Cozzano (2007) y
CIRAD (2013) en sus investigaciones. En el caso del CIRAD, la conclusión se obtuvo
comparándola, específicamente, con la que se cultiva en Francia, según estudios realizados
por este centro en conjunto con el CITA.
El segundo factor responsable es la naturaleza per se del proceso de microfiltración
tangencial en la cual el tamaño de poro es lo suficientemente grande como para no retener a
los ácidos orgánicos, tal y como se ha evidenciado en otros estudios con microfiltración de
jugos de frutas, por ejemplo, en jugo microfiltrado de piña (Carneiro et al., 2005) y de
naranja (Cissé et al., 2005).
Tomando en cuenta lo anterior, se explica por qué el jugo clarificado de mora
conservó la acidez de la materia prima usada como alimentación, lo cual provoca que el
jugo obtenido presente una alta acidez natural y, como consecuencia, que se disminuya su
aceptación por parte de algunos consumidores, desde un punto de vista sensorial (Cozzano,
2007). Esta alta acidez natural de la mora genera que a nivel doméstico se prepare el fresco
de mora mediante la adición de agua y azúcar (Soto, 2011), con el fin de reducirla hasta un
nivel sensorialmente aceptable, sin embargo, al mismo tiempo, se reduce la concentración
de los compuestos bioactivos y sus efectos beneficiosos en el organismo.
Esta última situación, en general, refleja la realidad de los hábitos de consumo de
bebidas en Costa Rica: altamente azucaradas. Esto se confirma en el estudio realizado
recientemente por The Lancet Global Health, el cual analizó los patrones de consumo de
diversos tipos de alimentos saludables y dañinos en 187 países y obtuvo como conclusión
que Costa Rica ocupa el puesto 11 a nivel mundial en cuanto a mayor incidencia en el
consumo de bebidas azucaradas (Imamura et al., 2015; Rodríguez, 2015).
Dicho informe señala que, en general, en Costa Rica el aumento del consumo de los
alimentos en la categoría de perjudiciales con respecto a 1990 no es muy alto, pero que a
pesar de ello, se debe crear políticas para reducir su ingesta, en especial el de las bebidas
5
azucaradas, pues éstas representaron la peor de las posiciones para el país en la categoría de
los siete alimentos dañinos analizados, según The Lancet Global Health (Rodríguez, 2015).
Además, este hecho va a acorde con las nuevas directrices elaboradas por la OMS para la
reducción del consumo de azúcar, en especial porque se ha asociado los hábitos de
consumo de bebidas azucaradas y concentrados de jugo de fruta con padecer sobrepeso u
obesidad (OMS, 2015), lo cual confirma la importancia del desarrollo de opciones de
bebidas más saludables para la población costarricense.
En esta misma tendencia y con el objetivo de buscar una forma de consumo más
aceptable para el jugo de mora microfiltrado, como parte de una asesoría realizada por el
CITA, se preparó una bebida con una dilución de un 40%, endulzada con azúcar hasta
12ºBrix, la cual presentó una buena aceptación. Otras técnicas reportadas por la literatura
que se han aplicado a jugos de frutas con el fin de reducir la alta acidez incluyen la adición
de bases como método de neutralización así como la utilización de resinas de intercambio
iónico, sin embargo, dichas técnicas no han dado resultados satisfactorios pues generan
cambios en las propiedades sensoriales de los jugos finales (Vera et al., 2003b).
Considerando lo anterior, resulta de gran importancia evaluar otras metodologías
que permitan desacidificar el jugo de mora, sin afectar en manera tan drástica sus
características sensoriales y procurando conservar, en la mayor forma posible, sus
componentes bioactivos. Es allí donde se justifica la evaluación de tecnologías tales como
la ultrafiltración (UF), la nanofiltración (NF) y la electrodiálisis (ED), las cuales han
demostrado, en otros estudios, dar resultados bastante satisfactorios en la desacidificación
de jugos de frutas tropicales y/o en la concentración de sus compuestos bioactivos (Vera et
al., 2007b; Vera et al., 2009; Cissé et al., 2011; Husson et al., 2013a; Soto 2014b).
Entre las ventajas que tendría la obtención de jugo de mora clarificado de baja
acidez se encontraría un puesto muy prometedor en el nicho de jugos saludables (Losilla,
2009), pues al ser éste un producto clarificado, y por lo tanto, presentar las características
de transparencia y homogeneidad, las cuales son altamente atractivas para los consumidores
(Cozzano, 2007), sumado al hecho de un sabor agradable como consecuencia de la
desacidificación y un alto contenido de compuestos bioactivos, se podría obtener un
producto altamente competitivo.
6
En relación con la operación de electrodiálisis, un aspecto importante de considerar
es que se trata de la tecnología menos conocida de las tres anteriormente mencionadas por
lo cual no existen estudios previos realizados con Rubus adenotrichos a partir de los cuales
se conozca los posibles efectos de su aplicación sobre las características sensoriales ni
sobre los componentes bioactivos del jugo generado a partir de esta tecnología. Además,
resulta importante mencionar que este estudio correspondió al primer proyecto de
investigación que utilizó el equipo de electrodiálisis del CITA.
En relación con el aporte que pueda generar esta investigación al conocimiento
científico sobre las aplicaciones de las tecnologías de membranas y a las empresas
costarricenses productoras de jugo de mora, cabe mencionar la posibilidad de una futura
aplicación industrial para la elaboración de jugo clarificado de mora rico en compuestos
bioactivos que utilice como materia prima jugo microfiltrado y la mejor metodología de
desacidificación encontrada. Esto es importante, ya que en muchas ocasiones la falta de
aplicaciones concretas con información acerca de la viabilidad técnica limita las posibles
aplicaciones a nivel industrial (Vaillant et al., 2008).
Tomando en cuenta lo anterior, resultó de gran relevancia el evaluar las operaciones
de ultra- y nanofiltración junto con la operación de ED en diferentes condiciones de
proceso, con el fin de determinar cuáles generaron las mejores características sensoriales
por comparación de los diferentes prototipos obtenidos, hasta concluir cuál es la mejor o las
mejores metodologías para la desacidificación de jugo de mora.
7
II. OBJETIVOS
2.1 Objetivo general
Analizar el efecto de la aplicación de las tecnologías de ultrafiltración, nanofiltración y
electrodiálisis como métodos de desacidificación de jugo de mora, sobre sus
características sensoriales y la conservación de compuestos bioactivos.
2.2 Objetivos específicos
1. Evaluar el efecto de la ultrafiltración, a nivel de planta piloto, como tecnología
para la desacidificación de jugo clarificado de mora, sobre sus características
fisicoquímicas y sensoriales.
2. Evaluar el efecto de la nanofiltración, a nivel de planta piloto, como tecnología
para la desacidificación de jugo clarificado de mora, sobre sus características
fisicoquímicas y sensoriales.
3. Evaluar el efecto de la electrodiálisis, a nivel de planta piloto, como tecnología
para la desacidificación de jugo clarificado de mora, sobre sus características
fisicoquímicas y sensoriales.
4. Comparar la aceptación sensorial entre los prototipos de jugos clarificados de
mora de baja acidez con mejores características sensoriales y mayor retención de
compuestos bioactivos, obtenidos de las diferentes tecnologías de membranas ya
mencionadas.
8
III. MARCO TEÓRICO
3.1 Generalidades de los compuestos bioactivos
3.1.1 Mecanismo de acción de los antioxidantes
Actualmente, se ha descubierto que una de las principales causas de muchas de las
enfermedades degenerativas del ser humano, tales como el cáncer o las enfermedades
cardiovasculares, son debidas a la acción de los radicales libres en el organismo, los cuales
generan reacciones de oxidación sobre lípidos, proteínas y el ADN (Woods et al., 2006).
Sin embargo, dichos agentes son inactivados por una serie de mecanismos utilizados por el
cuerpo para defenderse, entre los cuales se encuentran los antioxidantes, cuya acción
consiste en liberar electrones o hidrógeno en la sangre, los cuales son capturados por los
radicales libres, siendo neutralizados, mientras que las especies derivadas de los
antioxidantes resultantes se estabilizan por resonancia (Lee et al., 2004).
Considerando lo anteriormente mencionado, el estrés oxidativo o daño celular se
produce cuando hay una disminución importante en el organismo de los niveles de las
especies antioxidantes en comparación con las prooxidantes (Avello & Suwlasky, 2006), lo
cual puede ocurrir naturalmente debido al envejecimiento, a estilos de vida no saludables o
a condiciones ambientales (Nelson & Cox, 2004) por lo cual una de las formas de prevenir
dicha situación es proveyendo al organismo de antioxidantes mediante la dieta (Souza et
al., 2008).
Al respecto, se ha demostrado que una dieta rica en frutas previene la disminución de
la capacidad antioxidante en la sangre y, contrariamente, la incrementa (Jensen et al.,
2008). The World Cancer Research Fund y The American Institute for Cancer Research
han encontrado que, aproximadamente, el 30% de los casos de cáncer en el mundo podrían
ser prevenidos mediante un mayor consumo de frutas y vegetales y un menor consumo de
carne y productos lácteos (Functional Food Center, 2015).
9
3.1.2 Mercado de los compuestos bioactivos
El instituto Functional Food Center de los Estados Unidos define el concepto de
alimentos funcionales como aquellos alimentos naturales o procesados que contienen
compuestos biológicamente activos en cantidades definidas, de modo que proporcionen
beneficios, clínicamente comprobados, para la prevención o tratamiento de enfermedades
crónicas no transmisibles. Con un inminente crecimiento de este tipo de enfermedades a
nivel mundial, estos alimentos se postulan como una opción más segura para su tratamiento
en lugar de la sola dependencia hacia los medicamentos. Además, constituyen una
excelente oportunidad para promover la salud pública, especialmente entre poblaciones
vulnerables. Actualmente, las investigaciones científicas realizadas en este campo
representan una de las áreas más extensas en la ciencia de alimentos (Functional Food
Center, 2015).
De acuerdo con el reporte “Bioactive Ingredients & Product Market by Ingredient
(Probiotics, Proteins, Plant Extracts, Minerals, Vitamins, Fibers, Carotenoids), by Product
(Functional Foods, & Beverage, Dietary Supplements, Animal Nutrition, Personal Care) -
Global trends & forecast to 2018”, publicado por el ente Market and Trends, el mercado
mundial de los ingredients bioactivos crecerá aproximadamente en $10 billones de dólares
para el año 2018, lo cual incluye productos funcionales con fitoquímicos y antioxidantes,
debido al creciente interés por parte de los consumidores por adaptar dietas saludables, con
el fin de prevenir enfermedades. Entre los productos para los cuales se prevé un mayor
crecimiento se encuentran las bebidas funcionales, con un aumento de 7,4% en
comparación con el año 2013 (Alameda, 2015).
En esta misma tendencia, la Promotora de Comercio Exterior de Costa Rica
(PROCOMER) recomienda a los productores nacionales el enfocarse en la elaboración de
bebidas funcionales, principalmente de jugos, pues son los que tendrían mayores
oportunidades de éxito debido a las nuevas exigencias del mercado mundial de bebidas
(PROCOMER, 2013b).
10
3.2 Polifenoles
3.2.1 Generalidades
Entre los principales antioxidantes se encuentran los polifenoles, los cuales son
compuestos fenólicos que actúan como metabolitos secundarios de las plantas (Wegener et
al., 2015). Entre ellos, las antocianinas y los elagitaninos representan compuestos de gran
interés.
3.2.2 Antocianinas
Las antocianinas pertenecen a la subdivisión de los flavonoides y se definen como
antocianidinas unidas a moléculas de azúcar. Se encuentran en forma especial en los frutos
tipo baya y son responsables de su coloración. Se caracterizan por ser hidrosolubles
(Castañeda-Obando et al., 2009) y por tener una capacidad de retención de radicales mucho
mayor que las vitaminas E y C (Wang et al., 1997).
3.2.3 Elagitaninos
Los elagitaninos son antioxidantes tipo taninos derivados del ácido elágico que
contienen una o más fracciones de hexahidroxidifenol (HHDP) esterificados a un poliol
(principalmente β-D-glucosa). Se encuentran en gran variedad y cantidad de plantas, en
especial en los frutos tipo baya. Se caracterizan por ser polímeros de alto peso molecular
hidrosolubles capaces de sufrir reacciones de hidrólisis y de polimerización (Bakkalbaşi et
al., 2009).
En relación con la capacidad antioxidante de los elagitaninos, se reporta en la literatura
que los polifenoles de alto peso molecular son los principales responsables de conferir
propiedades antioxidantes a las frutas que los contienen, en especial a las bayas. En el caso
específico de los elagitaninos, su acción antioxidante se debe a la presencia de grupos
hidroxilo en posición orto, lo cual le confiere al compuesto una alta tendencia a donar
átomos de hidrógeno con electrones no emparejados, capaces de neutralizar los radicales
11
libres. Esta tendencia sería mucho más reducida en el caso de los polifenoles de bajo peso
molecular (Bakkalbaşi et al., 2009).
Por último, resulta relevante mencionar que Murugan et al. (2009) sugieren que la
capacidad antioxidante del ácido elágico es mayor cuando se consume a partir de sus
fuentes naturales que aislado con alta pureza.
3.2.4 Beneficios asociados con la salud
Los polifenoles en los alimentos han sido objeto de numerosas investigaciones con
el fin de validar sus propiedades beneficiosas para la salud. En el caso de los extractos de
canela, los cuales contienen polímeros polifenólicos tipo A, se ha demostrado, tanto en
estudios in vitro como in vivo en animales, que poseen propiedades semejantes a los de la
insulina, lo cual ayudaría a controlar la diabetes (Functional Food Center, 2015).
En relación con las enfermedades neurodegenerativas, varios estudios sugieren que
la ingesta de productos ricos en antioxidantes fenólicos puede prevenir la aparición del
Alzheimer y ayudar a los pacientes con dicha enfermedad. En el 2005, un estudio reportó
que el consumo de altas dosis de epigalocatequina-3-galato (EGCG) presente en el té verde,
redujo significativamente la formación de proteínas beta-amiloides en los cerebros de
pacientes con Alzheimer, las cuales son responsables de favorecer la enfermedad
(Functional Food Center, 2015)
Con respecto a las investigaciones realizadas para conocer el potencial de los
polifenoles en la prevención de las enfermedades cardiovasculares, Johnson et al., 2015
determinaron que el consumo diario de arándanos durante 8 semanas generó una reducción
significativa en la presión sanguínea de mujeres postmenopáusicas con hipertensión nivel 1.
Además, Hernáez et al. (2014) estudiaron el efecto de los polifenoles presentes en aceite de
oliva sobre la salud cardiovascular, de tal manera que se encontró un aumento en el tamaño
de las HDL (lipoproteínas de alta densidad), lo cual genera una función antiaterogénica.
Conclusión semejante obtuvieron Rani et al., (2013) al encontrar asociación entre el
consumo de ácido elágico y la reducción de la arterioesclerosis. Esto es de gran
12
importancia, ya que este fenómeno es el principal responsable de enfermedades
cardiovasculares (Functional Food Center, 2015), las cuales corresponden a la principal
causa de muerte a nivel mundial (World Health Organization, 2014).
Otras investigaciones realizadas con frutas tipo bayas confirman las buenas
propiedades que tiene el consumo de alimentos ricos en ácido elágico. Con respecto a las
uvas negras (Muscadine), se ha encontrado que el consumo como fruta fresca, jugo o vino
puede ayudar a las personas con sobrepeso a tener un mejor control de su peso y de los
efectos asociados, como lo es el hígado graso. Los investigadores descubrieron que el ácido
elágico fue el polifenol responsable de reducir el crecimiento y de desfavorecer la aparición
de nuevas células del tejido adiposo, pues encontraron que un consumo diario de ácido
elágico en el rango 5–88 mg/kg generó un 25% de reducción en la masa de grasa, una
mejoría en el metabolismo de la glucosa y en el funcionamiento del hígado así como de
reducir las concentraciones de los ácidos grasos en hígados humanos de personas con
sobrepeso, por lo que concluyeron que una dieta rica en esta sustancia corresponde a una
excelente estrategia para prevenir o retardar la obesidad y el síndrome metabólico (Okla et
al., 2015).
3.3 Generalidades de la mora
La mora pertenece al género Rubus de la familia de las Rosáceas. Este género ha sido
cultivado principalmente en las partes altas de las zonas tropicales. La planta se caracteriza
por ser arbustiva y perenne de porte erecto a semierecto (Castro & Cerdas, 2005).
3.3.1 Cultivo y comercialización de mora en Costa Rica
En el año 2005, Costa Rica representó el país con mayor área cultivada en mora en
comparación con los demás países de Centroamérica, ya que de 1640 ha totales, 1550 ha
correspondieron a las cultivadas en Costa Rica, principalmente en las provincias de San
José y Cartago (Strick et al., 2007). La mayor expansión de área sembrada se ha dado en la
13
zona de Los Santos (Tarrazú, Dota, León Cortés), El Guarco y Pérez Zeledón (Castro &
Cerdas, 2005).
Según datos de PROCOMER (2013a) los niveles de exportación de mora costarricense
en el año 2012 alcanzaron las 3,6 Ton (específicamente hacia Panamá) generando en el país
divisas por 4,5 Valor FOB (Miles de US$). Generalmente, la fruta que no se puede exportar
es congelada y comercializada en el mercado local a precios inferiores (Montero, 2008).
Entre las principales especies de mora cultivadas y comercializadas en Costa Rica se
encuentra la Rubus adenotrichos, más conocida como mora “vino” (Flores et al., 2012), la
cual es, generalmente, certificada como orgánica (Orozco et al., 2010). Según Cozzano
(2007), esta variedad se caracteriza por tener las mejores propiedades de color, sabor,
acidez, grados Brix y resistencia a enfermedades y plagas. Existen otras variedades criollas
de menor interés comercial como vino con espinas rojas, vino con espinas blancas, negrita,
ratón, castilla y caballo (Flores et al., 2003; Castro & Cerdas, 2005).
3.3.2 Caracterización química de la mora costarricense
En comparación con moras de otras latitudes, Rubus adenotrichos se caracteriza por
ser más ácida, menos dulce y más astringente (Cozzano, 2007; CIRAD, 2013). Asimismo,
la mora presenta altos contenidos de vitamina C, vitaminas del complejo B, hierro, calcio,
fósforo y fibra (Castro, 2012). En relación con los ácidos orgánicos presentes en esta fruta,
el que se encuentra en mayor concentración en forma natural es el ácido málico mientras
que, con respecto al contenido de azúcares, los principales son glucosa, fructosa y sacarosa
(Kafkas et al., 2006). En el cuadro I se muestra la composición química de la mora.
La mora se caracteriza por tener antocianinas y otros compuestos bioactivos tipo
taninos como el ácido elágico (cuadro II), los cuales son los responsables de la coloración
de la fruta (CIRAD, 2013). Los derivados de ácido elágico corresponden a los más
importantes compuestos fenólicos presentes, ya que además de su poder antioxidante,
contribuyen a su sabor (Castro, 2012), ya que se conoce que los taninos son responsables de
generar astringencia en el momento de consumir la fruta (Wrolstad et al., 2005), debido
principalmente a enlaces que forman con las proteínas (Bakkalbaşi et al., 2009). Otros
14
componentes fenólicos de menor tamaño molecular presentes son formas libres y
conjugadas de ácido gálico, flavanoles (como la epicatequina) y flavonoles (como
quercetina y kaempferol) (Mertz et al., 2007).
Las antocianinas mayoritarias presentes en la mora costarricense son la cianidin-3-
glucósido y la cianidin-3-malonil glucósido; la lambertianina C y la sanguiin H-6
corresponden a los principales elagitaninos (Gancel et al., 2010). Tiwari et al. (2009),
reportan que la cianidina-3-glucósido fue considerada como la de mayor capacidad
antioxidante en un estudio realizado con catorce diferentes antocianinas.
Estudios clínicos realizados con mora demuestran que esta fruta tiene propiedades
comprobadas para la prevención de enfermedades del síndrome metabólico y
cardiovasculares, precisamente porque sus elagitaninos son metabolizados por la flora
intestinal para ser absorbidos en forma de moléculas, aún más activas, conocidas como
urolitinas, las cuales pueden ejercer efecto beneficioso y permanecer en el organismo días
después de la ingestión de la fruta (CIRAD, 2013).
Cuadro I. Características fisicoquímicas típicas de la mora costarricense en estado fresco y maduro
(Flores & Argüello, 2005; Soto, 2010).
Parámetro Valor reportado
Humedad (g/100 g) 80 - 85
Antocianinas (mg eq. cianidina-3-glucósido/g muestra) 1,9
Elagitaninos (mg eq. ácido elágico/g muestra) 2,8
Capacidad antioxidante ORAC
(µmol eq. Trolox/g muestra) 67
Sólidos solubles con corrección por acidez (ºBrix) 9 - 12,75
pH 2,54 - 2,74
Acidez (g/100 g) 2,13
15
Cuadro II. Representación estructural de los compuestos de mayor importancia para este estudio
presentes en la mora costarricense (Soto, 2010; Soto, 2014a).
Compuesto
Masa
molar
(g/mol)
Representación
Ácido málico 134,01
Antocianinas
Cianidina-3-glucósido
449,2
Elagitaninos
Lambertianina C
2804,2
Elagitaninos
Sanguiin H-6 1870,2
16
3.3.3 Procesamiento
En relación con el manejo poscosecha, éste puede afectar la calidad nutricional de la
mora, dependiendo de factores como el tipo de empaque que se utiliza para conservar y
transportar, así como el tiempo de almacenamiento hasta su procesamiento. Entre las
principales formas como se consume y comercializa la mora se pueden mencionar como
fruta fresca o congelada, como pulpa, jalea, saborizantes (Castro, 2012), mermeladas,
vinos, productos lácteos y jugos (Calderón, 2009).
Si bien es cierto, el procesamiento conlleva una serie de ventajas, es necesario
mencionar que éste puede tener un efecto negativo sobre las propiedades nutricionales de la
mora y demás frutas, especialmente debido a la aplicación de métodos tradicionales tales
como los tratamientos térmicos, los cuales, aunque muchas veces son necesarios para
garantizar la estabilidad microbiológica y enzimática de los productos, como la
pasteurización en jugos (Damodaran et al., 2008), pueden provocar pérdidas en el
contenido de vitaminas (principalmente vitamina C) y degradación de los compuestos con
capacidad antioxidante, como los polifenoles (Cisse et al., 2009), en especial los
elagitaninos, pues éstos son generalmente lábiles (Bakkalbaşi et al., 2009), en forma
proporcional al tiempo de exposición del alimento a las altas temperaturas.
Además, se conoce que las antocianinas son altamente sensibles a la temperatura en
condiciones ácidas (Wrolstad et al., 2005) y como la mora se caracteriza por ser una baya
de alta acidez, es de esperar una alta degradación de sus antocianinas por la aplicación de
tratamientos térmicos, lo cual afecta el color y la calidad nutricional de los productos
resultantes (Gancel et al., 2010). Además, las antocianinas pueden perderse durante el
procesamiento debido a su alta solubilidad en agua (Hager et al., 2008).
Con respecto al procesamiento para la producción de jugo, es importante mencionar
que el mercado de jugos de frutas representa uno de los más prometedores en la actualidad.
Para tener una vislumbre de la situación del país en dicho mercado, PROCOMER (2013b)
declara que en dicho año, Costa Rica exportó $162,2 millones en jugos y concentrados de
frutas a Estados Unidos y la Unión Europea, principalmente. En este grupo, se encuentra
17
jugo clarificado de mora rico en elagitaninos, pues desde el 2013 es posible encontrarlo en
gran cantidad de comercios franceses (CIRAD, 2013).
El jugo de una fruta se define como el líquido generado a partir de la parte
comestible de una fruta (Shachman, 2005). Éstos se presentan turbios debido a la presencia
de partículas que se encuentran en suspensión en el líquido. En algunos jugos de fruta, por
ejemplo de manzana y uva, se ha comprobado que su limpidez aumenta la aceptación por
parte de los consumidores. Las operaciones utilizadas para la preparación de jugos claros y
brillantes son la clarificación y la filtración (Núñez & Brumovsky, 2010), las cuales
permiten impartir homogeneidad y transparencia mediante la eliminación de los sólidos
suspendidos (Soto et al., 2015).
Sin embargo, se ha encontrado que durante la filtración en su forma tradicional, el
jugo clarificado resultante puede perder una cierta cantidad de antioxidantes, tal y como se
evidenció en la filtración de vino de uva negra, pues se redujo las concentraciones de ácido
elágico en el producto filtrado en comparación con el jugo original (Okla et al., 2015).
Existen diversas técnicas para tratar de conservar las antocianinas en jugos de mora
como consecuencia del procesamiento y durante el almacenamiento: adición de azúcares
(trealosa, glucosa) y/o ácido clorogénico con buenos resultados (Kopjar et al., 2012).
Específicamente, la adición de trealosa ha demostrado un efecto positivo de protección
durante la aplicación de altas temperaturas (Kopjar & Pilizota, 2011). Sin embargo, en la
actualidad, la metodología que ha demostrado dar los mejores resultados en la elaboración
de jugo de mora con una alta retención de antioxidantes ha sido la tecnología de
membranas (Cozzano, 2007; Montero, 2008; Valverde, 2011; Soto et al., 2015).
3.4 Aplicación de la Tecnología de membranas
3.4.1 Generalidades e importancia
Tomando en cuenta lo anteriormente mencionado y considerando que la industria
alimentaria está cada vez más interesada en la aplicación de tecnologías capaces de
preservar en mayor medida las propiedades nutricionales del alimento original, se reconoce
18
la importancia de la aplicación de la tecnología de membranas, la cual puede concentrar,
fraccionar y purificar un determinado fluido (Girard & Fukumoto, 2000), sin necesidad de
aplicar un tratamiento térmico. Incluso, Kotsanopoulos y Arvanitoyannis (2015) señalan
que, a nivel mundial, la industria de alimentos representa entre un 20 a 30% del total de las
aplicaciones productivas realizadas mediante tecnología de membranas.
La tecnología de membranas se basa en el proceso de filtración sólido-líquido a
través de una superficie semipermeable, de tal forma que el fluido se alimenta en forma
paralela o tangencial a ésta, con el fin de retardar la formación del depósito de sólidos
responsable de colmatar la membrana. Este fenómeno se presenta con una mayor velocidad
en los procesos de filtración tradicionales debido a su alimentación frontal hacia la
membrana (Sharma et al., 2003). Las diferencias entre ambos procesos se ilustran en la
figura 1:
a) b)
Figura 1. Representación esquemática de los procesos de filtración: a) clásica, b) tangencial.
De esta forma, durante los procesos de filtración tangencial, se lleva a cabo la
separación de los componentes del fluido en forma selectiva, sin sufrir ninguna
modificación química o física (Sharma et al., 2003), generándose dos subproductos
conocidos como retenido (componentes acumulados en la superficie de la membrana) y
permeado (componentes que logran atravesar la membrana). Las fuerzas motrices
responsables de la circulación del fluido a través de las membranas pueden ser altas
presiones, potencial químico o eléctrico o un gradiente de concentración (Girard &
Fukumoto, 2000).
19
Mediante la tecnología de membranas se obtienen jugos no solamente de alta
calidad nutricional, sino también sensorial y microbiológica, superiores a las obtenidas
mediante métodos tradicionales de procesamiento, esto debido a que en la tecnología de
membranas se utilizan menores temperaturas de proceso, lo cual reduce las pérdidas de
componentes sensibles a las altas temperaturas, aplicadas mediante tecnologías clásicas
como la evaporación (Girard & Fukumoto, 2000) por lo que se logra así una mayor
conservación de nutrientes, aromas y sabores, además de transparencia y homogeneidad
debido a la eliminación de sólidos insolubles (Montero, 2008).
Asimismo, se conoce que esta tecnología permite la eliminación de las bacterias,
pues éstas tienen diámetros superiores a los poros de las membranas, lo cual descarta la
necesidad de aplicar algún tratamiento térmico para garantizar la inocuidad y la estabilidad
del jugo; por esta razón, se le conoce comúnmente con el nombre de “pasteurización en
frío” (Cheryan, 1998). Por el contrario, la pasteurización únicamente logra reducir la carga
microbiana del jugo, por lo tanto, al no eliminar todas las bacterias, se requiere combinar su
aplicación con otras tecnologías como conservación en refrigeración, uso de aditivos o
envasado en atmósferas modificadas, con el fin de inhibir el crecimiento microbiano y la
germinación de esporas (Ramaswamy & Marcotte, 2006).
Según, Morão et al. (2001), Pérez (2014) y Dornier, 2014, otras ventajas que
presenta el uso de las tecnologías de membranas en comparación con los procesos clásicos
son:
Calidad de la separación: garantía de obtener un permeado completamente libre de
sólidos suspendidos
Procesos continuos y sin cambio de fase
Posibilidad de formulación de productos innovadores
Obtención de subproductos que pueden ser valorizados
Bajo consumo energético en la elaboración de concentrados
Retención de aromas termolábiles oxigenados que serían arrastrados por tratamientos
clásicos con vapor de agua
No requerimiento de coadyuvantes de filtración ni floculantes como sí lo necesita la
filtración convencional
20
3.4.2 Tipos de tecnologías de membranas
Entre los principales tipos de procesos basados en la tecnología de membranas que
actualmente tienen un mayor auge en aplicaciones en las industrias de alimentos a nivel
mundial se encuentran la microfiltración (MF), la ultrafiltración (UF), la nanofiltración
(NF) y la electrodiálisis (ED) (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015), las cuales se
diferencian entre sí por los tipos y rangos de tamaño de partículas capaces de separar,
dependiendo del tamaño de los poros y la naturaleza de cada tipo de membrana (Cheryan,
1998; Girard & Fukomoto, 2000), así como por la fuerza motriz que permite el transporte
de las partículas (Bazinet et al., 1998). En el cuadro III, se detallan aspectos específicos
relacionados con estas tecnologías, el cual fue elaborado basándose en datos indicados por
Cozzano (2007), Montero (2008), Soto (2010), Dornier (2014), Vaillant (2014) y Pérez
(2014). Las principales aplicaciones de las diferentes tecnologías de membranas se
muestran en el cuadro IV, por su parte, la figura 2 muestra el comportamiento de cada
tecnología hacia los diferentes componentes de los alimentos.
Figura 2. Representación esquemática de los diferentes componentes de los alimentos que pueden
atravesar y que son retenidos por cada tipo de membrana (Soto, 2014a).
21
Cuadro III. Características de los principales tipos de tecnología de membranas.
Proceso Fuerza
motriz
Tipo y
forma de la
membrana
usada
Tamaño
medio de
poros de la
membrana
(µm)
Poder de
corte
(kDa)
Factor de
separación
Composición
del retenido
Composición
del permeado
Microfiltración
tangencial
Presión
(0,1 - 4
bar)
Porosa /
Tubular 0,1 - 10 > 100
Tamaño y
forma
Partículas en
suspensión:
coloides,
emulsiones,
bacterias,
hongos,
esporas,
levaduras,
compuestos
apolares
Solutos
solubles:
azúcares,
ácidos, sales,
vitaminas,
componentes
del aroma,
antocianinas,
proteínas,
polisacáridos
Ultrafiltración
tangencial
Presión
(1 - 10
bar)
Porosa /
Tubular 0,005-0,1 1-100
Tamaño y
forma
Moléculas
grandes:
proteínas,
polisacáridos
solubles,
péptidos,
enzimas, virus,
taninos
Sales y
moléculas
pequeñas:
azúcares,
aminoácidos,
polifenoles
Nanofiltración
tangencial
Presión
(5 - 25
bar)
Porosa /
Tubular 0,001 -0,005 0,1-1
Tamaño y
forma
Iones
multivalentes y
moléculas
pequeñas:
azúcares,
aminoácidos,
componentes
del aroma,
ácidos
disociados,
polifenoles
Iones
monovalentes,
ácidos no
disociados
Electrodiálisis Potencial
eléctrico
Densa /
Plana
0,0001 -
0,0005 Variable
Carga
eléctrica,
movilidad
iónica
Iones -
22
Cuadro IV. Principales aplicaciones de las diferentes tecnologías de membranas (Dornier, 2014;
Vaillant, 2014; Pérez, 2014; Soto, 2014a).
Proceso Aplicaciones
Microfiltración Clarificación, esterilización y estabilización microbiana, pretratamiento
Ultrafiltración Fraccionamiento, concentración, recuperación de compuestos bioactivos
Nanofiltración Concentración, desalinización parcial,
recuperación de compuestos bioactivos, purificación
Electrodiálisis Desacidificación, desmineralización, desalinización, separación de iones
Como se aprecia en el cuadro III, tanto la MF, la UF como la NF se caracterizan por
ser procesos baromembranarios. Por otro lado, la electrodiálisis es un proceso
electromembranario en el que la fuerza motriz es la diferencia de potencial establecida
entre dos electrodos (Dornier, 2014; Pérez, 2014; Soto, 2014a).
Como la MF, la UF y la NF comparten muchas características relacionadas con sus
parámetros de proceso, a continuación se mencionará detalles específicos relacionados con
estas tres tecnologías, mientras que, más adelante, se describirá con detalle los parámetros
de funcionamiento de la operación de ED.
3.4.3 Parámetros de operación de la micro, ultra y nanofiltración tangencial
Propiedades de las membranas: Las membranas usadas en este estudio se
caracterizaron por ser tubulares, elaboradas a partir de cerámica, las cuales están adaptadas
para procesar líquidos viscosos (con partículas suspendidas) y de poseer una alta
resistencia fisicoquímica y térmica. Las membranas pueden clasificarse según dos criterios:
el diámetro medio de sus poros (µm) y el peso molecular de corte (MWCO), el cual es un
término definido en función del hecho de que el diámetro de los poros es irregular, con una
distribución normal (Vaillant, 2014), de allí que sea más útil clasificar a las membranas
23
según el peso mínimo de las moléculas que son retenidas con una tasa de retención de un
90%, expresado en Dalton (Da), donde 1 Da = 1 g/mol (Dornier, 2014, Pérez, 2014).
Presión trasmembranaria: En los proceso baromembranarios, la fuerza motriz es
la diferencia de presión que se crea entre ambos extremos de la membrana, conocida como
presión transmembranaria. En general, las presiones necesarias para llevar a cabo cada
proceso se incrementan conforme se reduce el tamaño promedio de poro de la membrana,
las cuales serían mayores que las requeridas para llevar a cabo la filtración clásica, ya que
en ésta el tamaño de poro es superior a los 10 µm (Dornier, 2014; Pérez, 2014).
Velocidad tangencial: es la que le confiere al sistema la posibilidad de que el flujo
de alimentación corra en forma paralela a la membrana.
Flujo de permeado: es la densidad de flujo de masa a través de la membrana
(Dornier, 2014; Vaillant, 2014). Se ha identificado dos etapas del proceso en relación con
su evolución: la primera, caracterizada por la caída pronunciada del flujo debido a los
fenómenos de colmataje sobre la superficie de la membrana, mientras que la segunda se
caracterizada por una disminución mucho menos marcada del flujo, la cual depende del
aumento de la concentración de partículas sobre la superficie de la membrana,
principalmente (Vaillant et al., 2008). En el caso específico de la MF, según Vaillant et al.
(2004), 50 L/h·m2 es el flujo mínimo que debe presentar un proceso de microfiltración
tangencial para ser factible técnicamente y económicamente.
Factor de reducción volumétrico (FRV): Uno de los principales parámetros de
proceso es el término denominado FRV, el cual se define como la diferencia entre el
volumen de alimentación y el volumen de permeado en cada tiempo del proceso. El FRV es
inversamente proporcional al flujo de permeado, ya que conforme aumenta el tiempo, el
volumen de alimentación se incrementa y como consecuencia se amplía la concentración de
sólidos dentro del sistema, los cuales favorecen el fenómeno de decrecimiento del flujo de
permeado debido al colmataje de la membrana y al incremento de la viscosidad del jugo
(Carneiro et al, 2005). Además, al aumentar el FRV se disminuye el efecto de la presión
transmembranaria sobre el flujo de permeado (Soto et al., 2015). A pesar de esto, en un
proceso para la obtención de jugo clarificado es de esperar que se busque un valor de FRV
alto, ya que este hecho es un indicador de un mayor rendimiento de permeado (Cozzano,
24
2007), lo cual incrementa la rentabilidad del proceso (Vaillant et al, 2001). Sin embargo, el
FRV no solamente es útil para poder obtener una mayor cantidad de jugo clarificado, sino
que también sirve para controlar las propiedades físicoquímicas del permeado obtenido, a
lo largo del proceso de filtración.
Colmataje: se refiere a la acumulación de materia a nivel de la membrana,
provocado principalmente por los componentes que son retenidos durante el proceso, lo
cual aumenta la resistencia a la filtración del sistema (Fang & Shi, 2005). Existe tanto
colmataje externo como interno. En el primero, se crea un gel sobre la superficie de la
membrana. El interno se produce cuando ocurre una obstrucción de los poros provocado
por la incrustación de partículas pequeñas y coloides. Si bien es cierto, el propósito de la
velocidad tangencial es contrarrestar este fenómeno, ésta no lo impide por completo por lo
que se presenta la formación de una microtorta (Pérez, 2014). La presión transmembranaria
también influye sobre el colmataje, pues se conoce que este fenómeno puede aumentar
cuando el producto entra al sistema a muy alta presión (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis,
2015). Por el contrario, el aumento de la temperatura del sistema reduce el colmataje
(Bahceci, 2012), sin embargo, se recomienda que la temperatura máxima para el
procesamiento de jugos sea de 35ºC, con el objetivo de prevenir la pérdida de aromas
(Vaillant, 2014). Entre los mecanismos más importantes para reducir el colmataje se
encuentra la aplicación de tratamientos enzimáticos previos al proceso de filtración
tangencial, ya que ayudan a reducir la turbidez del jugo de alimentación (Dornier, 2014).
Polarización de la concentración: Otro fenómeno que favorece la reducción de los
flujos de permeado es la polarización de la concentración en las interacciones membrana-
soluto (Pérez, 2014), la cual se debe a que durante el proceso de filtración, algunas
sustancias pueden ser rechazadas por la membrana debido a diferencias en afinidad con
respecto al material del cual está elaborada, las cuales se van acumulando en la superficie
de la membrana (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015).
25
3.4.4 Aplicaciones de la microfiltración en la clarificación de frutas con
compuestos bioactivos
La microfiltración se ha convertido en uno de los procesos más importantes para la
elaboración de jugos de frutas tropicales con alto valor agregado, siendo mucho más
competitiva que los métodos de fabricación que emplean tratamientos térmicos
(Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015). Entre sus aplicaciones, los dos más importantes
usos que tiene la MF es la clarificación y la eliminación de microorganismos (Han et al.,
2005).
Diversos estudios se han realizado empleando la microfiltración con el fin de
obtener jugos clarificados:
Noni: El jugo de noni se ha procesado mediante MF para eliminar exitosamente “el
sabor a cabra” característico de esta fruta (CIRAD, 2012).
Grosella negra: El proceso de microfiltración mostró reducción de la turbidez del
jugo sin afectar las concentraciones de proteína, azúcares y polifenoles (Bagger-Jørgensen
et al., 2002).
Cerveza: La microfiltración se ha utilizado para su estabilización (Gan, 2001).
Jugo de tomate, piña y nopal: Se encontró que el contenido de sólidos solubles, el
pH y la acidez del permeado se mantienen invariables con respecto al jugo de alimentación
al concentrar estas tres frutas mediante microfiltración (Bottino et al., 2002; Carneiro et al.,
2005; Cassano et al., 2010).
Mora: Los estudios realizados por Soto (2010) demostraron que al microfiltrar jugo
con bajo contenido de sólidos insolubles se mantiene la concentración de antocianinas y
elagitaninos en el permeado. Sin embargo, si el jugo es pulposo (con alta turbidez inicial) la
concentración de estos polifenoles disminuye en el jugo clarificado. Además, se concluyó
que entre mayor sea la cantidad de solutos solubles presentes en el jugo de alimentación,
mayor cantidad de estos componentes pueden atravesar la membrana. Posteriormente,
Valverde (2011) concluyó que la microfiltración no afecta significativamente el valor del
pH, de la concentración de sólidos solubles ni la acidez del jugo de mora permeado en
comparación con el jugo de alimentación. Por último, Soto (2014b) encontró exactamente
26
el mismo comportamiento en relación con la conservación de los contenidos de polifenoles,
acidez y sólidos solubles en el permeado microfiltrado a partir de un extracto de semilla de
mora.
3.4.5 Métodos de desacidificación
En general, de los estudios mencionados anteriormente, se concluye que la
microfiltración es una excelente técnica para obtener jugo clarificado capaz de retener los
compuestos bioactivos, los sólidos solubles y la acidez de la fruta original. Sin embargo, en
el caso de la mora Rubus adenotrichos, esta situación genera que el jugo obtenido presente
una alta acidez, debido a la naturaleza de la fruta, lo cual puede afectar su aceptación
sensorial (Cozzano, 2007). Por esta razón, a continuación se mencionará las principales
técnicas reportadas por la literatura para la desacidificación de jugos de frutas ácidas:
Dilución con agua y adición de azúcar: Su objetivo sería aumentar el valor de la
relación brix/acidez y así incrementar el sabor dulce y reducir el sabor ácido del jugo (Soto,
2011).
Adición de agentes neutralizantes: Principalmente se han utilizado CaCO3 y
Ca(OH)2, sin embargo, este proceder ha ocasionado problemas tales como la liberación de
CO2, el cual induce la formación de espuma, un descontrol del pH (en el caso del CaCO3) y
problemas de precipitación en el producto final (en el caso del uso de hidróxido de calcio)
(Vera et al. 2003b).
Utilización de resinas de intercambio iónico: Aunque se han obtenido buenos
resultados en la desacidificación de jugos, este método tampoco ha dado buenos resultados
sensorialmente, pues las resinas modifican el perfil de aroma del jugo final (Vera et al.
2003b).
Uso de cepa de levadura Saccharomyces cerevisiae: Esta cepa es capaz de
consumir el ácido málico presente en la mora (Zhu et al., 2012).
Fraccionamiento y concentración mediante ultrafiltración y nanofiltración: A
partir del cuadro III, se observa que estas tecnologías tienen diferentes propiedades de
27
retención hacia los ácidos orgánicos, los azúcares, los componentes responsables del aroma
y los polifenoles con respecto a la microfiltración, lo cual permitiría mejorar las
características sensoriales del jugo de mora mediante fenómenos de fraccionamiento y
concentración.
Desacidificación mediante electrodiálisis: Diversos estudios demuestran la
utilidad de la ED para la desacidificación de jugos de frutas (Vera et al. 2003b; Vera et al.,
2007a; Vera et al., 2007b; Vera et al., 2009; Husson et al., 2013a).
3.4.6 Aplicaciones de la ultrafiltración en la concentración de frutas con
compuestos bioactivos
El principio de acción de la UF está relacionado con la capacidad de retener
moléculas grandes disueltas así como por la remoción de agua (Kotsanopoulos &
Arvanitoyannis, 2015). En muchas aplicaciones, la microfiltración se utiliza como
pretratamiento a la ultrafiltración con el objetivo de mejorar la calidad de la separación
(Dornier, 2014), ya que su objetivo más común consiste en eliminar sustancias disueltas
que puedan inducir la formación de turbidez durante el almacenamiento, principalmente
compuestos fenólicos y proteínas, los cuales, al interactuar entre sí, pueden sedimentarse y
provocar enturbiamiento en los jugos de fruta clarificados. Precisamente, según un estudio
realizado con jugo de granada, la colmatación de la membrana de UF se debe
principalmente a la retención de los polifenoles y/o de proteínas (Baklouti et al., 2012).
En relación con lo anterior, Kotsanopoulos y Arvanitoyannis (2015) señalan que una
de las principales desventajas de la UF es el bloqueo de poros. Además, se ha establecido
que un poder de corte de la membrana inferior a los 10 kDa corresponde al proceso
conocido como ultrafiltración fina (Soto, 2014a).
La ultrafiltración se ha empleado para obtener con éxito jugos clarificados de frutas
de alta calidad, lo cual corresponde, en la actualidad, a la principal función de esta
tecnología en la industria de jugos (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015). Por ejemplo,
se ha obtenido jugo clarificado de granada (Baklouti et al., 2012), de manzana (Bahceci,
28
2012), de kiwi con alto contenido de compuestos bioactivos (Mohammad et al., 2012), de
pera, naranja, limón, carambola, guayaba, piña y maracuyá (Pérez, 2014). Mediante una
combinación entre ultrafiltración y electrodiálisis se ha obtenido jugo de naranja mandarina
desacidificado (Yeung Joo & Khee Choon, 2002) y jugo de arándano rico en antocianinas
sin que se afectara su concentración de azúcares (Husson et al., 2013a).
Además, se ha utilizado la UF para la purificación de compuestos bioactivos. En el
caso de la uva, se ha demostrado su utilidad como método de fraccionamiento de
polifenoles (Kalbasi & Cisneros-Zevallos, 2007) así como para su concentración, tal y
como lo concluyó otro estudio realizado con un extracto de semillas de uva en el cual se
obtuvo un 91% de retención de polifenoles empleando una membrana de 50 kDa (Liu et al.,
2011). En el caso específico de la mora, también se ha confirmado su utilidad para el
fraccionamiento y la concentración de polifenoles (Soto, 2014a).
Otros usos que tiene la UF en otras áreas del procesamiento de alimentos han sido la
clarificación y separación de metabolitos presentes en caldos de fermentación, como es el
caso de la recuperación de lactato a partir de caldos de piña y banano (Murillo-González,
2013; Murillo-Viera, 2013); la recuperación, purificación y concentración de enzimas
(Pérez, 2014), por ejemplo, a partir de miel de abeja (Barhate et al. 2003); para la
producción de queso y leche en polvo (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015); en la
separación y recuperación de proteína y lactosa de alto valor comercial a partir del suero
ácido remanente de la producción de yogurt griego (95% agua) y para reducir el impacto
ambiental generado por la disposición de este residuo (Miller, 2015); para garantizar la
inocuidad en vinos mediante la eliminación de microorganismos no deseados (Banvolgyi et
al., 2006), como levaduras (Barhate et al. 2003) y virus en otras matrices. En el caso
específico de los virus, éstos pueden atravesar los poros de las membranas de
microfiltración, pero son retenidos por los de UF (Dornier, 2014).
29
3.4.7 Aplicaciones de la nanofiltración en la concentración de frutas con
compuestos bioactivos
En el caso de la nanofiltración, los compuestos que influyen en la disminución del
flujo de permeado son muy semejantes a los de la ultrafiltración, anteriormente
mencionados, partiendo de jugo microfiltrado como pretratamiento. La principal diferencia
radica en un aumento en la capacidad de retención de los azúcares (Salgado et al., 2013) lo
cual genera como consecuencia un retenido con altos valores de ºBrix (Dornier, 2014).
Además, en años recientes, esta tecnología se ha empleado a escala industrial para la
separación de partículas no cargadas en soluciones acuosas (Wang et al., 2009) así como
iones con diferentes valencias (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015).
En relación con las aplicaciones correspondientes a la nanofiltración con frutas, esta
tecnología se ha empleado en la elaboración de mosto clarificado de uva roja (Salgado et
al., 2013); en la reducción de ácido málico en esta misma matriz, con el fin de disminuir su
acidez titulable (Ducruet et al., 2010); en la concentración de polifenoles a partir de un
extracto obtenido de los desechos de fermentación de uva, empleando una membrana de 1
kDa con un 85% de retención (Díaz-Reinoso et al. 2009); en la concentración de azúcares
en mosto de uva (García-Martín et al., 2009), de antocianinas de extractos de flor de
Jamaica (Cissé et al., 2011), de polifenoles en extractos de mate (Negrão et al., 2011) y en
licores obtenidos por prensado de cáscaras de naranja (Conidi et al., 2012), así como en la
concentración de jugos de manzana y pera (Warczok et al., 2004). Además, se ha empleado
para permear agua y etanol a partir de vino con mejores rendimientos que MF y UF (Díaz-
Reinoso et al., 2009).
Específicamente, resulta relevante el mencionar que las aplicaciones en
desacidificación de jugos de frutas tropicales mediante nanofiltración se basan en el
principio de generación de dos fracciones: una rica en ácido y una pobre en ácido (Mantius
& Rose, 2005). En general, la nanofiltración compite con la electrodiálisis en cuanto a este
tipo de aplicaciones (Pourcelly & Bazinet, 2009).
Con respecto a las investigaciones realizadas con mora, Soto (2014b) obtuvo un
85% de retención de polifenoles a partir de un extracto proveniente de un subproducto
30
industrial de mora empleando una membrana cerámica tubular elaborada a partir de
zirconia (ZrO2) con un poder de corte de 1 kDa. Otro estudio importante fue el realizado
por Calvo-Castro et al. (2013) en el que se encontró que la aplicación sobre la piel de jugo
de mora, concentrado en antocianinas y elagitaninos mediante una membrana de 1 kDa,
mostró efectos significativos contra el daño provocado por la radiación UVB, principal
responsable de producir el cáncer de piel.
En otras áreas del procesamiento de alimentos, la nanofiltración se ha empleado
para concentrar isoflavonas en soya (Benedetti et al., 2013), en la remoción de ácidos
grasos libres en aceite de esta misma fuente (Firman et al., 2013), en la concentración de
los antioxidantes presentes en hidrolizados proteicos de soya (Ranamukhaarachchi et al.,
2013) y de aromas y aminoácidos en jugo de soya (Luo et al., 2009); en el tratamiento de
efluentes de la industria alimentaria y en la producción de agua potable a partir de éstos
(Blöcher et al., 2002); en la purificación de ácido láctico y aminoácidos (Kotsanopoulos &
Arvanitoyannis, 2015); en la eliminación de impurezas del azúcar producido a partir de
remolacha, usando una membrana de 0,5 kDa (Ģyura et al., 2005).
3.4.8 Electrodiálisis
3.4.8.1 Generalidades
La ED es una tecnología que combina los fenómenos de diálisis y electrólisis. La
diálisis consiste en el proceso de separación espontáneo que ocurre por difusión a través de
una membrana de intercambio iónico, generado por un gradiente de concentración (Soto,
2011). La electrólisis se define como el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para
mover una carga positiva, la cual es completamente dependiente del voltaje aplicado (Soto,
2014a), de tal manera que se debe sobrepasar el potencial de la celda electroquímica para
que ocurra el proceso de migración, el cual se presenta mediante el flujo de electrones en
los electrodos externos y mediante la migración de iones en las disoluciones (Soto, 2011).
La electrodiálisis se basa en la electromigración selectiva de iones en solución a
través de membranas semipermeables. En la electrodiálisis, la fuerza motriz que permite el
31
proceso de separación es la electricidad, aplicada a membranas especiales conocidas como
membranas de intercambio iónico (figura 3) (Soto, 2011), las cuales esencialmente
consisten en películas de resinas de intercambio iónico con materiales de refuerzo que les
confieren una alta flexibilidad y resistencia mecánica (Strathmann, 1992).
Estas membranas son de varios tipos: monopolares catiónicas (cargadas
negativamente, permiten el transporte de cationes y la exclusión de los aniones),
monopolares aniónicas (cargadas positivamente, permiten el transporte de aniones y la
exclusión de los cationes) y bipolares (cargadas positiva y negativamente, permiten la
ionización del agua en los grupos H+ y OH
-), las cuales, generalmente, se utilizan en forma
conjunta para permitir el fenómeno de intercambio iónico (Soto, 2011).
(a) (b) (c)
Figura 3. Tipos de membrana de intercambio iónico utilizadas en electrodiálisis: a) catiónica; b)
aniónica y c) bipolar (Soto, 2011).
Las membranas están formadas por estructuras poliméricas constituidas por cadenas
reticuladas de macro-moléculas tridimensionales (Soto, 2014a). Los materiales de los que
están fabricadas incluyen diversos tipos de polímeros, tanto inertes como activos. Los
polímeros activos llevan los grupos de intercambio iónico (Altmeier et al., 1997) (ver
figura 4), los cuales son los responsables de conferirle a la membrana su carga (Fidaleo &
Moresi, 2006). Entre los principales polímeros activos se encuentran el poliestireno
clorometilado, las polisulfonas así como derivados de polivinilpiridina. Para ayudar al paso
de ácidos orgánicos largos se usan copolímeros en la fabricación de las membranas; el
principal es elaborado a partir de epiclorhidrina y óxido de etileno (Altmeier et al., 1997).
32
a) b)
Figura 4. Representación esquemática de la estructura interna de las membranas usadas en
electrodiálisis con sus respectivos posibles grupos de intercambio iónico, así como de los iones que
son capaces de atravesarlas (Soto, 2014a): a) aniónicas y catiónicas, b) bipolares.
Las membranas aniónicas son las responsables de determinar el rendimiento de la
operación de ED, ya que definen el tipo de iones que pueden ser trasladados. Éstas se
clasifican según la masa molecular máxima de las sustancias con capacidad de ser
transportadas a través de ellas. Incluso existen membranas aniónicas especializadas para la
concentración de un ácido en específico, dependiendo del tamaño del anión. Normalmente,
ese tamaño máximo está expresado como Daltons (Da) en el código de la membrana. Por
ejemplo, la membrana PC Acid 35 es específica para la concentración del ion Cl- (35 Da)
mientras que PC Acid 70 para NO3- (62,01 Da). Conforme aumenta el valor de Da se
incrementa la capacidad de la membrana para transportar iones multivalentes o de un
mayor peso molecular (Altmeier et al., 1997), de allí que también se suela clasificar a las
membranas como fuertes o débiles a ácidos y bases, dependiendo del grado de disociación
de los grupos cargados (Strathmann, 2010).
Por otro lado, al acomodo de las diferentes membranas se le conoce como
configuración, la cual puede ser convencional cuando solamente se emplean membranas
aniónicas y catiónicas, o bipolar, cuando se utilizan, al mismo tiempo, membranas bipolares
junto con aniónicas y/o catiónicas. La configuración bipolar presenta una serie de ventajas
con respecto a la configuración convencional, ya que se caracteriza por presentar un menor
consumo energético (Altmeier et al., 1997), por la no formación de gases en las superficies
33
o en el interior de las membranas debido a la formación directa de los iones H+ y OH
- a
partir del agua (Pourcelly & Bazinet, 2009), por una menor generación de efluentes de
subproductos así como una reducción en los pasos de purificación (Fidaleo & Moresi,
2006), al necesitar menos compartimentos que la configuración convencional (Strathmann,
2010).
A la unión entre una membrana catiónica, una aniónica y/o una bipolar se le conoce
como grupo de celda (Fidaleo & Moresi, 2006). Las membranas se colocan en forma
paralela a dos electrodos: cátodo (conectado al polo negativo del generador de corriente) y
ánodo (conectado al polo positivo) en el stack de ED (Soto, 2011). Existen dos principales
tipos de stacks: de recorrido tortuoso y de flujo laminar. Los primeros se caracterizan por
presentar canales estrechos con numerosas curvas (ángulos de 180°), los cuales generan la
turbulencia del flujo de la solución (Fidaleo & Moresi, 2006; Strathmann, 2010) mientras
que en los de flujo laminar, las disoluciones se desplazan a lo largo de una línea recta (Soto,
2011). Según su tamaño, así van a ser las dimensiones de las membranas y por ende el área
efectiva de intercambio iónico (Fidaleo & Moresi, 2006). En la figura 5, se observa un
acomodo típico del stack o unidad de electrodiálisis, a modo de ejemplificación de los
conceptos mencionados anteriormente.
Figura 5. Diagrama esquemático del stack de electrodiálisis con cinco grupos de celdas en
configuración bipolar, donde BP representa una membrana bipolar, A una membrana aniónica y C
una membrana catiónica, separadas por espaciadores (E1, E2, E3, EF = espaciador final, ES =
espaciador de sellado) (Soto, 2011).
34
Como se observa en la figura 5, entre cada membrana iónica se ubican otros
componentes conocidos como espaciadores, los cuales son los responsables de marcar la
dirección del flujo después de haber atravesado la correspondiente membrana, con el fin de
dirigirlo hacia el compartimento correcto (Fidaleo & Moresi, 2011). Su estructura permite
crear un flujo turbulento durante el recorrido (Soto, 2014a).
A su vez, el stack de electrodiálisis se caracteriza por estar unido mediante una serie
de mangueras a las distintas disoluciones, necesarias para que se presente el fenómeno de
intercambio iónico: disolución de alimentación (va perdiendo iones), disolución rica en
ácido (se va concentrando en ácido a lo largo del ensayo), disolución alcalina, disolución de
electrodos y disolución diluida en ácido (no requerida en el caso de configuración bipolar).
Cada una de estas disoluciones se ubica en un compartimento diferente, de tal manera que
el flujo que está perdiendo aniones (diluido) se mantiene separado de la solución que se
enriquece con estos iones (concentrado) (ver figura 6). Un aspecto importante de considerar
es que las velocidades de flujo de cada disolución deberían ser las mismas para garantizar
un correcto funcionamiento (Soto, 2011). Más detalles con respecto al funcionamiento del
stack se mencionan en la metodología.
Figura 6. Representación esquemática del flujo de las disoluciones provenientes de cada
compartimento en los ensayos de electrodiálisis donde MC representa una membrana catiónica y
MA una membrana aniónica (Soto, 2014a).
35
3.4.8.2 Colmataje de las membranas de electrodiálisis
La polarización por concentración es el principal fenómeno responsable del
colmataje en este tipo de membranas. Se presenta cuando algunas especies son rechazadas
como resultado de la diferente movilidad iónica en la solución y en la fase de la membrana,
lo cual, como consecuencia, genera su acumulación en la barrera semipermeable (Fidaleo &
Moresi, 2006; Vera et al., 2009), ya sea por deposición en la superficie o en el interior de la
membrana. La precipitación de la sal puede ocurrir cuando la concentración excede su
límite de solubilidad, lo cual forma una capa conocida como capa de gel (Strathmann,
2010). Todo esto conlleva a una disminución en el flujo de permeación del soluto, a un
aumento en la resistencia eléctrica y del consumo de energía (Soto, 2011).
Dicho colmataje puede ser tanto externo como interno. Se identifican tres
principales vías: acumulación de incrustaciones debido a la formación de iones hidróxidos
divalentes y trivalentes, bloqueo de la superficie membranaria por proteínas o material
coloidal y colapso de la membrana por agentes tensoactivos (Bazinet & Araya-Farias,
2005). Es importante mencionar que este fenómeno afecta en mayor medida a las
membranas aniónicas, debido a que la mayoría de los coloides tienen cargas negativas (Lee
et al., 2002).
Otros factores que influyen sobre el colmataje son el tamaño molecular de los
ácidos orgánicos así como el pH de la disolución, ya que estos afectan su solubilidad. Al
incrementarse el tamaño de las moléculas, menor será su solubilidad y su movilidad en la
membrana por lo que podrían más fácilmente quedar adsorbidos en ésta (Fidaleo & Moresi,
2006; Ayala-Bribiesca et al., 2007; Shi et al., 2011).
Entre los principales mecanismos que se aplican con el fin de reducir el colmataje
en las membranas de ED se encuentran el llevar a cabo un pretratamiento del líquido a usar
como alimentación mediante micro o ultrafiltración así como un correcto lavado alcalino
para retirar residuos orgánicos remanentes en las membranas (Soto, 2011).
36
3.4.8.3 Densidad de corriente limitante (DCL)
Uno de los principales parámetros de control de la operación de electrodiálisis es la
densidad de corriente limitante (DCL), la cual se alcanza cuando la concentración de iones
en la superficie de la membrana tiende a cero, lo cual provoca, como consecuencia, que un
aumento del voltaje aplicado no genere un incremento en la corriente eléctrica del sistema
(Lee et al., 2006). De esta forma, durante la operación de electrodiálisis, la densidad de
corriente no debería exceder la DCL, por consiguiente, es muy importante conocer este
parámetro para optimizar las condiciones de proceso, con el objetivo de tener una baja
resistencia eléctrica a un valor alto de densidad de corriente (Soto, 2011). En la figura 7, se
observa el punto de inflexión que se presenta como consecuencia del cambio en la
pendiente de la curva corriente-voltaje, al ir aumentando el voltaje progresivamente.
Figura 7. Determinación de la densidad de corriente limitante durante la operación de
electrodiálisis mediante la relación potencial-corriente (Lee et al., 2006).
3.4.8.4 Aplicaciones
La electrodiálisis es una tecnología ya conocida desde hace algunos años, cuya
principal aplicación ha sido la potabilización y desalinización de agua (Soto, 2011). Sin
embargo, en la actualidad, se encuentra en auge el desarrollo de otro tipo de aplicaciones,
especialmente en las industrias agroalimentarias, porque se ha demostrado que posee
37
ventajas tales como bajo consumo energético, eficiencia de procesos, facilidad de uso,
concentración y purificación en una sola etapa y lo más relevante: permite la protección de
componentes sensibles al calor de muchos alimentos (Pourcelly & Bazinet, 2009;
Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015). La electrodiálisis se puede emplear para
concentrar, remover o separar electrolitos (Fidaleo & Moresi, 2006). Entre las áreas de
mayor importancia se encuentran la producción de ácidos orgánicos y la desacidificación de
jugos de frutas (Vera et al., 2003b).
En el caso específico de la mora, estudios previos han demostrado que en el caso de
mora negra variedad Morus spp., se ha podido reducir mediante electrodiálisis la acidez
titulable del jugo hasta en un 70%, al alcanzar un pH de 4,0 (Vera et al., 2007b). Sin
embargo, es necesario considerar que el pH final del jugo de mora va a influir sobre su
color, pues las antocianinas, responsables del color característico de la mora, tienen una
estructura química dependiente del pH por lo cual, en dicho estudio, se percibió un cambio
de color significativo en el jugo al alcanzar pH 4,0, lo que podría provocar la no aceptación
del jugo por parte de los consumidores. Además, la electrodiálisis puede provocar una
pequeña pérdida de aromas y solidos solubles en el jugo desacidificado en comparación con
el jugo fresco (Vera et al., 2007b).
Otros estudios realizados fueron la aplicación de la ED en forma conjunta con la
ultrafiltración para la separación y purificación de péptidos de extractos hidrolizados de
soya (Roblet et al., 2013) y en la concentración de antioxidantes de arándano rojo (Husson
et al., 2013a). Este último acopló en el stack membranas de UF en un equipo de
electrodiálisis. El resultado final fue permitir la concentración de antocianinas con un valor
de sólidos solubles constante (concentración de azúcares), lo cual tiene gran valor a nivel
industrial para el desarrollo de un jugo nutraceútico.
También la naranja mandarina ha sido desacidificada mediante ED. En un estudio
realizado por Yeung Joo & Khee Choon (2002) en el que se usó jugo previamente
ultrafiltrado como alimentación, la electrodiálisis generó un aumento de 2,5 veces en la
relación brix/acidez del jugo final, debido a la reducción de los porcentajes de ácido cítrico
y ácido ascórbico mientras que las concentraciones de azúcares, flavonoides y compuestos
fenólicos no fueron alteradas.
38
En el caso de las aplicaciones con manzana, una de las más novedosas prácticas ha
sido el uso de ED en configuración bipolar para aumentar temporalmente la acidez en jugos
de manzana no clarificados, lo cual genera, como consecuencia, la inactivación de las
enzimas polifenoloxidasas, responsables de provocar el oscurecimiento en estos jugos.
Posteriormente, el pH del jugo era reestablecido a su valor original, también mediante
electrodiálisis. Sin embargo, se encontró que este proceso provocaba pérdida de azúcares y
de ácido málico importantes en el jugo final con respecto al jugo no tratado. Para reducir
estas pérdidas en forma exitosa, se llevó a cabo los procesos de acidificación y ajuste del
pH en un solo paso, haciendo circular jugo de manzana acidificado por el ánodo y jugo no
tratado por el cátodo. Al final, se logró optimizar el procedimiento para preservar la
integridad del jugo (Anh Lam Quoc et al., 2011).
En vino, se ha usado la ED para llevar a cabo su estabilización tártarica mediante la
remoción del ion K+ y la correspondiente transformación a ácido tartárico, con el fin de
evitar la precipitación por reducción de solubilidad del tartrato ácido de potasio (Gonçalves
et al., 2003). Otros estudios con fines de estabilización en vinos han mostrado que el
proceso de electrodiálisis no afecta las propiedades sensoriales de estos productos
(Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015). Además, Daufin et al. (2001) encontraron que la
combinación de un tratamiento con flujo cruzado entre ED y MF generó las mejores
propiedades de estabilidad microbiológica, clarificación, estabilización tartárica y
prevención de oxidación en vinos en comparación con cada tecnología individual.
En relación con las aplicaciones empleadas para la producción de ácidos orgánicos,
se puede mencionar la concentración y purificación de ácido L-láctico a partir de un caldo
de fermentación (97% de extracción) (Hwa-Won et al., 2012); de ácido L-málico,
empleando electrodiálisis en configuración bipolar con dos compartimentos, a partir de las
aguas residuales provenientes de la fermentación alcohólica de una empresa de bebidas,
con porcentajes de recuperación de 93 a 97% y una pureza del 70%, a diferencia del 9%
inicial presente en la alimentación (Lameloise & Lewandowski, 2012); de ácido tartárico,
mediante configuración bipolar y el empleo de espaciadores especiales con capacidades
conductoras con el fin de reducir el consumo energético del proceso (Zhang et al., 2012);
de ácido láctico y ácido cítrico (Soto, 2014a).
39
Otras áreas han sido el tratamiento de efluentes, pues Bories et al. (2011) señalan
que la electrodiálisis ha sido aplicada como método alternativo para el tratamiento de aguas
residuales de la industria vinícola, ya que su uso conlleva a un menor consumo energético.
Además, se ha empleado en la producción de sal marina (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis,
2015), para la remoción de nitrato presente en agua potable, en la desalinización de
hidrolizados de proteína de soya, soluciones de azúcar, melazas y dispersiones de
polisacáridos y en la desmineralización de suero lácteo (Soto, 2014a). Con respecto a esta
última aplicación, Greiter et al. (2002) señalan que comparado con la técnica de resinas de
intercambio iónico, la ED ha demostrado ser mucho más eficiente, pues ha presentado un
menor consumo energético y una menor generación de efluentes.
Por último, es necesario mencionar que, a pesar del creciente número de
aplicaciones que presenta la electrodiálisis, existen también limitaciones en su expansión,
tales como el colmataje de las membranas y la complejidad de limpieza de los sistemas de
ED, consideraciones de diseños de equipos, la inversión inicial, la pérdida gradual de la
eficiencia y los costos de reemplazo de las membranas, así como por la competencia
generada por otras tecnologías de membranas como la nanofiltración y las resinas de
intercambio iónico (Ruiz et al. 2007; Pourcelly & Bazinet, 2009).
3.5 Relación Brix-acidez
La relación brix/acidez es un cociente entre los sólidos solubles totales y la
concentración de los ácidos totales presentes en un jugo de fruta. Se caracteriza por ser una
relación específica para cada tipo de fruta y también se le conoce como relación
dulzura/acidez o brix/acid ratio. Tanto el valor de brix como de acidez en el jugo pueden
variar dependiendo de diversos factores, tales como las condiciones climáticas y
ambientales en los que la fruta fue cultivada, así como por su estado de madurez cuando fue
cosechada (Shachman, 2004). Precisamente, a nivel agronómico, esta relación es un
indicador del grado de madurez de la fruta y es especialmente importante en la
caracterización de la materia prima destinada a la elaboración de jugo (Gadea, 2010). En
40
general, valores altos de brix/acidez son indicadores de una mejor calidad de la fruta para el
consumo (Saborío & Camacho, 1996).
Tanto la acidez como el valor de brix van a influir grandemente en el sabor de un
jugo por lo que se tiende a obtener mejores predicciones sobre su sabor final cuando se
analizan los valores de la relación brix/acidez que cuando sólo se consideran ambos
parámetros en forma separada (Shachman, 2004). Además, se conoce que un equilibrio
adecuado entre el dulzor y la acidez influye grandemente en la aceptación sensorial de los
consumidores (Núñez & Brumovsky, 2010).
Al ser específico para cada tipo de fruta, este índice es de gran utilidad para
determinar si un jugo ha sufrido adulteración o alguna modificación en su composición
natural. Valores más altos a los normales indicarían que, muy probablemente, el jugo fue
endulzado con azúcar. De esta forma, se podría identificar que un jugo de fruta no es puro o
que la adición de azúcar fue tan alta que sobrepasó los valores permitidos de endulzante
añadido, lo cual podría provocar que el producto no vaya a ser agradable sensorialmente.
Por otro lado, valores muy bajos de brix/acidez en un jugo serían indicadores de que la
fruta empleada como materia prima no estaba lo suficientemente madura (Shachman,
2004).
El índice brix/acidez es de gran importancia en el desarrollo de productos,
especialmente cuando se trata de frutas tropicales exóticas y novedosas, ya que el
conocimiento de sus valores podría servir como indicador del dulzor y la acidez del
producto final, así como de su efecto en el sabor general final. A partir de los valores de
este índice se puede ajustar la acidez y el dulzor mediante la adición de un agente
acidulante o azúcar, respectivamente, para obtener valores adecuados según la aceptación
sensorial de los consumidores. Por ejemplo, se puede utilizar como base la relación
brix/acidez de otros jugos comerciales semejantes para determinar la formulación de una
nueva bebida. Esta acción puede lograr el ahorro de tiempo y ensayos en el proceso de
formulación hasta la obtención de un prototipo aceptable (Shachman, 2004).
A manera de ejemplificación del impacto de un correcto balance de la relación
brix/acidez en la aceptación de los jugos, se puede mencionar que en estudios realizados
con variedades de Vitis vinifera (principal especie de uva destinada a la elaboración de
41
vino) se encontró que los jugos producidos a partir de variedades con altos contenidos de
sólidos solubles pero bajos en ácidos produjeron jugos de menor preferencia (Bates et al.
2001). Además, en un panel sensorial realizado también con jugos de uva se concluyó que
uno de los principales motivos que señalaron los evaluadores por el cual ubicaban a los
jugos de dos variedades entre las expresiones "ni me gusta ni me disgusta" y "me disgusta
ligeramente" fue su elevada acidez (Núñez & Brumovsky, 2010).
3.6 Análisis sensorial
El Análisis Sensorial es una disciplina científica mediante la cual se evalúan las
propiedades sensoriales de los alimentos a través de diferentes pruebas que requieren el uso
de uno o más de los sentidos humanos. Los principales tipos de técnicas para realizar la
evaluación sensorial de un alimento son las pruebas afectivas, las discriminativas y las
descriptivas (Anzaldua, 1994).
Las pruebas afectivas se desarrollan empleando paneles de consumidores del
producto a evaluar, de tal manera que se busca evidenciar el deseo de una persona por
adquirir un producto dependiendo de factores como la impresión agradable o desagradable
que perciba el panelista al probar el alimento, así como de la influencia de aspectos
culturales, socioeconómicos y de hábitos (Núñez & Brumovsky, 2010).
A su vez, las pruebas afectivas pueden clasificarse en pruebas de preferencia,
pruebas de agrado y pruebas de aceptación (Anzaldua, 1994). Las pruebas de preferencia
son aplicadas sobre productos elaborados mediante diferentes tratamientos (Yulianti et al.
2004). En el caso de las pruebas de agrado, se utilizan escalas hedónicas para la evaluación
del nivel de agrado del panelista hacia el producto. Este tipo de escalas es muy utilizado en
la evaluación de bebidas (Núñez & Brumovsky, 2010).
Por su parte, las pruebas descriptivas buscan caracterizar los productos en términos
de los atributos sensoriales que poseen (cualitativamente), así como de la intensidad de los
diversos estímulos percibidos (cuantitativamente), excluyendo los descriptores afectivos
(Gillete, 1984). Se realizan con panelistas entrenados, los cuales tienen experiencia en las
diversas metodologías de evaluación sensorial, como lo es el uso de escalas. Entre las
42
utilidades de esta técnica se encuentran la posibilidad de una descripción sensorial completa
de los productos evaluados, así como de la identificación de los descriptores que más
podrían influir en la aceptación de un producto. Es una técnica muy usada en el desarrollo
de nuevos productos (Vargas, 2004).
En relación con la importancia de la aplicación de las pruebas sensoriales en el
desarrollo de nuevos productos, su principal función consiste en servir como método para
una escogencia apropiada y objetiva del mejor o los mejores prototipos desarrollados, los
cuales tendrían mayores oportunidades de una introducción exitosa al mercado, pues
quedaría comprobada, mediante su aplicación, cuál es el que presenta la mayor
aceptabilidad por parte de los consumidores (Mugh, 1999; Núñez & Brumovsky, 2010).
43
IV. MATERIALES Y MÉTODOS
4.1 Localización del proyecto
Los ensayos de microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y electrodiálisis para
obtener los prototipos de jugo de mora desacidificado, se realizaron en la Planta Piloto del
Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CITA). Las pruebas sensoriales se
realizaron en el laboratorio de Análisis Sensorial del CITA. La formulación de las bebidas
se llevó a cabo en la planta de procesamiento de la Escuela de Tecnología de Alimentos
(miniplanta).
Los diferentes análisis físicos, químicos y microbiológicos se realizaron en los
Laboratorios de Química de la Escuela de Tecnología de Alimentos y del CITA, en el
Laboratorio de Microbiología y en la Planta Piloto del CITA. Estas instituciones pertenecen
a la Universidad de Costa Rica, Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, ubicada en San Pedro
de Montes de Oca.
4.2 Materia prima
4.2.1 Caracterización
Se utilizó jugo de mora microfiltrado proveniente de la variedad localmente
conocida como “vino con espinas” (Rubus adenotrichos) para la obtención de los jugos
desacidificados por las diferentes tecnologías. La mora se obtuvo de la Asociación de
Productores y Exportadores de Mora y Frutales de Altura (APROCAM), en estado maduro
y congelado (-20 ºC). Estas frutas son cosechadas en la zona sur de las provincias de San
José y Cartago, en las vecindades del Cerro de la Muerte y zona de Los Santos (alturas de
producción entre los 1 700 y 2 200 m.s.n.m).
44
4.2.2 Procesamiento
El procesamiento de la fruta para obtener el jugo de mora se llevó a cabo en la
Planta Piloto del CITA, iniciando con su descongelación en condiciones refrigeradas (5 ºC
aproximadamente), seguido de un prensado en hidroprensa a 172 kPa por un período
aproximado de 15 min por cada tanda de 14 kg. La torta formada se recolectó para
prensarla, una vez más, con el fin de mejorar el rendimiento del proceso. El jugo obtenido
se almacenó en baldes en condiciones de congelación (-20 ºC) hasta su uso para la
microfiltración tangencial. En total, se procesó, aproximadamente, 250 kg de mora fresca y
se generó 174 kg de jugo prensado.
Posteriormente, el jugo de la hidroprensa se descongeló bajo las mismas
condiciones descritas, anteriormente, y se mezcló con 80 kg de jugo microfiltrado sobrante
de las pruebas preliminares, con el fin de tener suficiente cantidad de materia prima para las
pruebas definitivas. El jugo resultante se dividió en dos fracciones, debido al gran volumen
de la materia prima. Cada una fue sometida a un tratamiento enzimático, empleando el
preparado Ultrazym® AFP-L a una concentración de 250 ppm, por aproximadamente 60
min, con agitación constante. Finalmente, se llevó a cabo la microfiltración tangencial de
cada fracción en dos ensayos separados empleando la membrana de 0,2 µm, a una presión
transmembranaria promedio de 3,55 bar, a una temperatura promedio de 35ºC y una
velocidad tangencial (U) de 6,1±0,2 m·s-1
(Soto et al., 2015). En el primer ensayo se
microfiltró 118 kg y se alcanzó un FRV de 27,02, y en el segundo, 136 kg y un FRV de
31,95, para un FRV promedio de 29,48 y un total de jugo microfiltrado de 237 L.
Luego, se mezcló en forma manual en marmita ambos lotes de jugo microfiltrado
con el fin de homogeneizar la materia prima utilizada en los posteriores ensayos.
Finalmente, el jugo se empacó en bolsas de polietileno de alta densidad con un contenido
máximo de 5 kg por bolsa, las cuales se identificaron con su correspondiente etiqueta y
futuro ensayo a utilizar. De esta forma, en el momento de realizar los ensayos, se logró
descongelar más fácilmente la cantidad necesaria, sin afectar las características de la
materia prima por procesos de descongelación y congelación sucesivos del jugo sobrante,
45
en caso de haberse tratado de cantidades mayores de materia prima por unidad de empaque.
Por último, se colocó cada bolsa en la cámara de congelación (-20 ºC) hasta su uso.
En la figura 8, se describe el flujo de proceso llevado a cabo para la obtención del
jugo microfiltrado a usar como materia prima.
Figura 8. Flujo de proceso para la obtención de jugo de mora microfiltrado.
46
A partir del jugo de mora microfiltrado, se empacó, aproximadamente, 180 mL del
jugo en bolsas metalizadas, por duplicado, con el fin de usarlas como muestras para la
determinación de las características fisicoquímicas de la materia prima empleada en la
investigación. Dichas muestras se almacenaron en congelación (-20 °C) hasta la realización
de los respectivos análisis fisicoquímicos en el Laboratorio de Química del CITA.
4.3 Pruebas preliminares
Para la realización de los ensayos preliminares, se utilizó como materia prima jugo
de mora microfiltrado producido por Cantillo (2014) en su investigación.
4.3.1 Determinación de la mejor dilución para la preparación de la bebida a
partir del jugo de mora microfiltrado
Se llevó a cabo la preparación de tres distintas bebidas a partir de la materia prima,
con el fin de determinar la mejor dilución que sirviera como base o referencia para la
preparación de las bebidas a partir de los jugos desacidificados por las otras tecnologías.
Para ello, se usó los porcentajes detallados en el cuadro V.
Cuadro V. Distribución de los porcentajes de jugo microfiltrado de mora y de agua utilizados en la
preparación de cada bebida base.
Bebida Porcentaje de jugo (%) Porcentaje de agua (%)
1 50 50
2 45 55
3 40 60
El agua empleado correspondió al del tipo “agua desionizada” obtenida del
desionizador del laboratorio de Química de la Escuela de Tecnología de Alimentos, con el
47
fin de evitar la presencia de un posible sabor residual a cloro proveniente de la cloración
normal del agua de grifo. Una vez hecha la dilución correspondiente, se ajustó hasta 12
ºBrix con azúcar y se procedió a medir la acidez de cada bebida así como a llevar a cabo un
análisis sensorial informal con dos panelistas.
4.3.2 Condiciones de proceso de los ensayos de ultra y nanofiltración
El equipo piloto en el que se desarrollaron los ensayos para ambas tecnologías se
muestra en la figura 9, el cual comprende una bomba centrífuga, encargada de proveer el
flujo tangencial; una bomba de desplazamiento positivo que otorga la alimentación y la
presión y un intercambiador de calor para controlar la temperatura. Se utilizó una velocidad
tangencial (U) de 7,1±0,3 m/s para los ensayos de ultrafiltración y 5,5±0,2 m/s para la
nanofiltración (Soto, 2014b). Además, se empleó una temperatura promedio de operación
de 30 °C para ambas aplicaciones. En los ensayos de ultrafiltración y nanofiltración se
utilizó una presión transmembranaria de 6 a 7 bar.
4.3.3 Ultrafiltración (UF)
Se realizó un ensayo de UF en la unidad piloto (figura 9), en los que se tomaron
muestras de jugo de mora ultrafiltrado (retenido, aproximadamente 200 mL) a cinco
diferentes valores de FRV (2,0; 3,0; 4,0; 5,0 y 6,0), en forma consecutiva. Cada vez que se
tomó una muestra del retenido, se llevó a cabo una corrección en el cálculo de los FRV
subsiguientes, debida a la cantidad de jugo extraído de este compartimento, como se detalla
en el cuadro A-II.
Se seleccionó los tres valores de FRV (factor de reducción volumétrico) cuyas
muestras presentaron una mayor diferenciación entre sí por comparación de parámetros
fisicoquímicos como pH, acidez, ºBrix y color instrumental (colorímetro) y en sus
propiedades sensoriales. Para valorarlas, se realizó un análisis sensorial informal con dos
panelistas, en el cual se evaluó la acidez, el aroma y el sabor a mora, el agrado general, el
48
dulzor y la astringencia, con el fin de conocer qué tanto influía la tecnología de UF y el
FRV de cada muestra sobre dichas propiedades sensoriales, en comparación con el jugo MF
de mora. Dichos valores de FRV (FRV-UF1 = 2,0; FRV-UF2 = 4,0 y FRV-UF3 = 6,0) se
utilizaron como parámetros para la producción de los jugos de las pruebas definitivas para
la ultrafiltración.
Figura 9. Esquema de la unidad piloto de microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración tangencial
(Soto, 2010).
a. Termómetro/sensor de temperatura.
b. Manómetro/ sensor de presión de salida.
c. Salida de recirculado.
d. Salida de agua de enfriamiento.
e. Membrana.
f. Intercambiador de calor.
g. Tanque de alimentación.
a
b
c
e
h
f
d
g
l
n
k
j
m
h. Medidor de flujo de permeado.
i. Entrada de agua de enfriamiento.
j. Salida de permeado.
k. Manómetro/ sensor de presión de entrada.
l. Salida de retenido.
m. Bomba centrífuga.
n. Bomba neumática de alimentación.
i
49
4.3.4 Nanofiltración (NF)
Se realizó dos ensayos de NF en la unidad piloto (figura 9), en los que se tomaron
muestras de jugo de mora nanofiltrado (retenido, aproximadamente 200 mL) a cinco
diferentes valores de FRV (2,0; 3,0; 4,0; 5,0 y 6,0) durante cada ensayo, en forma
consecutiva, aplicando las mismas fórmulas de corrección en su cálculo debidas a la
extracción de las muestras del retenido que se indican en el cuadro A-II.
Se seleccionó los tres valores de FRV cuyas muestras presentaron una mayor
diferenciación entre sí por comparación de los parámetros fisicoquímicos ya mencionados
en la sección 4.3.3 y en las propiedades sensoriales de las bebidas elaboradas a partir de
éstas. Dichas bebidas fueron formuladas de tal manera que tuvieran la misma relación
ºBrix/acidez que presentó la bebida elaborada a partir del jugo microfiltrado base, mediante
cálculos sencillos por balances de sólidos solubles y balances de acidez.
Para valorar las propiedades sensoriales, se realizó un análisis sensorial informal
con dos panelistas, en el cual se evaluó los mismos descriptores indicados en la sección
4.3.3, con el fin de conocer qué tanto influía la tecnología de NF y el FRV de cada muestra
sobre dichas propiedades sensoriales, en comparación con la bebida del jugo MF de mora.
Dichos valores de FRV (FRV-NF1 = 2,0; FRV-NF2 = 4,0 y FRV-NF3 = 6,0) se utilizaron
como parámetros para la producción de los jugos de las pruebas definitivas para la
nanofiltración.
4.3.5 Electrodiálisis (ED)
4.3.5.1 Determinación de la densidad de corriente limitante (DCL)
Se determinó la DCL del sistema mediante ensayos en los cuales se incrementó el
voltaje en forma progresiva y se registró los datos de corriente resultantes. A partir de éstos,
se trazó la gráfica corriente en función del voltaje, hasta obtener el punto de inflexión de la
curva. De esta forma, se pudo conocer la corriente máxima (17,68 A) que puede alcanzar el
50
sistema, para lograr un control adecuado en los ensayos de las pruebas definitivas, que
corresponde a un valor aproximado para DCL de 47,5 A/m2. La materia prima empleada,
para este caso, fue una disolución modelo de ácido málico 2,4% m/V, en el compartimento
D1. Los demás compartimentos contenían las disoluciones respectivas según el tipo de
configuración para el cual se realizó cada ensayo, tal y como se describe en la sección
4.3.5.2.
4.3.5.2 Determinación de la configuración del stack
Se realizó ensayos para determinar la configuración más eficaz para llevar a cabo el
proceso de desacidificación del jugo de mora, tomando en cuenta las configuraciones que
en otros estudios se han utilizado para desacidificar jugos de frutas:
Configuración convencional, 3 compartimientos (ED3C): alternando dos membranas
aniónicas y una catiónica (Vera et al., 2007a). En el caso de los compartimentos, se
empleó en C1 una disolución de NaCl 0,1 mol/L; en E, NaOH 0,1 mol/L y en D2,
NaOH 0,2 mol/L (Vera et al., 2003b).
Configuración bipolar, 2 compartimientos (EDBM2C): membranas aniónicas
acopladas a membranas bipolares (Vera et al., 2007a). Las disoluciones empleadas en
cada compartimento, en este caso, se mencionan en el cuadro X de la sección 4.4.2.1
de las pruebas definitivas.
Se seleccionó la configuración bipolar, ya que se demostró una desacidificación
apropiada del jugo, así como por consideración de los factores practicidad, simplicidad y
frecuencia de utilización en estudios previos de desacidificación de jugos de frutas
mediante la electrodiálisis.
51
4.3.5.3 Determinación de los prototipos preliminares
Se realizó tres ensayos de ED en la unidad piloto (figura 10): los primeros dos, con
la configuración ED3C, y el tercero, con la configuración EDBM2C. En cada caso, se
utilizó valores de densidad de corriente por debajo de la DCL obtenida y se tomó muestras
de jugo de mora desacidificado a diferentes valores de pH durante cada ensayo, de los
cuales se escogió los tres valores de pH cuyas muestras presentaron los mejores parámetros
fisicoquímicos (ya mencionados en la sección 4.3.3) y las mejores propiedades sensoriales
de las bebidas elaboradas a partir de éstas. Dichas bebidas fueron formuladas de tal manera
que tuvieran la misma relación ºBrix/acidez que presentó la bebida elaborada a partir del
jugo microfiltrado base, mediante cálculos sencillos por balances de sólidos solubles y
balances de acidez.
Para valorar las propiedades sensoriales, se realizó un análisis sensorial informal
con dos panelistas, en el cual se evaluó los mismos descriptores indicados en la sección
4.3.3, con el fin de conocer qué tanto influía la tecnología de ED y el pH de cada muestra
sobre dichas propiedades sensoriales, en comparación con la bebida del jugo MF de mora.
Dichos valores de pH (pH-1 = 3,2; pH-2 = 3,4 y pH-3 = 3,5) se utilizaron como parámetros
para la producción de los jugos de las pruebas definitivas para la electrodiálisis.
4.4 Pruebas definitivas
4.4.1 Ensayos de ultrafiltración y nanofiltración tangencial
4.4.1.1 Procedimiento
El jugo de mora microfiltrado se desacidificó mediante ultrafiltración y
nanofiltración tangencial, respectivamente. Se utilizó la unidad piloto mostrada en la figura
9, modificando la membrana en cada respectivo ensayo. Las características de las
membranas empleadas se detallan en el cuadro VI.
52
Figura 10. Esquema de un equipo de ED diseñado para una configuración de hasta cuatro
compartimientos (el esquema muestra una configuración de 3 compartimientos para la
desacidificación de jugo) (Soto, 2011).
8 7 5 6 4
9
10
3
2
1
6. Tanque vacío (utilizado en configuración
con 4 compartimientos, D2).
7. Tanque con solución para electrodos (E).
8. Tanque con solución ácida (C1).
9. Medidor de flujo.
10. Bomba centrífuga.
1. Panel de instrumentación y control.
2. Unidad o stack de electrodiálisis.
3. Generador de energía directa.
4. Tanque de alimentación (D1).
5. Tanque con solución alcalina (base, C2).
53
Cuadro VI. Principales características de las membranas de cerámica empleadas en este estudio.
Marca Empresa de procedencia
Forma de la
membrana
Poder de
corte MWCO (kDa)
Longitud (mm)
Diámetro del canal
(mm)
Área filtrante
(m2)
Aplicación
Membralox
®
Pall Corporation,
Francia
5 1020 4 0,22 UF
Inside CéRAM
TM TAMI,
Francia
c
1 1178 3,5 0,35 NF
En total, se realizó 6 ensayos por cada tipo de membrana, de tal manera que se
produjo dos lotes de jugo para un mismo valor de FRV de cada tecnología, en las mismas
condiciones de proceso indicadas en la sección 4.3.2 de las pruebas preliminares. En cada
ensayo, se recopiló los datos correspondientes al flujo de permeado (L·h·-1
·m-2
),
temperatura del retenido (°C), tiempo de proceso (min), presión de entrada y de salida (bar)
de forma manual.
Al final de cada ensayo, se recolectó el jugo ubicado en el retenido del equipo y se
empacó en bolsas de polietileno de alta densidad. Además, se tomó aproximadamente 180
mL de retenido por duplicado por cada ensayo y se empacaron en bolsas metalizadas para
sus correspondientes análisis fisicoquímicos, tal y como se realizó para la caracterización
de la materia prima. Todas las muestras de inmediato se sellaron y se almacenaron a -20° C
hasta su utilización en las posteriores pruebas sensoriales y análisis fisicoquímicos. Cuando
se llevó a cabo estas pruebas, las muestras se descongelaron a temperatura de refrigeración
(5º C).
A partir de los datos recopilados en cada ensayo y de los análisis fisicoquímicos, se
construyó cuadros comparativos de las diferentes variables respuesta (concentración de
elagitaninos y antocianinas, °Brix, acidez titulable, polifenoles totales, ácidos orgánicos,
humedad y pH), así como del flujo de permeado promedio (ver ecuación 1) y el consumo
54
energético (ecuaciones 3 y 4) obtenidos para las diferentes muestras de los tres FRV
(ecuación 2) para cada tecnología.
Los jugos obtenidos que correspondieron a los tres valores de FRV seleccionados
para cada tecnología se utilizaron en el panel entrenado descrito en la sección 4.4.3 (UF:
FRV-UF1 = 2,0, FRV-UF2 = 4,0 y FRV-UF3 = 6,0; NF: FRV-NF1 = 2,0, FRV-NF2 = 4,0
y FRV-NF3 = 6,0).
4.4.1.2 Parámetros de eficiencia de los procesos de ultra- y nanofiltración
Se evaluó los siguientes parámetros de eficiencia para los ensayos de ultra y
nanofiltración tangencial.
- Flujo de permeado promedio
Jp =Qprom
Am (Ecuación 1)
donde:
Jp: flujo de permeado promedio (L·h·-1
·m-2
)
Qprom: caudal promedio (L/h)
Am: área de la membrana (m2)
- Factor de reducción volumétrico
FRV = Va
Vr=
Vm + Vp
Vm (Ecuación 2)
donde:
FRV: factor de reducción volumétrica (adimensional)
Va: volumen de alimentación (L)
Vr: volumen de retenido (L); Vr UF = 4,16 L; Vr NF = 3,23 L
Vp: volumen de permeado (L)
Vm: volumen muerto del equipo –este volumen se tiene que medir en el equipo- (L)
55
- Estimación del consumo de energía
Ec = Ptm × Jr; (Ecuación 3)
EL =Ec
Jp (Ecuación 4)
donde:
Ec: poder de consumo (W)
Ptm: presión transmebranaria promedio (Pa)
Jr: flujo de retenido (m3·s
-1); Jr UF = 0,00132 m
3·s
-1; Jr NF = 0,00158 m
3·s
-1
EL: energía que se necesita para producir un litro de permeado durante una hora de
nanofiltración o ultrafiltración (W·h·L-1
·m2)
Jp: flujo de permeado (L·h-1
·m-2
)
4.4.1.3 Diseño experimental
Tanto en la ultrafiltración como en la nanofiltración se empleó un diseño irrestricto
aleatorio de tres tratamientos (ver cuadros VII y VIII), para evaluar el efecto del FRV final
de cada ensayo sobre las características del jugo obtenido y sobre los parámetros de
eficiencia. Cada tratamiento tuvo dos repeticiones.
Cuadro VII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del factor de reducción volumétrico
(FRV) sobre el proceso de desacidificación de jugo microfiltrado de mora, mediante ultrafiltración
tangencial.
Tratamiento Factor de reducción volumétrico (FRV)
1 FRV-UF1 = 2,0
2 FRV-UF2 = 4,0
3 FRV-UF3 = 6,0
56
Cuadro VIII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del factor de reducción
volumétrico (FRV) sobre el proceso de desacidificación de jugo microfiltrado de mora, mediante
nanofiltración tangencial.
Tratamiento Factor de reducción volumétrico (FRV)
1 FRV-NF1 = 2,0
2 FRV-NF2 = 4,0
3 FRV-NF3 = 6,0
4.4.1.4 Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza (ANDEVA α = 0,05) para el diseño irrestricto al
azar para cada variable respuesta y los promedios fueron comparados (para cada
tratamiento) utilizando la prueba de Tukey (p < 0,05), cuando se presentó diferencias
significativas.
4.4.2 Ensayos de electrodiálisis
4.4.2.1 Procedimiento
El jugo de mora microfiltrado se desacidificó mediante electrodiálisis utilizando el
equipo piloto del CITA que se presenta en la figura 10. Las características de las
membranas empleadas en esta tecnología se detallan en el cuadro IX.
A partir de las pruebas preliminares, se definió la configuración bipolar como la más
eficaz para desacidificar el jugo así como una corriente máxima de 17,68 A. Además, se
definió diez grupos de celdas como el número que iba a tener el stack por ensayo, tomando
en cuenta la recomendación de una relación de aproximadamente 1,5 V por cada celda, lo
cual definió el voltaje máximo a aplicar en aproximadamente 17,5 V. Las condiciones de
57
proceso empleadas para esta configuración, según lo indicado por Vera et al. (2003b), se
detallan en el cuadro X.
Cuadro IX. Principales características de las membranas a emplear en los ensayos de electrodiálisis
(PCA GmbH, 2012).
Tipo Marca y código
Ancho (cm)
Longitud (cm)
Espesor (cm)
Área de intercambio iónico (m2)
Capacidad de
intercambio de iones (meq/g)
Temperatura de estabilidad máxima (ºC)
Rango de pH
Resistencia (bar)
Aniónica (AEM)
PCCell GmbH PC SA
EDQ380
25 25 0,25 0,0372 0,4 - 1,1 60 0 - 9 4 - 5
Bipolar (BPM)
PCCell GmbH PC bip
EDQ380
25 25 0,30 0,0372 0,4 - 1,1 60 0 - 9 10
Cuadro X. Condiciones de proceso para la configuración bipolar del stack de electrodiálisis, en la
desacidificación de jugo de mora.
Membranas por celda
Número de celdas
Compartimentos
Tanque de alimentación
(D1)
Tanque con solución ácida
(C1)
Tanque con solución para electrodos (E)
Tanque con solución alcalina
(D2)
Una aniónica (AEM) y una
bipolar (BPM)
10 Jugo MF de
mora
Ácido málico
0,25 mol/L
Na2SO4 0,10 mol/L
-
Para el funcionamiento del equipo de electrodiálisis, primero, se montó el stack con
todas las membranas, los espaciadores direccionales, finales y de sellado siguiendo el orden
descrito en la figura 11, en dirección del ánodo hacia cátodo. En el caso de los espaciadores
direccionales, hubo dos posibles acomodos sobre el ánodo, los cuales se describen en la
figura 12. Una vez acoplados todos los componentes, se enroscó con llave francesa las
diferentes tuercas del stack, con el fin de mantener un sistema compacto entre ánodo y
cátodo.
58
Figura 11. Diagrama esquemático del stack de electrodiálisis con diez grupos de celdas en
configuración bipolar para la desacidificación de jugo de mora, donde BP representa una membrana
bipolar, A una membrana aniónica, separadas por espaciadores (E1 = espaciador en posición 1; E2
= espaciador en posición 2) junto con los espaciadores finales (EF) y los espaciadores de sellado
(ES); D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1, C2 = concentrado 2, E = disolución de electrodos.
Figura 12. Acomodos para los espaciadores direccionales acoplados entre las membranas aniónicas
y bipolares en la desacidificación de jugo de mora mediante configuración bipolar, donde D1 =
diluido 1, D2 = diluido 2, C1 = concentrado 1, C2 = concentrado 2, E = disolución de electrodos.
Cantidad de membranas y espaciadores:
A = 10 E1 = 10
BP = 11 E2 = 10
EF = 2 ES = 2
Espaciador en posición 1 (E1):
dirección del flujo hacia D1
Espaciador en posición 2 (E2):
dirección del flujo hacia C1
59
Posteriormente, se colocó el stack en el soporte y se enroscó cada manguera a la
salida correspondiente, tal y como se muestra en la figura 10. Luego, se llenó cada
compartimento a utilizar con la disolución correspondiente, de tal forma que cada uno
tuviera un volumen inicial aproximado de entre 4,5 y 5 L. A continuación, se ensamblaron
a las tuberías correspondientes ubicadas en la parte inferior del equipo, evitando la
presencia de fugas. Después, el voltímetro y el amperímetro se conectaron al sistema con
los cables correspondientes, para llevar a cabo las mediciones respectivas de voltaje y
corriente durante el ensayo y se encendió las bombas centrífugas, las cuales permiten la
circulación de las diferentes disoluciones en el sistema, de tal manera que D1 entra por el
ánodo y sale por cátodo, C1 entra por el cátodo y sale por el ánodo mientras que E entra y
sale por ambos electrodos. Estas direcciones de flujo de las disoluciones de cada
compartimento se ilustran en las figuras 13 y 14. Finalmente, se encendió la fuente de
corriente directa.
Figura 13. Diagrama esquemático del recorrido de las diferentes disoluciones a través de las
tuberías del equipo de ED (Soto 2014a), donde conc. = concentrado.
60
Figura 14. Diagrama esquemático del recorrido de las diferentes disoluciones a través de los
electrodos del stack de ED (Soto 2014a).
Las variables de control del proceso de electrodiálisis son la conductividad (mS/cm,
se midió mediante un conductímetro ORION Model 115 Aplus), el pH (se midió mediante
un pHmetro manual), el voltaje (V), la corriente eléctrica (A), el caudal (L/h), el volumen
(L) y el nivel de líquido desde la base de cada compartimento (altura, cm). Para monitorear
la conductividad y el pH a lo largo del proceso, se tomó una muestra aproximada de 15 mL
de cada compartimento, en una frecuencia de 15 a 30 min y se colocó en sendos tubos de
ensayo. En esta misma frecuencia, se monitoreó las demás variables por observación
directa de los valores correspondientes y se registró de forma manual. El proceso de
desacidificación continuó hasta la obtención del pH deseado.
En total, se realizó 6 ensayos con el equipo de electrodiálisis, de tal manera que se
produjo dos lotes de jugo para un mismo valor de pH. Una vez finalizado cada ensayo, el
jugo desacidificado se empacó en bolsas de polietileno de alta densidad y de éste se tomó
aproximadamente 180 mL por duplicado, los cuales se empacaron en bolsas metalizadas
para sus correspondientes análisis fisicoquímicos, tal y como se realizó para la
caracterización de la materia prima. El jugo desacidificado y las muestras se sellaron de
inmediato y junto con los tubos de ensayo obtenidos por el monitoreo de la conductividad y
el pH se almacenaron a -20 °C hasta su utilización en las posteriores pruebas sensoriales y
61
análisis fisicoquímicos, respectivamente. Cuando se llevó a cabo estas pruebas, las
muestras se descongelaron a temperatura de refrigeración (5 ºC).
A partir de los datos recopilados, se elaboraron las gráficas correspondientes, con el
objetivo de estudiar el comportamiento del pH, de la conductividad, del voltaje y de la
corriente en función del tiempo de proceso. Además, se construyeron cuadros comparativos
de las diferentes variables respuesta (concentración de elagitaninos y antocianinas, °Brix,
acidez titulable, polifenoles totales, ácidos orgánicos y humedad), así como de la tasa de
desacidificación (ver ecuación 5), la eficiencia de corriente (ver ecuación 7) y el consumo
energético (ecuación 8), obtenidos para las diferentes muestras de los tres pH.
Los jugos obtenidos que correspondieron a los tres mejores valores de pH se
utilizaron en el panel entrenado descrito en la sección 4.4.3 (pH-1 = 3,2; pH-2 = 3,4 y pH-3
= 3,5).
4.4.2.2 Parámetros de eficiencia del proceso de electrodiálisis
El desempeño de los ensayos de ED fue comparado en términos de la tasa de
desacidificación, la eficiencia de corriente y el consumo de energía.
- Tasa de desacidificación
Es definida como la tasa de extracción de ácido málico y fue calculada de la
siguiente forma:
𝐽𝑎 =∆𝐶𝑎𝑥 𝑉𝑗𝑢𝑔𝑜
𝑛 𝑥 𝐴𝑚 𝑥 ∆𝑡 (Ecuación 5)
donde:
Ja: tasa de desacidificación (mol·h-1
·m-2
)
ΔCa: cambio en la concentración de ácido (mol·L-1
)
Vjugo: volumen de jugo tratado (L)
n: número de celdas unitarias (10)
Am: área activa de la membrana de intercambio aniónico (m2)
Δt: tiempo del tratamiento (h)
62
- Eficiencia de corriente
La eficiencia de corriente está relacionada con la transferencia de los aniones de
malato del jugo al compartimiento C1, bajo una intensidad de corriente constante.
𝑗 = 𝑖
𝑛 𝐴𝑚 (Ecuación 6)
𝑅𝐹𝑎 =𝐽𝑎𝑥 𝐹
𝑗 𝑥 100 (Ecuación 7)
donde:
j: densidad de corriente (A·m-2
)
i: intensidad de corriente constante (A)
n: número de celdas unitarias (10)
Am: área activa de la membrana de intercambio aniónico (m2)
RFa: eficiencia de corriente (%)
Ja: tasa de desacidificación (mol·h-1
·m-2
)
F: constante de Faraday (A·h·mol-1
); 26,81 A·h·mol-1
- Consumo de energía
El consumo de energía será calculado de la siguiente forma:
𝐸𝑐 =𝑈Δ𝑡𝑥 𝑖 𝑥 Δ𝑡
Δ𝐶𝑎 𝑥 𝑉𝑗𝑢𝑔𝑜 (Ecuación 8)
donde:
Ec: consumo de energía (kWh·mol-1
)
UΔt
: voltaje promedio en el tiempo del tratamiento (V)
i: intensidad de corriente constante (A)
Δt: tiempo del tratamiento (h)
ΔCa: cambio en la concentración de ácido (mol·L-1
)
Vjugo: volumen de jugo tratado (L)
63
4.4.2.3 Diseño experimental
Se empleó un diseño irrestricto aleatorio de tres tratamientos (ver cuadro XI), para
evaluar el efecto del pH final obtenido en cada ensayo sobre las características del jugo
obtenido y sobre los parámetros de eficiencia. Cada tratamiento tuvo dos repeticiones.
Cuadro XI. Diseño experimental para la evaluación del efecto del pH final sobre el proceso de
desacidificación de jugo microfiltrado de mora mediante electrodiálisis.
Tratamiento pH
1 pH-1 = 3,2
2 pH-2 = 3,4
3 pH-3 = 3,5
4.4.2.4 Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza (ANDEVA α = 0,05) para el diseño irrestricto al
azar para cada variable respuesta y los promedios fueron comparados (para cada
tratamiento) utilizando la prueba de Tukey (p < 0,05), cuando se presentó diferencias
significativas.
4.4.3 Caracterización sensorial con el panel entrenado
4.4.3.1 Panel entrenado para obtener los prototipos finales
4.4.3.1.1 Procedimiento
A partir de los tres prototipos preliminares obtenidos para cada una de las tres
tecnologías (UF: FRV-UF1 = 2,0, FRV-UF2 = 4,0 y FRV-UF3 = 6,0; NF: FRV-NF1 = 2,0,
64
FRV-NF2 = 4,0 y FRV-NF3 = 6,0; ED: pH-1 = 3,2, pH-2 = 3,4 y pH-3 = 3,5), así como a
partir del jugo microfiltrado, se formuló bebidas de jugo de mora en las cuales se adicionó
cantidades variables de agua y azúcar.
Puesto que cada tecnología generó jugos con diferentes propiedades de ºBrix y
acidez, la variación en las proporciones adicionadas de agua y azúcar sirvió para que las
bebidas resultantes conservaran la misma relación ºBrix/Acidez de la bebida elaborada a
partir del jugo de mora microfiltrado (bebida control), tal y como se realizó con las bebidas
preparadas para las pruebas preliminares. Una vez elaboradas, se empacaron en bolsas de
polietileno de alta densidad y se almacenaron en la cámara de congelación (-20 ºC). Cuando
fue necesaria su descongelación, el proceso se llevó a cabo a una temperatura de 5 ºC.
Posteriormente, se realizó un panel informal, previo a las sesiones con el panel
entrenado, para evaluar si existían diferencias sensoriales considerables entre las bebidas
elaboradas a partir de ambos lotes de jugo para un mismo FRV o pH para una misma
tecnología. En total, fueron tres personas las encargadas de llevar a cabo dicha evaluación,
las cuales determinaron si era preferible mezclar ambas bebidas para uniformar las
características o si podían ser presentadas indistintamente al panel entrenado como
representantes de un mismo parámetro de proceso. Los resultados se encuentran
especificados en la sección de anexos.
Después, se llevó a cabo cuatro sesiones con el panel entrenado del CITA utilizando
dichos prototipos y la bebida elaborada con el jugo de mora microfiltrado, empleado como
materia prima. Las muestras fueron presentadas en forma aleatorizada, codificadas con tres
dígitos, en vasos de vidrio, en cubículos individuales con luz blanca. Los panelistas debían
medir la intensidad del estímulo correspondiente haciendo uso de la escala indicada en la
figura 15, la cual tenía una longitud de 10 cm entre los términos “ausente” y “muy fuerte”.
Figura 15. Escala utilizada para la evaluación de la intensidad de los estímulos sensoriales
percibidos para los diferentes descriptores por parte del panel entrenado.
65
El orden de evaluación se llevó a cabo de tal manera que el panelista calificaba la
primer muestra en orden de izquierda a derecha y evaluaba todos los descriptores indicados
antes de pasar a la siguiente muestra, momento en el que realizaban un enjuague con agua y
un trozo de galleta “soda”. Posteriormente, se determinó la distancia en cm desde el inicio
de la escala (donde se ubica la palabra ausente) hasta la marca donde el panelista indicó la
intensidad percibida para cada estímulo en la escala. El cuadro XII describe el detalle de las
muestras analizadas en cada sesión preliminar.
Cuadro XII. Descripción de las muestras presentadas a los jueces en las sesiones preliminares con
el panel entrenado del CITA.
Sesión Muestras Número de jueces
entrenados
Descriptores
sensoriales evaluados
1
MF
FRV-UF1 = 2,0
FRV-UF2 = 4,0
FRV-UF3 = 6,0
24
Olor característico
Acidez
Dulzor
Sabor característico
Astringencia
2
MF
FRV-NF1 = 2,0
FRV-NF2 = 4,0
FRV-NF3 = 6,0
22
3
MF
pH-1 = 3,2
pH-2 = 3,4
pH-3 = 3,5
23
4
pH-1 = 3,2
pH-2 = 3,4
pH-3 = 3,5
23 Sabor residual no
característico
66
4.4.3.1.2 Diseño experimental
En el caso de las tres primeras sesiones, se empleó un diseño irrestricto aleatorio de
cuatro tratamientos (ver cuadros XIII, XIV y XV), para evaluar el efecto del FRV o del pH
final de los jugos obtenidos en cada ensayo sobre las características sensoriales de las
bebidas elaboradas a partir de éstos, en comparación con la bebida control fabricada a partir
del jugo microfiltrado. No se realizó repeticiones de la determinación con los jueces
participantes para cada sesión respectiva, debido a limitaciones en cuanto a adquisición de
materia prima y a los costos involucrados.
Cuadro XIII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del FRV de los jugos
desacidificados mediante ultrafiltración sobre las características sensoriales de las bebidas
elaboradas a partir de dichos jugos y el jugo de mora microfiltrado.
Tratamiento Bebida
1 MF
2 FRV-UF1 = 2,0
3 FRV-UF2 = 4,0
4 FRV-UF3 = 6,0
Cuadro XIV. Diseño experimental para la evaluación del efecto del FRV de los jugos
desacidificados mediante nanofiltración sobre las características sensoriales de las bebidas
elaboradas a partir de dichos jugos y el jugo de mora microfiltrado.
Tratamiento Bebida
1 MF
2 FRV-NF1 = 2,0
3 FRV-NF2 = 4,0
4 FRV-NF3 = 6,0
67
Cuadro XV. Diseño experimental para la evaluación del efecto del pH final de los jugos
desacidificados mediante electrodiálisis sobre las características sensoriales de las bebidas
elaboradas a partir de dichos jugos y el jugo de mora microfiltrado.
Tratamiento Bebida
1 MF
2 pH-1 = 3,2
3 pH-2 = 3,4
4 pH-3 = 3,5
En el caso de la sesión 4 con el panel entrenado, únicamente se evaluó el descriptor
“sabor residual no característico” en las bebidas elaboradas a partir de los jugos
desacidificados mediante electrodiálisis, sin incluir el control por lo que, en este caso, se
empleó un diseño irrestricto aleatorio de tres tratamientos.
Cuadro XVI. Diseño experimental para la evaluación del efecto del pH final de los jugos
desacidificados mediante electrodiálisis sobre la intensidad del sabor residual no característico de
las bebidas elaboradas a partir de dichos jugos.
Tratamiento Bebida
1 pH-1 = 3,2
2 pH-2 = 3,4
3 pH-3 = 3,5
4.4.3.1.3 Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza (ANDEVA α = 0,05) para el diseño irrestricto al
azar para cada variable respuesta y los promedios fueron comparados (para cada
tratamiento) utilizando la prueba LSD (p < 0,05), cuando se presentó diferencias
significativas. Se escogió la prueba LSD porque se deseaba observar el efecto de la
comparación de los promedios de todos los tratamientos entre sí y no solamente de cada
68
tratamiento individual contra un control, como lo propone la prueba de Dunnet
(Universidad de Granada, 2000).
4.4.3.2 Panel entrenado con los prototipos finales
4.4.3.2.1 Procedimiento
A partir de las sesiones previas con el panel entrenado, se definió un prototipo por
cada sesión como la bebida más representativa de cada tecnología, basándose en los
resultados del análisis estadístico. Una vez definidos los jugos requeridos para las sesiones
finales con el panel entrenado, se preparó una mayor cantidad de bebidas a partir de éstos y
del jugo microfiltrado, con el objetivo de que el panel entrenado evaluara exactamente las
mismas bebidas presentadas, más adelante, a los consumidores.
Dichas bebidas fueron preparadas usando como parámetros los porcentajes ya
definidos en la primera formulación. Como se contaba con dos lotes por cada FRV o pH,
los diferentes sub-lotes de bebida preparados se mezclaron, con el fin de homogeneizarlos y
eliminar, de esta forma, cualquier tipo de variabilidad provocada por las potenciales
diferencias que presentaran los jugos de cada lote de un mismo FRV o pH. Una vez
elaboradas, se empacaron en bolsas de polietileno de alta densidad y se almacenaron en la
cámara de congelación (-20 ºC). Cuando fue necesaria su descongelación, el proceso se
llevó a cabo a una temperatura de 5 ºC.
Se realizó dos sesiones finales en las que se usaron como descriptores, únicamente,
aquellos en los que se encontró diferencia significativa en los resultados de las sesiones
preliminares, así como el color vino. Las muestras fueron presentadas de la misma forma
como se hizo en las sesiones previas. El orden de evaluación fue en estas sesiones,
ligeramente diferente, ya que los panelistas evaluaron primero las cuatro muestras
presentadas, en orden de izquierda a derecha, para un mismo descriptor, antes de pasar al
siguiente; esto se realizó con el fin de obtener datos aún más precisos. Antes de pasar al
siguiente descriptor, los panelistas realizaron enjuagues con agua y un trozo de galleta
69
“soda”. La determinación de la intensidad en cm para cada descriptor se realizó de la
misma forma indicada anteriormente.
Para estas sesiones, los panelistas emplearon la escala indicada en la figura 16 para
evaluar la intensidad del color vino, la cual también tenía 10 cm de longitud entre los
términos “más claro” y “más oscuro”.
Figura 16. Escala utilizada para la evaluación de la intensidad del color vino por parte del panel
entrenado.
El objetivo de esta evaluación final fue realizar dos repeticiones de la
determinación, con el fin de tener una caracterización estadísticamente más robusta de las
propiedades de las bebidas. En total, 23 panelistas llevaron a cabo sus evaluaciones, por
duplicado. El cuadro XVII describe el detalle de las muestras analizadas y los descriptores
determinados.
Cuadro XVII. Descripción de las muestras presentadas a los panelistas en las sesiones finales con
el panel entrenado del CITA.
Muestras Descriptores sensoriales evaluados
MF
FRV-UF3 = 6,0
FRV-NF3 = 6,0
pH-1 = 3,2
Olor característico
Acidez
Sabor característico
Astringencia
Sabor residual no característico
Color vino
70
4.4.3.2.2 Diseño experimental
Se empleó un diseño irrestricto aleatorio de cuatro tratamientos (ver cuadro XVIII),
para evaluar el efecto de la tecnología empleada sobre las características sensoriales de las
bebidas definidas en las sesiones preliminares como más representativas de cada tipo, en
comparación con la bebida control fabricada a partir del jugo microfiltrado. Se realizó dos
repeticiones de la determinación.
Cuadro XVIII. Diseño experimental para la evaluación del efecto del tipo de tecnología de
membrana empleado sobre las características sensoriales de las bebidas evaluadas en las sesiones
finales con el panel entrenado.
Tratamiento Tecnología de membrana
1 MF
2 UF
3 NF
4 ED
4.4.3.2.3 Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza (ANDEVA α = 0,05) para el diseño irrestricto al
azar para cada variable respuesta y los promedios fueron comparados (para cada
tratamiento) utilizando la prueba LSD (p < 0,05), cuando se presentó diferencias
significativas. De igual forma, se escogió la prueba LSD porque se deseaba observar el
efecto de la comparación de los promedios de todos los tratamientos entre sí (Universidad
de Granada, 2000).
71
4.4.4 Evaluación sensorial: pruebas de consumidores
Se realizó dos pruebas complementarias con los consumidores empleando los
prototipos finales: agrado general y prueba de preferencia por agrupamiento. Para ello, se
presentó a los consumidores una bandeja con dos sets de cuatro muestras cada uno, de tal
manera que con el primer set llevaron a cabo la determinación del agrado y, con el segundo,
la preferencia. La codificación de las ocho muestras presentadas fue completamente
diferente, a pesar de que se trataba de, únicamente, cuatro bebidas distintas. La
presentación de las bebidas se ejemplifica en la figura 17.
Figura 17. Ejemplificación del orden de los sets presentados a los panelistas en las pruebas de
consumidores.
4.4.4.1 Agrado general
4.4.4.1.1. Procedimiento
Para evaluar el agrado se necesitó un panel de 100 consumidores y se empleó la
escala hedónica híbrida (figura 18) en la cual los panelistas debían colocar una línea
vertical sobre la escala que indicara el nivel de agrado percibido por la muestra respectiva.
Las muestras se presentaron a los panelistas, junto con la hoja de evaluación, en vasos
plásticos con tapa (aproximadamente 30 mL de cada bebida servidos con pipeta), en
condiciones de refrigeración, en forma aleatorizada, balanceada y codificadas con números
Set 1
Set 2
72
de tres cifras. A los panelistas se les indicó hacer la evaluación en orden de presentación
respectiva de las muestras de izquierda a derecha y realizar enjuagues con agua y un trozo
de galleta “soda” antes de pasar a la siguiente muestra. El panel se desarrolló en la sala de
sesiones del CITA.
Figura 18. Escala hedónica híbrida empleada en las pruebas con consumidores para evaluación del
agrado general.
4.4.4.1.2 Diseño experimental
Se empleó un diseño irrestricto aleatorio de cuatro tratamientos (ver cuadro XIX),
para evaluar si había diferencias significativas entre el agrado general de cada uno de los
prototipos finales y la bebida preparada a partir del jugo microfiltrado de mora.
Cuadro XIX. Diseño experimental para la evaluación sensorial del agrado de los prototipos finales.
Tratamiento Prototipo final
1 MF
2 UF
3 NF
4 ED
4.4.4.1.3 Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza (ANDEVA α = 0,05) para el diseño irrestricto al
azar y los promedios fueron comparados (para cada tratamiento) utilizando la prueba LSD
(p < 0,05), cuando se presentó diferencias significativas entre ellos. La prueba LSD se
73
utiliza comúnmente para el análisis estadístico del agrado en pruebas sensoriales, tal y
como se indica en las investigaciones realizadas por Artavia (2010) y Caravaca (2011).
Para agrupar a los diferentes consumidores en grupos homogéneos se realizó un
análisis de cluster, tomando en cuenta el valor de agrado que las personas indicaron hacia
las cuatro bebidas de mora elaboradas con los diferentes jugos obtenidos mediante
tecnologías de membranas (MF, UF, NF y ED). Los sujetos fueron agrupados después de
realizar un agrupamiento jerárquico de árbol (Hierarchical tree plot) usando el método de
Ward y aplicando distancias Euclidianas.
El número de clusters fue establecido mediante el análisis del gráfico de
amalgamación, aplicando un punto de corte óptimo en el cual los clusters o grupos se
formaron a la misma distancia de unión. También, se realizó un análisis de agrupamiento k-
means para examinar los promedios de agrado obtenidos en cada bebida de mora para cada
grupo o cluster que se formó en el análisis de agrupamiento jerárquico de árbol, con el fin
de evaluar las diferencias entre los grupos con respecto a las bebidas. Los análisis se
realizaron con el programa Statistica 7.0 (Statsoft Inc., USA).
Posteriormente, se realizó un análisis de varianza (ANDEVA α = 0,05) para el
diseño irrestricto al azar conformado por cinco tratamientos (número de clusters obtenidos)
y los promedios fueron comparados (para cada tratamiento) utilizando la prueba LSD (p <
0,05), cuando se presentó diferencias significativas entre ellos. Finalmente, se elaboró
gráficos de frecuencias con el fin de comparar los posibles factores que hayan diferenciado
a los consumidores agrupados en un mismo cluster con respecto a otro, como rango de
edad, género y calificaciones asignadas en la prueba de preferencia por agrupamiento a
cada bebida (ver sección 4.4.4.2).
4.4.4.2 Prueba de agrupamiento
4.4.4.2.1 Procedimiento
Se llevó a cabo la evaluación de la preferencia de los distintos prototipos, de tal
forma que pudiera hacerse evidente, mediante un proceso de clasificación, cuál era la
74
bebida ubicada por encima de las otras, según la preferencia de los panelistas (Heymann &
Lawless, 1999). Para evaluarla, se necesitó un panel de 100 consumidores y se utilizó la
prueba de agrupamiento (figura 19).
Figura 19. Formato de la prueba de agrupamiento empleada en la evaluación por parte de los
consumidores.
Las muestras se presentaron a los panelistas, junto con la hoja de evaluación, en
vasos plásticos con tapa (aproximadamente 30 mL de cada bebida servidos con pipeta), en
condiciones de refrigeración, en forma aleatorizada, balanceada y codificadas con números
de tres cifras. A los panelistas se les indicó hacer la evaluación en orden de presentación
75
respectiva de las muestras de izquierda a derecha y realizar enjuagues con agua y un trozo
de galleta “soda” antes de pasar a la siguiente muestra. El panel se desarrolló en la sala de
sesiones del CITA. Cada panelista evaluó la preferencia de las bebidas inmediatamente
después de la determinación del agrado, haciendo uso del segundo set de la bandeja.
4.4.4.2.2 Análisis estadístico
Con los resultados obtenidos, únicamente, se pudo definir las frecuencias con que el
número de panelistas catalogan los productos según las tres categorías presentadas y a
partir de éstas se realizó una gráfica del número de jueces en función de los prototipos
evaluados.
4.4.5 Determinación de las propiedades finales de las bebidas
4.4.5.1 Procedimiento
Se llevó a cabo la caracterización fisicoquímica y una prueba microbiológica a las
bebidas correspondientes a los prototipos finales mediante la determinación del pH,
concentración de elagitaninos y antocianinas, °Brix, acidez titulable, polifenoles totales,
humedad y recuento total de mesófilos aerobios. Para ello, una vez elaboradas las bebidas,
se empacó 180 mL por triplicado y 250 mL en bolsas metalizadas de cada bebida para los
análisis fisicoquímicos y la prueba microbiológica, respectivamente, las cuales se sellaron
de inmediato y se almacenaron en la cámara de congelación (-20 ºC) hasta su uso. Cuando
fue necesaria su descongelación, el proceso se llevó a cabo a una temperatura de 5 ºC.
4.4.5.2 Diseño experimental
Se empleó un diseño irrestricto aleatorio de cuatro tratamientos (ver cuadro XX),
para evaluar el efecto de la tecnología empleada sobre las propiedades fisicoquímicas de las
76
bebidas finales de cada tecnología en comparación con la bebida control fabricada a partir
del jugo microfiltrado. Se analizó tres réplicas por tratamiento.
Cuadro XX. Diseño experimental para la evaluación del efecto del tipo de tecnología de membrana
empleado sobre las propiedades fisicoquímicas de las bebidas finales.
Tratamiento Tecnología de membrana
1 MF
2 UF
3 NF
4 ED
4.4.5.3 Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza (ANDEVA α = 0,05) para el diseño irrestricto al
azar para cada variable respuesta y los promedios fueron comparados (para cada
tratamiento) utilizando la prueba de Tukey (p < 0,05), cuando se presentó diferencias
significativas. Se escogió la prueba de Tukey porque se deseaba observar el efecto de la
comparación de los promedios de todos los tratamientos entre sí y no solamente de cada
tratamiento individual contra un control, como lo propone la prueba de Dunnet
(Universidad de Granada, 2000).
4.5 Métodos de análisis fisicoquímicos
Se llevó a cabo la caracterización fisicoquímica tanto de la materia prima utilizada
(jugo microfiltrado de mora) como de los jugos y bebidas obtenidos tras los ensayos de
electrodiálisis, ultra- y nanofiltración, mediante los métodos detallados a continuación.
4.5.1 Determinación de pH
Se determinó según el método AOAC 981.12 (AOAC, 1999).
77
4.5.2 Determinación de sólidos solubles (grados brix)
Se utilizó un refractómetro de Abbé con control de temperatura según el método
AOAC 932.12 (AOAC, 1999) y aplicando el siguiente factor de corrección por acidez:
º𝐵𝑟𝑖𝑥𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = (º𝐵𝑟𝑖𝑥 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + 0,012) + 0,019 ∗ [(% 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 − 0,0004) ∗ (%𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧)2] (ecuación 9)
(AOAC, 2012).
4.5.3 Determinación de humedad
Se determinó según el método P-SA-MQ-002, basado en el método AOAC 920.151
(AOAC, 2005).
4.5.4 Determinación de acidez titulable
Se determinó según el método AQCITA-M011, basado en el método AOAC 942.15
(AOAC, 2005) mediante titulador automático.
4.5.5 Determinación de polifenoles totales
Se determinó según el método AQCITA-036, basado en un método
espectrofotométrico (CITA, 2008), descrito por Georgé et al. (2005).
4.5.6 Determinación de antocianinas y elagitaninos
Se determinó según el método descrito por Mertz et al. (2007), empleando HPLC-
DAD. La metodología de esta determinación fue detallada por Soto et al. (2015).
4.5.7 Determinación de ácidos orgánicos por HPLC
Se determinó, únicamente, los ácidos orgánicos presentes en los jugos clarificados
según el método P-SA-MQ-043 (CITA, 2009), ya que en el caso de las bebidas, éstos no
fueron determinados por falta de presupuesto. El método consistió en la extracción de los
ácidos orgánicos de la muestra y su separación por medio de una columna de cromatografía
HPLC. La identificación y cuantificación de los ácidos orgánicos se realizó utilizando
patrones de concentración conocida y los tiempos de retención o elusión de cada uno.
Para la determinación se requirió cartuchos OASIS® HLB, filtros 0,45 µm x 25 mm
y jeringas de 20 mL para la microfiltración de las muestras, así como un cromatógrafo
HPLC con los siguientes componentes: bomba cuaternaria Shimadzu LC-20AT,
78
desgasificador Shimadzu DGU-20As, detector con arreglo de diodos Shimadzu SPD-
M20A, horno para columnas Shimadzu CTO-6ª, columna HPX-87H (300 x 7,8) mm, 9 µm.
Como reactivos se requirió agua grado 1, ácido sulfúrico 0,0125 mol/L y las
siguientes disoluciones de ácidos orgánicos en concentración 10 g/L:
- Ácido oxálico Aldrich 658537.
- Ácido cítrico Sigma-Aldrich 0703EH.
- Ácido D(+) galacturónico Fluka 48280.
- Ácido málico Sigma M8304.
- Ácido succínico Sigma-Aldrich S3674.
- Ácido acético glacial Sigma-Aldrich 338826.
Primeramente se preparó tres soluciones patrón de diferente concentración de ácidos
orgánicos para preparar la curva de calibración, al graficar el área bajo la curva de cada
cromatograma contra la concentración de cada ácido orgánico. Posteriormente se tomó una
alícuota de cada solución madre de ácido orgánico, como se indica en el cuadro XXI y se
colocó en tres beaker de 50 mL identificados como SP1, SP2 y SP3. Los 6 ácidos orgánicos
debían estar juntos en cada beaker. Luego, se tomó 4 mL de cada solución y se colocó en
viales para cromatografía, identificados como SP1, SP2 y SP3.
Una vez preparados los reactivos, se procedió con los siguientes pasos:
1) Interferencias: Retención de polifenoles por medio de cartuchos OASIS
1. Se tomó una alícuota de 1 mL de extracto de cada réplica de la muestra y se colocó en
un cartucho OASIS (preparado previamente para la filtración por gravedad).
2. Se recogió el filtrado en una probeta de 5 mL limpia y seca.
3. Después de filtrar el extracto, se lavó el cartucho OASIS con 2 mL de agua grado 1.
4. Se recogió el agua del lavado en la misma probeta y se anotó el volumen final.
5. Se trasvasó el filtrado a un vial para cromatografía.
79
Cuadro XXI. Volumen recomendado de la solución madre de cada ácido orgánico para preparar las
soluciones patrón al preparar la curva de calibración.
Solución madre 10 g/L Solución Patrón 1
(SP1)
Solución Patrón 2
(SP2)
Solución Patrón 3
(SP3)
# Ácido V (mL) Cn (g/L) V (mL) Cn (g/L) V (mL) Cn (g/L)
1 Oxálico 0,10 0,196 0,10 0,100 0,10 0,050
2 Cítrico 1,00 1,961 1,00 1,000 1,00 0,500
3 D(+)-
Galacturónico 1,00 1,961 1,00 1,000 1,00 0,500
4 Málico 1,00 1,961 1,00 1,000 1,00 0,500
5 Succínico 1,00 1,961 1,00 1,000 1,00 0,500
6 Acético 1,00 1,961 1,00 1,000 1,00 0,500
Agua grado 1 0,00
4,90
14,90
Volumen total 5,10 10,00 20,00
2) Identificación y cuantificación de ácidos orgánicos por HPLC
1. Después de colocar la columna cromatográfica HPX-87H (300 x 7,8) mm, 9 µm en el
HPLC 1, se purgó el equipo con la solución de H2SO4 0,005 mol/L, la cual se utiliza
como fase móvil, con un flujo de 0,9 mL/min.
2. Se encendió el horno de la columna cromatográfica y se seleccionó 35 ºC.
3. Se seleccionó el método “Ácidos orgánicos” en el software del equipo.
4. Una vez que se estabilizó la temperatura de la columna y la línea base, se inyectó 20
µL de la solución SP1, luego la solución SP2, SP3 y el extracto de las muestras.
5. Se imprimió el cromatograma de cada inyección y se utilizó el tiempo de retención y el
espectro de absorción a 210 nm para identificar los ácidos orgánicos.
6. Luego, con el área de cada pico cromatográfico se construyó la curva de calibración y
se interpoló la concentración de los ácidos orgánicos identificados en la muestra.
80
3) Cálculo
1. Se graficó el área bajo la curva contra la concentración de cada ácido orgánico. Con
regresión lineal se interpolaron los valores de área de las muestras.
2. De la regresión lineal y = mx + b se obtuvo el valor de la pendiente (m) y del
intercepto (b), donde y es el valor de área de cada pico cromatográfico y x la
concentración en g/L del ácido orgánico.
De esta manera: Cn (g/L) = x = (y – b)/m,
Cn (g/100 g de muestra) = Cn (g/L) x Volumen (L) x fd
X 100 (ecuación 10) Masa muestra (g)
3. Todos los análisis se hicieron por duplicado.
4.5.8 Medición de color instrumental
Se determinó las diferencias de color entre los jugos obtenidos en las pruebas
preliminares utilizando el colorímetro Hunterlab Flex, modelo 45/0 (HunterLab, Estados
Unidos), empleando la escala CIELab. La metodología de la determinación se describe en
Cantillo (2014), con la modificación en la fórmula de cálculo de DE (ecuación 11), de tal
manera que L*0, a*0 y b*0 corresponden a los valores obtenidos por el colorímetro para el
jugo MF inicial, mientras que L*i, a*i y b*i corresponden a los valores medidos para cada
FRV o pH.
𝐷𝐸 = √(𝐿𝑜∗ − 𝐿𝑖
∗)2
+ (𝑎0∗ − 𝑎𝑖
∗)2
+ (𝑏𝑜∗ − 𝑏𝑖
∗)2 (ecuación 11)
4.5.9 Método de análisis microbiológico
Se llevó a cabo la determinación del recuento total de mesófilos aerobios a las
bebidas finales presentadas a los consumidores mediante el método descrito por el FDA, P-
SA-MM-001, tal y como lo detallan Maturin y Peeler (2001) y Pouch e Ito (2001).
81
V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.1 Pruebas preliminares
En esta sección, se detalla las principales observaciones obtenidas durante el estudio
preliminar realizado con cada tecnología por lo que no hay un análisis estadístico asociado
a los resultados, sino solo una descripción de los pasos seguidos para definir las
condiciones de proceso de las pruebas definitivas.
5.1.1 Determinación de la mejor dilución para la preparación de la bebida a
partir del jugo de mora microfiltrado
Los siguientes cuadros muestran las formulaciones evaluadas para la preparación de
la bebida MF base, con sus respectivos valores de acidez, sólidos solubles y resultados de la
evaluación sensorial informal.
Cuadro XXII. Características de las tres bebidas elaboradas con base en diferentes porcentajes de
dilución del jugo microfiltrado de mora.
Se escogió la dilución 40/60 por ser la que presentó la menor acidez tanto sensorial
como instrumentalmente, tomando también en cuenta el resultado obtenido en una asesoría
desarrollada por el CITA que determinó esta dilución como la de mayor agrado por los
consumidores en dicho estudio.
Dilución (% jugo MF/
% agua)
°Brix finales sin corrección por
acidez (%)
Acidez promedio (%)
°Brix /acidez
50 / 50 12,00 1,640 7,32
45 / 55 12,00 1,380 8,69
40 / 60 12,00 1,202 9,99
82
Cuadro XXIII. Calificaciones asignadas a cada bebida durante el desarrollo de un panel sensorial
informal (5: máximo valor, 1: mínimo valor).
Dilución (% jugo MF/
% agua) Acidez
Sabor a mora
Aroma a mora
Dulzor Astringencia
50 / 50 2 2 2 5 2
45 / 55 2 2 2 5 2
40 / 60 1 1 1 5 2
5.1.2 Ensayos de ultra y nanofiltración
A continuación se indican las características fisicoquímicas y sensoriales
determinadas para los jugos ultra- y nanofiltrados preliminares.
Cuadro XXIV. Promedios de las calificaciones de dos panelistas en el análisis sensorial informal
de los jugos preliminares obtenidos a partir de los ensayos de ultra o nanofiltración (5: máximo
valor, 1: mínimo valor).
Aplicación Muestra
(FRV) Acidez
Sabor a mora
Agrado Aroma a
mora Dulzor Astringencia
NF
2,11 5 5 5 3 - -
2,98 4 4 4 3 - -
3,54 3 3 4 4 - -
4,17 2 2 2 4 - -
4,33 1 1 1 3 - -
UF
2,01 4 3,5 3 3,5 4 3,5
3,00 3,5 3,5 3,5 2,5 3 3,5
3,99 2,5 2,5 2,5 3 4 2,5
5,00 4 4 2,5 3 3,5 3,5
5,44 3,5 4 2,5 3 4 4
Jugo MF 2 4 3,5 4 4 2,5
83
Cuadro XXV. Propiedades de los jugos preliminares obtenidos a partir de cada ensayo de ultra o
nanofiltración.
Aplicación Ensayo FRV
Color (DE promedio
en comparación con jugo MF)
pH promedio
ºBrix promedio sin
corrección por acidez
Acidez promedio
(%)
NF
1
2,11 2,57 3,26 5,00 2,247
2,98 3,06 3,27 5,50 2,183
3,54 2,80 3,27 5,75 2,269
4,17 2,69 3,27 6,25 2,269
4,33 2,71 3,26 5,75 2,245
Jugo MF
0 - - -
2
2,11 - - 7,95 2,410
3,21 - - 4,05 1,287
4,00 - - 7,50 2,283
4,99 - - 5,80 1,748
6,03 - - 5,10 1,536
UF 1
2,01 7,56 3,18 11,50 2,452
3,00 8,27 3,19 12,00 2,501
3,99 7,50 3,18 16,00 3,287
5,00 8,77 3,21 14,00 2,636
5,44 8,29 3,20 14,00 2,654
Jugo MF
0 3,17 14,25 2,866
Con respecto a la información indicada en los cuadros anteriores, no se pudo definir
una tendencia en los valores de DE para ambos procesos. Con respecto al pH, no se
evidenció diferencia entre los valores para los FRV de un mismo tipo de membrana. En el
caso de los valores de ºBrix, en el ensayo 2 de NF no se observó una tendencia de aumento
al incrementarse el FRV como se esperaba, lo cual se pudo percibir mejor en el caso del
primer ensayo de NF y en el ensayo de UF. Por último, en el caso de la acidez, en el ensayo
1 de NF no se observó diferencias tangibles entre los valores a los diferentes FRV, mientras
que en el ensayo 2 se observó una reducción. En el caso del ensayo de UF, no se observó
una tendencia clara en los valores de acidez obtenidos a los diferentes valores de FRV.
84
En relación con el análisis sensorial, en el caso de los jugos NF no se observa
uniformidad entre los valores de acidez y los medidos instrumentalmente, además de una
tendencia a dar las menores calificaciones a las muestras de FRV altos. En relación con el
análisis para las muestras de UF, las calificaciones asignadas a los jugos no mostraron gran
diferencia entre los diferentes descriptores, solamente la percepción de una mayor acidez,
una mayor astringencia y un menor aroma a mora con respecto al jugo microfiltrado. Una
mayor percepción de astringencia es indicador de un mayor contenido de polifenoles.
A partir de los jugos NF obtenidos en el segundo ensayo preliminar, se elaboró
cinco bebidas tomando como base la relación ºBrix/acidez de la bebida MF.
Posteriormente, se realizó un análisis sensorial informal con dichas bebidas.
Cuadro XXVI. Formulación de las bebidas elaboradas a partir del ensayo 2 de nanofiltración.
Parámetro Muestra
MF FRV 2,11 FRV 3,21 FRV 4,00 FRV 4,99 FRV 6,03
Jugo (%) 36,55 42,53 82,68 46,66 60,78 69,45
Agua (%) 55,05 48,71 7,98 44,21 30,14 21,51
Azúcar (%) 8,41 8,76 9,34 9,13 9,08 9,04
°Brix 12,60 12,45 12,75 12,95 12,85 12,80
Acidez (%) 1,066 1,124 1,078 1,161 1,135 1,139
Relación oBrix/acidez
11,8 11,1 11,8 11,2 11,3 11,2
En el cuadro XXVI se observa que todas las bebidas elaboradas a partir de los jugos
nanofiltrados presentaron en su formulación porcentajes de jugo mayores y de agua
inferiores con respecto a la bebida base microfiltrada para valores semejantes entre sí de la
relación °brix/acidez, lo cual es debido a las diferentes propiedades que concede la
operación de nanofiltración a los jugos originales.
85
Cuadro XXVII. Calificaciones asignadas a las bebidas provenientes de los jugos del ensayo 2 de
nanofiltración, durante el desarrollo de un panel sensorial informal (5: máximo valor, 1: mínimo
valor).
Muestra (FRV)
Acidez Sabor a
mora Agrado
Aroma a mora
Dulzor Astringencia
MF 1 4 4 3 3 1
2,11 1 4 4 4 4 2
3,21 2 5 5 3 4 2
4,00 2 4 4 3 5 3
4,99 3 4 3 4 3 3
6,03 2 3 4 4 4 3
Con respecto al análisis sensorial de estas bebidas (cuadro XXVII), en general se
percibieron más ácidas y más astringentes las bebidas correspondientes a los FRV altos en
comparación con la bebida microfiltrada, mientras que para los otros descriptores las
calificaciones fueron muy semejantes entre sí. Esto fue de gran relevancia porque así se
pudo comprobar la viabilidad de desarrollar bebidas de mora con una menor dilución de sus
componentes por adición de agua y con propiedades sensoriales semejantes a las de la
bebida base microfiltrada. Además, una mayor percepción de astringencia fue indicador de
un mayor contenido de polifenoles en las bebidas NF.
Tomando como base lo anteriormente mencionado y debido a que los jugos y/o
bebidas preliminares de la ultra y nanofiltración no presentaron diferencias sensoriales y
fisicoquímicas muy marcadas entre sí, se decidió escoger como parámetros de operación a
usar en las pruebas definitivas FRV-UF1 = 2,0, FRV-UF2 = 4,0 y FRV-UF3 = 6,0 para la
ultrafiltración así como FRV-NF1 = 2,0, FRV-NF2 = 4,0 y FRV-NF3 = 6,0 para la
nanofiltración, con el objetivo de encontrar más claramente posibles diferencias entre los
jugos definitivos.
86
5.1.3 Ensayos de electrodiálisis
5.1.3.1 Determinación de la densidad de corriente limitante (DCL)
En la figura 20, se muestra un cambio perceptible en la pendiente de la curva
intensidad de corriente-voltaje durante el proceso de incremento consecutivo de la
diferencia de potencial, el cual está asociado al no aumento proporcional en la corriente, tal
y como lo propone la teoría (Lee et al., 2006). Para obtener el valor más aproximado de
DCL, se determinó la ecuación de ambas rectas (figura 21) y se buscó el punto de
intersección común entre ellas. Al final, se encontró un valor de corriente limitante de
17,68 A, correspondiente a una densidad de corriente de 47,5 A/m2. En general, si se
compara con las DCL obtenidas en otros estudios de desacidificación de jugos de frutas, se
observa que corresponde a un valor más bajo que los reportados por éstos, lo cual está
relacionado con las diferencias de conductividad existentes entre el ácido málico (principal
de la mora) y el ácido cítrico (principal ácido de dichos estudios), ya que el ácido málico
tiene una menor conductividad (Vera et al., 2007a; Vera et al., 2007b).
Figura 20. Curva de corriente en función del voltaje en la determinación de la densidad de corriente
limitante para los ensayos de electrodiálisis.
16,4
19,4
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Co
rrie
nte
(A
)
Voltaje (V)
87
Figura 21. Ecuaciones de las rectas corriente-voltaje necesarias para determinar la DCL.
5.1.3.2 Ensayos con la configuración convencional
Los gráficos del comportamiento de los diferentes parámetros de proceso de la
operación de electrodiálisis en los ensayos con la configuración convencional se detallan en
las figuras 22 y 23.
a) b)
Figura 22. Curvas obtenidas durante el ensayo convencional 1: a) pH en función del tiempo, b)
voltaje e intensidad de corriente en función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, D2 =
diluido 2, C1 = concentrado 1, E = disolución de electrodos.
y = 4,3874x - 3,5232 R² = 0,9498
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Co
rrie
nte
(A
)
Voltaje (V)
y = 0,7865x + 13,884 R² = 0,8642
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Co
rrie
nte
(A
)
Voltaje (V)
2,03,04,05,06,07,08,09,0
10,011,012,013,014,0
0 25 50 75 100 125 150
pH
Tiempo (min)
D1
C1
D2
E
0,02,04,06,08,010,012,014,016,018,020,0
0,02,04,06,08,0
10,012,014,016,018,020,0
0 25 50 75 100 125 150
Vo
ltaj
e (
V)
Tiempo (min)
Diferencia de Potencial (V)
Intensidad de corriente (A)
Inte
nsi
dad
de
co
rrie
nte
(A
)
88
a) b)
c)
Figura 23. Curvas obtenidas durante el ensayo convencional 2: a) pH en función del tiempo, b)
conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad de corriente en función del tiempo de
proceso, donde D1 = diluido 1, D2 = diluido 2, C1 = concentrado 1, E = disolución de electrodos.
Tomando en cuenta las figuras 22 y 23, se puede observar que durante el proceso de
desacidificación usando la configuración convencional hubo un aumento progresivo en el
pH del jugo de mora (D1) (Vera et al., 2003b), una tendencia a la constancia en el caso de
C1 (NaCl 0,1 mol/L) y un descenso pronunciado para D2 (NaOH 0,2 mol/L), mientras que
el pH de E (NaOH 0,1 mol/L) se mantuvo constante.
En el caso de D1, su curva de conductividad constante indica que durante el proceso
donó pero también recibió iones, principalmente iones malato y iones OH- provenientes de
D2 (Vera et al., 2002; Vera et al., 2003b), lo cual explica el incremento en el pH. Otro
fenómeno que pudiera favorecer esta tendencia de constancia en la conductividad es la
hipótesis de que como el jugo se encontraba ubicado en un compartimento adyacente a C1
y a D2, los cuales presentaban altas concentraciones del ion Na+, se haya permitido su paso
a través de las membranas aniónicas (cargadas positivamente, por las que circula el jugo)
0,01,02,03,04,05,06,07,08,09,0
10,011,012,013,014,0
0 25 50 75 100 125 150
pH
Tiempo (min)
D1C1D2E
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0 25 50 75 100 125 150
Co
nd
uct
ivid
ad (
mS/
cm)
Tiempo (min)
D1C1D2E
0,02,55,07,510,012,515,017,520,0
0,02,55,07,5
10,012,515,017,520,0
0 20 40 60 80 100 120 140
Vo
ltaj
e (
V)
Tiempo (min)
Diferencia de Potencial (V) Intensidad de corriente (A)
Inte
nsi
dad
de
co
rrie
nte
( A
)
89
(Vera et al., 2003b) debido al fenómeno conocido como diálisis y así hayan llegado hasta
D1. Incluso Vera et al. (2002) encontraron en su estudio que el jugo de maracuyá
desacidificado final tuvo aumentos de entre 1 y 9% en las concentraciones del ion Na+ con
respecto al jugo original.
C1 sería el compartimento que principalmente recibió los aniones provenientes del
jugo de mora (Soto, 2014a). Además, parte de los iones OH- cedidos a D1 por D2
atraviesan la membrana aniónica junto con los ácidos para llegar hasta C1, lo cual favorece
el aumento en su conductividad (Vera et al., 2003b) hasta llegar a un valor constante. Con
respecto a D2, su función principal es donar iones hidroxilo (Vera et al. 2002), lo cual se
confirma al ver la curva de conductividad para esta disolución, pues una caída tan drástica
implicaría que D2 agotó sus iones disueltos (Vera et al. 2003a; Vera et al., 2003b) y que
además no recibió de otros compartimentos para compensar la pérdida, lo cual explica
también el comportamiento de su pH. En el caso de la disolución de electrodos, su pH se
mantiene constante porque recibe y dona especies al mismo tiempo (Vera et al., 2007a).
Con respecto a su conductividad, se observó una ligera reducción.
En relación con las curvas de voltaje e intensidad (figura 23c) de corriente en
función del tiempo de proceso, en general, se esperaría observar un comportamiento muy
semejante entre ambas curvas, ya que la corriente es directamente proporcional a la
diferencia de potencial por debajo de la DCL (Lee et al., 2006). Al inicio de ambos ensayos
se observó esta relación directa, sin embargo, a la mitad de cada ensayo se presentó la caída
de la corriente hasta el final del proceso, lo cual se debió al agotamiento de los iones en el
compartimento D2, ya que se observa que las caídas ocurrieron tanto para la curva de
conductividad como para la de corriente entre los 45 y 55 min del proceso. De esta forma,
la interrupción en el flujo de iones, necesario para el proceso de migración selectiva en la
electrodiálisis, generó la caída en la corriente. A partir de este punto se recomienda detener
el ensayo o realizar un nuevo ciclo con nuevo jugo de alimentación.
Para estas pruebas se determinó como voltaje máximo de operación recomendado
17,5 V. Al respecto, Hwa-Won et al. (2012) determinaron en sus pruebas un voltaje óptimo
de 15,0 V mientras que Cros et al. (2005) utilizaron un voltaje constante de 20,0 V. De esta
forma, aunque los valores de voltaje más apropiados puedan variar entre los estudios
90
reportados, lo más importante para los ensayos de las pruebas definitivas fue asegurarse de
trabajar bajo condiciones de voltaje que nunca superaran el valor máximo recomendado,
con el fin de evitar otra posible causa para la caída en la corriente, evidenciada en estos
ensayos con la configuración convencional, pues el emplear voltajes superiores al óptimo
puede provocar también este fenómeno. Sin embargo, se buscó que los valores
experimentales se acercaran bastante a dicho valor de voltaje, pues entre más alta sea la
diferencia de potencial, más eficiente va a ser el proceso debido a que mejora la fuerza
impulsora del sistema (Hwa-Won et al., 2012). Además, Altmeier et al. (1997) declaran
que se puede obtener una caída de voltaje para cada celda de 1,8 V con una eficiencia de
corriente superior al 95%, lo cual viene a confirmar que como máximo se debe usar 18 V
para la diferencia de potencial global del proceso pues se trabajó con 10 celdas.
5.1.3.3 Ensayo con la configuración bipolar
Los gráficos del comportamiento de los diferentes parámetros de proceso de la
operación de electrodiálisis en el ensayo con la configuración bipolar se detallan en la
figura 24. El comportamiento del pH de D1 fue igual que en la configuración convencional.
La diferencia radicó en la curva de conductividad (figura 24b), ya que en este caso sí se
presentó una reducción, lo cual implicaría que en esta configuración el jugo perdió iones
ácidos pero no ganó especies básicas provenientes de otro compartimento (Soto, 2014a), lo
cual podría influir sobre las características sensoriales del jugo obtenido.
En relación con el pH y la conductividad de C1 (ácido málico 0,25 mol/L), el
comportamiento de ambos es igual a los observados en la configuración convencional y se
debe a la llegada de especies ácidas. Por último, en el caso de E (sulfato de sodio 0,1
mol/L) se observa en la curva del pH una tendencia inicial constante que finaliza con un
descenso, mientras que la conductividad tiene un comportamiento constante durante todo el
ensayo. La función de E es recibir y donar iones, lo cual hace que su pH y conductividad
tiendan a ser constantes, por lo que podría ser que al final del proceso haya presentado una
mayor retención de las especies ácidas que redujo su pH. En general estos resultados
91
a)
b)
c)
Figura 24. Curvas obtenidas durante el ensayo bipolar: a) pH en función del tiempo, b)
conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad de corriente en función del tiempo de
proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1, E = disolución de electrodos.
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0 50 100 150 200 250 300
pH
Tiempo (min)
D1
C1
E
0,002,004,006,008,00
10,0012,0014,0016,0018,0020,00
0 50 100 150 200 250 300
Co
nd
uct
ivid
ad (
mS/
cm)
Tiempo (min)
D1
C1
E
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,002,004,006,008,00
10,0012,0014,0016,0018,00
0 50 100 150 200 250 300
Vo
ltaj
e (
V)
Tiempo (min)
Diferencia de Potencial (V)Intensidad de corriente (A)
Inte
nsi
dad
de
corr
ien
te (
A)
92
coinciden con el hecho de que el compartimento del ácido (C1) se concentra, el de la base
(E) puede presentar concentración, mientras que el de alimentación se diluye (D1) en las
configuraciones bipolares (Soto, 2011). Finalmente, se observa una relación directa entre la
corriente y el voltaje en función del tiempo que tienden a ser constantes (Vera et al., 2007
a) debido a que no se sobrepasó el voltaje máximo recomendado (figura 24c).
5.1.3.4 Caracterización de los jugos y bebidas obtenidos por electrodiálisis
Cuadro XXVIII. Propiedades de los jugos preliminares obtenidos a partir de cada ensayo de
electrodiálisis.
Configuración Ensayo Muestra °Brix sin
corrección por acidez
Acidez promedio
(%)
Color (DE* promedio en
comparación con jugo MF)
Convencional
1
Jugo MF 10,95 2,711 0,00
pH = 3,48 5,20 0,505 1,93
pH = 3,73 5,35 0,702 4,42
pH = 4,17 5,10 0,542 2,31
pH = 4,60 5,00 0,462 5,25
2
Jugo MF 10,95 2,711 0,00
pH 3,21 11,65 2,302 10,30
pH 3,45 11,30 1,854 9,94
pH 3,60 11,00 1,589 9,83
Bipolar 1
Jugo NF reconstituido
6,60 2,140 0,00
pH 3,24 5,80 1,467 0,86
pH 3,45 5,60 1,178 1,40
pH 3,61 5,40 1,014 1,30
pH 3,80 5,30 0,818 0,87
Al observar el cuadro XXVIII, se concluye que la electrodiálisis tiene el potencial
de reducir la acidez de los jugos finales en comparación con el jugo inicial. Además, en
general, tanto en el ensayo 1 de la configuración convencional como en el ensayo bipolar se
observó una reducción aparente en los sólidos solubles finales de los jugos. Con respecto a
93
los valores de DE, se obtuvo menores valores para los jugos de la configuración bipolar, lo
cual es un indicador, en este caso, de una menor pérdida de la coloración original del jugo,
ya que para todos los jugos se midió menores valores de L* en comparación con su jugo
inicial respectivo.
Esta menor variación de color para la configuración bipolar va acorde con los
resultados obtenidos por Vera et al. (2003b) en jugo de maracuyá. De esta forma, y
tomando en cuenta otros factores como practicidad, uso de un menor número de
compartimentos así como de membranas por cada grupo de celda y recomendaciones de
otras investigaciones (Vera et al., 2003b; Vera et al., 2007a), se decidió usar la
configuración bipolar para las pruebas definitivas. Esto va acorde con lo indicado por
Kotsanopoulos y Arvanitoyannis (2015) de que, actualmente, la electrodiálisis con
membranas bipolares es uno de los métodos más usados para la extracción de ácidos a
partir de disoluciones iónicas.
Cuadro XXIX. Formulación de las bebidas elaboradas a partir de los jugos desacidificados
mediante electrodiálisis.
Parámetro
Ensayo
Convencional 2 Bipolar
MF pH
3,21 pH
3,45 pH
3,60 NF
pH 3,24
pH 3,45
pH 3,61
pH 3,80
Jugo (%) 36,81 48,53 60,25 70,28 36,26 60,63 75,50 87,63 94,22
Agua (%) 55,21 45,32 34,74 25,60 54,39 31,08 16,93 5,21 0,00
Azúcar (%) 7,98 6,15 5,01 4,12 9,36 8,29 7,57 7,16 5,78
°Brix 11,80 11,80 11,85 11,95 11,80 11,90 11,90 12,05 10,90
Acidez (%) 1,117 1,261 1,212 1,204 0,890 0,924 0,894 0,858 0,818
Relación °Brix/acidez
10,56 9,36 9,78 9,93 13,27 12,87 13,32 14,04 13,33
94
De acuerdo con el cuadro XXIX, nuevamente, se concluyó que gracias al
tratamiento aplicado es posible formular bebidas con mayores porcentajes de jugo y
menores porcentajes de agua en comparación con la bebida base, para valores semejantes
de ºBrix/acidez. Además, a diferencia de las bebidas preliminares desarrolladas para UF y
NF, las bebidas ED tuvieron menores porcentajes de azúcar adicionada.
Cuadro XXX. Calificaciones asignadas a las bebidas provenientes de los jugos de los ensayos de
electrodiálisis, durante el desarrollo de un panel sensorial informal (5: máximo valor, 1: mínimo
valor).
Ensayo Muestra
(pH) Acidez
Sabor a mora
Agrado Aroma a mora
Dulzor Astringencia
Convencional 2
MF (40/60) 3 4 5 4 4 3
pH 3,21 2 3 4 2 4 4
pH 3,45 1 2 3 2 3 3
pH 3,60 2 2 3 2 2 2
Bipolar
NF (40/60) 1 4 4 4 4 2
pH 3,24 4 2 2 2 2 2
pH 3,45 3 3 3 3 3 2
pH 3,61 3 2 2 2 3 2
pH 3,80 3 1 1 1 3 1
A partir del cuadro XXX se observa que, en general, las calificaciones asignadas a
las bebidas ED fueron inferiores a las que obtuvo la bebida base. Solamente se percibió a
las bebidas ED de la configuración bipolar como más ácidas, mientras que las
calificaciones para la astringencia fueron similares.
Otra conclusión importante que se evidencia del cuadro anterior fue la decisión de
no desacidificar el jugo de mora a valores de pH superiores a 3,60, ya que en el momento
de realizar el análisis sensorial informal no se obtuvo muy buenas calificaciones para las
bebidas elaboradas a partir de dichos jugos. Por ejemplo, cuando se trató de preparar la
bebida a partir del jugo de pH 4,60, se observó que esta acción no era posible, ya que
presentaba un valor de ºBrix/acidez mayor que la bebida MF base por lo que estaba tan
desacidificado que no se le podía agregar ni azúcar para formular una bebida y mejorar sus
95
propiedades sensoriales. Esta decisión fue acorde con lo propuesto por Vera et al. (2003b),
ya que estos investigadores indicaron que en sus ensayos desacidificaron hasta un valor de
pH máximo de 4,0 con el fin evitar el crecimiento de microorganismos que pudieran
favorecer el deterioro del jugo. Como consecuencia, se decidió escoger pH-1 = 3,2, pH-2 =
3,4 y pH-3 = 3,5 como parámetros de operación a usar en las pruebas definitivas para la
electrodiálisis.
5.2 Pruebas definitivas
5.2.1 Caracterización del jugo microfiltrado empleado como materia prima
En el cuadro XXXI se detalla las características fisicoquímicas del jugo de mora
microfiltrado usado en esta investigación.
Cuadro XXXI. Composición físico-química del jugo de mora obtenido mediante microfiltración
tangencial, empleado como materia prima en los ensayos de electrodiálisis, ultra y nanofiltración.
Parámetro Promedio*
Acidez (g/100 g)(expresada como ácido málico) 2,495±0,002
pH 2,81
ºBrix corregidos por acidez 10,99±0,12
Humedad (g/100 g) 90,54±0,06
Polifenoles totales (mg eq. ácido gálico/L muestra) 2427±13
Elagitaninos (mg eq. ácido elágico/L muestra) 133±12
Antocianinas (mg eq. cianidin-3-glucósido/L muestra) 397±31
Ácidos orgánicos (g/100 g)
Ácido cítrico 1,038±0,016
Ácido málico 1,278±0,003
Ácido succínico 0,115±0,019
* Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95%.
96
La razón por la que se utilizó jugo de mora microfiltrado como materia prima fue
reducir los fenómenos de colmataje tanto en la ultra y nanofiltración, así como en la
electrodiálisis (Soto, 2011), debido a que jugos con altos contenidos de pectina, como la
mora, tienden a tener bajos flujos de permeado, ya que este polisacárido constituye un gran
factor de obstrucción en las membranas tubulares así como en las aniónicas de
electrodiálisis (Soto, 2014a), de allí también la importancia del tratamiento enzimático con
pectinasas aplicado previo a la microfiltración del jugo de mora. Otro aspecto importante de
indicar es que se usó 250 ppm del preparado enzimático, ya que, normalmente, se debe usar
concentraciones más altas del preparado para jugos ácidos (Vaillant, 2014). Sin embargo,
también se conoce que resulta imposible eliminar por completo los fenómenos de colmataje
en las operaciones con membranas (Madaeni et al., 2001).
5.2.2 Ultrafiltración
La descripción esquemática de las condiciones de operación de los ensayos
realizados con la membrana de 5 kDa se observan en la figura 25.
Figura 25. Resumen esquemático del procedimiento aplicado para la obtención de los diferentes
jugos ultrafiltrados.
97
Cuadro XXXII. Promedios de los parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas durante los
ensayos de ultrafiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres diferentes valores de
FRV.
Variable respuesta Factor de reducción volumétrico promedio (FRV)
2,0 4,0 6,0
Acidez (g/100 g)
(expresada como ácido málico) 2,248±0,969 a 2,552±0,152 a 2,562±0,179 a
pH 2,81 a 2,80±0,03 a 2,79±0,03 a
°Brix corregidos por acidez 9,86±5,04 b 11,58±0,06 ab 12,21±1,66 a
Humedad (g/100 g) 92,67±6,36 a 90,72±0,74 a 91,68±0,85 a
Polifenoles totales
(mg eq. ácido gálico/L muestra) 3016±1024 c 3707±1872 b 4242±2607 a
Elagitaninos
(mg eq. ácido elágico/L muestra) 152±82 a 206±231 a 241±33 a
Antocianinas
(mg eq. cianidin-3-glucósido/L muestra) 436±251 b 621±251 a 650±149 a
Ácidos orgánicos
(g/100 g)
Ácido cítrico 0,928±0,396 a 1,050±0,238 a 1,084±0,095 a
Ácido málico 1,171±0,506 a 1,317±0,039 a 1,300±0,213 a
Ácido succínico 0,092±0,040 a 0,120±0,119 a 0,112±0,258 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (Tukey, p<0,05).
Cuadro XXXIII. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos durante los ensayos de
ultrafiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres diferentes valores de FRV.
Variable respuesta Factor de reducción volumétrico promedio (FRV)
2,0 4,0 6,0
Flujo de permeado promedio Jp (L·h-1·m-2) 75±38 a 60±5 a 71±13 a
Consumo de energía EL (Whm2/L) 12±5 a 13±2 a 12±2 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (Tukey, p<0,05). EL = Energía que se necesita para producir un litro de permeado durante una hora de ultrafiltración.
98
A partir del cuadro XXXII, se observa que no se encontró diferencias significativas
en los parámetros de humedad, acidez y pH ni en las concentraciones de los tres distintos
ácidos analizados (p > 0,05). Esto implica que la operación de ultrafiltración no generó un
efecto perceptible sobre los componentes ácidos de los jugos ultrafiltrados. Sin embargo, se
presentó un aumento significativo en el contenido de sólidos solubles en el jugo obtenido a
FRV 6,0 en comparación con el del FRV 2,0 (p = 0,0477) lo cual se asocia con una mayor
retención de componentes del jugo por parte de la membrana de 5 kDa al incrementarse el
FRV, debido a fenómenos asociados al colmataje de las membranas. De esta forma se
confirma que la operación de ultrafiltración permite concentrar componentes (Soto, 2014a).
Lo anterior se corrobora al ver los efectos de la operación de UF sobre el contenido
de polifenoles totales y de antocianinas, de tal forma que se encontró diferencia
significativa entre los promedios de los tres FRV para la primera variable (p = 0,0102),
mientras que los promedios para las antocianinas de FRV 4,0 y FRV 6,0 fueron
significativamente diferentes al promedio de FRV 2,0 (p = 0,0316). Al tratarse de especies
solubles en agua, era de esperarse como consecuencia un aumento en los sólidos solubles.
Con respecto a los elagitaninos, no se presentó diferencia significativa entre los promedios
de los tres jugos (p > 0,05).
En este punto, es importante reiterar que el método de análisis para el parámetro de
polifenoles totales cuantifica también polifenoles de bajo peso molecular como formas
libres y conjugadas de ácido gálico y elágico, flavanoles y flavonoles, junto con las
antocianinas y elagitaninos (Soto, 2014a). Al respecto, tomando en cuenta el poder de corte
de la membrana empleada, se explica por qué se encontró una menor concentración de los
sólidos solubles, los polifenoles totales y las antocianinas para el jugo del FRV más bajo,
pues en la ultrafiltración hay una retención parcial de estos compuestos (Cissé et al. 2011;
Dornier, 2014; Pérez, 2014).
Para este primer FRV (2,0), la formación de la capa de gel es mínima, lo cual
permite un mayor paso de moléculas pequeñas a través de los poros, tales como polifenoles
de bajo peso molecular, azúcares (como glucosa y fructosa) y antocianinas que tienen
masas moleculares mucho más pequeñas (ver cuadros II y III) que los elagitaninos. Éstos
tienen una mayor tendencia a ser retenidos debido a su tamaño, pero, de igual forma,
99
pueden atravesar la membrana al principio del proceso por tener masas moleculares que se
aproximaban al punto de corte de la membrana (5000 Da) y también serían retenidos
inicialmente en forma parcial (Pérez, 2014). Sin embargo, conforme se incrementó el FRV,
componentes responsables de colmatar la membrana de UF tales como los mismos
elagitaninos, proteínas, compuestos macromoleculares y sustancias coloidales (De Bruijn et
al., 2005) fueron obstruyendo el paso de estas otras moléculas, lo cual provocó que para el
tratamiento con el FRV más alto (6,0) los polifenoles de bajo peso molecular, azúcares y
antocianinas se encontraran significativamente en mayor concentración. Otros factores que
pudieron influir sobre dicha retención fueron posibles interacciones entre estos compuestos
y el material de la membrana así como asociaciones con macromoléculas retenidas (Kalbasi
& Cisneros-Zevallos, 2007).
En general, este hecho puede también indicarse al observar los valores promedio de
acidez, concentración de ácidos orgánicos, elagitaninos, humedad y flujo de permeado para
el jugo obtenido con el tratamiento de FRV 2,0, que si bien es cierto no se diferenciaron
significativamente de los promedios de los otros jugos, sí se observa que corresponden al
promedio más bajo en el caso de los ácidos y elagitaninos y más alto en el caso del
porcentaje de humedad y el flujo de permeado promedio, al compararlos con los de los
otros valores de FRV e incluso con los promedios del jugo microfiltrado inicial (cuadro
XXXI). Esto implicaría que al inicio del proceso de ultrafiltración los ácidos presentaron
una tendencia a atravesar la membrana debido a su tamaño (ácido málico 134,01 Da) así
como los elagitaninos, lo cual, sumado a la menor retención de los sólidos solubles
evidenciada para el tratamiento del FRV menor, provocó una tendencia al aumento en el
porcentaje de humedad inicial del retenido en comparación con los jugos de los otros
tratamientos. Además, el mayor valor promedio del flujo de permeado sería indicador de un
menor colmataje inicial.
Finalmente, es de gran relevancia el mencionar que aunque el jugo no pasó por un
proceso de desacidificación medido mediante una reducción en la acidez titulable, sí hubo
un cambio en la relación ºBrix/acidez como consecuencia del aumento en los sólidos
solubles, lo cual podría traducirse en una percepción menos ácida del jugo. Además, se
comprueba que los jugos obtenidos en los tratamientos con los dos FRV más altos están
100
más concentrados en antioxidantes, siendo el más concentrado, el jugo correspondiente al
FRV 6,0. Al considerar los indicadores de consumo energético, se concluye que no se
presentó diferencia significativa entre los promedios de estos parámetros para los tres FRV
(p > 0,05), lo cual implica que en cuanto a consumo energético no resultaría más costoso
producir el jugo de mora concentrado al FRV más alto, a pesar de tratarse del
procedimiento que requirió más tiempo de proceso (figura 25).
5.2.3 Nanofiltración
La descripción esquemática de las condiciones de operación de los ensayos
realizados con la membrana de 1 kDa se observan en la figura 26.
Figura 26. Resumen esquemático del procedimiento aplicado para la obtención de los diferentes
jugos nanofiltrados.
101
Cuadro XXXIV. Promedios de los parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas durante
los ensayos de nanofiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres diferentes valores
de FRV.
Variable respuesta Factor de reducción volumétrico promedio (FRV)
2,0 4,0 6,0
Acidez (g/100 g)
(expresada como ácido málico) 2,323±0,433 a 2,466±0,523 a 2,579±0,645 a
pH 2,81±0,06 a 2,80±0,06 a 2,80 a
ºBrix corregidos por acidez 10,50±3,04 a 11,55±3,36 a 11,96±5,01 a
Humedad (g/100 g) 91,69±0,35 a 91,52±6,00 a 90,42±2,19 a
Polifenoles totales
(mg eq. ácido gálico/L muestra) 2924±316 a 3414±936 a 4107±5130 a
Elagitaninos
(mg eq. ácido elágico/L muestra) 144±15 a 181±177 a 248±388 a
Antocianinas
(mg eq. cianidin-3-glucósido/L muestra) 446±352 a 513±505 a 668±1046 a
Ácidos orgánicos
(g/100 g)
Ácido cítrico 0,974±0,364 a 0,947±1,078 a 1,072±0,294 a
Ácido málico 1,203±0,154 a 1,356±0,574 a 1,328±0,064 a
Ácido succínico 0,087±0,093 a 0,106±0,028 a 0,114±0,344 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (Tukey, p<0,05).
Cuadro XXXV. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos durante los ensayos de
nanofiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado para tres diferentes valores de FRV.
Variable respuesta Factor de reducción volumétrico
promedio (FRV)
2,06 4,08 6,10
Flujo de permeado promedio Jp (L·h-1·m-2) 135±11 a 125±8 a 109±4 a
Consumo de energía EL (Whm2/L) 6,92±1,50 a 7,37±0,28 a 8,89±0,98 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (Tukey, p<0,05).
102
Como se observa en los cuadros XXXIV y XXXV, no hubo diferencia significativa
entre los promedios de las diferentes variables respuesta para los tres FRV evaluados (p >
0,05). Esto se puede explicar considerando el poder de corte de la membrana. Al ser de 1
kDa, a pesar de que existe un cierto porcentaje de los poros que tienen un poder de corte
superior a dicho valor, ya que las membranas presentan una distribución normal en cuanto
al tamaño de los poros, el tamaño máximo esperado de las moléculas que son capaces de
atravesarla fue de 1000 g/mol. Tomando en cuenta lo anterior, así como que la
lambertianina C tiene una masa molar de 2804,2 g/mol y la sanguíina H-6 1870,2 g/mol
(cuadro II), se esperaría una más rápida formación de la capa de gel sobre la membrana
responsable de su colmataje, en comparación con la de la ultrafiltración (Dornier, 2014;
Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015), cuyo poder de corte era de 5000 g/mol.
Este hecho habría obstaculizado más rápidamente el paso de azúcares, polifenoles
de bajo peso molecular y antocianinas (Salgado et al., 2013), a diferencia del
comportamiento que se evidenció en la etapa inicial durante la ultrafiltración en la cual se
esperaba incluso una cierta permeabilidad a los elagitaninos. Además, al considerar la
composición típica del retenido en los procesos de nanofiltración (ver cuadro III), se
justifica lo anteriormente mencionado, pues esta tecnología tiende a retener azúcares
(Salgado et al., 2013), ácidos disociados y polifenoles, en mayor o menor grado,
dependiendo del poder de corte, según lo propuesto teóricamente. En general, para la
nanofiltración, se espera una retención mayor de estos compuestos que en la ultrafiltración,
así como un retenido con altos ºBrix (Dornier, 2014).
Por otro lado, a pesar de que no exista diferencia significativa entre promedios, sí se
puede observar una tendencia al aumento en la concentración de los polifenoles totales, las
antocianinas, los elagitaninos, los sólidos solubles totales y la acidez al incrementarse el
FRV, lo cual va acorde con lo encontrado por Soto (2014a). Además, se observa una
tendencia a la reducción en el porcentaje de humedad, lo cual podría provocar que a FRV
mayores a 6,10 sí se presentaran diferencias significativas con respecto a las
concentraciones de los FRV más bajos. Esta última idea cobra peso al considerar que, en su
estudio, Soto (2014b) encontró diferencias significativas en la concentración de un extracto
de mora hasta FRV 7,9. Además, el que no haya diferencias significativas pudo ser causado
103
por la variabilidad existente entre las dos repeticiones de cada tratamiento NF.
Asimismo, al comparar los promedios de los polifenoles totales, las antocianinas y
los elagitaninos de los jugos nanofiltrados con los del jugo microfiltrado inicial (cuadro
XXXI) se observa que, en general, son mayores, lo cual es un indicador de la eficacia de la
operación de nanofiltración en concentrar los componentes bioactivos (Soto, 2014a). El
mismo comportamiento se encontró en la concentración de extractos de rosa de jamaica por
NF, en la cual incluso se evidenció que el porcentaje de retención de antocianinas fue
superior que el porcentaje de retención de ºBrix y éste, a su vez, fue superior al de la acidez
titulable (Cissé et al., 2011). Conclusión similar se deriva del estudio realizado por García-
Martín et al. (2009), quienes reportan que la nanofiltración ha sido uno de los métodos más
efectivos y más aplicados para incrementar los niveles de azúcares en mosto de uva sin
causar deterioro en la calidad del producto.
En relación con los parámetros de eficiencia, tampoco se encontró diferencia
significativa entre los promedios para las tres variables de los tres FRV (p > 0,05). Sin
embargo, al considerar los promedios de flujo de permeado, se observa una tendencia a la
reducción, lo cual sería producto de un posible engrosamiento en la capa de gel de la
superficie de la membrana al incrementarse el FRV por elagitaninos y proteínas (Salgado et
al., 2013; Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015), así como por el aumento en la presión
osmótica como consecuencia de la concentración de los compuestos de bajo peso molecular
(Salgado et al., 2013). En general, se concluye que el costo energético no sería
significativamente diferente para la producción de los tres jugos por lo que se pretendería
escoger el que presentara las mejores propiedades de concentración de componentes
bioactivos. Sin embargo, como no se evidenció diferencia significativa en la caracterización
físico-química, el criterio de escogencia más importante será el jugo que presente las
mejores propiedades sensoriales.
Por otro lado, al realizar una comparación entre los promedios de los parámetros de
eficiencia entre las tecnologías de ultra y nanofiltración (cuadro XXXVI), se observa que
en el caso del flujo de permeado los promedios fueron mucho mayores (p = 0,0015), así
como los de EL menores (p = 0,0115) para la nanofiltración, lo cual se asocia a que el
tiempo de operación, así como la cantidad de materia prima necesaria para obtener jugo a
104
un mismo FRV fueron mayores en la ultrafiltración en comparación con la nanofiltración
(ver figuras 25 y 26), para valores de presiones transmembranarias y temperaturas de
operación semejantes. Las diferencias entre los resultados del consumo de energía para
ambas tecnologías van acordes con los obtenidos por Soto (2014b) para estas mismas
membranas.
Cuadro XXXVI. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos para los ensayos de
ultrafiltración y nanofiltración tangencial del jugo de mora microfiltrado.
Variable respuesta Tecnología de membrana
UF NF
Flujo de permeado promedio Jp (L·h-1·m-2) 69±12 b 123±10 a
Consumo de energía EL (Whm2/L) 12,29±1,69 a 7,73±0,87 b
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=6), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (t-student, p<0,05).
Esto a su vez está ligado a las diferencias per se que tienen las membranas, tomando
en cuenta que se trata de membranas de diferentes casas fabricantes (cuadro VI) con
diferentes áreas filtrantes, número de canales (19 para la membrana de 5 kDa; 23 para la de
1 kDa) y volúmenes de retenido. Incluso, el comportamiento observado de un mayor flujo
de permeado para la nanofiltración coincide con el hecho de que la membrana de 1 kDa
posee el mayor área filtrante. Además, cuando las membranas no son de la misma casa
fabricante, se puede presentar diferencias en la retención de un compuesto dado, aunque
tengan el mismo poder de corte (Pérez, 2014).
Otro aspecto que pudo haber influido es que, al ser los diámetros de poro de la
membrana de 5 kDa más grandes, pudo haberse presentado una mayor tendencia a sufrir de
obstrucción interna (Pérez, 2014) por parte de moléculas de tamaño grande como los
elagitaninos o las proteínas (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015), los cuales habrían
quedado incrustados en su paso a través del poro (Borneman et al., 1997) y a su vez esto se
traduciría en una reducción en el flujo. Por el contario, es de esperarse una menor tendencia
al fenómeno de colmataje interno en el caso de la nanofiltración, pues su poder de corte es
105
menor que el tamaño de los elagitaninos por lo que más bien era de esperar una retención
completa de estos compuestos.
Finalmente, al comparar los valores de flujo de permeado y EL (cuadro XXXVI) con
los del estudio realizado para la concentración de extractos de rosa de jamaica con una
membrana plana de nanofiltración, se concluye que los resultados obtenidos en este estudio
para nanofiltración con mora fueron mucho más eficientes (Cissé et al., 2011).
De esta forma, a nivel de eficiencia de operaciones, se concluiría que la
nanofiltración presenta ventajas sobre la ultrafiltración, sin embargo, no se puede concluir
que sea superior la aplicación de esta tecnología para la producción de jugo de mora rico en
antioxidantes hasta que se analicen los resultados del análisis sensorial.
5.2.4 Electrodiálisis
La descripción esquemática de las condiciones de operación de los ensayos
realizados con el equipo de electrodiálisis se observan en la figura 27.
Figura 27. Resumen esquemático del procedimiento aplicado para la obtención de los diferentes
jugos desacidificados mediante electrodiálisis.
En las figuras 28, 29 y 30, se muestra el comportamiento obtenido para los
compartimentos D1 (jugo de mora), C1 (ácido málico 0,25 mol/L) y E (Na2SO4 0,1 mol/L)
así como del voltaje y la corriente para los dos ensayos de electrodiálisis de un mismo
tratamiento de pH.
106
a)
b)
c)
Figura 28. Curvas obtenidas durante la desacidificación de jugo de mora hasta pH 3,2: a) pH en
función del tiempo, b) conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad de corriente en
función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1, E = disolución de
electrodos.
1,501,752,002,252,502,753,003,253,503,754,004,254,504,75
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
pH
Tiempo (min)
D1 ensayo 1C1 ensayo 1E ensayo 1D1 ensayo 2C1 ensayo 2E ensayo 2
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Co
nd
uct
ivid
ad (
mS/
cm)
Tiempo (min)
D1 ensayo 1
C1 ensayo 1
E ensayo 1
D1 ensayo 2
C1 ensayo 2
E ensayo 2
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
0,002,004,006,008,00
10,0012,0014,0016,0018,0020,00
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Vo
ltaj
e (
V)
Tiempo (min)
Diferencia de potencial ensayo 1 Intensidad de corriente ensayo 1Diferencia de potencial ensayo 2 Intensidad de corriente ensayo 2
Inte
nsi
dad
de
co
rrie
nte
(
107
a)
b)
c)
Figura 29. Curvas obtenidas durante la desacidificación de jugo de mora hasta pH 3,4: a) pH en
función del tiempo, b) conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad de corriente en
función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1, E = disolución de
electrodos.
1,501,752,002,252,502,753,003,253,503,754,004,254,50
0 20 40 60 80 100 120 140 160
pH
Tiempo (min)
D1 ensayo 1
C1 ensayo 1
E ensayo 1
D1 ensayo 2
C1 ensayo 2
3,0
5,0
7,0
9,0
11,0
13,0
15,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Co
nd
uct
ivid
ad (
mS/
cm)
Tiempo (min)
D1 ensayo 1C1 ensayo 1E ensayo 1D1 ensayo 2C1 ensayo 2E ensayo 2
0,02,04,06,08,010,012,014,016,018,020,0
0,002,004,006,008,00
10,0012,0014,0016,0018,0020,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Vo
ltaj
e (
V)
Tiempo (min)
Diferencia de potencial ensayo 1 Intensidad de corriente ensayo 1Diferencia de potencial ensayo 2 Intensidad de corriente ensayo 2
Inte
nsi
dad
de
corr
ien
te (
108
a)
b)
c)
Figura 30. Curvas obtenidas durante la desacidificación de jugo de mora hasta pH 3,5: a) pH en
función del tiempo, b) conductividad en función del tiempo, c) voltaje e intensidad de corriente en
función del tiempo de proceso, donde D1 = diluido 1, C1 = concentrado 1, E = disolución de
electrodos.
1,501,752,002,252,502,753,003,253,503,754,004,25
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
pH
Tiempo (min)
D1 ensayo 1C1 ensayo 1E ensayo 1D1 ensayo 2C1 ensayo 2E ensayo 2
2,03,04,05,06,07,08,09,0
10,011,012,013,014,015,016,017,018,0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Co
nd
uct
ivid
ad (
mS/
cm)
Tiempo (min)
D1 ensayo 1C1 ensayo 1E ensayo 1D1 ensayo 2C1 ensayo 2
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
0,002,004,006,008,00
10,0012,0014,0016,0018,0020,00
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Vo
ltaj
e (
V)
Tiempo (min)
Diferencia de potencial ensayo 1 Intensidad de corriente ensayo 1Diferencia de potencial ensayo 2 Intensidad de corriente ensayo 2In
ten
sid
ad d
e co
rrie
nte
( A
)
109
Al considerar las figuras 28-30 se puede confirmar las tendencias de los parámetros
de operación ya mencionadas en la sección de resultados de las pruebas preliminares para
los ensayos con la configuración bipolar. En general, se observa que el aumento en el pH de
D1 (jugo de mora) genera una reducción en el pH de C1 como consecuencia de la
formación de los ácidos respectivos a los aniones provenientes de D1 (principalmente ácido
málico) (Vera et al., 2002). Esto se confirma al observar las curvas de conductividad, ya
que se evidencia cómo C1 se enriquece en iones por el aumento en la conductividad de la
disolución (Vera et al., 2003b), mientras que D1 los pierde y por lo tanto su curva se reduce
(Vera et al., 2007a). Estas mismas tendencias se obtuvieron en la extracción de ácido
láctico a partir de un caldo de fermentación de banano (Soto, 2014a).
Sin embargo, Vera et al. (2002) y Vera et al. (2007a) proponen que en el jugo, el
OH- formado por la ionización del agua compensa la pérdida de los aniones malato, lo cual
explica que, en general, se observe en las curvas de conductividad de todos los ensayos una
reducción menos pronunciada en D1, en comparación con el aumento más pronunciado en
la curva de conductividad de C1. Este resultado está relacionado con el hecho de que una
vez que la membrana bipolar logre ionizar toda el agua del compartimento D1, ya no habría
más generación de iones y por lo tanto la conductividad tendería a reducirse. Otro factor
podría ser la migración de los mismos iones OH- hacia C1 debido a su carga negativa, lo
cual estaría favorecido por su pequeño tamaño (Vera et al. 2003a; Vera et al., 2003b).
Además, el aumento en la disociación del ácido málico provocado por el incremento en el
pH del jugo, a su vez causaría la formación de especies de mayor carga (Mal 2-
) pero con
más baja movilidad.
Por su parte, E tiene una tendencia constante tanto para la
conductividad como para el pH, ya que este se encarga tanto de recibir como de donar
especies (Vera et al., 2007a).
Un aspecto importante de mencionar para las figuras 29 y 30 es que el pH final del
jugo del ensayo 2 que se indica en la curva pH-tiempo de cada caso no coincidió con la
medición realizada en el Laboratorio de Química del CITA. Como a nivel del ensayo se usó
un pHmetro manual, se decidió asignar como pH final del jugo el valor medido con el
pHmetro del laboratorio.
110
En relación con el comportamiento de las curvas de voltaje y corriente en función
del tiempo de proceso, se confirma la proporcionalidad entre ambos parámetros, pues
ambos tienen la tendencia de ser constantes (Vera et al., 2007a), ya que siempre se trabajó a
condiciones de densidad de corriente inferiores a la densidad de corriente limitante (47,5
A/m2), así como a voltajes inferiores a los 17,5 V (ver figura 27), lo cual es importante
porque, de esta forma, nunca se presentó la caída del voltaje, como había ocurrido en las
pruebas preliminares. Además, las densidades de corriente empleadas fueron
aproximadamente la mitad de la limitante, ya que tampoco se recomienda trabajar a valores
muy altos de densidad de corriente porque no necesariamente esto se traduce en un
aumento en la eficiencia del proceso, pues por el contrario, puede favorecer un mayor
consumo de energía y la reducción en la eficiencia de corriente (Vera et al., 2003b).
Además, en el caso de los jugos ricos en polifenoles, se debe trabajar a densidades de
corriente más bajas en comparación con las de otros jugos con el objetivo de evitar la
rápida formación de capas de colmataje (Vera et al., 2007a), lo cual también se genera
cuando se supera la densidad de corriente limitante, especialmente por la formación de
precipitados a partir de iones metálicos (Strathmann et al., 1997).
En el cuadro XXXVII, se mencionan las características fisicoquímicas de los jugos
obtenidos a partir de estos ensayos. Con respecto a las características de composición de los
jugos desacidificados mediante electrodiálisis, se demuestra que la principal función de esta
tecnología se llevó a cabo correctamente, ya que se obtuvo diferencias significativas en la
acidez titulable (p = 0,0243), así como en las concentraciones de ácido málico (p = 0,0399)
y ácido cítrico (p = 0,0238) entre el jugo del pH 3,2 y los jugos obtenidos a los pH 3,4 y
3,5, con la única excepción de que la concentración de ácido málico no se diferenció
significativamente entre el jugo de pH 3,2 y el jugo de pH 3,4, pero sí con respecto al jugo
de pH 3,5. Por otro lado, al comparar dichas concentraciones con las del jugo microfiltrado
inicial (cuadro XXXI) se observa una clara reducción de los compuestos responsables de
aportar acidez en los jugos procesados mediante electrodiálisis. De esta forma, la
electrodiálisis con configuración bipolar demuestra ser una opción eficaz para tratar jugos
de frutas de alta acidez (Kotsanopoulos & Arvanitoyannis, 2015).
111
Cuadro XXXVII. Promedios de los parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas durante
los ensayos de desacidificación del jugo de mora microfiltrado mediante electrodiálisis para tres
diferentes valores de pH.
Variable respuesta pH promedio
3,2 3,4 3,5
Acidez (g/100 g)
(expresada como ácido málico) 1,601±0,288 a 1,289±0,147 b 1,147±0,577 b
ºBrix corregidos por acidez 9,09±3,22 a 8,93±1,57 a 8,67±4,81 a
Humedad (g/100 g) 92,38±1,03 a 92,27±0,42 a 92,78±3,85 a
Polifenoles totales
(mg eq. ácido gálico/L muestra) 2206±235 a 2167±281 a 2096±444 a
Elagitaninos
(mg eq. ácido elágico/L muestra) 111±113 a 105±66 a 113±41 a
Antocianinas
(mg eq. cianidin-3-glucósido/L muestra) 337±55 a 319±69 a 319±129 a
Ácidos orgánicos
(g/100 g)
Ácido cítrico 0,670±0,342 a 0,517±0,270 b 0,463±0,055 b
Ácido málico 0,808±0,179 a 0,650±0,172 ab 0,553±0,401 b
Ácido succínico 0,086±0,143 a 0,087±0,274 a 0,098±0,124 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (Tukey, p<0,05).
Estas tendencias de reducción de los ácidos orgánicos van acorde con las
reducciones observadas para ácido cítrico y ácido ascórbico por Yeung Joo y Khee Choon
(2002), así como con las extracciones parciales indicadas por Vera et al. (2003a) para ácido
cítrico y málico en jugo de maracuyá. Dichas extracciones son parciales debido a que tanto
el ácido málico como el ácido cítrico son ácidos débiles por lo que se encuentran
mayoritariamente en su forma de ácidos debido al pH del jugo de mora (2,81), el cual está
por debajo de la pKa1 de cada ácido (pK1 ácido málico = 3,40; pK1 ácido cítrico = 3,14); sin
embargo, existe un cierto porcentaje de cada especie en forma ionizada, los cuales
112
aumentan conforme se incrementa el pH del jugo. Todo esto permite su transferencia por
electrodiálisis (Vera et al., 2007a).
Al considerar las demás variables respuesta, se observa que no hubo diferencia
significativa entre promedios para los tres jugos (p > 0,05), lo cual era de esperarse, ya que
esta tecnología no tiene como propósito la concentración de componentes. Sin embargo, al
comparar los promedios de sólidos solubles, polifenoles totales, elagitaninos y antocianinas
de los tres jugos con respecto a los promedios del jugo inicial microfiltrado, se concluye
que hubo una reducción importante en dichas concentraciones (42,2% para los sólidos
solubles; 36,5% para los polifenoles totales; 41,0% para elagitaninos: 41,5% para
antocianinas), mientras que la humedad aumentó con respecto a la del jugo inicial, lo cual
implica una pérdida de estos componentes durante el procesamiento mediante
electrodiálisis. Sin embargo, en el caso de los sólidos solubles, es necesario indicar que esta
reducción puede ser provocada por el mismo descenso de la acidez, ya que este parámetro
está determinado no sólo por la concentración de los azúcares en una muestra sino también
por la concentración de los ácidos orgánicos (Vera et al., 2007b).
Este postulado va acorde con lo reportado por Husson et al. (2013a), quienes
declararon que la ED puede afectar los sólidos solubles por lo que idearon un sistema de
electrodiálisis acoplado con membranas de UF capaz de concentrar polifenoles sin reducir
el valor de ºBrix. Además, Anh Lam Quoc et al. (2011) reportaron que durante el
procesamiento de jugo de manzana mediante ED con configuración bipolar, empleando
membranas aniónicas y bipolares, se presentó una pérdida del 9,7 % en la concentración
inicial de azúcares.
Para explicar este fenómeno de pérdida de componentes es necesario considerar
algunas observaciones experimentales. Primeramente, en todos los ensayos se observó la
formación de una coloración rojiza en el compartimento C1 (ácido málico 0,25 mol/L), el
cual, recién preparado, presentaba una coloración amarillenta, tal y como se observa en las
figuras 31 y 32.
113
Figura 31. Coloración inicial de las disoluciones de los tres compartimentos en la desacidificación
de jugo de mora mediante electrodiálisis por configuración bipolar.
Figura 32. Coloración final de las disoluciones de los tres compartimentos en la desacidificación de
jugo de mora mediante electrodiálisis por configuración bipolar.
D1 C1 E
D1
C1 E
E C1
114
Al considerar las figuras 31 y 32, se evidencia que hubo un paso de los componentes
responsables de dar color a la mora hacia el compartimento C1 (figura 32). En este caso,
dichos componentes serían las antocianinas, ya que como se observa en el cuadro II, la
cianidina-3-glucósido se caracteriza por poseer un grupo cargado positivamente (Husson et
al., 2013b), conocido como flavilio (Kuskoski et al., 2004), el cual va a comportarse como
catión en medios ácidos, como en los jugos de frutas (Husson et al., 2013a). Al tratarse de
un ion, y como la electrodiálisis se basa en el transporte selectivo de especies iónicas, pudo
haberse presentado el desplazamiento de una cierta cantidad de estas antocianinas hacia el
compartimento C1 que dio origen a la coloración observada. Incluso, es importante
mencionar que en los estudios de Husson et al. (2013a) y de Husson et al. (2013b) se llevó
a cabo un proceso de enriquecimiento de las antocianinas en jugo de arándano rojo
mediante electrodiálisis, lo cual confirma la posibilidad de llevar a cabo su trasporte
selectivo a través de estas membranas. Sin embargo, dada la configuración utilizada
experimentalmente, la teoría propone que no debería haber paso de iones positivos hacia el
compartimento C1, tal y como se muestra en la figura 33.
Figura 33. Diagrama esquemático de una unidad de ED para la desacidificación de jugos de frutas
con configuración bipolar equipada con membranas aniónicas (A) y membranas bipolares (BP)
(Soto, 2011).
115
Según la figura 33, el jugo de mora se desplaza por el stack de electrodiálisis entre
las membranas aniónicas y el lado positivo de las membranas bipolares (Altmeier et al.,
1997; Vera et al., 2003a; Vera et al., 2003b) siguiendo este mismo patrón a través de los
diferentes grupos de celda. Experimentalmente, se usó 10 grupos de celda, lo cual implica
que el patrón membrana aniónica-membrana bipolar que se observa en la figura 33 se
repetiría 9 veces más (ver figura 11), de tal forma que adyacentes a la primera y última
membrana bipolar hacia el lado de los electrodos pasaría la disolución de electrodos, ya que
ésta corre únicamente por los extremos izquierdo y derecho del stack, tal y como se observa
en la figura 6.
Este hecho permite la atracción de los aniones por parte de los grupos activos
cargados positivamente en la membrana aniónica, lo cual a su vez posibilita su transporte a
través de éstas. De esta forma, los iones malato y citrato son desplazados selectivamente
hacia la disolución concentrada en ácido málico (C1), donde pueden ser convertidos en los
correspondientes ácidos al combinarse con los iones H+, repelidos por la membrana
aniónica y provenientes de la ionización del agua que produce la membrana bipolar (Vera
et al. 2002; Vera et al., 2003b) por lo que su desplazamiento finalizaría en C1. Todo este
fenómeno de transporte de los aniones ocurriría en un mismo grupo de celda (ver figura
11).
Este proceso de transporte a través de las membranas aniónicas para llegar hacia C1
no se esperaría teóricamente en el caso de las antocianinas, ya que al ser iones positivos,
más bien serían rechazados por estas membranas (Vera et al. 2002; Vera et al., 2003a;
Husson et al., 2013b) por el fenómeno de repulsión electrostática conocida como exclusión
de Donnan (Pourcelly & Bazinet, 2009). Además, el polo positivo de las membranas
bipolares también rechazaría cationes provocando como consecuencia que, teóricamente,
las antocianinas permanecieran en el compartimento D1 y no pudieran desplazarse hacia
ningún otro, tal y como ocurrió en el estudio realizado por Vera et al. (2002) en el cual no
se evidenció el cambio de concentración de los cationes presentes en D1.
Sin embargo, dada la coloración observada en C1 experimentalmente, se puede
explicar este fenómeno considerando dos posibilidades: primeramente, la influencia del
fenómeno conocido como paso de coiones, el cual se presenta cuando iones de la misma
116
carga que la membrana son atraídos por iones de carga contraria (contraiones) que
atraviesan la membrana y en su paso a través de ésta ejercen una fuerza de atracción hacia
estos iones en su camino hasta el cátodo o ánodo (Soto, 2014a). De esta forma, las
antocianinas pudieron ser atraídas por los iones malato o citrato en su paso a través de la
membrana aniónica, lo cual habría provocado que llegaran hasta C1.
La segunda hipótesis consiste en la posibilidad de que algunas antocianinas
hubieran podido superar la barrera de repulsión que generó el polo positivo de la membrana
bipolar gracias a la atracción que ejerce el cátodo hacia los iones positivos (desplazamiento
hacia la derecha) (Altmeier et al., 1997; Husson et al., 2013a), así como al fenómeno de
diálisis (Vera et al., 2002), generado porque C1 estaría ubicado entre dos compartimentos
D1 concentrados en antocianinas, un ion que C1 no posee, de tal forma que dicho gradiente
de concentración entre las membranas de intercambio iónico induciría el paso de los
compuestos involucrados (Vera et al., 2003a). De esta manera, las antocianinas positivas
habrían podido atravesar la membrana bipolar y llegar hasta C1 por medio de su polo
negativo.
Además, una vez en el compartimento C1 inmediato derecho correspondiente a un
nuevo grupo de celda (ver figura 34), las antocianinas serían repelidas por la subsiguiente
membrana aniónica, lo cual les impediría el poder continuar con su desplazamiento hacia el
siguiente compartimento (D1) por lo que su transporte finalizaría en C1 del grupo de celda
posterior al número de celda del cual provenían originalmente las antocianinas. Este posible
fenómeno de desplazamiento de las antocianinas entre celdas se repetiría nueve veces más,
con la excepción de que en el caso de la celda número 10 sería la disolución de electrodos
(E) la que recibiría las antocianinas, como se puede inferir al observar la figura 34. Sin
embargo, como se aprecia en la figura 32, la disolución de electrodos final no presentó
formación de coloración rojiza, lo cual se explica, precisamente, por el hecho de que E
recibiría estos antioxidantes solamente a partir de un grupo de celda mientras que C1 los
recibiría de nueve celdas a la vez por lo que la concentración de antocianinas en E no sería
lo suficientemente alta como para generar coloración.
117
Figura 34. Representación esquemática del posible desplazamiento de las antocianinas (At+) hacia
el compartimento C1 subsiguiente a través de las membranas bipolares entre los diferentes grupos
de celda.
Otra posible opción para la formación de color en C1 sería el haber colocado algún
espaciador en dirección equivocada (ver figuras 11 y 12), lo que hubiera provocado la
mezcla del jugo de mora con C1; sin embargo, no es muy viable, ya que el comportamiento
se presentó en los 6 ensayos realizados, y si esto hubiera sido así, producto de la mezcla, el
jugo de mora no se habría desacidificado correctamente en ningún ensayo, pues se habría
mezclado con una disolución con una alta concentración de ácido (ácido málico 0,25
mol/L). Como sí se comprobó en forma experimental que los jugos fueron desacidificados
gracias a la electrodiálisis en comparación con el jugo inicial, esta posible explicación para
el fenómeno de coloración no tiene mucho respaldo. Otro factor que podría haber
favorecido este fenómeno hubiera sido posibles diferencias en la velocidad de flujo de los
tres compartimentos (Soto, 2011), sin embargo, cada 15 min se monitoreaba que el medidor
de flujo de cada uno indicara el mismo valor que los demás y en caso de que se encontrara
alguna discrepancia, se ajustaba inmediatamente.
Para considerar otras vías de posibles pérdidas de componentes en los jugos
desacidificados, es necesario tomar en cuenta las características de las membranas. Como
se planteó en el marco teórico, las membranas aniónicas de ED se pueden clasificar en si
Dirección de atracción de los iones positivos
Concentrado 1: Ácido málico 0,25 mol/L
Diluido 1: Jugo de mora
At+
At+ At
+
At+
At+
At+ At
+
At+
At+
At+
At+
At+
At+ At
+ At+
1 GC 2 GC 10 GC …
118
son específicas para un tipo de ácido o si permiten el paso de muchos ácidos al mismo
tiempo, dependiendo de los materiales con los que hayan sido elaboradas. Este
comportamiento, normalmente, se puede conocer al observar los códigos del fabricante,
pues cuando se trata de una membrana específica para un tipo de ácido estaría indicada la
palabra “Acid” seguida de dos o tres dígitos, los cuales indicarían el tamaño máximo en Da
de los ácidos que serían capaces de atravesarla.
Sin embargo, la membrana usada experimentalmente no indicaba esta información,
sino que tenía escrito el código “SA”, lo cual implica que se trataba de una membrana
aniónica estándar (Altmeier et al., 1997), tal y como se infiere de los códigos indicados en
el cuadro IX. Además, a partir de este cuadro, se observa que los códigos tanto de la
membrana aniónica como de la bipolar finalizan con “EDQ380”, lo cual es indicador de las
dimensiones de las membranas, las cuales deben coincidir con las dimensiones del stack
para que el sistema se pueda ensamblar correctamente.
Específicamente, el valor 380 indicaría el área de intercambio iónico en cm2
indicada por el fabricante que poseen estas membranas, valor que se verificó
experimentalmente, según el cuadro IX, el cual se encuentra dentro del rango de área de
filtración correspondiente a los equipos de electrodiálisis de laboratorio (0,02-0,06 m2)
(Soto, 2014a). De esta forma, se verifica que experimentalmente se usó la membrana
disponible más apropiada para el proceso de transferencia iónica de ácido málico (134,09
g/mol) y ácido cítrico (192,124 g/mol) (Altmeier et al., 1997), principales ácidos presentes
en el jugo de mora según los análisis realizados, pues también estaban disponibles otras
membranas como PC Acid 60, la cual no hubiera dado buenos resultados.
Por otro lado, se conoce que las membranas aniónicas son las más sensibles de
padecer colmataje, en los procesos con la tecnología de electrodiálisis (Lee et al., 2002;
Soto, 2014a). Esto se verificó experimentalmente, pues a pesar de que una vez finalizado
cada ensayo se realizó un proceso de limpieza del sistema, que incluyó un lavado básico
(NaOH al 1%) así como un lavado ácido (ácido cítrico al 1%) y desinfección con ácido
peracético 150 ppm, durante el almacenamiento de las membranas aniónicas en los
recipientes con las disoluciones de mantenimiento (HCl 0,1 mol/L), hubo formación de
coloración rojiza después de algunos días, tal y como se observa en las figuras 35 y 36.
119
Figura 35. Coloración inicial de la disolución de mantenimiento de las membranas aniónicas (0,1
mol/L HCl).
Figura 36. Coloración final de la disolución de mantenimiento de las membranas aniónicas.
De esta forma, al analizar los fenómenos de colmataje en electrodiálisis, se puede
indicar que este fenómeno sería otra vía por la que el jugo pudo haber perdido antocianinas,
pues los principales agentes colmatantes de las membranas aniónicas son hidróxidos
(Bazinet & Araya-Farias, 2005) y otras especies básicas como CaCO3 (Wang et al., 2011),
proteínas (Soto, 2014a; Ruiz et al., 2007), así como complejos formados por interacciones
entre polifenoles y polisacáridos (Evans et al., 2009). Debido a que las antocianinas son
cationes, éstas pudieron haber interaccionado con los grupos OH-, presentes en el
compartimento D1 (jugo de mora) como consecuencia de la ionización del agua que efectúa
la membrana bipolar (figura 33), para formar hidróxidos y quedar adheridos a la superficie
120
de la membrana aniónica (Fidaleo & Moresi, 2006; Vera et al., 2009) en forma de
partículas coloidales (Soto, 2014a). Estos hidróxidos serían liberados en cierta proporción
durante el lavado de las membranas y durante su almacenamiento debido al medio ácido
(Husson et al., 2013a), lo cual habría dado origen al cambio de coloración observado en la
figura 36.
Precisamente, en relación con el pH, la reducción progresiva de la acidez del jugo
habría podido favorecer la adsorción de los hidróxidos, así como de los complejos
formados con proteínas sobre la superficie de la membrana (Fidaleo & Moresi, 2006;
Ayala-Bribiesca et al., 2007; Shi et al., 2011; Husson et al., 2013a), lo cual influiría en la
pérdida de antocianinas y elagitaninos (Vera et al., 2007a). Para confirmar lo anterior, Vera
et al. (2007a) reportan que, en su estudio de desacidificación de cuatro frutas con ED, se
presentó un mayor colmataje, caracterizado como un precipitado, en las membranas usadas
para procesar jugo de mora de castilla (de la familia Rubus), caracterizado precisamente por
su alta concentración de polifenoles, a pesar de la aplicación de condiciones óptimas de
proceso en cuanto a velocidades de flujo (mayores a 114 L/h) y densidades de corriente por
debajo de la DCL, como también se llevó a cabo experimentalmente en este proyecto de
investigación. Por otra parte, estos autores realizaron la caracterización de dicho
precipitado y se encontró la presencia de antocianinas; además, fue localizado del lado de
las membranas en contacto directo con el jugo, lo cual va acorde con lo observado a nivel
experimental. Finalmente, entre las soluciones planteadas por estos mismos investigadores
para reducir el colmataje proveniente de los polifenoles de este jugo se encuentra la
aplicación de una corriente pulsada asimétrica de 0,024 Hz durante el tratamiento.
Otro aspecto de gran relevancia a considerar en este punto es que tanto las
membranas aniónicas como bipolares empleadas durante los ensayos con las pruebas
definitivas fueron nuevas por lo que su apariencia original las hacía ver completamente
lisas, mientras que a partir del ensayo 1 se comenzó a observar la formación de una
coloración café en las membranas aniónicas que no se quitó con el lavado y que indicaba el
recorrido del jugo de mora por la membrana, lo cual sería producto de los fenómenos de
colmataje anteriormente mencionados. Lo anterior se ilustra en la figura 37.
121
a) b)
Figura 37. Aspecto inicial (a) y final (b) de las membranas aniónicas utilizadas.
Por otro lado, como se suponía a través de lo planteado teóricamente, las
membranas bipolares se vieron menos afectadas por los fenómenos de colmataje, ya que no
hubo formación de color en su disolución de almacenamiento. Además, prácticamente se
mantuvieron intactas en su apariencia al final de los ensayos, solamente hubo formación de
pequeñas manchas en su lado positivo, mientras que en el lado negativo (indicado con una
C en las membranas) no hubo cambios en la apariencia, tal y como se observa en la figura
38. A partir de esta observación experimental, el argumento planteado anteriormente de que
las antocianinas pudieron llegar a C1 por atravesar la membrana bipolar a través de su polo
negativo gracias a la atracción ejercida por el cátodo cobra validez, ya que al no haber
cambio en la coloración de este extremo de la membrana, implicaría que los compuestos
responsables de aportarle color a C1 habrían sido cedidos en forma completa por la
membrana por lo que no habría formación de capa de colmataje en el polo negativo, tal y
como se verificó experimentalmente.
Sin embargo, a pesar de que la pérdida de antocianinas no esté relacionada con
efectos de colmataje en las membranas bipolares, sí se plantea la posibilidad de que la
reducción en los ºBrix de los jugos desacificados con respecto al jugo original haya sido
consecuencia de cierta asociación entre esta membrana y los azúcares presentes en el jugo.
Vera et al. (2007b) comprobaron que los azúcares no pueden ser desplazados durante la
122
electrodiálisis precisamente por ser moléculas sin carga por lo que permanecen en el
compartimento D1. De esta forma, los azúcares pueden interaccionar con la membrana
bipolar, las cuales, experimentalmente durante su almacenamiento, presentaron la
formación de hongos.
a) b)
Figura 38. Apariencia final del extremo positivo (a) y negativo (b) de las membranas bipolares, en
orden respectivo.
Un aspecto importante de mencionar es que durante los ensayos de ED hubo un
cierto período en el que se presentó problemas con el filtro del agua suavizada suministrada
a la planta piloto, la cual fue usada para preparar las disoluciones de mantenimiento de las
membranas por lo que el origen de dichos hongos podría ser que el agua estuviera
contaminada con éstos inicialmente. Sin embargo, su gran crecimiento en los recipientes de
almacenamiento sería producto de que las membranas les hubieran proporcionado
nutrientes (como azúcares), ya que la apariencia original del agua era normal, como se
evidencia en la figura 39.
Finalmente, otras posibles vías por las que los jugos desacidificados hayan podido
perder polifenoles y sólidos solubles tienen relación con fugas, así como por retención de
jugo dentro del sistema. La principal fuga durante los ensayos se presentó entre las
membranas en el stack de electrodiálisis, la cual se minimizó al enroscar o presionar
123
fuertemente el sistema con una llave, pero no se eliminó del todo. Según Vera et al,
(2003b), las fugas están relacionadas con el colmataje en las membranas aniónicas, sin
embargo, en un sistema de electrodiálisis siempre hay presencia de un goteo normal, el cual
está definido por el proveedor del stack: menos de 0,5 mL/min por par de celda es
aceptable para ED380 (PCCell GmbH, 2010). Con respecto a la retención de jugo, se
observó que por la forma como el equipo está diseñado pueden quedar restos de jugo en las
tuberías, así como en los conductos del stack, lo cual se evidenció durante el lavado
alcalino del equipo, ya que, una vez retirado el jugo desacidificado, se presentó la
formación de una coloración verde intensa, como consecuencia del cambio brusco del pH
de las antocianinas y elagitaninos residuales. Los postulados anteriores se ejemplifican en
las figuras 40 y 41.
a) b) c)
Figura 39. Comportamiento de las membranas bipolares durante su almacenamiento: a) Aspecto de
la disolución inicial de mantenimiento (Na2SO4 10 g/L), b) Cambios en la apariencia de la
disolución de mantenimiento por formación de hongos, c) Adhesión de los hongos a la superficie de
las membranas.
124
Figura 40. Ejemplificación de la fuga entre las membranas que se presentó durante los ensayos de
electrodiálisis con jugo de mora.
Figura 41. Coloración de cada compartimento durante el lavado alcalino tras la desacidificación de
jugo de mora mediante configuración bipolar.
En los cuadros XXXVIII y XXXIX, se indica el detalle de los resultados obtenidos
con respecto a los parámetros de eficiencia para los diferentes tratamientos de
electrodiálisis.
D1
C1
125
Cuadro XXXVIII. Promedios de los parámetros de eficiencia obtenidos durante los ensayos de
desacidificación del jugo de mora microfiltrado mediante electrodiálisis para tres diferentes valores
de pH.
Variable respuesta pH promedio
3,20 3,36 3,47
Tasa de desacidificación (mol·h-1·m-2) 0,39±0,14 a 0,30±0,12 a 0,27±0,07 a
Eficiencia de corriente RFa (%) 52±14 a 43±2 a 42±4 a
Consumo de energía Ec (kWh·mol-1) 0,92±0,23 a 1,08±0,04 a 1,12±0,12 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (Tukey, p<0,05).
Cuadro XXXIX. Promedios entre repeticiones para la tasa de desacidificación del jugo de mora
microfiltrado mediante electrodiálisis para tres diferentes valores de pH.
Variable respuesta Repetición
1 2
Tasa de desacidificación
(mol·h-1·m-2) 0,38±0,09 a 0,26±0,06 b
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=3), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (t-student, p<0,05).
En relación con los parámetros de eficiencia de la operación de electrodiálisis, se
observa a partir del cuadro XXXVIII que no hubo diferencia significativa entre sus
promedios (p > 0,05), lo cual va acorde con lo propuesto por Vera et al. (2007a) de que el
rendimiento de estos tres indicadores no depende del pH final del jugo ni del tiempo del
tratamiento. Sin embargo, sí se infiere una reducción general en los promedios de la tasa de
desacidificación y la eficiencia de corriente así como un incremento en los valores de
consumo de energía al aumentar el pH del jugo final. Esto se relaciona con los fenómenos
de colmataje de las membranas aniónicas anteriormente mencionado, responsable, en
general, de aumentar la resistencia eléctrica del sistema y de obstaculizar el proceso de
transporte de los aniones (Bazinet & Araya-Farias, 2005), lo cual genera que la corriente
126
requerida para compensar el agotamiento de iones aumente conforme la concentración del
electrolito en la capa de gel se incrementa (Lee et al., 2006). Además, se sabe que las
membranas aniónicas en el grupo de celda determinan la eficiencia de corriente del proceso
por lo que su rendimiento determina, a su vez, el consumo de energía (Altmeier et al.,
1997; Vera et al., 2003b).
Esto se comprueba además, por el hecho de que se encontró diferencia significativa
entre repeticiones para la tasa de desacidificación (cuadro XXXIX, p = 0,0320), ya que los
dos ensayos para cada pH fueron programados en una misma semana, lo cual implicó que
para el segundo ensayo de cada pH no fue necesario desmontar el stack y guardar las
membranas en sus respectivos recipientes, como sí lo fue al cambiar de pH final, sino que
sólo se aplicó el procedimiento de lavado y se repitió el proceso de desacidificación con
jugo de mora días después en la misma semana.
De acuerdo con lo visto en las figuras 35 y 36, las membranas liberaban parte de los
elementos que las colmataban durante su almacenamiento en HCl 0,1 mol/L, lo cual puede
explicar por qué el proceso de desacidificación fue más eficiente en todos los primeros
ensayos en comparación con los segundos para un mismo pH, ya que en los primeros las
membranas estaban más limpias. Esto también se confirma al observar la figura 27, pues en
todos los casos el tiempo de proceso hasta la obtención del pH deseado fue menor y la
densidad de corriente promedio mayor en la repetición 1 de cada pH para un mismo voltaje.
En un estudio de recuperación de ácido málico a partir de aguas residuales mediante
ED, se obtuvo valores para la eficiencia de corriente entre 87-97% así como de consumo de
energía de entre 0,15-0,17 kWh/mol (Lameloise & Lewandowski, 2012). Al comparar estos
valores con los del cuadro XXXVIII, se observa que los valores experimentales de
eficiencia de corriente fueron mucho menores mientras que los de consumo de energía
mayores, lo cual indica que los ensayos realizados fueron mucho menos eficientes en el
proceso de transporte selectivo de ácido málico en comparación con este estudio, a pesar de
haber utilizado membranas completamente nuevas, experimentalmente. Además, en este
estudio se indicó que los investigadores encontraron que el consumo de energía tuvo un
aumento de un 50% cuando hubo presencia de impurezas aniónicas por lo que asociaron el
127
aumentar la eficiencia del proceso a un correcto proceso de purificación previo a la
aplicación de electrodiálisis (Lameloise & Lewandowski, 2012).
Precisamente, Zhang et al. (2012) indican que uno de los principales problemas que
existen en la producción de ácidos orgánicos mediante electrodiálisis es el relativo alto
consumo de energía. Además, declaran que otra de las vías que puede ser usada para
reducir dicho consumo en la configuración bipolar es el uso de espaciadores conductores,
los cuales mejoran el transporte de iones, especialmente del ion H+ en el compartimento
C1, lo cual ayuda a generar más rápidamente los ácidos de interés. Habría que realizar
experimentos para determinar si esta opción podría ser viable para reducir el consumo de
energía al desacidificar jugo de mora.
Además, en el estudio realizado por Vera et al., (2007a) se encontró que azúcares
como glucosa, fructosa y sacarosa no son responsables del fenómeno de colmatación por lo
que, tomando como base estos resultados y lo anteriormente expuesto, se podría inferir que
las antocianinas y otros polifenoles, al colmatar la membrana aniónica (Vera et al., 2007a),
son las responsables de provocar esta baja eficiencia del proceso de ED.
Con respecto a los valores de eficiencia de ED obtenidos por otros estudios cuyo
propósito fue la desacidificación de jugos de frutas, Vera et al. (2007a) determinaron los
siguientes valores para el transporte de ácido cítrico en mora de Castilla a densidades de
corriente en el rango de las empleadas experimentalmente (12-24 A/m2): 0,111-0,278
mol·h-1
·m-2
para la tasa de desacidificación, 34% para la eficiencia de corriente y un
consumo de energía de entre 0,08 y 0,19 kWh/mol.
Al compararlos con los del cuadro XXXVIII, se observa que el proceso de
desacidificación de jugo de mora tuvo, en general, mayores valores para los dos primeros
parámetros, lo cual implica una mayor eficiencia del proceso debido, muy probablemente, a
que el área de intercambio iónico experimental (372 cm2) fue mucho mayor en
comparación con la de este estudio (20 cm2) por lo que, a pesar de los fenómenos de
colmataje evidenciados experimentalmente, aun así el proceso permitió una mejor
extracción de los iones malato y citrato desde el compartimento D1 y una mejor
transferencia de éstos hasta el compartimento C2, debida a su mayor área de intercambio.
Además, otro factor que favorece estos mejores rendimientos es la reducción del espesor de
128
los compartimentos en los stacks de mayor tamaño, lo cual a su vez genera un descenso en
la resistencia eléctrica (Vera et al., 2007a).
Por otro lado, el consumo de energía fue mayor en todos los ensayos en
comparación con los valores de este estudio, lo cual puede estar relacionado con la
compensación que realizó el sistema como consecuencia de los fenómenos de colmataje,
evidenciados experimentalmente, para que éstos no afectaran el rendimiento de la tasa de
desacidificación y de la eficiencia de corriente. Además, Vera et al. (2007a) también
declaran que se obtuvo mejores rendimientos de operación cuando usaron frutas con ácido
cítrico como principal ácido en comparación, por ejemplo, con el arazá, cuyo ácido
mayoritario es el ácido málico, debido a que la pKa1 del ácido cítrico es menor, lo cual
genera un porcentaje de disociación mayor y a su vez mayores conductividades en estos
jugos. De esta forma, el proceso con el jugo de mora genera un mayor consumo de energía
en comparación con los procesos con frutas ricas en ácido cítrico.
Finalmente, como no se presentó diferencia significativa entre las concentraciones
de polifenoles ni tampoco entre los parámetros de eficiencia para los diferentes jugos
desacidificados por electrodiálisis, el criterio de selección para definir el mejor jugo
procesado mediante esta tecnología fue la calidad sensorial.
5.2.5 Pruebas sensoriales
5.2.5.1 Elaboración de bebidas a partir de los jugos obtenidos de las diferentes
tecnologías
A partir de los jugos obtenidos para cada tratamiento, se elaboró diferentes bebidas
tomando como base la bebida microfiltrada. Los porcentajes de cada componente así como
su valor final ºBrix/acidez se indican en el cuadro XL. Se observa que todas las bebidas
desarrolladas presentaron valores de la relación ºBrix/acidez semejantes, lo cual provocó
que los porcentajes de jugo fueran superiores y los de agua inferiores en todas ellas en
comparación con la bebida base (MF), lo cual es un indicador de que estas bebidas están
129
menos diluidas y que, por lo tanto, contienen mayores concentraciones de polifenoles.
Además, todas las bebidas UF y NF presentaron porcentajes de azúcar ligeramente
superiores a los de la bebida MF, mientras que las bebidas ED tuvieron menores
porcentajes de edulcorante que MF.
Cuadro XL. Formulaciones promedio de las bebidas de mora elaboradas a partir de los jugos
obtenidos mediante las diferentes tecnologías de membranas, usadas en las primeras cuatro sesiones
con el panel entrenado.
Parámetro
Prototipos (bebidas)
MF
UF NF ED
FRV 2,0
FRV 4,0
FRV 6,0
FRV 2,0
FRV 4,0
FRV 6,0
pH 3,2
pH 3,4
pH 3,5
Jugo (%) 36,99 43,31 38,10 37,96 41,87 39,44 37,73 60,81 75,57 85,15
Agua (%) 55,48 48,27 53,61 53,98 49,84 52,43 54,09 32,17 18,73 9,83
Azúcar (%) 7,53 8,43 8,29 8,05 8,29 8,13 8,19 7,02 5,70 5,02
°Brix 12,00 12,75 12,75 12,50 12,75 12,50 12,50 12,75 12,38 12,38
Acidez (%) 0,979 1,034 1,040 1,006 1,037 1,020 1,026 1,017 1,001 0,975
Relación ºBrix/acidez
12,3 12,3 12,3 12,4 12,3 12,3 12,2 12,5 12,4 12,7
En el caso de las bebidas con jugo UF y NF, se encontró que al aumentar el FRV del
jugo original, se redujo el porcentaje de jugo y azúcar y aumentó el porcentaje de agua en la
formulación. Con respecto a las bebidas ED, al incrementar el pH del jugo aumentó su
porcentaje en la formulación de las bebidas, mientras que se redujo el porcentaje de agua y
azúcar, tal y como ocurrió en el estudio realizado por Vera et al. (2007b) en el que se
preparó diferentes néctares a partir de jugos desacidificados con electrodiálisis así como
una bebida control sin jugo ED. Además, estos investigadores reportaron que este
comportamiento en los porcentajes de azúcar podría ser de gran interés para los
consumidores que buscan opciones más saludables de bebidas. Por otro lado, los valores
130
experimentales de acidez y ºBrix obtenidos para las bebidas fueron muy semejantes a los
calculados mediante los balances de masa, como se refleja en los valores similares de la
relación ºBrix/acidez.
5.2.5.2 Paneles entrenados para obtener los prototipos finales
Como se observa en el cuadro XLI, durante la primera sesión, el panel entrenado
encontró diferencias significativas en los descriptores “olor característico” (p = 0,0010),
“sabor característico” (p < 0,0001) y “astringencia” (p = 0,0350), mientras que para los
descriptores “acidez” y “dulzor” no se encontró diferencias significativas (p > 0,05). Esto
era de esperarse, ya que las bebidas fueron formuladas de manera balanceada para tener
valores ºBrix/acidez muy semejantes por lo que las diferencias en relación con la
percepción sensorial de acidez y dulzor debían ser mínimas.
Cuadro XLI. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación de la
intensidad de las características sensoriales correspondientes a las bebidas elaboradas a partir de los
jugos ultrafiltrados, en comparación con la bebida base microfiltrada.
Bebida
Variable respuesta
Olor
característico Acidez Dulzor
Sabor
característico Astringencia
MF 2,48±0,71 b 3,76±0,77 a 3,03±0,57 a 3,57±0,68 c 2,94±0,57 b
FRV-U1 = 2,0 3,64±0,82 a 4,09±0,83 a 3,59±0,75 a 4,76±0,73 ab 3,08±0,66 b
FRV-U2 = 4,0 3,48±0,79 a 4,60±0,66 a 3,36±0,68 a 4,38±0,69 b 3,87±0,72 a
FRV-U3 = 6,0 4,03±1,04 a 4,73±0,76 a 3,57±0,69 a 5,15±0,80 a 3,29±0,70 ab
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=24), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma columna con letras diferentes son significativamente diferentes (LSD, p<0,05).
Con respecto a los descriptores “olor característico” y “sabor característico”, se
muestra claramente que las bebidas con jugo ultrafiltrado se encuentran por encima del
promedio asignado a la bebida base, lo cual estaría relacionado con la concentración de
131
sólidos solubles evidenciada en la sección 5.2.2; esto implica que la ultrafiltración logra
retener y concentrar en buena medida componentes que aportan aromas y sabores típicos a
la mora. Además, a pesar de que no se encontró diferencia significativa entre las tres
bebidas UF para el olor característico, se observa que los promedios más altos para ambas
características fueron asignados a la bebida elaborada a partir del jugo FRV 6,0, lo cual
coincide con las diferencias determinadas instrumentalmente para los promedios de ºBrix
de los jugos UF (sección 5.2.2).
Al comparar los promedios para el sabor característico entre los jugos UF, no se
encontró diferencia significativa entre la bebida del FRV 6,0 y la del FRV 2,0, pero sí hubo
diferencia significativa entre la primera y la del FRV 4,0, lo cual hizo que para este
descriptor esta última bebida estuviera por debajo de la intensidad percibida para la bebida
del FRV 6,0. Con respecto a la astringencia, la bebida que obtuvo el mayor promedio de
intensidad fue la del FRV 4,0, el cual se diferenció significativamente de los promedios de
las bebidas MF y FRV 2,0, pero no con respecto al promedio de la bebida FRV 6,0. En
general, esta mayor percepción de astringencia para las bebidas de los FRV más altos
coincide con los mayores promedios para los polifenoles totales y las antocianinas
encontrados a nivel de composición de los jugos UF (sección 5.2.2).
Con base en lo anteriormente expuesto, se concluye que se logró desarrollar bebidas
con jugo UF con una percepción de acidez sensorial semejante y con una mayor percepción
de concentración de componentes en comparación con la bebida MF, especialmente la
bebida elaborada a partir del jugo FRV 6,0. Por lo tanto, se decidió utilizar ésta como mejor
prototipo de la tecnología de ultrafiltración, pues fue la que presentó, en general, las
mejores propiedades sensoriales.
Por otro lado, para los jugos nanofiltrados, se encontró diferencias significativas en
todos los descriptores con excepción del dulzor (p > 0,05), lo cual era de esperarse, ya que
las bebidas fueron formuladas de manera balanceada para tener valores ºBrix/acidez muy
semejantes por lo que las diferencias en relación con la percepción sensorial de dulzor
debían ser mínimas. Resulta interesante el notar que, en este caso, sí hubo diferencia
significativa en la acidez (p = 0,0157), lo cual, teóricamente, no se esperaba, sin embargo,
el panel logró determinar que la bebida del FRV 6,0 fue significativamente más ácida que
132
la bebida MF y la bebida del FRV 4,0, mientras que no fue significativamente diferente con
respecto a la bebida del FRV 2,0. Sin embargo, al comparar el promedio obtenido por la
bebida FRV 6,0 con la escala utilizada (figura 15), se concluye que este valor se encuentra
dentro de la sección de la escala denominada “moderado” por lo que, realmente, no
representa un valor de acidez tan alto que pueda afectar la percepción de agrado.
Cuadro XLII. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación de la
intensidad de las características sensoriales correspondientes a las bebidas elaboradas a partir de los
jugos nanofiltrados, en comparación con la bebida base microfiltrada.
Bebida
Variable respuesta
Olor
característico Acidez Dulzor
Sabor
característico Astringencia
MF 2,99±0,87 b 3,98±0,98 b 3,22±0,74 a 3,68±0,57 b 3,68±0,63 b
FRV-N1 = 2,0 3,53±1,09 b 4,54±0,90 ab 3,59±0,69 a 4,80±0,91 a 3,65±0,81 b
FRV-N2 = 4,0 3,19±0,80 b 4,21±0,81 b 3,61±0,63 a 4,48±0,84 ab 4,10±0,68 ab
FRV-N3 = 6,0 4,25±0,90 a 5,31±0,86 a 3,01±0,55 a 5,16±0,91 a 4,83±0,75 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=22), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma columna con letras diferentes son significativamente diferentes (LSD, p<0,05).
Con respecto a los otros descriptores, en el caso del olor característico se concluye
que el promedio de la bebida del FRV 6,0 fue significativamente mayor que el de las demás
bebidas (p = 0,0019), mientras que, en el caso del sabor característico, los promedios de las
tres bebidas nanofiltradas no se diferenciaron entre sí, pero sí se presentó diferencia
significativa (p = 0,0092) entre el promedio de la bebida MF y los promedios de las bebidas
FRV 2,0 y FRV 6,0. Incluso, el promedio más alto para este descriptor fue asignado a esta
última. Esto también indicaría que, en general, la nanofiltración tiene buenas propiedades
de retención de los componentes responsables de aportar aroma y sabor a la mora.
En relación con los promedios de astringencia, se encontró que la bebida FRV 6,0
fue significativamente más astringente (p = 0,0089) que las bebidas MF y FRV 2,0,
mientras que no se presentó diferencia significativa con respecto al promedio de la bebida
133
FRV 4,0. En general, estos resultados coinciden con la tendencia observada en los jugos
nanofiltrados de aumento en la concentración de polifenoles al incrementarse el FRV del
jugo, así como por el hecho de que todos los jugos nanofiltrados presentaron mayores
concentraciones de polifenoles con respecto al jugo MF. En resumen, la bebida del jugo
FRV 6,0 fue la que, en general, presentó las mejores propiedades sensoriales y tomando en
cuenta que, a nivel instrumental, no se determinó diferencias significativas entre los jugos
nanofiltrados, resulta de gran importancia el hecho de que el panel haya logrado encontrar
diferencias sensoriales significativas entre sus bebidas.
Con respecto a los paneles en los que se evaluó las bebidas ED (cuadros XLIII y
XLIV), solamente se encontró diferencia significativa para los descriptores “acidez” (p =
0,0464) y “sabor característico” (p < 0,0001). Nuevamente, no hubo diferencia significativa
en el dulzor (p > 0,05) debido al balanceo generado por la preparación de las bebidas,
basándose en que tuvieran un mismo valor de ºBrix/acidez. El hecho de que no se
presentaran diferencias significativas en el olor característico ni en la astringencia (p >
0,05) confirma lo planteado de que la operación de electrodiálisis no tiene efectos sobre la
concentración de componentes, pues a pesar de que tengan un mayor contenido de jugo en
forma proporcional al pH final (cuadro XL), esto no conllevó a una mayor percepción de
olor a mora, tal y como ocurrió en la investigación llevada a cabo por Vera et al. (2007b)
con néctares de frutas preparados a partir de jugos desacidificados con ED bipolar.
En relación con los efectos observados sobre la acidez, el panel determinó que la
acidez de la bebida MF fue significativamente mayor que la de las bebidas preparadas a
partir de los jugos pH 3,2 y pH 3,4, pero no se diferenció de la acidez promedio de la
bebida proveniente del jugo pH 3,5. En general, a pesar de poseer relaciones ºBrix/acidez
semejantes, es necesario considerar que los jugos ED fueron los únicos en los que se
encontró diferencias significativas entre ellos para la acidez titulable y en las
concentraciones de ácido málico y ácido cítrico, así como reducciones en dichas
concentraciones con respecto a las del jugo MF, lo cual puede haber provocado la
percepción general de reducción de acidez a nivel sensorial para las bebidas finales.
134
Cuadro XLIII. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación de la
intensidad de las características sensoriales correspondientes a las bebidas elaboradas a partir de los
jugos desacidificados mediante electrodiálisis, en comparación con la bebida base microfiltrada.
Bebida
Variable respuesta
Olor
característico Acidez Dulzor
Sabor
característico Astringencia
MF 3,17±1,06 a 4,40±0,67 a 3,22±0,58 a 4,65±0,71 a 3,28±0,66 a
pH-1 = 3,2 3,04±0,59 a 3,15±0,69 b 2,79±0,60 a 2,46±0,71 b 2,93±0,64 a
pH-2 = 3,4 2,60±0,75 a 3,50±0,92 b 2,73±0,72 a 2,57±0,86 b 2,98±0,55 a
pH-3 = 3,5 3,04±0,73 a 3,61±0,91 ab 2,27±0,78 a 2,28±0,54 b 2,98±0,73 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=23), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma columna con letras diferentes son significativamente diferentes (LSD, p<0,05). Cuadro XLIV. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación de la
intensidad del sabor residual no característico correspondientes a las bebidas elaboradas a partir de
los jugos desacidificados mediante electrodiálisis.
Bebida Sabor residual no característico
pH-1 = 3,2 5,57±1,05 a
pH-2 = 3,4 5,75±0,94 a
pH-3 = 3,5 6,15±1,05 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=23), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma columna con letras diferentes son significativamente diferentes (LSD, p<0,05).
Sin embargo, el descriptor más crítico en este caso sería el sabor característico, ya
que se logró determinar que la bebida MF presentó significativamente un mayor sabor a
mora que todas las bebidas ED, lo cual se podría relacionar con la pérdida de componentes
(sólidos solubles y polifenoles) de los jugos ED planteada en la sección 5.2.4. Además, se
tomó en cuenta los comentarios indicados por los panelistas, los cuales mencionaron que
había ciertas bebidas a las cuales les percibían un sabor residual o extraño, no típico de la
135
mora, lo cual ya se sabía que podía ocurrir, pues también se identificó este sabor extraño en
el panel informal previo al desarrollo de los paneles entrenados.
Por esta razón y, tomando en cuenta que de la información obtenida del primer
panel desarrollado con las bebidas ED no se distinguía una bebida que tuviera mejores
propiedades sensoriales que las demás, se decidió realizar un panel adicional en el que,
únicamente, se midiera la intensidad de ese sabor extraño en las tres bebidas ED, con el
objetivo de encontrar cuál era la que presentaba la menor intensidad. Se excluyó la
presencia de la bebida MF en esta sesión con el fin de que los panelistas pudieran distinguir
mejor las diferencias entre las bebidas ED para este descriptor en caso de que existieran. De
esta manera, se pretendió evitar el efecto de agrupamiento en dos categorías, reflejado en
los promedios del sabor característico, que colocó a la bebida MF en un grupo y a las otras
tres bebidas en otro, debido al hecho de que la bebida MF no presentó este sabor residual
mientras que las bebidas ED sí.
Como se observa en el cuadro XLIV, a pesar de la exclusión de la bebida MF en el
set, no se logró determinar diferencia significativa (p > 0,05) entre las tres bebidas para este
descriptor por lo que al final se decidió emplear como mejor representante de la tecnología
de electrodiálisis la bebida elaborada a partir del jugo con pH 3,2, por haber sido la que
presentó el menor promedio para el sabor residual no característico. Esta decisión va a
acorde con la tendencia observada por Vera et al. (2007b), quienes encontraron que el uso
de altos porcentajes de jugo desacidificado en la preparación de néctares de fruta no
conllevó a una mejora en sus propiedades sensoriales, sino que, por el contrario, trajo como
consecuencia una mayor percepción de amargor. Además, este hecho coincidió con la
conclusión obtenida por el panel informal previo al desarrollo de las primeras sesiones con
el panel entrenado, el cual determinó que esta bebida era la que presentaba las mejores
propiedades sensoriales entre las bebidas ED. Los resultados de dicho panel se indican en el
cuadro A-XXI de la sección de anexos.
136
5.2.5.3 Elaboración de los prototipos finales
Una vez definido el prototipo más representativo de cada tecnología, se procedió a
elaborar una mayor cantidad de cada bebida a partir de los diferentes jugos. Las
formulaciones utilizadas se detallan en el cuadro XLV.
Cuadro XLV. Formulaciones promedio de las bebidas de mora elaboradas a partir de los jugos
definidos como mejores representantes de cada una de las tecnologías de membranas evaluadas,
usadas en las últimas dos sesiones con el panel entrenado y en las pruebas con los consumidores.
Parámetro
Prototipos (bebidas)
MF UF NF ED
FRV 6,0 FRV 6,0 pH 3,2
Jugo (%) 36,988±0,003 38,00±0,41 37,76±1,45 59,37±1,29
Agua (%) 55,481±0,003 53,95±0,46 54,06±1,57 33,70±1,41
Azúcar (%) 7,531 8,05±0,05 8,18±0,12 6,93±0,12
°Brix 12,00 12,33±0,16 12,67±0,16 12,33±0,16
Acidez (%) 0,980±0,004 1,000±0,008 1,042±0,003 0,981±0,003
Relación oBrix/acidez
12,25±0,05 12,3±0,3 12,2±0,1 12,6±0,1
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2 para % jugo, agua y azúcar; n=3 para oBrix, acidez y relación oBrix/Acidez), con un nivel de confianza del 95%.
Al observar el cuadro XLV, se concluye las mismas tendencias en composición
indicadas en la sección 5.2.5.1: todas las bebidas desarrolladas presentaron mayores
porcentajes de jugo y menores de agua con respecto a los porcentajes de formulación de la
bebida base MF, así como que las bebidas UF y NF tuvieron porcentajes ligeramente
mayores de azúcar mientras que la bebida ED un porcentaje menor con respecto a la bebida
MF, para valores de la relación ºBrix/acidez muy semejantes entre sí.
137
5.2.5.4 Paneles entrenados con los prototipos finales
En el cuadro XLVI se indica los resultados obtenidos en la caracterización sensorial
de las bebidas finales.
Cuadro XLVI. Promedios obtenidos por el panel entrenado del CITA en la determinación de la
intensidad de las características sensoriales correspondientes a los prototipos finales.
Variable respuesta
Bebidas
MF UF NF ED
FRV 6,0 FRV 6,0 pH 3,2
Color vino 4,08±0,59 c 8,29±0,40 a 7,95±0,43 a 6,95±0,56 b
Olor característico 5,02±0,58 a 5,22±0,52 a 5,49±0,57 a 4,29±0,70 b
Acidez 5,60±0,68 a 5,47±0,70 a 5,92±0,68 a 5,15±0,63 a
Sabor característico 5,77±0,59 a 5,76±0,62 a 5,88±0,67 a 3,17±0,70 b
Astringencia 4,16±0,61 a 4,95±0,62 a 5,04±0,69 a 4,74±0,84 a
Sabor residual no
característico 1,87±0,55 c 2,19±0,64 bc 2,62±0,73 b 7,51±0,80 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=46), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma columna con letras diferentes son significativamente diferentes (LSD, p<0,05).
Se realizó dos sesiones con el panel entrenado a modo de repetición en las que se
evaluó la intensidad de las propiedades sensoriales de los prototipos finales, con el fin de
obtener una caracterización más robusta de las bebidas presentadas a los consumidores.
Únicamente se evaluó los descriptores en los que se encontró diferencia significativa en
alguno de los primeros cuatro paneles entrenados por lo que el dulzor no fue considerado.
Además, se incluyó los descriptores “sabor residual no característico” así como “color
vino”. En el caso del descriptor color, este no fue considerado en los paneles previos
porque a simple vista se podía observar que existía una diferencia significativa en su
intensidad entre las bebidas (figura 42).
138
Figura 42. Apariencia de los prototipos finales, en orden de izquierda a derecha: bebida MF, bebida
UF, bebida NF, bebida ED.
De esta forma, el panel logró determinar que para los promedios de intensidad de
color vino, las bebidas UF y NF no se diferenciaron entre sí, pero sí fueron
significativamente mayores (p < 0,0001) que el promedio de la bebida ED, la cual a su vez
fue significativamente diferente al promedio de intensidad asignado a la bebida MF. Estos
resultados van completamente acordes con lo expuesto anteriormente, ya que se esperaba
que las bebidas UF y NF tuvieran una coloración más intensa, precisamente porque sus
jugos pasaron por un proceso de concentración de los compuestos responsables de dar
coloración. Incluso, los promedios asignados a estas bebidas se encuentran en la escala
dentro del rango “fuerte” y “muy fuerte”, lo cual podría ser un indicador de la alta calidad
de estas bebidas.
Por otro lado, en el caso de la bebida ED, se esperaba que la intensidad de su color
estuviera en una categoría inferior que las anteriores, precisamente porque su
procesamiento generó la pérdida de algunos de esos compuestos, además de un posible
cambio provocado por el proceso de desacidificación, ya que la estructura de las
antocianidinas es dependiente del pH por lo que este determina su color (Vera et al.,
2007b). Sin embargo, también se esperaba que la intensidad de esta bebida estuviera por
encima del promedio de la bebida MF porque, producto de la desacidificación, iba a
requerir una menor dilución para alcanzar el mismo valor ºBrix/acidez que la bebida MF,
como se comprobó experimentalmente (cuadro XLV). Además, su promedio cayó en la
139
escala dentro de la categoría “fuerte” mientras que la bebida MF entre “débil” y
“moderado”.
Con respecto a los resultados obtenidos para el olor y sabor característicos, en
ambos casos los promedios de las bebidas MF, UF y NF fueron significativamente mayores
(p = 0,0024; p < 0,0001) que los de la bebida ED, aunque no se diferenciaron entre ellas.
Esto implica que la operación de electrodiálisis no solamente provoca pérdida en las
antocianinas y los azúcares, tal y como se planteó en la sección 5.2.4, sino que también
provoca la pérdida de compuestos responsables de impartir aroma y sabor a la mora.
Esta pérdida en el perfil de aromas fue evidenciada por Vera et al. (2007b) en la
desacidificación de jugos de frutas. Estos autores indican que entre las posibles causas para
esta pérdida se encuentran la volatilización de los compuestos aromáticos durante el
proceso, la modificación del equilibrio líquido/vapor debida a la variación en la
composición química del jugo, así como por fenómenos de adsorción en las membranas y
espaciadores del stack de ED. Se debe resaltar este último factor, pues varios estudios han
demostrado que existe afinidad de los componentes del aroma por polímeros hidrofóbicos
como el polipropileno (Ali et al., 2003), del cual están elaborados los espaciadores (Vera et
al., 2007b) por lo que este factor representaría la vía principal de pérdida, según lo expuesto
en la sección 5.2.4.
También, Cros et al. (2005) encontraron pérdidas de aroma durante la
desalinización de jugos de mejillón. Posterior a este último estudio, Cros et al. (2006)
determinaron que una de las posibles vías para recuperar la pérdida de aromas después de
efectuada la operación de ED fue aplicar ósmosis inversa, la cual se encargó de concentrar
los aromas iniciales del jugo. Otro factor que podría influir sobre la pérdida de sabor se
relaciona con el hecho de que la ED puede provocar la reducción de aniones inorgánicos,
incluso en porcentajes superiores a los orgánicos (Vera et al., 2003b).
En relación con los descriptores acidez y astringencia, no se encontró diferencia (p >
0,05) a nivel sensorial entre los promedios de las cuatro bebidas, lo cual, en el caso de la
acidez, viene a validar el hecho de que los prototipos finales fueron elaborados de manera
balanceada para tener valores de la relación ºBrix/acidez semejantes y, por lo tanto, que no
presentaran diferencias a nivel sensorial en cuanto a la acidez. Con respecto a la
140
astringencia, teóricamente sí se esperaba que se presentara diferencias significativas entre
las bebidas, debido a que se infería que no todas tenían la misma concentración de
polifenoles.
Finalmente, con respecto al sabor residual no característico, se obtuvo que la bebida
ED fue significativamente superior (p < 0,0001) a las demás bebidas en cuanto a este
descriptor, lo cual concuerda con lo esperado según lo visto en los paneles anteriores (ver
cuadros XLIII y XLIV). Incluso, es necesario mencionar que los panelistas le asignaron a
esta bebida un promedio mayor a 7, el cual cae en la escala (figura 15) entre los
descriptores “fuerte” y “muy fuerte” por lo que es de esperar que esta característica vaya a
afectar grandemente el agrado general de la bebida ED.
Por otro lado, se encontró que el promedio de la bebida NF para este último
descriptor se diferenció significativamente del promedio de la bebida MF, pero no con
respecto al de la bebida UF. Esto podría deberse a efectos de acarreamiento del estímulo
“sabor extraño” tras evaluar la bebida ED, lo que hubiera provocado la percepción de esta
característica en las subsiguientes bebidas presentadas dentro de un mismo set,
dependiendo del orden aleatorio que le hubiera correspondido a cada panelista
individualmente. Otra posible explicación es que la bebida NF presentara un sabor residual
leve que no se había detectado anteriormente.
5.2.5.5 Pruebas de consumidores
En las figuras 43 y 44 se muestra la distribución de los 100 panelistas según su
rango de edad y su género, respectivamente. En general, se observa que el rango 17 a 25
años (43%) así como el género femenino (62%) representaron la mayor parte de los
consumidores que participaron en las pruebas sensoriales.
Al observar el cuadro XLVII, se concluye que no se presentó diferencias
significativas entre los promedios de agrado de las bebidas MF, UF y NF, mientras que la
bebida ED resultó tener significativamente un menor agrado (p < 0,0001), tal y como se
esperaba. Este hecho se puede asociar a la influencia de la alta intensidad del sabor residual
no característico determinada en los resultados de los últimos paneles entrenados. Además,
141
se observa que el promedio para la bebida ED se encuentra en la escala entre los términos
“me disgusta muchísimo” y “ni me gusta ni me disgusta” (figura 18). Para reafirmar lo
anterior, a partir del gráfico de la figura 45, correspondiente a los resultados de las pruebas
de preferencia, se concluye que un 78% de los consumidores no volvería a tomar la bebida
ED.
Figura 43. Histograma del número de consumidores que participaron en las pruebas sensoriales con
las bebidas de mora según rango de edad.
Figura 44. Histograma del número de consumidores que participaron en las pruebas sensoriales con
las bebidas de mora según género.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
17 a 25 26 a 35 36 a 45 46 a 55 56 a 65 No indicó
Nú
me
ro d
e ju
ece
s
Rango de edad
0
10
20
30
40
50
60
70
Femenino Masculino
Nú
me
ro d
e ju
ece
s
Género
142
Cuadro XLVII. Promedios de agrado asignados a cada bebida en el panel con 100 consumidores.
Bebida Agrado
MF 5,91±0,39 a
UF 5,99±0,41 a
NF 6,13±0,39 a
ED 3,02±0,48 b
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=100), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma columna con letras diferentes son significativamente diferentes (LSD, p<0,05).
Figura 45. Gráfica del número de jueces en función de las categorías de intención de compra para
las distintas bebidas evaluadas en la prueba de preferencia por agrupamiento.
Con respecto a las bebidas UF y NF, el hecho de no haber encontrado diferencias
significativas entre sus promedios de agrado es un muy buen indicador, pues de esta forma
se demuestra que se logró desarrollar bebidas de mora con una mayor concentración de
componentes bioactivos (reflejado por la mayor intensidad del color vino determinado por
el panel entrenado), con una percepción sensorial de acidez semejante y un nivel de agrado
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Siempre que pueda lotomaría
Lo tomaría solo porquees lo único que tengo
que tomar
Nunca más lo volvería atomar
Nú
me
ro d
e ju
ece
s
Intención de compra
Bebida MF
Bebida UF
Bebida NF
Bebida ED
143
similar por parte de los consumidores con respecto a la bebida MF base. De esta forma se
confirma que un adecuado balance entre dulzor y acidez permite obtener productos con
buen agrado por parte de los consumidores (Núñez & Brumovsky, 2010).
En relación con los resultados de la prueba de preferencia para estas bebidas, según
la figura 45 se concluye que las bebidas MF, UF y NF fueron asignadas a las tres categorías
por una cantidad semejante de consumidores, pues a pesar de que se observe ligeras
diferencias en el tamaño de las barras que, a simple vista, parecieran indicar diferencias
entre el número de veces en los que cada bebida fue asignada a cada categoría, esto no se
puede concluir con confianza estadística pues se trata de una prueba meramente no
paramétrica. Las pruebas con categorías normalmente presentan la ventaja de que el
panelista tiene más libertad en cuanto a su evaluación y pueden reflejar mejor la realidad de
cómo visualiza cada consumidor la muestra evaluada, en comparación con el uso de escalas
que emplea la prueba de agrado, en la que influyen factores como el uso idiosincrático de la
escala, como lo es la predilección de asignar valores cercanos al centro y evitar usar los
valores extremos de la escala. Sin embargo, a pesar de esta ventaja, las pruebas no
paramétricas también presentan la desventaja de tener una menor significancia estadística.
Por otro lado, con el objetivo de determinar si entre el total de consumidores existía
un subgrupo que hubiera asignado mayores calificaciones de agrado a las bebidas en
comparación con el resto de consumidores, se decidió hacer un análisis de clusters, el cual
permitió dividir a los consumidores en cinco diferentes subgrupos, dependiendo de los
valores de agrado asignados a cada bebida. Las figuras 46, 47 y 48 se obtuvieron a partir de
dicho análisis.
El gráfico de la figura 46 permite establecer el punto de corte óptimo en el cual los
clusters o grupos se formaron a la misma distancia de unión en el diagrama jerárquico de
árbol (figura 47). Este punto de corte se deriva del mayor cambio en la pendiente de la
curva del gráfico de amalgamación, de tal forma que se observa que dicho cambio se
presentó a un valor aproximado de 20% con respecto al eje de la distancia de unión. Al
aplicar el punto de corte sobre el eje de la distancia de unión del gráfico de la figura 47 se
concluye que el número de clusters obtenido fue 5. Finalmente, la figura 48 muestra los
promedios de agrado obtenidos en cada bebida de mora para cada grupo o cluster y refleja
144
las diferencias entre los grupos con respecto a las bebidas (p < 0,0001), las cuales se
detallan en el cuadro XLVIII.
Figura 46. Gráfico de amalgamación.
Figura 47. Agrupamiento jerárquico de árbol (Hierarchical tree plot) elaborado a partir del método
de Ward y aplicando distancias Euclidianas.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Paso
-20
0
20
40
60
80
100
120
Dis
tan
cia
de
un
ión
(%
)
Distancia
de unión
C_
22
C_
76
C_
19
C_
10
C_
79
C_
5C
_9
0C
_7
5C
_9
9C
_8
8C
_3
3C
_2
5C
_4
0C
_7
4C
_3
9C
_9
5C
_4
9C
_6
9C
_5
8C
_3
4C
_8
0C
_7
0C
_9
C_
63
C_
42
C_
23
C_
54
C_
32
C_
14
C_
86
C_
2C
_4
5C
_3
7C
_2
1C
_1
00
C_
93
C_
44
C_
43
C_
29
C_
81
C_
55
C_
24
C_
27
C_
20
C_
96
C_
65
C_
56
C_
57
C_
92
C_
48
C_
41
C_
73
C_
72
C_
64
C_
7C
_6
6C
_5
2C
_9
7C
_6
0C
_8
2C
_5
1C
_1
6C
_8
4C
_5
0C
_9
4C
_3
1C
_4
C_
78
C_
83
C_
26
C_
77
C_
62
C_
15
C_
8C
_8
5C
_6
8C
_6
7C
_8
7C
_1
3C
_7
1C
_1
2C
_4
7C
_3
8C
_5
3C
_3
C_
98
C_
59
C_
61
C_
35
C_
91
C_
46
C_
28
C_
89
C_
18
C_
36
C_
17
C_
11
C_
6C
_3
0C
_1
0
20
40
60
80
100
Dis
tan
cia
de
un
ión
(%
)
G1 G2 G3 G4 G5
145
G r u p o 1
G r u p o 2
G r u p o 3
G r u p o 4
G r u p o 5
B e b id a M F B e b id a U F B e b id a N F B e b id a E D
B e b id a s
- 2
- 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 0
1 1
Figura 48. Análisis de agrupamiento k-means de acuerdo con el agrado de las diferentes bebidas.
Cuadro XLVIII. Promedios de agrado de los diferentes grupos obtenidos mediante el análisis de
clusters, junto con las características distintivas y el número de consumidores clasificados en cada
grupo.
Grupo Características n Agrado
G1 Calificaciones más altas para MF, UF y NF (superiores a 7). Bebida ED bien calificada
(promedio de 5) 31 6,96 a
G2 Bebidas MF, NF y ED bien calificadas
(superior a 5). Bebida UF mal calificada (inferior a 4)
8 5,76 b
G3 Alta calificación para UF y NF (superior a 6).
Calificación intermedia para MF. Mala calificación para ED
19 4,93 c
G4 Alta calificación para MF (promedio de 7).
Calificación intermedia para UF y NF (promedio de 5). Mala calificación para ED
21 4,90 c
G5 Calificaciones más bajas para todas las
bebidas (inferiores a 4) 21 3,23 d
Nota: Promedios en una misma columna con letras diferentes son significativamente diferentes (LSD,
p<0,05).
146
A partir del cuadro XLVIII, se concluye que se logró identificar cuatro subgrupos en
relación con los promedios de agrado, ya que el cluster 1 (G1) asignó significativamente
mayores valores de agrado a las bebidas en comparación con el cluster 2, el cual a su vez
tuvo un promedio de agrado mayor que los de los clusters G3 y G4, los cuales a su vez no
se diferenciaron entre sí en cuanto a sus promedios de agrado. Finalmente, se encontró que
el promedio de agrado del cluster 5 fue significativamente menor que los de todos los
demás clusters.
De esta forma, se concluye que el cluster 1 representa el grupo donde todas las
bebidas presentaron muy buenas calificaciones de agrado, incluso para la bebida ED, lo
cual es un indicador de que en este cluster se ubicaron los reales consumidores de jugo de
mora, los cuales, muy probablemente, también estén interesados en adquirir productos
saludables tales como jugos concentrados y no con alta dilución o adición de azúcar. Es
importante mencionar que los promedios de agrado para las bebidas MF, UF y NF tuvieron
promedios superiores a 7, tal y como se observa en la figura 48, lo cual es un indicador de
un posible éxito de comercialización de estas bebidas al ir dirigidas hacia este grupo como
público meta. Además, este cluster representa casi 1/3 del total de consumidores
participantes por lo que se trata de un muy buen porcentaje.
Por otro lado, los clusters 3 y 4 presentan como característica común el haber
asignado muy bajos valores de agrado a la bebida ED, pero valores entre intermedio y alto
a las bebidas MF, UF y NF, lo cual hace indicar que estos grupos podrían ser consumidores
potenciales de estas últimas tres bebidas; esto es también relevante pues representan un
40% del total de consumidores.
Es importante mencionar que, en el caso del cluster 4, la bebida MF obtuvo la
calificación más alta fue (mayor a 7), lo cual está muy probablemente asociado a los
hábitos de consumo de la población con respecto a bebidas de mora, dado que la bebida MF
les pudo haber parecido ser la más agradable por tener una mayor semejanza en cuanto a su
coloración con las bebidas preparadas a nivel casero, las cuales normalmente se preparan
con una alta adición de agua, mientras que las bebidas UF y NF les pudieron parecer muy
concentradas, pero de igual manera aceptables. Con respecto al cluster 3, los mayores
promedios fueron asignados a la bebida NF (mayor a 7) y a la bebida UF (mayor a 6) por lo
147
que se esperaría para este grupo, más bien, una mayor preferencia por las bebidas
concentradas; sin embargo, la bebida MF les pareció aceptable.
En relación con el cluster 2, éste representó el grupo con la tendencia menos
esperada en cuanto a sus calificaciones de agrado (figura 48), pues fue el grupo que asignó
el agrado más alto a la bebida ED (promedio de 7), mientras que la bebida UF tuvo una
muy mala calificación (promedio de 4). Esto podría indicar que en este grupo podrían
encontrarse los consumidores a los cuales les gusta encontrar sabores extraños o diferentes
en productos tradicionales, tales como sabores amargos donde normalmente no se
encontrarían. No se puede relacionar este hecho con la hipótesis de que a este grupo no le
agraden las bebidas muy concentradas, como se podría inferir del promedio de agrado
asignado a la bebida UF, porque el promedio de la bebida NF fue tan alto como el de la
bebida ED.
Finalmente, el cluster 5 representa a los panelistas que realmente no eran
consumidores de jugo o bebidas de mora o que sí los consumen, pero lo hacen con altos
niveles de azúcar, pues todas sus calificaciones para las cuatro bebidas fueron muy bajas.
Con el objetivo de conocer las posibles causas que hayan motivado o que hayan
influido sobre las características distintivas expuestas anteriormente así como en los
promedios de agrado para cada cluster, se decidió elaborar una serie de gráficos en los que
se muestran las posibles diferencias en cuanto al género, rango de edad así como
frecuencias en las que fueron asignadas las bebidas a las tres categorías de la prueba de
preferencia por agrupamiento.
Figura 49. Distribución de los porcentajes de las dos categorías de género entre los clusters
obtenidos.
32,3 37,5 42,1 42,9 38,1
67,7 62,5 57,9 57,1 61,9
0%
20%
40%
60%
80%
100%
G1 G2 G3 G4 G5
Po
rce
nta
je (
%)
Cluster
F
M
148
Figura 50. Distribución de los porcentajes de los rangos de edad entre los clusters obtenidos.
Según lo observado en la figura 49, la proporción de mujeres y hombres en los
diferentes clusters fue muy semejante por lo que no se puede asociar el factor género como
un agente responsable de provocar diferencias a nivel de agrado de las bebidas. Con
respecto a la figura 50, resalta que para el cluster 5, el rango 26-35 años representó el
segundo mayor porcentaje de los consumidores clasificados en este grupo y el mayor
porcentaje para este rango de edad al comparar entre grupos. Por el contrario, el rango 36-
45 años representó para este cluster uno de los menores porcentajes así como el menor de
entre todos los porcentajes para este rango de edad entre los diferentes grupos. Esto es
relevante porque se trata del grupo en el que todas las bebidas fueron mal calificadas por lo
que se podría concluir que, en general, los adultos jóvenes no presentaron un gran interés
por las bebidas desarrolladas, mientras que las personas mayores a 35 años sí. Este
resultado se podría asociar al hecho de que las personas de mayor edad buscan
generalmente opciones más saludables en su alimentación que las personas jóvenes.
45,2 50,0
42,1 42,9 38,1
9,7
12,5 21,1
14,3 28,6
25,8
25,0 15,8
9,5
4,8
6,5
12,5
10,5
14,3 4,8
3,2
4,8
9,7 10,5 14,3 23,8
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
G1 G2 G3 G4 G5
Po
rce
nta
je (
%)
Cluster
No indicó
56-65
46-55
36-45
26-35
17-25
149
Figura 51. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra entre los
clusters obtenidos para la bebida MF.
Con respecto a la figura 51, se observa que el menor porcentaje de la categoría
“siempre que pueda lo consumiría” se encuentra en el cluster 5 mientras que el mayor, en el
cluster 1. Esto va a acorde con lo planteado a nivel de las características de los clusters,
pues el cluster 5 asignó una baja calificación a la bebida MF, mientras que el cluster 1 le
asignó una calificación muy alta de agrado. Lo anterior, se confirma también, en que el
porcentaje más alto asignado a esta bebida para la categoría “nunca más lo volvería a
tomar” se encuentra, precisamente, en el cluster 5. Resulta también importante mencionar
que los consumidores del cluster 1 indicaron para esta bebida comentarios como más
aceptable, me gusta, sabor natural, buen sabor, no demasiado dulce, mientras que los del
cluster 5 indicaron sabor extraño, algo insípida, agregar más azúcar, demasiado ácida, sin
sabor.
En relación con la categoría “lo tomaría solo porque es lo único que tengo que
tomar”, se observa que el mayor porcentaje fue obtenido para el cluster 4, lo cual no tiene
concordancia con las características planteadas en el análisis de clusters para este grupo,
pues según la figura 48, este cluster asignó un muy alto promedio de agrado a la bebida
MF. Este comportamiento se puede explicar tomando en cuenta las diferencias entre las
pruebas aplicadas, pues con respecto a la prueba de preferencia, los consumidores de este
54,8 50,0 47,4 42,9 33,3
38,7 37,5 42,1 52,4
42,9
6,5 12,5 10,5 4,8
23,8
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
G1 G2 G3 G4 G5
Bebida MF
Nunca más lo volvería atomar
Lo tomaría solo porque eslo único que tengo quetomar
Siempre que pueda lotomaría
150
grupo pudieron sentirse más libres en cuanto a su evaluación y determinar que, aunque esta
muestra les agradó más con respecto a las otras, aún no era lo suficientemente buena para
ellos como para querer consumirla siempre. Esto también se ve reflejado en los comentarios
indicados para esta bebida, tales como excelente sabor pero muy diluido, falta dulzor, un
poco ácida, más tendencia al sabor dulce.
Por último, con respecto a los clusters 2 y 3, la distribución de porcentajes coincide
con las calificaciones buena e intermedia, respectivamente, asignadas por el agrado para la
bebida MF.
Figura 52. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra entre los
clusters obtenidos para la bebida UF.
Para la bebida UF (figura 52), se presentó, de igual modo, que el cluster 5 tuvo el
menor porcentaje para la categoría “siempre que pueda lo consumiría” así como el mayor
valor para “nunca más lo volvería a tomar”. Además, en este caso, este grupo presentó el
mayor porcentaje para la categoría “lo tomaría solo porque es lo único que tengo que
tomar”, lo cual va a acorde con el bajo promedio de agrado asignado por este grupo a esta
bebida (figura 48). Entre los comentarios indicados por este grupo, los más relevantes son:
astringente y sabor extraño, color residual muy oscuro; muy concentrado, sin azúcar;
agregar más azúcar, demasiado ácida.
54,8 62,5
52,6 57,1
19,0
45,2 25,0 42,1 42,9
61,9
12,5 5,3
19,0
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
G1 G2 G3 G4 G5
Bebida UF
Nunca más lo volvería atomar
Lo tomaría solo porque eslo único que tengo quetomar
Siempre que pueda lotomaría
151
Con respecto al cluster 2, se encontró que este grupo representó el mayor porcentaje
para “siempre que pueda lo consumiría” así como el menor para “lo tomaría solo porque es
lo único que tengo que tomar”, lo cual no va acorde con la baja calificación promedio de
agrado asignada a esta bebida. Es importante considerar que este es el cluster con menor
cantidad de panelistas (solamente 8), de entre los cuales, al parecer, algunos cambiaron de
percepción para esta bebida en el momento de realizar la prueba de preferencia, lo cual
habría generado las grandes diferencias en cuanto a tendencias obtenidas a partir de las dos
pruebas, por tratarse de un cluster con muy pocos miembros. Los principales comentarios
asignados a esta bebida fueron presencia de sedimento oscuro en el fondo, sabor
desagradable, muy ácida.
Como se puede concluir de los comentarios de ambos clusters, hubo formación de
un sedimento residual en el fondo de los vasitos para esta bebida, lo cual estaría relacionado
con precipitados originados por las interacciones elagitaninos-proteínas (Kotsanopoulos &
Arvanitoyannis, 2015). La formación de este residuo se pudo haber evitado si las muestras
se hubieran homogeneizado antes de ser presentadas a los evaluadores (Núñez &
Brumovsky, 2010), sin embargo, debido al gran volumen de muestras con los que se tuvo
que trabajar, era imposible presentar las muestras recién homogeneizadas a los panelistas
en el momento de realizar la calificación.
Otra opción hubiera sido solicitarles que agitaran las muestras antes de retirarles las
tapas, sin embargo, este fenómeno se presentó hasta el panel de consumidores, pues el
panel entrenado no reportó la aparición de este precipitado durante sus evaluaciones por lo
que no se preveía que pudiera suceder. De esta forma, si se hubiera corregido este
fenómeno, probablemente los consumidores del cluster 2 y 5 habrían asignado mejores
calificaciones a la bebida UF.
Finalmente, hubo grandes semejanzas entre los porcentajes para las tres categorías
de los clusters 1, 3 y 4, lo cual era de esperarse, pues, en general, estos fueron los grupos
que asignaron calificaciones intermedias y altas a los promedios de agrado de la bebida UF
(figura 48). Resalta la asignación de los comentarios buen sabor y muy concentrada.
152
Figura 53. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra entre los
clusters obtenidos para la bebida NF.
En relación con la bebida NF (figura 53), se encontró que los clusters 1 y 2
presentaron los porcentajes más altos para la categoría “siempre que pueda lo consumiría”
así como los más bajos para “lo tomaría solo porque es lo único que tengo que tomar” y
para “nunca más lo volvería a tomar”, lo cual va a acorde con las altas calificaciones de
agrado promedio asignadas a esta bebida, según la figura 48. Entre los comentarios,
destacan: buen sabor y consistencia, mejor, muy parecida a la bebida UF, sensación
astringente en la lengua, un poco ácida.
Con respecto a los otros clusters, los tres restantes presentaron porcentajes muy
semejantes para las tres categorías de preferencia. Esto era de esperarse para los grupos 4 y
5, ya que éstos asignaron valores de agrado intermedio y bajo, respectivamente, a la bebida
NF. Entre los principales comentarios indicados por estos dos grupos se encuentran muy
ácida, sabor residual leve, sabor no tan bueno, agregar más azúcar. Resulta interesante el
remarcar que ambos grupos señalaron la percepción de un sabor residual leve en esta
bebida, lo cual coincidió con lo observado por el panel entrenado para el prototipo final NF
(cuadro XLVI).
Sin embargo, el anterior comportamiento en los porcentajes no se esperaba para el
cluster 3, pues la calificación de agrado asignada a esta bebida fue muy alta (figura 48).
54,8 50,0
31,6 28,6 23,8
35,5 37,5
47,4 52,4 47,6
9,7 12,5 21,1 19,0
28,6
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
G1 G2 G3 G4 G5
Bebida NF
Nunca más lo volvería atomar
Lo tomaría solo porque eslo único que tengo quetomar
Siempre que pueda lotomaría
153
Para este grupo, nuevamente, cabría la explicación de que aunque esta muestra les agradó
más a estos consumidores con respecto a las otras, aún no era lo suficientemente buena para
ellos como para querer consumirla siempre, sino que prefirieron caracterizar su intención
de compra asignándole un mayor porcentaje a “lo tomaría solo porque es lo único que
tengo que tomar”. Sin embargo, en general, los comentarios para esta bebida apoyan la
buena imagen indicada por el agrado: buen sabor a mora, fuerte sabor a mora, poco ácido,
dulzor deseado, algo normal, no me gusta.
Figura 54. Distribución de los porcentajes de las tres categorías de intención de compra entre los
clusters obtenidos para la bebida ED.
Finalmente, con respecto a la bebida ED (figura 54), se observa que para los clusters
3, 4 y 5 el mayor porcentaje fue asignado a la categoría “nunca más lo volvería a tomar”, lo
cual está completamente en armonía con los bajos promedios de agrado asignados a esta
bebida por estos tres clusters (figura 48). Los comentarios indicados hicieron referencia,
principalmente, al sabor residual no característico determinado por el panel entrenado como
de alta intensidad, con frases como sabor extraño, no me gusta, muy ácida, sabor y olor
muy desagradables, pareciera en mal estado, sabor a medicamento, sabor residual fuerte,
sabor raro, agregar más azúcar, muy amarga, sabor diluido, sabor residual a cloro, sabor
residual feo, demasiado agridulce, no tiene sabor, sabor sintético.
6,5
37,5 25,8
37,5
5,3 9,5 14,3
67,7
25,0
94,7 90,5 85,7
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
G1 G2 G3 G4
Bebida ED
Nunca más lo volvería atomar
Lo tomaría solo porque eslo único que tengo quetomar
Siempre que pueda lotomaría
154
Para el cluster 1, los porcentajes de cada categoría también presentaron relación con
la calificación intermedia de agrado asignada a la bebida ED, según la figura 48, pues se
obtuvo porcentajes intermedios para “lo tomaría solo porque es lo único que tengo que
tomar” y para “nunca más lo volvería a tomar”, en comparación con los porcentajes de
estas mismas categorías en los otros clusters. En general, los comentarios indicados por este
grupo fueron muy semejantes a los de los clusters anteriores, sin embargo cabe resaltar las
frases sabor a químico, olor a laboratorio, olor y sabor como a preservante, sabor
jabonoso, carece de sabor dulce, sabor a vinagre, sabor rancio.
Por último, con respecto al cluster 2, el cual fue el que asignó el mejor promedio de
agrado a la bebida ED en comparación con los demás clusters, se observa exactamente el
mismo comportamiento en cuanto a los porcentajes de cada categoría, pues “siempre que
pueda lo consumiría” y “lo tomaría solo porque es lo único que tengo que tomar” tuvieron
los mayores porcentajes así como “nunca más lo volvería a tomar” el menor porcentaje de
entre todos los clusters para cada categoría respectiva. Según los comentarios, se puede
asumir que los consumidores de este cluster consideraron que estas bebidas eran agradables
porque tenían un gran gusto por los sabores amargos, por ejemplo, gusto hacia el efecto
sensorial de amargor que produce el alcohol en las bebidas fermentadas, pues indicaron
frases como falta dulzor, gusto amargo, me encantó, un poco fermentado, sabe como a
cloro, sabe a vino.
De esta forma, el jugo ED podría encontrar un nicho en el mercado de las bebidas
fermentadas, por ejemplo, en la elaboración de vino de mora. Esta observación resulta
interesante, pues como se planteó en el marco teórico, la industria vinícola ha desarrollado
varias aplicaciones con la operación de ED para el procesamiento de vino. Benítez et al.
(2003) reportan, por ejemplo, que en su estudio, el cual consistió en comparar a nivel
químico y sensorial vinos de cereza tratados con ED y con tratamiento en frío para lograr su
estabilización tartárica, se encontró una mayor preferencia por los vinos tratados por frío,
debido a que la electrodiálisis generó vinos con pequeñas reducciones en el aroma y en el
sabor, sin embargo, a pesar de esto, los panelistas consideraron que estos vinos eran
aceptables y no indicaron la presencia de ningún sabor residual extraño.
155
Por otro lado, Gonçalves et al. (2003) indican que en estudios realizados con vinos
de uva no se encontró diferencias significativas en el color, el aroma y el sabor de los vinos
tratados por estas mismas dos técnicas. Kotsanopoulos & Arvanitoyannis (2015) también
indican que se ha logrado aplicar la electrodiálisis para conseguir exitosamente la
estabilización en vinos sin afectar sus propiedades sensoriales por lo que, al parecer, los
productos con alcohol no se ven muy afectados por esta operación a nivel sensorial,
precisamente porque ya poseen características de amargor que podrían enmascarar el efecto
de la presencia de este sabor residual en estos productos, contrario a lo concluido para el
jugo de mora, experimentalmente.
A partir de las observaciones indicadas por los consumidores de que el sabor
residual no característico del jugo fue percibido en muchas ocasiones como “sabor a cloro”,
se planteó la posible explicación de que los agentes responsables de conceder este sabor
extraño al jugo final sean residuos de polímeros activos y/o copolímeros de las membranas
aniónicas que presentan átomos de cloro en su estructura, tales como el poliestireno
clorometilado, la epiclorhidrina, la polivinilpiridina cuaternizada con dodecil cloruro
(Altmeier et al., 1997; Salager & Fernández, 2004) o el cloruro de polivinilo (PVC)
(Andrés et al., 1995). Estos componentes podrían haberse transferido al jugo íntegramente
o mediante la liberación de iones cloruro u otros derivados con cloro como consecuencia de
posibles interacciones entre éste y las membranas, debido a la afinidad existente entre
ambos elementos en cuanto a que estarían conformados por componentes orgánicos, pues
las membranas de ED están elaboradas con poliésteres alifáticos (Soto, 2014a) a diferencia
de las membranas inorgánicas empleadas para el procesamiento del jugo de mora mediante
ultra y nanofiltración.
Además, esta afinidad podría deberse también a que la superficie de las membranas
de la serie PCA utilizadas, según la casa fabricante, se caracterizan por poseer superficies
muy hidrofílicas (Altmeier et al., 1997), y como el jugo de mora microfiltrado presentaba
aproximadamente un 90% de agua, es posible que las interacciones entre ambos por su
igual afinidad hacia el agua hayan provocado este intercambio de componentes. Por otro
lado, la generación de este sabor residual a cloro en el jugo no estaría relacionada con las
156
membranas bipolares, pues según Tongwen & Weihua (2002), éstas están elaboradas
principalmente con óxido de polifenileno (PPO).
En relación con los estudios realizados con electrodiálisis con jugos de frutas con
buenos resultados en las características sensoriales, se puede mencionar el realizado por
Husson et al. (2013b) en el cual se logró reducir la acidez titulable del jugo de arándano
rojo sin afectar el contenido de sólidos solubles, lo cual mejoró sus propiedades sensoriales,
según lo reportado. Además, se consiguió la concentración de las antocianinas en el jugo
mediante electrodiálisis. Al comparar los resultados de este estudio con los experimentales,
se muestra que lo único en común que presentaron fue la reducción de la acidez, pues con
respecto a los demás parámetros, los obtenidos para jugo de mora fueron completamente
contrarios.
Esto se debe a que el principal objetivo de dicha investigación fue la concentración
de antocianinas y no la desacidificación del jugo por lo que emplearon otra configuración a
la usada experimentalmente: convencional con membranas catiónicas y aniónicas. Además,
el jugo no fue enriquecido usando solamente electrodiálisis, sino que se utilizó en forma
conjunta membranas de ultrafiltración de carga negativa elaboradas a partir de polifluoruro
de vinilideno (PVDF) y polietersulfona (Husson et al., 2013b), lo cual explica el porqué de
la concentración de las antocianinas (carga positiva).
Además, según lo indicado en el apartado de materiales y métodos, las membranas
de ED utilizadas en dicho estudio eran japonesas (Tokuyama Soda Ltd.), elaboradas con
copolímeros de divinilbenceno estireno sobre una estructura de cloruro de polivinilo (PVC)
(Husson et al., 2013b), mientras que las usadas en el presente trabajo eran alemanas
(PCCell GmbH). De esta manera, la diferencia entre los materiales utilizados por las casas
fabricantes podría ser un factor que provoque la no aparición de un sabor residual a cloro en
los jugos enriquecidos de arándano rojo, ya que dicho copolímero así como los materiales
de las membranas de ultrafiltración utilizados no poseían este elemento en su estructura.
Lastimosamente, no se desarrolló pruebas sensoriales con paneles entrenados en dicho
estudio para validar la ausencia de dicho sabor extraño, ya que el PVC también podría
generarlo y así tener un punto más firme de comparación.
157
Al respecto, resulta muy relevante el mencionar que no existen, recientemente,
publicaciones científicas que indiquen el desarrollo de pruebas sensoriales con jugos de
frutas procesados mediante electrodiálisis. Solamente se encontró dos estudios que
involucraron pruebas sensoriales en su metodología. El primero fue realizado por Vera et
al. (2003a), en el que se desarrolló una prueba sensorial triangular con un panel
semientrenado conformado por 15 panelistas, los cuales tuvieron la función de detectar
diferencias en el aroma de bebidas preparadas a partir de jugos de maracuyá procesados
mediante diferentes técnicas de desacidificación, así como una prueba de ordenamiento por
preferencia de los cinco jugos desacidificados con un panel de 19 consumidores, en la cual
cada panelista asignaba una calificación del 1 al 5 diferente para cada jugo. En cuanto a la
prueba triangular, no se encontró diferencia entre el aroma de las muestras con respecto al
jugo fresco. Con respecto a la prueba de preferencia, el jugo desacidificado con Ca(OH)2
fue el que obtuvo el mayor puntaje, el jugo desacidificado con ED bipolar un puntaje
intermedio-alto mientras que el procesado con resinas de intercambio iónico tuvo valores
muy bajos.
En el segundo estudio, desarrollado por Vera et al. (2007b) con cuatro jugos de
fruta, de entre los cuales, el jugo de mora de castilla resulta ser un muy buen punto de
comparación, se utilizó también una prueba triangular con la excepción de que las muestras
presentadas a los panelistas fueron los jugos puros así como una prueba de “ranking” o
medición de intensidad en la que las muestras fueron néctares preparados de tal forma que
presentaran el mismo valor de la relación ºBrix/acidez a partir de mezclar diferentes
proporciones de jugo inicial, jugo desacidificado, agua y azúcar, tal y como se llevó a cabo
a nivel experimental. Se indica que se identificó reducción en el aroma del jugo de mora de
castilla desacidificado con respecto al jugo inicial, tal y como también fue identificado por
el panel entrenado experimentalmente para la bebida de mora ED.
Con respecto a la prueba de ranking, no se encontró diferencia entre la intensidad
del sabor a mora, pero sí se encontró diferencias en las intensidades del dulzor (descenso) y
del amargor/astringencia (aumento) al incrementarse el porcentaje de jugo desacidificado
en los néctares. Los resultados para los dos primeros descriptores no van de acuerdo con los
obtenidos por el panel entrenado, experimentalmente, en el que se comparó las bebidas ED,
158
pues las tendencias fueron completamente contrarias (cuadro XLIII). Con respecto al tercer
descriptor, resulta interesante el observar que se declara un aumento en el amargor, sin
embargo, no se puede asociar necesariamente con un sabor residual extraño en las bebidas,
ya que el descriptor buscaba evaluar dos estímulos a la vez que, muy probablemente, los
panelistas no sabían diferenciar muy bien entre sí, pues eran semientrenados, y por eso los
investigadores prefirieron evaluarlos en forma conjunta. Además, se indica que estos
estímulos se encontraban naturalmente en el jugo inicial, lo cual quedó completamente
comprobado que no ocurrió en el caso del jugo microfiltrado de mora inicial (cuadro
XLVI).
En general, para explicar estas buenas calificaciones para los jugo ED, es necesario
mencionar que las membranas empleadas fueron de la marca Tokuyama Co (japonesas)
(Vera et al. 2003a; Vera et al., 2007a) por lo que, considerando que estas membranas
fueron elaboradas por la misma casa fabricante que la de las membranas del estudio de
Husson et al. (2013b), la hipótesis de que las membranas japonesas no generan sabores
residuales extraños en los jugos cobra más relevancia, pues según Vera et al. (2003a) el
jugo fue calificado como “de buen sabor”. Además, Vera et al. (2003b) mencionan un dato
de gran importancia: el uso de las membranas de la marca Tokuyama ha sido autorizado
por la industria alimentaria para el tratamiento de vinos, lo cual habla de su idoneidad para
ser usada con alimentos.
Por otro lado, la publicación más reciente encontrada con electrodiálisis y jugos de
frutas fue la desarrollada por Yuwadee et al. (2015), en la que se empleó esta tecnología
para reducir las concentraciones de nitrato en jugo de piña y evaluar sus efectos sobre las
propiedades del jugo, pero, únicamente, relacionadas con sus parámetros fisicoquímicos.
Resulta interesante el mencionar que en esta investigación se usó membranas de la misma
marca empleada en este estudio (PCCell GmbH) por lo que hubiera sido una excelente
opción de comparación de los resultados experimentales con los del estudio si hubieran
llevado a cabo pruebas sensoriales. En general, encontraron reducciones en los sólidos
solubles, en la acidez, en los aminoácidos así como en las concentraciones de los
compuestos responsables del aroma pero un aumento en la brillantez del jugo final.
159
Finalmente, otra posible vía para la generación de este sabor extraño podría provenir
de los materiales con los que fueron elaboradas las tuberías y compartimentos del equipo de
electrodiálisis, ya que se trata de derivados plásticos, lo que hace que el diseño del equipo
no sea sanitario (ver figura 55) por lo que estos materiales podrían ser sensibles a los
procesos de lavado básico y ácido aplicados así como a la alta acidez del jugo inicial de
mora, lo cual favorecería la liberación de componentes debido a su carácter de no inertes.
Contrariamente, el equipo de micro, ultra y nanofiltración (figura 9) está diseñado con
acero inoxidable, lo cual garantiza su carácter inerte hacia los productos procesados.
Figura 55. Fotografías tomadas al equipo de electrodiálisis que ilustran sus tuberías y
compartimentos.
160
5.2.5.6 Caracterización fisicoquímica de los prototipos finales
A partir de la información del cuadro XLIX se puede observar que se presentó
diferencias significativas para todas las variables respuesta para las bebidas finales con
excepción de la relación ºBrix/acidez, lo cual viene a validar el argumento de que cada una
de ellas fue formulada de tal forma que tuvieran el mismo valor para esta relación, con el
fin de que estuvieran balanceadas a nivel sensorial en cuanto a la percepción de dulzor y
acidez, como se logró concluir también a partir de la información suministrada por las
sesiones con el panel entrenado.
Cuadro XLIX. Promedios de los parámetros físico-químicos de las bebidas correspondientes a los
prototipos finales de las diferentes tecnologías de membranas evaluadas.
Variable respuesta Bebida
MF UF NF ED
Acidez (g/100 g)
(expresada como ácido
málico)
0,980±0,004 c 1,000±0,009 b 1,042±0,004 a 0,981±0,003 c
pH 2,86±0,01 b 2,85±0,01 bc 2,84±0,01 c 3,18±0,01 a
°Brix corregidos por acidez 12,03 b 12,36±0,16 ab 12,70±0,16 a 12,36±0,16 ab
Humedad (g/100 g) 88,52±0,13 a 87,87±0,05 ab 87,73±0,63 b 87,75±0,18 ab
Polifenoles totales
(mg ácido gálico/L muestra) 1086±42 b 1753±349 a 1694±153 a 1518±10 ab
Elagitaninos
(mg ácido elágico/L muestra) 45±4 b 63±11 b 92±3 a 64±11 b
Antocianinas
(mg cianidin-3-glucósido/L
muestra)
124±9 b 166±26 ab 202±7 a 134±20 b
Relación °Brix/acidez 12,2±0,1 a 12,3±0,3 a 12,2±0,1 a 12,6±0,1 a
Nota: Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=3), con un nivel de confianza del 95%. Promedios en una misma fila con letras diferentes son significativamente diferentes (Tukey, p<0,05).
161
Con respecto a los promedios encontrados para la acidez titulable (p < 0,0001), se
observa que la bebida NF presentó estadísticamente una mayor acidez que la bebida UF, la
cual a su vez presentó una mayor acidez que las bebidas MF y ED, las cuales no se
diferenciaron significativamente entre sí en cuanto a su acidez instrumental. Este hecho va
a acorde con lo planteado por Soto (2014b) pues éste encontró que la membrana de 1 kDa
Inside Ceram genera jugos con mayor acidez que la membrana de 5 kDa Membralox.
Además, la bebida NF presentó significativamente una mayor concentración de sólidos
solubles (p = 0,0065) que la bebida MF mientras que las bebidas UF y ED no presentaron
diferencias significativas con respecto a los promedios de NF ni de MF en cuanto a su
contenido de sólidos solubles. Por su parte, la humedad presentó exactamente el
comportamiento contrario a los sólidos solubles en cuanto a identificación de diferencias
significativas (p = 0,0352), lo cual era de esperarse pues la sumatoria de ambos parámetros
debería ser 100%, lo cual las hace ser inversamente proporcionales. De esta forma, se
demuestra que las bebidas pueden tener diferencias en cuanto a su acidez instrumental y
ºBrix y, aun así, presentar valores de la relación ºBrix/acidez similares (p > 0,05).
Con respecto al pH de las bebidas, se concluye que la bebida ED presentó el pH más
alto de todos, significativamente (p < 0,0001), lo cual se esperaba por tratarse de la única
tecnología en la que se efectuó un proceso de eliminación de los compuestos responsables
de aportar acidez a la mora. Por su parte, la bebida MF tuvo significativamente un mayor
pH que la bebida NF, mientras que el pH promedio de la bebida UF no se diferenció de
estas dos.
Comparando los datos de pH con los valores de acidez, se puede observar, en
general, el mismo comportamiento en cuanto a diferencias entre bebidas, pues era de
esperarse que si la bebida NF obtuvo el mayor contenido de acidez, también presentara,
como consecuencia, el menor valor de pH. Por otro lado, el que la bebida UF sí se
diferenciara significativamente en cuanto a la acidez de los promedios para las bebidas MF
y NF pero no en cuanto a su pH es consecuencia de las diferencias en escalas que usa cada
parámetro, pues para encontrar una diferencia significativa en el pH, por tratarse de una
escala logarítmica, es necesaria una diferencia muy marcada en cuanto a la concentración
de los ácidos entre las muestras para poder ser detectable.
162
Ducruet et al. (2010) también encontraron este comportamiento en el proceso de
reducción de ácido málico en mosto de uva por nanofiltración en dos etapas, pues las
concentraciones de ácido málico y ácido tartárico fueron reducidas en 34% y 8% en forma
respectiva, lo cual generó una reducción de 0,4 g ácido málico/L en la acidez titulable del
mosto, sin provocar cambios significativos en el pH. A la misma conclusión llegaron
Husson et al. (2013a) en su estudio con jugo de arándano rojo.
Por otro lado, para las bebidas MF, UF y NF se encontró un aumento en el pH con
respecto a los valores de los jugos originales (ver cuadros XXXI, XXXII y XXXIV,
respectivamente), lo cual era de esperarse producto de la adición de agua. Para la bebida
ED no se observó un cambio en el pH con respecto al jugo original (ver cuadro XXXVII)
pero sí una reducción con respecto a la acidez titulable. De esta forma, se demuestra que
todas las bebidas desarrolladas se caracterizaron por ser desacidificadas con respecto a los
jugos originales.
En relación con los resultados obtenidos para los compuestos bioactivos, se
evidencia que las bebidas UF y NF presentaron mayores concentraciones de polifenoles
totales (p = 0,0170) con respecto a la bebida MF, mientras que la bebida ED no se
diferenció significativamente de ninguna de las otras tres bebidas. Con respecto a los
elagitaninos, la bebida NF se caracterizó por presentar el promedio más alto (p = 0,0013),
mientras que las bebidas MF, UF y ED no se diferenciaron significativamente entre sí en
cuanto al contenido de estos compuestos.
Sin embargo, es necesario considerar para la bebida UF la observación
experimental, indicada por los consumidores, de que para esta bebida se formó un
sedimento oscuro en el fondo del vaso (figura 56), lo cual sería un indicador de que cierta
cantidad de elagitaninos habrían precipitado por la interacción con proteínas y a su vez
habría provocado que en el momento de hacer la determinación de los elagitaninos de la
bebida, algunos de ellos no hubieran sido cuantificados como consecuencia de estos
fenómenos de precipitación taninos-proteínas. El argumento anterior se respalda al
comparar los datos experimentales de concentración de elagitaninos con los valores
teóricos esperados, indicados en el cuadro A-XIX de la sección de anexos, pues claramente
163
se nota que la única bebida para la cual no hubo correspondencia entre el valor determinado
experimentalmente y el valor teórico fue para la bebida ultrafiltrada.
Figura 56. Fotografía tomada a uno de los vasos con residuos de la bebida UF.
Precisamente, con el objetivo de evidenciar la formación de dicha coloración
residual oscura para la bebida UF, se decidió hacer una comparación entre los residuos que
quedaban en los fondos de los vasitos de cada bebida, la cual fue retirada en una ocasión sin
aplicar agitación previa y en otra con agitación. De esta forma, según la figura 57, se
evidencia que cuando hubo agitación no hubo diferencia visual entre los residuos de los
vasitos de las cuatro bebidas mientras que cuando no se aplicó agitación para la bebida UF,
efectivamente, se obtuvo un sedimento residual muy oscuro, el cual no se presentó en el
resto de bebidas.
Figura 57. Comparación de las diferencias observadas entre los residuos de los vasos para cada
bebida cuando se retiró el contenido sin aplicar agitación (izquierda de cada par) y cuando sí se
aplicó agitación (derecha de cada par).
164
Otro aspecto importante de tomar en cuenta es que los jugos UF permanecieron más
tiempo en almacenamiento en comparación con los jugos NF debido a que fueron los
primeros jugos en ser procesados por lo que la formación de dicho sedimento podría
deberse a ese mayor tiempo de interacción entre los elagitaninos y las proteínas que
tuvieron los jugos UF. Además, Borneman et al. (1997) declaran que los jugos de frutas
ultrafiltrados tienden a ser inestables, pues puede generarse turbidez y cambios de color
durante el tiempo de almacenamiento, tal y como ocurrió experimentalmente. Por lo tanto,
tomando en cuenta lo anterior, no se puede concluir que la bebida UF haya estado menos
concentrada en elagitaninos que la bebida NF, a pesar del análisis estadístico.
De esta forma, en general, se debe tener en cuenta que, si se pretende comercializar
estas bebidas, lo ideal es que su material de empaque no sea transparente, pues con el
tiempo podría formarse el precipitado evidenciado por la formación de complejos de
polifenoles-proteína, lo cual podría provocar el rechazo de los consumidores (Núñez &
Brumovsky, 2010). Además, su etiqueta debería indicar la instrucción “agitar antes de
usar”. Este hecho también traería la ventaja de proteger a los antioxidantes de los efectos de
pérdida inducidos por la exposición directa a la luz. Otra opción sería llevar a cabo un
procedimiento para remover las proteínas y así evitar la aparición de turbidez durante el
almacenamiento (Pérez, 2014).
En relación con las antocianinas (p = 0,0028), se logró determinar que la bebida NF
presentó mayores concentraciones de estos compuestos en comparación con las bebidas MF
y ED mientras que la bebida UF no se diferenció significativamente en el promedio de estas
sustancias en comparación con las otras tres bebidas. Lo anterior es relevante porque viene
a apoyar los postulados de que la NF permite la concentración de estos componentes en
comparación con la microfiltración mientras que la ED genera pérdidas. Por otro lado, al
comparar los promedios experimentales con los valores teóricos del cuadro A-XIX, se
observa que todos fueron inferiores a los esperados, lo cual indica que las antocianinas
fueron los componentes fenólicos más afectados entre los analizados por cuestiones de
posibles pérdidas durante el almacenamiento de los jugos así como por exposición a la luz
durante su procesamiento para la elaboración de las bebidas. Esto va acorde con lo
planteado por Skrede et al. (2000) y Wicklund et al. (2005).
165
Por otro lado, para tener un mayor panorama de cuál tecnología podría ser la mejor
para concentrar compuestos bioactivos, se encontró que en el estudio realizado por
Ranamukhaarachchi et al. (2013), en el cual se comparó el efecto de las operaciones de
ultra y nanofiltración sobre la capacidad antioxidante de hidrolizados proteicos de soya, la
conclusión fue que la nanofiltración (2,5 kDa) presentó un mayor valor de ORAC que la
ultrafiltración (< 10 kDa) por lo que incluso se decidió aplicar la primera como tecnología
para llevar a cabo la implementación industrial del proceso. Además, Bessarabov et al.
(2002) declara que una de las mayores ventajas que tiene la nanofiltración, comparada con
la ultrafiltración, es su alta capacidad de retención de materia orgánica.
Por su parte, Soto (2014b) encontró que el procesamiento de la mora con la
membrana 1 kDa Inside Ceram generó significativamente mayores concentraciones de
acidez, sólidos solubles, polifenoles totales, antocianinas y elagitaninos con respecto al
proceso de ultrafiltración con la membrana de 5 kDa Membralox, con porcentajes de
retención de 41%, 62%, 85%, 92% y 92%, respectivamente, lo cual indicó la mayor
capacidad de retención de esta membrana conforme se incrementó la masa molecular de los
compuestos presentes en la mora. Finalmente, es importante hacer la observación de que la
membrana de 1 kDa de cerámica utilizada se encuentra en el límite de tamaño de poro entre
la NF y la UF (Vaillant, 2014) por lo que el uso de membranas con un poder de corte
inferior en el caso de la nanofiltración podría generar aún más diferencias entre las
características de los jugos de ambas tecnologías.
Con respecto a la prueba microbiológica realizada a estas bebidas, sus resultados se
observan en el cuadro A-XVIII del apartado de anexos, los cuales indican la buena
manipulación que tuvieron las bebidas desarrolladas, pues el valor máximo obtenido para el
recuento total de mesófilos aerobios fue de 5,4 x 102 UFC/mL, lo cual implica que la
aplicación de la microfiltración (Vaillant, 2004) junto con el almacenamiento en
congelación y el efecto del pH garantizaron la estabilidad microbiológica de los jugos
elaborados desde su procesamiento hasta la presentación de las bebidas al panel de
consumidores (aproximadamente 10 meses). Otro aspecto importante de mencionar es que
se trata de bebidas sin aditivos. Al respecto, como recomendación para conservar esta
166
estabilidad microbiológica en caso de comercialización, lo mejor sería llevar a cabo un
envasado aséptico.
Finalmente, a modo de conclusión, es importante mencionar que, tomando en cuenta
la información obtenida a partir de todas las pruebas realizadas, la bebida NF fue la que
resultó tener, en general, las mejores características en cuanto a sus propiedades sensoriales
y de contenido de compuestos bioactivos, lo cual era esperable, porque la tecnología de
nanofiltración se caracteriza, precisamente, por presentar una alta retención de sólidos
solubles (azúcares) (Salgado et al., 2013), polifenoles y componentes del aroma y el sabor,
como se evidencia a partir de la información del cuadro III.
Sin embargo, también es necesario mencionar que la bebida UF presentó
características sensoriales y de composición muy semejantes a la bebida NF, pero la
ultrafiltración fue mucho menos eficiente que la nanofiltración para la producción de jugo a
un mismo FRV. De esta forma, se confirma que la nanofiltración representa la mejor
tecnología de entre las tres evaluadas para la producción de jugo clarificado de mora rico en
componentes bioactivos a partir del jugo microfiltrado (Soto, 2014b) hasta FRV 6,0 que
podría transformarse en una bebida de baja acidez, con una muy buena aceptación por los
consumidores. Finalmente, la figura 58 muestra el flujo de proceso recomendado para la
elaboración de dicha bebida. Además, se plantea la posibilidad de generar incluso jugo con
mayores concentraciones de compuestos bioactivos al aumentar el FRV final del proceso
con respecto al máximo evaluado en esta investigación (Soto, 2014b), gracias también a los
buenos flujos de permeado y el bajo consumo de energía obtenidos para NF.
167
Figura 58. Flujo de proceso recomendado para la elaboración de bebida de mora nanofiltrada.
168
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 Conclusiones
Se demostró la eficacia de la operación de ultrafiltración como técnica para la
concentración de componentes, pues se encontró que los mayores promedios de ºBrix,
polifenoles totales y antocianinas los presentó el jugo obtenido al FRV 6,0. Esto generó
una desacidificación indirecta por aumento en su relación ºBrix/acidez y por la no
evidencia de efectos significativos sobre los componentes ácidos de los tres jugos
ultrafiltrados.
La mayor concentración de polifenoles provocó una mayor percepción de astringencia
para las bebidas ultrafiltradas de los FRV altos (4,0 y 6,0).
No se encontró diferencia significativa entre los parámetros fisicoquímicos de los tres
jugos nanofiltrados producidos, lo cual es un indicador de la mayor capacidad de
retención de componentes que presenta la tecnología de nanofiltración desde valores de
FRV bajos en comparación con la ultrafiltración, especialmente para moléculas de bajo
peso molecular como azúcares, polifenoles y antocianinas.
Se encontró diferencia significativa entre los promedios de acidez y las
concentraciones de ácido málico y ácido cítrico de los jugos procesados mediante
electrodiálisis en configuración bipolar, lo cual demostró la eficacia del uso de esta
tecnología como técnica de desacidificación.
Se verificó experimentalmente el desplazamiento selectivo de los iones malato y citrato
hacia el compartimento C1, el cual se concentró en iones y redujo su pH, mientras que
D1 perdió iones y aumentó su pH durante la desacidificación de jugo de mora mediante
electrodiálisis. Por su parte, E presentó una tendencia constante en el pH y la
conductividad.
Se determinó la relación proporcional existente entre el voltaje y la intensidad de
corriente a valores de densidad de corriente inferiores a la DCL y a voltajes inferiores
al máximo recomendado (17,5 V).
169
Se demostró experimentalmente que las membranas aniónicas de electrodiálisis son
más susceptibles a los fenómenos de colmataje que las membranas bipolares, lo cual,
probablemente, se debió a la presencia de las antocianinas de la mora.
No se encontró diferencias significativas entre los promedios de los parámetros de
eficiencia para los distintos ensayos de ED, lo cual implica que el rendimiento de la
operación no dependió del pH final ni del tiempo de tratamiento.
La desacidificación de jugo de mora mediante electrodiálisis bipolar generó un mayor
consumo de energía en comparación con otros estudios reportados.
Las bebidas UF, NF y ED presentaron mayores porcentajes de jugo y menores de agua
en su formulación en comparación con la bebida MF base, lo cual implica que fueron
menos diluidas.
La correcta desacidificación de los jugos de las diferentes tecnologías fue determinada
por la no diferencia significativa encontrada para la acidez sensorial por el panel
entrenado para las bebidas finales, así como por la reducción en la acidez titulable con
respecto a los jugos originales.
Se demostró que las tecnologías de ultra y nanofiltración son capaces de conservar y
concentrar los aromas y sabores característicos de la mora.
La bebida NF de FRV 6,0 presentó una mayor intensidad del olor característico a mora
y de astringencia con respecto a las otras bebidas NF y a la bebida MF.
El procesamiento del jugo de mora con electrodiálisis generó pérdidas en el perfil de
los aromas y sabores característicos, así como en la concentración de antocianinas,
polifenoles totales, elagitaninos y sólidos solubles con respecto a la bebida y al jugo
microfiltrados, respectivamente. Además, provocó la aparición de un sabor residual no
característico de alta intensidad que afectó negativamente su agrado por parte de los
consumidores.
El sabor residual no característico encontrado en las bebidas ED fue caracterizado por
los consumidores como “sabor a cloro” y proviene de algún elemento del equipo de
electrodiálisis.
170
Se dedujo que las principales vías por las cuales los jugos ED hayan podido perder
antocianinas fueron por fenómenos de colmataje en las membranas aniónicas, por su
desplazamiento hacia C1 o por fugas entre las membranas del stack.
Las pérdidas de sólidos solubles en los jugos ED pueden estar relacionadas a
interacciones de los azúcares con las membranas bipolares, debido al crecimiento de
hongos que sufrieron estas membranas, experimentalmente.
Las bebidas MF, UF y NF no se diferenciaron significativamente entre sí en cuanto a
su agrado ni en cuanto a su olor y sabor característicos, lo cual es de gran relevancia
para las dos últimas, pues tuvieron una mayor concentración de polifenoles que la
bebida MF. Esto, a su vez, fue acorde con la mayor intensidad para el color vino
determinada por el panel entrenado para estas dos bebidas con respecto a la bebida
base.
El cluster 1 representó el grupo que asignó las más altas calificaciones a las bebidas
MF, UF y NF y una calificación intermedia a la bebida ED por lo que representan los
reales consumidores de jugos y bebidas de mora y/o productos reducidos en azúcar o
concentrados, con un 31% del total de panelistas.
El cluster 5 fue el grupo que asignó las más bajas calificaciones a las cuatro bebidas
evaluadas por lo que representó la agrupación de personas (21%) que no eran
realmente consumidores de productos derivados de mora o no estaban interesados en
consumir bebidas con bajo contenido de azúcar. Los adultos jóvenes (26-35 años)
representaron el más alto porcentaje dentro de este grupo mientras que los mayores a
35 años el menor, según los rangos de edades.
Se encontró diferencias significativas entre los promedios de los prototipos finales para
el pH, la concentración de elagitaninos y antocianinas, °Brix, la acidez titulable, los
polifenoles totales y la humedad para valores de la relación ºBrix/acidez similares.
La mayor concentración de polifenoles totales, elagitaninos y antocianinas evidenciada
en la bebida NF es un indicador de una mayor capacidad antioxidante con respecto a la
bebida MF.
Se demostró que la bebida NF estaba más concentrada que la bebida MF, pues presentó
un mayor contenido de sólidos solubles y un menor porcentaje de humedad.
171
Se comprobó que la nanofiltración retiene una mayor cantidad de componentes ácidos
del jugo de mora con respecto a la ultrafiltración, debido a la más alta acidez titulable
cuantificada para la bebida NF.
Las características sensoriales y de composición de las bebidas UF y NF fueron muy
semejantes entre sí.
La bebida UF presentó la formación de un precipitado oscuro producto,
probablemente, de las interacciones elagitaninos-proteínas, lo cual influyó en una
menor cuantificación de la concentración de elagitaninos para esta bebida.
La bebida ED presentó el pH más alto de todas las bebidas por haber sido la única
tecnología en la que se evidenció la extracción parcial de los componentes ácidos del
jugo original.
La nanofiltración con una membrana de 1 kDa fue más eficiente que la ultrafiltración,
pues presentó menores valores de consumo energético (EL) y mayores de flujo de
permeado para la producción de jugo concentrado a un mismo FRV por lo que
representa la mejor opción para la producción de jugo de mora rico en compuestos
bioactivos hasta FRV 6,0, a partir de jugo microfiltrado.
Se logró demostrar exitosamente el desarrollo de una bebida clarificada de mora
concentrada en compuestos bioactivos a partir de la nanofiltración, de buena calidad
microbiológica, sin la aplicación de altas temperaturas y sin aditivos, en la cual se
corrigió la alta percepción sensorial de acidez y se logró obtener un muy buen nivel de
agrado por los consumidores.
6.2 Recomendaciones
Llevar a cabo un estudio de vida útil para las bebidas de mora NF y UF.
Remover las proteínas de los jugos UF y NF para evitar la formación de turbidez
durante el almacenamiento, por ejemplo, mediante el uso de enzimas.
Evaluar el envasado aséptico como método de empaque de las bebidas UF y NF.
Evaluar valores de FRV más altos que 6,0 para la producción de jugo de mora
concentrado en componentes bioactivos mediante la nanofiltración y ultrafiltración.
172
Llevar a cabo estudios clínicos con la bebida de mora NF para validar sus propiedades
beneficiosas a la salud.
Realizar un estudio de mercado para la bebida NF, tomando en cuenta los resultados
obtenidos del análisis de clusters, en caso de una posible comercialización.
Evaluar membranas de NF con un menor poder de corte.
Llevar a cabo pruebas de concentración-extracción con la membrana de 1 kDa a escala
industrial extrayendo el retenido en forma continua a FRV 6,0 para evaluar la
factibilidad de un escalamiento del proceso.
Evaluar la electrodiálisis con una membrana aniónica con un poder de corte más bajo
que el de la membrana aniónica estándar empleada experimentalmente, capaz de
recuperar ácido málico.
Evaluar el uso de espaciadores conductores capaces de mejorar el transporte de iones,
con el fin de buscar reducir el consumo de energía de la operación de electrodiálisis al
desacidificar jugo de mora.
Llevar a cabo el proceso de desacidificación del jugo de mora con membranas de otros
fabricantes, especialmente japonesas.
Determinar la identidad y la concentración de los compuestos responsables de aportar
el sabor residual a los jugos ED.
Efectuar análisis de costos para cada tecnología relacionados con un posible
escalamiento a nivel industrial.
173
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VIII. ANEXOS
8.1 Pruebas preliminares
Cuadro A-I. Caracterización del jugo MF usado como materia prima en las pruebas preliminares.
Parámetro Lote 1 Lote 2
R1 R2 R3 R1 R2 R3
Acidez (g/100 g)
(expresada como ácido
málico)
2,57 2,53 2,81 2,17 2,19 2,19
pH 2,78 2,79 2,77 2,82 2,81 2,83
ºBrix 10,51 10,50 12,18 11,93 11,93 11,93
Humedad (g/100 g) 90,9 91,1 89,4 89,9 89,8 89,6
ORAC (µmol de Trolox
equivalente /L muestra) 42764,24 40505,43 45163,00 46672,07 40,346,04 45641,61
Polifenoles totales (mg eq.
ácido gálico/L muestra) 3381,78 3437,97 4162,73 3566,52 3622,55 3585,06
Nota: R = Réplica.
Cuadro A-II. Fórmulas de cálculo de los valores de FRV aplicadas durante los ensayos
preliminares de ultra y nanofiltración, debidas a la extracción consecutiva de las muestras del
retenido.
Rango de FRV Fórmula de cálculo
1,1 - 2,0 FRV = 𝑉𝑎
𝑉𝑟 (ecuación 2)
2,1 - 3,0 FRV = 𝑉𝑎 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 2,0 (𝐿)
𝑉𝑟 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 2,0 (𝐿)
3,1 - 4,0 FRV = 𝑉𝑎 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 3,0 (𝐿)
𝑉𝑟 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 3,0 (𝐿)
4,1 - 5,0 FRV = 𝑉𝑎 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 4,0 (𝐿)
𝑉𝑟 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 4,0 (𝐿)
5,1 - 6,0 FRV = 𝑉𝑎 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 5,0 (𝐿)
𝑉𝑟 + 𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝐹𝑅𝑉 5,0 (𝐿)
195
Figura A-1. Curvas de flujo de permeado y FRV en función del tiempo de proceso para el ensayo
preliminar 1 de UF (Ptm = 6,25 bar, Tprom = 30ºC, hasta FRV 5,44).
Figura A-2. Curvas de flujo de permeado y FRV en función del tiempo de proceso para el ensayo
preliminar 1 de NF (Ptm = 6,20 bar; Tprom = 31ºC; hasta FRV 4,33).
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0
5
10
15
20
25
30
35
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
FRV
Flu
jo d
e p
erm
ead
o (
L/h
m2)
Tiempo (min)
Flujo de permeado FRV
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
FRV
Flu
jo d
e p
erm
ead
o (
L/h
m2)
Tiempo (min)
Flujo de permeado FRV
196
Figura A-3. Curvas de flujo de permeado y FRV en función del tiempo de proceso para el ensayo
preliminar 2 para NF (Ptm = 2,03 bar, Tprom = 35ºC, hasta FRV 6,03).
8.2 Pruebas definitivas
8.2.1 Ensayos de microfiltración tangencial
Figura A-4. Curvas de flujo de permeado y FRV en función del tiempo de proceso para el ensayo 1
de microfiltración (Ptm = 3,42 bar, Tprom = 35ºC, U = 6,1±0,2 m·s-1
, hasta FRV 27,02).
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 30 60 90 120 150 180 210 240
FRV
Flu
jo d
e p
erm
ead
o (
L/h
m2)
Tiempo (min)
Flujo de permeado FRV
1,03,05,07,09,011,013,015,017,019,021,023,025,027,029,0
0
50
100
150
200
250
0 30 60 90 120 150 180
FRV
Flu
jo d
e p
erm
ead
o (
L/h
m2)
Tiempo (min)
Flujo de permeado FRV
197
Figura A-5. Curvas de flujo de permeado y FRV en función del tiempo de proceso para el ensayo 2
de microfiltración (Ptm = 3,68 bar, Tprom = 35ºC, U = 6,1±0,2 m·s-1
, hasta FRV 31,95).
8.2.2 Análisis de varianza (ANDEVA)
8.2.2.1 Ensayos de ultra y nanofiltración tangencial y ensayos de electrodiálisis
Cuadro A-III. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del FRV final sobre los diferentes
parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas durante los ensayos de ultrafiltración
tangencial del jugo de mora.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Humedad Sólidos solubles
corregidos pH Acidez
Ácido cítrico
Ácido málico
Ácido succínico
Polifenoles totales
Elagitaninos Antocianinas
FRV 2 0,1007 0,0477* 0,1250 0,0643 0,0548 0,0519 0,4287 0,0102* 0,0802 0,0316*
*Significativo
1,03,05,07,09,011,013,015,017,019,021,023,025,027,029,031,033,035,0
0
50
100
150
200
250
300
0 30 60 90 120 150 180 210 240
FRV
Flu
jo d
e p
erm
ead
o (
L/h
m2)
Tiempo (min)
Flujo de permeado FRV
198
Cuadro A-IV. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del FRV final sobre los diferentes
parámetros de eficiencia de los ensayos de ultrafiltración tangencial del jugo de mora.
Efecto g.l. Probabilidad asociada
Jp Promedio EL
FRV 2 0,7688 0,8200
Cuadro A-V. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del FRV final sobre los diferentes
parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas durante los ensayos de nanofiltración
tangencial del jugo de mora.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Humedad Sólidos solubles
corregidos pH Acidez
Ácido cítrico
Ácido málico
Ácido succínico
Polifenoles totales
Elagitaninos Antocianinas
FRV 2 0,1884 0,1731 0,2500 0,1373 0,3998 0,1297 0,4830 0,1523 0,1597 0,2242
Cuadro A-VI. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del FRV final sobre los diferentes
parámetros de eficiencia de los ensayos de nanofiltración tangencial del jugo de mora.
Cuadro A-VII. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de tecnología sobre los
diferentes parámetros de eficiencia de los ensayos de ultra y nanofiltración tangencial del jugo de
mora.
*Significativo
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Jp Promedio EL
FRV 2 0,0857 0,2744
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Jp Promedio EL
Tipo de tecnología
1 0,0015* 0,0115*
199
Cuadro A-VIII. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del pH final sobre los diferentes
parámetros físico-químicos de las muestras obtenidas durante los ensayos de electrodiálisis del jugo
de mora.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Humedad Sólidos solubles
corregidos Acidez
Ácido cítrico
Ácido málico
Ácido succínico
Polifenoles totales
Elagitaninos Antocianinas
pH 2 0,2839 0,6831 0,0243* 0,0238* 0,0399* 0,4785 0,2159 0,6985 0,3369
*Significativo
Cuadro A-IX. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del pH final sobre los diferentes
parámetros de eficiencia de los ensayos de electrodiálisis del jugo de mora.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Tasa de desacidificación Ja
Eficiencia de
corriente RFa Consumo de
energía Ec
pH 2 0,0729 0,4482 0,4207
Repetición 1 0,0320* 0,5609 0,6595
*Significativo
8.2.2.2 Sesiones con el panel entrenado
Cuadro A-X. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de bebida sobre la
intensidad de los diferentes descriptores sensoriales de las bebidas elaboradas a partir de los jugos
ultrafiltrados en comparación con la bebida base microfiltrada.
*Significativo
Efecto g.l. Probabilidad asociada
Olor Acidez Dulzor Sabor a mora
Astringencia
Bebida 3 0,0010* 0,1602 0,2321 <0,0001* 0,0350*
200
Cuadro A-XI. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de bebida sobre la
intensidad de los diferentes descriptores sensoriales de las bebidas elaboradas a partir de los jugos
nanofiltrados en comparación con la bebida base microfiltrada.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Olor Acidez Dulzor Sabor a
mora Astringencia
Bebida 3 0,0019* 0,0157* 0,1432 0,0092* 0,0089* *Significativo
Cuadro A-XII. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de bebida sobre la
intensidad de los diferentes descriptores sensoriales de las bebidas elaboradas a partir de los jugos
desacidificados mediante electrodiálisis en comparación con la bebida base microfiltrada.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Olor Acidez Dulzor Sabor a
mora Astringencia
Bebida 3 0,6760 0,0464* 0,1052 <0,0001* 0,6709 *Significativo
Cuadro A-XIII. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de bebida sobre la
intensidad del sabor residual no característico de las bebidas elaboradas a partir de los jugos
desacidificados mediante electrodiálisis.
Efecto g.l. Probabilidad asociada
Sabor residual no característico
Bebida 2 0,5656
*Significativo
Cuadro A-XIV. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de bebida sobre la
intensidad de los diferentes descriptores sensoriales de las bebidas clasificadas como mejores
representantes de cada tecnología, en las sesiones finales con el panel entrenado del CITA.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Color Olor Acidez Sabor a
mora Astringencia
Sabor residual no
característico
Bebida 3 < 0,0001* 0,0024* 0,2102 < 0,0001* 0,0657 < 0,0001*
Panelista 22 < 0,0001* < 0,0001* < 0,0001* < 0,0001* < 0,0001* < 0,0001*
Repetición 1 0,6877 0,0099* 0,1468 0,3890 0,4923 0,0845
*Significativo
201
8.2.2.3 Pruebas de consumidores: agrado general
Cuadro A-XV. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de bebida sobre el agrado
general de las bebidas correspondientes a los prototipos finales.
Efecto g.l. Probabilidad asociada
Agrado
Bebida 3 < 0,0001*
*Significativo
Cuadro A-XVI. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del número de cluster sobre el
agrado general de los grupos obtenidos mediante el análisis de clusters.
Efecto g.l. Probabilidad asociada
Cluster 4 < 0,0001*
Bebida 3 < 0,0001*
Cluster*bebida 12 < 0,0001*
*Significativo
8.2.2.4 Caracterización fisicoquímica de los prototipos finales
Cuadro A-XVII. Análisis de varianza para la evaluación del efecto del tipo de bebida sobre los
diferentes parámetros físico-químicos de los prototipos finales.
Efecto g.l.
Probabilidad asociada
Humedad Sólidos solubles
corregidos pH Acidez
Polifenoles totales
Elagitaninos Antocianinas Relación
brix/acidez
Bebida 3 0,0352* 0,0065* <0,0001* <0,0001* 0,0170* 0,0013* 0,0028* 0,0617
*Significativo
8.2.3 Caracterización microbiológica
Cuadro A-XVIII. Recuentos totales aerobios obtenidos para los diferentes prototipos finales.
Bebida Recuento de mesófilos aerobios (UFC/mL)
MF < 10 UF 4,8 x 102 NF 1,0 x 101
ED 5,4 x 102
202
8.2.4 Valores teóricos de los polifenoles en los prototipos finales
Cuadro A-XIX. Valores promedio teóricos del contenido final de los diferentes tipos de polifenoles
en los prototipos finales calculados a partir de un balance de masas.
Bebida
Polifenoles totales teóricos
(mg ácido gálico/L muestra)
Elagitaninos teóricos (mg ácido elágico/L
muestra)
Antocianinas teóricas (mg cianidin-3-
glucósido/L muestra)
MF 898±5 49±4 147±11
UF 1613±170 92±1 247±11
NF 1548±239 93±19 251±51
ED 1310±50 66±9 200±1
* Datos son reportados como promedio ± intervalo de confianza (n=2), con un nivel de confianza del 95 %.
8.2.5 Panel sensorial preliminar de las bebidas usadas en las primeras sesiones
con el panel entrenado
Cuadro A-XX. Evaluación preliminar de las bebidas elaboradas a partir del jugo microfiltrado de
mora.
Muestra Panelista
Conclusión general 1 2 3
MF1
(40/60)
Intensidad de color
intermedio, buen
sabor a mora, buen
nivel de ácido, bajo
dulzor, menos ácida
de las tres. Sin
residual
Más ácido Sabor residual
No se encontró
grandes diferencias
sensoriales entre las
bebidas
provenientes de
MF1 y MF3. Se
descarta el uso de la
bebida a partir de
MF2 para las
pruebas definitivas
MF2
(40/60)
Color más fuerte,
buen sabor a mora,
más ácida, bajo
dulzor
Menos sabor, se
percibe una
diferencia
significativa con
respecto a las otras
dos bebidas
Más ácida, más
oscura, mayor sabor
residual
MF3
(40/60)
Intensidad de color
más claro, mayor
sabor a mora
Más ácido Sabor residual
203
Cuadro A-XXI. Evaluación preliminar de las bebidas elaboradas a partir de los jugos de mora
desacidificados mediante electrodiálisis.
Muestra Panelista
Conclusión general 1 2 3
ED pH 3,22 E1
Diferencias son leves en
cuanto a sabor a mora
y acidez
Más sabor a mora, menor sabor residual
Leve sabor residual
Más ácida en general y menor
sabor residual entre bebidas ED. Se
decide usar ambas bebidas en pruebas
definitivas
ED pH 3,18 E2
Un poco más intenso el sabor
residual Buena
ED pH 3,38 E1
Menor residual
Un poco menor el sabor residual
Poco sabor residual
Menor sabor residual que ED pH
3,45 E1 y ED pH 3,48 E2. Se decide usar ambas bebidas en pruebas
definitivas
ED pH 3,34 E2
Sabor residual leve
Más fuerte Poco sabor
residual
ED pH 3,45 E1
Mayor sabor a químico.
Sabor menos fuerte. Buen
nivel dulzor/acidez
Mayor sabor a mora
Sabor residual, como a agua
clorada
Diferencias entre muestras es leve.
Olor como a yodo/cloro. Más intenso el sabor
residual. Se decide usar ambas bebidas
en pruebas definitivas
ED pH 3,48 E2
Más fuerte el sabor a mora.
Con más cuerpo. Igual intensidad de sabor residual
Poco aroma, sabor residual
Menos ácido, menos residual
204
Cuadro A-XXII. Evaluación preliminar de las bebidas elaboradas a partir de los jugos ultrafiltrados
de mora.
Cuadro A-XXIII. Evaluación preliminar de las bebidas elaboradas a partir de los jugos
nanofiltrados de mora.
Muestra Panelista
Conclusión general 1 2 3
UF FRV 2,08
E1 No diferencia
No
diferencia
No
diferencia
No diferencia. Se decide
usar ambas bebidas en
pruebas definitivas
Bebidas más
astringentes
que las de NF
UF FRV 2,02
E2
UF FRV 4,00
E1
Levemente
más dulce -
No
diferencia
Pequeñas diferencias. Se
decide usar ambas
bebidas en pruebas
definitivas
UF FRV 4,02
E2 -
Un poco
más dulce
UF FRV 5,99
E1
Levemente
más dulce Más dulce Más ácida Mezclar ambas bebidas.
Más dulces que bebidas
de NF UF FRV 5,99
E2 Dulcete - -
Muestra Panelista
Conclusión general 1 2 3
NF FRV
1,99 E2 Más dulce Más dulce Más dulce Mezclar
ambas
bebidas
En general, los
tres consideraron
que estas bebidas
fueron menos
astringentes que
las de UF
NF FRV
2,12 E1
Menos
dulce Menos dulce Menos dulce
NF FRV
4,03 E1
Menor
sabor a
mora, más
ácida
Poco perceptible la
diferencia, buen sabor
y olor, un poco más
dulces que NF FRV
6,13 E1 y NF FRV 6,06
E2
Más ácida
que NF FRV
6,13 E1 y NF
FRV 6,06 E2
Mezclar
ambas
bebidas NF FRV
4,12 E2 Más dulce
NF FRV
6,13 E1
Muy
natural el
sabor a
mora
Un poco más ácido No diferencia
Diferencias
muy leves.
Se decide
usar ambas
bebidas en
pruebas
definitivas
NF FRV
6,06 E2
Cierto
sabor
residual
inicial
Olor fresco, buen
dulzor
Excelente,
aromático
205
8.2.6 Hojas de respuestas usadas en las pruebas sensoriales
8.2.6.1 Sesiones 1, 2 y 3 con el panel entrenado
206
8.2.6.2 Sesión 4 con el panel entrenado
207
8.2.6.3 Sesiones 5 y 6 con el panel entrenado
208
Muestra: __ _
ausente moderado fuerte muyfuerte
Muestra: __ _
ausente debil moderado fuerte muy fuerte
Acidez (evalue Ia intensidad percibida del gusto acido)
Muestra: __ _
ausente debil moderado fuerte muy fuerte
Muestra: __ _
ausente debil moderado fuerte uyfuerte
Muestra: __ _
ausente debil moderado fuerte muy fuerte
Muestra: __ _
ausente debil moderado fuerte muy fuerte
Sabor caracteristico (evalue Ia intensidad percibida del sabor a mora)
Muestra: __ _
ausente debil moderado fuerte muy fuerte
Muestra: __ _
ausente debil moderado fuerte muy fuerte
209
210
211
8.2.6.4 Panel de consumidores
212
213
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