I. DATOS GENERALES

I.1 Título

“EFECTO DE AGENTES ENCAPSULANTES Y TEMPERATURA DE SECADO DE LA GUANABANA (Annona muricata) MEDIANTE ATOMIZACION EN LA RETENCION

DE LA VITAMINA C”

I.2 Equipo investigador

Autores: Bach. Escudero Jaramillo Fred Miguel Guzmán Serrano Wilmer Israel

Asesor:

…………………….

I.3 Facultad a la que pertenece

Facultad de IngenieríaEscuela Agroindustrial

I.4 Fecha proyectada de la investigación

Inicio: 10 de Junio de 2013Termino: 10 de Setiembre de 2013

I.5 Área y línea de desarrollo de la investigación

Área Industria de la Producción de la Conservación de Fruta y Área Tecnológica.

I.6 Tipo de investigación

Experimental - Aplicada

1

I.7 Lugar de ejecución del proyecto

Laboratorio de Investigación y desarrollo de nuevos Productos Agroindustriales de la Escuela de Ingeniería Agroindustrial de la U.N.S.

Laboratorio de Composición Bioquímica de los Alimentos Agroindustriales de la Escuela de Agroindustrias de la U.N.S.

Planta Piloto Agroindustrial de la Universidad Nacional del Santa. Instituto de Investigación de la Escuela de Ingeniería Agroindustrial de la

U.N.S.

I.8 Descripción general del proyecto

El presente proyecto tiene la finalidad de evaluar el efecto de la interacción de dos tipos de coadyuvantes; maltodextrina y goma arábiga; así como también la presión de aire de secado por atomización en la calidad del polvo deshidratado a partir de la pulpa de Guanábana (Annona Muricata). De esta manera se determinará cuáles son las concentraciones de los coadyuvantes y presión óptima de secado para mantener la mayor cantidad de sus propiedades nutritivas y organolépticas.

Nº

Actividades Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Revisión bibliográfica

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

2 Definición del tema

x x

3 Elaboración y presentación del PTI

x X x x x x

4 Pruebas Preliminares

x x

8 Pruebas Definitivas x x x9 Tabulación y

análisis de resultados

x x x x x x x

10 Discusiones y conclusiones

x x x X

11 Elaboración y presentación del informe final

x x x x x x x

12 Revisión y sustentación de la tesis

x

I.9 Cronograma de actividades

2

I.10 Presupuesto

CÓDIGO PARTIDA SUBTOTAL TOTALBienes

Materia Prima

Materiales de Escritorio

Materiales de Laboratorio

Materiales de Limpieza

Otros

350.00

30.00

50.00

30.00

50.00

510.00

Servicios

Pasaje y Viáticos

Impresiones

Gastos de encuadernación

Otros

200.00

40.00

100.00

100.00

440.00

TOTAL 950.00

3

II. PLAN DE INVESTIGACIÓN

II.1 Antecedentes

Se han efectuado una revisión bibliográfica preliminar de los siguientes documentos:

“EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DEL SECADO POR ASPERSIÓN SOBRE LOS COMPUESTOS FITOQUÍMICOS-FUNCIONALES Y CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS EN ENCAPSULADOS DE ZARZAMORA (Rubus spp). Morales Guzmán J, Medina Torres M.G., Andrade Esquivel E. Guzmán Maldonado S.H., Hernández López, XII CONGRESO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS. Jueves 27 y Viernes 28 de Mayo de 2010 Guanajuato, Gto.

Se llegan a las conclusiones:

Al evaluar las variables que intervienen en el proceso de secado por aspersión afectan las características fisicoquímicas en los diferentes muestras siendo más significativas la temperatura de aire de entrada (°C) y la presión de aire de

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entrada ya que estas afecta la humedad e higroscopicidad pues de estas depende la estructura geométrica y tamaño de las partículas.

“ESTUDIO COMPARATIVO DE TRES SISTEMAS DE SECADO PARA LA PRODUCCIÓN DE UN POLVO DESHIDRATO DE FRUTA”, Adela María Ceballos Peñalozaa. Tesis de grado Magister en Ingeniería Química-Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, octubre de 2008, concluye:

Los polvos de guanábana obtenidos por liofilización, aspersión y vacío en general presentaron características de sabor y aroma propias de la guanábana. Los polvos secados por aspersión tuvieron partículas muy finas a diferencia de los otros dos, factor que influyó grandemente en las propiedades estudiadas.

El secado de la pulpa de guanábana a pesar de tener maltodextrina, fue muy difícil en el secador por aspersión por el contenido de fibras largas, los cuales ocasionaron taponamiento de la boquilla, esto requirió adicionar otras operaciones como fueron filtrado y dilución de alimentación hasta el 10% de sólidos. Sin embargo en el secado se presentó mucha adherencia de la pulpa a las paredes de la cámara, generando grandes pérdidas de material y altos tiempos para la limpieza del equipo. La anterior condición se vio reflejada en los menores contenidos de fibra en el polvo final, altos tiempos de humectabilidad y en características como el color y la granulometría muy similares a la maltodextrina.

La humectabilidad de los polvos cambia grandemente con el tamaño de las partículas. Es la razón por la que se presentaron tiempos muy largos de humectación para los polvos secados por aspersión, en comparación con los liofilizados y los de vacío. Los polvos más finos se obtuvieron por aspersión y para los flujos de alimentación más altos.

Para la mayoría de los polvos de guanábana obtenidos, los contenidos de azúcar son altos y la humectabilidad baja. Se obtuvieron tiempos de humectación mayores de 1 min. en los polvos secados al vacío y mayores de 13 min. por aspersión.

Tesis “MICROENCAPSULACIÓN Y ESTABILIZACIÓN ENZIMÁTICA DEL JUGO DE CHIRIMOYA (Annona Cherimola Mill)”, Dr. Ramón Villanueva Arce, Dr. Jorge Yañes Fernández. Instituto Politécnico Nacional-Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología-2010. Concluye:

Las mejores condiciones de proceso obtenidas fueron de 160 °C de temperatura de entrada con el cual se obtuvo un mayor rendimiento .las

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variables de respuesta utilizadas fueron (acidez titulable , azucares (reductores y totales), pectina, pH, solidos solubles totales, vitamina C y rendimiento, se vieron afectados por la temperatura, adición de complejos enzimáticos y adición de antioxidantes.

“PHYSICAL PROPERTIES OF SOURSOP (ANNONA MURICATA) POWDER PRODUCED BY SPRAY DRYING”, Khaidatul Hasni Bte Mohamad Alias. Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering Universiti Malaysia Pahang. Concluye:

Las variables independientes fueron: temperatura del aire de entrada (160-190 ° C) y la concentración de maltodextrina (10-25% de los sólidos totales de los de la pulpa de guanabana). El contenido de humedad, higroscopicidad, rendimiento del proceso, la solubilidad y disolución se analizaron como respuestas. Contenido de humedad en polvo y el rendimiento del proceso se vieron afectados positivamente por la temperatura del aire de entrada que está directamente relacionada con el calor y transferencia de masa. Rendimiento del proceso también fue influenciado negativamente por la concentración de maltodextrina. La higroscopicidad del polvo disminuyó con el aumento de la concentración de maltodextrina la y la disminución de la temperatura. Los polvos con bajo contenido de humedad eran más higroscópico, que se relaciona con el mayor gradiente de concentración de agua entre el producto y el aire circundante. El resultado muestra la óptima condiciones de temperatura de entrada del aire es 170°C, mientras que para la concentración de maltodextrina es 10%.

II.2 Marco Teórico

“APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS DE LA MICROENCAPSULACIÓN”, J. Yáñez Fernández, J.A. Salazar Montoya, L. Chaires Martínez, J. Jiménez Hernández, M. Márquez Robles y E. G. Ramos Ramírez J. XXX Aniversario de Biotecnología y Bioingeniería publicado Septiembre-octubre de 2002.

Nos dice acerca de la encapsulación:

La encapsulación es un proceso mediante el cual ciertas sustancias bioactivas sabores, vitaminas o aceites esenciales) son introducidas en una matriz o sistema pared con el objetivo de impedir su pérdida, para protegerlos de la reacción con otros compuestos presentes en el alimento o para impedir que sufran reacciones de oxidación debido a la luz o al oxígeno. Una ventaja adicional es que un compuesto encapsulado se liberara gradualmente del

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compuesto que lo ha englobado o atrapado y se obtienen productos alimenticios con mejores características sensoriales y nutricionales.

Existe una amplia variedad de materiales para cobertura que pueden ser usados para encapsular ingredientes alimentarios, donde se incluyen aceites hidrogenados, ceras, maltodextrinas, almidones y gomas. El uso de goma arábiga como matriz encapsulante es común debido a sus características de viscosidad, solubilidad y emulsificación. Las dextrinas son formadas por el calentamiento de almidón, en presencia de ácido o base, formando polímeros con alto grado de ramificación; comparadas con almidones no modificados, se mejoran sus características de solubilidad y viscosidad. Las maltodextrinas son obtenidas a partir de una hidrólisis parcial del almidón de maíz por vía ácida o enzimática; los polímeros de glucosa producidos pueden variar en longitud y en peso molecular; sus viscosidades son inferiores a las de la goma arábiga y no presentan grupos lipofílicos, por lo que sus propiedades emulsificantes son pobres. Sus ventajas incluyen sabor tenue, es posible su uso a altas concentraciones de sólidos y mejoran la vida de almacenamiento de aceites esenciales de cítricos; mezclas de sólidos de maíz, maltodextrinas y almidones modificados permiten un encapsulamiento óptimo.

“MANEJO POSCOSECHA Y EVALUACION DE LA CALIDAD PARA LA GUANABANA (Annona Muricata L.). QUE SE COMERCIALIZA EN LA CIUDAD DE NEIVA”. Ing. Carlos Emilio Reina G., Carlos M. Rivera O., Fernando L. Bonilla B.. Universidad Sur Colombiana-Facultad de Ingeniería-Programa de Ingeniería Agrícola. 1996.

7

II.3 Definición de términos

Agentes encapsulantes: Materiales capaces de formar una cubierta alrededor de una enzima o bacteria. Los más corrientes son polisacáridos, como alginato o agar. Estos agentes son inertes, permiten una difusión rápida de nutrientes y oxígeno hacia dentro y fuera de la cápsula, y pasan fácilmente de forma sólida (gel) a líquida (suspensión o solución) mediante cambios de temperatura o de concentración iónica

Solubilidad: Es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente); implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto disuelto en una dada cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solución está saturada

Humedad: Se denomina humedad ambiental a la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Se puede expresar de forma absoluta mediante la humedad absoluta, o de forma relativa mediante la humedad relativa o grado de humedad.

Atomización: Un pulverizador o atomizador es un utensilio que se emplea para producir una fina pulverización de un líquido, mediante una bomba manual.

III. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO

III.1 Objeto de la investigación

Con esta investigación se quiere determinar los parámetros óptimos de secado por atomización y concentración optima de los agentes encapsulantes con lo cual se retenga la mayor cantidad de vitamina C en el polvo deshidratado a partir de la pulpa de guanábana.

III.2 Formulación del problema

8

En la actualidad podemos ver que la explotación de este producto es mínima, esto debido a la alta perecibilidad, crecimiento limitado en ciertas estaciones del año y a su baja resistencia por el daño mecánico. Nutricionalmente, la fruta de guanábana es rica en hidratos de carbono, particularmente fructosa y también contiene cantidades significativas de vitamina C, vitamina B, vitamina B2 y minerales como el sodio, potasio, fosforo, hierro y magnesio, las cuales son indispensables para la salud. Una manera para la conservación de este producto, reteniendo sus propiedades nutricionales y organolépticas es mediante la tecnología de secado por atomización, para la obtención de un polvo deshidratado que pueda estar disponible en el mercado durante todo el año. Por otro lado para la retención de las propiedades como el aroma y contenido de vitaminas, es necesario la aplicación de agentes encapsulantes Estos encapsulantes deben tener la capacidad de proporcionar una emulsión estable durante el proceso de secado por aspersión y tener muy buenas propiedades de formación de película para proveer una capa que proteja al ingrediente activo de la oxidación y temperatura. La maltodextrina y goma arábiga son los encapsulantes más utilizados; la maltodextrina que favorece a la retención de sabores y la goma arábiga en la retención de sabores colores y vitaminas. Otro punto a tener en cuenta es la presión del aire, la cual regula el tamaño de partícula y propiedades del polvo deshidratado tales como; humedad, solubilidad y humectabilidad.

Por lo tanto, en el presente proyecto se evaluarán el efecto de la maltodextrina y de la goma arábiga a diferentes concentraciones, así como también diferentes temperaturas del aire en el secado por atomización para obtener polvo deshidratado a partir de la guanábana (annona muricata) reteniendo la mayor cantidad de vitamina C.

La pregunta de la investigación

¿Cuál es el efecto de los agentes encapsulantes, así como las temperaturas de aire en el secado por atomización, en la retención de vitamina C del polvo deshidratado a partir de la pulpa de guanabana (annona muricata)?

III.3 Objetivos

3.3.1.1. OBJETIVO GENERAL

9

Evaluar el efecto de los agentes encapsulantes y temperaturas de aire en el secado por atomización sobre la retención de vitamina C en el polvo deshidratado a partir de la pulpa de guanábana (Annona muricata)”

3.3.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la concentración de los agentes encapsulantes y la temperatura de aire óptimos para la obtención del polvo deshidratado de guanábana (Annona muricata).

Evaluar las propiedades fisicoquímicas, humedad, solubilidad y contenido de vitamina C del polvo deshidratado de guanábana (Annona muricata).

Evaluar las propiedades sensoriales del polvo deshidratado de guanábana (Annona muricata).

III.4 Hipótesis

A una concentración del 50% de goma arábiga y a una temperatura de 170, se tendrá una mayor retención del contenido de vitamina C en el polvo deshidratado a partir de la pulpa de guanábana (annona muricata).

III.5 Definición de variables

III.5.1 Variables Independientes

Temperatura de aire( °C): 130-150-170 Concentración de agentes encapsulantes: Maltodextrina (M) y Goma

arábiga (GA).

10

FORMULACIÓN1 0% (Testigo)2 50% M3 25% M + 25% GA4 50% GA

III.5.2 Variables Dependientes

Humedad

Vitamina C

Evaluación sensorial

III.6 Importancia y justificación del estudio

Uno de los grandes problemas de la guanábana (annona muricata) es su alta perecibilidad, lo cual limita su producción y comercialización en el mercado, por lo que en esta investigación utilizaremos el método de secado por atomización, dando un valor agregado a esta fruta y esté disponible durante todo el año en el mercado. De esta manera la idea es incentivar a las empresas agroindustriales optar por ésta tecnología de secado por atomización en la fruta de guanábana, ya que el polvo deshidratado retiene sus propiedades nutricionales beneficiosas para la salud y pueden ser aprovechados para la elaboración de nuevos productos, contribuyendo así al beneficio de las empresas y de los consumidores.

Por último estos conocimientos obtenidos pueden servir de base para futuras investigaciones utilizando las variables de proceso en este estudio.

11

IV. MATERIALES Y METODOS

IV.1 Materiales

IV.1.1 Materia prima

La materia prima a utilizar será la guanábana (Annona muricata).

IV.1.2 Materiales y reactivos

IV.1.2.1 Agentes encapsulantes

Goma arábiga Maltodextrina

IV.1.2.2 Reactivos e insumos

Vitamina C (puro) Ácido oxálico (solución al 4%) Solución coloreada (ET) Fenolftaleina Hidróxido de sodio (0.1N)

IV.1.2.3 Materiales Complementarios

Termómetros Placas petri Crisoles Vasos de precipitado Pipetas Buretas Probetas Tubos de ensayo Envase de almacenamiento del polvo deshidratado

IV.1.2.4 Equipos e instrumentos

Spray dryer

12

Espectrofotómetro UV pH-metro Balanza análitica Estufa Potenciómetro

IV.2 Diseño Experimental

El diseño estadístico que se empleó para evaluar el efecto de las concentraciones de los agentes encapsulantes y las presiones de aire en el secado por atomización sobre la calidad del polvo deshidratado a partir de la pulpa de guanábana (Annona muricata), fue la metodología de Diseño Factorial 3ax6b con 3 repeticiones en un Diseño Completamente al Azar (DCA).Los resultados que se obtendrán serán evaluados estadísticamente a fin de determinar las diferencias significativas entre ellas.

Cuadro del experimento factorial 3ax4b

Temperatura (°C)

FORMULACIÓN

0% 50% M 25% M + 25%GA

50%GA

13

130Y 111

Y 112

Y 113

Y 121

Y 122

Y 123

Y 131

Y 132

Y 133

Y 141

Y 142

Y 143

150Y 211

Y 212

Y 213

Y 221

Y 222

Y 223

Y 231

Y 232

Y 233

Y 241

Y 242

Y 243

170Y 311

Y 312

Y 313

Y 321

Y 322

Y 323

Y 331

Y 332

Y 333

Y 341

Y 342

Y 343

IV.3 Modelo Estadístico

MODELO LINEAL

Y IJK=μ+α I+βJ+(αβ )IJ +ε IJK

para i = 1, . . . , a j = 1, . . . , b k = 1, . . . , n donde:

Y IJK : Representa el análisis individual de la i-ésima temperatura y la j-ésimo

formulación en la k-ésima observación.

µ: es el efecto medio global.

α I : es el efecto de la i-ésima temperatura

βJ : El efecto de la j-ésima formulación

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(αβ )IJ: Es el efecto producido entre las interacciones de la i-ésima temperatura

y la j-ésima formulación

ε IJK : Efecto del error experimental por aplicación de la i-ésima temperatura y la

j-ésima formulación en la k-ésima observación.

Formulación de hipótesis

H0 : α1 = · · · = αa = 0 (la temperatura no influye)H1 : algún αi ≠ 0 (la temperatura influye)

H0 : β1 = · · · = βb = 0 (la formulación no influye)H1 : algún βi ≠ 0 (la formulación influye)

H0 : (αβ)11 = · · · = (αβ)ab = 0 (no hay interacción)H1 : algún (αβ)ij ≠ 0 (hay interacción)

ANOVA

Fuentes de Variación

(FV)

Sumas deCuadrados

(S.C.)

Grados de Libertad

(G.L.)

Cuadrados Medios(C.M.)

Estadístico de Prueba

(Fc)

Temperatura (α ) SCα a−1 SMαSCαSMR

Formulación (β ) SCβ b−1 SMβSCβSMR

Interacción Concentración y

Temperatura (αβ)SC(α) (a−1)(b−1) SC(αβ ) SC (αβ )

SMR

Error Experimental SCR ab (r−1) SCR

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Total SCT abr−1 SCT

Grados de libertad:

F.V. G. L.

Temperatura (α ) 2

Formulación (β ) 3

Interacción Presión y

Formulación (αβ)6

Error Experimental

24

Total 35

IV.4 Métodos de análisis

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD: La determinación del contenido de humedad se determinará por efecto de gravimetría en estufa a temperaturas de 55ºC según el método AOAC (1991), descrito por Pearson.

DETERMINACIÓN DE CENIZAS: Por el método AOAC (1991) descrito por Pearson.

DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ: La acidez total se determinará según el método AOAC (1995). Sus resultados son expresados en porcentajes de ácido ascórbico para el aguaymanto y ácido tartárico para la uva red globe.

DETERMINACIÓN DE pH: El potenciómetro se calibrará inicialmente a través de soluciones tampón. Según el método AOAC (1995).

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DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE SOLIDOS SOLUBLES: El porcentaje de solidos solubles será determinado directamente por lectura en refractómetro de precisión ABBE.

DETERMINACIÓN DE VITAMINA C: Por espectrofotometría. Empleando el método AOAC (2000).

IV.5 Técnicas de Procesamiento y Análisis de datos

Los resultados obtenidos de serán procesados y analizados mediante el

programa SPSS (Statistical Package for Social Sciences) , en el cual se utilizara

el diseño experimental factorial en un DCA.

IV.6 Metodología

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Recepción de M.P.

Lavado y Desinfección

Pelado y extracción de raquis

Pulpeado

Tamizado

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

“EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DEL SECADO POR ASPERSIÓN SOBRE LOS COMPUESTOS FITOQUÍMICOS-FUNCIONALES Y CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS EN ENCAPSULADOS DE ZARZAMORA (Rubus spp). Morales Guzmán J, Medina Torres M.G., Andrade Esquivel E. Guzmán Maldonado S.H., Hernández López, XII CONGRESO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS. Jueves 27 y Viernes 28 de Mayo de 2010 Guanajuato, Gto.

“ESTUDIO COMPARATIVO DE TRES SISTEMAS DE SECADO PARA LA PRODUCCIÓN DE UN POLVO DESHIDRATO DE FRUTA”, Adela María Ceballos Peñalozaa. Tesis de grado Magister en Ingeniería Química-Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, octubre de 2008.

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Se realizarán las siguientes pruebas de secado por Atomización

Acondicionamiento y Homogenizado

T°: 130°C T°:150°C T°:170°C

FORMULACIÓN1 0% (Testigo)2 50% M3 25% M + 25% GA4 50% GA

Tesis “MICROENCAPSULACIÓN Y ESTABILIZACIÓN ENZIMÁTICA DEL JUGO DE CHIRIMOYA (Annona Cherimola Mill)”, Dr. Ramón Villanueva Arce, Dr. Jorge Yañes Fernández. Instituto Politécnico Nacional-Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología-2010.

“PHYSICAL PROPERTIES OF SOURSOP (ANNONA MURICATA) POWDER PRODUCED BY SPRAY DRYING”, Khaidatul Hasni Bte Mohamad Alias. Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering Universiti Malaysia Pahang

“APLICACIONES BIOTECNOLÓGICAS DE LA MICROENCAPSULACIÓN”, J. Yáñez Fernández, J.A. Salazar Montoya, L. Chaires Martínez, J. Jiménez Hernández, M. Márquez Robles y E. G. Ramos Ramírez J. XXX Aniversario de Biotecnología y Bioingeniería publicado Septiembre-octubre de 2002.

“MANEJO POSCOSECHA Y EVALUACION DE LA CALIDAD PARA LA GUANABANA (Annona Muricata L.). QUE SE COMERCIALIZA EN LA CIUDAD DE NEIVA”. Ing. Carlos Emilio Reina G., Carlos M. Rivera O., Fernando L. Bonilla B.. Universidad Sur Colombiana-Facultad de Ingeniería-Programa de Ingeniería Agrícola. 1996.

“EFECTO DE LA PRESIÓN DE TRABAJO Y COADYUVANTE DE SECADO EN LA CALIDAD DE LA GUANABANA (Annona Muricata) DESHIDRATADA POR LIOFILIZACIÓN”. Saúl Ricardo Chuquidiestra. Tésis de Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Nacional del Santa-Chimbote-Perú. 2000.

“PROPIEDADES DE REHIDRATACIÓN Y FUNCIONALES DE UN PRODUCTO EN POLVO A BASE DE JUGO DE GRANADA Y MANZANA”. Luz Araceli Ochoa Martínez, Silvia M. González Herrera, Julia Morales Castro, Nuria E. Rocha Guzmán, N. Trancoso Reyes, Marcela J. Urbina Martinez. Instituto Tecnológico de Durango, Unidad de Posgrado, Investigación y Desarrollo Tecnológico. Correo para correspondencia: aralui@itdposgradobioquimica.com.mx. CIENCIA@UAQ. 4(2):19-25.2011

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