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Caracterizaci�n qu�mica y microbiol�gica de un alimento l�quido modificado con mezclas de biopol�meros naturales

 

Chemical and microbiological characterization of a liquid food modified with mixtures of natural biopolymers

 

Caracteriza��o qu�mica e microbiol�gica de um alimento l�quido modificado com misturas de biopol�meros naturais

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: jose.baquerizoc@ug.edu.ec

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 20 de abril de 2025 *Aceptado: 17 de mayo de 2025 * Publicado: �05 de junio de 2025

 

        I.            Universidad de Guayaquil, Guayaquil, Guayas, Ecuador.

      II.            Universidad de Guayaquil, Guayaquil, Guayas, Ecuador.

   III.            Universidad de Guayaquil, Guayaquil, Guayas, Ecuador.

   IV.            Universidad T�cnica Estatal de Quevedo, Quevedo, Los R�os, Ecuador.

 

Resumen

El presente estudio tuvo como finalidad evaluar el efecto de diferentes mezclas de biopol�meros naturales (goma xantana, goma guar y carboximetilcelulosa) en las propiedades qu�micas y microbiol�gicas de un jugo de pi�a (Ananas comosus), con el fin de determinar su influencia sobre la estabilidad del producto y su posible aplicaci�n como bebida funcional. Se elaboraron varias formulaciones de jugo de pi�a adicionadas con distintas concentraciones de hidrocoloides. Las variables evaluadas fueron: pH, acidez titulable y recuento de mohos y levaduras. Las determinaciones se realizaron siguiendo normas t�cnicas ecuatorianas (INEN) y los datos fueron analizados mediante an�lisis de varianza (ANOVA), considerando un nivel de significancia de p<0,05. Los resultados indicaron que la adici�n de mezclas de gomas influy� significativamente en los valores de pH y acidez titulable del jugo (p<0,05), observ�ndose un comportamiento diferencial seg�n la combinaci�n y concentraci�n de hidrocoloides. No se detectaron efectos estad�sticamente significativos sobre el conteo de mohos y levaduras (p>0,05), lo que sugiere una relativa estabilidad microbiol�gica. Adem�s, todos los tratamientos presentaron niveles microbiol�gicos dentro de los l�mites establecidos por la normativa ecuatoriana.

Palabras clave: Pi�a; hidrocoloide; goma xantana; goma guar; CMC.

 

Abstract

The purpose of this study was to evaluate the effect of different mixtures of natural biopolymers (xanthan gum, guar gum, and carboxymethylcellulose) on the chemical and microbiological properties of pineapple (Ananas comosus) juice, in order to determine their influence on product stability and its potential application as a functional beverage. Several pineapple juice formulations were prepared with different concentrations of hydrocolloids. The variables evaluated were: pH, titratable acidity, and mold and yeast count. The determinations were performed following Ecuadorian technical standards (INEN), and the data were analyzed by analysis of variance (ANOVA), considering a significance level of p < 0.05. The results indicated that the addition of gum mixtures significantly influenced the pH and titratable acidity values ​​of the juice (p < 0.05), with differential behavior being observed depending on the combination and concentration of hydrocolloids. No statistically significant effects were detected on mold and yeast counts (p>0.05), suggesting relative microbiological stability. Furthermore, all treatments showed microbiological levels within the limits established by Ecuadorian regulations.

Keywords: Pineapple; hydrocolloid; xanthan gum; guar gum; CMC.

 

Resumo

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes misturas de biopol�meros naturais (goma xantana, goma guar e carboximetilcelulose) nas propriedades qu�micas e microbiol�gicas do sumo de anan�s (Ananas comosus), de forma a determinar a sua influ�ncia na estabilidade do produto e a sua potencial aplica��o como bebida funcional. Foram preparadas diversas formula��es de sumo de anan�s com diferentes concentra��es de hidrocoloides. As vari�veis ​​avaliadas foram: pH, acidez titul�vel e contagem de fungos e leveduras. As determina��es foram realizadas seguindo as normas t�cnicas equatorianas (INEN), e os dados foram analisados ​​por an�lise de vari�ncia (ANOVA), considerando um n�vel de signific�ncia de p < 0,05. Os resultados indicaram que a adi��o de misturas de gomas influenciou significativamente os valores de pH e acidez titul�vel do sumo (p < 0,05), tendo sido observado um comportamento diferencial em fun��o da combina��o e concentra��o de hidrocol�ides. N�o foram detetados efeitos estatisticamente significativos nas contagens de fungos e leveduras (p> 0,05), sugerindo uma relativa estabilidade microbiol�gica. Al�m disso, todos os tratamentos apresentaram n�veis microbiol�gicos dentro dos limites estabelecidos pela regulamenta��o equatoriana.

Palavras-chave: Anan�s; hidrocol�ide; goma xantana; goma guar; CMC.

 

Introducci�n

La estabilidad fisicoqu�mica y microbiol�gica de los alimentos l�quidos representa uno de los principales desaf�os en la industria alimentaria contempor�nea, especialmente en productos elaborados a partir de frutas tropicales altamente perecederas, como el jugo de pi�a (Ananas comosus) (Moreira et al., 2025). Este tipo de matrices alimentarias es particularmente susceptible a alteraciones por procesos de oxidaci�n, separaci�n de fases, fermentaci�n indeseada y proliferaci�n microbiana, lo cual afecta directamente su vida �til e inocuidad (Rosero et al., 2024). Frente a esta problem�tica, el empleo de aditivos naturales como los biopol�meros y en especial los hidrocoloides se ha convertido en una estrategia tecnol�gica efectiva para mejorar la estabilidad, textura y conservaci�n de estos productos (Gao et al., 2024).

Los hidrocoloides como la goma xantana, la goma guar y la carboximetilcelulosa (CMC) son pol�meros hidrosolubles que, al interactuar con los componentes de alimentos l�quidos, modifican sus propiedades reol�gicas, reducen la sedimentaci�n de part�culas (Cornejo et al., 2019; Mart�nez et al., 2025). Estas sustancias, adem�s de ser reconocidas como seguras por organismos regulatorios internacionales, son compatibles con formulaciones limpias, lo cual responde a la creciente demanda de los consumidores por productos naturales y con menor carga qu�mica (Laz et al., 2018). En consecuencia, su incorporaci�n en jugos de frutas ha sido ampliamente investigada como alternativa tecnol�gica para conservar la calidad durante el almacenamiento sin recurrir a tratamientos t�rmicos intensivos.

En cuanto a la goma xantana y la goma guar, diversos autores han reportado su capacidad para encapsular �cidos org�nicos y otros compuestos, lo que puede modificar el pH y la acidez titulable de las bebidas, factores determinantes en la estabilidad microbiol�gica y sensorial (Flores et al., 2023). Por su parte, la carboximetilcelulosa (CMC) ha sido ampliamente utilizada en productos basados en frutas por su eficacia como espesante y estabilizante, contribuyendo a la formaci�n de redes gelificadas que retienen agua y s�lidos en suspensi�n (Wandanu et al., 2023). La elecci�n y combinaci�n adecuada de estos biopol�meros permite dise�ar matrices alimentarias con propiedades reol�gicas y microbiol�gicas optimizadas, adaptadas a las exigencias del mercado y la normativa vigente (Mart�nez et al., 2025).

Sin embargo, a pesar de los avances en la aplicaci�n de biopol�meros, existe una escasez de estudios integrales que eval�en de forma simult�nea los efectos combinados de mezclas de hidrocoloides sobre par�metros qu�micos y microbiol�gicos en jugos de frutas altamente perecederas (Muhammad et al., 2025). Particularmente, se desconoce en qu� medida estas combinaciones afectan variables cr�ticas como el pH, la acidez titulable y el recuento de mohos y levaduras, todos ellos indicadores clave de calidad, seguridad e integridad del producto (Castulovich & Franco, 2018; Flores et al., 2024).

Desde el punto de vista microbiol�gico, la mayor�a de los estudios se ha centrado en la funcionalidad tecnol�gica de los hidrocoloides, existiendo un creciente inter�s en comprender c�mo estos compuestos pueden contribuir a la conservaci�n microbiol�gica de los jugos, ya sea mediante la reducci�n de la actividad acuosa o por la formaci�n de barreras f�sicas que dificulten la proliferaci�n microbiana (D�az et al., 2024). Sin embargo, los resultados reportados son variables y dependen tanto del tipo y concentraci�n de hidrocoloide utilizado como de las condiciones de almacenamiento y la composici�n inicial del jugo.

El uso de mezclas sin�rgicas de hidrocoloides puede ofrecer ventajas adicionales frente a la utilizaci�n individual de cada pol�mero, debido a que podr�an generar redes tridimensionales m�s estables que potencien el efecto espesante y antimicrobiano, as� como mejorar la textura y la apariencia del producto final (Razavi & Alghooneh, 2020). No obstante, el comportamiento de estos sistemas es altamente dependiente de las concentraciones utilizadas, la interacci�n con los componentes del jugo y las condiciones de procesamiento, por lo que resulta esencial caracterizarlos adecuadamente (Mezreli et al., 2024).

En este contexto, el presente estudio tiene como objetivo caracterizar qu�mica y microbiol�gicamente un jugo de pi�a modificado con mezclas de goma xantana, goma guar y carboximetilcelulosa, evaluando las variables de pH, acidez titulable y recuento de mohos y levaduras. Se pretende aportar evidencia cient�fica sobre el efecto combinado de estos biopol�meros en la estabilidad y seguridad de matrices l�quidas, contribuyendo al dise�o de alimentos innovadores, sostenibles y alineados con las demandas actuales de la industria y los consumidores. Los resultados de esta investigaci�n permitir�n profundizar en la comprensi�n de los mecanismos de acci�n de los hidrocoloides en sistemas alimentarios complejos y ofrecer�n herramientas para optimizar la formulaci�n y conservaci�n de jugos de frutas, con especial �nfasis en su calidad fisicoqu�mica y microbiol�gica.

 

Metodolog�a

Las muestras de pi�a fueron seleccionadas y transportadas a un taller especializado de productos hortofrut�culas, posteriormente fueron lavadas y desinfectadas seg�n las normativas establecidas.

Mediante el uso de utensilios de acero inoxidable, la pulpa fue extra�da para su licuado mec�nico junto a una cantidad determinada de agua. El resultante procesado se filtr� para obtener un jugo sin restos de bagazo.

Todas las formulaciones se sometieron a un proceso t�rmico de pasteurizaci�n a 63 �C por 30 minutos, adicionando las mezclas de hidrocoloides junto a los dem�s ingredientes como sacarosa.

Los tratamientos se envasaron en botellas de vidrio esterilizadas y almacenadas a una temperatura de 4 �C.

Los tratamientos elaborados se detallan en la tabla 1.

Tabla 1. Tratamientos

 

Para la presente investigaci�n fue aplicado un dise�o bifactorial de axb+1 con 4 tratamientos m�s un testigo y 3 r�plicas, para tener un total de 15 unidades experimentales. Los resultados se procesaron en el software IBM SPSS Statistics 27.

Fueron realizados caracterizaci�n de las siguientes variables a evaluar:

pH: La medici�n del pH se realiz� siguiendo el procedimiento descrito en la Norma T�cnica Ecuatoriana NTE INEN 1842: PRODUCTOS VEGETALES Y DE FRUTAS � DETERMINACI�N DE pH (INEN, 2013a). Para ello, se utiliz� un potenci�metro de mesa (Ohaus, modelo Starter 3100), calibrado previamente.

Se tomaron 40 mL de jugo de pi�a utilizando una balanza anal�tica (Ohaus, modelo PA4202), y se transfirieron a un vaso de precipitaci�n, donde se agitaron suavemente para homogeneizar la muestra. A continuaci�n, se insertaron cuidadosamente los electrodos del potenci�metro en el l�quido, evitando el contacto con las paredes del recipiente para asegurar una lectura precisa. Cada medici�n se repiti� tres veces sobre la misma muestra para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

Acidez titulable: Se llev� a cabo conforme a la metodolog�a descrita en la Norma T�cnica Ecuatoriana NTE INEN 009: Leche. Determinaci�n de la acidez titulable (INEN, 2012), adaptada para su aplicaci�n en matrices l�quidas vegetales. Para este an�lisis se utilizaron matraces Erlenmeyer, pipetas y una bureta.

Inicialmente, la muestra fue acondicionada a una temperatura de 20 �C para asegurar su homogeneizaci�n. El matraz Erlenmeyer se lav� previamente con detergente biodegradable y enjuagado con agua destilada, sec�ndose posteriormente en una estufa de convecci�n forzada (Memmert, modelo UN-110) a 103 �C � 2 �C durante 30 minutos.

Luego, se transfirieron 5 gramos del jugo al matraz, diluy�ndose con 50 mL de agua destilada. A continuaci�n, se a�adi� 1 mL de fenolftale�na como indicador �cido-base. La muestra se titul� mediante agitaci�n constante con una soluci�n de hidr�xido de sodio 0,1 N, hasta observar la aparici�n de una coloraci�n rosada persistente. Finalmente, se registr� el volumen exacto de soluci�n alcalina consumida mediante la lectura de la bureta.

Mohos y levaduras: Se emple� agar papa dextrosa y se dej� incubar durante dos d�as a una temperatura de 25 �C. Las colonias se contabilizaron. (Inen, 2013b).

 

Resultados

En la Tabla 2 se presentan los resultados del an�lisis de varianza (ANOVA), a partir del cual se determin� que tanto el pH como la acidez titulable mostraron diferencias estad�sticamente significativas entre tratamientos (p<0,05), indicando que dichas variables fueron influenciadas por las condiciones aplicadas. En contraste, los valores obtenidos para el recuento de mohos y levaduras no evidenciaron variaciones significativas (p>0,05), lo que sugiere que los tratamientos evaluados no tuvieron un efecto notable sobre la carga microbiana f�ngica del jugo.�

 

Tabla 2. Res�menes resultados ANOVAS

 

En relaci�n al pH, seg�n se detalla en la tabla 3 de los subgrupos homog�neos conforme al m�todo de Tukey, todos los tratamientos exhibieron valores superiores de pH frente al testigo.

 

Tabla 3. Subconjuntos homog�neos de Tukey par�metro pH

 

En la tabla 4 es observable, que el tipo de gomas naturales y sus concentraciones modifican la acidez de la bebida; adem�s, la goma xantana y goma guar percibieron menores variaciones en esta variable.

 

Tabla 4. Subconjuntos homog�neos de Tukey par�metro acidez

 

Como se muestra en la Tabla 5, ni el tipo de biopol�mero utilizado ni su concentraci�n generaron variaciones en los niveles de coliformes totales. Asimismo, todos los tratamientos evaluados presentaron valores que se mantienen dentro de los l�mites establecidos por la normativa sanitaria ecuatoriana vigente.

 

Tabla 5. Subconjuntos homog�neos de Tukey par�metro mohos y levaduras

 

 

Discusi�n

Los resultados obtenidos en la caracterizaci�n qu�mica y microbiol�gica del jugo de pi�a modificado con mezclas de goma xantana, goma guar y carboximetilcelulosa (CMC) evidencian el impacto positivo de estos biopol�meros sobre la estabilidad del producto.

En investigaciones previas, se ha documentado que la goma xantana presenta una notable estabilidad como agente espesante en medios �cidos, manteniendo su funcionalidad en rangos de pH de 2,5 a 11,0, lo que la convierte en un hidrocoloide adecuado para jugos de frutas de baja acidez como el de pi�a o maracuy� (Boonditsataporn & Vatthanakul, 2022). Por el contrario, la CMC muestra una mayor sensibilidad a valores de pH bajos; en condiciones �cidas (pH < 3), la CMC tiende a despolimerizarse y precipitar, perdiendo su capacidad espesante y afectando la estabilidad del sistema (Kumari & Sharma et al., 2024). Esto implica que, en formulaciones donde predomina la goma xantana sobre la CMC, el pH se mantiene m�s estable y la viscosidad es mayor, mientras que un incremento de CMC puede resultar en una disminuci�n del pH y una menor estabilidad reol�gica.

En contraste, estudios realizados en jugos de frutas tropicales como el de maracuy� han reportado que la goma xantana, incluso en bajas concentraciones, mantiene la estabilidad del pH durante el almacenamiento, evitando la precipitaci�n y la separaci�n de fases (Laz et al., 2018), a diferencia de la CMC que solo es efectiva como estabilizante en un rango de pH m�s neutro (Guo et al., 2021). En el caso espec�fico del jugo de pi�a, se ha observado que la adici�n de hidrocoloides como pectina tambi�n puede reducir el pH, debido a la presencia de grupos carboxilo que al hidrolizarse generan �cidos org�nicos, incrementando la acidez del sistema (Hariadi et al., 2023).

Respecto a la acidez titulable, los resultados de este y otros estudios indican que la incorporaci�n de biopol�meros puede modular este par�metro, aunque el efecto depende de la naturaleza del hidrocoloide y de la matriz alimentaria (Ağag�nd�z et al., 2023). En mezclas de jugos de pi�a con otros ingredientes, se ha reportado que la acidez titulable tiende a disminuir con el aumento de la proporci�n de jugo de pi�a, pero puede incrementarse cuando se adicionan hidrocoloides con grupos �cidos libres, como la pectina o la CMC (Wandanu et al., 2023). Lo que resaltan los valores de la presente investigaci�n donde los mayores valores de acidez lo mostraron los tratamientos con CMC.

En cuanto al recuento de mohos y levaduras los biopol�meros pueden ejercer un efecto indirecto sobre la estabilidad microbiol�gica, probablemente al reducir la actividad acuosa y crear una matriz m�s densa que limita la movilidad y disponibilidad de nutrientes para los microorganismos (Nur'Abidah et al., 2023). Estudios recientes han se�alado que los hidrocoloides pueden encapsular compuestos bioactivos como polifenoles y antocianinas, los cuales poseen actividad antimicrobiana y contribuyen a la inhibici�n del crecimiento microbiano (Flores et al., 2023). La reducci�n del crecimiento de mohos y levaduras mediante la modificaci�n de la matriz con hidrocoloides puede contribuir a la inocuidad y conservaci�n de los jugos, aunque no sustituye la aplicaci�n de tratamientos t�rmicos o la adici�n de conservantes cuando sea necesario, es fundamental considerar que el efecto antimicrobiano de los biopol�meros es indirecto y puede variar seg�n las condiciones de almacenamiento y la carga microbiana inicial (D�az et al., 2024). Lo que se enmarca en la presente investigaci�n que no presento significancia en la variable microbiol�gica debido a la poca carga inicial de la bebida al ser pasteurizada y almacenada con una correcta cadena de fr�o.

 

Conclusiones

Los resultados obtenidos en esta investigaci�n demuestran que la incorporaci�n de mezclas de biopol�meros naturales, particularmente goma xantana, goma guar y CMC en jugos de pi�a tiene un impacto significativo sobre los par�metros qu�micos del producto, como el pH y la acidez titulable. Estos cambios evidencian que la formulaci�n con hidrocoloides permite modificar la acidez del medio, lo cual podr�a estar relacionado con la interacci�n entre los componentes del jugo y las propiedades fisicoqu�micas de los pol�meros.

Desde el punto de vista microbiol�gico, los recuentos de mohos y levaduras se mantuvieron estables, sin diferencias significativas entre tratamientos, lo que indica que las mezclas de hidrocoloides no promueven el desarrollo de estos microorganismos. Adem�s, la ausencia de coliformes fuera del rango normativo confirma que el proceso de elaboraci�n y las condiciones de tratamiento fueron adecuadas para mantener la inocuidad del producto.

Sin embargo, una de las principales limitaciones del estudio fue el enfoque en una evaluaci�n puntual sin considerar el comportamiento de las formulaciones a lo largo del tiempo. Por tanto, se recomienda la realizaci�n de estudios complementarios que incluyan ensayos de vida �til, an�lisis reol�gicos, y pruebas sensoriales que permitan evaluar la aceptaci�n del producto en condiciones reales de mercado.

En conjunto, esta investigaci�n aporta evidencia relevante sobre la aplicabilidad de los hidrocoloides naturales en la estabilizaci�n de bebidas funcionales y sienta las bases para su implementaci�n en sistemas de producci�n artesanal o industrial, contribuyendo a la diversificaci�n e innovaci�n en el sector de alimentos l�quidos tropicales.

 

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� 2025 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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