Artículo de método

Composición y propiedades de Aquafaba: agua recuperados de garbanzos enlatados comercialmente

DOI:

10.3791/56305

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10 de febrero de 2018

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1Department of Plant Sciences, University of Saskatchewan, 2Prairie Tide Chemicals Inc., 3Guangdong Saskatchewan Oilseed Joint Laboratory (GUSTO), Department of Food Science and Engineering, Jinan University

En este artículo

Resumen

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Aquafaba es un jugo viscoso de garbanzos enlatados, cuando agitó vigorosamente, produce una espuma blanca relativamente estable o espuma. El objetivo de la investigación es identificar los componentes de aquafaba que aportan propiedades de viscosifying/espesamiento mediante resonancia magnética nuclear (RMN), la ultrafiltración, la electroforesis y el péptido masa huellas dactilares.

Resumen

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Garbanzos y otras legumbres son comúnmente vendidos como productos enlatados, envasados en una solución espesa o una salmuera. Esta solución se ha demostrado recientemente para producir espumas estables y emulsiones y puede actuar como un espesante. Recientemente interés en este producto ha sido mejorado a través de internet donde se propone esta solución, ahora se llama aquafaba por una comunidad en crecimiento, que puede utilizar un reemplazo para la proteína de huevo y leche. Aquafaba es nuevo y está siendo desarrollado por una comunidad basada en internet poco se sabe de su composición o propiedades. Aquafaba fue recuperado de 10 productos comerciales garbanzos enlatados y las correlaciones entre composición de aquafaba, densidad, viscosidad y propiedades espumantes fueron investigadas. Protón NMR fue utilizado para caracterizar la composición de aquafaba antes y después de la ultrafiltración a través de membranas con diferente peso molecular cortado offs (MWCOs de 3, 10 o 50 kDa). Un protocolo para la electroforesis y péptido identificación masiva también se presenta. Estos métodos proporcionan información valiosa con respecto a los componentes responsables de aquafaba propiedades funcionales. Esta información permitirá el desarrollo de las prácticas para producir productos aquafaba comerciales estándar y puede ayudar a los consumidores a seleccionar productos de utilidad superior y consistente.

Introducción

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Cada vez más están desarrollando productos vegetarianos que imitan las propiedades de la carne, leche y huevos. Las propiedades funcionales de leguminosas son importantes en sus usos actuales en aplicaciones de alimentos y sus propiedades están siendo exploradas en el desarrollo de sustitutos de proteína animal. Por ejemplo, ventas de lácteos alternativas fueron $ 8,8 billones USD en 2015 y este mercado está creciendo rápidamente. Este mercado se proyecta que crezca a $ 35,06 billones de 2024. Además, la tendencia al alza en la demanda de sucedáneos de la leche de origen vegetal es, en parte, resultado de preocupaciones de salud los consumidores en cuanto a colesterol, antibióticos y hormonas de crecimiento a menudo utilizadas en la producción de leche1. Asimismo, proteína vegetal y mercados de sustituto de huevo hidrocoloide están expandiendo rápidamente y se espera una tasa compuesta de crecimiento anual de 5,8% de estos materiales durante los próximos 8 años con ventas de $ 1,5 billones de dólares prevé que en 20262. Un creciente número de consumidores prefiere fuentes de proteína vegana, alergeno reducción dietas y huella de carbono para productos alimenticios. Demanda de productos a base de pulso, especialmente de lenteja, garbanzo y haba crecen continuamente debido al alto contenido de proteína, fibra dietética y baja en grasa saturada contenido de pulsos3. Legumbres también contienen fitoquímicos con actividad biológica potencialmente beneficiosos4.

Entidades comerciales, científicos y particulares han adoptado diferentes enfoques para comunicar las características de la calidad del garbanzo basado en sustitutos de huevo y leche. Gugger et al. 5 produce un producto de leche como de granos de almidón alto incluyendo habichuelas adzuki y garbanzo. En sus métodos descritos los autores intentaron mostrar que su producto es único y diferente de "aquafaba"6. En otro enfoque comercial aclarado por Tetrick et al. sustituto de huevo 7 planta-basado fue desarrollado. Su solicitud de patente describe métodos de combinar harina de pulso con espesantes conocidos que emulan la función clara de huevo en materiales al horno. Fórmulas típicas incluyen harina de pulso 80-90% y 10-20% aditivos de espesamiento.

Revisada la literatura también indica la funcionalidad posible con garbanzo y se ha demostrado que fracciones de proteína de la albúmina obtenidas de la harina de garbanzo kabuli y desi propiedades de emulsificación buena. También han encontrado un efecto significativo de la fuente de garbanzos en la albúmina del rendimiento y desempeño8.

Después del informe inicial de internet que describe "aquafaba" por el chef francés Joël Roessel, un movimiento de código abierto está demostrando la utilidad de la aquafaba como sustituto de clara de huevo y lácteos proteínas en muchas aplicaciones de alimentos. Hay muchas páginas web altamente consultadas y vídeos de YouTube que muestra la incorporación de aquafaba en alimentos que emulan las cualidades de hielo crema, merengue, queso, mayonesa, huevos revueltos y crema batida. Más pioneros ofreciendo aplicaciones open source de aquafaba (recetas) obtención su material por filtrar garbanzos enlatados y utilizar el líquido en sus recetas. Estos individuos son en su mayoría no entrenados científicos. Secciones video comentarios indican que los encuestados han copiado las recetas y algunos no han podido replicar los éxitos de los defensores de aquafaba.

Todos tres enfoques (corporativo, científico y de código abierto) para el desarrollo de sustitutos de huevo y la leche tienen mérito pero faltan una dimensión importante. Científicos aplicados, científicos básicos y particulares promulgación de productos a base de pulso incompleto han caracterizado y estandarizado su material de entrada. Estandarización de un producto para un uso específico es una práctica industrial normal. Cultivares de garbanzo no se han estandarizado para aquafaba calidad y prácticas de la industria conserveras se estandardizan para producir garbanzos consistente no aquafaba.

Basado en estudios de otras materias primas, es predecible que genotipo y medio ambiente contribuirá a la calidad de aquafaba de pulso. Es conocido que tanto el genotipo y el medio ambiente afectan garbanzo del kabuli conserva propiedades9. Por lo general, efectos genotípicos son grandes entre especies relacionadas y más pequeñas dentro de los miembros de una especie. Variación en las propiedades físicas y químicas puede minimizarse a través de la preservación de la identidad que permite la selección de cultivares con propiedades deseadas. Efectos ambientales también pueden ser grandes y son administrados por la evaluación de la calidad de mezcla estándar rendimiento en específico pruebas y10.

Hay muchos cultivares genéticamente distintos de garbanzo en la producción comercial. Por ejemplo, el centro de desarrollo del cultivo de Universidad de Saskatchewan, una importante fuente de germoplasma de garbanzo comercial, ha publicado 23 cultivares de garbanzo desde 1980 de los cuales 6 se recomiendan actualmente para el cultivo en Canadá. Mientras que manuscritos científicos describen a menudo el cultivar utilizado en un estudio, las patentes y páginas de internet que fueron encuestados no indicaron el cultivar utilizado o la procedencia de los garbanzos. La estandarización de cultivares y manejo podría ayudar a los usuarios a aumentar su éxito en el uso de garbanzos pero esta información no está disponible en productos de garbanzos enlatados.

El objetivo de esta investigación es determinar los componentes de aquafaba que aportan propiedades espumantes. Aquí, se compararon las propiedades reológicas de aquafaba de marcas comerciales de garbanzo y las propiedades químicas fueron estudiadas por RMN, electroforesis y péptido masa huellas dactilares. A nuestro conocimiento, éste es la primera investigación que describe la composición química y las propiedades funcionales de los componentes de viscosificador de aquafaba.

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Protocolo

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Separación de Aquafaba de garbanzos

  1. Obtener latas de garbanzos de tiendas de comestibles locales y abrir un manual de abrelatas.
  2. Etiqueta de latas de la A J.
  3. Apartes garbanzos de aquafaba utilizando un acero inoxidable malla colador de cocina y pesan los garbanzos separados y aquafaba.

Obtener una muestra representante de garbanzos y Aquafaba para el análisis químico.

  1. Seleccione al azar diez garbanzos después de drenar el aquafaba para determinar el contenido de humedad.
  2. Colocar los garbanzos seleccionados en una lata de sequía y calor a 100 ± 2 ° C durante 16-18 h en un horno de secado.
  3. Después de secar, moler los garbanzos a un polvo para su uso posterior (por ejemplo, la proteína y del carbón análisis de contenido).
  4. Congelación aquafaba y espuma de aquafaba de cada fuente a-20 ° C y luego secar en una secador de la helada. El aquafaba seco se utilizará para la determinación del nitrógeno y del carbono contenido.

Propiedades funcionales Aquafaba

  1. Determinar la viscosidad de aquafaba a 25 ° C con una taza de cáscara de Nº 2.
    1. Sumerja la Copa shell de la aquafaba.
    2. Registrar el tiempo necesario para vaciar la taza11. Un temporizador se inicia cuando la Copa estaba levantada de la aquafaba y cuando se detiene la secuencia dejando la Copa.
    3. La viscosidad aquafaba puede ser comprobada por un gráfico suministrado con la Copa que relaciona la viscosidad y el tiempo de drenaje.
  2. Capacidad que hace espuma
    1. Mezcla la solución de aquafaba (100 mL) en un recipiente de acero inoxidable con una batidora de mano a velocidad 10 durante 2 minutos.
    2. Registrar el volumen de espuma inmediatamente después de mezclar 100 mL de la solución aquafaba como Vf100 colocando la espuma en un vaso de medida graduado.
    3. Deje que la espuma y seca con el tiempo para observar la estabilidad de la espuma y obtener una muestra de espuma seca.

Parámetros de color de la semilla de garbanzo

  1. Semillas de garbanzo al azar seleccione de cada lata para determinación de color.
  2. Calibre el colorímetro de Hunter lab usando estándares de referencia, negro y blanco antes de las mediciones.
  3. Valores de coordenadas de color se determinan por el CIE Lab sistema12, incluyendo la L (representa positivos blanco y 0 representa oscuro), un (positivo es rojo y negativo es verde) y b (positivo amarillo y negativo es de color azul) en triplicadas con luz del día 65°.

Proteína y contenido de carbono

  1. Determinar contenidos de proteína y carbono por la combustión usando un analizador elemental13. Contenido de proteína se estima como el contenido de nitrógeno multiplicado por 6.2514.

Contenido de humedad

  1. Determinar el contenido de humedad de semilla y aquafaba calentando las muestras a 100 ± 2 ° C durante 16-18 h en horno secado15.

Espectrometría de RMN

  1. Preparación de la muestra
    1. Antes de espectrometría, Centrifugue las muestras aquafaba en 9200 × g por 10 min. Después de la centrifugación, pasar el sobrenadante a través de un 0.45 μm jeringa (filtro 25 mm jeringa con membrana de politetrafluoroetileno (PTFE)). Transferir la muestra de aquafaba (0,4 mL) en un tubo NMR wuth 50 mg agregado óxido de deuterio dentro y sujeto de la muestra para el análisis de NMR.
    2. Para la muestra de espuma seca previamente descrita, la muestra (25 mg) en óxido de deuterio (500 mg) y la solución se somete a análisis NMR.
    3. Colocar todas las muestras de 13C-RMN y 1H-NMR en tubos de 5 mm con NMR. Añadir óxido de deuterio y 3-(trimetilsilil) sal de sodio ácido propiónico-2,2,3,3-d4 (tercera) a cada tubo NMR para proporcionar una señal de bloqueo solvente y actuar como estándar interno, respectivamente.
  2. Condiciones de NMR
    1. Adquisición de espectros de protón NMR NMR de 500 MHz o similar alto campo espectrómetro RMN) con al menos 16 análisis por espectro usando un agua supresión programa tales como la vuelta de gradiente de campo de doble pulso eco de secuencia de pulso protón NMR (DPFGSE-NMR)16.
    2. Ajustar el desplazamiento espectral para poner el pico de la tercera a 0 ppm y luego utilizar el software de integración para determinar las cantidades relativas de compuestos presentes.

Electroforesis

Nota: Para este paso, aquafaba que rindió la espuma más estable (marca H) fue seleccionado. Esta marca no contiene sal.

  1. Preparación de la muestra
    1. Introducir aquafaba al depósito superior de tres centrífugas regenerado celulosa ultrafiltración dispositivos cada uno con diferente peso molecular cortado offs (MWCOs) de 3, 10 o 50 kDa.
    2. Coloque las unidades de filtro centrífugo en un conveniente centrifugar a 4 ° C y centrifugar a 3900 × g durante 2 h para obtener fracciones sobrenadante y retenido. Las fracciones sobrenadante fueron utilizadas para 1análisis de H-NMR de moléculas más pequeñas en la ausencia de especies de peso molecular (MW) más alto. La fracción de 3 kDa membrana retenido fue utilizada para la separación electroforética como se creía que esta membrana conservarían la mayoría de las proteínas.
    3. Estimar el contenido de proteína de ambos sobrenadante y retenate usando un método modificado de Bradford con albúmina de suero bovino como un estándar de17.
    4. Colocar las muestras de las fracciones sobrenadante y retenido en tubos Eppendorf y someter estas fracciones a sacudir a una frecuencia de 25 por s (10 min) en un agitador adecuado18. Observar la solución sacudida para determinar si se ha formado una espuma de agitación.
    5. Disolver el retenido al agregar 2,0 mL de agua destilada para el dispositivo de ultrafiltración para un segundo tratamiento de centrifugación lograr diafilteration. Someter el dispositivo de ultrafiltración a una segunda centrifugación a 4 ° C y 3900 × g durante 2 h.
    6. Mezclar el retentate (0,025 g) con 1 mL de 0.02 M Tris-HCl pH 7.4 o tampón fosfato salino pH de (PBS) 7,4 a disolver la proteína.
    7. Centrifugar la mezcla a 21000 x g durante 1 minuto.
    8. Usar el sobrenadante para determinar el contenido de proteína con el Bradford modificada como se mencionó anteriormente.
  2. Separación electroforética
    Nota: Lo 3 kDa MWCO membrana retenido (descrito anteriormente) es sometido a separación electroforética usando electroforesis de gel de sodio dodecil sulfato-poliacrilamida (SDS-PAGE).
    1. Preparar geles de poliacrilamida usando un resolución gel de poliacrilamida al 15% y un apilamiento gel de poliacrilamida al 5%.
    2. Aplique una muestra de 20 μg proteína a un carril del gel y PageRuler marcador proteína escala con un rango de 10-170 kDa en un carril separado gel de poliacrilamida.
    3. Tema los geles a una corriente eléctrica en un sistema de proteína mini Tetra célula modificada de Laemmli (1970)19. Para electroforesis en condiciones de funcionamiento, gel siga manchando y extracción Ratanapariyanuch et al. (2012) 20.

Péptido masa Fingerprinting

Nota: Corte bandas del gel de SDS-PAGE de 3 kDa retenido (MWs de aproximadamente 8, 10, 13, 14, 15, 20, 22, 31, 37, 55 y 100 kDa) para la digestión de tripsina según Ratanapariyanuch et al. (2012) 20 y realizar análisis masa espectral.

  1. Digestión en gel
    1. -Las bandas de la mancha dos veces por inmersión en 100 μl 200 mM de bicarbonato de amonio (NH4HCO3) en 50% acetonitrilo (ACN) e incubar a 30 ° C por 20 minutos.
    2. Después de la terminación de la coloración, tratamiento de las muestras de gel con ACN (100 μL) para 10 minutos y luego secado bajo vacío, usando un evaporador centrífugo de vacío, durante 15 min a temperatura ambiente.
    3. Sumergir las muestras de gel seco en 100 μl de 10 mM Ditiotreitol (DTT) en solución de 100 mM NH4HCO3 e incubar a 56 ° C durante 1 h.
    4. Eliminar reducir exceso del almacenador intermediario y reemplazarlo con 100 μl alquilantes buffer [100 mM Yodoacetamida en agua de calidad de espectrometría de masas (MS)].
    5. Incubar las muestras del gel a temperatura ambiente en oscuridad durante 30 minutos.
    6. Muestras de gel de lavado dos veces con 200 mM NH4HCO3 (100 μL), reducir los geles por inmersión en ACN (100 μL), volver a hincharse los geles con 200 mM NH4HCO3 (100 μL) y otra vez del encogimiento por tratamiento con ACN (100 μL).
    7. El Can de escurra y seque las muestras del gel bajo vacío en un evaporador de vacío centrífugo durante 15 minutos.
    8. Volver a hincharse las muestras secas gel con 20 μl de tampón de tripsina (50 tripsina ng/μL en 1:1,200 mM NH4HCO3: solución tripsina) seguido por la adición de 30 μl de 200 mM NH4HCO3 a cada muestra.
    9. Incubar las muestras en un Termomezcladores durante la noche a 30 ° C con agitación a 300 rpm.
    10. Detener la reacción de digestión tripsina mediante la adición de 1/10 del ácido trifluoracético 1% volumen final (volumen de la mezcla después de paso 8) y extraer los péptidos trípticos del gel de las muestras con 100 μl de 0,1% de ácido trifluoracético en 60% ACN y secado bajo vacío usando una centrífuga evaporador del vacío.
    11. Almacenar los péptidos trípticos de-80 ° C antes del análisis de espectrometría de masa.
  2. Espectrometría de masas
    1. Reconstituir los péptidos trípticos mediante la adición de 12 μl de agua de grado MS: ACN: ácido fórmico (97:3:0.1, v/v) y vortex por 1 a 2 min a disolver péptidos.
    2. Centrifugue la solución resultante a 18.000 g durante 10 min a 4 ° C.
    3. Transferir alícuotas de solución (10 μl) MS viales para análisis de líquido cromatografía-tandem espectrometría de masas (LC-MS/MS) en un espectrómetro de masas cuadrupolo tiempo de vuelo (QTOF) equipado con una interfaz de LC-MS y un instrumento de cromatografía de líquidos.
    4. Realizar la separación cromatográfica del péptido con un HPLC-Chip de alta capacidad: ambos consisten en una columna de enriquecimiento nL 360 y una columna analítica de 75 μm × 150 m m, embalan con C18-A, 180 Å 3 μm de fase estacionaria.
    5. Cargar las muestras en la columna de enriquecimiento con 0.1% de ácido fórmico en agua con un caudal de 2.0 μL/min.
    6. Transferir las muestras de la columna de enriquecimiento a la columna analítica.
    7. Las condiciones de separación de péptidos son: un sistema solvente degradado lineal de disolvente A (ácido fórmico 0.1% en agua) y el solvente B (0,1% de ácido fórmico en ACN). El degradado lineal comienza con 3% solvente B que aumenta al 25% de solvente B más de 50 minutos. Posteriormente solvente B aumenta de 25 a 90% durante 10 min a un flujo de 0,3 μl/min.
    8. Adquirir datos masa espectral del positivo-ion electrospray usando una tensión capilar en 1900 V, los iones fragmento de 360 V y el gas de secado (nitrógeno) a 225 ° C con un caudal de 12,0 L/min.
    9. Recoger resultados espectrales sobre una gama masiva de 250-1700 (masa/carga; m/z) a una velocidad de exploración de datos recopilar MS/MS de 8 espectros/s. sobre una gama de 50-1700 m/z y una anchura de aislamiento conjunto de 1,3 unidades de masa atómica. Seleccione el top 20 más intensa precursor los iones para cada exploración MS Tandem MS con una exclusión activa min 0,25.
  3. Identificación de proteínas
    1. Convertir datos espectrales a un formato de datos de masa/carga utilizando el Software de Agilent MassHunter análisis cualitativo.
    2. Proceso de datos contra la base de datos de UniProt Cicer arietinum (garbanzo), utilizando SpectrumMill como el motor de búsqueda de base de datos.
    3. Incluir parámetros de búsqueda como un error masivo de fragmento de 50 ppm, un error total de padres de 20 ppm, especificidad de escote de tripsina y carbamidomethyl como una modificación fija de cisteína.

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Resultados

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Cada lata de garbanzos se etiqueta para indicar los ingredientes que se agrega durante la elaboración de conservas. Los ingredientes incluyen agua, garbanzos, sal y ácido de disodio etilendiamina tetraacético (EDTA). Además, dos latas fueron etiquetados como "puede contener cloruro de calcio". Se observaron tres colores distinto forro; blanco, transparente amarillo y metálico (tabla 1).

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Discusión

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En esta investigación, hemos encontrado aquafaba de garbanzos de diferentes fuentes comerciales produce espumas que varían en composición química y propiedades (volumen y estabilidad de la espuma). Hubo una correlación positiva entre aquafaba viscosidad y contenido de humedad. Aumento de volumen de espuma (Vf100) no fue relacionado con estos parámetros. Aditivos como sal y disódico EDTA podría suprimir la viscosidad y estabilidad de la espuma como aquafaba de garbanzos en conserva con estos aditivos tenía visc...

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Esta investigación fue apoyada por el Instituto de Educación Internacional del fondo de rescate de erudito (IIE-SRF).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Liofilizador
bandeja de tapónfuerte Labconco Inc.7948040
Mezclador 
mano de acero inoxidable LoblawsPC2200MR
Medición de viscosidad 
Copa de concha n.º 2 Corporación Norcross.
color fuerte  Espectrofotómetro
Colorflex HunterLab Laboratorio Hunter Associates, Inc.
Contenido de proteínas y carbonos 
Analizador elemental   LECO Corp.CN628
RMN Spectrometry
Spectrafuge 24D   Labnet International Inc.
Filtros de jeringa VWR InternationalCA28145-497 25mm, con 0,45 y micro; m Membrana de PTFE
Óxido de deuterio Laboratorios de isótopos de Cambridge, Inc.7789-20-0
3-(trimetilsilil)propiónico-2,2,3,3-d4 sal sódica ácidaSigma-Aldrich169913-1G
Bruker Avance 500 MHz Espectrómetro de RMN Bruker BioSpin
TopSpin 3.2 software Bruker BioSpin GmbH
Electroforesis 
Membrana de celulosa regenerada Millipore Corp.3, 10, 50 kDa (MWCO)
Unidad de filtro centrífugo Millipore Corp.
Centrífuga de sobremesa Allegra X-22R, Beckman Coulter Canadá Inc.
Molino mezclador MM 300  molino de bolas F. Kurt Retsch GmbH & Co. KG
Centrífuga Eppendorf 5417CEppendorf
Solución salina tamponada con fosfato, pH 7,4Sigma-AldrichP3813-10PAK
Tampón Tris-HCl pH 7,4 Sigma-AldrichT6789-10PAK
PageRuler Escalera de proteínas preteñida Fisher Scientific
Mini-Protein Tetra Cell systemBioRad
Peptide Mass Fingerprinting
Thermo-Savant SpeedVacBioSurplusEvaporador centrífugo al vacío 
Tampón de tripsina 20 y micro; L tripsina en 1 mM de ácido clorhídrico y 200 mM de NH4HCO3
YodoacetamidaSigma-AldrichI1149-5 g
ácido trifluoroacético FlukaBB360P050
AcetonitriloFisher Scientific L14734
Ácido fórmico Sigma-Aldrich33015-500mL
Vial de espectrometría de masas Agilent Technologies Canada Ltd.
Espectrómetro de masas de tiempo de vuelo cuadrupolar Agilent 6550 iFunnel Agilent Technologies Canada Ltd.Instrumento LC de la serie Agilent 1260 e interfaz Agilent Chip Cube LC-MS
HPLC-Chip II: G4240-62030 Polaris-HR-Chip_3C18 Columna de enriquecimiento de 360 nL y 75 µ m × Columna analítica de 150 mm, ambas empaquetadas con Polaris C18-A, 180Å, 3 µ m fase estacionaria. 
Agilent MassHunter Software de análisis cualitativo AgilentTechnologies Canada Ltd.
Extractores de datos SpectrumMillAgilent Technologies Canada Ltd.
batidora de de

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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