Plasma, el futuro para la producción de alimentos en México

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 30 de noviembre de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés), las plantas representan más de 80 por ciento de la dieta y la nutrición humanas. Según este organismo internacional es necesario aumentar en 60 por ciento la producción de alimentos para atender las necesidades de la población mundial que llegará a los nueve mil millones de habitantes en el año 2050. 

Ante esta necesidad y aunado a las condiciones climáticas cada vez más adversas para la agricultura, la tecnología jugará un papel fundamental para la supervivencia humana.

El plasma actualmente se utiliza —mediante tecnología especializada— en sectores industriales como el automotriz, aeroespacial, producción de televisiones y monitores, en la industria médica, en la fabricación de semiconductores, entre otros.

Investigadores del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) utilizan tecnología de plasma para mejorar la germinación en semillas de diversas plantas y también la usan para prolongar la vida de anaquel de frutas y vegetales.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, los científicos detallan los estudios y aplicación de esta tecnología en semillas y alimentos, y el potencial del plasma para combatir este problema que acecha el presente y futuro de la humanidad.

Potenciar la germinación

El plasma es un gas parcialmente ionizado que puede encontrarse tanto en forma natural como generado en un laboratorio. De forma natural, está presente en el sol, las estrellas, las descargas eléctricas, las auroras boreales, etcétera. De manera artificial, puede generarse en el laboratorio mediante tecnología especializada y se produce cuando una descarga electromagnética es aplicada a un gas, de esta forma el gas se ioniza parcialmente por la presencia de la electricidad.

“El plasma también es conocido como el cuarto estado de la materia, después del estado sólido, líquido y gaseoso viene el plasma, que es un gas parcialmente ionizado compuesto por diversas especies como electrones, átomos, moléculas, especies neutras, radiación ultravioleta, etcétera. El plasma es fácil de producirse y seguro al emplearse y tiene muchas aplicaciones en el área médica. Puede adquirir diversos colores, dependiendo del gas que se emplee para formarlo, por ejemplo puede ser rosa si se usa nitrógeno, puede ser blanco si es argón, entre otros”, explicó la doctora Guadalupe Neira Velázquez, investigadora del Departamento de Síntesis de Polímeros del CIQA.

Diversas semillas sometidas a tratamiento de plasma.Durante la última década, algunos investigadores del CIQA (Gustavo Soria y Guadalupe Neira) han trabajado con plasma para la modificación de polímeros y partículas para el sector industrial, particularmente automotriz. Pero ante las condiciones de alimentación que imperan en el mundo y al analizar el potencial de la tecnología de plasma, desde hace un año, aplican  esta tecnología para propiciar una mejor producción de alimentos.

De acuerdo con datos de la FAO, se estima que 821 millones de personas, aproximadamente una de cada nueve personas en todo el mundo, están subalimentadas y en 2017 aproximadamente 10 por ciento de la población mundial estuvo expuesta a una inseguridad alimentaria grave.

“Los pronósticos son que, en los años posteriores, haya un incremento de áreas donde es menos factible producir alimento. Esto trae una serie de preocupaciones y hay que ocuparnos en esos temas. Uno de los objetivos es tratar de hacer conciencia en la población, tanto la comunidad interna como externa del CIQA, sobre la importancia de abordar el tema de la alimentación con tecnología; tecnología enfocada en atacar estos problemas, como el desperdicio de alimento, la reducción de zonas de cultivos y cómo incrementar la producción y calidad de los alimentos en esta zona (de México)”, subrayó el doctor Carlos Espinoza González, investigador del Departamento de Materiales Avanzados y coordinador de Investigación del CIQA.

Los especialistas están tratando de aprovechar una tecnología disponible y fácil de emplear para tratar de maximizar los recursos de la institución con el objetivo de aprovechar su potencial para el tema alimentario.

“El plasma tiene varias aplicaciones en el área alimenticia, estamos trabajando en este momento con el tratamiento de semillas. Lo que se hace es modificar solamente su superficie añadiendo grupos químicos que generalmente emplea nuestro organismo, como oxígeno y nitrógeno, para mejorar las propiedades y área superficial de las semillas. El tratamiento por plasma puede incrementar el área superficial de la semilla y producir algunos grupos químicos polares en la superficie de esta, estos grupos hacen que la semilla absorba agua más rápidamente, además de que el plasma puede eliminar de manera rápida algunos microorganismos tales como bacterias y hongos que afectan de forma negativa la germinación de las semillas, y con esto se puede disminuir el uso de fertilizantes y químicos”, detalló la investigadora Guadalupe Neira.

Hasta el momento, los científicos han tratado con plasma semillas de frijol, maíz, calabaza, pepino, papaya, albahaca, guayule, diferentes tipos de chiles, y han encontrado que casi cualquier tipo de semilla puede ser modificada por plasma; aunque su comportamiento ante el plasma varía para cada tipo de semilla empleada.

“Es una investigación que se está desarrollando en término al tratamiento de semillas, de tal forma que se pueda incrementar la eficiencia de germinación. Esto obviamente podría tener un impacto importante en lugares donde es difícil hacer germinar las semillas para la generación de cultivos, como las zonas áridas donde habitamos”, indicó Carlos Espinoza.

Este proyecto se desarrolla a nivel laboratorio. Para los tratamientos de modificación de semillas con plasma, se utilizan sistemas de plasma a escala laboratorio desarrollados en el CIQA, estos sistemas pueden trabajar a presión atmosférica o a presión de vacío. Para los tratamientos, las semillas (entre 200 y 600) se ponen en cajas Petri y posteriormente estas son colocadas en los sistemas de plasma para su tratamiento. La parte agrícola del proyecto está siendo evaluada en conjunto con la doctora Lluvia de Abril Soriano, del Departamento de Agroplásticos del CIQA.

“Los tratamientos son muy cortos, el sistema de plasma es ambientalmente benigno porque no se utilizan químicos, sino que (la mayoría de las veces) se utiliza aire del medio ambiente para llevar a cabo la modificación de las semillas, aunque también pueden ser empleados otros tipos de gases. Bajo la fuente de plasma se colocan las semillas y se tratan durante cinco a 20 segundos, las semillas están en constante movimiento mientras se están modificando, esto con la finalidad de que el tratamiento sea homogéneo. Después del tratamiento por plasma las semillas se colocan en macetas o en cajas Petri con algodón (según sea el caso) para posteriormente realizar los estudios pertinentes. Se ha encontrado que las semillas modificadas absorben mayor cantidad de agua que las no tratadas, la velocidad de absorción del agua es mayor en las semillas tratadas y esto hace que germinen más rápido que las semillas sin tratar”, puntualizó la doctora Guadalupe Neira.

Doctor Carlos Espinoza González.Las semillas que son tratadas con plasma germinan más rápido y se obtienen más rápido los cultivos, y la producción agrícola en principio sería más alta, los tratamientos no dañan la semilla, solamente modifican su superficie pero no sus propiedades intrínsecas, señaló la investigadora.

Los especialistas comentaron que, a pesar de que estas pruebas se realizan con cantidades pequeñas de semillas, los sistemas de aplicación de plasma tienen potencial de escalamiento para empresas del giro semillero. Existen reportes en la literatura donde se menciona que el tratamiento no tiene efectos negativos sobre las semillas y que los productos obtenidos son bastante seguros para el consumo humano, en CIQA se realizarían en un futuro pruebas de citotoxicidad y pruebas biológicas para confirmar estos reportes.

Los científicos agregaron que, a largo plazo y a nivel industrial, este tipo de tratamientos sería de bajo costo para las empresas del giro semillero, ya que la inversión más fuerte es al momento de adquirir el equipo de tecnología de plasma que tiene diferentes costos, según la escala de producción.

Hasta ahora, en los tratamientos con plasma se han utilizado gases como oxígeno, argón, nitrógeno, vapor de agua, aire ambiental, entre otros, considerando variaciones en tiempos de tratamiento y energía empleada para determinar los parámetros con mejores resultados.

De forma preliminar, los resultados en promedio indican que las plantas crecen hasta dos o tres veces más rápido, en comparación con plantas ‘testigo’ de las mismas semillas que no tuvieron tratamiento con plasma, aunque estos resultados varían dependiendo del tipo de semilla. Existen casos, como algunas semillas de chile y albahaca, que no tuvieron un crecimiento más rápido y se analiza probar otros tipos de gases para fomentar su crecimiento.

Guadalupe Neira indicó que continuarán con pruebas biológicas y de citotoxicidad de las especies agrícolas, apoyados por el Departamento de Agroplásticos del CIQA y por la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec). Se espera poder expandir el proyecto, ya sea con recursos por parte del Conacyt o de alguna empresa del sector agroindustrial.

Otras aplicaciones agrícolas del plasma

Además del tratamiento de semillas, la tecnología de plasma es utilizada en otras instituciones y países para el tratamiento de aguas a través de oxígeno y aire ambiental, donde obtienen un tipo de agua oxigenada o nitrogenada, a la cual llaman también agua activa y que tiene potencial para acelerar el crecimiento de los cultivos y es empleada en algunos países como agua de riego.

Los investigadores del CIQA, en vinculación con la doctora Rosa Idalia Narro Céspedes, de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec, contemplan utilizar la tecnología de plasma para realizar tratamientos poscosecha a frutas y verduras para prolongar su vida de anaquel.

“Cuando tienes un producto poscosecha, que sería el fruto o vegetal, se le puede dar un tratamiento de pocos segundos por plasma para eliminar posibles bacterias u hongos superficiales que pudiera traer el producto, y esto permitirá que su tiempo de anaquel en el mercado o en la casa pueda ser mayor, lo cual representa un ahorro monetario importante; además de que el comprador lo puede consumir con mayor seguridad, ya que el producto tendría muy baja cantidad de microorganismos adversos para los seres. El plasma también puede ser empleado para descontaminar carnes y carnes frías, entre otros. Con la Facultad de Ciencias Químicas estamos también tratando frutos y vegetales. Al momento se han modificado por plasma aguacate, tomate y fresas, pero esa parte del proceso apenas se está iniciando. Sin embargo, el uso de plasma en agricultura a nivel mundial tiene varios años que inició y cada vez se emplea más, y como país no debemos quedarnos atrás y debemos aprovechar las bondades que ofrece esta versátil tecnología”, resaltó la doctora Guadalupe Neira Velázquez.

Carlos Espinoza González agregó que continuarán las investigaciones sobre temas alimentarios en la institución para contribuir a la solución de problemas que enfrentarán las próximas generaciones.

Semillas sometidas a tratamiento de plasma.

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