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Recibido: 08/03/2024. Aceptado: 25/06/2024
Publicado el 11 de julio de 2024
Revista Ciencia y Tecnología (2024) 17(2) p 80 - 86 ISSN 1390-4051; e-ISSN 1390-4043
Efecto de la pasteurización y calentamiento óhmico en la detección de deoxinivalenol en mosto base
de cerveza artesanal
Eect of pasteurization and ohmic heating on the detection of deoxynivalenol in craft beer wort base
Bryan Augusto Velarde Salas
1
, Carlos Alberto Rivas Rosero
1
, Orlando Meneses Quelal
1
1
Universidad Politécnica Estatal del Carchi, Ecuador.
Autor de correspondencia: bryan.velarde@upec.edu.ec
Ciencia de los Alimentos / Food Science
https://doi.org/10.18779/cyt.v17i2.844
Resumen
E
n la industria de alimentos y bebidas; se ha observado que
la presencia de micotoxinas en cereales ha impulsado el
desarrollo de procedimientos para garantizar la seguridad e
inocuidad del producto nal. Sin embargo, a nivel nacional,
en las microcervecerías, este aspecto aún no ha sido abordado.
Esta investigación se enfocó en determinar la presencia y
concentración de deoxinivalenol (DON) en la malta utilizada
para la elaboración de cerveza artesanal, así como el efecto
de la pasteurización y el calentamiento óhmico en esta
micotoxina. El estudio se llevó a cabo en dos etapas. En la
primera etapa, se analizó la presencia de DON en la malta
mediante la técnica analítica ELISA con un nivel de detección
de 0,25ppm/5,0. Posteriormente en la segunda etapa, se
preparó mosto utilizando esta malta y se evaluó el efecto
de la pasteurización, como método tradicional, y el método
alternativo de calentamiento óhmico sobre la micotoxina. Para
ello, se desarrolló un equipo experimental de calentamiento
óhmico, en el cual se establecieron parámetros de tiempo
y voltaje. Los resultados mostraron una leve reducción en
uno de los lotes de mosto al aplicar calentamiento óhmico
sobre la micotoxina, con una concentración de 0,057 µL, en
comparación con la pasteurización, donde la concentración
fue la misma de 0,058 µL. Estos hallazgos sugieren que la
pasteurización mantiene estables los niveles de concentración
de la micotoxina; sin embargo, la combinación con el
calentamiento óhmico puede ser efectiva para mitigar la
presencia de micotoxinas en el mosto base de cerveza
artesanal, contribuyendo así a su inocuidad.
Palabras clave: cerveza, calentamiento óhmico,
deoxinivalenol, malta, pasteurización
Abstract
I
n the food and beverage industry, the presence of mycotoxins
in cereals has driven the development of procedures to
ensure the safety and quality of the nal product. However,
at the national level, this aspect has not yet been addressed
in microbreweries. This research focused on determining
the presence and concentration of deoxynivalenol (DON)
in malt used for craft beer production, as well as the eect
of pasteurization and ohmic heating on this mycotoxin. The
study was conducted in two stages. In the rst stage, the
presence of DON in the malt was analyzed using the ELISA
analytical technique with a detection level of 0,25ppm/5,0.
Subsequently, in the second stage, wort was prepared using
this malt, and the eects of pasteurization, as a traditional
method, and ohmic heating, as an alternative method, on the
mycotoxin were evaluated. For this purpose, an experimental
ohmic heating equipment was developed, in which time and
voltage parameters were established. The results showed a
slight reduction in one of the wort batches when ohmic heating
was applied to the mycotoxin, with a concentration of 0.057
µL, compared to pasteurization, where the concentration
remained the same at 0.058 µL. These ndings suggest that
pasteurization maintains stable mycotoxin concentration
levels; however, the combination with ohmic heating may be
eective in mitigating the presence of mycotoxins in the wort
base of craft beer, thereby contributing to its safety.
Keywords: beer, deoxynivalenol, ohmic heating, malt,
pasteurization
Efecto de la pasteurización y calentamiento óhmico en la detección de deoxinivalenol en mosto base de cerveza artesanal
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Introducción
La cerveza se destaca como una de las bebidas alcohólicas más
apreciadas a nivel mundial, siendo consumida en cantidades
signicativas en prácticamente todos los rincones del planeta
(Desira et al., 2020). Para elaborar la cerveza es indispensable
contar con las materias primas para el proceso de maceración
y elaboración del mosto que es la base de esta bebida, cabe
mencionar que el agua y la malta componen entre el 90 y 95%
del producto nal (Díaz et al., 2022). Las ventajas de emplear
este cereal en la fabricación de cerveza son ampliamente
reconocidas; la producción de malta de cebada representa
uno de los ejemplos más antiguos y complejos de aplicación
biotecnológica (Dabija et al., 2021).
Actualmente el consumo de esta bebida es relevante en
la dieta humana; sin embargo, es importante tener en cuenta
que cualquier alimento ingerido en grandes cantidades puede
representar una potencial fuente de sustancias dañinas.
(Barboza et al., 2020). En el país, se ha observado un notable
aumento en el número de microcervecerías artesanales,
se ha constatado que existen 284 marcas registradas en
esta asociación y que la producción a nivel nacional ha
tenido un crecimiento signicativo, considerando que en el
2021 se produjeron 4,1 millones de litros y en el 2023 6,4
millones incrementando un 36% a nivel de producción de
cerveza (Coba, 2023). A pesar del compromiso de estas
microcervecerías por garantizar la calidad y seguridad de sus
productos, enfrentan desafíos cruciales que inuyen tanto en
la salud de los consumidores como en la excelencia de calidad
del producto nal (Yordi et al., 2024).
Las micotoxinas constituyen un grupo de alrededor
de 500 metabolitos secundarios tóxicos producidos
principalmente por hongos pertenecientes a los géneros
Claviceps, Alternaria, Fusarium, Penicillium y Aspergillus
(Grajewski et al., 2019). Estos hongos pueden desarrollarse
en una amplia gama de alimentos de origen animal como
vegetal. Los niveles máximos permitidos de micotoxinas en
productos alimenticios son regulados por la Unión Europea y
otras agencias internacionales (Liu et al., 2018); no obstante,
en el país siendo la cerveza la bebida más demandada por
los consumidores (Coba, 2023) aún no ha establecido de
manera denitiva tales límites basados en la normativa a nivel
nacional (INEN, 2003).
Abou Dib et al., (2022) señala que las micotoxinas no
aumentan su concentración durante el proceso de maceración
del mosto. Esta observación resalta la inecacia de muchas
medidas preventivas para controlar la proliferación de hongos
en alimentos y piensos en las etapas previas y posteriores a la
cosecha. Por consiguiente, ha surgido un interés considerable
en la mitigación de estas micotoxinas, que puede lograrse
mediante la aplicación de una variedad de agentes químicos,
físicos y/o tratamientos biológicos (Matumba et al., 2021).
El proceso de transformar cereales en cerveza puede parecer
simple a primera vista, pero el control, prevención de la
proliferación de microorganismos patógenos y micotoxinas
son aspectos fundamentales, estas medidas son esenciales para
garantizar tanto la seguridad del consumidor como la calidad
del producto terminado (Carvalho et al., 2023), ambas están
estrechamente relacionadas con la selección y tratamiento de
las materias primas, así como con los procesos tecnológicos
empleados durante su producción. Entre los diversos factores
que pueden afectar la calidad de la cerveza, la presencia de
micotoxinas, como el deoxinivalenol (DON), es de particular
interés dentro de la industria de alimentos y bebidas por su
constante aparición en distintos tipos de cereales y sus posibles
efectos adversos para la salud humana (Ciont et al., 2022).
En este contexto, resulta fundamental investigar la
presencia y los niveles de concentración de DON en
las
distintas etapas del proceso de elaboración de cerveza
artesanal, sabiendo que la inactivación microbiana mediante
pasteurización ha sido una técnica ampliamente empleada en
la industria alimentaria pero presenta ciertas desventajas, como
un alto consumo energético, largos tiempos de procesamiento,
pérdidas no deseadas de compuestos termosensibles y una
ecacia térmica limitada (Chen et al., 2017). Además, varios
informes han señalado la presencia de mohos resistentes al
calor y esporas bacterianas en los alimentos incluso después
de procesos de pasteurización industrial (Rico-Munoz, 2017).
Para superar estas limitaciones, existen métodos de
pasteurización alternativos como el calentamiento óhmico,
que es un proceso emergente que ha demostrado ser ecaz en
la eliminación de microorganismos patógenos y en la mejora
de la estabilidad microbiológica de los alimentos líquidos,
aunque su efecto sobre las micotoxinas aún no se comprende
completamente (Kamonpatana et al., 2013).
Actualmente, existen muchos ensayos y aplicaciones sobre
el calentamiento óhmico debido a sus diferentes benecios ya
que este puede conducir a una disminución en los gradientes
de temperatura internos y un aumento de temperatura más
rápido/homogéneo (Fadl y Liu, 2014), además proporciona
efectos de inactivación no térmica en algunas situaciones, lo
que resulta en daño adicional a los microorganismos debido a
la aplicación de un campo eléctrico (Murashita et al., 2017).
Ahmed y Alam (2012) aplicaron el calentamiento óhmico
a un mosto base de cerveza, evaluando tanto sus benecios
como los riesgos potenciales; tales como la formación
de compuestos no deseados, contaminación por el metal,
degradación de nutrientes y alteraciones sensoriales por lo
tanto optimizaron este proceso para mantener la calidad
y la seguridad de la cerveza, minimizando los riesgos
asociados a las micotoxinas, ya que se ha evidenciado que el
calentamiento óhmico puede conservar productos de manera
eciente sin embargo existen alimentos sensibles a dicho
proceso, Gavahian y Chu (2022) demostraron la efectividad
del calentamiento óhmico en la extracción de compuestos
bioactivos del corazón de la piña.
Pascari et al., (2018) y Arrúa et al., (2019) también
investigaron la presencia de micotoxinas en cereales y sus
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derivados, encontrando que la industria y los consumidores
deben considerar estos resultados.
Los estudios previos sustentan la necesidad de explorar
los efectos de este proceso en la cerveza artesanal y las
posibles implicaciones en la presencia de micotoxinas,
proporcionando una base para mejorar la producción y
seguridad para los consumidores, en este contexto, el presente
estudio propone analizar la ecacia de la pasteurización y el
calentamiento óhmico en la reducción de la concentración de
DON en el mosto de cerveza para lo cual se utilizó la técnica
analítica ELISA que se distingue por su alta sensibilidad en
las mediciones y estimaciones, atribuida a las características
de unión de los anticuerpos y a la variedad de sistemas de
lectura utilizados para la amplicación de señales Peruzzo y
Pioli (2016). A pesar de su ecacia, a nivel nacional los costos
asociados a este método analítico son elevados, lo cual limita
su utilización.
Este estudio no solo contribuirá al conocimiento cientíco
sobre la presencia de micotoxinas en la cerveza artesanal y
su relación con los procesos tecnológicos utilizados en su
producción, sino que también proporcionará información
relevante para la industria cervecera y los organismos
reguladores en términos de establecimiento de límites de
seguridad y desarrollo de estrategias de control y prevención
de micotoxinas en la cerveza.
Materiales y métodos
Materias primas
La materia prima principal fue la cebada (malteada)
proveniente de marcas importadas y comercializadas a
nivel nacional como parte de kits de elaboración de cerveza
artesanal, la misma que presentó una humedad del 7%
(Liguori et al., 2021). En principio se preparó un mosto base
de cerveza, con variedades de malta como extra pale pilsner,
abbey malt y carabelge (Tunick et al., 2023). La variedad extra
pale pilsner (base) se utilizó por su alto contenido de hidrato
de carbono y enzimas diastáticas, que generan los azúcares
fermentables desde el almidón y la abbey malt, carabelge
(especiales) ya que brindan color, sabor y aroma (caramelo,
café tostado) (Delos, 2008).
Procedimiento experimental
Para determinar el efecto del calentamiento óhmico se
dividieron las muestras en seis: la primera correspondió a la
malta molturada (grano grueso) con un tamaño comprendido
entre 500-700 µm (Goldammer, 2008), la segunda al lote
de mosto pasteurizado, y las cuatro muestras restantes
se obtuvieron del lote de mosto pasteurizado sometido a
calentamiento óhmico.
Pasteurización- Calentamiento Óhmico
El proceso de pasteurización del mosto se llevó a cabo
durante 60 minutos a una temperatura constante de 85 °C, se
realizó en recipientes de cocción de acero quirúrgico de grado
alimentario, como información adicional se determinó la
densidad inicial del mosto al enfriarse, que resultó en 9.7821
grados plato (°P) esto indica la concentración de azucares
fermentables (Snyder, 2013), así como también el pH y se
obtuvo una medida de 4,0 la cual se encontró dentro de los
parámetros establecidos por la normativa nacional (INEN,
2003).
A partir de un diseñó factorial 2x2 (Montgomery, 2017)
se determinó dos variables independientes: voltajes (10 y 16
V) y períodos de tiempo (10 y 20 min), como se detalla en la
Tabla 1.
Posteriormente, se sometió el mosto previamente
pasteurizado (85 °C) al calentamiento óhmico, empleando
un contenedor de polietileno de alta densidad grado 2. Este
contenedor se adaptó con placas de acero quirúrgico que
sirvieron para conducir la corriente hacia el mosto mediante
una fuente de poder.
El amperaje se determinó a partir de la relación con la
fuente de poder, basados en el principio de Joule como se
describe en (Sensoy, 2012) lo que resultó en 2 y 4 Ω.
Tabla 1. Tratamientos del mosto sometido a
calentamiento óhmico
Tratamiento
Voltaje
(V)
Tiempo
(min)
Temperatura
C°/ 60 (min)
T1 10 10 85 °C
T2 10 20 85 °C
T3 16 10 85 °C
T4 16 20 85 °C
Nota: Aparte de las muestras T1,T2,T3,T4 se tomó una
muestra de malta molturada y mosto pasteurizado las cuales
no fueron sometidas a calentamiento óhmico y se analizaron
para determinar la presencia, concentración de DON.
Análisis de deoxinivalenol
Se decidió adoptar como parámetro de referencia los
estándares legales jados por la Unión Europea (UE) 0,750
partes por millón (ppm), en lo que reere al máximo de
concentración de DON conforme a lo especicado en la
(Commission Regulation (EU) 2023/915, 2023), debido a
que en la actualidad, se carece de una normativa nacional que
establezca límites regulatorios para los niveles de micotoxinas
en la cerveza, para
determinar y cuanticar la concentración
de DON en la malta, mosto pasteurizado, mosto sometido a
calentamiento óhmico se utilizó la técnica analítica ELISA
con un nivel de detección de 0,25ppm/5,0 aplicando el
protocolo indicado por Romer Labs. (2015). Brevemente,
se pipeteó 200 μL de solución de conjugado en los pocillos
de dilución, se agregó 100 μL de cada muestra MM, MP, T1,
T2, T3, T4 en los pocillos de dilución, se mezcló 30 segundos
y se transrió 100 µL de los pocillos de dilución a pocillos
Efecto de la pasteurización y calentamiento óhmico en la detección de deoxinivalenol en mosto base de cerveza artesanal
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recubiertos con anticuerpos, se incubó a temperatura ambiente
durante 15 minutos, se lavó cinco veces con solución de
lavado diluida, se colocó en pozos lavados y secos. Se pipeteó
100 µL de solución de sustrato en los pocillos recubiertos
con anticuerpos y se incubó a temperatura ambiente durante
5 minutos, se agregó 100 μL de solución de parada en los
pocillos recubiertos con anticuerpos, la lectura se realizó en
lector ELISA utilizando ltro de 450 nm y ltro diferencial de
630 nm. En todos los ensayos experimentales se realizó tres
repeticiones para cada una de las muestras, dichos resultados
se interpretaron a partir de un análisis de varianza (valor de p
> 0,05) considerando el voltaje y tiempo.
Resultados y discusión
Los resultados de concentración del presente estudio indican
resultados similares en las muestras analizadas, tanto la
MM, el MP y las diferentes condiciones de tratamiento
experimental (T1, T2, T3, T4) presentan concentraciones
cercanas, todas en el rango de 0,057 a 0,058 µL. Estos
resultados pueden interpretarse de varias maneras. En primer
lugar, la consistencia en las concentraciones de micotoxinas
entre la malta molturada y el mosto pasteurizado sugiere que
el proceso de molienda y pasteurización no tuvo un efecto
signicativo en la reducción de la presencia de micotoxinas en
el producto nal, esto puede ser un hallazgo relevante para la
industria cervecera, ya que indica que estas etapas del proceso
de producción pueden no ser efectivas para eliminar o reducir
las micotoxinas presentes en la malta (Carvalho et al., 2023).
Esto podría indicar que el proceso de pasteurización por
sí solo es suciente para mantener estable la concentración
de micotoxinas, sin importar las condiciones especícas del
tratamiento térmico (Yordi et al., 2024); sin embargo, se notó
una ligera inuencia del tratamiento óhmico combinado con
la pasteurización en la concentración de DON en las muestras
tratadas con 16 V durante 10 y 20 minutos, mientras que
las muestras tratadas con 10 V durante 10 y 20 minutos, se
registró una concentración de 0,058 µL, conrmando que el
calentamiento óhmico no tuvo ningún efecto en estas como se
observa en la Tabla 2. Es importante considerar que el DON
es muy estable en el proceso de producción de cerveza la cual
se transere de la cebada al mosto y su concentración puede
variar a lo largo del proceso de producción (Bertuzzi et al.,
2011).
En este estudio, se observó que después de los procesos de
pasteurización y calentamiento óhmico, hubo una interacción
mínima con la concentración de DON, lo cual no generó
diferencias signicativas entre las muestras tratadas y las
muestras no tratadas.
Tabla 2. Niveles de DON en las muestras analizadas
Muestra
Concentración
(ppm)
Concentración
(
µl)
Malta molturada
(MM)
0,58
0,058
Mosto pasteurizado
(MP)
0,58
0,058
T1 10 V- 10min 0,58
0,058
T2 10 V- 20min 0,58
0,058
T3 16 V- 10min 0,57
0,057
T4 16 V- 20min 0,57
0,057
Nota: Resultados de la concentración obtenidos mediante
técnica analítica ELISA con un nivel de detección de
0,25ppm/5,0 cuyos resultados no presentan diferencias
signicativas (valor de p > 0,05) entre las muestras MM, MP,
T1, T2, T3, T4.
Arrúa et al., (2019) llevaron a cabo una investigación
sobre la presencia de micotoxinas en el vino y la cerveza en
Paraguay y observaron que alrededor de una cuarta parte de
las cervezas, tanto artesanales como importadas, mostraban
presencia de DON 0,46 ppb.
Es importante tener en cuenta que de acuerdo con la Tabla
2, la concentración de DON encontrada en todas las muestras
está dentro de un rango relativamente bajo, lo que sugiere que
el riesgo para la salud depende del consumo.
Pasteurización y el calentamiento óhmico
Mediante una visión comparativa de los niveles de
concentración de DON en varios tipos de cerveza, se ha
evidenciado su presencia y variabilidad signicativa entre los
diferentes tipos. Por ejemplo, la cerveza artesanal de Paraguay
presenta una concentración de DON de 1,08 µg kg
-1
, mientras
que la cerveza industrial de Paraguay exhibe niveles de
0,73
µg kg
-1
y 0,46 µg kg
-1
. Estas diferencias pueden atribuirse a
diversas variables, como las materias primas utilizadas, los
procesos de producción y las condiciones de almacenamiento.
Los resultados del estudio indican que la pasteurización
y el calentamiento óhmico pueden reducir la concentración
de DON en el mosto, pero su efecto es limitado considerando
los parámetros determinados en la fase experimental sin
embargo mediante la fundamentación teórica es posible
aplicar diferentes variables para obtener nuevos resultados
a partir de esta investigación, como por ejemplo el uso de
fuentes de poder con mayor voltaje, diferentes temperaturas
(Negri Rodríguez, 2021), así como también distintos tipos de
materiales conductores de electricidad (Fadl y Liu, 2014) y
una gran variedad de alimentos en donde sus características
sicoquímicas tienen un rol preponderante (Marina, 2007),
permitiendo conocer las perspectivas futuras del calentamiento
óhmico en la industria de alimentos y bebidas.
Velarde et al., 2024
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El calentamiento óhmico representa un avance signicativo
en el procesamiento térmico de alimentos, donde el material
mismo actúa como una resistencia eléctrica, generando calor
mediante el paso de electricidad a través de él. Este proceso
resulta en un calentamiento rápido y uniforme del producto,
gracias a la rápida disipación de energía eléctrica (Kamal et
al., 2023). Esta característica volumétrica del calentamiento
óhmico ofrece ventajas en comparación con los métodos de
calentamiento convencionales, ya que no está limitada por
los procesos de conducción y convección (Shi et al., 2020).
Además, es considerada una tecnología verde, al no generar
emisiones durante su uso y utilizar exclusivamente corriente
eléctrica para su efecto (d’Angelo et al., 2023).
En términos de conservación de alimentos, el calentamiento
óhmico se basa en el principio de electroporación, inducida
por el paso de corriente eléctrica. Esta técnica busca garantizar
la inocuidad de los alimentos, preservando sus propiedades
nutricionales, inactivando o destruyendo microorganismos
patógenos, y manteniendo componentes termolábiles como
vitaminas y antioxidantes. Además, se ha demostrado ecaz
en la inactivación de enzimas responsables de la degradación
de los alimentos, como lipasas y proteasas, lo que contribuye
a prolongar la vida útil de los productos alimenticios (Manuel
et al., 2015).
El Calentamiento óhmico ofrece diversas aplicaciones
en la industria de alimentos y bebidas, respaldadas por
investigaciones cientícas. Desde la producción de bebidas
tradicionales como el aguamiel y el pulque (Vera Morales
et al., 2024), inmovilización de antimicrobianos en cerveza,
vino (Martínez Ruiz, 2020), bebida funcional a partir de
mashua negra (Echarri y Gustavo, 2022), zumo de fruta
(Negri Rodríguez, 2021), reducción de aatoxina en leche
bovina (Hernández y Arias, 2020), así como también en
la extracción de aceites esenciales de plantas aromáticas
(Fernando y Gutiérrez, 2018), estos estudios subrayan
la ecacia y versatilidad de esta técnica en la mejora de
procesos y la calidad de productos alimenticios. En denitiva,
el calentamiento óhmico emerge como una herramienta
prometedora con aplicaciones diversas y favorables en la
industria alimentaria y de bebidas (Tunick et al., 2023).
Conclusiones
Los resultados obtenidos conrman la presencia y
concentración de DON desde la adquisición de la materia
prima comercializada consecuentemente en las muestras
analizadas, se observa que la pasteurización no parece tener
un efecto signicativo en la reducción de DON en el mosto
base, esto sugiere que el proceso de pasteurización por sí solo
puede ser suciente para mantener estable la concentración
de micotoxinas, independientemente de las condiciones
especícas del tratamiento térmico (Pascari et al., 2018).
Además, se evidencia que las condiciones actuales del
calentamiento óhmico, tanto en términos de temperatura
como de tiempo, no inuyen de manera signicativa en la
concentración DON en el mosto, pese a que se detectó una
leve inuencia del tratamiento óhmico combinado con la
pasteurización en la concentración de DON, lo que sugiere
que este proceso podría tener un efecto moderado empleando
diferentes variables como parte del proceso de producción.
Dado que las micotoxinas pueden estar presentes en los
productos terminados cuando la materia prima utilizada está
contaminada, es crucial implementar sistemas de monitoreo
en toda la cadena de producción para garantizar no solo la
calidad, sino también la inocuidad del producto (Martínez-
Rodríguez y Carrascosa, 2009). Esta premisa justica la
necesidad de llevar a cabo investigaciones a nivel local con
un enfoque en las microcervecerías nacionales, ya que en
el Ecuador la producción de cebada malteada es limitada,
lo que conlleva a la importación de dicho producto, es de
gran importancia contar con la documentación necesaria
que garantice la trazabilidad de esta materia prima, así como
también de los insumos sustitutos que también son susceptibles
a la contaminación por hongos.
Los resultados de este estudio proporcionan una base
inicial para futuras investigaciones sobre la presencia,
concentración, efectos de las micotoxinas en la producción de
cerveza y si representan un riesgo signicativo para la salud
humana, así como para el desarrollo de estrategias efectivas de
control, prevención para garantizar la calidad y seguridad en
estas etapas del proceso de producción.
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Copyright (2024) © Bryan Velarde Salas, Carlos Rivas Rosero, Orlando Meneses Quelal.
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