APLICACIÓN DEL MODELO DE
EXPERIMENTACIÓN TAGUCHI PARA LA
OPTIMIZACIÓN DEL PH EN EL CONCENTRADO
DE HORCHATA A BASE DE SEMILLAS DE MELÓN
APPLICATION OF THE TAGUCHI EXPERIMENTAL
DESIGN FOR PH OPTIMIZATION IN MELON SEED-BASED
HORCHATA CONCENTRATE
Stephany Arias Arias
Tecnológico Nacional de México
Julio César Romellón Cerino
Tecnológico Nacional de México
Margarita Quevedo Martínez
Tecnológico Nacional de México
pág. 8198
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14234
Aplicación del Modelo de Experimentación Taguchi para la Optimización
del pH en el Concentrado de Horchata a base de Semillas de Melón
Stephany Arias Arias1
L20300414@villahermosa.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0005-1802-2982
Tecnológico Nacional de México
InstitutoTecnológico de Villahermosa
México
Julio César Romellón Cerino
julio.rc@villahermosa.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-2388-3128
Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Villahermosa
México
Margarita Quevedo Martínez
mquevedo@macuspana.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0005-8981-6923
Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico Superior de Macuspana
México
RESUMEN
El objetivo de este trabajo es optimizar el pH del concentrado de horchata a base de semillas de melón,
utilizando el modelo de experimentación Taguchi. Este factor es crucial para garantizar tanto la calidad
del producto final como su estabilidad microbiológica. La metodología se basa en la realización de
experimentos controlados donde se varía el pH en diferentes rangos, evaluando su impacto en el sabor,
textura y vida útil de la horchata. A través de la aplicación del modelo Taguchi, se busca identificar el
nivel de pH óptimo que maximice la calidad del producto y reduzca la variabilidad en el proceso de
producción. Los principales hallazgos muestran que es posible determinar un nivel de pH ideal que
contribuye significativamente a la mejora del producto, optimizando así su aceptación y durabilidad.
Palabras clave: optimización del Ph, modelo de experimentación Taguchi, concentrado de horchata
1
Autor principal
Correspondencia: julio.rc@villahermosa.tecnm.mx
pág. 8199
Application of the Taguchi Experimental Design for pH Optimization in
Melon Seed-Based Horchata Concentrate
ABSTRACT
The objective of this work is to optimize the pH of melon seed-based horchata concentrate using the
Taguchi experimental model. This factor is crucial to ensure both the final product's quality and its
microbiological stability. The methodology is based on conducting controlled experiments where the
pH is varied within specific ranges, evaluating its impact on the horchata's flavor, texture, and shelf life.
Through the application of the Taguchi model, the aim is to identify the optimal pH level that maximizes
product quality and reduces process variability. The main findings show that it is possible to determine
an ideal pH level that significantly contributes to product improvement, thereby optimizing its
acceptance and durability.
Keywords: pH optimization, taguchi experimental model, horchata concentrate
Artículo recibido 15 octubre 2024
Aceptado para publicación: 02 noviembre 2024
pág. 8200
INTRODUCCIÓN
El modelo de experimentación Taguchi, desarrollado por el ingeniero japonés Genichi Taguchi, es una
metodología estadística ampliamente utilizada para mejorar la calidad y eficiencia de procesos y
productos (Taguchi G. , 1986). Su enfoque se basa en la identificación y control de factores clave que
afectan el rendimiento de un proceso o producto, con el objetivo de lograr una calidad óptima y mínima
variabilidad. Este método busca encontrar la combinación ideal de parámetros que reduzca la
sensibilidad a variaciones indeseadas, promoviendo así la robustez y estabilidad del producto o proceso
(Taguchi G. , 1986). Una característica distintiva del modelo Taguchi es su énfasis en el diseño robusto,
que procura que los productos o procesos sean menos sensibles a las fluctuaciones en las condiciones
operativas o ambientales (Taguchi & Wu, 2002). Al optimizar el rendimiento nominal y minimizar las
variaciones, el modelo contribuye a una mayor consistencia y fiabilidad del resultado final. Este modelo
ha sido aplicado en diversas industrias, desde manufactura hasta servicios, especialmente en contextos
donde múltiples factores influyen en el resultado final (Phadke, 1989). En este artículo, se aplica el
modelo Taguchi a la producción de concentrado de horchata a base de semillas de melón para identificar
la combinación óptima que garantice un nivel de pH adecuado. El pH es crucial en este contexto porque
influye en la eficacia del benzoato de sodio, un conservante utilizado comúnmente en alimentos y
bebidas (Cubero, 2002). Se determinó que mantener el pH entre 2 y 6 es esencial para que el benzoato
de sodio funcione de manera óptima en el concentrado de horchata elaborado con semillas de melón
pues inhibe el crecimiento de microorganismos y asegura su estabilidad microbiológica. Este estudio
aborda el problema de la variabilidad en el pH del concentrado, buscando una solución que garantice la
calidad y seguridad del producto final. La relevancia de este trabajo radica en su contribución a la
mejora de la producción de horchata, un producto que requiere un control preciso del pH para su
conservación y aceptación en el mercado (Zavala Cruz, 2008). Los antecedentes investigativos en el
área de optimización de procesos mediante el modelo Taguchi proporcionan el marco teórico para este
estudio, respaldado por diversas investigaciones previas en aplicaciones similares. El objetivo principal
de este trabajo es determinar el nivel óptimo de pH que maximice la calidad del concentrado de
horchata, utilizando el modelo Taguchi para reducir la variabilidad en el proceso de producción.
pág. 8201
Este enfoque no solo mejorará la calidad del producto, sino que también optimizará su durabilidad y
aceptación en el mercado (Zapata, 2014).
METODOLOGÍA
Este estudio adopta un enfoque cuantitativo para la optimización del pH en el concentrado de horchata
utilizando el modelo de experimentación Taguchi. El objetivo es identificar el nivel óptimo de pH que
maximice la calidad del concentrado, reduciendo la variabilidad en el proceso de producción. La
investigación es de tipo aplicativo pues se busca resolver un problema específico relacionado con la
calidad del producto final a través de la aplicación práctica del modelo Taguchi. Este enfoque permite
adaptar y aplicar técnicas estadísticas avanzadas para mejorar el proceso de producción de horchata.
El diseño utilizado es experimental, específicamente un diseño transversal. Los experimentos se llevan
a cabo en una sola fase, en la que se varían los niveles de pH y se evalúa su impacto en la calidad del
concentrado de horchata. Se aplican técnicas del modelo Taguchi para determinar la combinación
óptima de parámetros que garantice el mejor resultado (García, 2015).
La población de estudio incluye los diferentes niveles de pH aplicados al concentrado de horchata
durante el proceso de producción. La muestra está compuesta por 8 muestras de concentrado de horchata
de semilla de melón con los factores y niveles producidos bajo condiciones controladas, variando en
los niveles de pH establecidos por el diseño experimental.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se realizaron 8 experimentos, en este caso 8 muestras de concentrado de horchata de semilla de melón
con los factores y niveles, a estos experimentos se les aplicaron 3 réplicas para identificar la
variabilidad. Para la recolección de datos, se emplean las mediciones de pH, utilizando un medidor de
pH calibrado para asegurar precisión en las mediciones.
Los factores estudiados son: Tiempo de secado de la semilla de melón, cantidad de semillas de melón,
tipo de azúcar, cantidad de benzoato, tiempo de Mezclado y tipo de azúcar.
Para la recolección de datos, se emplea las mediciones de pH, utilizando un medidor de pH calibrado
para asegurar precisión en las mediciones.
pág. 8202
Tabla 1. Listado de los factores y sus códigos.
Factor
Código
Tiempo de secado de la semilla de melón.
A
Cantidad de semillas de melón.
B
Tipo de azúcar.
C
Cantidad de benzoato.
D
Tiempo de Mezclado.
E
Tipo de azúcar y cantidad de benzoato.
CXD
Tabla 2. Niveles a considerar en cada factor.
Nivel 1
Nivel 2
60 grados centígrados (1hora)
125 grados centígrados (35 minutos)
500 gramos
425 gramos
Estándar
Refinada
4 gramos
6 gramos
20 minutos
35 minutos
Se seleccionó un arreglo ortogonal L8 para la matriz, esto permite estudiar integralmente los 6 factores
y los 2 niveles involucrados, complementado con tres corridas experimentales.
Tabla 3. Arreglo Ortogonal L827 (Gutiérrez, 2008).
No. De corrida
Columna 1
Columna 2
Columna 3
Columna 4
Columna 5
Columna 6
Columna 7
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
2
2
2
3
1
2
2
1
1
2
2
4
1
2
2
2
2
1
1
5
2
1
2
1
2
1
2
6
2
1
2
2
1
2
1
7
2
2
1
1
2
2
1
8
2
2
1
2
1
1
2
2 factores: columnas 1,2
3 factores: columnas 1,2,4
4 factores: columnas 1,2,4,7
5 factores: columnas 1,2,4,7,6
6 factores: columnas 1,2,4,7,6,5
7 factores: las 7 columnas
pág. 8203
En la siguiente tabla se puede ver el arreglo experimental seleccionado junto con los resultados
obtenidos, con una característica de calidad nominal de valor 4.
Tabla 4. Arreglo Ortogonal L827 con los factores involucrados
No. de corrida
experimental
A
B
3
C
CXD
D
E
R1
R2
R3
Promedio
1
1
1
1
1
1
1
1
5.31
5.52
5.61
5.48
2
1
1
1
2
2
2
2
6.54
5.89
5.37
5.93
3
1
2
2
1
1
2
2
3.97
3.98
4.02
3.99
4
1
2
2
2
2
1
1
5.62
5.51
5.52
5.55
5
2
1
2
1
2
1
2
6.53
6.9
7.14
6.85
6
2
1
2
2
1
2
1
5.26
5.15
4.81
5.07
7
2
2
1
1
2
2
1
3.96
4.05
4.02
4.01
8
2
2
1
2
1
1
2
4.09
4.22
5.04
4.45
Donde:
A1 = 5.237 C1 = 4.08 C2D1 = 5 E1 = 5.027
A2 = 5.095 C2 = 5.25 C2D2 = 5.5 E2 = 5.305
B1 = 5.832 C1D1 = 6.165 D1 = 5.582
B2 = 4.5 C1D2 = 4 D2 = 4.75
Gráfico 1. Gráfico lineal (Escalante, 2008) promedio de los factores
A1 A2 B1 B2 C1 C2 C1 C2 D1 D2 E1 E2
5,237 5,095
5,832
4,5
4,08
5,25
6,165
4
5
5,5 5,582
4,75 5,027 5,305
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12 14
Valores Y
Nominal
4
pág. 8204
Se observa en el gráfico 1 la combinación óptima de los factores que nos proporciona un resultado de:
A2 B2 C1 D2 E1
Donde:
A2 = 125 grados centígrados (35 minutos)
B2 = 500 gramos de semillas de melón
C1 = Azúcar estándar
D2 = 6 gramos de benzoato de sodio
E1= Mezclado por 20 minutos
Al aplicar el experimento de la combinación óptima encontrada, ésta nos proporciona un resultado de
4.00 de pH.
Se decide hacer la experimentación mediante S/R, (Cruz, 2012) (su valor nominal es lo mejor tipo 1)
para comparar resultados, la cual se presenta a continuación:
Fórmula para S/R Nominal tipo 1
𝑆/𝑅 = 10log⁡(ȳ2
𝑠2)
Tabla 5. Arreglo Ortogonal L827 con los factores involucrados y S/R.
No. de corrida
experimental
A
B
3
C
CXD
D
E
R1
R2
R3
ȳ
S
S/R
1
1
1
1
1
1
1
1
5.31
5.52
5.61
5.48
0.15
31.081
2
1
1
1
2
2
2
2
6.54
5.89
5.37
5.93
0.58
20.103
3
1
2
2
1
1
2
2
3.97
3.98
4.02
3.99
0.03
43.719
4
1
2
2
2
2
1
1
5.62
5.51
5.52
5.55
0.06
39.322
5
2
1
2
1
2
1
2
6.53
6.9
7.14
6.85
0.31
26.971
6
2
1
2
2
1
2
1
5.26
5.15
4.81
5.07
0.23
26.715
7
2
2
1
1
2
2
1
3.96
4.05
4.02
4.01
0.05
38.998
8
2
2
1
2
1
1
2
4.09
4.22
5.04
4.45
0.52
18.731
Donde:
A1 = 33.556 C1 = 35.192 C2D1 = 29.026 E1 = 33.593
A2 = 27.853 C2 = 27.317 C2D2 = 23.409 E2 = 27.381
B1 = 26.217 C1D1 = 29.026 D1 = 29.026
B2 = 35.192 C1D2 = 41.358 D2 = 32.383
pág. 8205
Gráfico 2. Gráfico lineal S/R
A1 A2 B1 B2 C1 C2 C1 C2 D1 D2 E1 E2
La combinación óptima de los factores encontrada en el gráfico 2 para S/R, es la siguiente:
A1 B2 C1 D2 E1
Donde:
A1 = Tiempo de secado es de 60 centígrados durante una hora
B2 = 500 gramos de semillas de melón
C1 = Azúcar estándar
D2 = 6 gramos de benzoato de sodio
E1 = Mezclado por 20 minutos
Se observa que la diferencia se encuentra únicamente en el primer factor al compararlo con la
combinación óptima encontrada con el análisis por promedio de los factores. Al aplicar la combinación
óptima con S/R, ésta proporciona un resultado de 4.02 de pH.
CONCLUSIONES
Este estudio ha demostrado la efectividad del modelo de experimentación Taguchi para la optimización
del pH en el concentrado de horchata a base de semillas de melón. Los resultados obtenidos indican que
es posible identificar un nivel óptimo de pH que mejora significativamente la calidad del producto y
33,556
27,853 26,217
35,192 35,192
27,317 29,026
41,358
29,026
23,409
29,026
32,383 33,593
27,381
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10 12 14
Valores Y
pág. 8206
reduce la variabilidad en el proceso de producción. La aplicación del modelo Taguchi ha permitido
determinar que el pH óptimo para maximizar la calidad del concentrado se encuentra en un rango
específico. Este hallazgo está respaldado por los datos obtenidos a través de mediciones precisas. La
metodología empleada ha sido fundamental para alcanzar estos resultados, destacando la robustez del
diseño experimental y la validez de las técnicas de recolección de datos.
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