Nuevos ingredientes alimentarios funcionales a partir de fuentes marinas

El consumo de alimentos acuáticos ha aumentado globalmente en las últimas décadas, como resultado de una mejor comprensión de sus beneficios para la salud y la buena imagen de los mariscos entre los consumidores.

Debido a la amplia gama de sus ambientes de vida, los organismos marinos han desarrollado propiedades únicas y compuestos bioactivos en comparación con las fuentes terrestres. La importancia de los ingredientes funcionales de los alimentos ha sido bien reconocida en relación con la promoción de la salud, la reducción del riesgo de enfermedad y la reducción de los costos del cuidado de la salud. Estos incluyen ácidos grasos omega-3 de peces, mamíferos marinos y fuentes algales / fúngicas, quitosano, oligosacáridos de quitosano y glucosamina, carotenoides, enzimas e hidrolizados de proteínas, así como fenoles e hidratos de carbono de algas. Esta contribución resume los nuevos ingredientes funcionales de los recursos marinos.

Introducción

El consumo de mariscos ha aumentado en las últimas décadas en muchos países, especialmente desde 1980, como resultado de una mejor comprensión de sus beneficios para la salud y la buena imagen entre los consumidores. En 2010, de acuerdo con los datos de la FAO, el total de la pesca mundial (peces de captura y acuicultura silvestres) alcanzó 148,5 millones de toneladas métricas. Sin embargo, sólo el 50-60% de la pesca marina total se utiliza para el consumo humano directo y una gran proporción de descartes se utiliza para la producción de piensos de alto contenido proteínico, harina de pescado y fertilizantes [1]. El descubrimiento de miles de nuevos productos naturales marinos en las últimas dos décadas ha sido impulsado por los hallazgos de la bioactividad potente (Tabla 1). Ha habido un creciente interés en la investigación, desarrollo y comercialización de ingredientes funcionales de alimentos, nutracéuticos y suplementos dietéticos en todo el mundo. Recientemente, Lee et al. [2] Discutió la aplicación potencial de la tecnología de biorreactores de membrana para la producción de materiales funcionales de valor añadido procedentes de desechos de elaboración de productos del mar y sus actividades biológicas en relación con los beneficios para la salud. Mayer et al. [3] informó que durante el período 1998-2006, la fuente de información preclínica global marina incluyó 592 compuestos marinos que mostraron actividad antitumoral y citotóxica y 666 productos químicos adicionales que demostraron una variedad de actividades farmacológicas (es decir, antibacterianos, anticoagulantes, antiinflamatorios, Antifúngicos, antihelmínticos, antiplaquetarios, antiprotozoarios, antivirales y acciones sobre los sistemas cardiovascular, endocrino, inmunológico y nervioso, así como otros mecanismos de acción diversos).

La fortificación de alimentos con nutracéuticos se ha convertido en un método cada vez más popular para proporcionar alimentos nutricionales a los consumidores conscientes de la salud. Con las especies marinas que comprenden aproximadamente la mitad de la biodiversidad global total, los océanos y el medio ambiente acuático en general ofrecen un recurso enorme para compuestos novedosos. Los ingredientes y los nutracéuticos basados en la flora y fauna marina pueden derivarse de una amplia gama de recursos, incluyendo plantas marinas, microorganismos y esponjas, todos los cuales contienen sus propios conjuntos de biomoléculas únicas que les permiten prosperar en sus respectivos hábitats. Recientemente, las algas marinas se consideran como una fuente potencial de antioxidantes debido a su contenido de polifenoles y carotenoides [4]. Otra fuente creciente de ingredientes alimentarios de origen marino ha sido los subproductos de pescado y mariscos resultantes del procesamiento poscosecha. Los nutracéuticos de origen marino incluyen aceite de pescado (principalmente ácidos grasos omega-3-poliun- saturados), aceite de grasa de foca, aceite de algas, aceite de hígado de tiburón y escualeno, cartílago de tiburón, quitina, quitosano así como sus monómeros y oligómeros, enzimas, péptidos y (Macroalgas) y sus componentes, hidrolizados de proteínas y otros productos que se han convertido en un tema de gran interés tanto para las industrias farmacéuticas como para las industrias de alimentos saludables. Además, se ha demostrado que los metabolitos primarios de los mejillones marinos del género Mytilus y Perna sirven como fuente de alimentos funcionales, ingredientes alimentarios o productos farmacéuticos [5]. Los nuevos ingredientes funcionales y los beneficios para la salud se presentan en la Tabla 1. Recientemente, Freitas et al. [6_] revisó los avances en herramientas biotecnológicas para la producción de ingredientes funcionales, incluyendo enzimas, para la industria alimentaria de fuentes marinas. Por lo tanto, tales bioactivos pueden servir como nutracéuticos de valor añadido importantes, productos de salud naturales e ingredientes alimentarios funcionales que pueden usarse para la promoción de la salud y la reducción del riesgo de enfermedad. Esta contribución resume los bioactivos y nutracéuticos de los recursos marinos y sus efectos sobre la salud. (imagen 1)

Aceites Omega 3

Los ácidos grasos omega-3 -polyunsaturados (PUFA) derivados de recursos acuáticos u otros son principalmente ácido eicosapentaenoico (EPA) y ácido docosahexaenoico (DHA). En seres humanos, el ácido a-linolénico puede, en una extensión limitada, ser alargado y desaturado a EPA y DHA. De lo contrario, estos PUFA sólo se adquieren a partir de mariscos y / o suplementos. DPA (ácido docosapentaenoico) está presente en niveles muy bajos en aceites de pescado en relación con EPA y DHA. Sin embargo, es casi tan importante como EPA o DHA en aceite de grasa de foca. La EPA y el DHA son sintetizados por plantas marinas unicelulares y multicelulares como fitoplancton y algas. Finalmente, se transfieren a través de la red alimentaria y se incorporan a lípidos de especies acuáticas como peces y mamíferos marinos. Ahora hay muchas pruebas para apoyar la opinión de que los ácidos grasos omega3 tienen efectos beneficiosos sobre la salud humana. Estudios animales e in vitro han indicado que los ácidos grasos omega3 afectan los perfiles lipídicos de la sangre, la salud cardiovascular, la composición lipídica de las membranas, la biosíntesis eicosanoide, las cascadas de señalización celular y la expresión génica. Los hallazgos de estudios epidemiológicos sugieren que la ingesta de ácidos grasos omega3 a partir de fuentes naturales o suplementos puede influir en la aparición y progresión de varios estados patológicos, incluyendo enfermedades cardiovasculares, cáncer, enfermedades autoinmunes y salud mental. DHA es el AGPI de cadena larga más abundante en la materia gris del cerebro y en la retina del ojo. DHA se produce de forma natural en la leche materna y es esencial para el desarrollo normal del cerebro y el ojo infantil [7].

Los aceites omega3, aunque originarios de algas marinas, son predominantes en peces marinos y mamíferos. Los lípidos del cuerpo de peces grasos como la caballa y el arenque, el hígado de peces blancos magros como el bacalao y el fletán, y la grasa de mamíferos marinos tales como focas y ballenas, así como los obtenidos a partir de kril son ricos en cadena larga omega3 Ácidos grasos [8]. También están presentes en grandes cantidades en ciertos aceites de algas y hongos. Los aceites de DHA de microalgas y otras fuentes están ahora disponibles comercialmente. Los aceites de algas a menudo contienen un PUFA específico en lugar de una mezcla de diversos PUFA. Esto da a los aceites de algas una ventaja añadida en comparación con los aceites de pescado, que contienen mezclas de PUFA. Las principales fuentes de aceites de pescado son las especies pelágicas capturadas en grandes cantidades, en particular las que tienen carne aceitosa, como el salmón, el atún, la caballa y el arenque o los peces pequeños como la anchoa y el capelán; El krill también se está convirtiendo en una importante fuente de petróleo de las especies acuáticas. La Administración de Alimentos y Medicamentos ha llegado a la conclusión de que el DHA y / o EPA hasta 3 g / día son generalmente reconocidos como seguros (GRAS, por sus siglas en inglés). Recientemente, surimi enriquecido con aceites omega3 (linaza, algas, menhaden, krill o su mezcla) se ha ofrecido al mercado [9, 10].

Quitosano, oligosacáridos de quitosano y Glucosamina

Los polímeros de quitina y quitosano son amino-polisacáridos naturales que tienen estructuras únicas, propiedades multidimensionales. En la última década, los derivados de chitina y quitosano han despertado un interés significativo en los campos de la investigación alimentaria, biomédica, biofarmacéutica y de otras industrias con aplicaciones que incluyen el uso como biomateriales para la ingeniería tisular y cicatrización de heridas y como excipientes para la administración de fármacos. La quitina puede ser parcialmente desacetilada para formar una variedad de derivados, tales como quitosano, oligosacáridos de quitosano (chito-oligosacáridos, COS) y glucosamina. Debido a su mayor solubilidad en agua, estos derivados de quitosano son más ventajosos como agentes nutracéuticos que la forma completamente acetilada e insoluble de quitina. Muchos de los productos de quitosano actualmente disponibles se comercializan como reductores de grasa y agentes reductores del colesterol, aunque se ha cuestionado su efectividad de la quitosana en el bloqueo de la absorción de grasas. El interés comercial en el quitosano y sus derivados en diferentes áreas se derivan de su multitud de características biológicas, incluyendo biodegradabilidad, biocompatibilidad y no toxicidad [11]. Zhang et al. [12] observó que los quitosanos de bajo peso molecular (LMW) disminuyen el colesterol total, lipoproteína de baja densidad (LDL) y los niveles de triacilglicerol hepático en ratas alimentadas con dietas ricas en grasas. Debido a la biocompatibilidad de los quitosanos y la naturaleza no tóxica, existe un creciente interés en el potencial de la COS biológicamente activa y la quitosana LMW, que son productos despolimerizados de quitosano. Los COS se producen mediante varios métodos tales como la hidrólisis enzimática y ácida. COS especialmente pentamers y hexamers, poseen actividades antibacterianas y antitumorales, así como efectos inmunoharmonizantes [13]. Una aplicación más reciente de quitosan lo involucra en la preparación de nanofábricas magnéticas, lo que permite la síntesis local y entrega de carga activa en un sitio de destino, minimizando así los efectos no específicos [14]. El LMW-COS (229.21-593.12 Da) exhibió un efecto antioxidante en las células vivas y tienen el potencial de ser utilizado como complementos alimenticios o nutracéuticos [15]. Además, se ha descrito el efecto inhibidor de COS sobre el daño oxidativo al ADN del linfoma humano U937 y el efecto directo de eliminación de radicales en células de fibrosarcoma humano (HT1080). COS fue eficaz en el control de la ingesta de dieta, ganancia de peso corporal, glucosa en sangre y perfiles lipídicos de los ratones ob / ob genéticamente modificados con resistencia a la insulina modelo [16]. Además, el quitosano soluble en ácido con un 99% de desacetilación y menor viscosidad fue más eficaz que el quitosano soluble en agua en la inhibición del crecimiento bacteriano [17].

La glucosamina está presente en los tejidos conectivos y del cartílago como componente de los glicosaminoglicanos. Por lo tanto, la glucosamina se ha utilizado ampliamente para tratar la osteoartritis, una enfermedad articular caracterizada por la degeneración del cartílago, en los seres humanos [18]. Recientemente, Nagaoka et al. [18] informó que la glucosamina puede funcionar no sólo como un agente condroprotector sino también como una molécula anti-inflamatoria en el cuerpo. Otro estudio reciente mostró la eficacia del condroitín-sulfato condroprotector administrado por vía oral más el sulfato de glucosamina en la osteoartritis modulante y tenía un excelente perfil de seguridad en el uso a largo plazo [19]. Madhumathi et al. [20] sugirieron que los andamios compuestos de quitina / nanosilver podrían ser usados para aplicaciones de cicatrización de heridas.

Dev et al. [21] informó de que las nanopartículas de quitosano son prometedores sistemas portadores para la entrega controlada de anti virus de inmunodeficiencia humana (VIH) y medicamentos contra el cáncer. Producción industrial de tabletas de quitosano y fibras dieteticas de quitosan [22]. Wang, Liang y Yen [23] informaron que la quitinasa antifúngica V656 y los hidrolizados de quitinasa / lisozima K-187 inhibían el crecimiento de las células de adenocarcinoma colorrectal de ratones (CT26) y redujeron las tasas de supervivencia a 34 y 80% en 1 día, respectivamente. Estudios recientes demostraron que las nanopartículas de O-carboximetilquitosano podrían ser candidatos prometedores para llevar bioactivos hidrófobos y fármacos como la curcumina [24].

Carotenoides y xantofilas

Los carotenoides contribuyen a los colores amarillo, naranja y rojo de la piel, cáscara o exoesqueleto de los animales acuáticos. También existen en especies de algas. Una de las funciones fisiológicas más importantes de los carotenoides (principalmente bcaroteno) se debe a su acción como precursores de la vitamina A en animales. También se ha informado la actividad de la vitamina A del a-caroteno, criptoxantina, 3,4-deshidro-b-caroteno y éster etílico del ácido b-apo-80-carotenoico, astaxantina, cantaxantina y equinenona. Se ha demostrado que los carotenoides marinos inhiben la actividad de la lipasa en la luz gastrointestinal y suprimen la absorción de triacilglicerol [25]. Fucoxantina, un importante carotenoides marinos presentes en las algas pardas ha demostrado mejorar la resistencia a la insulina y disminuye los niveles de glucosa en sangre a través de la regulación de las secreciones de citoquinas de tejido adiposo blanco [26]. Se encontró que la fucoxantina y su metabolito fucoxantinol y halocintiaxantina, aislados de la erupción de agua H. roretzi, inhiben el crecimiento de células de leucemia humana (HL-60), células de cáncer de mama humano (MCF-7) y Caco-2 Células [26]. Además fucoxantina marina se han demostrado para luchar contra la obesidad y los trastornos metabólicos relacionados [27].

Enzimas

Las enzimas marinas ofrecen una amplia gama de aplicaciones únicas, incluyendo el descamado de pescado y calamar y la purificación y limpieza de huevos de pescado para la producción de caviar. Además, la descalcificación de los peces, la extracción de carotenoproteínas de los descartes de procesamiento de mariscos, el uso de enzimas gástricas de pescado como sustituto del cuajo en la elaboración del queso, la maduración del pescado y la producción de salsa de pescado y la producción de hidrolizados y concentrados de proteínas de pescado son otras formas de utilizar enzimas marinas. Se han aislado varias enzimas de descartes de procesamiento de pescado y marisco tales como fosfatasa alcalina, hialuronidasa, acetilgluco-saminidasa, quitinasa y proteasa. Hayet et al. [28] informaron una nueva serina-proteasa LMW de sardinela (Sardinella aurita) viscera con actividad colageno-lítica. Además, la fosfatasa alcalina aislada del agua congelada del deshielo del camarón podría ser utilizada como herramientas diagnósticas clínicas para las varias enfermedades tales como hypo-phosphatasia (desorden del hueso), lesiones (incluyendo tumores), enfermedad del hígado y deficiencia de la vitamina D. La vieira del Ártico contiene una enzima peptídica activa en frío con actividad similar a la lisozima que es activa contra bacterias Gram positivas y Gram negativas [29].

Los hidrolizados de proteínas

Los hidrolizados de proteína de pescado (FPH, por sus siglas en inglés) se preparan por digestión de carne de pescado con enzimas proteolíticas y se han considerado como un método alternativo para convertir la biomasa de pescado subutilizada en productos proteicos comestibles, en lugar de piensos o fertilizantes. Se ha demostrado que la FPH tiene potencial para aplicaciones nutricionales o farmacéuticas. Los hidrolizados de proteínas tienen un excelente equilibrio de aminoácidos, buena digestibilidad, absorción rápida y la presencia de ciertos componentes peptídicos bioactivos [30]. FPH tienen buenas propiedades funcionales y contribuyen a la retención de agua, textura, gelificación, batido y propiedades de emulsión cuando se añaden a los alimentos. Dependiendo de la secuencia de aminoácidos, pueden estar implicados en diversas funciones biológicas tales como antihipertensión, agonistas opioides o antagonistas, actividades inmunomoduladoras, antitrombóticas, antioxidantes, anticancerosas y antimicrobianas, además de la utilización de nutrientes [31]. Teniendo predominio de los aminoácidos básicos (lisina y arginina), los péptidos antimicrobianos suelen llevar una carga positiva neta. Ser catiónico y anfipático son dos características estructurales importantes que tienen en cuenta la actividad antimicrobiana de estos péptidos bioactivos [32]. Los péptidos antihipertensivos son eficaces en la prevención / tratamiento de la hipertensión principalmente por la inhibición de las enzimas de conversión de la angiotensina (ECA), que desempeña un papel clave en la regulación de la presión arterial y la homeostasis electrolítica. La propiedad inhibitoria ACE de péptidos de un salmón del Atlántico, pepino de mar y sepia han sido reportados [33]. Zhu et al. [34] sugirió que los péptidos de colágeno marino podrían ofrecer protección contra la diabetes y la hipertensión al afectar los niveles de moléculas involucradas en la patogenia diabética e hipertensiva. Recientemente, varios estudios han demostrado que los péptidos derivados de diferentes hidrolizados de proteínas marinas actúan como antioxidantes potenciales y han sido aislados de organismos marinos como el huevo de barrilete [35] y el músculo redondo liso [36]. El hidrolizado de proteína de capelina, cuando se añadió a músculo de cerdo picado a un nivel de 0,5-3,0%, redujo la formación de productos de oxidación secundaria incluyendo sustancias tiobarbitúricas reactivas (TBARS, por sus siglas en inglés) en el producto en 17,7-60,4% y el amargor se eliminó tratando la proteína mediante la hidrolización con carbón activado. Nalinanon et al. [37] informó de que el hidrolizado de proteínas del músculo de la brema de rosca adornada producido por la pepsina del atún skipjack se puede utilizar como una fuente prometedora de péptidos funcionales con propiedades antioxidantes. Un péptido antimicrobiano derivado de histonas ha sido identificado en rayos de látigo redondo [38]. Huang et al. [39] demostró que un polipéptido de mar rojo moses sole (Pardaxin) inhibe la proliferación celular contra el fibrosarcoma humano (HT-1080) de células por apoptosis inducida. Estudios recientes han demostrado que el polipéptido de los ascidios marinos [40] y los moluscos marinos [41] presentan potentes actividades antitumorales. Pei et al. [42] demostró que el péptido de colágeno marino aislado de la piel de salmón Chum (Oncorhynchus keta) puede facilitar el aprendizaje y la memoria en ratones envejecidos a través de la reducción del

daño oxidativo en el cerebro y puede utilizarse como candidato alimentario funcional para aliviar el déficit de memoria. Zhu et al. [34] estudió el efecto de las pieles de salmón en la diabetes tipo II. Encontraron que el tratamiento con hidrolizado marino mejoró el metabolismo de glucosa y lípidos en pacientes diabéticos e hipertensos. Se cree que la histidina dietética se cambia a histamina en el cerebro y actúa para suprimir la ingesta de alimentos [43]. Recientemente, Je, Cho y Ahn [44] identificaron un tripéptido antiinflamatorio de hidrolizado de proteína de subproducto de salmón por hidrólisis péptica.

Fenólicos de algas y carbohidratos

La búsqueda de nutracéuticos y bioactivos a partir de algas / algas marinas está aumentando constantemente a medida que aumenta el número de especies que se introducen en la cultura. Las algas marinas son una fuente rica de yodo, phlorotannins, glutatión, fucoxanthin y también carbohidratos tales como alginates. Los polisacáridos de algas tales como el carragenano, el alginato, el fucoidano y el agar han sido de importancia industrial, especialmente en la industria alimentaria. Los estudios han demostrado que los colesteroles séricos, los triacilgliceroles y los niveles de lipoproteínas de muy baja densidad eran considerablemente más bajos en los roedores alimentados con biomasa reticulada R. o sus polisacáridos en comparación con los animales control [45]. Los fletaninos, el grupo más grande de polifenoles en algas marinas marinas, exhiben actividades antioxidantes, anti-inflamatorias, antialérgicas, antitumorales, antidiabéticas, anti-bacterianas, de transcriptasa inversa y proteasa de HIV-1, así como quimioprevención contra varias enfermedades vasculares [46]. El fucosterol y sus derivados son los esteroles predominantes en las algas pardas. Recientes investigaciones clínicas in vivo e in vitro han demostrado que el fucoidan es eficaz en la prevención de la osteoartritis, enfermedades renales y hepáticas, enfermedades infecciosas desatendidas, modulación de células madre hematopoyéticas, protección contra los daños por radiación y tratamientos para el envenenamiento de las serpientes. Elbandy, Rho y Afifi [21] identificaron veintiún glicosidos triterpénicos de tipo lanostano no sulfatados de las paredes corporales del pepino de mar (Bohadschia cousteaui). Varios estudios han demostrado que los polisacáridos (quitina y fucoidán) de algas marinas podrían desempeñar un papel importante en la actividad cardioprotectora [49, 50].

Agua de mar profunda

Recientemente se ha investigado el beneficio para la salud de las aguas de mar profundas debido a su enriquecimiento en nutrientes y minerales. Kim et al. [51] informó de que el agua de aguas profundas (DSW, por sus siglas en inglés) tiene efectos inhibitorios sobre el cáncer de mama invasión / metástasis, lo que sugiere que DSW tiene alguna promesa en la mejora de la supervivencia del cáncer mediante la prevención de metástasis tumoral. Se ha informado de que el DSW desalinado tiene un efecto mucho mayor en la prevención del desarrollo de la aterosclerosis en conejos alimentados con una dieta con alto contenido de colesterol en comparación con agua salada superficial desalinizada con un perfil similar de minerales principales (magnesio, potasio, calcio, sodio e iones sulfato) [52]. Además, el dioscorea de moho rojo producido por Monascus sp. de DSW ha demostrado que ejerce un mayor efecto anti-aterosclerosis y efecto anti-hígado graso, así como propiedades hipolipidémicas [53].

Conclusión

Los recursos marinos proporcionan un rico depósito de bioactivos y nutracéuticos. Se espera que los productos alimenticios, suplementos o productos de salud natural que contienen bioactivos marinos dominen un mercado enorme debido a sus muchos beneficios potenciales para la salud. Entre estos, ácidos grasos de omega-3 han demostrado ser más eficaces en el alivio de una serie de condiciones de salud, por lo tanto su inclusión en los alimentos y productos de especialidad ha estado a la vanguardia de la investigación y el desarrollo. Más recientemente, muchos esfuerzos de investigación se han centrado en las algas marinas y sus constituyentes nutracéuticos con beneficios potenciales para la salud atribuidos principalmente a sus ácidos grasos de omega-3, antioxidantes y otros bioactivos. Mientras tanto, se ha informado de que los recursos no explotados de los océanos ofrecen muchas oportunidades para desarrollos futuros. Por ejemplo, hay un gran interés en las algas marinas debido a la evidencia que vincula el consumo habitual de algas con el riesgo reducido de una serie de enfermedades crónicas en ciertas poblaciones. Sin embargo, también se debe abordar la interacción o complejidad adversa de extractos de algas marinas y compuestos purificados con otros ingredientes alimentarios (proteínas, carbohidratos y lípidos) así como la posible formación de sustancias tóxicas, alergénicas o carcinógenas. Hasta ahora, se ha identificado un número limitado de bioactividades de compuestos marinos aislados y se necesitan más investigaciones para desarrollar métodos para aplicarlas a la promoción de la salud humana. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a proceder con la evaluación clínica de los conceptos prometedores y los resultados preclínicos a los estudios clínicos humanos mediante el empleo de límites de uso seguro de los niveles de máxima eficacia. Nuevas tecnologías y colaboraciones eficientes entre la academia y la industria serán esenciales para asegurar el éxito futuro de la salud natural marina en productos especializados como nuevas y novedosas entidades terapéuticas que pueden hacer una contribución significativa al tratamiento de las enfermedades humanas, así como el riesgo de enfermedad en la atención de la salud reducción de costo.

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Referencias y lecturas recomendadas

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Este capítulo del libro explica el uso de biorreactores de membrana para integrar un recipiente de reacción con una unidad de separación de membrana como un método beneficioso para producir materiales bioactivos tales como péptidos, chitooligosacáridos y ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) de diversos subproductos de mariscos.

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Fuente:

Science Direct

Current Opinion in Food Science 2015, 2:123–129. Elsevier Ltd.

Autor: Fereidoon Shahidi and Priyatharini Ambigaipalan, Novel functional food ingredients from marine sources. 2214-7993/# 2015 Elsevier Ltd

Traducido por:

Douglas Montiel Quimi

Asistente de Calidad

Granotec Ecuador