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IV Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Córdoba, Argentina, 14 a 16 de Noviembre de 2012
Caracterización química de semillas de cártamo y su aceite
Salaberría F., Constenla D., Carrín M.E.*
PLAPIQUI (UNS-CONICET), Bahía Blanca, Argentina.
*mcarrin@plapiqui.edu.ar
Resumen: Se realizó la caracterización química de semillas y aceite de cártamo de dos variedades de
cártamo alto oleico (CW88 y CW99). Las semillas fueron analizadas determinando su contenido de humedad
y materia volátil (H), aceite, proteína bruta (PB), fibra detergente neutro (FDN) y cenizas. El aceite obtenido
por extracción con hexano de las semillas secas y molidas se caracterizó en su composición en componentes
mayoritarios (triglicéridos por HPLC y ácidos grasos, a través de la determinación de sus metilésteres,
FAME, por CGC), y minoritarios (tocoferoles por HPLC, esteroles por CGC). La composición porcentual de
las semillas, expresada en base seca, resultó: 4.29±0.04 y 4.23±0.16 %H, 42.29±0.91 y 46.44±4.14 % aceite,
20.94±0.19 y 16.41±0.10 %PB, 28.11±0.20 y 28.49±0.22 %FDN y 1.55±0.01 y 2.01±0.38 % de cenizas,
para la variedad CW88 y CW99 respectivamente. Los ácidos grasos mayoritarios de los aceites obtenidos
fueron los ácidos oleico (O), linoleico (L), palmítico (P) y esteárico (S), respectivamente para CW88 y
CW99. Los triglicéridos mayoritarios resultaron ser OOO, OOL, SOL+OPO y PLL. El contenido en
tocoferoles fue de 604.99±17.51 y 584.85±6.38 ppm, y el de esteroles, 3996.1±24.2 y 3362.4±73.0 ppm,
respectivamente para ambas variedades, siendo α-tocoferol, β-sitosterol , campesterol y Δ-7-stigmastenol los
más abundantes.
Palabras clave: cártamo, aceite, semillas oleaginosas, composición química.
Abstract: Safflower seed and oil from two varieties (CW88 and CW99) were chemically characterized. The
content of moisture and volatile material (H), oil, crude protein (PB), neutral detergent fiber (FDN), and ash
were determined in seeds. The hexane-extracted oils (from dried and ground seeds) were characterized
determining their composition of majority (triglycerides by HPLC and fatty acids (FA), through fatty acid
methyl esters analysis, FAME, by CGC) and minor compounds (tocopherols by HPLC, sterols by CGC).
Dry-based composition of seeds turned out to be: 4.29±0.04 and 4.23±0.16 %H, 42.29±0.91 and 46.44±4.14
% oil, 20.94±0.19 and 16.41±0.10 %PB, 28.11±0.20 and 28.49±0.22 %FDN, and 1.55±0.01 and 2.01±0.38
% ash, for CW88 and CW99 respectively. Preponderance FA in oils were oleic (O), linoleic (L), palmitic
(P), and stearic (S) acid, for CW88 and CW99 respectively. Majority triglycerides were OOO, OOL,
SOL+OPO, and PLL. Tocopherol (604.99±17.51 and 584.85±6.38 ppm) and sterol (3996.1±24.2 and
3362.4±73.0 ppm) contents, for both varieties respectively, showed that these oils can be utilized in frying
processes, being α-tocopherol, β-sitosterol, campesterol, and Δ-7-stigmastenol the most abundant of these
compounds.
Keywords: safflower, oil, oil-seeds, chemical composition.
INTRODUCCIÓN
El cártamo (Carthamus tinctorius) es una planta, de la familia de los cardos, originaria de la India, y cuyo
cultivo en la actualidad está extendido por todo el mundo. Originalmente el cártamo se cultivaba por sus
flores, de las cuales se extraía un pigmento (rojo o amarillo) utilizado como tintura de telas. En la actualidad,
su aceite se utiliza en la industria para la elaboración de pinturas y otros revestimientos de superficies y esto
se debe a que se encuentra dentro de los aceites secantes o semi-secantes. Su color transparente y su
propiedad de no tornarse amarillo con el tiempo, permiten su uso en pinturas blancas y/o claras.
Ese tipo de aceite también es utilizado en ensaladas y para la producción de margarinas livianas y es
considerado de alta calidad alimenticia. El aceite de cártamo es un aceite bastante delicado por lo que debe
guardarse en lugares secos, frescos y al abrigo de la luz. Es ideal consumirlo crudo en ensaladas o como
aderezo en otros platos.
El cultivo de cártamo es conocido por su capacidad de adaptación a suelos y climas adversos, por lo cual su
revalorización como cultivo nacional puede ser un aporte a la economía de ciertas regiones. Los datos sobre
caracterización de cártamo son escasos en cuanto a rendimiento y perfil de ácidos grasos de su aceite, y
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prácticamente nulos en cuanto al contenido de otros componentes en el aceite (Gunstone et al. 1994,
CODEX 2011).
Este trabajo tiene como propósito realizar la caracterización química de aceite extraído de semillas de
cártamo, con el objetivo de aportar datos al conocimiento general sobre este producto. Este aporte de datos
de caracterización resulta valioso para comparar diferentes condiciones de cultivo, variedades, etc., y
también para que el sector industrial pueda evaluar las posibles aplicaciones del aceite aquí estudiado. Como
primer objetivo se plantea caracterizar las semillas en cuanto a su contenido de humedad, aceite, cenizas,
proteína y fibra, para luego determinar la composición química del aceite extraído de las mismas (contenido
y composición de compuestos mayoritarios en el aceite como triglicéridos y ácidos grasos así como también
aquellos compuestos minoritarios como tocoferoles, ceras, esteroles y fósforo).
MATERIALES Y MÉTODOS
Se utilizaron dos variedades de semilla de cártamo: CW88 y CW99, ambas gentilmente provistas por un
colega y provenientes de Estados Unidos.
Caracterización de Semillas
Contenido de humedad y materia volátil
Esta determinación se llevó a cabo utilizando el método oficial Ca 2d-25 (AOCS 2009). El mismo es un
método gravimétrico en el cual se coloca la muestra en una estufa de vacío hasta obtener peso constante. La
técnica se realizó por triplicado para ambas variedades.
Contenido de cenizas
Se utilizó el método oficial Ba 5a-49 (AOCS 2009), el cual se basa en la calcinación total de la muestra en
una mufla manteniendo 600ºC durante dos horas. La técnica se realizó con una leve modificación: las
muestras fueron calcinadas parcialmente por medio de su calentamiento gradual con resistencias eléctricas
antes de ser colocadas en la mufla (para evitar la pérdida de materia por la salida brusca de vapores o más
aún, la formación de llama). Se analizaron 4 muestras para cada variedad de semilla previamente secada y
molida.
Contenido de aceite
El contenido de aceite se determinó según el método 1.122 de IUPAC (1992), empleando un equipo
Soxhlet. Para cada extracción se utilizaron aproximadamente 10 g de semilla, libre de humedad, previamente
molida. El solvente utilizado fue n-hexano. Una vez finalizada la extracción (4h), el solvente se evaporó con
un roto-evaporador. El aceite obtenido se colocó bajo corriente de nitrógeno hasta lograr eliminar todo el
hexano residual. Se analizaron 4 muestras de cada variedad.
El aceite extraído se almacenó en atmósfera de nitrógeno en recipiente color ámbar y bajo condiciones de
refrigeración. A partir de este aceite se realizaron las técnicas para la caracterización del mismo.
Contenido de Proteína Bruta (PB) y Fibra detergente Neutro (FDN)
Los análisis se realizaron sobre semillas de cártamo desgrasadas y previamente molidas hasta un tamaño de
partícula máximo igual a 1 mm para lo cual se utilizó una zaranda estándar. Las muestras fueron procesadas
en el Laboratorio de Nutrición Animal del Departamento de Agronomía de la UNS. El contenido de PB se
determinó por la técnica macro Kjeldahl transformando el N obtenido en PB mediante el factor 6.25 (AOAC
2000). La determinación de FDN se realizó por el método secuencial, con α-amilasa y sin sulfito de sodio,
acorde al procedimiento descripto por Van Soest et al. (1991) en un baño procesador (Ankom Technology
Corp., Fairpoint, NY, USA).
Contenido de carbohidratos
El contenido de hidratos de carbono se obtuvo por diferencia del resto de los componentes.
Caracterización de Aceites
Contenido y composición de ácidos grasos
Se utilizó el método oficial Ce 2-66 (AOCS 2009) para la preparación de la metil ésteres de ácidos grasos
(FAME) constituyentes de los glicéridos del aceite. La identificación y cuantificación de los FAME se
realizó mediante cromatografía gas-líquido (CGL) según el método Ce 1e-91 (AOCS 2009).
Composición de triglicéridos
Esta determinación se llevó a cabo utilizando el método oficial Ce 5c-93 (AOCS 2009), en el cual se
separan, identifican y cuantifican los triglicéridos individuales de los aceites por medio de cromatografía
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líquida de alta presión (HPLC). Previo a la inyección en el cromatógrafo, las muestras de aceite se
disolvieron en acetona:cloroformo (50:50 v/v) (0.5% m/v) y se filtraron utilizando jeringa con filtros de 1
μm. Se analizaron 3 muestras de cada variedad.
Contenido y composición de tocoferoles
La técnica empleada está basada en las normas 2.432 (IUPAC 1992), Ce8-89 y Ja13-91 (AOCS 2009). La
muestra de aceite se disolvió en un solvente orgánico (2 g aceite/mL hexano) inmediatamente antes de
realizar el análisis en el HPLC con detector de fluorescencia. El contenido de tocoferoles se determina por el
método del estándar externo. La determinación se realizó por duplicado para cada variedad de aceite.
Contenido y composición de esteroles
La técnica empleada para esta determinación corresponde a la presente en el Diario Oficial de las
Comunidades Europeas (DOCE 1991). Esta técnica se basa en la saponificación de la materia grasa, a la que
previamente se le añade el estándar interno, para luego poder extraer la fase insaponificable con éter etílico.
A partir de esta última, se realiza la separación de la fracción de esteroles mediante cromatografía en placa
de gel de sílice básica; los esteroles recuperados del gel de sílice se transforman en ésteres y se analizan
mediante CGL. Se partió de una muestra para cada variedad de semilla y la inyección cromatográfica para
cada una de ellas se realizó por duplicado.
Contenido de fósforo
Se utilizó el método oficial Ca 12-55 (AOCS 2009). Esta técnica permite determinar el contenido de fósforo
o el contenido equivalente en fosfátidos por medio del calcinado de la muestra en presencia de óxido de zinc,
seguido de una medición espectrofotométrica del fósforo a partir de la formación de un complejo ácido
fosfomolíbdico de color azul. Si bien la técnica es aplicable a aceites, la misma se aplicó a la harina
desgrasada obtenida como residuo de la extracción de aceite así como también a la semilla molida sin
desgrasar. A partir de estos valores se aproximó la cantidad de fósforo contenido en el aceite. Se realizaron al
menos 3 determinaciones de cada muestra.
Análisis estadístico
En todos los casos se calculó el valor promedio (M), el desvío estándar (DE) y el coeficiente de variación
porcentual (CV%). Se utilizó el paquete de Análisis de Datos de Excel ® para determinar las diferencias
entre medias por el test t.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de Semillas
En la Tabla 1 se muestra la composición de las semillas empleadas. Al presentar una humedad relativamente
baja, las semillas pudieron ser almacenadas durante un largo periodo de tiempo sin verse deterioras y sin
tener en cuenta condiciones especiales de almacenamiento. La humedad obtenida para ambas variedades es
levemente inferior a las encontradas en otros estudios (Bozan y Temelli 2008). Al mismo tiempo se puede
observar que la humedad de la variedad CW88 no difiere significativamente de la de la variedad CW99.
Tabla 1: Composición de las semillas de cártamo
CW88
CW99
Componente
M ± DE
g/100g
CV%
M ± DE
g/100g
CV%
Humedad y Materia Volátil
4.23a±0.16
3.7
4.29a±0.04
1.0
Contenido de Aceite
42.29a±0.91
2.2
46.44b±4.14
8.9
Cenizas
1.51a±0.01
0.9
2.24b±0.03
1.4
Proteínas
20.94a±0.19
0.9
16.41b±0.10
0.6
FB
28.11a±0.20
0.7
28.49a±0.22
0.8
Carbohidratos
2.92
-
2.12
-
*Diferentes letras en la misma línea indican diferencias significativas.
El contenido de fibra fue similar en ambas variedades (p>0.2), el contenido de aceite (materia grasa) y
cenizas fue mayor en la variedad CW99 y el contenido de proteínas fue mayor en la variedad CW88
(p<0.05), lo que deja un mayor contenido de carbohidratos para la variedad CW88. El componente que
presentó la mayor diferencia fue el contenido de cenizas (se duplica para CW99), seguido por los hidratos de
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carbono (30% mayor para CW88), proteínas (20% mayor para CW99) y finalmente contenido de aceite
siendo un %10 mayor para CW99.
Al comparar el contenido de aceite con valores reportados en otros estudios, se encontró que la cantidad
obtenida en estas variedades de semillas es relativamente alta en comparación con dichos valores, siendo el
rango de los mismos 26-33% (Bozan y Temelli 2008, Han et al. 2008, Koutroubas et al. 2009, Koutroubas y
Papakosta 2010). En el caso de las proteínas, los valores obtenidos son muy superiores a los encontrados en
la bibliografía (12,6%) (Bozan y Temelli 2008). A pesar de esta diferencia, si se compara el contenido total
de carbohidratos y fibras (49% para CW88 y 45% para CW99) con los valores reportados por estos autores
(52%), los porcentajes se asemejan entre sí. El contenido de cenizas también es similar al encontrado en el
mencionado estudio.
Caracterización de Aceites
Los resultados obtenidos para ambas variedades de semilla son muy similares (Tabla 2). Los ácidos grasos
que se presentan en mayor proporción son: el ácido oleico (aproximadamente en un 78%), seguido por el
linoleico (13%) y el palmítico (5%). Los valores obtenidos se encuentran dentro del rango reportado por el
CODEX y al mismo tiempo son consistentes a los encontrados en el libro “The Lipid Handbook” (Gunstone
et al. 1994).
Tabla 2: Composición de ácidos grasos de los aceites
CW88
CW99
Acido graso
M ± DE
%área
M ± DE
%área
C14:0
0.1±0.0
0.1±0.0
C14:1
ND
ND
C15:0
ND
ND
C16:0
5.2±0.1
4.8±0.1
C16:1
0.1±0.0
0.1±0.0
C17:0
ND
ND
C17:1
ND
ND
C18:0
1.8±0.0
2.0±0.0
C18:1n9t
ND
ND
C18:1n9c
77.5±0.1
77.9±0.1
C18:2n6c
13.1±0.0
13.2±0.0
C20:0
0.4±0.0
0.4±0.0
C20:1
0.3±0.0
0.3±0.0
C18:3n3
0.1±0.0
0.1±0.0
C22:0
0.3±0.0
0.3±0.0
C23:0
ND
ND
C22:2cis
ND
ND
C24:0
0.2±0.0
0.2±0.0
C24:1n9
0.2±0.0
0.2±0.0
C22:6n3
0.1±0.0
ND
No Identificados
0.6±0.1
0.4±0.0
AGS
8.0a
7.8b
AGMI
78.1a
78.5b
AGPI-n3
0.2a
0.1a
AGPI-n6
13.1a
13.2a
* M ± DE: valor promedio ± desvío estándar, ND: valor menor a 0.05%.
AGS: ácidos grasos (AG) saturados, AGMI: AG monoinsaturados, AGPI-n3 y AGPI-n6: AG poliinsaturados
n3 y n6, respectivamente.
Diferentes letras en la misma línea indican diferencias significativas.
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En base a los resultados obtenidos se puede asegurar que las semillas pertenecen al grupo alto-oleico, ya que
es el ácido graso que se presenta en mayor cantidad (porcentaje >70%, como se especifica en CODEX para
esta categoría de aceites). A diferencia del aceite de oliva, el aceite de cártamo presenta una menor cantidad
de ácido palmítico pero una mayor cantidad de ácido oleico, mientras que el contenido de ácido linoleico es
similar en ambos. En el caso del aceite de girasol se puede indicar que, si bien el contenido de ácido
palmítico y oleico es significativamente inferior al del cártamo, presenta una mayor cantidad de ácido
linoleico (ya que el aceite de girasol convencional proviene de la variedad de semilla alto-linoleico)
(Gunstone et al. 1994). Sin embargo, al comparar los valores reportados por el CODEX (2011) para la
variedad alto-oleico, los porcentajes de éste ácido graso en el aceite de girasol (75-90,7%) superan a los de
cártamo para la misma variedad.
Los triglicéridos más abundantes encontrados coinciden en ambos aceites (Tabla 3). En primer lugar se
encuentra la trioleína (OOO), con aproximadamente el 50% del total. Este resultado es consistente con el
obtenido en la identificación y cuantificación de ácidos grasos, ya que el ácido oleico es el ácido mayoritario.
Otras especies de triglicéridos se encuentran en una proporción mucho menor: OOL (20%), StOL+OPO
(10%), PLL (5%), POL (4%) y StLSt (4%). El resto de los triglicéridos encontrados representan el 3,5%
aproximadamente.
Tabla 3: Composición de triglicéridos (TAG) de los aceites
CW88
CW99
TAG
M ± DE
%área
M ± DE
%área
LLLn
0.08±0.13
ND
OLLn
0.73±0.07a
0.61±0.67b
PLLn
0.01±0.02
ND
PLL
5.34±0.43
5.24±0.28
OOLn
0.55±0.41
0.83±0.04
OOL
21.17±0.12
19.29±0.04
POL
4.00±0.014
3.65±0.07
OOO
51.96±0.42
53.92±0.19
StOL+OPO
10.16±0.43
9.68±0.35
PPP
0.51±0.06
0.42±0.10
PPSt
0.58±0.05
0.68±0.03
StLSt
3.86±0.14
4.04±0.20
StStP
0.41±0.09
0.41±0.09
StOSt
0.40±0.21
0.26±0.31
No Identificados
0.24±0.15
0.96±0.69
UUU
74.49±0.17
75.44±0.40
UUS
19.50±0.31
18.57±0.63
SUS
4.27±0.14
4.04±0.20
SSS
1.50±0.02
1.52±0.22
* M ± DE: valor promedio ± desvío estándar
Nomenclatura de triglicéridos: P, ácido palmítico; St, ácido esteárico; O, ácido oleico; L, ácido linoleico; Ln,
ácido linolénico. U: AG insaturado, S: AG saturado.
ND: valor menor o igual que 0.005%.
Al comparar estos resultados con los contenidos de triglicéridos del aceite de girasol, las principales
diferencias se encuentran en la cantidad de OOO (95% mayor en cártamo) y OLL (para el girasol representa
aproximadamente el 40% del total de los triglicéridos). Esta comparación corresponde al aceite de girasol
alto-linoleico ya que para este caso no se encontraron datos sobre la variedad alto-oleico. En las diversas
fuentes consultadas la información es extremadamente escasa en cuanto a composición de triglicéridos tanto
en aceite de cártamo como en el de girasol y el de oliva.
La distribución de esteroles fue similar en ambas variedades de cártamo (Tabla 4). Dentro de los esteroles
encontrados se pueden resaltar aquellos que se encuentran en mayor proporción como el β-sitosterol, que
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representa aproximadamente el 45% respecto del total de esteroles, seguido por el campesterol (10%) y Δ -7-
stigmastenol (10%), para ambas variedades. Si bien el CODEX (2011) reporta valores de esteroles totales
(4500-19000 mg/kg) un poco mayor al obtenido en este estudio, los porcentajes para los tres esteroles
mayoritarios se mantienen en valores similares. Al comparar estos resultados con los contenidos de esteroles
para otros aceites más comunes como el aceite de oliva y el de girasol, las diferencias más notorias son las
que corresponden al aceite de oliva. Para este caso, se puede observar que los contenidos de campesterol,
stigmasterol, Δ-5-avenasterol y Δ-7-stigmastenol son aproximadamente un 90% mayor para el aceite de
cártamo. Para el caso del aceite de girasol, algunos contenidos de esteroles como el de campesterol, Δ-5-
avenasterol y Δ-7-avenasterol son aproximadamente un 30% mayor en el aceite de cártamo mientras que el
de otros esteroles como el stigmasterol, β-sitosterol y Δ-7-stigmastenol son un 60%, 30% y 40% mayores en
el aceite de girasol (Gunstone et al. 1994).
Tabla 4: Composición de esteroles de los aceites
CW88
CW99
Esterol
M ± DE
mg/100g
M ± DE
mg/100g
Colesterol
0.65±0.02a
0.86±0.45a
24-metilen colesterol
3.03±0.07a
2.04±0.17b
Campesterol
43.95±1.69a
35.92±0.27b
Campestanol
1.28±0.19a
1.05±0.22a
Stigmasterol
19.18±0.50a
17.86±0.55a
Δ-7-campesterol
10.44±0.79a
10.10±0.54a
Clerosterol
3.61±1.21a
2.42±0.47a
β-sitosterol
185.38±1.37a
152.91±0.51b
Sitostanol
13.36±5.92a
9.56±0.24a
Δ-5-avenasterol
25.09±0.63a
15.35±0.27b
Δ-7-stigmastenol
41.56±1.23a
43.09±0.39a
Δ-7-avenasterol
22.30±0.82a
15.97±0.16b
No Identificados
29.78±0.18
29.11±3.07
Totales
399.61±2.42a
336.24±7.30b
* M ± DE: valor promedio ± desvío estándar
Diferentes letras en la misma línea indican diferencias significativas.
Para ambas variedades se observa un mayor contenido del tocoferol alfa, seguido por el beta y gamma (Tabla
5). Si se comparan ambas variedades se puede resaltar que la mayor diferencia se observa en el β-tocoferol,
siendo aproximadamente un 50% mayor para CW99. A pesar de esto, el contenido total de tocoferoles es
similar para las dos variedades de aceites analizadas. Los contenidos de tocoferol alfa, beta y gamma se
encuentran dentro del rango que establece el CODEX (2011). Si bien la cantidad total de tocoferoles
reportada por Bozan y Temelli (2008) es muy similar a la presente en este trabajo, así como también el
contenido de alfa- y gamma-tocoferol, la cantidad de beta-tocoferol es un 20% mayor que la obtenida en este
estudio. Por otro lado, según los resultados publicados en el libro “The Lipid Handbook” (Gunstone et al.
1994) el contenido de gamma-tocoferol debería ser mayor al obtenido. Lo contrario ocurre para el beta-
tocoferol.
Al comparar estos resultados con el contenido de tocoferoles del aceite de oliva, se observa que este último
presenta un contenido de alfa-tocoferol cuatro veces inferior al del cártamo. Para el mismo tocoferol, se
encontraron valores similares entre el aceite de cártamo y el de girasol, mientras que el contenido de gamma-
tocoferol es mayor para este último (Gunstone et al. 1994).
El contenido de fósforo de los aceites, calculado a partir del análisis del contenido de fósforo de la semilla
molida desgrasada y sin desgrasar, resultó ser igual a 373 y 853 ppm, para las variedades CW88 y CW99
respectivamente¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..
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Tabla 5: Composición de tocoferoles de los aceites
CW88
CW99
Tocoferol
M ± DE
[µg/g Aceite]
M ± DE
[µg/g Aceite]
Alfa
582.17a±16.76
550.51a±5.60
Beta
13.24a±0.61
21.70b±0.10
Gamma
4.05a±0.19
3.47a±0.08
No Identificados
5.53a±0.05
9.18b±0.80
Totales
604.99a±17.51
584.85a±6.38
* M ± DE: valor promedio ± desvío estándar
Diferentes letras en la misma línea indican diferencias significativas
Al investigar los datos que aportan diferentes fuentes, se pudo observar que existe una gran variación entre la
magnitud de los mismos. Esto demuestra la importancia que tienen los múltiples factores (variedad de
semilla, tratamientos previos, condiciones de siembra, cultivo y almacenamiento, etc.) sobre la composición
de los compuestos minoritarios del aceite. Es por esto que es de gran interés y utilidad conocer e investigar
los diferentes aceites obtenidos bajo diferentes condiciones para poder aproximarse cada vez más a la
producción de un aceite de alta calidad.
BIBLIOGRAFÍA
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AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo fue financiado por el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
(CONICET) y la Universidad Nacional del Sur (UNS) de Argentina.