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Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria,
Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos
Convocatoria 2015-1
ANEXO B. DEMANDAS DEL SECTOR 2015-1
En atención a la problemática nacional en la que la I+D+i (Investigación, Desarrollo e
Innovación Tecnológica) tienen especial relevancia, la Secretaría de Agricultura,
Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) ha identificado un
conjunto de demandas y necesidades del Sector, para ser atendidas por la comunidad
científica, tecnológica y empresarial con el apoyo del “Fondo Sectorial de Investigación en
Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos”.
Estas demandas se han clasificado en los siguientes:

Tema(s) Estratégico(s) Transversal(es):

1. Frutales en México, 2. Metabolómica agrícola, 3. Metabolómica pecuaria, 4.
Nanotecnología agrícola, 5. Nanotecnología pecuaria, 6. Extractos biológicos.

Temas estratégicos orientados a Cadenas de Valor: 1. Frutillas.
Es importante aclarar que se espera apoyar un solo proyecto por demanda
específica, ya que el Proyecto (multidisciplinario e interinstitucional) propuesto,
debe cumplir con todos los productos esperados.
Las Demandas Específicas deben ser debidamente dimensionadas y acotadas a través
de la siguiente estructura:
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Demanda 1
FRUTALES EN MÉXICO
I.
Título tema a demandar:
Aprovechamiento del germoplasma, desarrollo tecnológico e innovación en sistemas de
producción de frutales en México
II.
Beneficiarios del Proyecto:
Productores, comercializadores, industriales y consumidores de frutas en México, como:
anonáceas (guanábana, chirimoya y saramuyo) y sapotáceas (zapote mamey, zapote
negro y chicozapote).
III.
Antecedentes:
Se sabe que México es un país con alta diversidad biológica desplegada en el enorme
mosaico de paisajes con características únicas asociadas a las diversas culturas (Toledo
y Robles-Gil, 1996) y también de numerosas especies que han sido manejadas
ancestralmente por el hombre. Se han registrado unos 140 frutos comestibles (Bailey,
1947; Hernández y León, 1992; Pennington y Sarukhán, 1998), muchos de los cuales
posteriormente fueron llevados a otros continentes. En cada zona del país, sus grupos
étnicos desarrollaron una serie de unidades de producción que representaron la
verdadera diversificación productiva (Lascurain et al., 2010).
La diversidad de frutos comestibles, especialmente de regiones tropicales, ha sido una de
las aportaciones de México al mundo. Ésta se incrementó con las especies provenientes
del Viejo Mundo y de Oriente; y que hoy son naturalizadas o forman nuevas variedades
muy diferentes a las de su lugar de origen (Lascurain et al., 2010). Existen numerosos
frutos en México que no han sido valorados por programas oficiales a pesar de su arraigo
cultural e importancia regional y local que representan. Es tiempo de que los frutales
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considerados de México, entre otros poco promovidos, adquieran relevancia atendiendo
su estudio e impulso para mejorarlos y tecnificar su producción, puesto que algunos de
ellos representan un gran potencial comercial no sólo para su consumo en fresco sino
también en la industria alimenticia, farmacéutica, cosmética y ornamental, entre otras, a
nivel nacional e incluso a nivel internacional.
Algunos ejemplos de estos frutales son: guanabana (Annona muricata L.), chirimoya
(Annona cherimola Mill), saramuyo o “anona” (Annona squamosa L.), zapote negro
(Diospyros digyna), zapote mamey (Pouteria sapota) y chicozapote (Manilkara zapota),
entre otros. Todos ellos con una larga historia de domesticación y utilización por pueblos
indígenas principalmente en zonas rurales, pero que actualmente su producción,
rendimiento y superficie sembrada, aun es muy baja, si se considera su potencial
económico en el mercano nacional e internacional (Cuadro 1).
Cuadro 1. Datos promedio (2009-2013) por cultivo de algunos frutales en México.
Valor de
la
Sup.
Sup.
producci
planta cosechad Producci Rendimien
ón (Miles
CULTIVO
da (ha) a (ha)
ón (t)
to (t/ha)
PMR ($/t) de Pesos)
Guanábana
2,426.9 2,237.4
18,926.8
8.5
4,669.1
88,428.6
Chirimoya
114.1
93.3
577.5
6.4
4,412.3
2,436.4
SaramuyoAnona
59.6
59.5
544.4
9.2
4,156.9
2,268.0
1
Zapote
2,352.1 2,111.1
18,383.9
8.7
3,299.2
60,535.2
Mamey
1,601.4 1,338.3
16,471.9
12.3
4,234.2
69,528.8
Chicozapote
197.8
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
1
No se especifican los géneros y las especies incluidos en este nombre común.
Fuente: Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera (SIAP-SAGARPA), 2014.
De acuerdo con el Sistema Integrado de Información Taxonómica (SIIT)-CONABIO
actualmente se han aceptado para México 13 géneros y 37 especies de la familia
Annonaceae.
Chatrou
(1999),
señala
que
tanto
evolutiva,
ecológica
como
económicamente, Annonaceae es una familia importante. Señala también que de todos
sus géneros, solamente cuatro: Annona, Rollinia, Uvaria y Asimina, producen frutos
comestibles. En México las especies de Annona que figuran en las estadísticas de
producción y las de mayor importancia comercial son: guanábana (A. muricata), chirimoya
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(A. cherimola) y saramuyo (A. squamosa) (Cuadro 1). En el resto de las especies, su
superficie es muy reducida o no se cultivan comercialmente, pero existen en huertos de
traspatio o en áreas naturales de donde se recolectan sus frutos para autoconsumo
(Andrés-Agustín, 1997).
La guanábana (A. muricata) es un frutal cuyo origen no se conoce con certeza, sin
embargo, actualmente se cultiva en América tropical, el sudeste Asiático y en islas
Filipinas (Chih-Chuang et al., 2002). En México se ha cultivado poco y al contrario de las
demás anonáceas, la guanábana A. muricata casi no se consume como fruta fresca, pues
se usa principalmente en la preparación de refrescos y helados, ya que la pulpa en la
mayoría de las variedades es muy ácida y aromática (Pinto et al., 2005). Recientemente
en el estado de Nayarit se ha fomentado su cultivo de manera significativa y existe una
superficie cultivada de más de 2 mil hectáreas (SIAP, 2014).
La chirimoya (A. cherimola.) tiene un gran potencial en el mercado internacional; se utiliza
para consumo en fresco, aunque puede ser fermentada para obtener bebidas alcohólicas.
En hojas, tallos, corteza y semillas se han detectado compuestos citotóxicos y alcaloides
con uso farmacéutico y antimicrobial, además de sus valiosas propiedades insecticidas
(Morton, 1987; Simeon et al., 1990; Cortes et al., 1993). Sin embargo, su producción es
limitada por diversos factores entre los que sobresalen los ocasionados por insectos y
hongos (Nava-Díaz et al., 2000).
El saramuyo (A. squamosa) es una de las especies exóticas tropicales de México con alto
potencial de producción y comercialización debido a la excelente calidad organoléptica,
nutricional y nutracéutica de sus frutos (Cordeiro y Pinto, 2005).
Dentro del grupo de las anonáceas, los frutos de saramuyo son los más dulces y con
mayor contenido de vitamina C (FAO, 1990). Uno de sus componentes, el ácido Ent-16b,
17-dihydroxykaurant-19oic, tiene actividad anti-HIV (Wu et al., 1996). Esta especie es
originaria de Centroamérica y las Antillas, desde donde se distribuyó a México y la
América tropical (González, 1984). En México, se encuentra en la región sureste, pero
sólo en Yucatán existe una producción comercial de 433.3 t en el 2013 (SIAP, 2014). A
diferencia de Brasil, Filipinas e India donde se encuentran plantaciones comerciales y
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cultivares con alta calidad de fruto (Pinto et al., 2005), en México es una especie
subutilizada, con plantaciones a base de materiales nativos, producción en huertos
familiares y comercialización regional (Palacios y Cano, 1997). Los frutos presentan
comportamiento climatérico y baja resistencia al manejo Postcosecha (De Andrade et al.,
2005). Se consume como fruta fresca, aunque la pulpa presenta un alto potencial para la
elaboración de pulpa pasteurizada o congelada, néctares y otras bebidas (Leal, 1990).
El zapote negro (Diospyros digyna) pertenece a la familia Ebenaceae. Es un fruto de clima
tropical-transición que se cultiva en Centroamérica y en el sur de México; principalmente
en los estados de Tabasco, Guerrero, Chiapas y Puebla. Por sus características
organolépticas los frutos se consumen en estado fresco; la pulpa se utiliza en la
fabricación de helados y paletas, para relleno en repostería y elaboración de conservas
(Miller et al., 1998). El fruto es climatérico y altamente perecedero, que en su estado
inmaduro posee una pulpa de sabor astringente de color amarillo-dorado, debido a la
presencia de carotenoides. En su madurez fisiológica, los carotenoides son oxidados y se
incrementa la actividad de la enzima polofenoloxidasa (PFO) provocando la oxidación de
compuestos fenólicos responsables del color café de la pulpa; el zapote negro contiene
grandes cantidades de ácido ascórbico (Arellano-Gómez et al., 2005).
El zapote mamey (Pouteria sapota) pertenece a la familia de las sapotáceas; Popenoe
(1948) indica que el centro de origen es el sur de México y las tierras bajas (tropicales) de
Centroamérica. En México se encuentra distribuido en todas las zonas tropicales, como
parte integrante de la selva alta perennifolia, o cultivado con otros frutales, en huertas de
poca extensión (Toral, 1988). Actualmente los estados productores de mamey en México
son 15, de los cuales los de mayor superficie sembrada y producción son: Yucatán,
Guerrero, Michoacán, Chiapas y Tabasco (SIAP, 2014). Los aspectos más estudiados en
mamey se han enfocado a su propagación vegetativa, crecimiento del fruto, evaluación de
la maduración y tecnología poscosecha (refrigeración, atmósferas modificadas y
controladas; aceleradores o inhibidores de su maduración); así como el control de plagas
cuarentenarias que restringen la comercialización del fruto fresco; también, se han
realizado trabajos relacionados con la caracterización de este recurso en México y en
países centroamericanos (Gaona-García et al., 2008). Bayuelo y Ochoa (2006)
mencionan la importancia regional de este recurso genético y la escasa investigación en
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México en torno a su diversidad genética y manejo agronómico, por lo cual un mejor
conocimiento de la diversidad genética de esta especie podría favorecer su cultivo.
El chicozapote (Manilkara zapota) es otra especie tropical de la familia sapotácea
conocido comúnmente como chicozapote, zapotilla o zapota. Produce frutos de excelente
calidad; es también importante como fuente de madera y para la extracción de goma de
mascar. Es nativo de México y Centro América pero se cultiva en otros países tropicales
(Meghala et al., 2005). Aunque el chicozapote es una especie económicamente
importante en México, no hay información que permita generar programas apropiados
para su mejoramiento y manejo (González-Hernández et al., 2012), situación que se
refleja en las estadísticas de producción (valores de cero) y escasa superficie sembrada
registrada en la actualidad (Cuadro 1).
IV.
Problemática:
Contrario a casi todos los frutales comerciales introducidos, la mayoría de las especies de
frutales de México son utilizadas por habitantes de comunidades rurales donde se
distribuyen de forma silvestre, semidomesticada o cultivada en huertos familiares o
plantaciones comerciales pequeñas, para satisfacer sus necesidades de subsistencia y
comercialización a escala local o regional. Su importancia es principalmente regional y
local, acorde a las necesidades climáticas y edáficas de adaptación de cada especie.
Muchos de los frutales nativos pueden ser considerados productos nuevos incluso dentro
de México, pues todos ellos son siempre muy poco conocidos fuera de su área de
adaptación-distribución-producción local o regional.
El manejo de estas especies ha ido pasando de la recolección a la producción agrícola en
baja escala de manera empírica, sin suficiente información y ni apoyo técnico; en
dimensiones de huertos de traspatio y en el mejor de los casos en pequeñas
plantaciones, acordes al mercado local, regional y al poco conocimiento del producto a
nivel nacional (Lascurain et al., 2010).
En el caso de las especies frutales de México, ha ocurrido una drástica reducción de la
diversidad genética, por la apertura de tierras de cultivo y ganadería intensiva, que ha
llevado a especies como el zapote mamey, chicozapote, zapote negro y anonas a un
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decremento de las poblaciones silvestres. Situación que no ha sido acompañada de
esfuerzos sustanciales y sistemáticos de rescate y aprovechamiento de estos valiosos
recursos genéticos. Se resguardan únicamente en huertos familiares, cercos de potreros y
en áreas naturales protegidas.
Por esta y otras circunstancias la producción convencional de este tipo de frutales (entre
otros poco promovidos) en México es muy baja, o inexistente en algunos casos; pero con
un enorme potencial económico en el mercado nacional e internaocional que requiere ser
aprovechado mediante el establecimiento de programas para la selección de
germoplasma,
identificación
de
materiales
sobresalientes
para
producción,
comportamiento fisiológico, postcosecha y calidad de fruto, y la investigación e innovación
de nuevos productos con valor agregado.
V.
Logros y avances:
En los últimos años se han formado grupos de investigación dentro y entre instituciones,
públicas y privadas de México con la finalidad de generar conocimientos sobre la
conservación, manejo agronómico, fisiología, poscosecha y transformación agroindustrial
de algunos cultivos frutales subutilizados como mamey, chicozapote y anonáceas
(guanábana, chirimoya y saramuyo), entre otros.
La Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación
(SAGARPA) a través del Servicio Nacional de Inspección y Certificación de Semillas
(SNICS) creó en el año 2002 al Sistema Nacional de Recursos Fitogenéticos para la
Alimentación y la Agricultura (SINAREFI), el cual busca integrar acciones y esfuerzos
entre las diferentes instancias vinculadas con los recursos fitogenéticos para la
alimentación y la agricultura. En su Informe de Rendición de Cuentas de la Administración
Pública Federal 2006-2012, menciona el establecimiento de los centros de conservación
de la diversidad de frutales tropicales (mamey, papaya, chicozapote, anona), frutales
subtropicales (aguacate, chirimoya, guayaba, pitahaya), frutales templados (pitaya,
tejocote, nogal pecanero, nopal). Además, durante este periodo se han desarrollado el
diagnóstico, estudios etnobotánicos, distribución real y potencial, colectas y recolectas,
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caracterización y mantenimiento de colectas de la diversidad genética de frutales nativos
de México (Cuadro 2).
Cuadro 2. Estatus de la Macro-Red de Frutales (SINAREFI, 2014)
FAMILIA
GENERO ESPECIES ESPECIES
ACCS.
S
ATENDIDAS
COLECTA
DAS
Annonaceae
14
63
1. Annona muricata
469
(Anonáceas)
2. Annona reticulata
3. Annona squamosa
4. Annona purpurea
5.
Annona
diversifolia
6. Annona cherimola
Sapotaceae
3
13
1. Manilkara zapota 135
(Sapotáceas)
2.
Chrysophillum
cainito
3.
Pouteria
campechiana
4. Pouteria sapota
ESPECIES
CULTIVADAS
COMERCIALMENTE
Guanábana
(A. muricata)
Chirimoya
(A. cherimola)
Anona o Saramuyo
(A. squamosa)
Chicozapote
(M. zapota)
Mamey
(P. sapota)
No obstante, los avances generados todavía son escasos. Es conveniente dar pasos
firmes canalizando más recursos y esfuerzos en investigación, desarrollo e innovación
para hacer de los frutales de México alternativas económicas reales, viables y
competitivas, con nuevos productos que sean dignos representantes de nuevas opciones
productivas para el mercado nacional e internacional. Un aprovechamiento directo de la
diversidad genética existente mediante selección y multiplicación vegetativa de tipos
sobresalientes de estas especies, podría favorecer su cultivo a escala regional, como una
primera etapa, mientras se desarrolla su mercado en otras regiones del país, se
promueve su conocimiento agronómico-productivo, mejoramiento genético (productividad
y vida de anaquel, entre otros aspectos) y su consumo fuera de México.
A manera de antecedente del mejoramiento genético y desarrollo de un nuevo producto
(fruta) para el mercado,
destaca el kiwi que siendo una fruta de origen chino, los
neozelandeses lo mejoraron y lo promovieron a nivel mundial, al grado de que ahora es
un símbolo neozelandés,
motivo de identidad, orgullo nacional y que les genera
importantes ingresos de divisas vía su exportación. México tiene numerosos casos de
posibles kiwis (zapotes: zapote negro, mamey y chicozapote y anonas: guanábana,
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chirimoya y saramuyo o “anona”) con un previsible alto potencial competitivo en el
mercado internacional por sus buenas características de aspecto y exquisito sabor.
VI.
Propósito de la Demanda:
Impulso de la investigación sobre aprovechamiento del germoplasma para rendimiento,
calidad y vida de anaquel-manejo poscosecha, diversificación de productos y evaluación
de mercados, ligada al desarrollo y transferencia de tecnología de producción y de manejo
de huertos y manejo postcosecha de frutales de México (anonáceas: guanábana,
chirimoya y saramuyo y sapotáceas: zapote negro, zapote mamey y chicozapote), en
apoyo a la diversificación de las opciones productivas para el desarrollo rural sustentable.
VII.
Objetivos:
7.1 Objetivo General:
Identificar y describir materiales sobresalientes para registro de nuevas variedades
(rendimiento, calidad y vida de anaquel-manejo poscosecha); establecer huertos
madre; zonificar agroecológicamente; documentar y desarrollar tecnología de
propagación, de producción comercial sustentable y de manejo postcoscha en
México; evaluar mercados y diversificar productos por especie, para guanábana,
chirimoya, saramuyo o anona, zapote mamey, chicozapote y zapote negro.
7.2 Objetivos Específicos:
1.
Identificar, describir y multiplicar tipos sobresalientes por especie frutal para
registrar nuevas variedades de guanábana, chirimoya, saramuyo o anona,
zapote mamey, zapote negro y chicozapote.
2.
Identificar las zonas actuales y potenciales de producción en el territorio
nacional para guanábana, chirimoya, saramuyo o anona, zapote mamey,
zapote negro y chicozapote.
3.
Generar desarrollos tecnológicos e innovaciones para la propagación,
manejo de huertos y producción sustentable (arreglo topológico-densidad de
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plantación, podas, injertos, nutrición-fertilización, uso eficiente del agua de
riego, control de malezas, manejo integrado de plagas y enfermedades,
podas, vida de anaquel y manejo poscosecha), de guanábana, chirimoya y
saramuyo o anona, zapote mamey, zapote negro y chicozapote.
4.
Desarrollar productos de alto valor tecnológico y agregado para diversificar
los usos industriales, alimenticios, medicinales y ornamentales para
guanábana, chirimoya y saramuyo o anona, zapote mamey, zapote negro y
chicozapote, con la evaluación de mercados.
5.
Diseñar y aplicar un modelo de transferencia de tecnología, capacitación y
asistencia técnica, vinculado a las innovaciones tecnológicas disponibles y
generadas en el proyecto para incrementar la productividad y rentabilidad
sustentable de de guanábana, chirimoya y saramuyo o anona,
zapote
mamey, zapote negro y chicozapote.
6.
Realizar un diagnóstico que incluya tecnologías y sistemas de producción
existentes, necesidades de desarrollos tecnológicos, problemática técnica y
socioeconómica y áreas de oportunidad en el mercado nacional e
internacional, con enfoque de cadena por grupo de cultivos.
VIII.
Justificación
El Plan Nacional de Desarrollo (PND) 2013-2018, publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 20 de mayo de 2013, establece en su Objetivo 3.5. Hacer del desarrollo
científico, tecnológico y la innovación, pilares para el progreso económico y social
sostenible. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y
Alimentario 2013-2018, tiene como estrategia integral elevar la productividad para
alcanzar el máximo potencial del sector agroalimentario y una visión estratégica que
implica la construcción del nuevo rostro del campo, sustentado en un sector
agroalimentario productivo, competitivo, rentable, sustentable y justo, que garantice la
seguridad alimentaria del país y contribuya al desarrollo rural integral. Establece en el
Objetivo 1. “Impulsar la productividad en el sector agroalimentario mediante inversión en
capital físico, humano y tecnológico que garantice la seguridad alimentaria”, y en la
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Estrategia 1.1 “Orientar la investigación y el desarrollo tecnológico a generar innovaciones
aplicadas al sector agroalimentario que eleven la productividad y competitividad”.
En congruencia con el PND y el PSDAPA; y en cumplimiento con lo establecido en el Art.
37 de la Ley de Desarrollo Rural Sustentable, el Sistema Nacional de Investigación y
Transferencia Tecnológica (SNITT), como parte de sus funciones estratégicas, recabó
información para identificar los temas estratégicos y transversales de investigación, que
aporten a elevar la productividad de la producción pecuaria y la seguridad alimentaria del
país, en cumplimiento a lo establecido en el PND, PSDAPA y el Anexo de Ejecución del
Convenio del Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria,
Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos SAGARPA-CONACYT 2015.
México presenta gran potencial frutícola, actualmente cuenta con 63 especies de frutas
comercializadas y 220 especies con potencial, de las cuales está documentada su utilidad
(Borys y Leszczyñska-Borys, 2001). La investigación de los recursos fitogenéticos se ha
convertido en una prioridad científica mundial, sobre todo de aquellos poco estudiados y
con potencial comercial (Núñez-Colín et al., 2004). En México, algunas de estas especies
frutales importantes son: guanabana, chirimoya, saramuyo, zapote negro, zapote mamey
y chicozapote, las cuales han recibido poca atención pero presentan un enorme potencial
económico.
Los frutales de México y otros frutales poco presentes en el mercado, como guanábana,
chirimoya y saramuyo o anona,
zapote mamey, zapote negro y chicozapote, deben
revalorarse y ser incluidos en el futuro productivo del país, dado que constituyen una
alternativa y parte importante de la estrategia social necesaria para combatir la pobreza y
promover el desarrollo en el medio rural, ya que siguen siendo alimentos fundamentales
para el autoconsumo y algunos poseen valor comercial que brindan recursos monetarios.
Todas esas especies son recursos genéticos de extraordinaria importancia para afrontar
los retos de seguridad alimentaria nacional; por lo que su resguardo, desarrollo y
aprovechamiento resulta primordial para el país.
Si bien es fundamental hacer compatible la mejor calidad de vida de los asentamientos
humanos con el mantenimiento de la diversidad biológica, la agricultura es una necesidad;
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por lo cual, es necesaria la investigación, innovación y divulgación para mejorar la
producctividad agrícola de especies frutales subutilizados en México, como guanábana,
chirimoya y saramuyo o anona, zapote mamey, zapote negro y chicozapote, que sin
mucho análisis representan un alto potencial de diversificación productiva y económica
como nuevas opciones económicas y cadenas de valor, a desarrollar con visión nacional
e internacional. Casi todos ellos, por su origen y arraigo cultural, son un asunto clave en la
seguridad alimentaria, la conservación de la diversidad biológica; así como en la
preservación y restauración de ambientes frágiles y degradados de México.
IX.
Productos a entregar
1. Un documento con los resultados de la identificación, evaluación(es) y
multiplicación de material sobresaliente en rendimiento y calidad de fruto de
guanábana, chirimoya y saramuyo, zapote negro, zapote mamey y chicozapote,
factible de registro como nuevas variedades.
2. Diez documentos con la descripción y caracterización de, al menos, dos materiales
genéticos sobresalientes de guanábana, chirimoya y saramuyo, zapote negro,
zapote mamey y chicozapote, con evidencia de trámite para registro de protección
intelectual.
3. Seis mapas de zonificación agroecológica (zonas de distribución actual y potencial,
en México, de cada especie y potencial de producción) para guanábana,
chirimoya, saramuyo, zapote negro, zapote mamey y chicozapote, con evidencia
de trámite para registro de protección intelectual.
4. Doce manuales de la tecnología de producción y de manejo agronómico existente
y de manejo postcosecha ligada a resultados del proyecto (dos por especie), en
versiones para técnicos y para productores, y al menos un video integrador (por
especie), con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
5. Seis documentos del protocolo del desarrollo tecnológico (proceso) para la
obtención y la descripción de nuevos productos de valor tecnológico y agregado
(uno por especie), con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
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6. Al menos dos documentos con la caracterización del modelo de transferencia de
tecnología, capacitación y asistencia técnica y los resultados de su validación y
aplicación, en versiones para técnicos y para productores, para inducirlos a la
innovación, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
7. Dos documentos del diagnóstico integral actualizado de las cadenas de valor (uno
por grupo de cultivos), que incluya la evaluación de mercados por especie del fruto
y de productos con valor agregado, con evidencia de trámite para registro de
protección intelectual.
X.
Impactos a lograr con los productos a obtener:
Económico

Potenciación del valor económico y aprovechamiento comercial de especies de
frutales de México.

Incremento de la rentabilidad y competitividad de distintos frutales de México, en
beneficio de productores, consumidores y la industria.

Aumento de la superficie plantada y de la productividad de frutales de México,
mediante el uso de agricultura de conservación y sistemas de producción eficaces.

Promoción y generación de prototipos de cadenas de valor para las especies
frutales de México, a nivel regional, nacional e internacional.
Social

Fomento al desarrollo rural de México mediante la mejora de la producción, calidad
y diversidad alimentaria; al impulsar nuevas alternativas de producción y sustento
en zonas rurales del país.

Transferencia de tecnología y capacitación a productores innovadores en el manejo
de sistemas de producción que permitan la producción y comercialización de los
frutales de México.
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
Conservación utilitaria de recursos genéticos frutales de México con alto valor
comercial.
Tecnológico

Registro de nuevas variedades de seis especies de frutales de México.

Utilización de mejores técnicas de cultivo bajo agricultura de conservación y de
manejo integrado de cultivos para generar mayor productividad y eficiencia de los
sistemas de producción.

Uso comercial de nuevas variedades seleccionadas de un grupo de frutales de
México con alto potencial de aceptación en los mercados regionales, nacionales y
eventualmente mundiales.
Ecológico

La valoración, diversificación y usos para seis cultivos de frutales de México,
promueve la conservación de la diversidad biológica, la preservación y
restauración de recursos genéticos de alto valor comercial y de ambientes frágiles
y degradados.

Producción sustentable de frutales de México mediante los principios de la
agricultura de conservación (del suelo, el agua, la fertilidad, la biodiversidad,
manejo integrado de cultivos y sus propiedades agronómicas).
XI.
Literatura citada
Andrés-Agustín, J. 1997. El cultivo de chirimoya (Annona cherimola Mill.) en el estado de
Michoacán, México. Proceedings of Interamerican Society for Tropical Horticulture
41: 152-161.
Arellano-Gómez, L., C. Saucedo, M. L. Arévalo. 2005. Cambios bioquímicos y fisiológicos
durante la maduración del fruto de zapote negro (Diospyros digyna jacq).
Agrociencia 39(2): 173-181.
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Bailey, L. H. 1947. The Standard Cyclopedia of Horticulture. Vol. 3. MacMillan Publishg
Co. New York, U.S.A. 128 p.
Bayuelo, J. J., I. Ochoa. 2006. Caracterización morfológica de sapote mamey (Pouteria
sapota (Jacquin) H.E. Moore & Steam) del centro occidente de Michoacán, México.
Revista Fitotecnia Mexicana 29: 9-17.
Borys M. W., H. Leszczyñska-Borys. 2001. El Potencial Frutícola de la República
Mexicana. Fundación Salvador Sánchez Colín, CICTAMEX. Toluca, México, 99 p.
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Contacto para consultas técnicas sobre la demanda
Ing. Belisario Domínguez Méndez
Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA
Teléfono: (55) 3871-1000 ext. 33312 y 33328
Correo Electrónico: [email protected]
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Demanda 2
TEMA ESTRATÉGICO TRANSVERSAL: METABOLÓMICA AGRÍCOLA
I.
Título tema a demandar:
Generación de tecnologías agrícolas y mejoramiento genético de cultivos estratégicos
asistido por metabolómica
II.
Beneficiarios del proyecto:
Productores
agrícolas,
así
como
los
comercializadores,
agroindustriales
y
los
consumidores de productos de cultivos estratégicos de México (papa, sorgo, trigo, avena
y amaranto).
III.
Antecedentes:
A partir de los años noventa, ha ido emergiendo con fuerza la metabolómica, la última de
las ciencias ómicas (genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica).
La metabolómica identifica, cataloga y cuantifica a las moléculas pequeñas, productos del
metabolismo primario o secundario, que se encuentran en los sistemas biológicos y
estudia los cambios en los perfiles metabólicos dentro de un organismo como respuesta a
alguna situación como enfermedades u otro tipo de estrés (Dunn et al., 2005). Al igual
que el genoma, que denota la totalidad de toda la información genética, el metaboloma
representa la totalidad de los metabolitos (McNiven et al., 2011) de un sistema biológico.
Los campos de aplicación de la metabolómica son diversos, van desde la agricultura
hasta la industria farmacéutica pasando por aplicaciones medioambientales y de la
industria de alimentos. Algunas aplicaciones más precisas son (Wishart, 2014): la
identificación de respuestas químicas a la sequía y la escasez de agua en diferentes
variedades de plantas; evaluación del contenido de nutrientes de cultivos en diferentes
tipos de suelos y expuestos a diferentes regímenes de fertilizantes y la caracterización de
la calidad de productos en función del su manejo y la variedad del cultivo.
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En los años recientes, la metabolómica emergió como una herramienta útil en las ciencias
biológicas debido a que uno de sus principales objetivos, es identificar cambios sutiles en
los perfiles metabólicos entre sistemas biológicos en diferentes estados fisiológicos o
patológicos (McNiven et al., 2011). El metaboloma puede entenderse como el producto
final de la expresión genética con un posible impacto en el fenotipo de una célula, tejido u
organismo, de ahí, que la cuantificación de los metabolitos proporciona un amplio
panorama del estatus bioquímico, que puede ser utilizado para vigilar y establecer la
función de un gen (Fiehn, 2002).
El número de metabolitos depende del sistema biológico estudiado. Para el reino vegetal
se considera que éste puede estar conformado por alrededor de 200,000 metabolitos
(García et al., 2012). Dependiendo del campo de estudio, la metabolómica hace uso de
diferentes estrategias: (1) “Target analysis” (análisis del blanco-objetivo), el objetivo es el
análisis cuantitativo de los metabolitos del sustrato y/o producto de una proteína blanco,
(2) “Metabolic profiling” (perfiles metabólicos), se centra en el análisis cuantitativo de un
conjunto de metabolitos predefinidos, que pertenecen a una clase de compuestos de una
determinada ruta biosintética o de un grupo relacionado de metabolitos; (3) “footprinting”
(huella externa), análisis de (exo) metabolitos secretados/excretados por un organismo; si
el organismo está creciendo en cultivo se puede incluir el análisis de condiciones
ambientales y de sustancias de crecimiento y 4) “fingerprinting” (huella dactilar), análisis
de metabolitos intracelulares con importancia bioquímica; es un análisis global para
clasificar la muestra de acuerdo a su origen o estatus (caso/control, saludable/enfermo)
(Fiehn, 2002). Las estrategias presentadas se aplican generalmente al distinguir las
diferencias en las concentraciones de metabolitos después de las modificaciones
genéticas o de cambios en el entorno de la célula, que tienen una influencia directa sobre
estos niveles.
Las principales técnicas analíticas que se emplean en metabolómica están basadas en
resonancia magnética nuclear (NMR) y espectrometría de masas (MS). Esta última, se ha
establecido en los últimos años como una herramienta esencial en el análisis de
metabolitos, requiere de la pre-preparación de los componentes metabólicos, ya sea
mediante cromatografía de gases (GC) o cromatografía de líquidos (LC, HPLC). La
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electroforesis capilar (CE) acoplada a masas (MS) se presenta como una alternativa
prometedora, al igual que la Espectroscopía Infrarroja Transformada de Fourier (FTIR).
También se han utilizado ensayos enzimáticos en la determinación de metabolitos (Zhang
et al., 2012).
Los análisis de metabolómica pueden ser una herramienta útil en el descubrimiento de
sustancias bioactivas que se produzcan en la planta como resultado de la interacción con
herbívoros, plagas, enfermedades u otra condición de estrés biótico o abiótico.
Combinada con los resultados de los análisis de microarreglos de DNA, la metabolómica,
ha ayudado a revelar nuevas vías de producción de metabolismo secundario, además de
proporcionar nueva información sobre la vía de regulación de factores de transcripción y
control de almacenamiento vacuolar de los metabolitos secundarios (Jansen et al., 2009).
Las investigaciones actuales de la metabolómica en plantas pueden ayudar al
mejoramiento de los cultivos para que los alimentos tengan mayor biodisponibilidad y
proporción de compuestos benéficos para la salud. Como ejemplo el análisis
metabolómico del exudado de raíces de Arabidopsis identificó 125 metabolitos
secundarios, los cuales difirieron entre las especies silvestres y domesticadas (Bhalla et
al., 2005).
IV.
Problemática:
La identificación del metaboloma de las plantas cultivadas es un gran reto debido a las
repercusiones del ambiente en el metabolismo, incluso en cultivos en invernadero donde
las condiciones medioambientales son controladas (Dunn et al., 2005).
La investigación de los metabolomas se ha dificultado por su enorme complejidad y
dinamismo. Una técnica analítica ideal debería aplicarse directamente sobre las muestras,
sin la necesidad de pretratamiento, además, debería ser reproducible, robusta, sensible y
precisa (Lu et al., 2008); no obstante, no hay una técnica que proporcione todas estas
características.
La metabolómica en México es una técnica reciente y poco utilizada. Los investigadores
que trabajan con esta técnica generalmente no la vinculan con la agricultura o actividades
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pecuarias, y es una excelente herramienta para mejorar la productividad agropecuaria y
las prácticas de manejo agrícola. Sin embargo, una fuerte limitante son los costos de los
perfiles metabólicos, ya que son elevados y el análisis de la información es complejo, por
lo cual es necesario generar tecnologías con costos más accesibles que permitan la
medición de muchos más metabolitos por muestra, así como el análisis simultáneo de
muchas más muestras por corrida.
Por su amplio abanico de posibilidades de aplicación tanto en ciencia básica como
aplicada, particularmente en la agricultura para el manejo y la producción de cultivos y por
su escaso desarrollo actual en México, deben impulsarse las aplicaciones metabolómicas
en el mejoramiento genético y el manejo de cultivos para potenciar un acelerado
incremento del rendimiento y de la calidad, al tiempo de que se impulsa y fortalece la
infraestructura científica y la formación de recursos humanos calificados en la materia.
V.
Logros y avances
A nivel mundial el estatus de la metabolómica es el siguiente:
Se han desarrollado nuevas técnicas y estrategias de análisis masivo, que permiten la
identificación de genes, proteínas y metabolitos en un momento o condición determinada.
A la fecha se conocen la secuencias genómicas de más de 300 seres vivos, desde
bacterias a mamíferos incluyendo hongos y plantas (García et al., 2012), aunque las
ciencias ómicas aún no llegan a esa cobertura.
Los proteomas de algunos cereales de importancia agronómica como cebada, maíz,
arroz; así como el de Arabidopsis thaliana, la planta modelo por excelencia ya están
disponibles; así como un gran número de estudios de metabolitos secundarios. La
interpretación integral de los datos generados permitirá identificar las moléculas
responsables de los diferentes procesos y eventualmente conocer el comportamiento
molecular de los organismos bajo una condición definida. La correlación de estos
resultados traerá por consecuencia la selección de condiciones para una mejor
adaptación de los organismos (en este caso las plantas), para su sobrevivencia y utilidad.
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En el futuro, no será extraño encontrar las secuencias de genomas, proteomas y
metabolomas ligados al mejoramiento de la producción y la calidad de los cultivos (García
et al., 2012).
Los recursos analíticos y computacionales ya son lo suficientemente potentes y de amplio
acceso como para permitir las investigaciones de la totalidad de los metabolitos celulares.
Con las últimas mejoras en la espectrometría de masas (MS), por ejemplo, ahora es
posible muestrear desde cientos a miles de picos de iones únicos e incluso extrapolar las
concentraciones intracelulares nativas; todo, desde una pequeña cantidad de material
inicial (Bennett et al., 2009; Tautenhahn et al., 2012) e incluso es posible el análisis de
células individuales (Nemes et al., 2013).
Debido a estas innovaciones recientes, la metabolómica se está convirtiendo rápidamente
en una disciplina de rutina en diversas áreas de la investigación biológica, incluyendo
biomarcadores de enfermedades y establecimiento de objetivos farmacológicos,
farmacodinámica de drogas y la ingeniería metabólica (Chakraborty et al., 2013;
Vanholme et al., 2012).
La capacidad para monitorear las transformaciones metabólicas de diversas fuentes
biológicas en combinación con herramientas de expresión genética y de proteínas
recombinantes, ha permitido que la metabolómica prospere en el contexto del
descubrimiento de las enzimas específicas para diferentes situaciones funcionales
(Prosser et al., 2014).
Ya se dispone de una base de datos con información para facilitar los experimentos en
metabolómica llamada “Metabolite and Tandem MS database” (METLIN). Es un
repositorio de información de acceso público sobre metabolitos así como datos de
espectrometría de masas. Contiene más de 64,000 estructuras y además representa un
sistema de gestión de datos diseñado para asistir en un amplio rango de investigaciones
en metabolitos y su identificación. En su sitio web (http://metlin.scripps.edu/index.php)
está disponible una lista de los metabolitos conocidos y su masa, fórmula química y
estructura. La lista se amplía continuamente según se va investigando y descubriendo
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más información de los metabolitos; por lo que su uso supone un ahorro de tiempo
importante a los grupos de investigación.
En México, solo se conoce de un grupo de investigación en metabolómica vegetal en el
CINVISTAV-Irapuato con un solo especialista y su grupo de estudiantes de posgrado;
aunque se sabe de grupos trabajando en áreas biomédicas y de la salud.
VI.
Propósito de la demanda
Desarrollo de aplicaciones metabolómicas innovadoras de apoyo a un mejor manejo
agronómico y al mejoramiento genético asistido de cultivos de importancia estratégica
para México como papa, sorgo, amaranto, trigo y avena.
VII.
Objetivos:
7.1 Objetivo general:
Desarrollar metodologías, tecnologías e innovaciones metabolómicas útiles a un
mejor manejo agronómico, al mejoramiento genético asistido de cultivos
estratégicos [papa (síndrome de punta morada), sorgo (ergot), amaranto (acame y
dehiscencia del grano), trigo y avena (royas: amarilla y otras)] y a la obtención y
uso de microorganismos benéficos, mediante la identificación de metabolitos
marcadores/indicadores/inductores y perfiles, para contribuir a la soberanía
alimentaria en México.
7.2 Objetivos específicos:
1. Desarrollar
las
aplicaciones
necesarias
para
identificar
y
usar
biomarcadores/indicadores/inductores y perfiles metabolómicos, de detección y
predicción, para:
a)
Mejor manejo agronómico (nutricional; y antiestrés abiótico: uso de
marcadores/indicadores e inductores de resistencia a sequía y heladas) de
papa, sorgo, amaranto, trigo y avena.
b)
Mejoramiento genético asistido de papa (síndrome de punta morada:
resistencia genética y manejo de la enfermedad con antagonistas: endofíticos
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y exofíticos), sorgo para grano (resistencia al ergot o mielecilla), sorgo dulce
(alta concentración de azúcar, alta capacidad de rebrote, tolerancia a varios
cortes y planta alta, sin acame y precoz), amaranto (resistencia al acame y la
dehiscencia del grano), y trigo y avena (roya amarilla: resistencia genética y
manejo de la enfermedad con antagonistas: endofíticos y exofíticos),
incluyendo la tolerancia a sequía y heladas y la identificación.
2. Manejar la predisposición-inductores de resistencia a diferentes tipos de estrés
biótico y abiótico (pre y poscosecha) en cultivos: papa (síndrome de punta morada
y tizón tardío) sorgo para grano (manejo del ergot), sorgo dulce (alta concentración
de azúcar, alta capacidad de rebrote, tolerancia a varios cortes, altura de planta y
precocidad), trigo y avena (resistencia a royas) y amaranto (acame y dehiscencia
de grano).
3. Desarrollar cepas de microorganismos (endofíticos o exofíticos) benéficos y
usarlos para el manejo de la nutrición, plagas y enfermedades (antagónicos, entre
otros) de papa, sorgo, amaranto, trigo y avena.
4. Desarrollar la metodología y la técnica metabolómica de alta capacidad de
procesamiento en número de muestras a costos más accesibles.
5. Diseñar y aplicar un modelo de transferencia de tecnología, capacitación y
asistencia técnica, vinculado a las innovaciones tecnológicas disponibles y
generadas en el proyecto para incrementar la productividad y rentabilidad
sustentable de papa, sorgo (grano y dulce), trigo, avena y amaranto.
6. Realizar un diagnóstico integral actualizado sobre desarrollos tecnológicos
metabolómicos aplicables a los cultivos de papa, sorgo (grano y dulce), trigo,
avena y amaranto.
VIII. Justificación:
El Plan Nacional de Desarrollo (PND) 2013-2018, publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 20 de mayo de 2013, establece en su Objetivo 3.5 hacer del desarrollo
científico, tecnológico y la innovación, pilares para el progreso económico y social
sostenible. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y
Alimentario 2013-2018, tiene como estrategia integral elevar la productividad para
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alcanzar el máximo potencial del sector agroalimentario y una visión estratégica que
implica la construcción del nuevo rostro del campo, sustentado en un sector
agroalimentario productivo, competitivo, rentable, sustentable y justo, que garantice la
seguridad alimentaria del país y contribuya al desarrollo rural integral. Establece en el
Objetivo 1, “Impulsar la productividad en el sector agroalimentario mediante inversión en
capital físico, humano y tecnológico que garantice la seguridad alimentaria”, y en la
Estrategia 1.1, “Orientar la investigación y el desarrollo tecnológico a generar
innovaciones aplicadas al sector agroalimentario que eleven la productividad y
competitividad”.
En congruencia con el PND y el Plan Sectorial (PSDAPA); y en cumplimiento con lo
establecido en el Art. 37 de la Ley de Desarrollo Rural Sustentable, el Sistema Nacional
de Investigación y Transferencia Tecnológica (SNITT), como parte de sus funciones
estratégicas, realizó un taller de vinculación el 28 de Octubre de 2014, con expertos en el
tema de metabolómica y afines en la materia, para conocer la situación actual y
perspectivas de aplicación de esta área del conocimiento en el sector agropecuario. Así
mismo, se recabó información para identificar los temas estratégicos y transversales de
investigación, que aporten a elevar la productividad de la producción pecuaria y la
seguridad alimentaria del país, en cumplimiento a lo establecido en el PND, PSDAPA y el
Anexo de Ejecución del Convenio del Fondo Sectorial de Investigación en Materias
Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos SAGARPACONACYT 2015.
Algunas de las perspectivas y aplicaciones planteadas en el taller, respecto a la ciencia y
técnica de la metabolómica son: mejoramiento genético, agronomía, control de calidad,
certificación con base en producto final, plantas medicinales y aromáticas (esencias),
entre las más importantes. La metabolómica en México es una herramienta reciente y
poco utilizada. Los investigadores que trabajan con ella generalmente no la vinculan con
la agricultura o actividades pecuarias, y es un excelente medio de apoyo para mejorar la
productividad agropecuaria y buenas prácticas agrícolas. Sin embargo una fuerte limitante
son los elevados costos de los perfiles metabólicos y el análisis de la información es
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complejo, por lo cual es necesario generar tecnologías con costos más accesibles que
permitan la medición de muchos más metabolitos por muestra.
El acelerado crecimiento demográfico en el mundo y en México obliga a una mayor
producción de alimentos agrícolas y pecuarios. La expansión de la demanda de alimentos
tiene impactos tecnológicos y estructurales significativos en el sector agropecuario. La
producción animal y vegetal en países en desarrollo como México necesita ser
aumentada, principalmente para satisfacer la demanda del consumidor, utilizando
eficazmente todos los recursos que hasta la fecha resultan escasos. Por ello, se
considera que la aplicación de nuevas tecnologías moleculares, cómo la metabolómicas
ayudarán a lograr un incremento en la producción y en la calidad de los productos,
dotando de mayor capacidad competitiva a las explotaciones, las que proporcionarán
respuestas rápidas y eficaces a la crisis alimentaria (Uzcátegui y Jerez-Timaure, 2008).
De igual forma, la metabolómica es una herramienta novedosa que permite una mejor
medición de las interacciones genotipo-ambiente (los efectos de la sequía, diferentes tipos
de estrés biótico y abiótico, la dieta, los pesticidas, de los herbicidas y de la temperatura
sobre la fisiología y función), con lo que se puede contribuir a afrontar de mejor manera
los retos presentes y venideros del cambio climático. Por ello, el uso de la metabolómica
como herramienta en el mejoramiento genético agrícola, y el manejo eficiente de los
cultivos para aumentar la productividad, calidad y tolerancia a factores de estrés, es
esencial para contribuir a la soberanía alimentaria en México.
IX.
Productos a entregar:
1. Un documento con descripción de los resultados de aplicación de perfiles
metabolómicos
y
de
metabolitos
biomarcadores/indicadores/inductores,
de
detección y predictivos, de respuesta al mejor manejo agronómico nutricional
conocido y al manejo (recomendación propia) para resistencia a sequía y heladas
en papa, sorgo, amaranto, trigo y avena, con evidencia de trámite de registro para
propiedad intelectual.
2. Un documento con resultados de aplicación de perfiles metabolómicos y de
metabolitos biomarcadores/indicadores/inductores, de detección y predicción, en
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mejoramiento genético asistido de papa (síndrome de punta morada: resistencia
genética y manejo de la enfermedad con antagonistas: endofíticos y exofíticos),
sorgo grano (resistencia al ergot o mielecilla), sorgo dulce (alta concentración de
azúcar, alta capacidad de rebrote, tolerancia a varios cortes y planta alta, sin
acame y precoz), amaranto (resistencia al acame y la dehiscencia del grano) y
trigo y avena (roya amarilla: resistencia genética y manejo de la enfermedad con
antagonistas: endofíticos y exofíticos), incluyendo la tolerancia a sequía y heladas
y la identificación, con evidencia de trámite de registro para propiedad intelectual.
3. Un documento con los resultados de aplicación de perfiles metabolómicos y de
metabolitos biomarcadores/indicadores/inductores, de detección y predictivos en el
manejo de la predisposición-inductores de resistencia a diferentes tipos de estrés
biótico y abiótico (pre y poscosecha) y en logro de efectos agronómicos favorables
en cultivos: papa (síndrome de punta morada y tizón tardío) sorgo de grano
(manejo del ergot), sorgo dulce (alta concentración de azúcar, alta capacidad de
rebrote, tolerancia a varios cortes, altura de planta y precocidad), trigo y avena
(resistencia a royas) y amaranto (acame y dehiscencia de grano), con evidencia de
trámite de registro para propiedad intelectual.
4. Un documento con los resultados de aplicación de perfiles metabolómicos y de
metabolitos biomarcadores/indicadores/inductores, de detección y predictivos en el
desarrollo de cepas de microorganismos (endofíticos o exofíticos) benéficos para
el manejo de la nutrición y de las plagas y enfermedades señaladas (antagónicos,
entre otros) de papa, sorgo, amaranto, trigo y avena, con evidencia de trámite de
registro para propiedad intelectual.
5. Al menos tres cepas de microorganismos (endofíticos o exofíticos) benéficos y
usarlos para el manejo de la nutrición, plagas y enfermedades (antagónicos, entre
otros) de papa, sorgo, amaranto, trigo y avena.
6. Al menos un documento con el protocolo del desarrollar tecnológico de alta
capacidad (metodología y técnica metabolómica) para el procesamiento de
muestras (número elevado y costos accesibles), con evidencia de trámite de
registro para propiedad intelectual.
7. Un documento con la caracterización del modelo de transferencia de tecnología,
capacitación y asistencia técnica ligado a los desarrollos disponibles y a los
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resultados del proyecto para su validación y aplicación, en papa, sorgo, amaranto,
trigo y avena.
8. Un
documento
del
diagnóstico
integral
sobre
desarrollos
tecnológicos
metabolómicos aplicables a los cultivos de papa, sorgo (grano y dulce), trigo,
avena y amaranto, con evidencia de trámite de registro para propiedad intelectual.
X.
Impactos a lograr con los productos a obtener:
Económico

Potenciar el valor económico-tecnológico del sector agrícola en México con
tecnologías de última generación más eficaces y precisas (metabolómicas).

La aplicación de la metabolómica en el sector agrícola, puede ser un motor
económico que permita la creación de empresas de base tecnológica en el
corto plazo, pues articula el conocimiento nuevo con la producción y con el
mercado.

Reducción de pérdidas por enfermedades diversas de los cultivos de papa,
sorgo, amaranto, trigo y avena, usando el mejoramiento genético y la
prevención
y
control
de
enfermedades,
asistidos
por
el
análisis
metabólomico.
Social

Fomento al desarrollo rural de México mediante la mejora de la productividad,
calidad y diversidad alimentaria, con nuevas alternativas tecnológicas.
Tecnológico

Mejora del manejo de los cultivos y de las buenas prácticas agrícolas para
generar mayor productividad y eficiencia de los sistemas de producción
agrícola en papa, sorgo, amaranto, trigo y avena.
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
Contribución al desarrollo de nuevas variedades de alto rendimiento,
calidad y tolerantes a factores adversos en México y tecnologías de
producción de los cultivos, en menor tiempo.
Ecológico

La metabolómica es una herramienta novedosa que permite una mejor
medición de las interacciones genotipo-ambiente (los efectos de la sequía,
el estrés, la nutrición, los pesticidas, los herbicidas y de los factores del
clima sobre la fisiología y el desarrollo) en los procesos productivos y de
mejoramiento genético de cultivos, para contribuir a mitigar los retos
presentes y venideros del cambio climático.
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Chakraborty S., Gruber T., Barry C. E. 3rd, Boshoff H. I., Rhee K. Y. 2013.
Paraaminosalicylic acid acts as an alternative substrate of folate metabolism in
Mycobacterium tuberculosis. Science 339: 88-91.
Dunn W. B., Bailey N., Johnson H. E. 2005. Measuring the metabolome: current analytical
technologies. Analyst 130: 606-25.
Fiehn, O., 2002. Metabolomics-the link between genotypes and phenotypes. Plant
Molecular Biology 48: 155-171.
Demandas del Sector 2015-1
Página 29 de 114
García, M.L., Alonso, H.J., Torres, P.I., Guevara, G. R., Cruz, H. A. 2012. Participación de
las ciencias analíticas modernas (Genómica, Proteómica, Metabolómica) en el
estudio de las plantas. Ciencia@UAQ 5(1):1-11.
Jansen, J. J., Allwood, J. W., Marsden-Edward, E., Van de Putten, W. H., Goodacre, R.,
Van Dam, N. M. 2009. Metabolomic analysis of the interaction between plants
and herbivores. Metabolomics 5: 150-161.
Lu W., Bennett B. D., Rabinowitz J. D. 2008. Analytical strategies for LC–MS-based
targeted metabolomics. Journal of Chromatography B 871(2): 236-242.
McNiven E. M. S., Geramn, J. B., Slupsky, C. M. 2011. Analytical metabolomics: nutritional
opportunities for personalized health. Journal of Nutritional Biochemistry 22: 9951002.
Nemes P., Rubakhin S. S., Aerts J. T., Sweedler J. V. 2013. Qualitative and quantitative
metabolomic investigation of single neurons by capillary electrophoresis
electrospray ionization mass spectrometry. Nature Protocols 8: 783-799.
Prosser G. A., Larrouy-Maumus G. Carvalho L. P. S. 2014. Metabolomic strategies for the
identification of new enzyme functions and metabolic pathways. Embo Reports
15: 657-669.
Tautenhahn R., Cho K., Uritboonthai W., Zhu Z., Patti G. J., Siuzdak G. 2012. An
accelerated workflow for untargeted metabolomics using the METLIN database.
Nature Biotechnology 30: 826-828.
Uzcátegui, B.S. y Jerez-Timaure, N. 2008. Técnicas moleculares utilizadas en la industria
cárnica: usos y potencialidades. In: González, S.C., Madrid, N.B. y Soto, B.E.
2008. Desarrollo sostenible de la ganadería de doble propósito. Fundación Grupo
de Investigadores de la Reproducción Animal en la Región Zuliana. Astro Data
S.A. pp: 889-897.
Demandas del Sector 2015-1
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Vanholme R., Storme V., Vanholme B., Sundin L., Christensen J. H., Goeminne G., Halpin
C., Rohde A., Morreel K., Boerjan W. 2012. A systems biology view of responses
to lignin biosynthesis perturbations in Arabidopsis. The Plant Cell 24: 3506-3529.
Wishart, D. 2014. The Metabolomics Innovation Centre: Genomics, Metabolomics and
Agriculture. University of Saskatchewan, Saskatoon. Consultado en línea el 10 de
noviembre
2014
en:
http://www.metabolomicscentre.ca/news/TMIC_AgriFood_USask_Presentation.pd
f
Zhang, A., Sun, H., Wang, P., Han, Y., Wang, X. 2012. Modern analytical techniques in
metabolomics analysis. Analyst 137: 293-300.
Contacto para consultas técnicas sobre la demanda
Ing. Belisario Domínguez Méndez
Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA
Teléfono: (55) 3871-1000 ext. 33312 y 33328
Correo Electrónico: [email protected]
Demandas del Sector 2015-1
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Demanda 3
TEMA ESTRATÉGICO TRANSVERSAL: METABOLÓMICA PECUARIA
I.
Título tema a demandar:
Desarrollos tecnológicos pecuarios basados en metabolómica
II.
Beneficiarios del proyecto:
Productores y comercializadores de ganado porcino, ovino y caprino y los consumidores
de carne de dichas especies pecaurias.
III.
Antecedentes:
Posterior a la genómica, transcriptómica y proteómica, desde principios de la década de
los noventa, ha ido emergiendo con fuerza la metabolómica, la última de las ciencias
ómicas. La metabolómica identifica, cataloga y cuantifica a las moléculas pequeñas,
productos del metabolismo primario o secundario, que se encuentran en los sistemas
biológicos; asimismo, estudia los cambios en los perfiles metabólicos dentro de un
organismo como respuesta a alguna situación, tal como enfermedades u otro tipo de
estrés (Dunn et al., 2005). En analogía con el genoma, que denota la totalidad de toda la
información genética, el metaboloma representa la totalidad de los metabolitos dentro de
un sistema biológico (McNiven et al., 2011).
Los campos de aplicación de la metabolómica son diversos y van desde la agricultura
hasta la industria farmacéutica pasando por aplicaciones medioambientales y de la
industria de alimentos. Algunas aplicaciones más precisas son: la identificación de
respuestas químicas de cultivos al estrés hídrico; la evaluación de contenido de nutrientes
de cultivos en diferentes tipos de suelos y expuestos a diferentes regímenes de
fertilizantes; la caracterización de la calidad de productos en función de la variedad
cultivada y el manejo agronómico y la identificación de biomarcadores predictivos de
enfermedades para el ganado (Wishart, 2014).
Demandas del Sector 2015-1
Página 32 de 114
La metabolómica emergió como una útil herramienta en las ciencias biológicas debido a
que uno de sus principales objetivos, es identificar cambios sutiles en los perfiles
metabólicos entre sistemas biológicos en diferentes estados fisiológicos o patológicos
(McNiven et al., 2011). El metaboloma puede entenderse como el producto final de la
expresión genética con un posible impacto en el fenotipo de una célula, tejido u
organismo, de ahí, que la cuantificación de los metabolitos proporciona un amplio
panorama del estatus bioquímico, que puede ser utilizado para vigilar y establecer la
función de un gen (Fiehn, 2002).
Dependiendo del campo de estudio, la metabolómica hace uso de diferentes estrategias:
(1) “Target analysis” (análisis del blanco-objetivo), cuyo propósito es el análisis
cuantitativo de los metabolitos del sustrato y/o producto de una proteína blanco, (2)
“Metabolic profiling” (perfiles metabólicos), se centra en el análisis cuantitativo de un
conjunto de metabolitos predefinidos, que pertenecen a una clase de compuestos de una
determinada ruta biosintética o de un grupo relacionado de metabolitos; (3) “footprinting”
(huella externa), análisis de (exo) metabolitos secretados/excretados por un organismo);
si el organismo está creciendo en cultivo se puede incluir el análisis de condiciones
ambientales y de sustancias de crecimiento y 4) “fingerprinting” (huella dactilar), análisis
de metabolitos intracelulares con importancia bioquímica; es un análisis global para
clasificar la muestra de acuerdo a su origen o estatus (caso/control, saludable/enfermo)
(Fiehn, 2002). Las estrategias presentadas se aplican generalmente al distinguir las
diferencias en las concentraciones de metabolitos después de las modificaciones
genéticas o de cambios en el entorno de la célula, que tienen una influencia directa sobre
estos niveles.
Las principales técnicas analíticas que se emplean en metabolómica están basadas en
resonancia magnética nuclear (NMR) y espectrometría de masas (MS). Esta última, se ha
establecido en los últimos años como una herramienta esencial en el análisis de
metabolitos, requiere de la pre-preparación de los componentes metabólicos, ya sea
mediante cromatografía de gases (GC) o cromatografía de líquidos (LC, HPLC). La
electroforesis capilar (CE) acoplada a masas (MS) se presenta como una alternativa
prometedora, al igual que la Espectroscopía Infrarroja Transformada de Fourier (FTIR).
Demandas del Sector 2015-1
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También se han utilizado ensayos enzimáticos en la determinación de metabolitos (Zhang
et al., 2012).
Los análisis de metabolómica pueden ser una herramienta útil en el descubrimiento de
sustancias bioactivas en plantas como resultado de la interacción con herbívoros u otra
condición de estrés. Combinada con los resultados de los análisis de microarreglos de
DNA, la metabolómica, ha ayudado a revelar nuevas vías de producción de metabolismo
secundario, además de proporcionar nueva información sobre la vía de regulación de
factores de transcripción y control de almacenamiento vacuolar de los metabolitos
secundarios (Jansen et al., 2009).
La metabolómica pecuaria es una excelente herramienta que involucra los sistemas
asociados a la alimentación animal, la reproducción animal, el crecimiento y
determinación animal para fines diversos: leche, producción de huevo, cárnicos y
productos derivados. Además, aplica a los sistemas de detección y diagnóstico de
enfermedades
de
origen
genético-degenerativas,
enfermedades
infecciosas
y
parasitarias, así como de crecimiento por hormonas y protocolos para la mejora
sustentable de la actividad ganadera (Trejo-Estrada, 2010) de manera certera y a bajo
costo.
La metabolómica también se puede utilizar para identificar biomarcadores específicos o
perfiles de biomarcadores de enfermedades (Griffin y Shockcor, 2004). Esta aplicación
puede ser especialmente útil en el desarrollo de medicamentos de uso veterinario (Jones
y Cheung, 2007).
La dieta y la calidad de la alimentación son importantes para la producción de ganado. La
salud del rumen, también es fundamental para el crecimiento y la producción de leche y
carne de alta calidad.
Un conocimiento detallado de la composición química del fluido ruminal y la influencia de
la dieta en su composición podría ayudar a mejorar la eficiencia y la eficacia de las
prácticas agrícolas y veterinarias (Saleem et al., 2013). Por ello es de suma importancia
emprender un esfuerzo para caracterizar el metabolóma de animales; y en su caso,
también de sus fluidos ruminales.
Demandas del Sector 2015-1
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IV. Problemática:
La investigación de los metabolomas se ha dificultado por su enorme complejidad y
dinamismo. Una técnica analítica ideal debería aplicarse directamente sobre las muestras,
sin la necesidad de pretratamiento, además debería ser reproducible, robusta, sensible y
precisa (Lu et al., 2008); no obstante, no hay una técnica que proporcione todas estas
características.
En México, la metabolómica es una técnica reciente poco utilizada; además, los
investigadores que trabajan con esta técnica generalmente no la vinculan con la
agricultura o actividades pecuarias, y es una excelente herramienta para mejorar la
productividad agropecuaria y buenas prácticas agrícolas y pecuarias. Sin embargo, una
fuerte limitante son los costos de los perfiles metabólicos, ya que son elevados y el
análisis de la información es complejo, por lo cual es necesario generar tecnologías con
costos más accesibles que permitan la medición de muchos más metabolitos por muestra,
así como el análisis simultáneo muchas más muestras por corrida.
V. Logros y avances:
Existen nuevas estrategias y técnicas de análisis masivo, que permiten la identificación de
genes, proteínas y metabolitos en un momento o condición determinada. A la fecha se
conocen la secuencias genómicas de más de 300 seres vivos, desde bacterias a
mamíferos incluyendo hongos y plantas (García et al., 2012).
Las tecnologías analíticas y computacionales se han convertido suficientemente potentes
y de amplio acceso como para permitir las investigaciones de la totalidad de metabolitos
celulares. Con las últimas mejoras en la espectrometría de masas (MS), por ejemplo,
ahora es posible muestrear de cientos a miles de picos de iones únicos e incluso
extrapolar las concentraciones intracelulares nativas, todo desde una pequeña cantidad
de material inicial (Bennett et al., 2009; Tautenhahn et al., 2012) e incluso es posible el
análisis de células individuales (Nemes et al., 2013).
La metabolómica se está convirtiendo rápidamente en una disciplina de rutina en diversas
áreas de la investigación biológica, incluyendo biomarcadores de enfermedades y
Demandas del Sector 2015-1
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establecimiento de objetivos farmacológicos, farmacodinámica de drogas y la ingeniería
metabólica, debido a las innovaciones recientes (Chakraborty et al., 2013; Vanholme et
al., 2012). La capacidad para monitorear las transformaciones metabólicas de diversas
fuentes biológicas en combinación con herramientas de expresión genética y de proteínas
recombinantes, ha permitido que la metabolómica prospere en el contexto del
descubrimiento de las enzimas específicas para diferentes situaciones funcionales
(Prosser et al., 2014).
En la actualidad existe una base de datos con información para facilitar los experimentos
en metabolómica llamada “Metabolite and Tandem MS database” (METLIN). Se trata de
un repositorio de información sobre metabolitos así como datos de espectrometría de
masas que contiene más de 64,000 estructuras y además representa un sistema de
gestión de datos diseñado para asistir en un amplio rango de investigaciones sobre
metabolitos
y
su
identificación.
Es
de
acceso
público.
En
su
sitio
web
(http://metlin.scripps.edu/index.php) está disponible una lista de los metabolitos conocidos
con su masa, fórmula química y estructura. La lista se está ampliando continuamente
según se va investigando y descubriendo más información de los metabolitos. La
plataforma ofrece un servicio a los grupos de investigación y su uso supone un ahorro de
tiempo importante en las investigaciones.
VI. Propósito de la demanda:
Uso de la metabolómica como una herramienta innovadora de apoyo a un mejor manejo
integral de unidades ganaderas (metodologías, tecnologías, productos e innovaciones) y
al mejoramiento genético asistido, de ganado porcino (manejo y/o resistencia al virus de la
diarrea epidémica), ovino y caprino (nutrición, reproducción sanidad e inocuidad), que
contribuya a la soberanía alimentaria en México.
VII. Objetivos:
7.1 Objetivo general:
Obtener y evaluar desarrollos metabolómicos (metodologías, tecnologías, productos e
innovaciones) aplicables a un mejor manejo nutricional y sanitario de animales en
Demandas del Sector 2015-1
Página 36 de 114
unidades ganaderas y al mejoramiento genético asistido de ganado porcino (manejo y/o
resistencia al virus de la diarrea epidémica), ovino y caprino (nutrición, reproducción
sanidad e inocuidad), mediante la identificación de marcadores/indicadores/inductores y
perfiles metabolómicos.
7.2 Objetivos específicos:
1. Generar
y
aplicar
desarrollos
metabolómicos
en
la
forma
de
biomarcadores/indicadores/inductores y perfiles metabolómicos de detección y
predictivos en el manejo nutricional y sanitario eficiente ganado porcino, ovino y
caprino.
2. Identificar
y
utilizar
desarrollos
metabolómicos
en
la
forma
de
biomarcadores/indicadores/inductores y perfiles metabolómicos de detección y
predictivos útiles en el mejoramiento genético asistido de ganado porcino, ovino y
caprino para alta ganancia de peso y calidad de la carne y leche (ovinos y caprinos).
3. Localizar
y
aplicar
desarrollos
metabolómicos
en
la
forma
de
biomarcadores/indicadores/inductores y perfiles metabolómicos de detección y
predictivos de resistencia o tolerancia a diferentes tipos de estrés biótico y abiótico en
ganado porcino, ovino y caprino.
4. Caracterizar el metaboloma de fluidos del rumen para comprender la salud de
poblaciones y determinar las condiciones óptimas en la composición de la dieta
alimenticia ganancia de peso y calidad de la carne y leche en ganado ovino y caprino.
5. Evaluar la calidad de productos finales (carne y leche) mediante fenotipeo
metabolómico para certificación de carne (porcinos) y carne y leche (ovinos y
caprinos).
6. Desarrollar la metodología y la técnica metabolómica con alta capacidad de
procesamiento en número de muestras a costos más accesibles en ganado porcino,
ovino y caprino.
Demandas del Sector 2015-1
Página 37 de 114
7. Diseñar y aplicar un modelo de transferencia tecnológica, capacitación, asistencia
técnica ligada a los resultados de su validación y aplicación del proyecto y del estado
del arte, por tipo de ganado: porcino y ovicaprinos.
8. Realizar un diagnóstico actualizado sobre los desarrollos tecnológicos metabolómicos
disponibles y aplicables por especie pecuaria (porcinos, ovinos y caprinos).
VIII. Justificación:
El Plan Nacional de Desarrollo (PND) 2013-2018, publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 20 de mayo de 2013, establece en su Objetivo 3.5. Hacer del desarrollo
científico, tecnológico y la innovación, pilares para el progreso económico y social
sostenible. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y
Alimentario 2013-2018 (PSDAPA), tiene como estrategia integral elevar la productividad
para alcanzar el máximo potencial del sector agroalimentario, y una visión estratégica que
implica la construcción del nuevo rostro del campo, sustentado en un sector
agroalimentario productivo, competitivo, rentable, sustentable y justo, que garantice la
seguridad alimentaria del país y contribuya al desarrollo rural integral. Establece en el
Objetivo 1. “Impulsar la productividad en el sector agroalimentario mediante inversión en
capital físico, humano y tecnológico que garantice la seguridad alimentaria”, y en la
Estrategia 1.1 “Orientar la investigación y el desarrollo tecnológico a generar innovaciones
aplicadas al sector agroalimentario que eleven la productividad y competitividad”.
En congruencia con el PND y el Programa sectorial de la SAGARPA (PSDAPA), y en
cumplimiento con lo establecido en el Art. 37 de la Ley de Desarrollo Rural Sustentable, el
Sistema Nacional de Investigación y Transferencia Tecnológica (SNITT), como parte de
sus funciones estratégicas, realizó un taller de vinculación el 28 de Octubre de 2014, con
expertos en el tema de metabolómica y afines a la materia, para conocer la situación
actual y perspectivas de aplicación de esta área del conocimiento en el sector
agropecuario. Así mismo, se recabó información para identificar los temas estratégicos y
transversales de investigación, que aporten a elevar la productividad de la producción
pecuaria y la seguridad alimentaria del país, en cumplimiento con lo establecido en el
PND, PSDAPA y el Anexo de Ejecución del Convenio del Fondo Sectorial de
Demandas del Sector 2015-1
Página 38 de 114
Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos
Fitogenéticos SAGARPA-CONACYT 2015.
Algunas de las perspectivas y aplicaciones planteadas en el taller, con respecto a la
ciencia y técnica de la metabolómica son: mejoramiento genético, agronomía, control de
calidad, certificación con base en producto final, plantas medicinales y aromáticas
(esencias), entre las más importantes. Se estableció que la metabolómica en México es
una herramienta reciente y poco utilizada; que los investigadores que trabajan ella
generalmente no la vinculan con la agricultura o actividades pecuarias y que es un
excelente medio de apoyo para mejorar la productividad agropecuaria, las buenas
prácticas agrícolas y pecuarias y evaluar la calidad de productos finales sin necesidad del
seguimiento in situ de los procesos. Sin embargo, una fuerte limitante son los elevados
costos de los perfiles metabolómicos y el análisis complejo de la información, por lo cual
es necesario generar tecnologías con costos más accesibles que permitan la medición de
muchos más muestras y metabolitos por muestra.
El acelerado crecimiento demográfico en el mundo y en México obliga a una mayor
producción de alimentos pecuarios y agrícolas. La expansión de la demanda de alimentos
tiene impactos tecnológicos y estructurales significativos en el sector agropecuario. La
producción y productividad animal y vegetal en países en desarrollo como México
necesita ser aumentada, principalmente para satisfacer la demanda del consumidor,
utilizando eficazmente todos los recursos disponibles. Por ello, se considera que la
aplicación de nuevas tecnologías moleculares, cómo la metabolómica ayudará a lograr un
incremento en la producción y en la calidad de los productos, dotando de mayor
capacidad competitiva a las explotaciones, las que proporcionarán respuestas rápidas y
eficaces a la crisis alimentaria (Uzcátegui y Jerez-Timaure, 2008).
La metabolómica pecuaria es una excelente herramienta de la biotecnología que involucra
los sistemas asociados a la alimentación animal, la reproducción animal, el crecimiento y
determinación animal para fines diversos: leche, producción de huevo, cárnicos y
productos derivados. Además, aplica a los sistemas de detección y diagnóstico de
enfermedades
de
origen
genético-degenerativas,
enfermedades
infecciosas
y
parasitarias, así como de crecimiento por hormonas y protocolos para la mejora
Demandas del Sector 2015-1
Página 39 de 114
sustentable de la actividad ganadera (Trejo-Estrada, 2010). Además es especialmente útil
en el desarrollo de medicamentos de uso veterinario (Jones y Cheung, 2007).
Así como la dieta y la calidad de la alimentación es importante para la producción de
ganado, la salud del rumen también es fundamental para el crecimiento y la producción de
leche y carne de alta calidad. Por ello es importante emprender un esfuerzo para
caracterizar el metabolóma de fluidos ruminales, así como del uso de la metabolómica
como una herramienta innovadora de apoyo a un mejor manejo de unidades ganaderas y
al mejoramiento genético asistido de diferentes tipos de ganado, que contribuya a la
soberanía alimentaria en México.
IX. Productos a entregar:
1. Un documento con los resultados de aplicación de perfiles metabolómicos y de
metabolitos biomarcadores/indicadores/inductores individualizados, de detección y
predictivos sobre manejo nutricional y sanitario de ganado porcino, ovino y
caprino, al menos dos por especie, con evidencia de trámite para registro de
protección intelectual, en el caso de los que apliquen como desarrollos
tecnológicos.
2. Un documento con los resultados de aplicación de perfiles metabolómicos y de
metabolitos biomarcadores/indicadores/inductores, de detección y predictivos
útiles en mejoramiento genético asistido para alto rendimiento y calidad de carne
(porcinos) y de carne y leche (ovinos y caprinos), al menos dos por especie, con
evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
3. Un documento con los resultados de aplicación de perfiles metabolómicos y de
metabolitos biomarcadores/indicadores/inductores, de detección y predictivos,
resistencia o tolerancia a diferentes tipos de estrés biótico y abiótico en ganado
porcino, ovino y caprino, al menos dos por especie, con evidencia de trámite para
registro de protección intelectual.
4. Al menos dos protocolos del(os) desarrollo(s) tecnológico(s) para la detección y
predicción de enfermedades en ganado porcino, ovino y caprino basado en dietas
Demandas del Sector 2015-1
Página 40 de 114
óptimas (porcinos) y en dietas y los fluidos ruminales (ovinos y caprinos), con
evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
5. Al menos dos protocolos del(os) desarrollo(s) tecnológico(s) para certificación de la
calidad de productos finales (carne; y leche en sus casos): residuos de fármacos,
plaguicidas y producción orgánica, mediante fenotipeo metabolómico, con
evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
6. Un documento con la caracterización del modelo de transferencia tecnológica,
capacitación, asistencia técnica integrado al proyecto, con resultados de su
validación y aplicación.
7. Un documento de diagnóstico actualizado sobre los desarrollos tecnológicos
metabolómicos disponibles y aplicables por especie pecuaria (porcinos, ovinos y
caprinos).
X. Impactos a lograr con los productos a obtener:
Económico

Potenciar el valor económico-tecnológico del sector pecuario en México con
tecnologías de última generación más eficaces y precisas.

La metabolómica aplicada a la producción pecuaria, puede ser un motor
económico que permita la creación de empresas de base tecnológica en el corto
plazo, pues articula el conocimiento nuevo con la producción y con el mercado.

Reducir pérdidas por enfermedades del ganado, usando la prevención y control
metabolómico de enfermedades.
Social

Fomento al desarrollo rural de México mediante la mejora del rendimiento, calidad y
diversidad alimentaria; así como generar alternativas de mejora de la producción y
sustento en zonas rurales del país.
Demandas del Sector 2015-1
Página 41 de 114
Tecnológico

Mejora de las buenas prácticas agrícolas y pecuarias para generar mayor
productividad y eficiencia de los sistemas de producción agropecuaria.

Contribuir al desarrollo de poblaciones de ganado mexicano mejorado competitivo
para rendimiento, calidad y rusticidad, en menor tiempo.
Ecológico

Aplicación de buenas prácticas pecuarias, a través de la trazabilidad, inocuidad y
certificación de calidad, basada en los productos y no en los procesos.
XI. Literatura citada:
Bennett B.D., Kimball E.H., Gao M., Osterhout R., Van Dien S.J., Rabinowitz J.D. 2009.
Absolute metabolite concentrations and implied enzyme active site occupancy in
Escherichia coli. Nature Chemical Biology 5: 593-599.
Chakraborty S., Gruber T., Barry C.E. III, Boshoff H.I., Rhee K.Y. 2013. Paraaminosalicylic acid acts as an alternative substrate of folate metabolism in
Mycobacterium tuberculosis. Science 339: 88-91.
Dunn W.B., Bailey N., Johnson H.E. 2005. Measuring the metabolome: current analytical
technologies. Analyst 130: 606-25.
Fiehn O., 2002. Metabolomics-the link between genotypes and phenotypes. Plant
Molecular Biology 48: 155-171.
García, M.L., Alonso, H.J., Torres, P.I., Guevara, G.R., Cruz, H.A. 2012. Participación de
las ciencias analíticas modernas (Genómica, Proteómica, Metabolómica) en el
estudio de las plantas. Ciencia@UAQ 5(1): 1-11.
Griffin J.L., Shockcor J.P. 2004. Metabolic profiles of cancer cells. Nature Reviews Cancer
4: 551–561.
Demandas del Sector 2015-1
Página 42 de 114
Jansen, J.J., Allwood, J.W., Marsden-Edward, E., Van de Putten, W.H., Goodacre, R., Van
Dam, N.M. 2009. Metabolomic analysis of the interaction between plants and
herbivores. Metabolomics 5: 150-161.
Jones O.A.H., Cheung V.L. 2007. An Introduction to Metabolomics and its Potential
Application in Veterinary Science. Comparative Medicine 57(5): 436-442.
Lu W., Bennett B.D., Rabinowitz J.D. 2008. Analytical strategies for LC–MS-based
targeted metabolomics. Journal of Chromatography B 871(2): 236-242.
McNiven E.M.S., Geramn, J.B., Slupsky, C.M. 2011. Analytical metabolomics: nutritional
opportunities for personalized health. Journal of Nutritional Biochemistry 22: 9951002.
Nemes P., Rubakhin S.S., Aerts J.T., Sweedler J.V. 2013. Qualitative and quantitative
metabolomic
investigation
of
single
neurons
by
capillary
electrophoresis
electrospray ionization mass spectrometry. Nature Protocols 8: 783-799.
Prosser G.A., Larrouy-Maumus G. Carvalho L.P.S. 2014. Metabolomic strategies for the
identification of new enzyme functions and metabolic pathways. Embo Reports 15:
657-669.
Saleem F., S. Bouatra, An Chi Guo, N. Psychogios, R. Mandal, S. M. Dunn, B. N. Ametaj,
D. S. Wishart. 2013. The Bovine Ruminal Fluid Metabolome. Metabolomics 9(2):
360-378.
Tautenhahn R., Cho K., Uritboonthai W., Zhu Z., Patti G. J., Siuzdak G. 2012. An
accelerated workflow for untargeted metabolomics using the METLIN database.
Nature Biotechnology 30: 826-828.
Trejo-Estrada S. 2010. La biotecnología en México: Situación de la biotecnología en el
mundo y situación de la biotecnología en México y su factibilidad de desarrollo.
Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada del IPN. 1512 p. Consultado en
octubre
2014.
http://www.gbcbiotech.com/en/imagenes/biotecnologia/33BioTecnologia_mexico.pdf
Uzcátegui B. S., Jerez-Timaure, N. 2008. Técnicas moleculares utilizadas en la industria
cárnica: usos y potencialidades, pp. 889-897, In: González, S.C., Madrid, N.B.,
Demandas del Sector 2015-1
Página 43 de 114
Soto, B. E. (edits.). 2008. Desarrollo sostenible de la ganadería doble propósito.
Fundación Grupo de Investigadores de la Reproducción Animal en la Región
Zuliana. Edit. Astro Data S.A. Maracaibo, Venezuela.
Vanholme R., Storme V., Vanholme B., Sundin L., Christensen J. H., Goeminne G., Halpin
C., Rohde A., Morreel K., Boerjan W. 2012. A systems biology view of responses to
lignin biosynthesis perturbations in Arabidopsis. The Plant Cell 24: 3506-3529.
Wishart, D. 2014. The Metabolomics Innovation Centre: Genomics, Metabolomics and
Agriculture. University of Saskatchewan, Saskatoon. Consultado en línea el 10 de
noviembre
2014
en:
http://www.metabolomicscentre.ca/news/TMIC_AgriFood_USask_Presentation.pdf
Zhang, A., Sun, H., Wang, P., Han, Y., Wang, X. 2012. Modern analytical techniques in
metabolomics analysis. Analyst 137: 293-300.
Contacto para consultas técnicas sobre la demanda
Ing. Belisario Domínguez Méndez
Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA
Teléfono: (55) 3871-1000 ext. 33312 y 33328
Correo Electrónico: [email protected]
Demandas del Sector 2015-1
Página 44 de 114
Demanda 4
TEMA ESTRATÉGICO TRANSVERSAL: NANOTECNOLOGÍA AGRÍCOLA
I.
Titulo tema a demandar:
Nanotecnología agrícola: formulación de insecticidas, fungicidas, bactericidas, viricidas,
fertilizantes, herbicidas e inductores.
II.
Beneficiarios del proyecto:
Agricultores (productores), industriales, comerciantes y consumidores de productos y
alimentos de origen vegetal: principalmente papa, melón, sandía, manzano y durazno)
III. Antecedentes:
La nanotecnología es la ciencia que trabaja a escala nanométrica, es decir, a niveles tan
pequeños como moléculas y átomos. Es el diseño, creación, síntesis, manipulación y
aplicación de estructuras y materiales que tienen generalmente un tamaño de 1 a 100
nanómetros y su interés radica en que el pequeño tamaño de las partículas conlleva
propiedades físicas y químicas que difieren significativamente de las habituales a mayor
escala (Diallo et al., 2011).
A pesar del gran interés de la industria en este sector, los ejemplos de productos
disponibles hasta ahora son muy pocos y espaciados. La mayor parte de las innovaciones
se encuentran en este momento en fase de investigación y desarrollo, y es probable que
el sector agrícola vea algunas aplicaciones de la nanotecnología a gran escala en el
futuro (MacKenzie, 2007).
Se están llevando a cabo investigaciones sobre la formulación de diversas sustancias
agroquímicas de tamaño nanométrico, como fertilizantes, plaguicidas y estimulantes de
resistencia sistémica. Se ha señalado que la utilización de ingredientes activos de tamaño
nanométrico ofrece una mayor liberación de las sustancias agroquímicas en el campo,
una mejor eficacia de los plaguicidas y un mejor control de la dosis utilizada de productos
veterinarios. Se han investigado nanopartículas lápidas sólidas y nanoencapsuladas para
la liberación de sustancias agroquímicas (Frederiksen et al., 2003). Entre ellas figuran
Demandas del Sector 2015-1
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fertilizantes y plaguicidas de liberación lenta o controlada. Un ejemplo es una fórmula
combinada de fertilizante y plaguicida encapsulada en nanoarcilla para la liberación lenta
de estimulantes del crecimiento y agentes de control biológico, que se ha probado en el
Programa de Cooperación entre Pakistan y Estados Unidos de América sobre Ciencia y
Tecnología de 2006 (Miller y Sejen, 2008).
La utilización de nanoformas de sustancias agroquímicas ofrece una variedad de posibles
beneficios por lo que se refiere a reducir la utilización de sustancias químicas, aunque
además puede plantear también problemas relacionados con la exposición de los
agricultores y la contaminación de los productos agroalimentarios (Boxall et al., 2007).
Las formulaciones de ingredientes activos en microencapsulados y nanopartículas han
permitido aumentar su actividad y eficiencia con menores concentraciones por una mayor
tolerancia a condiciones ambientales y bióticas adversas, por mayor capacidad de
disolución, liberación contrala lenta e inducción de actividad sistémica; lo que conlleva un
uso más eficiente de los insumos agroquímicos. Joseph y Morrison (2006), señalan que
algunas compañías producen formulaciones que contienen nanopartículas en el espectro
de 100 a 250 nm que pueden disolverse en agua más eficazmente que las existentes.
IV. Problemática:
Uno de los principales retos que actualmente enfrenta el sector agrícola mundial es el
abastecimiento de alimentos para una población creciente. De acuerdo con estimaciones
de la Organización de las Naciones Unidas (ONU), la población mundial alcanzó 7 mil
millones hacia finales de octubre de 2011, y será de 9.1 mil millones de personas en
2050, con una contribución significativa de los países en desarrollo. Por lo anterior, se
prevé que para hacer frente a la demanda de alimentos que dicho nivel de población
implica, será necesario que la producción global de alimentos se incremente 70 por ciento
y casi 100 por ciento en las economías emergentes hacia la mitad del presente siglo.
Por otra parte, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) y
la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO)
proyectan un incremento en la producción agrícola global a una tasa anual de 1.7 por
ciento hasta el 2020. Dicha tasa es menor que el crecimiento anual de 2.6 por ciento
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durante la década previa. En particular, se espera un menor crecimiento en la producción
de granos forrajeros y oleaginosas, entre otras causas, debido a que los productores de
estos cultivos enfrentan costos de producción más altos y un menor ritmo en el
crecimiento de la productividad. Este último factor, medido en términos del aumento en los
rendimientos de los cultivos, reporta una tendencia decreciente durante los últimos diez
años, y constituye un factor clave para cumplir el reto de la agricultura mundial. En este
sentido, resulta importante realizar un uso más eficiente de los insumos agrícolas
(pesticidas y fertilizantes agrícolas), lo cuales tienen una gran importancia en los costos
de producción agrícolas e impactan significativamente las inversiones que hacen los
agricultores con el fin de incrementar la producción en el sector agroalimentario
(ASERCA, 2012).
Adicionalmente la industria alimentaria demanda métodos eficientes, seguros e inocuos
de control fitosanitario de los cultivos; y métodos seguros y rápidos para estimar la
identidad, la caducidad, el deterioro o la contaminación de los alimentos. A la industria en
general, y a la alimentaria en particular, le es necesario controlar de manera confiable los
productos en matrices muy complejas. Las medidas dirigidas hacia el control de alimentos
cada vez son más estrictas y generan necesidades analíticas muy variadas.
Esencialmente se pueden clasificar en contaminantes microbiológicos (bacterias, virus y
parásitos), material exógeno, toxinas naturales, y otros compuestos químicos tales como
plaguicidas, metales tóxicos, drogas y residuos veterinarios, entre otros.
En este contexto, la aplicación de la nanotecnología en la producción agrícola contribuye
a mejorar la productividad (principalmente en uso de fertilizantes), optimizando el uso del
agua, los fertilizantes y los productos fitosanitarios y a proteger los productos de posibles
contaminaciones (uso de plaguicidas, desarrollo de nanocaptadores para detectar
enfermedades, plagas o falta de agua en las plantas).
V. Logros y Avances:
La nanotecnología está introduciendo una nueva gama de nuevos agroquímicos sintéticos
y naturales, reguladores del crecimiento vegetal, estimulantes y fertilizantes químicos
potencialmente más eficientes que los usados actualmente. Asimismo, es probable que la
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nanotecnología, al brindar nuevas herramientas de manipulación genética se extienda a la
ingeniería genética de cultivos.
Las compañías agroquímicas han reducido el tamaño de las partículas de las emulsiones
químicas existentes, llevándolas a dimensiones nanoscópicas, o han encapsulado los
ingredientes activos en nanocápsulas diseñadas para abrirse bajo ciertas condiciones, en
respuesta a la luz solar, el calor o condiciones alcalinas en el tubo digestivo de un insecto.
Algunas compañías producen formulaciones que contienen nanopartículas en el espectro
de 100 a 250 nm que pueden disolverse en agua más eficazmente que las existentes
(aumentando así su nivel de actividad (Joseph y Morrison (2006). Otras emplean
suspensiones de nanopartículas (nanoemulsiones) que pueden tener base hídrica o de
aceite y contienen suspensiones uniformes de nanopartículas plaguicidas o herbicidas en
el espectro de los 200 a 400 nm. Se ha logrado mejorar la eficacia debido a mayor área
de superficie, mayor solubilidad, inducción de actividad sistémica por el pequeño tamaño
de partícula, mayor movilidad y menor toxicidad que formulaciones convencionales
(Sasson et al., 2007).
Entre las ventajas de insumos agrícolas a nanoescala, destacan: mejora de la producción,
agricultura de precisión, aplicación en plaguicidas, herbicidas, invernaderos, reducción del
uso de agua de riego, suelo, fertilizantes, detección de niveles de agua, nitrógeno,
nutrientes, plagas y tratamientos fitosanitarios con agroquímicos (Coppo, 2009).
En el siguiente cuadro se enlistan algunas aplicaciones de la nanotecnología en la
agricultura y en el procesamiento de alimentos:
En Agricultura
Nanocápsulas
para transportar
plaguicidas,
fertilizantes
y
otros
agroquímicos
En
Procesamiento de
Alimentos
En Envasado de
Alimentos
Nanocápsulas para Anticuerpos
mejorar
la adheridos
biodisponibilidad
nanopartículas
de
los
nutracéuticos
en
ingredientes
estándar, como los
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En Suplementos
Nanopolvos
a aumentan
absorción
nutriente
que
la
del
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aceites vegetales
Transporte
hormona
crecimiento
vacunas
de Nanocápsulas que
de tienen
y potenciadores del
sabor
Nanosensores
para el monitoreo
de
las
condiciones
de
suelo
y
del
crecimiento de la
cosecha
Nanopartículas
que
contienen
agentes utilizados
para mantener la
viscosidad
del
producto
Nanochips para Nanocápsulas que
identificación
contienen
infusiones a base
de
esteroles
vegetales
para
remplazar
el
colesterol de la
carne
Nanosensores
biodegradables
para el monitoreo
de temperatura y
humedad
Nanoencapsulación
de
nutracéuticos
para
una
mejor
absorción
y
estabildad
Nanofilms
utilizados
barreras
prevenir el
del alimento
absorción
oxígeno
Nanopartículas que
distribuyen
nutrientes, a las
células de manera
más eficiente sin
afectar el color o
sabor del alimento
como
para
daño
y la
de
Nanosensores
Nanopartículas con
electroquímicos
vitaminas para una
para detectar el mejor absorción de
químico etileno
las mismas
Nanosensores
para la detección
de
patógenos
animales
o
vegetales
Nanopartículas
Nanopartículas
que
remueven antimicrobianas
químicos
o fungicidas
agentes patógenos
en alimentos
Nanopartículas
para transportar
ADN a las plantas
(ingeniería
genética)
Nanoemulsiones
para una mejor
disponibilidad
y
dispersión
de
nutrientes
Nanopolvos
y aumentan
absorción
nutriente
Envases
más
ligeros, fuertes y
resistentes al calor
con nanopartículas
de silicatos
Nanopolvos
aumentan
absorción
nutriente
que
la
del
que
la
del
Wang et al. (2007) han descrito la obtención de un surfactante no-iónico (metil decanoato)
en nanoemulsión (agua-polioxietileno) que contiene el plaguicida betacipermetrina. Se ha
mostrado que las nanopartículas de sílice poroso, obtenidas para la liberación controlada
del plaguicida validamicina soluble en agua con una gran capacidad de carga (36% de
peso), tienen pautas de liberación en fases múltiples (Liu et al., 2006). Asimismo, Bin
Hussein et al. (2005) han descrito la obtención del material nanohíbrido orgánicoinorgánico para la liberación controlada del herbicida 2,4-diclorofenoxiacetato. En el
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estudio se utilizó un hidróxido de aluminio y zinc de doble capa para alojar al ingrediente
activo del herbicida mediante autoensamblaje. Se afirma que hay pocos fertilizantes que
contienen micronutrientes de tamaño nanométrico (principalmente óxidos y carbonatos de
zinc, calcio, magnesio, molibedno, etc.). Existe polvo de roca micronizada (volcánica) a
partir de una variedad de fuentes para la remineralización del suelo. Un producto
comercial, que comprende sulfato de hierro, cobalto, aluminio, magnesio, manganeso,
níquel y plata, está disponible para el tratamiento de semillas y bulbos antes de su
plantación. Se afirma que el producto se ha obtenido de la nanotecnología, pero no se ha
facilitado el tamaño de la partícula. En China y la India se están llevando a cabo
actividades de investigación y desarrollo de fertilizantes de liberación lenta o controlada.
VI. Propósito de la demanda:
Desarrollo y evaluación de nuevos productos con ingredientes sintéticos y naturales con
formulaciones
nanotecnológicas
(insecticidas,
fungicidas,
bactericidas,
viricidas,
herbicidas, fertilizantes e inductores), de efectividad biológica superior; y nanosensores
para la detección oportuna de patógenos y diferentes tipos de estrés en plantas
cultivadas.
VII. Objetivos:
7.1. Objetivo General:
Obtener y evaluar nuevos productos con formulaciones nanotecnológicas de ingredientes
activos sintéticos y naturales (nuevos y preexistentes) para obtener plaguicidas,
fertilizantes y estimulantes con mejor actividad y efectividad biológica que contribuya
hacer un uso eficiente de los insumos empleados en la sanidad y la inocuidad de cultivos
y cosechas; así como nanosensores la detección oportuna de patógenos y otros tipos de
estrés en plantas.
7.2. Objetivos específicos:
1. Obtener y evaluar nuevos productos (al menos dos por tipo) con formulaciones
nanotecnológicas de ingredientes activos sintéticos y orgánicos prexistentes y
nuevos con actividad insecticida, funguicida, bactericida, viricida, herbicida y
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estimulante, para mejorar la efectividad biológica, útiles en el manejo
agronómico e integrado de plagas y enfermedades bióticas de especies
hortofrutícolas importantes en México: jitomate, papa, melón, sandía, manzano
y durazno.
2. Formular y evaluar nuevos productos (al menos dos por tipo) fertilizantes y
biofertilizantes de efectividad biológica superior, con microencapsulados y con
nanopartículas, utilizables en las principales especies hortofrutícolas de
importancia económica en México: jitomate, papa, melón, sandía, manzano y
durazno.
3. Formular y evaluar nuevos productos microencapsulados y con nanopartículas
con reguladores de crecimiento, des-estresantes e inductores (menos dos por
tipo) de resistencia/tolerancia de efectividad biológica superior, utilizables en
las principales especies hortofrutícolas de importancia económica en México:
jitomate, papa, melón, sandía, manzano y durazno.
4. Generar y evaluar productos nanosensores (al menos dos) para la detección
de patógenos y diferentes tipos de estrés (frío, calor, sequía) en las principales
especies hortofrutícolas de importancia económica en México: jitomate, papa,
melón, sandía, manzano y durazno.
5. Diseñar y aplicar un modelo de transferencia tecnológica, capacitación,
asistencia técnica, resultados de su validación y aplicación, por cultivo.
6. Realizar un diagnóstico actualizado de las cadenas de valor por cultivo
(estadísticas, principales zonas de producción, problemática tecnológica y
socioeconómica, directorio de principales productores, investigadores e
industriales).
VIII. Justificación:
El Plan Nacional de Desarrollo (PND) 2013-2018, publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 20 de mayo de 2013, establece en su Objetivo 3.5. “Hacer del desarrollo
científico, tecnológico y la innovación, pilares para el progreso económico y social
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sostenible”. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y
Alimentario 2013-2018, tiene como estrategia integral elevar la productividad para
alcanzar el máximo potencial del sector agroalimentario y una visión estratégica que
implica la construcción del nuevo rostro del campo, sustentado en un sector
agroalimentario productivo, competitivo, rentable, sustentable y justo, que garantice la
seguridad alimentaria del país y contribuya al desarrollo rural integral. Establece en el
Objetivo 1. “Impulsar la productividad en el sector agroalimentario mediante inversión en
capital físico, humano y tecnológico que garantice la seguridad alimentaria”; y en la
Estrategia 1.1 “Orientar la investigación y el desarrollo tecnológico a generar innovaciones
aplicadas al sector agroalimentario que eleven la productividad y competitividad”.
En congruencia con el PND y el Programa Sectorial (PSDAPA); y en cumplimiento con lo
establecido en el Art. 37 de la Ley de Desarrollo Rural Sustentable, el Sistema Nacional
de Investigación y Transferencia Tecnológica (SNITT), como parte de sus funciones
estratégicas, recabó información para identificar los temas estratégicos y transversales de
investigación, que aporten a elevar la productividad agrícola y la seguridad alimentaria del
país, en cumplimiento a lo establecido en el PND, PSDAPA y el Anexo de Ejecución del
Convenio del Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria,
Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos SAGARPA-CONACYT 2015.
En la agricultura, la nanotecnología puede aplicarse para el manejo mejorado de plagas,
enfermedades y la nutrición de las plantas; para la detección temprana de la presencia de
plagas, patógenos y diferentes tipos de estrés que las dañan, para la mejora de la
formulación y asimilación de agroquímicos y nutrientes esenciales para las plantas; de
inductores de resistencia/tolerancia sistémica para diferentes tipos de estrés, y para la
construcción de nanobiosensores importantes en determinados procesos biológicos. Su
uso puede incrementar la eficacia de los agroquímicos, nutrientes, fertilizantes,
insecticidas e inductores comerciales, reduciendo su cantidad de aplicación a unas dosis
significativamente menores requeridas para los cultivos con la mejora medioambiental y
con mejor eficiencia (Rickman et al., 1999; Rai e Ingle, 2012)
La posibilidad que tienen las nanotecnologías de aplicarse a aspectos de la producción
agrícola y el manejo de los productos en pocosecha, permitirá el aumento de la
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productividad y uso eficiente de los insumos empleados en este sector, por lo que es de
gran importancia el desarrollo y evaluación de nuevos productos con nanotecnología
(microencapsulados y nanopartículas) para lograr mayor eficiencia de plaguicidas,
fertilizantes, estimulantes y otros agroquímicos; así como nanosensores para la detección
oportuna de plagas, fitopatógenos y tipos de estrés en el sector agrícola de México.
IX. Productos a entregar:
1. Documento con protocolos de los desarrollos tecnológicos para la obtención de
insecticidas, funguicidas, bactericidas, viricidas, herbicidas, fertilizantes e
inductores (al menos dos por tipo) formulados con nanotecnología, así como
los documentos de trámite de registro de protección intelectual de los
productos generados.
2. Un documento con los resultados de la evaluación de los insecticidas,
funguicidas, bactericidas, viricidas, herbicidas, fertilizantes e inductores
formulados con nanotecnología, en apoyo al manejo fitosanitario de especies
hortofrutícolas de importancia en México: jitomate (tizones, bacterias y virus),
papa (plagas y enfermedades del tubérculo), melón/sandía (principales plagas
y enfermedades foliares y de la raíz), manzano (principales plagas y
enfermedades: al menos polilla (Cydia pomonela), pulgón lanígero (Erizoma
lanigerum), la araña (tretranichus urticae) y la roña (Venturia inaequalis) y
durazno (plagas y enfermedades: al menos barrenador de ramas (Anarsia
lineatella), araña (Tetranychus urticae), pulgón verde (Myzus persicae),
pudrición café (Monilinia frutícola), cenicilla polvorienta (Sphaeroteca pannosa),
así como los documentos de trámite de registro de protección intelectual de los
productos generados.
3. Protocolos de los desarrollo tecnológicos para la obtención de fertilizantes y
biofertilizantes (al menos dos por tipo) formulados con nanotecnología, así
como la evidencia de trámite de registro de protección intelectual de los
productos generados.
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4. Un documento con los resultados de evaluación de los fertilizantes y
biofertilizantes formulados con nanotecnología, en especies hortofrutícolas de
importancia en México: jitomate, papa, melón, sandía, manzano y durazno; así
como la evidencia de trámite de registro de protección intelectual.
5. Un documento con los protocolos de los desarrollo tecnológicos para la
obtención de reguladores del crecimiento, desestresantes e inductores de
resistencia/tolerancia (al menos dos por tipo) formulados con nanotecnología;
así como los documentos de trámite de protección intelectual de los productos
generados.
6.
Un documento con los resultados de evaluación de reguladores del
crecimiento, desestresantes e inductores de resistencia/tolerancia formulados
con nanotecnología, en especies hortofrutícolas de importancia en México:
jitomate, papa, melón, sandía, manzano y durazno; así como los documentos
de trámite de protección intelectual.
7. Un documento con los protocolos de los desarrollo tecnológicos para la
obtención de nanosensores (al menos uno por tipo) para la detección de
plagas, patógenos y otros tipos de estrés (calor, frío y sequía); así como los
documentos de trámite de protección intelectual de los productos generados.
8. Un documento con los resultados de evaluación de nanosensores para la
detección de plagas, patógenos y otros tipos de estrés (calor, frío y sequía); así
como los documentos de trámite de protección intelectual.
9. Un documento con la caracterización del modelo de transferencia de
tecnología, capacitación y asistencia técnica basado en el estado del arte y los
resultados de del proyecto, con evidencia de trámites para registro de
propiedad intelectual.
10. Un documento del diagnóstico actualizado sobre los desarrollos tecnológicos
nanotecnológicos disponibles y aplicables a jitomate, papa, melón, sandía,
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manzano y durazno, con evidencia de trámites para registro de propiedad
intelectual.
X. Impactos a lograr con los productos a obtener:
Económico
 Coadyuvar con la actividad económica del sector agrícola, mediante la aplicación
tecnologías, metodologías y estrategias de mayor eficiencia y efectividad, como las
nanotecnológicas que permitan mejorar la productividad del sector.
 Disponer nuevos insumos modernos nano-formulados que contribuyan a mejorar
la competitividad en el sector agrícola.
Social
 Mejorar la actividad productiva y la calidad de vida de productores agrícolas que
dependen de manera directa o indirecta de la agricultura.
 Reconocer la necesidad de reducir al máximo el uso convencional de
agroquímicos y de productos convencionales que ponen en riesgo la inocuidad de
los productos agrícolas y más residuales en el ambiente.
Tecnológico
 Contar con nuevas alternativas para dinamizar y diversificar los sistemas de
producción y manejo de los cultivos; así como el diagnóstico temprano de
diferentes tipos y niveles de estrés.
 Generar
y aplicar
nuevas tecnologías que mejoren la productividad y
competitividad e inocuidad de la agricultura nacional.
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Ecológico

Menores residuos agroquímicos acumulados en cosechas y productos de origen
vegetal, al tener una mejor formulación (dosis significativamente menores), mejor
efectividad bilógica y sensores para diagnóstico temprano.

Menores residuos de agroquímicos liberados al ambiente al tener una mejor
formulación (con dosis requeridas significativamente menores), efectividad bilógica
y diagnóstico temprano.
XI. Literatura citada:
Agencia de Servicios a la Comercialización y Desarrollo de Mercados Agropecuarios
(ASERCA). 2012. El mercado de los fertilizantes 2011-2012. Revista Claridades
Agropecuarias Edición Especial julio 2013, 45-48.
Akbari, Z., Ghomashchi, T. and Moghadam, S. 2007. Improvement in food packaging
industry with biobased nanocomposites. International Journal of Food Engineering
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Coppo J. A. 2009. Nanotecnología. Revista Veterinaria 20: 61-71.
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Bin Hussein, M. Z., Yahaya, A. H., Zainal, Z. & Kian, L. H. 2005. Nanocomposite based
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incapsulated in zinc-aluminium-layered double hydroxide. Science and Technology
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Diallo M., Brinker C. J., Nel A., Shannon M., Savage N., Scott N., Murday J. 2011.
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Science Policy Reports 1: 221-259.
Frederiksen, H. K., Kristensen, H. G., Pedersen, M. 2003. Solid lipid microparticle
formulations of the pyrethroid gamma-cyhalothrin-incompatibility of the lipid and the
pyrethroid and biological properties of the formulations. J. Control. Release 86(2-3):
243–52.
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MacKenzie A. A. 2007. Looking to the future: potential nanotechnology applications in
animal health. OIE Bull 4: 11–14.
Rai M., and Ingle A. 2012. Role of nanotechnology in agriculture with special reference to
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Rickman, D., Luvall, J. C., Shaw, J., Mask, P., Kissel, D., and Sullivan, D. 1999. Precision
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www.ghcc.msfc.nasa.gove/precisionag/
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Insecticides design using advanced technologiesNetherlands: Springer-Verlag 1–32.
SENASICA. 2010. Información técnica de
exportación. México. 56 pp.
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fruto de durazno fresco mexicano
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Sorrentino, A., Gorrasi, G., Vittoria, V. 2007. Specialty Biotech Thailand. Trends Food
Science and Technology 18: 84–95.
Wang, L., Li, X., Zhang, G., Dong, J., Eastoe, J. 2007. Oil-in-water nanoemulsions for
pesticide formulations. Journal of Colloid and Interface Science 314(1):230–235.
Contacto para consultas técnicas sobre la demanda
Ing. Belisario Domínguez Méndez
Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA
Teléfono: (55) 3871-1000 ext. 33312 y 33328
Correo Electrónico: [email protected]
Demandas del Sector 2015-1
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Demanda 5
TEMA ESTRATÉGICO TRANSVERSAL: NANOTECNOLOGÍA PECUARIA
I.
Titulo tema a demandar:
Nanotecnología pecuaria: formulación de fármacos veterinarios para el manejo de
padecimientos y el bienestar animal
II.
Beneficiarios del proyecto:
Ganaderos (productores), industriales, comerciantes y usuarios de nuevos métodos de
diagnóstico temprano y de la administración de fármacos (nano-formulados) para el
manejo y control de padecimientos y del bienestar animal bovinos (carne y leche), aves
(carne y huevo) y porcinos.
III. Antecedentes:
La nanotecnología es una ciencia que trabaja a escala nanométrica, a niveles de
moléculas y átomos para el diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de
estructuras y materiales que tienen nano-tamaños (de 1 a 100 nanómetros); y su interés
radica en que el pequeño tamaño de las partículas conlleva propiedades físicas y
químicas que difieren significativamente de las de escalas habituales (Diallo et al., 2011).
La nanotecnología posee el potencial de revolucionar la producción agropecuaria. En la
producción animal incluyen el uso de nuevas herramientas moleculares y celulares para la
reproducción, preservación de la identidad del animal desde el nacimiento hasta la mesa
del consumidor (trazabilidad), bioseguridad de los alimentos de origen pecuario, mejor
comprensión de los fenómenos que rigen la nutrición y protección animal desde la
ingestión de la dieta hasta la captación y utilización del nutriente y de los fármacos (Mistry
et al., 2009).
La nanotecnología para el diagnóstico, tratamiento, seguimiento y control de
enfermedades “nanomedicina” se refiere al uso de “máquinas” moleculares (nanobots,
sondas, sensores y otras) para tratar problemas médicos, así como al empleo de los
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conocimientos moleculares para mantener y mejorar la salud en escala molecular
(Feneque, 2003). Esta rama agrupa tres áreas principales: el nanodiagnóstico, la
liberación controlada de fármacos y la medicina regenerativa (Mejias et al., 2009).
La nanotecnología abrió camino a nuevas técnicas útiles para la medicina veterinaria,
especialmente los nanofármacos (medicamentos basados en la química específica de las
nanopartículas) y los nanodispensadores (transportadores con destinos específicos
programados).
Las nanopartículas, en ganadería son útiles para el diagnóstico de enfermedades y para
actuar como sistemas de transporte y entrega de medicamentos. La investigación ha
demostrado la viabilidad de introducir nanotubos y nanocápsulas en los animales para
buscar y destruir determinadas células blanco (Scott, 2007). La nanomedicina es una de
las áreas que más puede contribuir al avance proporcionando nuevos métodos de
diagnóstico y cribaje de enfermedades, así como mejores sistemas para la administración
de fármacos y herramientas para el monitoreo de algunos parámetros biológicos (Coppo,
2009).
Los
microfluídos
son
ampliamente
utilizados
en
el
diseño
de
dispositivos
microbioanalíticos y de diagnóstico. Un chip miniaturizado tiene varias ventajas,
incluyendo consumir pequeña cantidad de muestra y de reactivos, reduciendo la
necesidad de espacios de laboratorio y de trabajo. Las aplicaciones de los dispositivos de
microfluídos incluyen la mezcla y la creación de nanoemulsiones, detección de
contaminantes, tóxicos y agentes patógenos en los alimentos (Luecha et al., 2010).
La micro y nanoencapsulación se pueden utilizar en la industria pecuaria para administrar
elementos minerales que tengan influencia o estén implicados en procesos fisiológicos
como antioxidantes, de defensa, prevención de enfermedades, mutación viral,
reproducción, suplementos alimenticios entre otros, como es el caso del selenio (Se)
(Cedillo-Galindo et al., 2013).
IV. Problemática:
Parte de la problemática de la producción pecuaria ha sido causada por el cambio
climático, las enfermedades y baja variabilidad genética. En aves, a mediados del 2012 el
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brote de influenza aviar afectó fuertemente la producción de huevo y carne de pollo (FND,
2014a).
En bovinos, la problemática reside en la sequía que ocasionó la disminución del inventario
de ganado para carne en el país en un 3.5% (29.5 millones de cabezas) en 2012; el
ganado lechero se mantiene estable (2.4 millones de cabezas) (FND, 2014b).
La producción de porcinos ha sido afectada debido al virus de la diarrea epidémica
porcina, que afecta a EEUU y se ha extendido a nuestro país, por lo que se espera que
México disminuya su inventario en cerca del 10% para 2014 y otro tanto en 2015 (FND,
2014c).
Los diferentes tipos de exposición de los animales a las nanopartículas, como con
muchas otras sustancias en el medio ambiente, pueden incluir la exposición a través de la
alimentación, de aire, agua o alimento. En el aire los animales están expuestos a fuentes
naturales de nanopartículas, como el polvo ultra fino derivado de la actividad volcánica o
los procesos naturales de meteorización geológicos. Otra vía de exposición a las
nanopartículas, es por medio de la ingesta de alimentos o agua, ya que las nanopartículas
puedan ser absorbidas por las plantas y así entrar en las cadenas alimentarias, o pueden
filtrarse en el agua de beber y ser directamente absorbidas por los animales (Hett, 2004).
Cuando un animal resulta afectado por una enfermedad, pueden pasar días e incluso
semanas o meses antes de que los síntomas se hagan evidentes; para entonces, la
infección puede haberse extendido lo suficiente como para ser incontrolable y terminar
con la vida de muchos ejemplares, por lo que es necesaria una herramienta que opere
mediante la detección y erradicación temprana (López, 2007).
El desarrollo de nuevas cepas de bacterias resistentes a los antibióticos actuales se ha
convertido en un grave problema en la salud; por lo tanto, hay un fuerte incentivo para
desarrollar nuevos bactericidas
y sus formulaciones (Panacek et al., 2006). Como
tratamiento de la enfermedad y una herramienta de diagnóstico de precisión, las
nanopartículas pueden tener incluso mayor potencial en el campo de tecnología médica
para humanos y animales.
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Antes de su aplicación comercial o industrial es importante considerar las regulaciones de
los riesgos potenciales asociados a las nanodimensiones y la posible migración de los
iones metálicos en los alimentos o bebidas (Llorens et al., 2012). En prevención, previo a
su aplicación directa, debe aplicarse el principio de seguridad para su estudio y aplicación
a escala comercial; y se deben rastrear sus efectos toxicológicos para el ser humano y el
ambiente; ya que aunado a los beneficios del uso de materiales e instrumentos que lleven
partículas de tamaño nanométrico, prevalece el debate sobre sus efectos secundarios,
pues algunos podrían ser muy reactivos y tener también efectos dañinos sobre las células
(Martínez-Gómez et al., 2013).
V. Logros y Avances:
Aunque el uso de la nanotecnología en la medicina parece ser relativamente reciente, el
aprovechamiento de la nanotecnología básica se ha aplicado desde varias décadas atrás
(Omara et al., 2009). Alrededor de 40 laboratorios en todo el mundo utilizan grandes
cantidades de dinero para la investigación en nanotecnología. Alrededor de 300 empresas
tienen el término “nano” en su nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el
mercado (Waldner, 2008).
Recientemente se han creado nanopartículas que imitan la superficie de la membrana
celular de los enterocitos del pollo; arribadas al intestino por vía oral, cuando algún
germen se acerca a las partículas, éstas se cierran envolviendo al microorganismo, tras lo
cual se aglutinan unas con otras y se eliminan a través de las deyecciones. Tales
nanopartículas constituyen un “alimento inteligente” capaz de proteger al ave de algunas
enfermedades infecciosas (Coppo, 2009).
En el área de la producción animal, se están investigando la aplicación de identificadores
inteligentes de radiofrecuencia para la trazabilidad del ganado y la detección activa de
vacunación (Coppo, 2009).
La nanotecnología posibilitó la existencia de una nueva ruta de vehiculización de
fármacos. En modelos animales, nanopartículas pudieron ser transportadas directamente
desde la nariz al cerebro a través del epitelio olfativo y los nervios trigéminos, con la
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ventaja de no ser afectadas por reflujo mucoso ni degradación en la cavidad nasal (Mistry
et al., 2009).
Se han desarrollado nanotubos, implantados bajo la piel de vacas lecheras, que operan
como sensores en tiempo real de los niveles hormonales gonadales (estradiol), lo que
revela con precisión el estado del ciclo reproductivo del animal (López, 2007).
Se estima que una de las principales contribuciones de los dendrímeros será el
diagnóstico y la erradicación de los tumores malignos que afectan a la población geriátrica
de pequeños animales, al liberar quimioterápicos e isótopos radiactivos dentro de la
microvasculatura del tumor (Feneque, 2003).
También se han utilizado nanopartículas para introducir fármacos y genes en las células
afectadas por una enfermedad o bien para identificar y destruir determinadas células
diana, por ejemplo, tumorales. En este último caso, se han empleado nanocristales
cuánticos que al ser excitados reemiten luz fluorescente en una longitud de onda
determinada que depende directamente del tamaño del cristal. Inyectados en el torrente
circulatorio del animal pueden poner en evidencia células dañadas mediante la
iluminación específica. Se han diseñado nanotubos que al ser inyectados en la sangre se
concentran en torno a un tumor (López, 2007).
Un grupo de investigadores del Colegio de Postgraduados (COLPOS) han preparado y
caracterizado micro y nanopartículas, conteniendo selenio (Se) inorgánico, con la finalidad
de administrarlas por vía oral a rumiantes, ya que este elemento está implicado en
procesos fisiológicos, como antioxidante, de defensa, o bien, en la prevención del cáncer,
enfermedades
cardiovasculares,
mutación
viral,
enfermedad
neuronal
y
artritis
reumatoide, y es considerado un elemento esencial para la función óptima del sistema
endocrino (Cedillo-Galindo et al., 2013).
VI. Propósito de la demanda:
Desarrollos tecnológicos y formulaciones nanotecnológicos validados, de ingredientes
activos, fármacos, vacunas, alimentos y nano-dispositivos para el manejo de la nutrición,
enfermedades (respiratorias, reproductivas, osteomusculares, de los sistemas nervioso y
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digestivo), reproducción, diagnóstico temprano y bienestar de bovinos (carne y leche),
aves (carne y huevo) y porcinos, mediante aplicaciones nanotecnológicas confiables.
VII. Objetivos:
7.1. Objetivo General:
Desarrollar, formular y validar nuevos productos veterinarios nanotecnológicos confiables
(alimentos, ingredientes activos, fármacos y vacunas veterinarios) con ingredientes
activos nuevos y preexistentes y generar nano-dispositivos, para el manejo de la nutrición,
enfermedades (respiratorias, reproductivas, osteomusculares, de los sistemas nervioso y
digestivo), diagnóstico temprano, padecimientos y el bienestar animal de bovinos (carne y
leche), aves (carne y huevo) y porcinos (virus de la diarrea porcina).
7.2. Objetivos específicos
1. Formular y validar nuevos alimentos y dietas o suplementos veterinarios con
efectividad biológica superior derivadas de aplicaciones nanotecnológicas para
un mejor manejo de la nutrición de bovinos (carne y leche), aves (carne y
huevo) y porcinos.
2. Formular y validar nuevas vacunas natecnológicas de efectividad biológica
superior y nanodispositivos de detección-diagnóstico temprano para la
prevención y control de las enfermedades infecciosas (respiratorias virales y
bacterianas) de bovinos (carne y leche), aves (carne y huevo) y porcinos
(énfasis en el virus de la diarrea porcina).
3. Formular y validar nuevos fármacos nanotecnológicos de administración localizada
y liberación gradual de efectividad biológica superior para el manejo de
enfermedades
reproductivas,
osteomusculares;
y
contra
los
endo
y
ectoparásitos más frecuentes de bovinos (carne y leche), aves (carne y huevo)
y porcinos.
4. Formular y validar fármacos especializados de administración localizada y
liberación gradual de efectividad biológica superior, para el bienestar animal de
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las principales especies pecuarias (bovinos: carne y leche, aves: carne y
huevo; y porcinos), valorando los beneficios y riesgos potenciales.
5. Diseñar y aplicar un modelo de transferencia tecnológica, capacitación, asistencia
técnica, ligado a los resultados del proyecto y el estado del arte considerando
los tipos de productores y de ganado.
6. Elaborar
un
diagnóstico
actualizado
sobre
los
desarrollos
tecnológicos
nanotecnológicos disponibles y aplicables en bovinos (carne y leche), aves
(carne y huevo) y porcinos.
VIII. Justificación:
El Plan Nacional de Desarrollo (PND) 2013-2018, publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 20 de mayo de 2013, establece en su Objetivo 3.5. Hacer del desarrollo
científico, tecnológico y la innovación, pilares para el progreso económico y social
sostenible. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y
Alimentario 2013-2018, tiene como estrategia integral elevar la productividad para
alcanzar el máximo potencial del sector agroalimentario y una visión estratégica que
implica la construcción del nuevo rostro del campo, sustentado en un sector
agroalimentario productivo, competitivo, rentable, sustentable y justo, que garantice la
seguridad alimentaria del país y contribuya al desarrollo rural integral. Establece en el
Objetivo 1. “Impulsar la productividad en el sector agroalimentario mediante inversión en
capital físico, humano y tecnológico que garantice la seguridad alimentaria”, y en la
Estrategia 1.1 “Orientar la investigación y el desarrollo tecnológico a generar innovaciones
aplicadas al sector agroalimentario que eleven la productividad y competitividad”.
En congruencia con el PND y PSDAPA, y en cumplimiento con lo establecido en el Art. 37
de la Ley de Desarrollo Rural Sustentable, el Sistema Nacional de Investigación y
Transferencia Tecnológica (SNITT), como parte de sus funciones estratégicas, recabó
información para identificar los temas estratégicos y transversales de investigación, que
aporten a elevar la productividad de la producción pecuaria y la seguridad alimentaria del
país, en cumplimiento a lo establecido en el PND, PSDAPA y el Anexo de Ejecución del
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Convenio del Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria,
Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos SAGARPA-CONACYT 2015.
La producción en el sector pecuario se ha visto afectada por el cambio climático,
enfermedades, desnutrición y falta de variabilidad genética. En el año 2012 el brote de
influenza aviar afecto fuertemente la producción de huevo y carne de pollo, las sequías
redujeron la producción de carne y leche de bovinos reduciendo un 3.5% el inventario de
ganado bovino de carne y los porcinos se han visto afectados y están amenazados por el
virus de la diarrea epidémica porcina (FND, 2014a; 214b; 2014c).
En la actualidad si un animal resulta afectado por una enfermedad, pueden pasar días e
incluso semanas o meses (dependiendo de su tamaño) antes de que los síntomas se
hagan evidentes. A esas alturas la infección puede haberse extendido lo suficiente como
para hacerse incontrolable y acabar con la vida de numerosos ejemplares. La
nanotecnología opera mediante la detección y erradicación tempranas, sistemas de
tratamiento inteligente que consisten en un dispositivo en miniatura implantado en el
animal, que muestre (analice) regularmente su saliva. Mucho antes de que aparezcan los
síntomas, el sistema integrado de detección y control alertaría sobre la presencia de la
enfermedad y notificaría al productor o al veterinario para instaurar el tratamiento
adecuado (López, 2007).
La última década ha provocado impresionantes adelantos en la ciencia e ingeniería de los
materiales, como el uso de componentes microelectrónicos, que se tradujeron en mejorías
de las técnicas de diagnóstico y control de las enfermedades animales. Estas
herramientas sostienen la promesa de miniaturizar dispositivos de diagnóstico que
podrían reducir los costos y aumentar la sensibilidad de una amplia gama de pruebas de
diagnóstico veterinario. Los recientes desarrollos, como la nanotecnología, han llevado a
la proliferación de novedosas y rápidas pruebas diagnósticas (Coppo, 2009).
La posibilidad que tienen las nanotecnologías de aplicarse a múltiples sectores, entre
ellos el pecuario, permitirá un mejor manejo de la nutrición, diagnóstico temprano,
padecimientos y bienestar animal de las principales especies pecuarias en México, por lo
que es de gran importancia el desarrollo y evaluación de tecnologías como
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microencapsulados y nanosensores, que coadyuven a elevar la productividad de este
sector en el país.
IX. Productos a entregar:
1. Un documento con los protocolos de los desarrollos tecnológicos, mediante
nanotecnología, para la obtención de alimentos, dietas y suplementos veterinarios
(al menos dos por tipo) y nanosensores útiles en el manejo más eficiente de la
nutrición de las principales especies pecuarias (bovinos: carne y leche, aves: carne
y huevo; y porcinos) en México, con evidencia de trámite para registro de
protección intelectual de los productos obtenidos.
2. Un documento con los resultados de evaluación de alimentos, dietas y
suplementos, y nanosensores, en el manejo de la nutrición de las principales
especies pecuarias (bovinos: carne y leche, aves: carne y huevo; y porcinos) en
México, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
3. Un documento con los protocolos de los desarrollos tecnológicos, mediante
nanotecnología, para la obtención de vacunas (al menos una por tipo de
ganado/enfermedad) y nanosensores, útiles en la prevención y manejo de las
enfermedades infecciosas (virales y bacterianas) más perniciosas de bovinos
(carne y leche), aves (carne y huevo) y porcinos, con evidencia de trámite para
registro de protección intelectual.
4. Un documento con los resultados de evaluación y validación de las vacunas (al
menos una por tipo de ganado/enfermedad) y nanosensores, formulados mediante
nanotecnología, para la prevención y manejo de las enfermedades infecciosas
(virales y bacterianas) más perniciosas de bovinos (carne y leche), aves (carne y
huevo) y porcinos, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
5. Un documento con los protocolos de los desarrollos tecnológicos para la
obtención, mediante nanotecnología, de nuevos fármacos veterinarios (al menos
una por especie/enfermedad) y nanodispositivos de detección temprana, para el
manejo de las enfermedades reproductivas, osteomusculares y los endo y
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ectoparásitos más frecuentes de bovinos (carne y leche), aves (carne y huevo) y
porcinos, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
6. Un documento con los resultados de evaluación y validación de nuevos fármacos
veterinarios y nanodispositivos de detección obtenidos mediante nanotecnología,
para el manejo de las enfermedades reproductivas, osteomusculares y los endo y
ectoparásitos más frecuentes de bovinos (carne y leche), aves (carne y huevo) y
porcinos, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
7. Un documento con los protocolos de los desarrollos tecnológicos para la
obtención, mediante nanotecnología, de nuevos fármacos veterinarios (al menos
una
por
especie
de
ganado)
de
administración-liberación
localizada
y
nanodispositivos de detección temprana, para el bienestar animal de bovinos
(carne y leche), aves (carne y huevo) y porcinos; con evidencia de trámite para
registro de protección intelectual.
8. Un documento con los resultados de evaluación y validación de nuevos fármacos
veterinarios (al menos una por especie de ganado) de administración-liberación
localizada y nanodispositivos de detección temprana, para el bienestar animal de
bovinos (carne y leche), aves (carne y huevo) y porcinos; con evidencia de trámite
para registro de protección intelectual.
9. Un documento con la caracterización del modelo de transferencia tecnológica,
capacitación, asistencia técnica, ligado a los resultados del proyecto y al estado
del arte, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
10. Un documento del diagnóstico actualizado sobre los desarrollos tecnológicos
nanotecnológicos disponibles y aplicables en bovinos (carne y leche), aves (carne
y huevo) y porcinos, con evidencia de trámite para registro de protección
intelectual.
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X. Impactos a lograr con los productos a obtener:
Económico

Coadyuvar con la actividad económica del sector pecuario, mediante la aplicación
de nuevas tecnologías, metodologías y estrategias nanotecnológicas veterinarias que
permitan mejorar la productividad del sector ganadero.

Disponer de tecnologías propias de última generación para mejorar la
competitividad en el sector ganadero.
Social
 Mejorar la actividad productiva y mejorar la calidad de vida de 12 millones de
productores pecuarios que dependen de manera directa o indirecta de la
ganadería.
 Reconocer la necesidad de reducir al máximo el uso convencional de fármacos y
de productos veterinarios que ponen en riesgo la inocuidad de los productos
pecuarios.
Tecnológico

Contar con estrategias para dinamizar y diversificar la actividad ganadera a través
de la salud, el bienestar animal y la eficiencia en el diagnóstico temprano y el tratamiento
de enfermedades con desarrollos nanotecnológicos.

Generar y aplicar nuevas tecnologías, como las nanotecnológicas, que mejoren la
productividad y competitividad e inocuidad de la ganadería nacional.
Ecológico

Menores residuos de vacunas y fármacos veterinarios acumulados en productos
de origen pecuario, al tener una mejor formulación, efectividad bilógica y
diagnóstico temprano.
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
Menores residuos de fármacos liberados al ambiente al tener una mejor
formulación (nanotecnológica), efectividad bilógica y diagnóstico temprano.
XI. Literatura citada:
Cedillo-Galindo N., Sánchez-Torres M. T., Miranda-Jiménez L., Méndez-Rojas M. A.,
Figueroa-Velasco J.L., Peralta-Ortíz J. 2013. Micro y nano encapsulación para la
liberación controlada de compuestos en la producción pecuaria: Caso selenio.
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Planeación Estratégica, Análisis Sectorial y Tecnologías de la Información.
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2014c. Panorama del Porcino. Dirección General Adjunta de Planeación Estratégica,
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Llorens A., Lloret E., Picouet P. A., Trbojevich R., Fernández A. 2012. Metallic-based
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2007.
Nanoscience
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veterinary
medicine.
Veterinary
Research
Communications 1: 139–144.
Waldner J. B. 2008. Nanocomputers and Swarm Intelligence. Edit. Wiley & Sons. London,
U.K. 172 p.
Contacto para consultas técnicas sobre la demanda:
Ing. Belisario Domínguez Méndez
Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA
Teléfono: (55) 3871-1000 ext. 33312 y 33328
Correo Electrónico: [email protected]
Demandas del Sector 2015-1
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Demanda 6
TEMA ESTRATÉGICO TRANSVERSAL: OPTIMIZACIÓN DE LA OBTENCION Y
PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS BIOLÓGICOS ACTIVOS DE ALTO VALOR
ECONOMICO Y TECNOLOGICO
I.
Título tema a demandar:
Optimización de la obtención y purificación de compuestos biológicos activos de alto valor
económico y tecnológico
II.
Beneficiarios del proyecto:
Los productores primarios, industriales, comerciantes y los consumidores integrantes de
cadenas de valor basadas en productos y subproductos agropecuarios, pesquerosacuícolas y de recursos bióticos-genéticos importantes en el sector agroalimentario
nacional.
III. Antecedentes:
Los compuestos bioactivos naturales incluyen una amplia diversidad de estructuras y
funcionalidades que proporcionan un excelente conjunto de moléculas para la elaboración
de productos nutracéuticos, alimentos funcionales, aditivos alimentarios, entre otros de
alto valor económico (Gil-Chávez et al., 2013).
La extracción comercial de diversos compuestos biológicos activos (extractos y esencias)
de origen natural a partir de plantas (hojas, flores, frutos, semillas, raíces y tubérculos) se
hace por medio de solventes orgánicos. Los extractos y esencias son principalmente
utilizados como colorantes (Antocianinas, Betacianas, Antocianinas, Carotenoides,
Flavonoides, Clorofila, Xantofilas, Ácido Carmínico y Ácido Kermísico), saborizantes,
aromatizantes y aditivos, entre otros. Los solventes orgánicos de extracción, tienen las
desventajas de que no son completamente eliminados (lo que produce una contaminación
del producto final) y la alta temperatura de operación durante el proceso provoca
desnaturalización de los compuestos extraídos (Elizalde, 2008; Martínez, 2008).
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Colorantes. Los colores naturales y sus formulaciones encuentran amplias aplicaciones
desde los alimentos a los productos farmacéuticos y desde los tintes a los productos
cosméticos.
Una parte importante de los colorantes alimenticios naturales la constituyen los
carotenoides extraídos (pigmentos amarillos, naranjas y rojos) que son ampliamente
distribuidos en plantas y animales.
El aumento de la demanda (consumo) de los colorantes alimenticios naturales ha llevado
no sólo a su recuperación a partir de fuentes naturales, sino también a la síntesis de
carotenoides idénticos a los naturales, importantes para la industria alimentaria.
El valor del consumo mundial de colorantes alimenticios naturales se estima en más de
mil millones de dólares americanos (Lashkari, 1999).
Los carotenoides son pigmentos naturales que proveen los colores amarillos, anaranjados
y rojos de diversas plantas y sus órganos. Estos colores son resultado de la presencia de
enlaces dobles conjugados que también proveen a los carotenoides propiedades
antioxidantes ocasionadas por la deslocalización de radicales libres capturados. Los
carotenoides son precursores de la vitamina A.
Según estudios epidemiológicos, los carotenoides son aplicados en la prevención de
cáncer, cataratas y enfermedades del corazón. Los carotenoides son pigmentos
inestables que son particularmente sensibles a la luz, el oxígeno y el peróxido. Son
fácilmente destruidos por degradación oxidativa debido a los enlaces dobles conjugados
entre las moléculas.
Carotenoides.
Estructura
molecular.
Hidrocarburos:
Licopeno,
Rhodopurpurina,
Caroteno y Leproteno. Xantofilas: Con 1 grupo OH (Lycoxanthin, Criptoxantina,
Rubixantina, Gazaniaxanthin, Rhodopin; Con 2 grupos OH (Luteína, Lycophyll,
Zeaxantina, Rhodoviolascina, Eschischolzanthina; Con 3 grupos OH (Flavoxantina,
Antheroxanthin, Petaloxanthin, Eloxanthin; Con 4 grupos OH (Violaxanthin, Taraxanthin.
Las
cetonas:
Myxoxanthin,
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Alphanin,
Rodoxantina
y
Equinenona.
Compuestos
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carboxílicos: Azafrin, Bixina, Crocetina y Compuestos de carbonilo hidroxilo: Capsantina,
β – citraurina, Capsorubina, Astaxantina y Fucoxantina.
Carotenoides. Materias Primas. 1) Pastos (clorofila); 2) Cáscara de naranja (xantofilas,
α- y β-carotenos); 3) Cúrcuma (curcumina); 4) Chiles (Caroteniodes: de los principales
colorantes alimentarios naturales; son lípidos. Se han identificado más de 500 moléculas
diferentes de carotenoides); oleorresina es un aceite de color rojo oscuro obtenido por
extracción de chiles secos (sin sabor picante)); 5) zanahoria (particularmente β-caroteno,
es importante para las industrias alimentarias y farmacéuticas, no sólo como un
antioxidante y un precursor de la vitamina A, sino también como un material colorante);
achiote (la bixina constituye del 70 al 80% de la masa total del pigmento, principalmente
usado en productos lácteos: queso, mantequilla, margarina o en las industrias de los
cosméticos, cuero, muebles, betunes para zapatos) y 6) Otros: Raíz Echoides (Nobilis
arnebia) pigmmento de color púrpura-azul; Rheum emodi y Rubia (pigmentos rojos
naturales).
Antocianinas como colorantes de alimentos. La mayoría de los espectaculares colores
naturales se atribuyen a las antocianinas. Las antocianinas están entre los grupos más
importantes
de
pigmentos
vegetales.
El
término
antocianina,
aunque
designa
científicamente a los pigmentos azules de las flores, también significa púrpura, violeta,
magenta, y casi todos los tonos rojos que se producen en las flores, frutos, hojas, tallos y
raíces. Sin embargo, hay dos excepciones: los jitomates deben su color rojo al licopeno y
la remolacha roja a la betanina, que son pigmentos que no pertenecen al grupo de
antocianinas. Han llegado a la prominencia debido a que son sustitutos altamente
deseables para los colorantes alimentarios sintéticos prohibidos. Las antocianinas son
solubles en agua, lo cual simplifica su incorporación en los sistemas de alimentos
acuosos. Sus desventajas son que su poder y la estabilidad de tinción en los alimentos
son generalmente bajos. La estabilidad de las antocianinas depende de factores, como la
concentración, temperatura, pH, y de su entorno.
Antioxidantes naturales. Los antioxidantes naturales son compuestos fenólicos o
polifenólicos que se producen en las plantas, que interfieren con la formación de
radicales libres (es decir, con las reacciones de iniciación) y también disuaden a la
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propagación de la oxidación, evitando así la formación de hidroperóxidos. Los
antioxidantes proporcionan defensa primaria al cuerpo mediante la eliminación de los
radicales libres que interfieren con el metabolismo.
En todos los alimentos y las medicinas a base de hierbas se producen algunos
antioxidantes naturalmente en diferentes cantidades. Su adición exógena en pequeñas
cantidades facilita el retraso o prevención del desarrollo de rancidez causada por la
oxidación atmosférica y por lo tanto conserva grasas, aceites y componentes liposolubles
como las vitaminas, carotenoides y otros ingredientes nutritivos de los alimentos. En
concentraciones más altas, los antioxidantes pueden actuar como pro-oxidantes, ya que
ellos mismos son susceptibles a la oxidación. Por lo tanto, con el fin de garantizar la
calidad, la seguridad y la vida útil de los productos alimenticios, es esencial seguir
estrictamente la las normas que existen en los distintos países con respecto a la sinergia
entre diferentes clases de productos alimenticios y los antioxidantes.
Existe evidencia científica definitiva de que la suplementación de la dieta con
antioxidantes naturales como las vitaminas A, C, E y flavonoides puede minimizar muchos
riesgos de enfermedades humanas causadas por el daño oxidativo, incluyendo:
envejecimiento, cataratas, enfermedades coronarias del corazón y cáncer, ente otros.
Su presencia natural en los alimentos, como frutas, verduras, hojas, nueces y granos
proporciona un valioso nivel de protección contra el ataque oxidativo. Si la aparición de
estas enfermedades pudiera retrasarse incluso por unos pocos años, las implicaciones
positivas sociales y económicas para los países serían enormes.
Los antioxidantes naturales presentes en alimentos a menudo se agotan debido a la
degradación por la operación física o química, cuando los alimentos son sometidos a
procesamiento. En consecuencia este tipo de alimentos son fortificados con antioxidantes,
preferiblemente de fuentes naturales, o mezclados con algunos extractos naturales
enriquecidos con antioxidantes. Los antioxidantes deben añadirse al producto tan pronto
como sea posible. Una de las tendencias importantes en la industria alimentaria de hoy es
la demanda de los antioxidantes naturales de materiales vegetales. La superioridad de los
antioxidantes naturales se ha demostrado sobre los sintéticos en términos de seguridad,
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la tolerancia, y no toxicidad, sin efectos secundarios, porque estos componentes se
encuentran naturalmente en los alimentos que han sido consumidos durante muchos
años.
Los antioxidantes naturales más comúnmente utilizados son tocoferoles, ácido
ascórbico, flavonoides, lecitina, ácido cítrico, y polifenoles. Estos se añaden en
diminutas, concentraciones predeterminadas (0.01 a 0.02%) a los aceites, esteroles,
emulsionantes, solubles en grasa como vitaminas, fosfolípidos, sabores, aroma, incluso
carotenoides (color) que son susceptibles a la oxidación durante el almacenamiento y el
transporte.
Los bioflavonoides que se incluyen en alimentos como aromatizantes, han sido
reconocidos como eficaces en la tasa de disminución de la agregación y sedimentación in
vitro de los eritrocitos de la sangre y son útiles en el control de la dieta para problemas
relacionados con la coagulación de las plaquetas. Estos antioxidantes polifenólicos de
alto peso molecular poseen actividad anticancerígena (antiproliferación, antimetastásica
y prodiferenciación). Un aumento de la ingesta de estos antioxidantes puede contribuir a
reducir al mínimo el problema de la oxidación del colesterol de la dieta, que es causa de
paro cardíaco. Por lo tanto, los antioxidantes son esenciales para mantener un buen
estado de salud de nuestro cuerpo y para la preservación de alimentos y medicinas.
La vitamina E está en la lista como el suplemento nutricional más consumida (400 UI en
un día). La vitamina E, que mantiene las membranas celulares sanas, también reduce el
riesgo de cáncer de próstata en los hombres, combate la enfermedad de Alzheimer, la
enfermedad cardiovascular y enfermedad renal, y fortalece el sistema inmunológico en
las personas de edad avanzada. La vitamina C es el segundo antioxidante más
consumido en el mundo y el Ginkgo biloba el tercero.
Antioxidante. Fuentes naturales, algunas son: 1) Algas, 2) Hojas verdes, 3) Verduras de
color amarillo / verde y cereales. Los hidrolizados de proteínas. Productos de cacao.
Resinas. Productos cítricos, Varios chiles, Hierbas y especias: Cebolla y Ajo. Legumbres,
olivos, semillas de té y café.
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Especias como el clavo, el jengibre, el ajo, la nuez moscada y hierbas labiadas como
romero, salvia, tomillo y orégano también se utilizan actualmente para la extracción
comercial de antioxidantes naturales.
Un gran número de antioxidantes, principalmente compuestos fenólicos, han sido
identificados en los extractos de especias y hierbas. Compuestos como el ácido
carnósico, carnosol, rosemanol, ácido rosmarínico, rosmaridifenol y rosmariquinona se
han aislado a partir de hojas de romero. El ácido gálico y eugenol son antioxidantes
identificados en el extracto del clavo. Ciertas semillas oleaginosas, como el sésamo y
semillas de algodón, contienen componentes antioxidantes característicos además de
tocoferoles. El aceite de semillas de sésamo (ajonjolí) contiene sesamol, sesamina,
sesamolina, y γ-tocoferol que explican la fuerte actividad antioxidante de su aceite.
Otros antioxidantes naturales son β-caroteno (presente en la zanahoria y hojas verdes
verduras), ácidos fenólicos, por ejemplo, gálico, caféico, y los ácidos ferúlico, quíico
(presente en semillas oleaginosas y pastas de semillas oleaginosas), y flavonoides, por
ejemplo, la quercetina, miricetina, quericitrina y rutina (presente en la soja, el té y el café).
Varios aceites vegetales: de soya, avena, germen de trigo y extractos, que también
contienen tocoferoles y lecitina, son a menudo incluidos en formulaciones de alimentos
para evitar la oxidación. La actividad antioxidante del extracto de avena se debe a la
presencia de ácidos caféico y ferúlico. Aceite Savory, que contiene 25 a 45% de carvacrol
como el componente principal y está actualmente siendo usado para prevenir la rancidez
y mejorar la vida útil de los ácidos y aceites grasos poliinsaturados (Esquivel et al., 1999).
No todos los antioxidantes naturales son buenos. Por ejemplo, el gosipol presente en el
aceite de semilla de algodón crudo y el nordihidroguaiarético (NDGA) del arbusto Larrea
divaricata tienen propiedades tóxicas.
En contraparte, los aditivos alimentarios sintéticos están sometidos al escrutinio
farmacológico y evaluación técnica de los efectos mutagénicos, carcinogénicos y
patogénicos. Estás preocupaciones de efectos dañinos, además de la preferencia de los
consumidores por "todos los ingredientes naturales" y rigurosas regulaciones en los
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países desarrollados, se han traducido en un creciente interés en los antioxidantes
naturales.
Extractos y esencias de plantas. Extractos comunes de plantas provienen de especias y
de otras plantas cultivadas o no, pero con sustancias valiosas para diferentes fines
médicos, agrícolas e industriales.
Extractos de especias. Pueden definirse como una clase de sustancias de sabor fuerte o
aromático obtenidos a partir de plantas tropicales, que se utilizan comúnmente como
condimentos por: su sabor, aroma y propiedades terapéuticas; para estimular el apetito,
ocultar olores indeseables, dar valor terapéutico y propiedades conservantes a los
alimentos, refrescos, bebidas, productos de confitería y tónicos para la salud.
Si bien el uso de las especias es conocido por la humanidad desde la antigüedad, es en
los últimos tres decenios en que la producción de extractos de especias y sus
formulaciones se ha convertido en un negocio rentable de la industria procesadora de
especias. En la actual era de la aceleración de estilos de vida y las comidas rápidas, la
importancia de los extractos de especias necesita énfasis.
Los extractos de especias son de al menos dos tipos: aceite esencial u oleorresina. El
aceite esencial o simplemente esencia es responsable de dar aroma o sabor. La
oleorresina, es responsable del gusto o sabor picante de la especia y se obtiene de
la fracción más alta de ebullición. El aroma de especias o aceite esencial tradicionalmente
se obtiene por destilación al vapor de la especia o por destilación al vapor de los extractos
obtenidos por extracción con disolventes de la especia.
Propiedades terapéuticas de las especias. Las especias son conocidas desde la
antigüedad por sus importantes beneficios de protección a la salud humana.
Aún en la actualidad, aproximadamente el 80% de la población del mundo utiliza
medicamentos naturales derivados de productos vegetales, como hierbas y especias, que
contienen diversidad de compuestos, muchos de ellos biológicamente activos (Duke,
1994) y generalmente reconocidos como seguros. Casi no hay especias que no tengan al
menos algún efecto medicinal. Por lo general las especias (pimienta negro, pimienta,
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canela, el ajo, el jengibre, la cebolla, chiles) utilizadas en todas las culturas han
demostrado ser medicinales.
La actividad biológica de los compuestos de las especias están entre: P, Plaguicida; E,
Expectorante; AC, anticancerosa; H, herbicida; AS, Antiséptico; AG, Analgésico; A,
antiinflamatoria; AD, antidepresivo; FC, fungicida; HG, hipoglucémico; AB, Antibacterial;
AM, para la migraña; AO, antioxidante; ADB, antidiabético; AU, antiulceroso; AAM,
antiasmáticos; AV, antiviral; L, Laxante; ST, sedante;
I, inmunoestimulante; An,
anestésico; HP, hepatoprotector o AA, antiagregantes.
Ingredientes activos de extractos de especias. Clavo (eugenol y acetato de eugenol),
Comino (Cymol y cuminaldehido), Cilantro (Acetato de linalilo y D-linalol), Jengibre
(Zingibereno y gingerol), Canela (Cinnamicaldehyde), Pimienta (piperina) y Ajwain (timol).
Ingredientes activos de aceites esenciales de especias. Semilla y hojas de Apio (βSelinene, limoneno, cineole y Zingiberene) y Chile (capsaicina). La aromaterapia, es el
uso terapéutico de los aceites esenciales mezclados (Beckstrom y Duke, 1994).
El aceite esencial de orégano y hierbas de la familia Lamiaceae se caracterizan por la
presencia de un alto contenido de carvacrol, además de α-terpeneol, γ- terpineno y
timol. Este aceite se sabe que tienen una fuerte actividad antimicrobiana y un alto valor
terapéutico debido a sus altos niveles de citotoxicidad.
Extractos de hierbas. Desde tiempos inmemoriales, el hombre ha confiado las hierbas
medicinales para estar saludable y mantenerse saludable de una manera natural. Una
hierba es una planta sin tallo leñoso por encima del suelo. Comúnmente el término hierba
se refiere a las plantas aromáticas cuyas hojas, tallos, flores o semillas se utilizan en la
cocina o la medicina.
Los remedios de la herbolaria han ganado popularidad en todo el mundo. Las cuatro
hierbas más comúnmente utilizadas en el viejo continente son la menta, el perejil, la salvia
y el tomillo.
Sustancias de otras plantas. Tienen diversas actividades medicinales, farmacológicas y
protectoras. Incluyen la morfina, droga que mata al dolor. Se deriva de la amapola; la
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digitalina, un estimulante del corazón, se extrae de los guantes de zorro; y la colchicina,
un fármaco utilizado en el tratamiento de la artritis reumática, que se obtiene a partir
Cochicum (Peterson, 1995).
Extracto de Ginkgo biloba es actualmente la medicina herbal más popular en el mundo;
es prescrito para aliviar muchos de los síntomas asociados con el envejecimiento, pérdida
de memoria, depresión, insuficiencia cerebrovascular, impotencia y la senilidad,
incluyendo la enfermedad de Alzheimer. El extracto de hojas de Ginkgo biloba se ha
convertido en uno de los más populares medicamentos a base de hierbas que se
consumen en el mundo de hoy. Contiene 24% de flavonoides polares; los principales son
la quercetina y la isoramnetina.
La Centella asiática es una hierba de la India que se ha consumido durante más de
3,000 años, según lo revelado por las antiguas escrituras. En la India es considerada
como la hierba rejuvenecedora más importante. Estimula los tejidos del cerebro y la
revitalización de los nervios; se dice que amplía la comprensión y la capacidad intelectual,
para mejorar la memoria, la concentración y para agudizar los reflejos mentales y físicos
(Deora, 1992).
El eucalipto, árbol de hoja perenne. Produce 0.75 a 1.25 % de aceite esencial. De este
aceite, el 70 a 85% es cineol, que se utiliza como agente aromatizante, y los principios
bioactivos en formulaciones antimicrobianas y antisépticas.
La menta contiene ciertos aceites esenciales, importantes por sus propiedades
antitumorales, inmunoestimulantes, antibióticas y farmacológicas. El mentol y acetato de
mentilo, están entre los principales constituyentes.
El azafrán (Crocus sativus) contiene en sus flores 0.6 a 1.4 % de aceite esencial
(Mahindru, 1992), tiene un hermoso color naranja claro debido a la presencia de crocina,
el compuesto colorante. El constituyente principal del aceite es safranal. El azafrán es un
producto natural muy valioso que encuentra una amplia variedad de aplicaciones en la
industria farmacéutica (desde crema rejuvenecedora y potenciador de la memoria, hasta
su uso como aromatizante y agente colorante). Puesto que es muy caro y tiene un bajo
nivel de contenido extraíble, su recuperación necesita ser muy eficiente y rápida.
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Alcaloides anticancerígenos. Alcaloides como la Pyrrolizidina son bien conocidos por
su actividad anticancerígena.
La monocrotalina alcaloide presente en semillas de
Crotalaria spectabilis, que contienen 4.4 % de material extractable.
Maitansina (Maytenus senegalensis) es otra especie que presenta propiedades
alcaloides bioactivas presente en varios materiales vegetales (McHugh y Krukonis, 1994),
que han sido probados y confirmados por el Instituto Nacional del Cáncer (NCI), de los
Estados Unidos por tener propiedades de inhibición del crecimiento tumoral.
El taxol es un alcaloide conocido por tener actividad antileucémica e inhibidora de
tumores y se utiliza para el tratamiento de cáncer de ovario, mama, pulmón y cáncer de
colon. El taxol se encuentra en la corteza del árbol de tejo (Taxus brevifolia) que se
encuentra en la costa del pacífico noroccidental. Se están haciendo esfuerzos para
aumentar el nivel de taxol en la corteza de los árboles, ya que es la única fuente
disponible de esta molécula única. El contenido de taxol varía entre 50 y 160 mg.kg-1 de
corteza. Dado que el árbol es de crecimiento muy lento y requiere de dos a tres árboles
de 60 años de edad para obtener suficiente taxol para tratar a un paciente, su proceso de
extracción tiene que ser muy eficiente para la recuperación de todo el contenido de taxol
sin ninguna degradación.
Los polifenoles del extracto de té verde. La investigación actual sobre los
medicamentos a base de plantas nuevas y más eficaces de todo el mundo, revela que el
consumo regular de dos a tres tazas de té verde al día por persona reduce el riesgo de
varias enfermedades crónicas, como las enfermedades cardiovasculares, algunos tipos
de cáncer y otras enfermedades relacionadas con el envejecimiento. Protege de la
radiación UV, previene el envejecimiento prematuro y la formación de arrugas; y
disminuye los ácidos grasos en la sangre, ayudando a la circulación.
Hay numerosos tipos de polifenoles presentes en hojas de té verde como flavan-3-oles
(catequinas), flavonoles y sus glucósidos. Los polifenoles presentes en el té verde son
antioxidantes 20 veces más eficaces que el ácido ascórbico (vitamina C).
Los polifenoles como catequinas, flavonoles, glucósidos de flavonol, teaflavinas,
thearubigenos y los ácidos fenólicos se encuentran en el té en altas concentraciones. El
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té verde contiene 13.6% de catequinas (flavan-3-oles), 39% de polifenoles, 3.5% de
methylxanthinas, 1.5% ácido fenólico y 4.0% de aminoácidos, además de 25% de
carbohidratos, 15% de proteína y 6.5% de lignina (Ho, 1992).
El Instituto Nacional del Cáncer de los EE.UU. desarrolló un proyecto para el uso de los
componentes del té para la quimioterapia en ensayos humanos, al estar convencidos de
que el té tiene atributos preventivos del cáncer.
Demanda de medicamentos a base de plantas. Los esfuerzos deben intensificarse en
esta dirección con el fin de explotar los enormes recursos a base de hierbas para el
beneficio de la salud humana. Una tendencia reciente de países desarrollados y en
desarrollo, está en buscar los beneficios terapéuticos a base de hierbas y el sistema
tradicional de la medicina natural ha venido ganando confianza.
La actual demanda mundial de medicamentos a base de plantas se estima en 12 millones
de dólares, de los cuales aproximadamente la mitad se debe a China.
La Organización Mundial de la Salud (OMS), prevé un potencial de negocio de $ 5
billones de dólares en productos de cuidado de la salud a base de hierbas en todo el
mundo (Business Line, 20 de febrero de 1999) (Lashkari, 1999).
Factores importantes responsables de esta tendencia al alza son, presumiblemente: 1) la
relajación de las normas regulatorias en varios países occidentales, particularmente en
Europa, ya que ya no se considera obligatorio aislar los ingredientes activos puros a partir
de extractos de hierbas y 2) la aceptación total del extracto de hierbas por los
consumidores. Ahora se cree que los extractos de hierbas con calidad garantizada tienen
mejor eficacia y total bioactividad que los componentes activos purificados.
La atención del mundo se centra ahora en el desarrollo de métodos de recuperación
eficientes y productos a base de hierbas como "medicinas naturales alternativas" para la
cura y prevención de padecimientos.
Componentes activos medicinales de plantas.
Los principales
componentes
responsables de los remedios a base de hierbas incluyen alcaloides, flavonoides,
carotenoides, mucílagos, resinas, glucósidos, aceites volátiles, vitaminas y minerales.
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Los alcaloides son sustancias que contienen nitrógeno y fueron definidos originalmente
como álcalis vegetales; tienden a tener acciones fuertes en una amplia gama de tejidos
del cuerpo. Por ejemplo, la cafeína presente en el té y café es un alcaloide estimulante
del sistema nervioso. La capsaicina es uno de los principales compuestos presentes en
chiles rojos y picantes, alcaloide que estimula la digestión y la circulación. Otros alcaloides
medicinales conocidas son la quinina, la codeína, la morfina, la nicotina, entre otros.
Los flavonoides presentes en muchas frutas y verduras son antioxidantes muy eficaces
y se incluyen con frecuencia en los remedios para ayudar a curar problemas relacionados
con la circulación. Los flavonoides más eficaces son quercetina, ramnetina, kaemferol,
rutina o vitamina P y la quercitrina.
Los esfuerzos realizados por el USDA incluyen tomates con 11 a 18 veces más beta
caroteno, que permitirán a los estadounidenses tener una vida más larga.
La cúrcuma contiene dos ingredientes llamados curcumina y turmerin, que tienen
propiedades antiinflamatorias y de cicatrización de heridas cuando es aplicada en polvo y
pasta en heridas y úlceras o tomada con agua, leche o miel. El mucílago es una sustancia
relacionada con el almidón con la acción terapéutica por su textura resbaladiza. Esto
ayuda a dar efectos calmantes a la inflamación en el revestimiento interno del sistema
digestivo.
Resinas como el bálsamo son el producto de la savia de algunos árboles que se produce
cuando se corta la corteza. La mayoría de las resinas se utilizan por sus propiedades antiinfecciosas.
Raíces de varias hierbas contienen sustancias relacionadas con el azúcar, llamados
glucósidos. Un glucósido tiene una parte de azúcar unido a otra parte que es
generalmente responsable de la acción terapéutica. Un glucósido medicamento es la
salicina encontrada en la corteza de ciertos sauces. Fue la salicina quien inspiró la idea
de imitarla y sintetizarla para hacer la aspirina.
Los taninos presentes en las plantas medicinales son valorados por sus propiedades
astringentes (capacidad para constreñir los poros de la piel o los vasos sanguíneos).
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Casi todas las vitaminas esenciales pueden ser sintetizadas naturalmente por las plantas
que pueden incluirse en una dieta bien equilibrada para reemplazar las vitaminas
producidas sintéticamente.
Algunos antibióticos se pueden producir por ciertas especies de plantas: compuestos de
azufre en el ajo, los glucósidos de la mostaza y los alcaloides en lirio de agua.
Agente regulador de grasas. Se sabe que la oleorresina de la cebolla (Allium cepa L.)
tiene compuestos de azufre biológicamente activos para corregir el desequilibrio
glandular, la obesidad, purificar la sangre y mantener la piel clara (Gao et al., 1997).
La Jojoba (Simmondsia california; Simmondsia chinensis) es una planta nativa de México
y California. Las semillas contienen de 45 a 55 % de aceite que tiene propiedades
químicas similares a las del aceite de ballena. Este aceite no es un triglicérido, pero está
compuesto principalmente de ésteres de ácidos grasos monoinsaturados y alcoholes
mono-insaturados de cadena larga. No es una grasa, pero sí es una cera líquida. El aceite
tiene alta estabilidad térmica (hasta 315 °C) y encuentra aplicaciones de amplio alcance
en cosméticos (sin aceite), lubricantes, productos farmacéuticos, aceite de cocina vegetal,
desinfectantes, surfactantes y cuidado de la higiene personal, entre otros. Se producen
más de 2, 000 toneladas de aceite de jojoba cada año para uso en una variedad de
productos químicos. Se comercializa en todo el mundo; de ellas, 750 t se utilizan en
cosméticos. El potencial total del mercado mundial de aceite de jojoba se ha estimado en
64, 000 t.año-1.
Extractos de Frutas. Las fracciones volátiles de los jugos de fruta tienen el aroma y el
sabor característicos de las frutas; y popularmente son conocidos como extractos de
frutas. Los extractos de frutas encuentran usos en la mejora de sabores de frutas en los
jugos de frutas o como sustitutos de jugo de fruta en las bebidas de frutas y bebidas.
Jugos concentrados y extractos volátiles de frutas están siendo utilizados cada vez más
como una base a la que se le añaden otros ingredientes.
Ha habido un crecimiento grande en la demanda del consumidor de sabores de frutas
naturales y su adición a los productos finales, como refrescos, confiterías, jabones y
artículos de tocador.
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Un aspecto importante de la producción comercial de jugos de frutas es el método de
procesamiento de separación de los componentes volátiles del jugo de frutas.
En el caso de las frutas cítricas, los componentes volátiles presentes en el jugo de frutas
se dividen en compuestos volátiles de la fase del aceite y compuestos volátiles de la fase
de agua. Para la mayoría de otras frutas, los componentes volátiles se recuperan sólo del
jugo concentrado y por lo tanto pertenecen sólo a los volátiles de la fase acuosa.
Durante el tratamiento térmico y los procesos de concentración, los jugos de fruta a
menudo sufren cambios en los perfiles de sabor. En la elaboración de jugo de uva, 99.3 %
del sabor del jugo de uva cambia durante su procesamiento (Ohta et al., 1994). Por
ejemplo, el bajo punto de ebullición de componentes volátiles, como 2 -metil- 3 -buten- 2 ol y acetato de crotonato se perdieron durante el procesamiento. Incluso el componente
de alto punto de ebullición, antranilato de metilo, se redujo a la mitad después del proceso
de concentración. Por tanto, es evidente que se deben hacer esfuerzos para recuperar el
sabor a fruta de los jugos antes o durante el calentamiento y la concentración.
Extracción de drogas y antivirales de fuentes naturales. Hoy en día es más y más
importante la búsqueda de nuevos compuestos con actividad antiviral (terpenoides y
terpenos fenólicos, entre otros), extraídos por purificación a partir de una mezcla o de
matrices naturales, con el fin de luchar contra nuevos tipos de virus. En este caso, la
cristalización y formación de partículas han experimentado un enorme desarrollo en los
últimos años (Smidling et al., 2008).
IV. Problemática:
A nivel industrial, la obtención de extractos activos, colorantes naturales, etc., se basa en
el uso de solventes con propiedades tóxicas como n-hexano y con frecuencia los
compuestos a extraer son termolábiles, motivos por los cuales se deben proponer nuevos
procesos en la extracción, para disminuir su impacto ambiental y las mermas por altas
temperaturas.
Se trata de evitar la contaminación utilizando disolventes reciclables y dar valor agregado
a productos naturales residuos y materia prima sin que estos productos estén
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contaminados por dichos disolventes. Cuando el extracto es termolábil, el disolvente que
se utiliza siempre es el dióxido de carbono, ya que por las características que presenta
como disolvente supercrítico puede aplicarse a la extracción de compuestos lábiles como
los carotenoides y capsaicinoides, entre otros componentes.
Tecnología de extracción. Fluidos supercríticos.
La tecnología de extracción por fluidos supercríticos permite obtener los compuestos
biológicos activos libres de residuos de disolventes y sin mermas por desnaturalización
debidas a temperaturas y presiones altas. Sin embrago, requiere conocer el
comportamiento que presentan los solutos a extraer en el dióxido de carbono en las
condiciones de operación del proceso.
Los fluidos supercríticos han sido muy usados en la extracción de diversos compuestos
naturales a partir de plantas y frutos. El CO2 es el disolvente supercrítico que más se ha
empleado debido a que su temperatura crítica es baja (304.25 K) lo que lo hace ser un
disolvente apropiado para hacer extracciones de compuestos térmicamente lábiles como
los carotenoides y capsaicinoides entre otros, que se descomponen por temperaturas por
arriba de 335 °K.
Aunque, el proceso de extracción por fluidos supercríticos requiere de hacer estudios de
las propiedades básicas como: equilibrio de fases, propiedades volumétricas, de
transporte y principalmente de la obtención de datos de solubilidad para establecer las
condiciones de temperatura y presión a las cuales el soluto requerido es más soluble en
CO2, a partir de una muestra simple o mezclada.
Las técnicas de muestreo para determinar solubilidades de sólidos en solventes
supercríticos reportados en la literatura usualmente presentan problemas, pues es común
encontrar desviaciones en las solubilidades de 20 - 80%, para un mismo sistema a las
mismas condiciones de trabajo del sistema. Esto hace necesario el desarrollo de técnicas
experimentales sobre la determinación de propiedades para sistemas sólido + solvente
supercrítico, ya que al contar con datos confiables de solubilidad, éstos pueden ser
utilizados en la validación de modelos termodinámicos de extracción eficiente y en el
diseño de procesos industriales.
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V.
Logros y avances:
En México se han realizado extracciones de capsaicinoides con CO2 supercrítico a partir
de muestras de chile poblano verde, en las siguientes condiciones: de 308 a 328 oK en
intervalo de presión 10-27 MPa con flujo constante del disolvente a 3 g.min. Las mejores
condiciones de extracción fueron obtenidas a 318 k y la mayor eficiencia para la
capsaicina fue 28.3% a 30 MPa y 313 k. El aparato estático-sintético acoplado a un
densímetro de tubo vibrante, permitió la obtención simultánea de solubilidades y
densidades de las muestras estudiadas. Con los métodos estático-analítico y dinámicoanalítico en línea, obtuvieron datos confiables de solubilidad a concentraciones bajas de
soluto, donde las muestras son analizadas directamente en el cromatógrafo de líquidos, lo
que es una ventaja sobre los métodos donde la muestra tiene que ser recolectada
manualmente. La extracción de capsaicinoides se realizó con una planta de extracción
con fluidos supercríticos, a escala de laboratorio. También se determinaron las
densidades de saturación (Elizalde, 2008).
Se conoce que la tecnología de extracción mediante fluidos supercríticos ha encontrado
una amplia gama de campos de aplicación. En todos los casos es necesario establecer:
1) la capacidad de trabajo en volumen de procesamiento de materia prima por turno, día o
anual, para que la planta sea rentable; 2) el tipo de fluido supercrítico a usar (en extractos
biológicos termolábiles siempre debe ser el CO2) y 3) el método de extracción: continuo,
semicontinuo y por flujos.
El desarrollo exitoso de una planta industrial de extracción mediante fluidos supercríticos,
además de los estudios básicos, depende del desarrollo de unas pruebas piloto a
pequeña escala previas, que permitan obtener, la siguiente información: 1) las mejores
condiciones de trabajo de los extractores: temperatura, presión, carga de CO 2 adecuada y
tamaño óptimo de la materia prima, para obtener la máxima extracción; 2) el flujo
adecuado de CO2 supercrítico y la reducción mínima de su poder disolvente en la
separación, con el fin optimizar la recompresión, que es la parte económica determinante
del proceso; 3) La recuperación del extracto a obtener, si es rentable o no, y en caso de
serlo, definir el sistema separador más adecuado y 4) el pre y el postratamiento de la
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materia prima (humedecimiento máximo, etc.) para facilitar la extracción, la deshidratación
final y determinación de la densidad y el contenido inicial de la sustancia de interés en la
materia prima (Martínez, 2008).
Técnicas recientes. La extracción asistida por microondas es una técnica más reciente,
las microondas son una radiación electromagnética con una longitud de onda de 0.001 m
a 1 m que se puede transmitir en forma de ondas. Cuando las microondas pasan a través
del medio, su energía puede ser absorbida y convertida en energía térmica (Zhang et al.,
2011). Este principio ha sido la base para el desarrollo de la extracción asistido por
microondas, que funciona calentando la humedad dentro de las células y se evapora,
produciendo una alta presión sobre la pared celular. Esta tecnología es relativamente
nueva y ha sido ampliamente aplicada en una variedad de extractos vegetales con
muchas ventajas sobre las técnicas de extracción convencionales, incluyendo menor
contaminación ambiental, una mayor eficiencia de la extracción y el más corto tiempo de
extracción. Sin embargo, con el fin de ser considerado en aplicaciones industriales, al
menos, dos limitaciones importantes deben mejorarse incluyendo, la primera es la
recuperación de compuestos no polares y la segunda la modificación de la estructura
química de los compuestos diana que pueden alterar su bioactividad y limitar su
aplicación. (Gil-Chávez et al., 2012).
El desarrollo de la tecnología de ultrasonido no es nuevo, sin embargo, es sólo
recientemente que los principales avances en la explotación de los ultrasonidos de
potencia se han logrado (Soria y Villamiel, 2010). En este sentido, se ha prestado especial
atención a su uso en la recuperación de Compuestos Bioactivos Naturales de diferentes
fuentes. La extracción asistida por ultrasonido (EAU) ha proporcionado una mayor
recuperación de compuestos dirigidos con un menor consumo de disolvente y/o análisis
más rápido y las propiedades de bioactividad. Su mejor eficiencia de extracción está
relacionado con el fenómeno llamado cavitación acústica. Hoy en día la EAU se utiliza
ampliamente para la extracción de moléculas valiosas. Por ejemplo, se ha utilizado para la
extracción de proteínas (Qu et al., 2012), azúcares (Karki et al., 2010), complejo de
polisacáridos-proteína (Cheung et al., 2012), aceite (Adam et al., 2012), entre otros. Sin
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embargo, la extracción de antioxidantes tales como compuestos fenólicos ha sido
especialmente dirigido optimizar su recuperación en base a su rendimiento y la capacidad
antioxidante por medio del diseño experimental. Estos estudios han mostrado que la
recuperación, la capacidad antioxidante y perfil están fuertemente influenciadas por
variables de extracción donde la extracción de tiempo, la temperatura y la frecuencia son
los más importantes (Hossain et al., 2011). Algunos aspectos relacionados con la
estabilidad de los compuestos extraídos no se ha abordado plenamente, sin embargo,
estudios recientes revelaron que EAU de compuestos fenólicos fueron menos degradada
que otros (Dobias et al., 2010) e incluso sin degradación se ha observado bajo
condiciones optimizadas (Pingret et al., 2012). Sin embargo, los EAU se deben utilizar con
cuidado en la extracción de compuestos inestables como los carotenoides ya que una
degradación importante se ha observado en comparación con otras tecnologías.
Butnariu et al. (2012) desarrollaron un método analítico adecuado para establecer las
condiciones adecuadas para el aislamiento y el ensayo de los compuestos dominantes en
extractos de Capsicum annuum. Los estudios se realizan con sustancias estándar para
establecer las condiciones de HPLC para la separación completa de la capsaicina y
dihidrocapsaicina, los dos componentes principales de interés. Debido a sus
características apolares prevalentes, se abordado la cromatografía de fase inversa. Los
estudios sistemáticos en diferentes eluyentes revelaron la mezcla de 65% metanol- 35%
de agua como fase móvil adecuada proporcionando una separación completa de los
componentes de acuerdo con las reivindicaciones analíticas. Estos resultados pueden ser
de interés para el desarrollo de un procedimiento analítico específico con especificidad
avanzada para ensayo cuantitativo de capsaicina y dihidrocapsaicina en productos
farmacéuticos y en los alimentos.
VI. Propósito de la demanda:
Optimizado, escalado y aplicación de tecnología avanzada para la obtención y purificación
de compuestos biológicos activos de alto valor económico y tecnológico a partir productos
y subproductos agropecuarios, pesqueros-acuícolas y de recursos bióticos-genéticos
importantes en el sector agroalimentario nacional.
Demandas del Sector 2015-1
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VII. Objetivos:
7.1
Objetivo General
Optimizar, escalar y aplicar tecnologías avanzadas para la obtención y purificación de
sustancias biológicas activas de alto valor económico y tecnológico (extractos y esencias),
a partir de productos y subproductos agropecuarios, pesqueros-acuícolas y de recursos
bióticos-genéticos importantes en el sector agroalimentario nacional, para contribuir al
desarrollo de cadenas de valor.
7.2
Objetivos específicos:
1.
Identificar e inventariar los extractos biológicos activos (al menos 40) que
ya purificados resulten de alto valor económico y tecnológico, factibles de
obtenerse a partir de cultivos, productos y subproductos, agropecuarios,
acuícolas-pesqueros y recursos bióticos-genéticos nacionales, como base
para el desarrollo de nuevos procesos industriales y el desarrollo las
cadenas de valor del sector agroalimentario.
2.
Optimizar tecnología(s) avanzada(s) de obtención-purificación de al menos
cuatro
extractos
biológicos
activos
(funcionales,
nutracéuticos,
farmacológicos o industriales) de alto valor tecnológico y económico con
disponibilidad garantizada de materia prima en el contexto del sector
agroalimentario.
3.
Escalar y aplicar la(s) tecnología(s) avanzada(s) que permita(n) obtener y
purificar extractos biológicos activos de alto valor económico y tecnológico
a partir de cultivos, productos y subproductos, agropecuarios, acuícolaspesqueros y recursos bióticos-genéticos.
4.
Diseñar y aplicar un modelo de transferencia de tecnología-capacitaciónasistencia técnica, vinculado a las innovaciones tecnológicas disponibles y
las generadas en el proyecto para implementar la operación de la
tecnología escalada (planta piloto) y sobre tecnologías equivalentes.
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Demandas del Sector 2015-1
5.
Realizar
un
diagnóstico
integral
actualizado
de
la
aplicación
de
tecnología(s) avanzada(s) para la obtención y purificación de extractos
biológicos activos de alto valor tecnológico y económico (estadísticas,
países líderes, México en el contexto mundial sobre el tema, problemática
tecnológica, directorio de productores, investigadores e industriales), para
contribuir a la integración de la agenda nacional de investigación.
VIII. Justificación
El Plan Nacional de Desarrollo (PND) 2013-2018, publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 20 de mayo de 2013, establece en su Objetivo 3.5. Hacer del desarrollo
científico, tecnológico y la innovación, pilares para el progreso económico y social
sostenible. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y
Alimentario 2013-2018, tiene como estrategia integral elevar la productividad para
alcanzar el máximo potencial del sector agroalimentario y una visión estratégica que
implica la construcción del nuevo rostro del campo, sustentado en un sector
agroalimentario productivo, competitivo, rentable, sustentable y justo, que garantice la
seguridad alimentaria del país y contribuya al desarrollo rural integral. Establece en el
Objetivo 1. “Impulsar la productividad en el sector agroalimentario mediante inversión en
capital físico, humano y tecnológico que garantice la seguridad alimentaria”; y en la
Estrategia 1.1 “Orientar la investigación y el desarrollo tecnológico a generar innovaciones
aplicadas al sector agroalimentario que eleven la productividad y competitividad”.
En congruencia con el PND y PSDAPA; y en cumplimiento con lo establecido en el Art. 37
de la Ley de Desarrollo Rural Sustentable, el Sistema Nacional de Investigación y
Transferencia Tecnológica (SNITT), como parte de sus funciones estratégicas, recabó
información para identificar los temas estratégicos y transversales de investigación, que
aporten a elevar la productividad y rentabilidad de la producción agropecuaria-pesquera y
la seguridad alimentaria del país, en cumplimiento a lo establecido en el PND, PSDAPA y
el Anexo de Ejecución del Convenio del Fondo Sectorial de Investigación en Materias
Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos SAGARPACONACYT 2015.
Demandas del Sector 2015-1
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Se conoce que a nivel industrial la tecnología de extracción mediante fluidos supercríticos
ha encontrado una amplia gama de campos de aplicación. En todos los casos, posterior a
los estudios básicos en laboratorio, es necesario establecer: 1) la capacidad de trabajo en
volumen de procesamiento de materia prima por turno, día o anual, para que la planta sea
rentable; 2) el tipo de fluido supercrítico a usar (en extractos biológicos termolábiles
siempre debe ser el CO2) y 3) el método de extracción: continuo, semicontinuo y por
flujos.
Específicamente, en el desarrollo exitoso de una planta industrial de extracción de
sustancias biológicas mediante fluidos supercríticos, además de los estudios básicos, se
depende del desarrollo de unas pruebas piloto a pequeña escala previas, que permitan
obtener, la siguiente información: 1) las mejores condiciones de trabajo de los extractores:
temperatura, presión, carga de CO2 adecuada y tamaño óptimo de la materia prima, para
obtener la máxima extracción; 2) el flujo adecuado de CO2 supercrítico y la reducción
mínima de su poder disolvente en la separación, con el fin optimizar la recompresión, que
es la parte económica determinante del proceso; 3) La recuperación del extracto a
obtener, si es rentable o no, y en caso de serlo, definir el sistema separador más
adecuado y 4) el pre y el postratamiento de la materia prima (humedecimiento máximo,
etc.) para facilitar la extracción, la deshidratación final y determinación de la densidad y el
contenido inicial de la sustancia de interés en la materia prima (Martínez, 2008).
IX. Productos a entregar:
1. Un catálogo con al menos 40 fichas que contengan la descripción y caracterización
de extractos biológicos activos de alto valor económico y tecnológico factibles de
extraer y purificar a partir de cultivos, productos, subproductos y residuos
agropecuarios, acuícolas-pesqueros y de recursos bióticos-genéticos nacionales; y
factibles de incorporar en nuevos procesos rentables en las cadenas del sector
agroalimentario, con evidencia de trámite para registro de propiedad intelectual.
2. Al menos dos documentos de los protocolos de la(s) tecnología(s) avanzada(s) o
desarrollos tecnológicos para optimización de la obtención y purificación de al
menos ocho extractos biológicos activos con alto grado de pureza y valor
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económico y tecnológico obtenibles a partir de productos, subproductos y residuos
agropecuarios, acuícolas-pesqueros y de recursos bióticos-genéticos nacionales,
relacionados son el sector agroalimentario, con evidencia de trámite para registro
de propiedad intelectual.
3. Un documento de diseño y establecimiento de la planta piloto con tecnología(s)
avanzada(s) para la extracción y purificación de ocho extractos biológicos activos
de alto valor económico y tecnológico, con evidencia de trámite para registro de
propiedad intelectual.
4. Un documento que describa los protocolos del desarrollo tecnológico para la
extracción y purificación (pre y postratamiento de materia prima, condiciones de
trabajo: temperatura, presión, flujo de fluidos y los otros aspectos acordes a cada
tecnología) de al menos cuatro productos de alto valor económico y tecnológico
factibles de obtener a partir de cultivos, productos y subproductos, agropecuarios,
acuícolas-pesqueros y recursos bióticos-genéticos importantes en el sector
agroalimentario, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
5. Un documento con los protocolos de arranque, calibración, operación y
mantenimiento de la planta piloto desarrollada y sus componentes (extractores,
separador, compresor, bombas, equipo de control y seguridad) para la purificación
de los extractos, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
6. Un documento con la descripción, con fines de registro y protección intelectual, de
la “planta” y los procesos de optimización, escalamiento y aplicación de la
tecnología avanzada para la obtención y purificación de al menos cuatro extractos
biológicos de alto valor económico y tecnológico obtenidos de productos,
subproductos y recursos asociados al sector agroalimentario.
7. Un documento con la caracterización y los avances de resultados de aplicación del
modelo de transferencia de tecnología-capacitación-asistencia técnica, para inducir
innovación, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
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8. Un documento del diagnóstico integral actualizado de la aplicación de tecnologías
avanzadas para la obtención y purificación de extractos biológicos activos de alto
valor tecnológico y económico (estadísticas, países líderes, México en el contexto
mundial sobre el tema, problemática tecnológica, directorio de productores,
investigadores e industriales), para contribuir a la integración de la agenda
nacional de investigación y transferencia tecnológica, con evidencia de trámite
para registro de protección intelectual.
X. Impactos a lograr con los productos a obtener:
Económico

Mejoramiento de la rentabilidad de las cadenas de valor agroalimentarias.

Desarrollo y diversificación de algunas cadenas valor agroalimentarias.

Agregación de valor económico y tecnológico a productos y subproductos del
sector agroalimentario.

Reducción de las importaciones de extractos y esencias purificadas de origen
vegetal, pecuario, pesquero y de otras especies útiles.
Social

Disponibilidad de tecnología nacional validada para la obtención de extractos y
esencias de alto valor económico y tecnológico.

Disponibilidad de nuevos productos nacionales de alto valor en el mercado
nacional e internacional.

Generación de empleo en las zonas productoras donde se instale la planta de
extractos y esencias.

Desarrollo y transferencia de tecnología y capacitación a productores innovadores
e industriales en la operación y mantenimiento de la planta de extractos y
esencias.
Tecnológico

Validación y aplicación de tecnología nacional para generar nuevos productos de
alto valor agregado.
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
Difusión y adopción de equipo y procesos tecnológicos avanzados para obtener
nuevos productos valiosos.

Nuevos sistemas de producción agroindustriales eficientes y rentables.

Menores pérdidas debidas a desnaturalización de los extractos termolábiles al usar
procesos extracción a baja temperatura y presión.

Aprovechamiento agroindustrial rentable, sustentable y competitivo de recursos
bióticos no convencionales.
Ecológico

Menor contaminación ambiental al prescindir de los solventes de extracción
convencionales, con el uso de fluidos supercríticos.

Uso de tecnología agroindustrial de bajo impacto ambiental.

Aprovechamiento industrial de subproductos y residuos de agropecuarios y
pesqueros.

Menor presión sobre tierras y cuerpos de agua para la producción de alimentos, al
usar recursos bióticos alternativos y residuos agropecuarios y pesqueros
XI. Literatura Citada
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Zhang H.F., Yang X.H., Wang Y. 2011. Microwave assisted extraction of secondary
metabolites from plants: current status and future directions. Trends in Food Science &
Technology 22(12): 672-88.
Contactos para consultas técnicas sobre la demanda
Ing. Belisario Domínguez Méndez
Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA
Teléfono: (55) 3871-1000 ext. 33312 y 33328
Correo Electrónico: [email protected]
Demandas del Sector 2015-1
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Demanda 7
CADENAS DE VALOR: FRUTILLAS
I.
Título tema a demandar:
Generación de tecnología, variedades nacionales e innovaciones para el incremento de la
productividad integral de “frutillas” en México.
II. Beneficiarios del Proyecto:
Integrantes de las cadenas de valor de las diferentes frutillas producidas en México,
principalmente productores de la Región de los Reyes, Michoacán y todas aquellas otras
zonas productoras del país.
III. Antecedentes:
Las frutillas comprenden especies de varios géneros y se conocen comúnmente como
frutales menores. Dentro de estos géneros se encuentran: Fragaria (Fresa), Rubus
(Zarzamora y Frambueza) y Vaccinium (Arándano). Dicho grupo incluye a todos aquellos
frutos usualmente comestibles de pulpa suave, en formas redondas y tamaño pequeño
(Galleta y Himelrick, 1990); entre éstos, las fresas, zarzamoras, frambuesas y arándanos.
Tienden a ser pequeñas, dulces, aciduladas, jugosas y con colores brillantes, que las
hacen muy atractivas para ser consumidas. Comercialmente son llamadas berries
(FUMIAF, 2005).
A partir de 1992 empezaron a llamar la atención de productores privados y de las
dependencias gubernamentales a tal grado que la superficie dedicada a estos cultivos y
producción se ha incrementado considerablemente (Figura 1a) (FUMIAF, 2005; SIAP,
2013).
Entre las principales razones del interés que han despertado estos frutales, destacan: 1)
elevada rentabilidad, 2) rápido retorno de la inversión, desde el segundo año; 3) uso
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intensivo de mano de obra (900 jornales por hectárea), 4) versatilidad de los frutos para
su consumo y 5) grandes posibilidades de exportación (Muñoz y Juárez, 1995).
a)
b)
Figura 1. a) Serie histórica de la superficie sembrada de berries (ha.año-1) 2003-2013. b)
Serie histórica de la producción de berries (t.año-1) 2003-2013. Datos tomados
de SIAP, 2013.
Las frutillas se han utilizado ampliamente en la dieta de países desarrollados. El interés
actual ha crecido debido a que se han identificado y reportado numerosos compuestos
polifenólicos con actividad nutracéutica (flavonoides, ácidos fenólicos, taninos, entre otros)
en este tipo de frutos, con beneficios a la salud humana por sus propiedades
antioxidantes, anticolesterolémicos, antimutagénicos y anticarcinogénicos (Elisia et al.,
2007).
El género Rubus, pertenece a la familia de las rosáceas y sus especies son las llamadas
blackberry o dewberry en inglés, zarzamora o zarza en español (Muñoz y Juárez, 1995).
Son arbustos de aspecto sarmentoso, cuyas ramas espinosas y de sección pentagonal,
pueden crecer hasta 3 metros. Su distribución original abarcaba toda Europa, norte de
África y Sur de Asia. Es una planta invasora, de crecimiento rápido y puede multiplicarse
vegetativamente generando raíces desde sus ramas. Las zarzamoras son especialmente
ricas en vitamina C y β-carotenos que, una vez ingeridos, se convierten en vitamina A, lo
que convierte a este fruto en un buen antioxidante (Chávez-Martínez, 2011). El
establecimiento de la zarzamora con fines de explotación comercial es muy reciente en
México; ya que para 1985, se tenía en Tetela del Volcán, Morelos, solo una hectárea de la
variedad Logan. Para el año de 1995, el país contaba con una superficie de 380
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hectáreas de las cuales Michoacán concentraba el 90% (SPZM, 2013). Actualmente los
estados productores son 13 (SIAP, 2013).
Se le ha dado el nombre de fresa a varias especies de plantas rastreras del género
Fragaria, cultivadas por su fruto comestible. Las variedades cultivadas comercialmente
son, por lo general, híbridos, en especial Fragaria x ananassa que ha remplazado casi
universalmente por el tamaño de sus frutos, a la especie silvestre Fragaria vesca que fue
la primera especie de fresa cultivada en el siglo XVII (Menéndez-Valderrey, 2007). El
género pertenece a la familia Rosaceae y es de amplia adaptación, se cultiva en latitudes
bajas de los trópicos y altas de los subtrópicos (Hancock, 1999). La fresa contiene
cantidad importante de antioxidantes y micronutrientes, siendo la fuente más rica en
vitamina C y ácido fólico en comparación con otras frutas (Olsson et al., 2004). El cultivo
de la fresa en México se inició a mediados del siglo pasado en el estado de Guanajuato;
sin embargo, no fue hasta 1950 que cobró mayor importancia por la creciente demanda
de los E.U.A, originando que el cultivo de esta fruta se extendiera a Michoacán, pasando
de cubrir las necesidades del mercado doméstico hasta ser el mayor productor de fresa a
nivel nacional (Ávila-Arce y González-Milán, 2012). Actualmente el cultivo tiene gran
importancia económica y social en el país, donde la mayor parte de la producción es
aportada por Michoacán, Baja California y Guanajuato, generando el 91.5% del total de la
producción nacional (SIAP, 2013).
El arándano (Vaccinium spp.) es una especie frutal arbustiva originaria de Norteamérica,
pertenece a la familia Ericaceae (Ormeño, 2009). Se distinguen tres tipos de arándano:
arándano alto o highbush (V. corymbosum), ojo de conejo o rabbiteye (V. virgatum) y
arándano bajo o lowbush (V. angustifolius) (Eck et al., 1990). El arándano está compuesto
de muchos tallos que nacen de yemas localizadas en la corona de la planta (Gough,
1980). Se pueden ver en estado silvestre, crecen en terrenos húmedos y maduran
durante los meses de verano y otoño (SDRC, 2010). La importancia del arándano como
alimento radica en sus componentes bioactivos; ya que contiene alta cantidad y variedad
de compuestos fenólicos y ácido ascórbico, siendo considerada una fruta con potencial
benéfico para la salud (Sinelli et al., 2009).También es muy apreciado como medicina
(antioxidante, vasculo-protector, anti-inflamatorio, antiséptico urinario) (Faria et al., 2005)
en la industria de colorantes, entre otros, gozando de gran demanda en varias regiones
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del mundo, particularmente en Estados Unidos y Europa, ya ofrece utilidades por arriba
de los que arrojan los cultivos tradicionales (SDRC, 2010).
El frambueso pertenece a la familia Rosaceae, género Rubus, es un arbusto frutal de
cañas. Originario de regiones templadas del norte de Asia y Europa Oriental. Su
distribución actual es en gran parte del mundo, presentando alta diversidad genética que
genera diferencias principalmente en el hábito de crecimiento, tolerancia a enfermedades,
tiempo de madurez, resistencia a plagas y objetivo de producción. En un contexto general,
las variedades de frambueso se clasifican por su origen, color o época de producción,
siendo las últimas las formas más tradicionales para su identificación (Morales et al.,
2009). Este fruto contiene un porcentaje moderado de hidratos de carbono, mientras que
su contenido en proteínas y lípidos, al igual que su valor energético es bastante escaso.
Dentro de las frutas, la frambuesa destaca por su alto contenido en fibra, vitamina C,
niacina, ácido fólico y vitamina E (MAGRAMA, 2014). La frambuesa junto a los otros
berries, son de los cultivos con mayor valor agregado en la industria frutícola mexicana,
por lo que existe un auge importante en el desarrollo de nuevas plantaciones (Parra et al.,
2002).
La superficie de siembra de berries, en la última década (2003-2013), tuvo un aumento
significativo especialmente en la zarzamora. En el caso de las fresas la superficie
sembrada en los últimos 10 año se ha mantenido por arriba de las 5,000 y las 8, 000
ha.año-1; sin embargo, la producción ha aumentado considerablemente a partir de 2008
(200,000 t.año-1), con un pico de producción en el 2012 (360,427 t.año-1). Los arándanos y
frambuesas han presentado un incremento, tanto en superficie de siembra como en
producción, sin embargo aún no es comparable a la producción de fresa y de zarzamora
(Figura 1 b).
La superficie establecida de berries se concentra en cuatro estados: Michoacán con 70%,
Baja California con 12%, Jalisco con 9% y Guanajuato con 4%; el resto se dispersa entre
otros 17 estados de la república con 5% (SIAP, 2013). Respecto a las exportaciones de
berries, un 80% son hacia EUA, 10% hacia Europa, 5% hacia algunos países de Asia y el
resto al mercado nacional y otros destinos internacionales como los Emiratos Árabes y
próximamente se exportará frambuesa y zarzamora Michoacana a China (FUMIAF, 2005).
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IV. Problemática:
Un fuerte problema de las berries son las pocas o nulas variedades nacionales para las
distintas frutillas, las zonas con potencial productivo en el país requieren variedades
desarrolladas en México y para México.
Fresa no dispone de variedades o de material vegetativo nacional competitivas que
abaraten el costo de adquirirlo de importación a empresas. La producción de fresa en
México depende de la importación de variedades extranjeras, provenientes de los estados
de California y Florida, E.U.A., con costos adicionales por el pago de regalías a las
empresas concesionarias por el uso de la planta, y por consecuencia hay una disminución
en la rentabilidad del cultivo para el productor (Martínez-Bolaños et al., 2008).
En el caso de zarzamora, se presenta una alta dependencia a una sola variedad libre ya
que el 90% de los productores utilizan la misma (Tupy). En cuanto a frambuesa un
puñado de variedades exitosas se produce de manera protegida para evitar piratería, pero
de igual forma no son nacionales.
Otros grandes problemas de las regiones productoras de frutillas en México son la baja
tecnología aplicada al cultivo, trayendo como consecuencia la baja en los rendimientos,
así como la falta de mayor organización de productores para fortalecer sus conocimientos
técnicos del cultivo, así como el conocimiento y lectura de los mercados nacionales y
extranjeros.
Por otro lado, una amenaza considerable es la baja aplicación de las buenas prácticas
agrícolas. El cultivo de frutillas en el país y especialmente en el estado de Michoacán, que
es donde está la mayor producción, enfrenta problemas por el alto consumo de agua y
agroquímicos. Se estima que aplican al cultivo más de 600 kg N ha1, cantidad muy
superior a sus necesidades (SPZM, 2013).
La aplicación indiscriminada de los fertilizantes nitrogenados en los campos agrícolas
puede ser eventualmente una fuente potencial de contaminación de las aguas
superficiales y subterráneas cuando se superan las concentraciones de nitratos y de
amonio permitidas por la EPA (Environmental Protection Agency), además de las
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emisiones de dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nitroso (Ibáñez, 2010). Por ello la
importancia el desarrollo de tecnologías de producción más sustentables.
Finalmente, otra problemática detectada es la falta de investigación sobre manejo
poscosecha, ya que se trata de productos altamente perecederos con altos contenidos de
agua, por ello es necesario implementar tecnologías postcosecha que aumenten la vida
de anaquel y las propiedades nutricionales.
V. Logros y avances:
Actualmente (2012-2016) se desarrolla un proyecto sobre “Generación y validación de
variedades mexicanas de fresa”, el cual es financiado por el Fondo Sectorial SAGARPACONACYT. Su principal objetivo es generar y validar variedades mexicanas de fresa para
los estados de Michoacán, Guanajuato, Estado de México y Jalisco, ante la problemática
antes referida. Las variedades que se encuentran en investigación son: Zamorana,
Jacona, CP LE-7, CP 06-15 del Colegio de Postgraduados y Nikte y Pakal del INIFAP.
Asimismo, tanto el COLPOS como el INIFAP cuentan con nuevas selecciones que se
continuarán evaluando y validando en los siguientes ciclos productivos; sin embargo, para
el resto de las frutillas (zarazamora, frambueza y arándano) que se producen en México
aún se depende por completo de las variedades extranjeras.
Los productores nacionales de frutillas que venden en fresco han desarrollado sistemas
de preenfriamiento (3°C), empaque y transporte por vía aérea o terrestre. En el caso de la
fruta procesada, se ha generalizado el congelamiento del fruto individual, el cual puede
ser transportado a grandes distancias para posteriormente emplearlo en la elaboración de
mermeladas, jaleas, relleno en reposterías, yoghurt, nieves, jugos y vinos; sin embargo
los condiciones de manejo poscosecha aún son muy precarias.
Según datos de la Secretaría de Agricultura, actualmente México cuenta con 25,000 ha de
superficie sembrada de cuatro cultivos de berries o frutillas: zarzamora, fresa, arándano y
frambuesa. Esta superficie tiene un valor de producción de 550 millones de dólares al año
y genera entre 80,000 y 100,000 empleos al año; además, México es el productor mundial
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de zarzamora y el principal exportador de fresa a Estados Unidos, principal destino de las
berries mexicanas, según la Asociación Nacional Exportadora de Berries (Aneberries). El
cultivo, producción y consumo de frutillas ha aumentado considerablemente en nuestro
país a pesar de su reciente establecimiento, probablemente favorecido por la también
creciente demanda mundial debido a las propiedades alimenticias y beneficios a la salud
atribuibles a estos frutos.
VI. Propósito de la Demanda:
Desarrollo de mejores tecnologías de producción, obtención de variedades mexicanas y
transferencia de tecnología, para las condiciones y requerimientos de las diferentes
regiones productoras de frutillas (zarzamora, frambuesa y arándano).
VII. Objetivos:
7.1. Objetivo General:
Regionalizar las zonas y el potencial productivo de zarzamora, frambuesa y
arándano en México; identificar, describir y difundir variedades nacionales de
zarzamora, frambuesa y arándano; y desarrollar tecnología de producción
sustentable y de manejo poscosecha.
7.2 Objetivos Específicos:
1. Identificar y caracterizar las zonas actuales y potenciales de adaptación y
capacidad de producción para los cultivos de zarzamora, frambuesa y
arándano.
2. Identifica, evaluar y describir variedades de zarzamora, frambuesa y
arándano,
con adaptabilidad,
rendimiento y calidad (tamaño,
sabor,
consistencia y brix del fruto), para las principales regiones y temporadas de
producción de México.
3. Generar tecnología de producción sustentable para las principales regiones y
temporadas de producción de México, que involucre el manejo adecuado del
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agua, disminución aplicación de agroquímicos, nutrición, podas, tutoreo,
polinización,
fitosanidad,
inocuidad,
suelo,
calidad
(tamaño,
sabor,
consistencia y brix), a cielo abierto y en macrotunel.
4. Desarrollar tecnologías de manejo poscosecha para prolongar la vida de
anaquel y de la calidad del fruto.
5. Diseñar y aplicar un modelo de transferencia de tecnología, capacitación y
asistencia técnica, vinculado a las innovaciones tecnológicas disponibles
(estado del arte) y generadas en el proyecto para incrementar la productividad
y rentabilidad sustentable de frutillas.
6. Realizar un diagnóstico integral actualizado de las cadenas de valor de frutillas
(estadísticas, principales zonas de producción, problemática tecnológica y
socioeconómica, identificar problemas a resolver con nuevas tecnologías
como la biotecnología, directorio de productores, investigadores, exportadores
e industriales, entre otros temas).
VIII.
Justificación:
El Plan Nacional de Desarrollo (PND) 2013-2018, publicado en el Diario Oficial de la
Federación el 20 de mayo de 2013, establece en su Objetivo 3.5. Hacer del desarrollo
científico, tecnológico y la innovación, pilares para el progreso económico y social
sostenible. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y
Alimentario 2013-2018, tiene como estrategia integral elevar la productividad para
alcanzar el máximo potencial del sector agroalimentario y una visión estratégica que
implica la construcción del nuevo rostro del campo, sustentado en un sector
agroalimentario productivo, competitivo, rentable, sustentable y justo, que garantice la
seguridad alimentaria del país y contribuya al desarrollo rural integral. Establece en el
Objetivo 1. “Impulsar la productividad en el sector agroalimentario mediante inversión en
capital físico, humano y tecnológico que garantice la seguridad alimentaria”; Estrategia 1.1
“Orientar la investigación y el desarrollo tecnológico a generar innovaciones aplicadas al
sector agroalimentario que eleven la productividad y competitividad”.
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En congruencia con el PND y el Programa Sectorial (PSDAPA); y en cumplimiento con lo
establecido en el Art. 37 de la Ley de Desarrollo Rural Sustentable, el Sistema Nacional
de Investigación y Transferencia Tecnológica (SNITT), como parte de sus funciones
estratégicas, realizó un taller de vinculación el 3 de octubre de 2014, con Investigadores,
Productores, Asociaciones y Empresas, de la cadena de valor de frutillas. El taller permitió
identificar los temas estratégicos y transversales de investigación, que aporten a elevar la
producción y productividad de los cultivos de zarzamora, fresa, arándano y frambuesa,
para contribuir en la seguridad alimentaria del país, en cumplimiento a lo establecido en el
PND, PSDAPA y el Anexo de Ejecución del Convenio del Fondo Sectorial de
Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos
Fitogenéticos SAGARPA-CONACYT 2015.
En la actualidad México cuenta con 25,000 ha de superficie sembrada de cuatro cultivos
de berries o frutillas: zarzamora, fresa, arándano y frambuesa. Esta superficie tiene un
valor de producción de 550,000,000 de dólares al año y genera entre 80,000l y 100,000
empleos al año; además México es el productor mundial de zarzamora y el principal
exportador de fresa a Estados Unidos, país que es el principal destino de las berres
producidas en México.
Dentro de los estados con las mejores características para la producción de berries se
encuentran: Baja California, Chihuahua, Nayarit, Colima, Michoacán, Jalisco, Guanajuato,
Hidalgo, Morelos, Estado de México, Veracruz y Puebla (Bascopé, 2013). Características
que han influido en el aumento de la superficie sembrada en 126% durante el periodo
2006-2012 y en la producción con un aumento del 155% en el mismo periodo (SIAP,
2013).Otras condiciones que han aumentado el interés y la producción de berries en
México son: elevada rentabilidad, rápido retorno de la inversión, uso intensivo de mano de
obra, amplio valor agregado y un gran mercado de exportación (Muñoz y Juárez, 1995).
No obstante, la producción de berries en México carece de tecnología y buenas prácticas
agrícolas como uso eficiente del agua y agroquímicos, lo que ocasiona rendimientos
bajos. Otro problema importante es la falta de variedades nacionales que se ajusten a las
condiciones bióticas y abióticas de la zona productora y con ello abaraten los costos de
producción. En cuanto al manejo poscosecha también hay grandes deficiencias, ya que
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se trata de productos altamente perecederos con altos contenidos de agua, por ello es
necesario implementar tecnologías postcosecha que aumenten la vida de anaquel y las
propiedades nutricionales.
Ante la importancia social y económica de las frutillas en el país, así como la creciente
demanda nacional e internacional y las condiciones adecuadas para su producción en
México, es importante impulsar el desarrollo e investigación en mejores sistemas de
producción, transferencia de tecnología y obtención de variedades de frutillas (zarzamora,
arándano y frambuesa), para las condiciones y requerimientos de las diferentes regiones
productoras de frutillas.
IX. Productos a entregar:
1. Al menos tres mapas de adaptación y potencial productivo para los cultivos de
zarzamora, frambuesa y arándano, con evidencia de trámite para registro de
protección intelectual.
2. Un documento con los resultados de la evaluación de materiales sobresaliente de
zarzamora, arándano y frambuesa, en áreas actuales y potenciales para su cultivo
en México, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
3. Al menos dos variedades por cultivo de frutillas (zarzamora, arándano y
frambuesa), con adaptabilidad, rendimiento y calidad (tamaño, sabor, consistencia
y brix), con los respectivos documentos de descripción para su protección.
4. Dos manuales por especie con la tecnología de producción sustentable por cultivo
de frutilla (zarzamora, arándano y frambuesa), en versiones para técnicos y para
productores, con el fin de inducirlos y capacitarlos en la aplicación de las
tecnologías generadas, con evidencia de trámite para registro de protección
intelectual.
5. Un manual por cultivo de frutilla (zarzamora, arándano y frambuesa) con el
desarrollo tecnológico para el manejo postcosecha para prolongar la vida de
anaquel y la calidad del fruto, en versiones para técnicos y productores, con el fin
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de inducir y capacitar a técnicos y productores en la aplicación de esas
tecnologías, con evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
6. Un informe integral de la caracterización y los resultados de la aplicación del
modelo de transferencia de tecnología, capacitación y asistencia técnica, en
versiones para técnicos y para productores, para inducirlos a la innovación, con
evidencia de trámite para registro de protección intelectual.
7. Un informe integral actualizado por cadena de valor de las frutillas (zarzamora,
arándano y frambuesa) para identificar sus necesidades y problemática, así como
su estado actual y potencial en México, con evidencia de trámite para registro de
protección intelectual.
X. Impactos a lograr con los productos a obtener:
Económico

Incrementar la rentabilidad y competitividad internacional, en beneficio de los
productores de frutillas en México y los integrantes de la cadena de valor.

Aumento de la productividad de frutillas mediante el manejo integral del cultivo,
uso de variedades nacionales y nuevas tecnologías sustentables.
Social

Mejora el bienestar social en las regiones productoras de frutillas del país al
generar mayor rentabilidad y producción en los cultivos, así como el incremento en
los empleos.

Desarrollo del mercado nacional para aumentar el consumo de frutillas en México y
sus beneficios en la nutrición y salud humana.
Tecnológico

Desarrollo de nuevas tecnologías para la producción y manejo poscosecha en
frutillas.
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
Disponibilidad de variedades nacionales para condiciones específicas de las zonas
de producción de frutillas (zarazamora, frambueza y arándano) en México.
Ecológico

Reducción del impacto negativo al ambiente mediante el implemento de
tecnologías de producción sustentables (manejo integral de agua, reducción del
uso de agroquímicos, etc.).
XI. Literatura citada:
Ávila-Arce A., D.J. González-Milán. 2012. La competitividad de las fresas (Fragaria spp.)
mexicanas en el mercado Nacional, Regional y de Estados Unidos. Agricultura
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Bascopé, A. J. 2013. Realidad productiva de la frambuesa EE.UU. y México. Informe de
Experto. Oficina de Estudios y Políticas Agrarias. Santiago, Chile. 42 p.
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infrared spectroscopy. Acta Horticulture 810: 807-815.
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Contacto para consultas técnicas sobre la demanda
Ing. Belisario Domínguez Méndez
Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA
Teléfono: (55) 3871-1000 ext. 33312 y 33328
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