ES2316933T3 - Procedimiento para eliminar el nitrogeno de nitratos del zumo de verduras. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para eliminar el nitrógeno del nitrato de un zumo de verduras, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de concentrar dicho zumo de verduras hasta obtener un concentrado y someter dicho concentrado a electrodiálisis, en el que dicho zumo de verduras se concentra a una concentración Brix del 10-60%.
Description
Procedimiento para eliminar el nitrógeno de
nitratos del zumo de verduras.
Esta invención se refiere a un procedimiento
para eliminar el nitrógeno del nitrato de un zumo de verduras. Un
zumo de verduras obtenido exprimiendo verduras contiene con
frecuencia nitrógeno del nitrato, o nitrógeno en la forma de iones
nitrato, derivados de las verduras. Puesto que se sabe que tal
nitrógeno del nitrato es dañino para la salud de una persona, es
deseable eliminar el nitrógeno del nitrato de un zumo de verduras.
Es por consiguiente un objeto de esta invención proporcionar un
procedimiento para eliminar de manera eficaz el nitrógeno del
nitrato de un zumo de verduras.
Se han conocido procedimientos de uso de resinas
de intercambio iónico para eliminar el nitrógeno del nitrato de un
zumo de verduras, tales como los descritos en las Publicaciones de
Patente Japonesa Tokkai 59-31678,
11-290041 y 54-38373, y en la
Publicación de Solicitud Europea Número EP 0 547 236 A1. Por
ejemplo, la Publicación de Patente Japonesa Tokkai
54-38373 describe un procedimiento para el
tratamiento por intercambio iónico del zumo de apio, en el que se
lava el apio crudo, se clasifica y se machaca, y la parte de zumo
separada se somete a continuación al tratamiento de intercambio
iónico para bajar el contenido de nitrógeno en la forma de ácido
nítrico; el documento EP 0 547 236 AI describe un procedimiento para
eliminar al menos parcialmente el cloruro libre y los iones nitrato
del zumo obtenido presionando hojas verdes usando una membrana de
intercambio iónico.
Estos procedimientos de la técnica anterior no
son favorables porque el trabajo de lavar y de intercambiar las
resinas de intercambio iónico es muy problemático y hay otros
problemas tales como la adsorción del componente de sabor del
vegetal a la resina de intercambio iónico o que el olor de la resina
de intercambio iónico quede fijado al zumo de las verduras. También
se han conocido procedimientos de electrodiálisis para tratar agua
que contiene nitrógeno del nitrato, tales como los descritos en las
Publicaciones de Patente Japonesa Tokkai 7-171574,
9-75990 y 9-103799, pero el
nitrógeno del nitrato no puede eliminarse eficazmente de un zumo de
verduras aunque se someta el zumo de verduras mismo a
electrodiálisis.
Es por consiguiente un objeto de esta invención
proporcionar un procedimiento con alta viabilidad para eliminar
eficazmente el nitrógeno del nitrato de un zumo de verduras sin
afectar de manera adversa el sabor original del zumo de
verduras.
La presente invención se refiere, en vista de lo
anterior, a un procedimiento para eliminar el nitrógeno del nitrato
de un zumo de verduras, comprendiendo dicho procedimiento las etapas
de concentrar dicho zumo de verduras para obtener un concentrado y
someter dicho concentrado a electrodiálisis, en el que dicho zumo de
verduras se concentra hasta la concentración Brix de
10-60%.
No hay limitación en cuanto al tipo de zumo de
verduras para el que es aplicable la presente invención mientras
contenga nitrógeno de nitrato. En otras palabras, no hay limitación
en cuanto al tipo de verduras a partir de las que puede obtenerse
tal zumo de verduras aunque la invención es particularmente eficaz
frente al zumo de verduras de verduras de hoja (o las denominadas
hortalizas verdes), por ejemplo el apio, la espinaca y la col
rizada, que contienen generalmente una gran cantidad de nitrógeno de
nitrato.
Según esta invención, tal zumo de verduras
primero se concentra. La invención no impone ninguna limitación
particular en el procedimiento de concentración, tal como la
concentración normal, la concentración en vacío y la concentración
por ósmosis inversa. Entre estos, sin embargo, los procedimientos de
concentración en vacío y de concentración por ósmosis inversa se
benefician por el objeto de evitar el máximo posible el deterioro
del sabor original del zumo de verduras. Como se explicará con
detalle a continuación, el nitrógeno del nitrato puede eliminarse
de manera mucho más eficaz si primero se concentra el zumo de
verduras y el concentrado obtenido de esa manera se somete a
electrodiálisis que si el zumo de verduras se somete directamente a
electrodiálisis sin concentrarlo previa-
mente.
mente.
Resulta de preferencia ajustar el volumen del
sedimento (SV) del zumo de verduras hasta menos del 10%, y de
preferencia menos del 5%, antes de concentrarlo. En el párrafo
anterior, el volumen del sedimento (SV) de un zumo de verduras se
define como la proporción con relación al total de lo que se obtiene
tomando 10 ml del zumo de verduras en un tubo de sedimentación de
centrífuga de 105 mm en longitud y sometiéndolo a centrifugación
con el radio de rotación de 14,5 cm, velocidad de rotación de 3000
rpm durante un tiempo de 10 minutos. El ajuste del SV puede
llevarse a cabo por medio de filtración, tal como filtración normal,
filtración de precisión y ultrafiltración o por centrifugación.
Según la invención, el zumo se concentra hasta
Brix 10-60%, y más particularmente hasta Brix
20-40%. Como se explicará con detalle a
continuación, la eficacia de eliminación del nitrógeno del nitrato
mejora con el grado de concentración si el zumo de verduras se
concentra primero y posteriormente se somete su concentrado a
electrodiálisis. Este aumento en la eficacia es rápido hasta una
concentración Brix del 10% pero el aumento se suaviza de ahí en
adelante y la eficacia se vuelve más o menos constante después de
una concentración Brix del 60%. En vista de las limitaciones en la
viabilidad relacionadas con la concentración y la electrodiálisis
así como con el equipo usado para las mismas, resulta más adecuado
concentrar el zumo de verduras hasta Brix 20-40%
desde el punto de vista de realizar la concentración del zumo de
verduras y la electrodiálisis del concentrado de manera estable y
suave y eliminar el nitrógeno del nitrato de manera eficaz.
Según esta invención, se concentra un zumo de
verduras y se somete el concentrado obtenido de esa manera a
electrodiálisis. No hay limitación particular impuesta sobre la
clase de equipo para la electrodiálisis mientras sea capaz de
eliminar el nitrógeno del nitrato en la forma de NO3^{-} de carga
única. Usualmente se utiliza un aparato con una serie de membranas
de intercambio aniónico y membranas de intercambio catiónico.
Tampoco hay ninguna limitación particular impuesta sobre las
condiciones de electrodiálisis pero resulta de preferencia llevar a
cabo la electrodiálisis haciendo fluir el concentrado a velocidad
lineal en la superficie de la membrana en el intervalo de
0,5-10 cm/segundo. Esto es porque la densidad corriente limitante desciende y la eficacia de eliminación del nitrógeno del nitrato se vuelve pobre si la velocidad lineal en la superficie de la membrana es inferior a 0,5 cm/segundo y la pérdida de presión aumenta y puede exceder el límite de resistencia de las membranas frente a la presión si es mayor que 10 cm/segundo. En el párrafo anterior, la velocidad lineal en la superficie de la membrana significa la velocidad lineal del concentrado en un punto adyacente a la superficie de intercambio iónico. La temperatura del concentrado en el momento de la electrodiálisis es de preferencia inferior a 10ºC y de más preferencia de aproximadamente 5ºC con el objeto de prevenir la contaminación bacteriana.
0,5-10 cm/segundo. Esto es porque la densidad corriente limitante desciende y la eficacia de eliminación del nitrógeno del nitrato se vuelve pobre si la velocidad lineal en la superficie de la membrana es inferior a 0,5 cm/segundo y la pérdida de presión aumenta y puede exceder el límite de resistencia de las membranas frente a la presión si es mayor que 10 cm/segundo. En el párrafo anterior, la velocidad lineal en la superficie de la membrana significa la velocidad lineal del concentrado en un punto adyacente a la superficie de intercambio iónico. La temperatura del concentrado en el momento de la electrodiálisis es de preferencia inferior a 10ºC y de más preferencia de aproximadamente 5ºC con el objeto de prevenir la contaminación bacteriana.
La Fig. 1 es un diagrama esquemático del
procedimiento para mostrar un procedimiento de realización de esta
invención.
La Fig. 2 es un gráfico que muestra la relación
entre el grado de concentración del zumo de verduras y la eficacia
para eliminar el nitrógeno del nitrato según esta invención.
La Fig. 3 es un gráfico que muestra la relación
entre el tiempo de procesamiento de la electrodiálisis del zumo de
espinaca según esta invención y la concentración del nitrógeno del
nitrato.
La Fig. 4 es un gráfico que muestra la relación
entre el tiempo de procesamiento de electrodiálisis del zumo de col
rizada según esta invención y la concentración del nitrógeno del
nitrato.
La Fig. 1 muestra un procedimiento según esta
invención para llevar a cabo la electrodiálisis de un concentrado
del zumo de verduras en un procedimiento discontinuo. Se concentra
el zumo de verduras y se coloca su concentrado dentro de un tanque
11. El concentrado se suministra desde el tanque 11 a través de una
bomba 21 y de un refrigerador 31 a un apilamiento 41 de membranas
para la electrodiálisis. Tras someterlo allí a electrodiálisis para
eliminar el nitrógeno del nitrato, se devuelve al tanque 11 y a
partir de entonces se repite el procedimiento. Un líquido en el que
se ha concentrado el nitrógeno eliminado del nitrato de esa manera
se suministra al apilamiento 41 desde un tanque 12 a través de una
bomba 22 y de un refrigerador 32 y se devuelve al tanque 12, y a
partir de entonces se repite este procedimiento de manera similar.
Un líquido del electrodo se suministra desde un tanque 13 a través
de una bomba 23 al apilamiento 41 y se devuelve a continuación al
tanque 13, y a partir de entonces se repite este procedimiento.
El apilamiento 41 comprende las membranas de
intercambio catiónico y las membranas de intercambio aniónico
apiladas de forma alternada. Se inserta un electrodo positivo a
través de las membranas de intercambio aniónico y se inserta un
electrodo negativo a través de las membranas de intercambio
catiónico. Tal estructura apilada es muy conocida y se ha descrito,
por ejemplo, en la Publicación de Patente Japonesa Tokkai
9-103799 anteriormente mencionada. A medida que
continúa el procedimiento de electrodiálisis anteriormente
mencionado en un concentrado durante una cantidad de tiempo
especificada, el concentrado con el nitrógeno del nitrato eliminado
se recoge dentro del
tanque 11.
tanque 11.
La invención se describe a continuación por
medio de ejemplos de prueba.
Parte
1
Se lavó la espinaca y se machacó por medio de un
procedimiento de blanqueado a 95ºC durante tres minutos y se obtuvo
el zumo de espinaca comprimiendo por medio del uso de una prensa de
tornillo. Se obtuvo un zumo de espinaca con Brix del 3% y SV del 1%
por centrifugación. Este zumo de espinaca se sometió a un
procedimiento de concentración en vacío por medio de un evaporador
rotativo para obtener concentrados con Brix del 10%, 20%, 30%, 40%,
50% y 60%. El zumo de espinaca y cada uno de estos concentrados
preparados de esa manera se sometieron a electrodiálisis.
Se lavó la col rizada y se machacó por medio de
un procedimiento de blanqueado a 95ºC durante tres minutos y se
obtuvo el zumo de col rizada comprimiendo por medio del uso de una
prensa de tornillo. Se obtuvo un zumo de col rizada con Brix del 5%
y SV del 1% por centrifugación. Este zumo de col rizada se sometió a
un procedimiento de concentración en vacío por medio de un
evaporador rotativo para obtener concentrados con Brix del 10%,
20%, 30%, 40%, 50% y 60%. El zumo de col rizada y cada uno de estos
concentrados preparados de esa manera se sometieron a
electrodiálisis.
Se utilizó un aparato de tipo compacto para la
electrodiálisis (Tipo S3, producido por Asahi Kasei Corporation)
proporcionado con un apilamiento de membranas con un área efectiva
de membrana de 0,055 m^{2} con membranas de intercambio catiónico
selectivas de iones monovalentes (Aciplex K192, producidas por Asahi
Kasei Corporation) y membranas de intercambio aniónico selectivas
de iones monovalentes (Aciplex A192, producidas por Asahi Kasei
Corporation) de forma alternada. La electrodiálisis se llevó a cabo
con el zumo de espinaca, el zumo de col rizada y sus concentrados a
temperatura de 10ºC y velocidad lineal sobre la superficie de la
membrana de 1,0 cm/segundo.
Se midió la concentración (en ppm) del nitrógeno
del nitrato en cada muestra (zumo de espinaca, zumo de col rizada y
sus concentrados) antes y después de la electrodiálisis por medio de
un cromatógrafo iónico (DX550 producido por Dionex Corporation)
para obtener la eficacia de eliminación frente al nitrógeno del
nitrato. En la Fig. 2 se muestra la eficacia de eliminación
obtenida (curva 1 para el zumo de espinaca y sus concentrados y
curva 2 para el zumo de col rizada y sus concentrados). En el
gráfico de la Fig. 2, el eje horizontal indica la concentración
Brix (%) de cada muestra tras la electrodiálisis y el eje vertical
indica la eficacia de eliminación (g/h/m^{2}) frente al nitrógeno
del nitrato en términos de cantidad eliminada (g) por unidad de
área (1 m^{2}) de la membrana de intercambio iónico por hora de
electrodiálisis.
La Fig. 2 muestra que el nitrógeno del nitrato
puede eliminarse significativamente de manera más eficaz si el zumo
de espinaca o el zumo de col rizada se concentra primero y el
concentrado obtenido de esa manera se somete a la electrodiálisis
que si se somete el zumo de espinaca o el zumo de col rizada
directamente a la electrodiálisis. También muestra que la eficacia
de eliminación mejora a medida que el zumo de espinaca o el zumo de
col rizada se concentra por la electrodiálisis. La tasa de mejora es
particularmente significativa hasta que la concentración Brix
alcanza el 10%. La eficacia de eliminación mejora gradualmente a
partir de entonces y se vuelve más o menos constante después de que
la concentración Brix alcanza el 60%.
Parte
2
Se sometió un concentrado de zumo de espinaca
concentrado hasta Brix del 20% a electrodiálisis y se midió la
concentración (en ppm) del nitrógeno del nitrato en diferentes
momentos del proceso. Los resultados se muestran en la Fig. 3, en
la que el eje horizontal indica el tiempo del proceso en minutos y
el eje vertical indica la concentración del nitrógeno del nitrato
del concentrado según se convierte (o diluye) hasta Brix del 3% del
zumo de espinaca original antes de la concentración.
Se sometió un concentrado de zumo de col rizada
concentrado hasta Brix del 20% a electrodiálisis y se midió la
concentración (en ppm) del nitrógeno del nitrato en diferentes
momentos del proceso. Los resultados se muestran en la Fig. 4, en
la que el eje horizontal indica el tiempo del proceso en minutos y
el eje vertical indica la concentración del nitrógeno del nitrato
del concentrado según se convierte (o diluye) hasta Brix del 5% del
zumo de col rizada original antes de la concentración.
Parte
3
Los concentrados de zumo de espinaca
concentrados respectivamente hasta Brix del 10%, 20% y 30% se
sometieron a electrodiálisis según se realizó en la Parte 1 excepto
en que se varió la velocidad lineal (en cm/segundo) sobre la
superficie de la membrana en seis etapas según se muestra en la
Tabla 1. Se obtuvieron los valores de eficacia de eliminación (en
g/h/m^{2}) frente al nitrógeno del nitrato y se muestran en la
Tabla 1 en comparación con los valores obtenidos para el
concentrado con Brix del 20% cuando la velocidad lineal en la
superficie de la membrana era de 1,0 cm/segundo.
La Tabla 1 muestra que la eficacia de
eliminación frente al nitrógeno del nitrato se deteriora si la
velocidad lineal en la superficie de la membrana se reduce hasta
menos de 0,5 cm/segundo.
Parte
4
Se sometió un concentrado de zumo de espinaca
concentrado hasta Brix del 20% bajo presión reducida a
electrodiálisis según se realizó en la Parte 1 y se diluyó con agua
hasta un nivel de concentración Brix del 3% del zumo de espinaca
original para obtener un zumo de espinaca con una concentración de
nitrógeno de nitrato de 43 ppm. Aparte, se diluyó otro concentrado
de zumo de espinaca con Brix del 20%, obtenido bajo presión
reducida, con agua hasta un nivel de concentración Brix del 3% del
zumo de espinaca original, y se añadieron 200 ml de resina de
intercambio iónico fuertemente alcalina (Amberlite IRA400 producida
por Organo Corporation) a 2 litros del zumo de espinaca obtenido de
esa manera. La mezcla se agitó para un procedimiento de intercambio
iónico y se obtuvo un zumo de espinaca con una concentración de
nitrógeno de nitrato de 47 ppm. Un total de 30 catadores con 15
hombres y 15 mujeres degustaron ambos en una prueba sensorial para
determinarse qué zumo de espinaca tenía mejor sabor. El resultado
se muestra en la Tabla 2.
De manera similar, se sometió un concentrado de
zumo de col rizada concentrado hasta Brix del 20% bajo presión
reducida a electrodiálisis según se realizó en la Parte 1 y se
diluyó con agua hasta un nivel de concentración Brix del 5% del
zumo de col rizada original para obtener un zumo de col rizada con
una concentración de nitrógeno de nitrato de 47 ppm. Aparte, se
diluyó otro concentrado de zumo de col rizada con Brix del 20%,
obtenido bajo presión reducida, con agua hasta un nivel de
concentración Brix del 5% del zumo de col rizada original, y se
añadieron 200 ml de resina de intercambio iónico fuertemente
alcalina (Amberlite IRA400 producida por Organo Corporation) a 2
litros del zumo de col rizada obtenido de esa manera. La mezcla se
agitó para un procedimiento de intercambio iónico y se obtuvo un
zumo de col rizada con una concentración de nitrógeno de nitrato de
45 ppm. Un total de 30 catadores con 15 hombres y 15 mujeres
degustaron ambos en una prueba sensorial para determinarse qué zumo
de col rizada tenía mejor sabor. El resultado se muestra en la Tabla
2.
\vskip1.000000\baselineskip
La Tabla 2 muestra que el nitrógeno del nitrato
puede eliminarse de manera eficaz de los zumos de verduras por
medio de un procedimiento de esta invención sin afectar de manera
adversa sus sabores naturales.
Claims (7)
1. Un procedimiento para eliminar el nitrógeno
del nitrato de un zumo de verduras, comprendiendo dicho
procedimiento las etapas de concentrar dicho zumo de verduras hasta
obtener un concentrado y someter dicho concentrado a
electrodiálisis, en el que dicho zumo de verduras se concentra a una
concentración Brix del 10-60%.
2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que dicho zumo de verduras es zumo de verduras de hoja.
3. El procedimiento de la reivindicación 2 en el
que dichas verduras de hoja incluyen al menos una seleccionada del
grupo constituido por apio, espinaca y col rizada.
4. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que dicho zumo de verduras tiene un volumen de sedimento ajustado
hasta 10% o menor.
5. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 en el que el zumo de verduras se concentra a
una concentración Brix del 20-40%.
6. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 en el que dicha electrodiálisis se lleva a
cabo haciendo fluir dicho concentrado a una velocidad lineal de
0,5-10 cm/segundo sobre la superficie de una
membrana.
7. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 en el que dicho concentrado se somete a
electrodiálisis a una temperatura de 10ºC o inferior.
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