aplicaciÓn de altas presiones hidrostÁticas...
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Chapter: A-3
World Congress & Exhibition ENGINEERING 2010-ARGENTINA October 17th–20th, 2010, Buenos Aires, AR 1
APLICACIÓN DE ALTAS PRESIONES HIDROSTÁTICAS EN
DURAZNOS MÍNIMAMENTE PROCESADOS
Gabriela I. Denoya1, Lourdes L. Del Castillo2, Patricia M. Pirola3, Claudio L. Sanow4,
Sergio R. Vaudagna5, Celia E. Benítez6
Abstract Los tratamientos térmicos se utilizan tradicionalmente para preservar
alimentos. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, ocasionan pérdidas de nutrientes y
cambios sensoriales importantes. Para minimizarlos, surge como alternativa la
tecnología de Altas Presiones Hidrostáticas (APH). Con la finalidad de estudiar su
factibilidad como estrategia de barrera, se realizaron ensayos en duraznos troceados,
combinando APH (300 y 450 MPa-5 min.) con refrigeración y aplicación de diferentes
aditivos y tipos de acondicionamiento. Se evaluó el efecto sobre el recuento
microbiano, los parámetros cromáticos y la textura. Al final del almacenamiento, se
constató que los tratamientos con APH no modificaron el recuento microbiano, aunque
aceleraron el pardeamiento enzimático; además, se observó una mayor resistencia a la
penetración en la medición textural de las muestras tratadas. La tecnología APH es
nueva en nuestro país; en consecuencia, será necesario experimentar con otras especies
frutihortícolas para estudiar sus posibilidades de uso y optimizar los parámetros de
aplicación en cada caso.
Index Terms Altas Presiones Hidrostáticas - tecnología de barreras - duraznos -
procesamiento mínimo
Abstract Thermal treatments are traditionally used to preserve food. However, under
certain conditions, they cause important loss of nutrients and sensory changes. To
minimize this, High Hydrostatic Pressure technology (HHP) emerges as an alternative.
In order to study its feasibility as a strategy barrier, tests were conducted with sliced
peaches. In the test, HHP (300 and 450 MPa, 5 min.) was combined with refrigeration
1 Denoya, G.I, Inst. Tecnol. de Alimentos-CIA, INTA-CC.77, B1708WAB-Morón, Bs. As, Argentina gdenoya@cnia.inta.gov.ar 2 Del Castillo, L.L.,Inst.Tecnol. de Alimentos-CIA,INTA-CC.77,B1708WAB-Morón,Bs As,Argentina ldelcastillo@cnia.inta.gov.ar 3 Pirola, P.M, Universidad de Buenos Aires, Facs. Ingeniería y Cs. Exactas y Naturales, Bs. As. Argentina ppirola@gmail.com 4 Sanow,C. L., Inst.Tecnol. de Alimentos-CIA, INTA-CC. 77, B1708WAB-Morón, Bs. As, Argentina csanow@cnia.inta.gov.ar 5 Vaudagna, S.R, Inst.Tecnol.de Alimentos-CIA, INTA-CC.77, B1708WAB-Morón, Bs. As, Argentina svaudagna@cnia.inta.gov.ar 6 Benítez, C.E., Inst.Tecnología de Alimentos-CIA, INTA-CC.77, B1708WAB-Morón, Bs. As, Argentina celiaeb@yahoo.com.ar
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and the application of different types of additives and packaging. The effect on
microbial counts, color parameters and texture were evaluated. At the end of storage
period, it was found that treatment with HHP did not change the microbial counts, but
accelerated the enzymatic browning, and that there was a greater resistance to
penetration on the textural measurement of the samples. HHP technology is new in our
country; it will therefore be necessary to experiment with other fruit and vegetable
species to study their usability and optimize application parameters in each case.
Index terms: High Hydrostatic Pressure- strategy barrier- minimum process- peaches
INTRODUCCIÓN
Los tratamientos térmicos, se utilizan tradicionalmente para preservar alimentos. Sin
embargo, bajo ciertas condiciones, ocasionan pérdidas de nutrientes y cambios
sensoriales importantes. Para minimizarlos, surgen como alternativa las tecnologías no
térmicas y entre ellas, las altas presiones hidrostáticas (APH).
Los tratamientos con APH, aplicados en un rango de 100 a 1000 MPa
(Megapascales) son más limpios y eficientes energéticamente, comparados a procesos
convencionales, pues los tiempos de los procesos son más cortos, dado que son
independientes de la masa. Además, como la presión se ejerce de manera simultánea y
uniforme sobre todo el producto, se evita la sobreexposición de la zona superficial [1].
Las altas presiones actúan a nivel de las interacciones iónicas, puentes de
hidrógeno e interacciones hidrofóbicas. Dado que no altera las uniones covalentes, el
tratamiento por APH se considera menos agresivo que los térmicos para compuestos de
bajo peso molecular, tales como los compuestos volátiles que definen al flavor,
pigmentos, vitaminas, etc., en los que prevalecen este tipo de uniones. La estructura de
las macromoléculas, en cambio, puede ser afectada por la presión [2]-[3].
La principal finalidad de la aplicación de APH en alimentos, es la inactivación
microbiana y enzimática, para garantizar la inocuidad y aumentar su vida útil [4]. La
inactivación microbiológica por APH, depende de la composición del alimento, el aw, el
pH, el microorganismo a inactivar, la intensidad de la presión, el tiempo de proceso y la
temperatura. Las formas vegetativas, suelen sufrir varias reducciones decimales con
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tratamientos de 400-600 MPa, mientras que las esporas soportan presiones superiores a
1000 MPa, cuando el tratamiento no se combina con otros que actúen de manera aditiva
o sinérgica [5]. Los efectos de APH sobre las enzimas, dependen del tipo de enzima, la
naturaleza de los sustratos, la intensidad de la presión, la temperatura y el tiempo de
proceso. Los cambios producidos en estas proteínas, pueden ser reversibles o
irreversibles. Es así que, para el desarrollo de los procesos por APH, es esencial
entender la influencia de la presión en la actividad de las enzimas que deterioran la
calidad de los alimentos [6].
La aplicación de APH permite, combinada con otras estrategias de barrera,
preservar un vegetal, sin perder la frescura del mismo. Sin embargo, se presentan dos
grandes inconvenientes en el procesamiento de vegetales por APH: la barorresistencia
de muchas enzimas y el ablandamiento de los tejidos. En los alimentos tratados por
APH, se considera que la actividad enzimática residual, es la responsable del deterioro
del flavor y el color. Un caso difícil es el de la polifenoloxidasa (PPO), la principal
enzima que cataliza el pardeamiento. La presión necesaria para inactivar esta enzima,
sobrepasa la requerida para inactivar a la mayoría de los microorganismos (>900MPa en
algunas especies). A ciertos niveles, la presurización puede incluso potenciar la
actividad de la PPO en muchos productos. Consecuentemente, para el desarrollo de
procesos APH en productos frutihortícolas sensibles al pardeamiento, es esencial
entender la influencia de la presión sobre las enzimas que inducen el deterioro [7], para
complementar eventualmente su efecto, con otras estrategias de barrera.
En cuanto al ablandamiento de los tejidos, éste se produce a causa de la gran
compresibilidad de la fase gaseosa, comparada con la de los componentes líquidos o
sólidos. Esto determina que la estructura se compacte al aplicar APH y se dañe luego
con el brusco ingreso de aire, aumentando la permeabilidad de la membrana, con la
consecuente pérdida de agua y aumento de la actividad enzimática [2].
Con el objetivo de evaluar el efecto de la tecnología de Altas Presiones
Hidrostáticas (APH) combinada con otras estrategias de barrera (aditivos y
acondicionamiento) sobre la vida útil de cubos de durazno (Prunus persicae), se realizó
el presente trabajo. Si bien esta fruta tiene un interesante perfil nutricional, el éxito en la
comercialización de duraznos mínimamente procesados se ve limitado por su corta vida
útil debido al pardeamiento superficial, el excesivo ablandamiento de los tejidos y la
acción de los microorganismos [8].
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MATERIALES Y MÉTODOS
Se trabajó con duraznos cv. O´Henry, de 217 g de peso medio por fruto, 11,33 % de
sólidos solubles, procedentes de una empresa rionegrina y adquiridos en el Mercado
Central de Buenos Aires a bulto cerrado, debidamente identificados y caracterizados en
origen: calidad Elegido, embalados en cajas de cartón con bandejas divisorias. Los
frutos se mantuvieron en cámara refrigerada (0/+1°C) hasta el momento del procesado.
El ensayo se preparó el día 16 de febrero de 2010. Los duraznos se pelaron,
descarozaron y trocearon, con cuchillo, en forma de cubos de 10 mm de lado,
aproximadamente. Los cubos así obtenidos se dividieron en dos partes iguales, para
destinar a acondicionamiento en seco y sumergidos en la solución conservante. Para
preparar estas soluciones se utilizaron los siguientes aditivos: ácido ascórbico (un
antioxidante), ácido cítrico (un acidificante), ácido etilendiaminotetracético (EDTA, un
quelante) y Cl2Ca (para mantener la firmeza), todos de calidad analítica. Las
combinaciones aplicadas fueron: 1) ácido ascórbico 1% + ácido cítrico 0,5% + EDTA
0,25%; 2) ácido ascórbico 1% + ácido cítrico 0,5% + EDTA 0,25% + Cl2Ca 0,5%; 3)
ácido ascórbico 1% + Cl2Ca 0,5%.
Para el acondicionamiento en seco, los cubos se sumergieron en la solución
correspondiente durante 5 minutos, se escurrieron y envasaron en bolsas Cryovac
PD-960 de permeabilidad conocida (tasa de transmisión de oxígeno 6,000-8,000
cc/m2/24 hs y para el CO2 de 19,000-22,000 cc/m2/24hs a 73ºF, 1 atm). Para el
acondicionamiento en líquido, la fruta troceada se envasó en frascos flexibles de
polietileno de 60ml, que luego se llenaron con la solución correspondiente. Finalmente,
todas las muestras se colocaron individualmente en bolsas protectoras Cryovac BB4L,
que se cerraron al vacío.
A continuación, las muestras de cada tratamiento se dividieron en tres grupos, dos
de los cuales se destinaron a aplicación de APH y uno se reservó como testigo. Las
muestras tratadas por altas presiones, se procesaron en un equipo Stanted Fluid Power
Ltd. High Pressure Iso-Lab System Model: FPG9400:922, UK, con un cilindro de 2
litros de capacidad y que alcanza una presión máxima de 900 MPa (Figura 1)
recientemente adquirido por el INTA e instalado en el Instituto Tecnología de
Alimentos ubicado en Castelar, provincia de Buenos Aires. Se aplicaron dos
tratamientos de diferente intensidad: 300 MPa y 450 MPa y de igual duración (5
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minutos). La temperatura inicial para todos los casos fue de 25ºC, la cual sólo se
modificó por el calentamiento adiabático debido a la compresión, como muestran las
Figuras 2 y 3. Posteriormente, las muestras se mantuvieron a 1-2ºC en heladera vertical.
Durante el almacenamiento, se realizaron determinaciones de firmeza, contenido
de sólidos solubles, parámetros cromáticos y presencia de microorganismos, a los 6, 13
y 20 días de preparado el ensayo.
Para la estimación de la firmeza por penetración, se utilizó un texturómetro
modelo Stable Micro System Ltd., TA-XT Plus, con una sonda cilíndrica, de 2mm de
diámetro y área de contacto de 3mm2 (con un recorrido total prefijado en 5mm y
velocidad de 1,5mm/s. Se registró el valor de fuerza máxima ejercida durante toda la
evaluación, como estimador del parámetro analizado. Para el análisis microbiológico, se
realizó un recuento total de aerobios mesófilos (ICMSF 1983), y de hongos y levaduras
(ISO13681: 1995) utilizando como medio de cultivo para este último, agar glucosa-
extracto de levadura cloranfenicol (YGC). Las características cromáticas de los cubos
fueron evaluadas mediante los parámetros L*, a*, b* del espacio de color CIE Lab. Se
utilizó un colorímetro Konica Minolta modelo CR-400. Iluminante: D65 y observador
de 2 grados. El contenido de sólidos solubles de las muestras se determinó con un
refractómetro de mano.
Para este ensayo se aplicó un diseño totalmente aleatorizado, con tres repeticiones
y una bolsa y/o un frasco como unidad experimental. Los resultados obtenidos se
analizaron mediante un ANOVA, y las diferencias entre tratamientos se compararon
utilizando el test de Tukey, con un nivel de significancia del 95%.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos durante el almacenamiento para las distintas variables
analizadas figuran en la Tabla I.
Sólidos solubles. Comparando el efecto de los tratamientos de aditivos sobre los
sólidos solubles, se observan diferencias significativas (p<0.05) entre las soluciones que
contienen Cl2Ca y la que no lo contiene. Por otra parte, los cubos acondicionados en
seco se diferenciaron significativamente (p<0.05) de los sumergidos, en los que se
produjo migración de solutos al medio acuoso. Entre los cubos que recibieron
tratamientos de APH (300 y 450 MPa) no se registraron diferencias significativas
(p<0.05), pero si entre éstos y los cubos sin tratar, en los que disminuyó la
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concentración de sólidos. También se observaron diferencias entre las fechas de
evaluación, aunque sin tendencias claras.
Firmeza de la pulpa. Al comparar los diferentes tratamientos de aditivos, se
observa en la Tabla I, que los cubos tratados con soluciones a las que se adicionó Cl2Ca
tuvieron una firmeza significativamente superior (p<0.05) a la que no lo incluyó. Los
cubos sumergidos fueron mucho menos firmes que los acondicionados en seco, con
valores de fuerza máxima, en la prueba de penetración, significativamente menores.
Por otra parte, las muestras tratadas por APH, tanto a 300 como a 450 MPa, presentaron
una mayor resistencia de los tejidos a la ruptura que las sin tratar. Esta situación
probablemente ocurra debido a la pérdida de agua, a la acción residual de las enzimas
participantes de la modificación de los compuestos que mantienen la estructura de los
tejidos, o al cambio por efecto de la presión de esa estructura, y/o de las
macromoléculas que la conforman.
Parámetros cromáticos. En la Tabla I se observa que el parámetro de luminosidad
L* no presentó diferencias significativas para ninguno de los tratamientos de aditivos,
pero sí a* y b*. El tratamiento en la solución de ácido ascórbico 1% + Cl2Ca 0,5%
presentó un valor significativamente mayor (p<0.05) de a* que los restantes. Dado que
cuanto más alto es el valor del parámetro a*, mayor será la componente rojiza del color
del producto, estos valores de a* implicarían un menor control del pardeamiento
enzimático en los cubos sometidos a ese tratamiento. En el caso de b*, fue el
tratamiento 2: ácido ascórbico 1% + ácido cítrico 0,5% + EDTA 0,25% + Cl2Ca 0,5%,
el que tuvo un valor más elevado, indicando una mayor presencia del color amarillo.
Este parámetro no se correlaciona específicamente con el pardeamiento y, en el caso del
durazno, las variaciones de b* se deben a la intensidad del color propio de la fruta.
Comparando el efecto de los tratamientos de APH, se observa que los cubos sometidos
a presión, tanto a 300 como a 450MPa, sufrieron un mayor grado de pardeamiento
enzimático, representado por un valor significativamente más alto (p<0.05) del
parámetro a* y un valor menor del parámetro L* con respecto a las muestras control;
esto significa que esas muestras estaban más rojizas, o sea, más pardas u oscuras. En
cuanto al tiempo en almacenamiento, solamente el parámetro a* mostró diferencias
significativas (p<0.05) en el avance del pardeamiento.
Analizando el efecto interactivo tipo de acondicionamiento-tratamientos APH
(Tabla I), surge que, tanto en los cubos acondicionados en seco como en los cubos
sumergidos en la solución conservante, los tres parámetros cromáticos indicaron
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diferencias significativas (p<0.05) entre las muestras tratadas por APH con respecto a
sus respectivos testigos. En los primeros (cubos secos), las medidas instrumentales
objetivizaron las apreciaciones visuales (Figura 4) dado que las muestras tratadas por
APH estaban completamente pardas en todas las mediciones. Es así que, el valor de L*
de las muestras control fue muy superior al L* de las muestras tratadas. El parámetro
a*, en cambio, fue significativamente más alto (p<0.05) para las presurizadas. Esto
indicaría que la PPO no se inhibió con el tratamiento de APH. Incluso se observó una
aceleración de la reacción de pardeamiento, favorecida posiblemente por el daño
estructural de las células que permitió el contacto entre la enzima y el sustrato. En el
caso de los cubos sumergidos no se observó esta tendencia debido a que en la solución,
el oxígeno, uno de los reactivos, no tiene mucha difusión, limitando la velocidad de
reacción.
Análisis microbiológico. Surgieron algunos inconvenientes para la valoración del
control microbiano mediante la tecnología de APH. Al trabajar con materia prima
seleccionada y aplicando buenas prácticas de higiene en el procesamiento, los recuentos
iniciales tanto de aerobios mesófilos como de hongos y levaduras fueron bajos, menores
a lo detectable por la técnica utilizada. Además, bajo las condiciones de ensayo
establecidas, la vida útil del producto se vio limitada previamente por la aceleración
del pardeamiento enzimático. Por estas razones, no fue posible estudiar el efecto de las
APH sobre los microorganismos en esta experiencia. En consecuencia, será necesario
explorar otras alternativas de trabajo en próximos ensayos, con este objetivo, por
ejemplo, inocular la materia prima con microorganismos específicos antes de su
procesado.
CONCLUSIONES
Esta experiencia, es una de las primeras aproximaciones a la aplicación de tratamientos
de APH como estrategia de barrera para la preservación de vegetales mínimamente
procesados, realizada en el Instituto Tecnología de Alimentos del INTA. En
consecuencia, se encontraron ciertas dificultades en el ajuste de los parámetros de
proceso, para controlar el pardeamiento enzimático y asegurar la preservación de la
textura del producto en estudio. Los duraznos troceados acondicionados en seco, se
vieron afectados principalmente por el pardeamiento enzimático que, junto al cambio
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textural, determinaron la inmediata pérdida de frescura del producto. En los cubos
sumergidos, fueron la migración de solutos y el cambio textural, las causas que
afectaron las características propias del durazno fresco. Las características de la materia
prima y las condiciones del ensayo no permitieron estudiar la inactivación microbiana
por efecto de las APH, debido a una baja carga inicial de microorganismos y a la corta
vida útil del producto determinada por otros factores de deterioro. Futuras
investigaciones tendrán el desafío de encontrar estrategias que optimicen el proceso de
APH para poder combinar sinérgicamente este tratamiento con otros, para mantener la
calidad y extender la vida útil de los vegetales mínimamente procesados, sin alterar la
naturaleza de los productos frescos. Por último, es necesario señalar que, aunque
actualmente podría considerarse como una tecnología onerosa para la preservación de
los vegetales cortados frescos de uso masivo, frente a otras más sencillas y económicas,
las altas presiones podrían constituir una alternativa interesante para productos de alto
valor, destinados a nichos específicos de mercado.
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TABLAS Y GRÁFICOS
TABLA. I
SÓLIDOS SOLUBLES, FIRMEZA Y PARÁMETROS CROMÁTICOS, DETERMINADOS EN CUBOS DE DURAZNO cv. O´HENRY DURANTE EL
ALMACENAMIENTO
Tratamientos aplicados Sólidos solubles
%
Fuerza máxima
(N)
Parámetros cromáticos
L* a* b* Aditivos
1-AA 1% +AC 0,5% +EDTA 0,25% 9,05 b 7,38 b 61,063 a 3,351 b 30,511 b
2-AA 1%+AC 0,5%+EDTA 0,25%+Cl2Ca 0,5% 9,86 a 8,08 ab 61,967 a 3,268 b 31,065 a
3-AA 1%+Cl2Ca 0,5% 9,71 a 8,63 a 60,182 a 3,644 a 30,245 b Tipo de acondicionamiento
I- Bolsas (cubos en seco) 12,28 a 9,27 a 56,281 a 6,464 a 27,553 b
II- Frascos (cubos sumergidos) 6,80 b 6,79 b 65,861 a 0,377 b 33,660 a
Nivel de presión
A- 450MPa 9,86 a 8,37 a 54,228 b 3,871 a 26,780 b
B- 300MPa 9,79 a 8,35 a 54,276 b 3,836 a 26,322 b
C- Sin APH 8,97 b 7,37 b 74,709 a 2,556 b 39,276 a Días en almacenamiento
a- 6 9,34 c 8,18 a 60,170 a 2,889 b 31,242 a
b- 13 9,73 a 8,51 a 62,161 a 3,579 a 30,322 a
c- 20 9,54 b 7,41 a 60,883 a 3,778 a 30,254 a Interacción: tipo de acondicionamiento x nivel de presión
Bolsas-450 MPa 12,63 a 9,01 b 47,839 d +8,081 a 21,118 c
Bolsas-300MPa 12,51 a 9,28 b 48,054 d +8,048 a 22,407 c
Bolsas- Sin APH 11,70 b 9,52 a 72,950 b +3,264 b 39,136 a
Frascos-450 MPa 7,08 c 7,71 c 60,840 c -0,340 d 31,329 b
Frascos-300 MPa 7,07 c 7,43 c 60,498 c -0,376 d 30,233 b
Frascos- Sin APH 6,24 d 5,23 d 76,247 a +0,541 c 39,417 a Ref. AA (ácido ascórbico), AC (ácido cítrico). Los valores con iguales letras no difieren significativamente entre sí, según test de Tukey. P = 0,05 para una misma columna y dentro de cada efecto
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500
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
Temperatura (C)
Presión (M
Pa)
Tiempo (minutos)
Presión
Termocupla inferior
Termocupla superior
FIGURA. 2 EVOLUCIÓN DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DURANTE EL TRATAMIENTO DE APH DE 450 MPa
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FIGURA. 1 EQUIPO DE ALTAS PRESIONES HIDROSTÁTICAS UTILIZADO EN EL
ENSAYO
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‐0,7 0,3 1,3 2,3 3,3 4,3 5,3 6,3 7,3
Temperatura (°C)
Presión (MPa)
Tiempo (minutos)
Presión
Termocupla inferior
Termocupla superior
FIGURA. 3 EVOLUCIÓN DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DURANTE EL TRATAMIENTO DE APH DE 300 MPa
5 MINUTOS
FIGURA. 4 CUBOS DE DURAZNO ACONDICIONADOS EN SECO
T1: Ácido ascórbico 1% ácido cítrico 0,5% EDTA 0,25% T2: Ácido ascórbico 1% ácido cítrico 0,5% EDTA 0,25% Cl2Ca 0,5% T3: Ácido ascórbico 1% Cl2Ca 0,5%
300MPa‐ 5min. 450MPa‐ 5min.Sin APH
T1
T2
T3
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[7] Palau, E., López-Malo, A., Barbosa-Cánovas, G., Welti-Chanes, J. Swanson, B., “Polyphenoloxidase Activity and Color of
Blanched and High Hydrostatic Pressure Treated Banana Puree” , Journal of Food Science , Vol 64, N⁰1, 1999, pp. 42-45
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atmosphere and chemical treatments”, Journal Of Food Science, Vol. 64, N⁰3, 1999, pp. 429-432
COPYRIGHT
“Copyright © 2010. Denoya, Gabriela en representación de los demás autores delega a UADI/CAI la licencia para reproducir este documento para los fines del Congreso ya sea que este artículo se publique en forma completa, abreviada o editada en la página web del congreso, en un CD o en un documento impreso de las ponencias del Congreso Mundial y Exposición INGENIERÍA 2010-Argentina”.
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