La presente investigación tuvo como objetivo optimizar el porcentaje de lactosuero, zumo de naranja y zanahoria para la elaboración de una bebida nutritiva edulcorada con Stevia. Para determinar el efecto del lactosuero, zumo de naranja y zanahoria en las características fisicoquímicas de la bebida nutritiva se utilizó el modelo de superficie de respuesta bajo el Diseño de Box-Behnken, siendo en total 15 tratamientos. El análisis sensorial se realizó a los tratamientos (T1, T5, T9) que tuvieron características fisicoquímicas aceptables a través de 86 panelistas, empleando una metodología escala hedónica de 1 a 5, los resultados se analizaron mediante el Análisis de Varianza (ANOVA) y prueba de Tukey. Para determinar la vida útil de la bebida con mayor aceptabilidad se realizó en función al pH, y °Brix, utilizando el método de pruebas acelerada bajo la ecuación de Arrhenius; fueron sometidas a temperaturas de 4ºC, 20ºC, 30ºC. Se concluye que la aplicación de porcentaje de lactosuero, zumos de naranja y zanahoria no influye significativamente en el pH y °Brix siendo el p-valor es mayor a 5%, a excepción del porcentaje de acidez, la naranja influye en el porcentaje de acidez de la bebida nutritiva, la bebida que tuvo mayor aceptabilidad sensorial fue T1 (Naranja 50%, lactosuero 20% y zanahoria 7,5%), el tiempo de vida útil para la bebida nutritiva fue: a 4 ºC (95,58 días), 20 ºC (65,36 días) y 30ºC (52,60 días) en función al pH, en cuanto al ºBrix a 4ºC (80,51 días), 20ºC (61,61 días) y 30ºC (52,87 días). Finalmente se realizó un análisis complementario respecto a su composición nutricional fue humedad 91,74%, ceniza 0,54%, proteína 0,53%, grasa 0,02%, carbohidratos 7,17%, y microbiológico, por lo que se cumplió con los estándares establecidos según la NTE 2012, presentó ausencia de Staphylococcus aureus, en cuanto al Escherichia coli presentó 1 UFC/g.