UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE TECNOLOGÍA DE …

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



4.4.3 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



4.4.4 Evaluación sensorial: pruebas de consumidores ............................................................. 71

4.4.4.1 Agrado general .............................................................................................................. 71

4.4.4.1.1. Procedimiento ........................................................................................................... 71



4.4.4.2 Prueba de agrupamiento .............................................................................................. 73

4.4.4.2.1 Procedimiento ............................................................................................................ 73


4.4.5 Determinación de las propiedades finales de las bebidas ............................................... 75

4.4.5.1 Procedimiento ............................................................................................................... 75

viii



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


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


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


diferentes jugos nanofiltrados. ............................................................................................ 100


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 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


entre los clusters obtenidos para la bebida UF. .................................................................. 150


entre los clusters obtenidos para la bebida NF. .................................................................. 152


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



3. Evaluar el efecto de la electrodiálisis, a nivel de planta piloto, como tecnología



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


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


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


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


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





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


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


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



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


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


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




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.


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



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


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.


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


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.


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





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


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.


5.2.1 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.


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


realizados con la membrana de 1 kDa se observan en la figura 26.


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.


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


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



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


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


realizados con el equipo de electrodiálisis se observan en la figura 27.


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)




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)


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)




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)


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


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



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


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


jugos nanofiltrados, en comparación con la bebida base microfiltrada.

Bebida

Variable respuesta

Olor


Sabor


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


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


jugos desacidificados mediante electrodiálisis, en comparación con la bebida base microfiltrada.

Bebida

Variable respuesta

Olor


Sabor


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


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


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


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


Lo tomaría solo porque eslo único que tengo quetomar


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.


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




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


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




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.


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




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


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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194

VIII. ANEXOS


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)







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).


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)


196


preliminar 2 para NF (Ptm = 2,03 bar, Tprom = 35ºC, hasta FRV 6,03).


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)


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)


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)


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.




Ácido cítrico

Ácido málico

Ácido succínico

Polifenoles totales


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.


Jp Promedio EL

FRV 2 0,0857 0,2744

Efecto g.l.


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.



corregidos Acidez

Ácido cítrico

Ácido málico

Ácido succínico

Polifenoles totales


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.


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


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


nanofiltrados en comparación con la bebida base microfiltrada.

Efecto g.l.


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


desacidificados mediante electrodiálisis en comparación con la bebida base microfiltrada.

Efecto g.l.


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.


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.


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.


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.


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.




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


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


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


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: __ _


Muestra: __ _

ausente debil moderado fuerte uyfuerte

Muestra: __ _


Muestra: __ _


Sabor caracteristico (evalue Ia intensidad percibida del sabor a mora)

Muestra: __ _


Muestra: __ _


209

210

211

8.2.6.4 Panel de consumidores

212

213

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