Desarrollo de una bebida verde con espirulina (Arthrospira sp.) mediante el diseño experimental de mezclas

Abstract

Introducción. Existe una tendencia al consumo de espirulina (Arthrospira sp.) por su valor nutricional y como fuente de proteína sostenible. La espirulina cuenta con sabor y olor intenso que puede generar desagrado a los consumidores, por lo que es conveniente el uso del diseño experimental de mezclas para la optimización de la formulación. Objetivo. Desarrollar un prototipo de bebida verde con alto valor nutricional con espirulina como ingrediente, mediante la aplicación de un diseño experimental de mezclas. Materiales y métodos. La investigación se llevó a cabo en la Universidad de Costa Rica sede Liberia, Guanacaste, entre julio y diciembre del 2022. Se elaboraron once prototipos de bebida con espirulina y se aplicó el diseño de mezclas (llenado del espacio) con tres factores (espirulina, azúcar, frutas/vegetales) y el agrado general como variable de respuesta. El agrado fue evaluado en un panel con 95 consumidores y los promedios se ajustaron al modelo de polinomial de Scheffe. Se obtuvo la ecuación del modelo del software JMP16 y se verificó en un panel con veintisiete consumidores y cinco muestras. Se realizaron análisis fisicoquímicos para obtener el valor nutricional de un prototipo seleccionado de la bebida. Resultados. Se encontró un efecto de los factores sobre el agrado del producto (p<0,05). Los valores de R2=0,97 y R2-adj=0,96 demostraron que el modelo se ajusta a los datos experimentales. La validación confirmó que el modelo logra predecir el agrado general. Se caracterizó la formulación con un 2 % de espirulina y una porción de 300 mL, se declaró como bajo en sodio, fuente de proteína y magnesio, rica en hierro y vitamina C. Conclusiones. Se logró obtener un modelo matemático significativo y ajustado que logra predecir el agrado de una bebida con espirulina. El prototipo desarrollado contiene más espirulina y proteína que bebidas similares del mercado.

Full text

Desarrollo de una bebida verde con espirulina (Arthrospira sp.) mediante el
diseño experimental de mezclas*
Development of a green drink with spirulina (Arthrospira sp.) using the
experimental mixture design
Fiorella Bolaños-Quirós1, Pilar Fallas-Rodríguez2, Laura Murillo-González1, Ana M. Pérez2, Ana M. Quirós1,2
© 2024 Agronomía Mesoamericana es desarrollada en la Universidad de Costa Rica bajo una licencia Creative Commons
Atribución-NoComercial-SinDerivar 4.0 Internacional. Para más información escriba a pccmca@ucr.ac.cr o pccmca@gmail.com
Resumen
Introducción. Existe una tendencia al consumo de espirulina (Arthrospira sp.) por su valor nutricional y
como fuente de proteína sostenible. La espirulina cuenta con sabor y olor intenso que puede generar desagrado a
los consumidores, por lo que es conveniente el uso del diseño experimental de mezclas para la optimización de la
formulación. Objetivo. Desarrollar un prototipo de bebida verde con alto valor nutricional con espirulina como
ingrediente, mediante la aplicación de un diseño experimental de mezclas. Materiales y métodos. La investigación
se llevó a cabo en la Universidad de Costa Rica sede Liberia, Guanacaste, entre julio y diciembre del 2022. Se
elaboraron once prototipos de bebida con espirulina y se aplicó el diseño de mezclas (llenado del espacio) con tres
factores (espirulina, azúcar, frutas/vegetales) y el agrado general como variable de respuesta. El agrado fue evaluado
en un panel con 95 consumidores y los promedios se ajustaron al modelo de polinomial de Scheffe. Se obtuvo la
ecuación del modelo del software JMP16 y se vericó en un panel con veintisiete consumidores y cinco muestras.
Se realizaron análisis sicoquímicos para obtener el valor nutricional de un prototipo seleccionado de la bebida.
Resultados. Se encontró un efecto de los factores sobre el agrado del producto (p<0,05). Los valores de R2=0,97 y
R2-adj=0,96 demostraron que el modelo se ajusta a los datos experimentales. La validación conrmó que el modelo
logra predecir el agrado general. Se caracterizó la formulación con un 2 % de espirulina y una porción de 300 mL,
se declaró como bajo en sodio, fuente de proteína y magnesio, rica en hierro y vitamina C. Conclusiones. Se logró
obtener un modelo matemático signicativo y ajustado que logra predecir el agrado de una bebida con espirulina. El
prototipo desarrollado contiene más espirulina y proteína que bebidas similares del mercado.
Palabras clave: proteínas de algas, innovación, análisis de alimentos, procesamiento de alimentos.
* Recepción: 21 de junio, 2024. Aceptación: 28 de agosto, 2024. Este trabajo formó parte de un proyecto financiado por la Vicerrectoría de
Investigación, Universidad de Costa Rica. Ejecutado como Trabajo Final de Graduación en la Sede de Guanacaste en el marco del proyecto
735-C0-455 Desarrollo de alimentos enriquecidos con biomasa de la cianobacteria Arthrospira (espirulina) que contengan compuestos
bioactivos con beneficios potenciales para la salud humana.
1 Universidad de Costa Rica, Carrera de Ingeniería de Alimentos, Sede de Guanacaste. Liberia, Costa Rica. fiobq22@gmail.com (https://orcid.
org/0009-0005-0346-9159), laura.murillogonzalez@ucr.ac.cr (https://orcid.org/0009-0003-6255-5079), ana.quiros_b@ucr.ac.cr (autora para
la correspondencia, https://orcid.org/0000-0003-0240-5100).
2 Universidad de Costa Rica, Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos. San José, Costa Rica. pilar.fallasrodriguez@ucr.ac.cr
(https://orcid.org/0000-0002-3606-6330), ana.perez@ucr.ac.cr (https://orcid.org/0000-0003-0940-9796).
Artículo cientíco
Volumen 35(Especial): Artículo 60115, 2024
e-ISSN 2215-3608, https://doi.org/10.15517/am.2024.60115
https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/agromeso/index
AGRONOMÍA
MESOAMERICANA
Agronomía Mesoamericana

Agron. Mesoam. 35(Especial): Artículo 60115, 2024
ISSN 2215-3608 https://doi.org/10.15517/am.2024.60115
Bolaños-Quirós et al: Desarrollo de bebida verde con espirulina (Arthrospira sp.)
Introducción
La espirulina (Arthrospira sp.) es una cianobacteria planctónica verde-azulada, también conocida como una
microalga (Hernández-Lepe et al., 2015). Se ha observado una tendencia del consumo de espirulina en alimentos
y suplementos, debido a sus propiedades nutricionales y potencial funcional (Gutiérrez-Salmeán et al., 2015). La
espirulina contiene cocianina, responsable de su coloración verde-azulada (Alfaro-Alfaro et al., 2020), la cual
es un polipéptido parte de las cobiliproteínas, a la que se le atribuyen actividades biológicas como propiedades
antioxidantes antiinamatorias, inmunorreguladoras, citoprotectoras y antitumorales (Marín-Prida et al., 2015).
Entre otros benecios que se le atribuyen a la espirulina se encuentra la protección cardiovascular, debido a
compuestos que disminuyen la incidencia de enfermedades asociadas a dislipemia y el estrés oxidativo (Hernández-
Lepe et al., 2015; Ochoa Galarza & Moyano Calero, 2022). La espirulina presenta un atractivo nutricional por su
alto contenido de proteína, cercano al 70 % en base seca, mayor que el de otras proteínas tradicionales como la
soya (Malpartida et al., 2022; Vázquez Pérez et al., 2016). Esto la convierte en un ingrediente con potencial para
ser utilizado como fuente de proteína alternativa a la proteína animal.
En Costa Rica existe interés en la producción de espirulina como fuente de proteína. Varias investigaciones
se han llevado a cabo en la Universidad Nacional, el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LANOTEC),
el Instituto Tecnológico de Costa Rica, la Universidad de Costa Rica y el Centro Nacional de Innovaciones
Biotecnológicas (CENIBIOT) (Blanco, 2011; Umaña Venegas, 2019; Villalta-Romero et al., 2019). Los estudios
demuestran que las condiciones climáticas de Costa Rica permiten la producción de microalgas como la espirulina,
y que su producción puede ser una opción a futuro para generar trabajo e ingreso económico para poblaciones
rurales costeras (Villalta-Romero et al., 2019).
El consumo de espirulina se ve limitado por sus atributos sensoriales, ya que el sabor de las microalgas puede
resultar desagradable debido a sabores amargos o similares al agua de mar. Los alimentos con alto contenido de
Abstract
Introduction. There is a tendency to consume spirulina (Arthrospira sp.) due to its nutritional value and potential
as a sustainable protein source. Spirulina has an intense avor and odor that can be disliked by consumers, so it is
convenient to use the experimental design of mixtures to optimize the formulation. Objective. To develop a prototype
of a green beverage prototype with high nutritional value that incorporates spirulina as an ingredient, through the
application of an experimental mixture design. Materials and methods. The research was carried out at Universidad
de Costa Rica, Liberia campus, in Guanacaste, between July and December 2022. Eleven prototypes of a spirulina-
based beverage were prepared, and a space-lling mixture design was applied with three factors (spirulina, sugar,
and fruits/vegetables) and overall acceptability as the response variable. Acceptability was evaluated by a panel of
95 consumers, with the averages adjusted using the Scheffe polynomial model. The model equation was obtained
using JMP16 software and validated by a panel of 27 consumers with ve samples. Physicochemical analyses were
conducted to determine the nutritional value of a selected beverage prototype. Results. The factors were found to
inuence product acceptability (p<0.05). The values of R2=0.97 and adjusted R2 -adj=0.96 indicated that the model
ts the experimental data. Validation conrmed that the model reliably predicts overall acceptability. The formulation,
which contains 2 % spirulina and a 300 mL serving, was characterized as low in sodium, a source of protein and
magnesium, and rich in iron and vitamin C. Conclusions. It was possible to obtain a signicant and adjusted
mathematical model that manages to predict the liking of a beverage with spirulina. The developed prototype contains
more spirulina and protein than similar beverages on the market.
Keywords: algal proteins, innovation, food analysis, food processing.

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Bolaños-Quirós et al: Desarrollo de bebida verde con espirulina (Arthrospira sp.)
ácidos grasos insaturados como la espirulina, se oxidan durante el procesamiento y se producen sabores extraños
por la formación de aldehídos, cetonas y alcoholes que se jan a proteínas (Gutiérrez Vergary & Tello Echeverría,
2018). Las coloraciones que se obtienen en alimentos con la adición de espirulina también pueden generar baja
aceptabilidad, sobre todo cuando se aplican tratamientos térmicos (Böcker et al., 2019).
El desarrollo de productos con espirulina debe considerar la aceptación de los consumidores. Para ello, las
técnicas de análisis sensorial y de optimización de formulación permiten determinar la combinación de ingredientes
más aceptada (Di Giorgio & Pérez, 2023). Un ejemplo es el diseño experimental de mezclas, utilizado en la
industria alimentaria para encontrar la zona óptima de agrado y disminuir el número de formulaciones evaluadas
(Gómez Payán et al., 2015). En este diseño los factores dependen uno del otro y las proporciones suman una
cantidad ja, ya sea 100 % o 1 (Buruk Sahin et al., 2016). La supercie de respuesta obtenida relaciona y predice
el efecto de cualquier combinación de los factores o su inuencia en la variable respuesta (Cabrera Castro, 2014).
Los batidos verdes son un tipo de bebida muy popular, que aportan bra, carbohidratos, grasas saludables,
proteína, enzimas, vitaminas, minerales y otros nutrientes como la clorola (Lietzow et al., 2022). Algunas marcas
de bebidas verdes que incorporan espirulina son: B-Blue®, Innocent®, Press®, Suja Organic®, Naked®, Flax & Kale®,
Foods by Ann®, Nu Smoothie®, Amazing Grass®, Naturelo®, y Solti®. Es posible encontrar opciones con contenido
de espirulina bajo, por ejemplo, la marca Nu® que contiene 0,06 % (Nu Smoothie, n.d.) e Innocent Drinks® 0,8 %
(Innocent Drinks, n.d.) de extracto de espirulina.
La presente investigación tuvo como objetivo desarrollar un prototipo de bebida verde con alto valor nutricional
con espirulina como ingrediente, mediante la aplicación de un diseño experimental de mezclas. La información
generada podrá ser utilizada por la industria alimentaria nacional para desarrollar un nuevo producto que responda a
las tendencias de alimentación saludable. También será una opción de producto alimenticio con alto valor agregado
que responde al potencial para la producción de espirulina en Costa Rica como fuente alternativa de proteína.
Materiales y métodos
Localización
Las pruebas de prototipado y de análisis sensorial se realizaron en el Laboratorio de Análisis Sensorial de la
Carrera de Ingeniería de Alimentos en la Sede de Guanacaste, Universidad de Costa Rica (UCR) durante febrero
y noviembre del 2022. Las determinaciones de pH, densidad y cocianina se realizaron en el Laboratorio de
Química de Alimentos de la Carrera de Ingeniería de Alimentos entre julio y agosto del 2022. Las mediciones de
grasa, humedad, cenizas, azúcares totales, bra, sodio, hierro, calcio, vitamina C, polifenoles y carotenoides se
analizaron en el Laboratorio de Química del Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CITA), en la
Sede Rodrigo Facio, UCR, durante octubre 2022 y enero 2023.
Materiales
Se utilizó espirulina (Arthrospira sp.) en polvo de la marca Sun is Shining®. Se utilizaron jugos de piña (13,1
°Brix, pH 3,68), de maracuyá (14,3 °Brix, pH 2,90), de naranja (10,9 °Brix, pH 3,81) y el aceite esencial de naranja.
Los vegetales apio, pepino, hierbabuena y jengibre se adquirieron frescos de un proveedor local. Los aditivos
carboximetilcelulosa (CMC), ácido cítrico y ácido ascórbico utilizados fueron de grado alimentario. Se utilizó
azúcar cruda no renada.

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Ingredientes seleccionados y procesamiento de la bebida
Los ingredientes fueron seleccionados mediante la elaboración de una matriz bibliográca de productos
similares en el mercado y un cuestionario realizado mediante el software de administración de encuestas
formularios de Google (Google Forms, por su nombre en inglés) aplicado a 66 potenciales consumidores. En esta
matriz se denieron los ingredientes por utilizar. De acuerdo con los resultados, se desarrolló una formulación base
del prototipo de bebida verde compuesta por frutas, vegetales, endulzante y espirulina. El prototipo de bebida fue
acidicado a un pH menor a 4,2. Los ingredientes y proporción utilizada en la bebida fueron agua (49,7 %) , jugo de
piña (17,6 %) , jugo de naranja (10,0 %), jugo de maracuyá (5,7 %), azúcar cruda (5,0 %), pepino (3,6 %), jengibre
(2,6 %), hierbabuena (2,0 %), espirulina (2,0 %), apio (1,4 %), ácido cítrico (0,2 %), carboximetilcelulosa (0,1 %),
aceite esencial de naranja (0,1 %) y ácido ascórbico (0,03 %).
Para la preparación de las bebidas, se siguió el proceso detallado en la Figura 1. El tratamiento térmico
realizado consistió en un calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 87 °C, temperatura a la cual se procedió
Figura 1. Diagrama de ujo de la elaboración de una bebida verde con el llenado en caliente como tratamiento térmico. Sede de
Guanacaste, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Figure 1. Flow chart of the preparation of a green beverage using hot lling as heat treatment. Guanacaste campus, Universidad de
Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.

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a realizar un llenado en caliente en botellas de vidrio de 300 mL. Los envases se colocaron en posición invertida
durante tres minutos para esterilizar la tapa del envase (Padilla-Zakour, 2009). Como cuidado adicional durante el
proceso, la carboximetilcelulosa se dispersó en una parte del azúcar de la formulación previo a su incorporación.
Las bebidas fueron almacenadas en refrigeración a 4 °C.
Selección de rangos de ingredientes
Se prepararon doce prototipos de bebida a partir de la formulación base. Se varió la proporción de frutas/
vegetales (5 niveles), azúcar (3 niveles) y espirulina (4 niveles) los niveles se muestran en el Cuadro 1. Los
ingredientes evaluados (espirulina, azúcar y frutas/vegetales) fueron los que mostraron mayor efecto en las
características sensoriales del producto. El ingrediente frutas/vegetales se elaboró con jugo de piña, jugo de naranja,
apio, pepino, jengibre, jugo de maracuyá y hierbabuena, siempre en la misma proporción. El agua, estabilizante,
antioxidante y regulador de la acidez mantuvieron ja su cantidad en todas las formulaciones.
Las 12 variaciones fueron evaluadas mediante una prueba sensorial tipo bench testing, el cual permitió denir
las proporciones de límites máximos y mínimos de los factores en estudio. El bench testing se utilizó como
metodología para evaluar muestras de prototipado de forma rápida. Esto con el objetivo de eliminar las muestras
que serían rechazadas de manera unánime por los panelistas, según como establecen Linskens y Jackson (1988).
Las cantidades máximas y mínimas de cada ingrediente que no fueron rechazadas por los panelistas se usaron como
los máximos y mínimos de los factores en el diseño experimental.
Diseño experimental de mezclas y modelo matemático
Se utilizó un diseño experimental de mezclas del tipo llenado del espacio (space lling design) con espirulina,
azúcar y frutas/vegetales como factores y agrado general como variable respuesta. El diseño se obtuvo mediante
el programa estadístico JMP16. Los factores evaluados fueron restringidos a un rango con un límite mínimo y uno
máximo, ya que no era factible su uso en el rango de 0 % a 100 %. Las once mezclas de la bebida utilizadas en el
diseño experimental y las cinco formulaciones usadas para la vericación del modelo matemático se muestran en
la Figura 2.
Cuadro 1. Proporciones de espirulina, azúcar y frutas/vegetales de las formulaciones evaluadas en el panel sensorial tipo bench testing.
Sede de Guanacaste, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Table 1. Proportions of spirulina, sugar, and fruits/vegetables of the formulations evaluated in the bench testing type sensory panel.
Guanacaste campus, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Ingrediente Proporción (%)
Espirulina 0, 2, 4, 5
Azúcar 5,0, 8,5, 10,0
Frutas/vegetales 38, 40, 43, 48, 50

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Evaluación sensorial
Las once formulaciones (Figura 2-puntos negros) se evaluaron en un panel sensorial de agrado con 95
consumidores (n=95) conformado por hombres y mujeres de edades entre los 18 y 65 años, residentes de Liberia,
Guanacaste, consumidores de bebidas a base de frutas y vegetales, y que no presentaban alergias alimentarias. La
evaluación sensorial se llevó a cabo por medio de una escala hedónica híbrida (Villanueva et al., 2005). Los promedios
de agrado general obtenidos en la evaluación sensorial fueron analizados en el software estadístico JMP16.
Análisis estadístico
Los promedios de agrado general se ajustaron al modelo polinomial de Scheffe y el ajuste del modelo se evaluó
por medio de los parámetros estadísticos coeciente de determinación (R2), el coeciente de determinación ajustado
(R2 - adj) y la probabilidad del modelo (p). Se obtuvo el modelo matemático (ecuación de predicción) del diseño
con el cual se logra predecir la variable respuesta de agrado sensorial. Para la construcción del modelo matemático
se tomaron en cuenta los coecientes que resultaron signicativos (p<0,05).
Figura 2. Diagrama ternario obtenido con el programa estadístico JMP16 que representa el plano geométrico de los once prototipos de
bebida evaluados en el diseño experimental (puntos negros) y los cinco prototipos de bebida utilizados para la vericación del modelo
(puntos verdes). Sede de Guanacaste, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Figure 2. Ternary diagram obtained with the JMP16 statistical program that represents the geometric plane of the eleven drink
prototypes evaluated in the experimental design (black dots) and the ve drink prototypes used for model verication (green dots).
Guanacaste campus, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.

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Zona óptima de agrado general y función de deseabilidad
La zona óptima fue identicada a partir de grácos de contorno (Figura 3) obtenidos en el programa JMP16,
en los cuales se visualiza el efecto de los factores espirulina, azúcar, frutas/vegetales, sobre la variable respuesta de
agrado general. La función de deseabilidad se estimó con el programa estadístico JMP16, a partir de los valores de
agrado general obtenidos para las once formulaciones del diseño experimental. El valor de deseabilidad se puede
encontrar entre 0-1, donde una deseabilidad de 1 signica que el agrado alcanza el valor óptimo o ideal (Rudnykh
& López-Ríos, 2018).
Vericación del modelo
Se realizó la vericación del modelo con cinco muestras experimentales y una muestra comercial marca Nu®,
mediante un panel de agrado general con 27 consumidores. Mediante el programa estadístico JMP16, se determinó
el rango de agrado predicho por el modelo matemático. Para denir si el modelo es adecuado, el intervalo de
conanza del valor predicho por el modelo debe traslaparse con el intervalo del valor experimental obtenido con un
95 % de conanza. Se realizó un análisis de varianza y una comparación de medias por medio de la prueba Tukey
con 95 % de conanza a las seis muestras, para determinar las diferencias signicativas del agrado de la muestra
comercial con las mezclas evaluadas.
Análisis sicoquímicos de la bebida seleccionada
Se analizaron tres repeticiones del prototipo de bebida seleccionada (n=3). Todos los análisis sicoquímicos
se llevaron a cabo por triplicado. Se realizó un análisis proximal completo que incluye proteína (Association of
Analytical Communities [AOAC], 2023a), grasa (AOAC, 2023b), azúcares (Quirós et al., 2019), humedad (AOAC,
2023c), cenizas (AOAC, 2023d), bra (AOAC, 2023e) y vitamina C (Lykkesfeldt, 2000), así como sodio, hierro
y calcio (AOAC, 2023f). Se analizaron compuestos bioactivos como polifenoles totales (Georgé et al., 2005),
carotenoides (Hempel, 2013) y cocianina (Abd El-Baky & El Baroty, 2012; Kissoudi et al., 2018; Lee et al., 2016;
Patil et al., 2008). La cocianina fue evaluada también para la espirulina en polvo utilizada como ingrediente.
En la caracterización de valores físicos se realizó el análisis de densidad y pH (AOAC, 2023g). Una vez
obtenidos los resultados de composición química se calcularon los porcentajes del Valor de Referencia del Nutriente
(VRN) para una porción de 300 mL, según lo establecido en el Reglamento Técnico Centroamericano (RTCA)
67.01.60:10 (Presidencia de la República et al., 2012) y por la Administración de Alimentos y Medicamentos de
Estados Unidos (FDA por sus siglas en inglés) (Food and Drug Administration [FDA], 2023). Las declaraciones
nutricionales se establecieron según el RTCA 67.01.60:10.
Resultados
Selección de rangos de ingredientes
Los rangos máximos y mínimos de los factores estudiados se presentan en el Cuadro 2 para la formulación
de la mezcla y de la bebida. La formulación de la mezcla se compone de los ingredientes que fueron factores de
estudio: espirulina, azúcar y frutas/vegetales, y la suma de estos corresponde siempre a 1,0. La formulación de
la bebida corresponde a la totalidad de ingredientes, lo que incluyó aditivos y agua y se reere al 100 % de los
ingredientes en la formulación.

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Los comentarios obtenidos por los participantes del bench testing indicaron que una bebida con un contenido
de espirulina mayor al 3 % presenta un olor fuerte a pescado y una consistencia arenosa desagradable. La muestra
con un contenido 0 % de espirulina resultó de sabor agradable y la bebida con un contenido de azúcar mayor al
8,5 % resultó muy dulce. La muestra con un contenido de frutas y vegetales mayor a 48 % se percibió como muy
ácida, astringente y “picosa”; la de contenido menor a 40 % resultó con una textura densa, pulposa y muy dulce.
Diseño experimental de mezclas y modelo matemático
Los resultados del panel sensorial de agrado con 95 consumidores para las once mezclas evaluadas se
presentan en el Cuadro 3. El comportamiento obtenido en los resultados de grado general evidenció que los
panelistas utilizaron de forma amplia la escala. Las calicaciones del agrado fueron desde 2,54 hasta 8,22, donde
a mayor cantidad de espirulina, menor fue el agrado obtenido. Un contenido del 3 % de espirulina resultó con un
promedio de agrado de 2,5; mientras que un 0 % se asoció a un promedio de agrado de 8,2.
Los parámetros de ajuste y bondad para la variable respuesta de agrado general, obtenidos como resultado de
aplicar el diseño experimental de mezclas de llenado del espacio, fueron p<0,0001, R2= 0,97 y R2-adj.= 0,96. Estos
resultados muestran un efecto de los factores sobre el agrado de las bebidas y que el modelo polinomial de Scheffé
se ajusta a los datos experimentales. La ecuación matemática obtenida del modelo se muestra en la ecuación 1. Se
evidenció que los tres factores (espirulina, azúcar y frutas/vegetales) comparten la signicancia del efecto lineal y
que el agrado general también resultó afectado por la interacción entre azúcar y frutas/vegetales.
Agrado general= -30,772 * X1-87,713 * X2+3,578 * X3+146,953 * X2 * X3 [1]
Donde X1 es espirulina, X2 es azúcar y X3 son frutas/vegetales.
Cuadro 2. Límites máximos y mínimos de las variables independientes denidos en el panel sensorial tipo bench testing para obtener
las formulaciones evaluadas en el panel sensorial con consumidores. Sede de Guanacaste, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa
Rica, 2022.
Table 2. Maximum and minimum limits of the independent variables dened in the bench testing sensory panel to obtain the
formulations evaluated in the sensory panel with consumers. Guanacaste campus, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Ingrediente Formulación de la mezcla (rango 0-1)1Formulación de la bebida (rango 0-100 %)2
Límite mínimo Límite máximo Límite mínimo (%) Límite máximo (%)
Espirulina (Arthrospira sp.) 0,000 0,060 0 3
Azúcar crudo 0,000 0,170 0 8,5
Frutas/vegetales 0,801 0,962 40 48
1La formulación de la mezcla se reere a la suma de los tres factores del diseño (espirulina, azúcar y fruta/vegetal). 2La formulación
de la bebida se reere al porcentaje de los factores en la bebida con todos sus ingredientes, donde 49,9 % representa a los ingredientes
variables (ingredientes de la mezcla) y el restante 50,1 % de la formulación representa a los no variables (agua y aditivos). / 1The
formulation of the mix refers to the sum of the three factors in the design (spirulina, sugar and fruit/vegetable). 2The formulation of the
beverage refers to the percentage of the factors in the drink with all its ingredients, where 49.9 % represents the variable ingredients
(mixture ingredients) and the remaining 50.1 % of the formulation represents the non-variable ingredients (water and additives).

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Zona óptima de agrado general
El efecto de la variable respuesta agrado general al variar los niveles de los factores y sus combinaciones
se muestra en los diagramas de contorno de la Figura 3. Las proporciones e interacciones de las tres variables
independientes estudiadas generaron efectos que se representan en la distribución y dirección de las líneas de
colores. Cada línea corresponde a un valor de agrado especíco.
Función de deseabilidad
La formulación óptima de la bebida, generada mediante la función de deseabilidad de JMP16, consistió en
0,0 % de espirulina, 9,5 % de azúcar y 40,4 % de F/V. Esta arrojó un valor de deseabilidad de 0,99, cercano al
máximo posible en la escala de 0,0 a 1,0. Para esta formulación óptima, el agrado general predicho fue de 8,85, lo
cual corresponde al valor máximo alcanzable según el modelo predictivo. No obstante, esta formulación óptima no
se consideró para la etapa posterior de caracterización, ya que no contenía espirulina, y el objetivo del estudio fue
proponer una formulación que incluyera este componente.
Cuadro 3. Promedio del agrado general obtenido para las once mezclas evaluadas en el panel sensorial con consumidores (n=95). Sede
de Guanacaste, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Table 3. Average of general liking values obtained for the eleven mixtures evaluated in the sensory panel with consumers (n=95).
Guanacaste campus, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Mezcla
Formulación de la mezcla (rango 0-1)1Formulación de la bebida (rango 0-100 %)2Variable
respuesta
(agrado)3
Espirulina
(Arthrospira sp.) Azúcar Frutas y
vegetales Espirulina Azúcar Frutas y
vegetales
1 0,06 0,08 0,86 2,84 4,18 42,91 4,27
2 0,06 0,03 0,92 2,98 1,28 45,65 2,54
3 0,02 0,05 0,93 1,10 2,66 46,17 4,87
4 0,04 0,07 0,89 2,17 3,27 44,48 4,88
5 0,03 0,17 0,80 1,44 8,48 40,01 7,05
6 0,01 0,09 0,92 0,28 4,47 45,18 7,44
7 0,00 0,04 0,96 0,07 2,12 47,73 5,76
8 0,02 0,11 0,87 0,85 5,44 43,63 7,26
9 0,04 0,12 0,84 1,89 6,05 41,99 6,09
10 0,05 0,14 0,81 2,59 6,81 40,52 6,00
11 0,00 0,15 0,85 0,00 7,48 42,43 8,22
1La formulación de la mezcla representa la suma de los tres factores del diseño (espirulina, azúcar y fruta/vegetal). 2La formulación de la
bebida se reere al porcentaje en la totalidad de la formulación de la bebida con todos sus ingredientes. 3Resultados del agrado general
con una escala hedónica híbrida de 0 a 10 puntos. / 1The mix formulation represents the sum of the three design factors (spirulina, sugar,
and fruit/vegetable). 2Beverage formulation refers to the percentage in the totality of the formulation with all its ingredients. 3Overall
liking results with a hybrid hedonic scale from 0 to 10 points.

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Bolaños-Quirós et al: Desarrollo de bebida verde con espirulina (Arthrospira sp.)
Vericación del modelo
Se realizó con un panel de veintisiete personas, quienes evaluaron cinco mezclas distintas y una muestra
comercial. Los valores experimentales obtenidos se solaparon con los predichos por el modelo matemático con un
95 % de conanza (Cuadro 4). Esto conrmó que el modelo fue capaz de predecir el agrado de manera precisa.
Según la comparación de medias se determinó que las mezclas con un agrado general que presentaron
diferencias signicativas de la muestra comercial (P6) fueron las P3 y P4, esto con un 95 % de conanza. Las
mezclas P1, P2 y P5 resultaron con una diferencia no signicativa en el agrado con respecto a la muestra comercial.
Para efectos de la caracterización sicoquímica, se seleccionó el prototipo 5 ya que se ajustaba mejor al objetivo
de la investigación.
Análisis sicoquímicos del prototipo seleccionado
La bebida seleccionada para esta etapa fue la P5 dado que contaba con el mayor contenido de espirulina y
no presentaba diferencias signicativas en el agrado con el producto comercial marca Nu® (P6) (Cuadro 4). A la
formulación seleccionada se le realizó la caracterización nutricional y los resultados se reportan en el Cuadro 5.
Figura 3. Diagramas de contorno del comportamiento entre azúcar y espirulina (Arthrospira sp.) (A), frutas y vegetales y espirulina
(B) y frutas y vegetales y azúcar (C) obtenidos luego de la evaluación de once prototipos de bebida verde con espirulina en un panel
sensorial con 95 consumidores. Sede de Guanacaste, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Figure 3. Contour diagrams of the behavior between sugar and spirulina (Arthrospira sp.) (A), fruits and vegetables and spirulina (B)
and fruits and vegetables and sugar (C) obtained after the evaluation of eleven prototypes of green drinks with spirulina in a sensory
panel with 95 consumers. Guanacaste campus, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.

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Cuadro 4. Promedios predichos de la variable respuesta agrado según el modelo y obtenidos por experimentación en la vericación
del modelo del diseño experimental (n=27 consumidores). Sede de Guanacaste, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Table 4. Predicted averages of the response variable liking according to the model and obtained by experimentation for verication of
the experimental design model (n=27 consumers). Guanacaste campus, Universidad de Costa Rica, Liberia, Costa Rica, 2022.
Mezcla/
Prototipo
Formulación de la mezcla
(Rango 0-1)
Formulación de la bebida
(Rango 0-100 %) Variable respuesta agrado general
E A F/V E A F/V Agrado
promedio*
Respuesta obtenida
(±95 % de conanza)**
Respuesta
predicha***
P1 0,01 0,12 0,87 0,32 6,19 43,40 7,10ab 6,30-7,89+ 7,45-8,32
P2 0,02 0,12 0,86 1,01 6,11 42,80 7,29ab 6,73-7,85+6,79-7,45
P3 0,06 0,14 0,80 3,00 6,94 39,99 6,37b 5,63-7,11+ 4,67-5,71
P4 0,05 0,16 0,79 2,50 7,99 39,44 5,95b5,05-6,86+ 5,15-6,50
P5 0,04 0,16 0,80 2,00 7,90 40,03 6,70ab 5,82-7,58+5,85-6,95
P6 Bebida comercial (0,06 % extracto espirulina) 7,94a6,97-8,91 N.A.
+Rangos que presentan traslape entre el rango predicho por el modelo y el obtenido de forma experimental.*Letras diferentes representan
promedios diferentes según la prueba Tukey. **Valores experimentales expresados como intervalo al 95 % de conanza.***Intervalo
calculado con los coecientes brindados por el programa estadístico al -95 % y al 95 %. NA=No Aplica, corresponde a la formulación
comercial. E: espirulina. A: azúcar, F/V: frutas y vegetales. / +Ranges showing overlap between the range predicted by the model
and that obtained experimentally. *Different letters represent different averages according to the Tukey test. **Experimental values
expressed as an interval at 95 % condence. ***Interval calculated using the coefcients provided by the statistical program at -95 %
and 95 %. NA= Not applicable, corresponds to the commercial formulation. E: Spirulina. A: Sugar, F/V: Fruits and vegetables.
Cuadro 5. Caracterización nutricional para una porción de 300 mL del prototipo seleccionado de bebida verde con 2,0 % de espirulina
(n=3). Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 2022-2023.
Table 5. Nutritional characterization for a 300 mL portion of the selected prototype of green drink with 2.0 % spirulina (n=3). Centro
Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 2022-2023.
Nutriente Cantidad VRN (%)*
Grasa total 0,0 ± 0,0 g 0
Carbohidratos 40,7 ± 0,5 g 15
Azúcar total 38,7 ± 0,3 g N.A.
Azúcar añadida 24,0 ± 0,0 g 48
Fibra dietética 2,0 ± 0,0 g 7
Proteína 5,0 ± 0,7 g 10
Sodio 62,5 ± 3,0 mg 3
Fósforo 93,1 ± 3,7 mg 8
Vitamina C 94,9 ± 23,5 mg 105
Calcio 66,3 ± 3,2 mg 8
Magnesio 39,6 ± 0,7 mg 13
Hierro 7,6 ± 0,3 mg 44
Zinc 1,1 ± 0,2 mg 8
Polifenoles totales** 139,5 ± 2,7 mg N.A.
Carotenoides totales*** 2,3 ± 0,2 mg N.A.
Ficocianina 33,1 ± 0,3 mg N.A.
*Porcentaje del valor de referencia del nutriente (VRN) recomendado por FDA y RTCA 67.01.60:10A, basado en una dieta de 8374 kJ
(2000 kcal). **Equivalentes de ácido gálico. ***Equivalentes de beta-caroteno. N.A.= No aplica. / *Percentage of the reference value
of the nutrient recommended by FDA and RTCA 67.01.60:10A, based on a diet of 8374 kJ (2000 kcal). **Equivalents of gallic acid.
***Equivalents of beta-carotene. N.A.= Not applicable.

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Los datos se presentan para una porción de 300 mL de la bebida como una equivalencia en gramos y del %VRN
(valor de referencia de nutrientes) de cada nutriente en el prototipo.
Se encontró que para la porción de 300 mL de bebida se pueden asignar las siguientes declaraciones
nutricionales: bajo en sodio, fuente de proteína y magnesio. El producto desarrollado también es rico en hierro
y vitamina C. Este último nutriente corresponde el 105 % de VRN para una persona consumidora de 2000 kcal
diarias, según lo establecido por el FDA y el Reglamento Técnico Centroamericano (FDA, 2023; Presidencia de
la República et al., 2012).
Con respecto a la cocianina se evaluó el contenido en la espirulina en polvo marca Sun is Shining® utilizada
en la formulación de la bebida. El contenido de cocianina resultante fue de 2334 mg/100 g polvo. En los análisis
físicos de la bebida se obtuvo un pH nal de 3,93 y una densidad de 1,05 g/mL.
Discusión
En la selección de los rangos de los ingredientes de la mezcla (Cuadro 2), los consumidores rechazaron
sabores poco o muy dulces, ácidos o desagradables. El sabor desagradable se asocia con la espirulina debido a
que representa un reto en el desarrollo de productos por sus notas a olor de pescado. El rango de aceptación de la
espirulina fue de 0 % a 3 %, y a partir de este porcentaje el producto fue rechazado. Este resultado es esperado por la
poca tradición del consumo de algas en Costa Rica (Salas Murillo, 2020). Los resultados obtenidos de preferencia al
contenido de azúcar alto resulta ser común debido a hábitos y costumbres culturales de los consumidores (Gutiérrez
Vergary & Tello Echeverría, 2018).
El diseño experimental de mezclas del tipo “llenado del espacio” demostró que existe un efecto de los
componentes de la mezcla (espirulina, azúcar y F/V) sobre el agrado (p<0,05). Es decir, que al variar la
proporción de los ingredientes, varía el agrado general obtenido por parte de los consumidores. Los coecientes de
determinación obtenidos, R2=0,97 y R2-adj=0,96, demuestran que el modelo se ajustó a los datos experimentales.
Esto signica que el modelo polinomial de Scheffe fue adecuado para el modelado de los datos. Estos resultados
permiten obtener una ecuación matemática que sí puede ser utilizada para predecir el valor de agrado general de la
bebida al variar las cantidades de los ingredientes en estudio.
En los diagramas de contorno se evidenciaron las interacciones entre los ingredientes que generan un agrado
determinado de la bebida (Figura 3). Se identicó que al aumentar el contenido de azúcar se puede aumentar el de
espirulina. Al disminuir la cantidad de F/V, se debe disminuir la cantidad de espirulina. Esto indica que el azúcar
tuvo un efecto amortiguador en el sabor de la espirulina, mientras que las F/V no. El resultado de la relación
espirulina-azúcar, podría explicarse por la percepción positiva de los consumidores al sabor del azúcar, lo cual
permite enmascarar sabores desagradables (Gutiérrez Vergary & Tello Echeverría, 2018). El ingrediente F/V aportó
sabor ácido en la formulación, el cual resultó no ser compatible con el sabor de la espirulina.
La vericación del modelo matemático conrmó que el modelo obtenido en este estudio sí logra predecir el
agrado general de forma correcta, dado que el rango de conanza obtenido de forma experimental se traslapa con
el predicho con un 95 % de conanza (Cuadro 4). Este hallazgo permite extrapolar o predecir resultados de agrado
general de la bebida al modicar los ingredientes en estudio. Esto permite contar con una herramienta útil para una
futura optimización del prototipo (Salamanca Grosso et al., 2015).
La “formulación óptima” obtenida a través de la función de deseabilidad estimada por el modelo se asoció con
un valor de agrado de 8,8 y contenido de 0,0 % de espirulina. La función de deseabilidad permitió identicar la
combinación de los factores (espirulina, F/V, azúcar) con la cual se logra el valor óptimo de la variable respuesta de
agrado general (Rudnykh & López, 2018). La formulación óptima no deberá ser seleccionada como la recomendada
para el producto, ya que esta decisión debería tomar en cuenta otros aspectos importantes tales como el objetivo de

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estudio, costos de producción, funcionalidad de los ingredientes y aceptación del mercado (Halagarda & Suwała,
2018; Ruiz-Capillas et al., 2021; Wichchukit & O’Mahony, 2015).
Si se seleccionara una formulación con base en la “formulación óptima” se podrían seleccionar la P1 o P2
(Cuadro 4). Estas mezclas obtuvieron una alta calicación de agrado, pero contienen muy poca espirulina. En este
estudio la utilidad del modelo consistió en la identicación y selección de la formulación con la mayor cantidad
de espirulina y al mismo tiempo niveles aceptables de agrado general, no diferenciables de la competencia, como
la formulación P5 (Cuadro 4). Esto posiciona al diseño experimental de mezclas basado en el agrado sensorial
como una herramienta práctica, fundamentada en evidencia cientíca y aplicable a la resolución de los retos de
formulación en la industria de los alimentos (Salamanca Grosso et al., 2015; Wichchukit & O’Mahony, 2015).
La formulación seleccionada (P5) contiene una mayor cantidad de espirulina (2 %) que las bebidas comerciales
y un agrado general comparable a la bebida marca Nu® (Cuadro 4). Las bebidas comerciales Nu® e Innocent Drinks®
reportan un contenido de 0,06 % y 0,8 % de extracto de espirulina (Innocent Drinks, n.d.; Nu Smoothie, n.d.).
Una de las posibles razones por las que las bebidas disponibles en el mercado contienen poca espirulina es por su
sabor desagradable. Los resultados del presente estudio muestran que la combinación de ingredientes utilizados
en la bebida como el azúcar y aromáticos como jengibre, hierba buena y aceite esencial de naranja, permitieron
enmascarar el sabor poco agradable de la espirulina.
En la caracterización de la bebida (Cuadro 5) se encontró que según lo establecido por el FDA y el RTCA, a una
porción de 300 mL se le pueden atribuir cinco declaraciones nutricionales (FDA, 2023; Presidencia de la República et
al., 2012). Entre estas destaca que es fuente de proteína, la cual es aportada por la espirulina (Kumar et al, 2022). Este
valor nutricional puede resultar llamativo para los consumidores puesto que no es común encontrar un alto contenido
de proteína en bebidas comerciales a base de frutas y vegetales. Por ejemplo la bebida comercial Nu® tiene 2,1 g de
proteína (Nu Smoothie, n.d.), mientras que el prototipo seleccionado contiene 5,0 g, ambas por cada porción de 300 mL.
La inclusión de espirulina en la formulación de la bebida verde permitió elevar signicativamente el contenido
proteico, esto al superar el 10% del VRN y con una proteína de buena calidad. La espirulina es rica en vitaminas del
complejo B, vitamina E, y minerales (Gutiérrez-Salmeán et al., 2015; Malpartida et al., 2022), lo que incrementa
los porcentajes de VRN de estos nutrientes, y mejora el valor nutricional de la bebida. Una desventaja nutricional
del prototipo desarrollado es el contenido de azúcar, el cual es de 48 % del VRN para la porción de 300 mL. Esto
conrma el hallazgo en cuanto al efecto enmascarador del azúcar sobre la espirulina, dado que se agregó una alta
cantidad de azúcar para lograr una bebida verde de sabor aceptable por los consumidores.
Destaca el valor nutricional obtenido en la bebida para vitamina C y hierro, ya que la porción aporta el 105
% y 44 % del VRN, para estos dos micronutrientes esenciales. El contenido de vitamina C mejora el sistema
inmunológico y está asociado con las frutas y vegetales utilizados en la formulación (Martí et al., 2009). El contenido
de hierro obtenido es aportado a la bebida por la espirulina. La espirulina se destaca como un ingrediente rico en
hierro, con una concentración de 28,5 mg de hierro en 100 gramos de espirulina (Marlina & Nurhayati, 2020).
Las frutas, vegetales y espirulina aportaron a la bebida potentes antioxidantes como carotenoides y polifenoles
que combaten el estrés oxidativo (Navarro González et al., 2017). Se ha reportado que un consumo por encima
de 600 mg de polifenoles al día resulta en un efecto protector ante enfermedades crónicas (Mohammed et al.,
2023; Navarro González et al., 2017). Basado en ese criterio, un contenido de 139,5 mg de polifenoles por 300
mL de bebida aporta cerca del 23 % de la cantidad de polifenoles recomendada por estos autores. En cuanto a la
cantidad de carotenoides, se obtuvieron 2,3 mg en 300 mL de la bebida. Se ha reportado que la espirulina produce
carotenoides como beta-caroteno, zeaxantina y beta-criptoxantina (Mohammed et al., 2023).
El contenido nal de cocianina en la bebida resultó más bajo de lo esperado. Esto, si se parte del contenido
analizado en la espirulina en polvo, que fue de 2334 mg/100 g. Se estimaría que la espirulina utilizada aporta
140 mg de cocianina correspondientes a 6 g de la espirulina en polvo, que a su vez, es la cantidad de espirulina
contenida en 300 g del prototipo seleccionado (P5, 2 % espirulina). Sin embargo, la concentración de cocianina
analizada en la bebida fue de 33,1 mg en 300 mL de bebida (o 31,5 mg/300 g bebida).

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La pérdida del contenido de cocianina en la bebida nal se puede explicar por la temperatura del tratamiento
térmico y otros factores como el pH, la luz y la presencia de oxígeno (Moreno García, 2016). La cocianina es
inestable a una temperatura superior a los 50 °C y fuera del rango de pH de 5 a 8, condiciones en las cuales se
produce la desnaturalización de su estructura proteica (Pez Jaeshke et al., 2021). Esto plantea el reto a futuro de
proponer un proceso mediante el cual se apliquen estrategias para la conservación de este importante pigmento.
El pH obtenido en la bebida seleccionada fue 3,93, correspondiente a una bebida acidicada, lo cual explicaría, en
parte, la degradación de la cocianina. Este pH presenta una ventaja a nivel de proceso ya que se puede obtener una
bebida estable a temperatura ambiente al someterse a un tratamiento térmico con llenado en caliente (Padilla-Zakour,
2009). Sin embargo, se recomienda que la comercialización de la bebida sea en refrigeración y en un empaque opaco
para conservar compuestos bioactivos sensibles a la temperatura y a la luz, tales como la vitamina C, polifenoles,
carotenoides y la cocianina (Gutiérrez Valencia et al., 2016; Mathias Rettig, 2014; Moreno García, 2016).
Conclusiones
Se desarrolló un prototipo de bebida verde con un alto valor nutricional y que utiliza la espirulina como fuente
de proteína sostenible. La bebida resultó con un contenido de 2 % de espirulina, el cual es mayor al de las bebidas
similares disponibles en el mercado y aporta 5 g de proteína en una porción de 300 mL. La bebida resultó baja en
sodio (3 % VRN), fuente de proteína (10 % VRN) y magnesio (13% VRN) y rica en hierro (44 % VRN) y vitamina
C (105 % VRN).
El diseño experimental de mezclas basado en la evaluación de agrado sensorial permitió identicar esa
formulación con alto contenido de espirulina y un agrado sensorial no diferenciable a una bebida comercial.
Este diseño constituye una herramienta valiosa para el desarrollo de productos en la industria alimentaria. El
presente trabajo muestra una opción de procesamiento viable para empresas de cualquier tamaño interesadas en
comercializar en el mercado costarricense una bebida verde con espirulina. Este desarrollo sería una opción de
producto para consumidores que buscan una alimentación saludable.
Agradecimientos
Las autoras agradecen a la Vicerrectoría de Investigación de la Universidad de Costa Rica por el nanciamiento
del proyecto dentro del cual se desarrolló este trabajo, proyecto 735-C0-455 “Desarrollo de alimentos enriquecidos
con biomasa de la cianobacteria Arthrospira sp. (espirulina) que contengan compuestos bioactivos con benecios
potenciales para la salud humana|”. Se agradece a la Sede de Guanacaste y el Centro Nacional de Ciencia y
Tecnología de Alimentos por el apoyo en el uso de los laboratorios e instalaciones para realizar esta investigación.
Conicto de intereses
Las autoras declaran que no existe ningún conicto de interés en esta investigación.
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