informe antocianinas[1]

AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN ECONÓMICA Y

SOCIAL DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA E INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

ESCUELA DE INGENIERIA DE INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

EXTRACCIÓN Y

DETERMINACIÓN DEL

CONTENIDO DE

ANTOCIANINAS DE MAÍZ

MORADO

Tecnología de los Alimentos III

Docente:

Blgo. HERRERA BERNABÉ, Iván

Responsables:

MACO ELERA, Mariela

SALAS BURGA, Diana

SANDOVAL BANCES, Ricardo

ING. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS – TALLER TECNICO I 17 de Noviembre de 2010

VALDERA ANGELES, Carolina

2010 ILambayeque, 17 de Noviembre de 2010

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EXTRACCIÓN Y

DETERMINACIÓN DEL

CONTENIDO DE

ANTOCIANINAS DE MAÍZ

MORADO

INTRODUCCION

Las antocianinas son pigmentos solubles en agua, los cuales son

responsables del atractivo color de las flores, frutas y hojas

coloreadas; variando desde rosado pasando por rojo, violeta y azul.

El principio colorante del maíz morado se basa en la existencia de la

antocianina la que se encuentra en mayor cantidad en la coronta y en

menores proporciones en el pericarpio (cascara) del grano.

Las antocianinas como pigmentos naturales inocuos tienen

considerable potencial en la industria alimentaria, pero a diferencia

de los pigmentos rojos sintéticos que se utilizan actualmente, las

antocianinas no son estables especialmente en soluciones neutras y

alcalinas ocurriendo fácilmente cambios durante el procesamiento

del material crudo y almacenaje los que se manifiestan en pérdidas

de color, oscurecimiento, del "producto y formación de precipitados

en los extractos.

ING. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS – ANALISIS DE ALIMENTOS 17 de Noviembre de 2010

I. Objetivo

a. Dar a conocer las operaciones implicadas en el proceso de

extracción hidroalcohólica de antocianinas a partir de maíz morado.

b. Cuantificar las antocianinas extraídas.

II. Fundamento Teórico

a. EL MAÍZ MORADO

El maíz morado constituye una de las muchas variedades de la

especie Zea mayz.

La planta productora de maíz morado pertenece a la familia de las

gramíneas, así como su especie Zea mayz, es una gramínea poco

común. El maíz morado es amiláceo, por lo que también es muy

blando, el pericarpio, al romperse, deja ver el blanco almidón

interior.

El maíz morado está constituido por: El grano y la coronta o

mazorca.

Dentro de su composición se encuentran las antocianinas,

pigmento natural muy requerida en la industria alimentaria que en

los últimos años ha generado un gran interés sobre todo en los

países desarrollados, donde "se restringe el uso de colorantes

artificiales o sintéticos. (La FDA después de una larga serie de

estudios y delecciones sólo aceptó 8 colorantes sintéticos y que

son comercialmente viables).

Usos del Maíz Morado

El origen del maíz morado es muy remoto y el uso de su extracto

es también antiguo. Según datos de los historiadores se sabe

que el maíz morado era empleado en la alimentación como

bebida, con él se elabora la chicha morada.

El uso de su extracto sufrió un cambio con el tiempo, así es

como en la colonia, por influencia de la repostería española y por

el ingenio de las amas de casa criollas aparecieron la

mazamorra y la chicha morada de sabores exquisitos. Esta

variedad de maíz presenta un color" morado porque tiene la

capacidad de acumular la sustancia colorante: antocianina en las

mazorcas y en las hojas.

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A nivel industrial, la antocianina es extraída de las mazorcas por

el alto contenido que presenta y es utilizada por métodos

químicos como colorantes de alimentos, cosméticos, textiles y

pinturas, sin embargo también se puede utilizar el grano para la

extracción de almidones o en la elaboración de productos

balanceados.

Clasificación Botánica Del Maíz Morado

El maíz morado es una planta monocotiledónea, de estambres

hipogéneos, perteneciente a la familia de las gramíneas.

Familia Gramineae

Tribu Tripsaceae (Maydeae)

Genero Zea

EspecieZea Mays

En el departamento de Lambayeque la variedad de maíz morado

que se encuentra en mayor cantidad en los mercados es el

Morado Caráz o morado común y en algunas veces el morado

canteño.

Morado Caráz: Derivadas de las razas Ancashino y Alazán.

Recibe este nombre porque se le cultiva en la localidad de

Caráz, en el callejón de Huaylas, en extensiones

relativamente grandes. Es de precocidad intermedia y tiene

la ventaja de que puede adaptarse también a la Costa.

Entre las variedades tradicionales es que muestra mayor

capacidad de rendimiento y la que presenta la coronta mas

pigmentada.

El contenido de antocianinas de la corota y grano del maíz

morado se muestra en el siguiente cuadro (N° 1).

CUADRO N° 01; Contenido de Antocianinas de la Coronta y

Grano del Maíz Morado

Maíz morado Contenido de antocianinas mg/100ml

Grano molido 288.32Coronta 883.20

Fuente: Nakatani, Collazos y Fernández, Córdova-España.

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Principio Colorante del Maíz Morado:

El principio colorante del maíz morado lo constituye el mayor

porcentaje los pigmentos denominados antocianinas.

Dentro de las antocianinas, se encuentran los colorantes

vegetales, rojos, azules y violetas. Se presentan en el mundo

vegetal en forma abundante, en todos los órganos, raíces, tallos,

hojas, flores.

El color de las antocianinas ha sido estudiada químicamente y se

explica en la forma siguiente al cambio de pH: Rojo, Azul y

Violeta

La coloración de una solución de antocianinas, depende del

medio químico en que se encuentre.

La función que desempeñan en las plantas no es bien conocida,

pero sin embargo parece tener relación con su fácil oxidación y

reducción.

Algunos sugieren su intervención como transportador de oxigeno

a las células vegetales.

b. CORONTA

Denominada también carozo, olote o mazorca. Espiga en que se

crían los frutos muy juntos y dispuestos alrededor de un eje.

En la coronta se encuentran un mayor porcentaje de antocianinas

que en la cascara del grano del maíz morado.

La coronta es utilizada en la industria con fines de obtener

colorantes, por el significativo porcentaje de antocianinas.

Pigmentación De La Coronta:

La coloración morada que se presenta en la coronta del maíz

morado es el resultado de la combinación de pigmentos

antocianínicos de diferente color, los que producen el color

morado (combinación de pigmentos rojos y azules.

Composición Química de la coronta.

La coloración de la coronta abarca una gama desde el morado

hasta el azul violáceo.

La coronta del maíz morado está compuesta por: Proteínas,

grasas, fibra, carbohidratos, humedad y cenizas. Esta

composición se muestra en el cuadro (N° 2).

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CUADRO N° 02: COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CORONTA

CONTENIDO EN 100G

COMPONENTES % EN CORONTA

Humedad 11.20proteína 3.74Grasa 0.32Fibra 24.01Cenizas 3.29carbohidratos 57.44

Fuente: Nakatani, Collazos y Fernández, Córdova-España.

c. Las Antocianinas

Las antocianinas son pigmentos solubles en agua, los

cuales son responsables del atractivo color de las flores, frutas y

hojas coloreadas; variando desde rosado pasando por rojo, violeta

y azul. El principio colorante del maíz morado se basa en la

existencia de la antocianina la que se encuentra en mayor cantidad

en la coronta y en menores proporciones en el pericarpio (cascara)

del grano. Las antocianinas como pigmentos naturales inocuos

tienen considerable potencial en la industria alimentaria, pero a

diferencia de los pigmentos rojos sintéticos que se utilizan

actualmente, las antocianinas no son estables especialmente en

soluciones neutras y alcalinas ocurriendo fácilmente cambios

durante el procesamiento del material crudo y almacenaje los

que se manifiestan en pérdidas de color, oscurecimiento, del

"producto y formación de precipitados en los extractos.

Son también sensibles a las variaciones de pH 1.0 a pH 3.0 el

pigmento está presente como sales de flavilo de color rojo, a pH

8.0 es de color violeta y a pH 11.0 es de color azul.

Las antocianinas juegan un papel importante en la producción de

vinos siendo la fuente más comercial y más antigua de

antocianina la "eflocianina", extracto coloreado frecuentemente

extraído de las uvas y, comercializado en Italia desde 1879;

originalmente fue utilizada para intensificar el color de los vinos,

pero en los últimos años han encontrado aplicaciones como

colorantes de alimentos. Asimismo se está haciendo importante la

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extracción de antocianinas de otras fuentes naturales como la col,

camote morado, betarraga y los rabanitos.

Naturaleza Química De Las Antocianinas

Las antocianinas son sales (flavylium) derivados principalmente

de las antocianidinas (aglycones o aglucones):

Pelargonidina (I), Cianidina (II), Peonidina (III), Delfinidina (IV),

Petunudina (V) y Malvidina (VI). La cianidina ocurre al nivel

menos evolucionado. Las otras antocianidinas que ocurren en la

naturaleza son derivados de una adición genéticamente

controlada, remoción del grupo hidroxilo el anillo B o estructura

flavilium.

La glicosidacion de estos pigmentos en posiciones 3, 3 o 7 o una

combinación de estos, resulta en la formación de antocianinas.

El azúcar en la molécula confiere en la solubilidad y estabilidad a

las antocianinas. Las antocianinas siempre ocurren en la

naturaleza en forma glicosídicas. Sin embargo, la ocurrencia de

glucógenos libres ha sido reportada de tiempo en tiempo. Es

inusual que estos compuestos se presenten en la naturaleza

considerando su inestabilidad e insolubilidad en agua. La

naturaleza anfotérica es una propiedad característica de estos

componentes. Debido a estos, las antocianinas se comportan ya

sea como ácido o base Dependiendo de la naturaleza del medio

(SHRIKHANDE, 1976).

Los azúcares unidos al aglucón mediante enlace glicosídicos son

pentosas, hexosas, biosas y triosas. Basado en la posición de

aleación y en la naturaleza de los azúcares sustituyentes, los

siguientes grupos son distinguidos: 3-monóxidos, 3 biosidos,

3,3 dimonosidos, 5 biosidos, 5 monosidos y 3 triosidos. Menos

frecuentes estos pimientos pueden seradiados, ácidos alifáticos

(acético, malónico) o aromáticos (p - hidroxi - benzoico, p-

cumarico, cafeico, ferulico y sináptico) pueden ser ligados al

azúcar unida a la 3-posición del pigmento.

Los extractos acuosos, compuestos principalmente de

pelargonidina y cianidina, son rojos naranjas; aquellos con

peonidina son rojos frambuesa, mientras que las otras

antocianinas son rojas azulinos.

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La gran variedad de colores, matices y tintes que ocurren en la

naturaleza y el sutil matizado en la mejilla de una finta o en el

florecimiento, son el resultado de cierto número de factores a

saber:

A pH bajo esos pigmentos son rojos, el matiz puede ser

diferente, pero ellos son todos rojizos. Así la pelargonidina

(ocurre en las plantas u oíros derivados) es rojo naranja en

solución acida, mientras que las delfinidina es rojo azulino.

A pH alto las antocianinas pasan a través de un color violeta

hasta alcanzar un color azul; a altos valores de PH, hay un viraje

a verde y luego se cree que cuando un álcali como el KOH es

adicionado a una antocianina.

Los Factores Que Afectan La Estabilidad De Las

Antocianinas Son:

Temperatura.- Son termolábiles.

PH.- Los cambios en el pH provocan una transformación

estructural

en las antocianinas. Los cambios fisiológicos en la

maduración de los frutos llevan consigo variaciones en el pH

y por lo tanto cambios de color en el tejido vegetal.

Las antocianinas se transforman en su color desde pH 1.0 a

7.0, que abarca en la mayoría de los alimentos.

Estos cambios estructurales con respecto al pH incluyen la

formación de la sal de flavilio, la de la base anhidra y la de la

base del carbinol. A un pH entre 2.0 y 4.0 la principal vía de

degradación térmica es la hidrólisis de la molécula de

azúcar.

Agua: El pigmento es soluble en agua.

Oxígeno: Son inestables en presencia del oxígeno.

Extracción De La Materia Colorante

La extracción es una operación difusional que implica la

disolución de un soluto en un solvente. Muchos productos

orgánicos naturales se separan de su estructura original por

medio de la extracción, lavado, etc. (Treybal, 1970). Herrera

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(1979), mencionado por Saux (1980) considera que el método a

emplearse en la extracción está determinado por 3 factores:

Cantidad de constituyentes solubles en el material.

Naturaleza del sólido que depende del tamaño de partículas.

Distribución de sólidos solubles en el material.

Zapata (1978) y Cabezudo (1973) manifestaron que en un

proceso de extracción se deben considerar tres etapas:

Cambio de fase del soluto disolvente en el solvente.

Difusión del solvente a través del sólido hacia el exterior

Contacto del solvente con las partículas del soluto, esto es

en la, masa de la solución.

La primera etapa ocurre tan rápido por lo que sus efectos son

despreciables respecto a la extracción total.

En las células vegetales, específicamente los pigmentos, el

material soluble se encuentra en el interior de la pared celular

en los plastidios, por lo que se hace necesario romper la pared

por efecto de una presión mecánica u osmótica que permita fluir

al exterior.

d. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN

Extracción por Macerado

Esta extracción es sencilla. Se somete únicamente a la

disolución del soluto en un solvente, dejando reposar hasta que

el solvente penetre en la estructura celular., los ablande y

disuelva las porciones solubles, controlando convenientemente

la temperatura y la duración del proceso.

Martín et al. (1965), recomienda que la maceración se realice a

una temperatura de 15 a 20 °C. Si el tiempo de maceración es

muy prolongado debe usarse conservadores para evitar

alteraciones microbianas (Yufera, 1979). La ventaja de esta

extracción es producir un extracto con una concentración

uniforme, sin embargo resulta laboriosa, y para conseguir

mejores rendimientos se requiere de mayor tiempo de

extracción.

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Extracción por el método de agitación mecánica o

difusión

La extracción consiste en colocar la muestra con el solvente

elegido en un vaso precipitado y mediante un agitador mecánico

se pone en contacto el solvente con la materia prima para

obtener el colorante deseado (Cabezudo ,1973; Zapata, 1978).

Extracción por cocciones

Los cocimientos son preparados líquidos que se someten

hirviendo con agua las sustancias vegetales (Martín et al., 1965).

La muestra se coloca en un recipiente de vidrio, se agrega el

solvente, y se somete a ebullición por diferentes tiempos. La

temperatura de extracción debe ser tal que no afecte la

estructura del colorante (Yufera, 1979).

III. Materiales y Métodos

a. Materiales y Reactivos

Materia Prima: Coronta de Maíz morado

Equipos:

Balanza analítica

Cocina eléctrica

Estufa

Sistema de baño maría

Secador de túnel

Molino de martillos

Depósito de maceración

Espectrofotómetro

Alcoholímetro

Materiales y Reactivos:

Solución hidroalcohólica acida (Alcohol 96°:Agua destilada,

1:1, ac.cítrico hasta pH igual a 3,5)

Tela para filtrar

Buffer a pH 1.0: KCI 0.2N - HCI 0,2N (25:67)

Buffer a pH 4,5: Acetato de sodio 1M - HCI 1 N - Agua

(100:60:90)

b. Métodos

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Diagrama de Flujo

Se describe el flujo para la extracción de antocianinas a partir de

maíz morado.

GRAFICO N°1: FLUJO DE EXTRACCIÓN DE ANTOCIANINAS A

PARTIR DE MAÍZ MORADO

Materia Prima(Maíz Morado fresco)

↓Molienda (1/2 cm,

aprox)↓

Secado en Estufa(60°C x 3 horas

aprox.)↓

(MP: solvente/ 1:6)(pH 3.5)

Primera extracción hidroalcohólica - acida (60° GL)

↓Maceración

(por 24 horas)↓

Filtración↓

(MP: solvente/ 1:3)*30'

Segunda Extracción hidroalcohólica –

acida↓

Filtración↓

Evaporación hasta < 10 °GL

(Baño maría: 70°C)↓

Adición de Encapsulante(3% de CMC)

↓Atomizado

(TEA= 170-180°C,

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TSA: 80-90°C)Fuente: Elaboración Propia, 2010

Procedimiento Analítico

Medición de pH

Para regular el pH de la muestra (solución hidroalcohólica mas

la coronta molida) se usa un pH-metro digital, previamente

calibrado. El pH a regular fue de 3.5 en la primera extracción,

para la regulación se agregar acido cítrico al pH deseado,

para luego realizar una segunda maceración.

Determinación del contenido de Antocianinas total

El método consiste en diluir la muestra a analizar en las

soluciones buffer a pH 1.0 y 4.5. Después de dejar reposar las

muestras por dos horas en un ambiente oscuro y a

temperatura ambiente, luego se determinó la densidad óptica

a 510nm. Se utilizó agua destilada como blanco.

Las soluciones buffer utilizadas fueron:

Buffer a pH 1.0: KC1 0.2 N - HC1 0.2 N (25: 67).

Buffer a pH 4.5: Acetato de sodio 1 M - HC11 N - Agua

(100:60: 90).

Para calcular el contenido de antocianinas ser siguió los

siguientes pasos:

Calculo de la densidad óptica total para 100 ml. de

extracto.

D.O.T = D.O * Vdil * fa * 100

Donde:

D.O.T.: Densidad óptica total o Absorbancia.

V dil.: Volumen en mg en el cual es diluida el extracto

para la medición de la D.O.

Fa: Factor de dilución del extracto en buffer a pH 1.0 o

buffer a pH4.5.

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Diferencia entre la densidad óptica total determinada a pH

1.0 y a pH 4.5.

∆ D.O. = D.O.T. pH 1.0 - D.O.T. pH 4.5

Contenido de antocianina (mg/100 ml. de extracto).

AcyT= ∆ D .OAE1cm1%/10

=∆ D .O.76.9

Donde:

AE1 cm 1%= 769 es la variación del coeficiente de

extinción molecular promedio de cianidinas del maíz

morado en medio acuoso medido a pH 1 y a pH 4.3

reportado por Fuleki y Francis.

IV. Datos y Cálculos

a. La relación en peso entre el grano y la coronta del maíz

Para hallar la relación en peso entre el grano y la coronta del Maíz

Morado se tomó 3.00 Kg. de muestra, esta se tuvo que desgranar

para realizar el pesado respectivo, de esto se obtuvo que de los 3

kilos de muestra 2.2211 Kg. era de grano y 0.7789 Kg. era de

coronta.

Para hallar el porcentaje y la relación correspondiente, se realizaron

los siguientes cálculos:

3.00 Kg.de Maíz Morado → 100%

2.2211 Kg. de grano → X

X= 74.04% de grano en Maíz

Coronta en maíz = 100 – 74.04= 25.96%

b. En el procedimiento de la extracción de antocianinas a partir de la

coronta del maíz

Peso de la cornta:778.9 g

Molienda (1/2 cm, aproximadamente): esta operación se realizo

con ayuda de un molino.

Secado en Estufa (60°C x 3 horas aprox.): teniendo un peso final

de 389.3g

Cálculo de la humedad (%h)

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%H=Peso inicial (g)−Peso final (g)

Pesode lamuestra×100

Calculo de la humedad en la coronta

%H=778.9−389.3778.9

×100

%H = 50.0 %

Primera extracción hidroalcohólica - acida (60° GL)

Materia prima: solvente. 1:6; (pH 3.5)

Materia prima/Solvente: 1/6

Materia prima/Solvente: 389.3g / 2335.8ml

La solución resultante fue llevada a pH 3.5 con acido cítrico

Maceración (por 24 horas)

En la primera Filtración:

1.650L de extracto de colorante

1.0686 Kg de residuo

Segunda extracción hidroalcohólica - acida (60° GL)

Materia prima: solvente. 1:3; (pH 3.5)

Materia prima / solvente: 1/3

Materia prima/Solvente: 1.0686 / 3.2058

La solución resultante fue llevada a pH 3.5 con acido cítrico

Maceración (por 3 horas)

En la segunda Filtración:

3.250L de extracto de colorante

1.02444 Kg de residuo

Evaporación hasta < 10 °GL(Baño maría: 70°C)

QUEDANDO UN VOLUMEN DE =

CON UN BRIX DEL EXTRACTO =

c. Determinación de antocianinas totales

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Calculo obtenido de: Flores, L y Minguillo, C.2001. `Estudio de la

influencia del tipo de enzimas en el rendimiento de antocianinas a

partir del maíz morado`. Tesis para optar título de Ingeniero

Químico. U.N.P.R.G. PERU-Lambayeque

Calculo de la densidad óptica total para 100 ml. de extracto.

D.O.T = D.O * Vdil * fa * 100

D .O .T .pH 1.0=0.85×250ml×4.6906×100

D .O .T .pH 1.0=9 9676mgde AcyT

D .O .T .pH 4.5=0.75×250ml×1.0191×100

D .O .T .pH 4.5=17839.02mgde AcyT

Diferencia entre la densidad óptica total determinada a pH 1.0 y

a pH 4.5.

∆ D.O. = D.O.T. pH 1.0 - D.O.T. pH 4.5

∆ D.O. = 99676.0 -17839.02

∆ D.O. = 81836.98 mg de AcyT

Contenido de antocianina (mg / 100 ml. de extracto)

AcyT= ∆ D .OAE1cm1%/10

AcyT=81836.98mgde AcyT76.9

AcyT=1064.2mgde AcyT

INTERPRETACION: 1064.2 mg de AcyT / 100 mL

V. Discusiones

a. El contenido de Antocianinas de la Coronta del Maíz Morado

883.20mg/100ml Según: Nakatani, Collazos y Fernández, Córdova-

España. En nuestro extracto presento una concentración de 1064.2

mg de AcyT / 100 mL. Esto se debe que el extracto obtenido en

laboratorio se concentrado de una solución de 2.700 litro a 79 ml

VI. Conclusiones

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b. Para la primera extracción se determino que con el tiempo de

maceración (24hras), se maximiza la extracción de antocianina, a

comparación de la segunda extracción con un tiempo de

maceración de (3hras), esta tenía un aspecto más diluida.

c. Para el primer filtrado se determino que el extracto de antocianina

estaba más concentrado que la de la segunda filtración

VII. Recomendaciones

a. Se recomienda evaluar el contenido de antocianinas con otras

variedades de maíz morado.

b. Realizar un estudio similar, para determinar el contenido de

antocianinas con frutos tales como: uva, ciruela, granadilla, plátano,

etc.

c. Analizar el contenido de antocianinas usando enzimas.

d. Realizar estudios de los subproductos obtenidos en el proceso de

filtración para su utilización en la preparación de alimentos

balanceados.

VIII. Referencia Bibliográfica

a. Libros

Araujo, M. 1995. Estudio de la Extracción del Colorante del Maíz

morado (Zea mavs L.) con el uso de enzimas. Tesis de maestría

UNALM. Perú

Delgado, F. 1990. Estudio del secado por atomización de colorante

del maíz morado. Tesis de Ingeniero en Industrias Alimentarias.

UNALM.Perú.

Fuleky, T. and Francis, F. 1968. Quantitative methods for

Anthocyanins. Extraction and Determination of Total Antocyanins in

Cranberries. Journal of Food Science. Volume 33.

Fuleky, T. and Francis, F. 1968. Quantitative methods for

Anthocyanins. 2. Determination of Total Anthocyanin and Degradation

Index for Cranberrie Juice. Journal of Food Science. Volume 33.

Flores, L y Minguillo, C.2001. `Estudio de la influencia del tipo de

enzimas en el rendimiento de antocianinas a partir del maíz morado`.

Tesis de Ingeniero Químico. U.N.P.R.G. PERU-Lambayeque

Tscheuschner, H. 2001. Fundamentos de Tecnología de los

Alimentos. Acribia. Zaragoza, España.

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informe antocianinas[1]

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