Comparative study of block cryoconcentration in pomegranate juice: centrifugation versus vacuum

Block cryoconcentration is a technique that can be applied to obtain fruit juice concentrates while preserving their nutritional, bioactive and organoleptic properties. Until now, the investigations present both the centrifugation and vacuum cryoconcentration method independently for different matrices, but with different purposes such as observing the effect of the initial freezing temperature, the freezing direction, whether radial or unidirectional, the effect of several cycles of cryoconcentration, comparing cryoconcentration with other concentration methods, etc. However, there is no study that compares both methods in the same matrix considering some common parameters such as cryoconcentration time. The objective of this research work was to compare two block centrifugation methods, centrifugation-assisted (CABC) and vacuum-assisted (VABC). A factorial experimental design was used. The operation conditions evaluated were 110 RCF and 2360 RCF, and 10 and 70kPa at the same time conditions (4 and 12min). Pomegranate juice was frozen at -20°C unidirectionally for 48h before treatments. For the response studied—concentration index (CI), solute yield (SY, %) and efficiency (Eff, %)—CABC at 110 RCF for 12min showed the best overall results (SY=59.2% and Eff=84.3%) and the desirability was .91. For VABC at 10¿kPa for 12¿min, the desirability was .98 but SY was lower. In both methods, the CI in one cycle was up to 3.0. The advantage of both systems is that in one cycle the CI, SY and Eff were higher than those obtained by other investigations on pomegranate juice.e>Practical applications Cryoconcentration is an emerging technology for concentrating a food solute in a solution based on the separation of ice crystals from a freeze-concentrated solution. The nutritional and sensory quality of cryoconcentrated fruit juices is higher than those concentrated conventionally by means of evaporation due to the low processing temperatures. Consumer demand for food rich in bioactive components for a healthy lifestyle is growing. With the use of the block freeze concentration technique, it is possible to produce a pomegranate juice concentrate with excellent nutritional properties. Two techniques for assisted block cryoconcentration of pomegranate juice—vacuum and centrifugal—were compared in a single cycle. Both methods showed better performance in once cycle than other cryoconcentration methods at lab scale. The generated knowledge in this study can be easily adapted for the juice industry in order to improve the process parameters of block freeze concentration in the elaboration of concentrated pomegranate juice.Postprint (published version

Estudio de crioconcentración en bloque asisitida por vacio para zumo de granada

La crioconcentración es una técnica de concentrar soluciones conservando sus propiedades nutritivas y compuestos bioactivos, debido al uso de temperaturas por debajo del punto de congelación. Existen varios métodos de crioconcentración entre los que se encuentra el sistema en bloque (BFC) asistido por vacío como una alternativa para mejorar el rendimiento y la eficiencia del producto concentrado. Se ha realizado este estudio con zumo de granada ya que es una de las frutas que contiene una mayor capacidad antioxidante y contenido de compuestos fenólicos, entre ellos la punicalagina. Por esto, el propósito de este trabajo es evaluar el sistema BFC asistida por vacio para crioconcentrar el zumo de granada. Se realizó un diseño experimental con la Metodología de Superficie de Respuesta para estudiar el efecto de los factores tiempo y presión de vacío sobre las variables respuestas: Índice de Concentración (IC), Eficiencia (Eff) y Rendimiento de Soluto (RS). Posteriormente se buscó optimizar el sistema en función de cada una de las variables y considerando todas las variables en conjunto. Los resultados mostraron que la presión de vacío tiene un efecto significativo en el IC, que el tiempo de tratamiento tiene un efecto significativo en el RS, y que ambos factores tienen efectos significativos en la Eff (p<0.05). El IC óptimo fue de 3.24. Este se obtuvo con 2 kPa de vacío durante 12 min, alcanzando una concentración máxima de 52.2°Brix, partiendo de un zumo inicial de 15.3°Brix. El RS óptimo fue de 68.2%, este se obtuvo con 35.9 kPa durante 12 min. La Eff óptima fue de 86%, esta se obtuvo con 22.9 kPa durante 12 minutos. Tomando en cuenta la deseabilidad de cada variable respuesta: CI, RS y Eff, se encontró un valor de deseabilidad de 0,74 este se obtuvo con 17.3 KPa durante 12 min, siendo IC de 2.96, RS de 61.4% y la Eff del 85,8%. Se comparó el color, contenido en compuestos fenólicos totales, capacidad antioxidante por DPPH, antocianinas, punicalagina y ácido elágico del zumo inicial con el obtenido por crioconcentración a 45 ºBrix. A partir de los resultados se demostró que el BFC asistido con vacío es una tecnología efectiva para concentrar el zumo de granada, conservando el color y sus componentes bioactivos.Postprint (published version