APLICACIÓN DE ALTAS PRESIONES HIDROSTÁTICAS...

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 [email protected] 2 Del Castillo, L.L.,Inst.Tecnol. de Alimentos-CIA,INTA-CC.77,B1708WAB-Morón,Bs As,Argentina [email protected] 3 Pirola, P.M, Universidad de Buenos Aires, Facs. Ingeniería y Cs. Exactas y Naturales, Bs. As. Argentina [email protected] 4 Sanow,C. L., Inst.Tecnol. de Alimentos-CIA, INTA-CC. 77, B1708WAB-Morón, Bs. As, Argentina [email protected] 5 Vaudagna, S.R, Inst.Tecnol.de Alimentos-CIA, INTA-CC.77, B1708WAB-Morón, Bs. As, Argentina [email protected] 6 Benítez, C.E., Inst.Tecnología de Alimentos-CIA, INTA-CC.77, B1708WAB-Morón, Bs. As, Argentina [email protected]

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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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FIGURA. 2 EVOLUCIÓN DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DURANTE EL TRATAMIENTO DE APH DE 450 MPa

5 MINUTOS

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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REFERENCIAS

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Preservation of Foods. Ed. Marcel Dekker, Inc., N. York, Chapter 2, 1998, pp. 9-52

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1998, pp. 549-556

[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

[8] Gorny, J., Hess-Pierce, B., Kader, A., “Quality changes in fresh-cut peach and nectarine slices as affected by cultivar, storage

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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