CONVOCA. I. Temas estratégicos transversal II. Temas estratégicos orientados a Cadenas Valor. Bases de la Convocatoria.

Transcripción

1 La Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), con fundamento en lo dispuesto en la Ley de Ciencia y Tecnología (LCYT), han constituido un fideicomiso con recursos concurrentes denominado Fondo Sectorial de Investigación en materia Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos para apoyar proyectos de investigación científica y tecnológica que contribuyan a generar el conocimiento necesario para atender los problemas, necesidades u oportunidades del Sector, consoliden los grupos de investigación y de tecnología y fortalezcan la competitividad científica y tecnológica del sector académico y productivo relacionados con el Sector, busquen elevar el nivel de competitividad de las empresas y/o que promuevan la creación de nuevos negocios a partir de la aplicación de conocimientos y avances tecnológicos para lograr un mayor desarrollo armónico y equilibrado. Para el cumplimiento de este propósito, el Comité Técnico y de Administración del Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos CONVOCA A las instituciones, universidades públicas y particulares, centros, empresas, laboratorios y demás personas físicas o morales dedicadas a la investigación científica y al desarrollo tecnológico que se encuentren inscritas en el Registro Nacional de Instituciones y Empresas Científicas y Tecnológicas (RENIECYT), a presentar propuestas de investigación científica y tecnológica que respondan a las demandas específicas establecidas en las siguientes áreas: I. Temas estratégicos transversal II. Temas estratégicos orientados a Cadenas Valor Bases de la Convocatoria Página 1 de 2

2 En función de las acciones científico-tecnológicas requeridas para atender las Demandas Específicas establecidas por el Sector, las propuestas podrán presentarse bajo la siguiente particularidad: Apoyo a Macro Proyectos de Investigación, Desarrollo e Innovación Tecnológica (I+D+i). Para esta convocatoria se ha identificado un tema, según los lineamientos de los planes estratégicos del sector, los cuales constituyen el marco para la definición de las demandas que se consideran pertinentes en la presente Convocatoria, como a continuación se indica a continuación: I. Temas estratégicos transversal 1. Aprovechamiento del germoplasma, desarrollo tecnológico e innovación en sistemas de producción de frutales de México 2. Generación de tecnologías agrícolas basadas en metabolómica 3. Desarrollos tecnológicos pecuarios basados en metabolómica 4. Nanotecnología agrícola: formulación de insecticidas, fungicidas, bactericidas, viricidas, fertilizantes, herbicidas e inductores 5. Nanotecnología pecuaria: formulación de fármacos veterinarios para el manejo de padecimientos y el bienestar animal 6. Optimización de la obtención y purificación de compuestos biológicos activos de alto valor económico y tecnológico II. Temas estratégicos orientados a Cadenas Valor 1. Generación de tecnología, variedades nacionales e innovaciones para el incremento de la productividad integral de frutillas en México. Bases de la Convocatoria Página 2 de 2

3 Las Demandas Específicas están debidamente dimensionadas y acotadas, la información a detalle se muestra en el documento anexo Demandas del Sector , que es parte de los Términos de Referencia y estos a su vez forman parte de esta Convocatoria. Plazo para presentar propuesta: A partir de la fecha de publicación de la presente convocatoria y hasta el 16 de abril de 2015 (a las 11:00 a.m.). Se recomienda preparar y enviar su propuesta con anticipación ya que no se recibirán propuestas extemporáneas. En la presente convocatoria no se considera el presentar una prepropuesta; es decir, solamente se recibirán directamente las propuestas en extenso. Las propuestas deberán ajustarse a los términos de esta Convocatoria (Bases, Términos de Referencia y Demandas del Sector) y a los formatos correspondientes, disponibles en la página electrónica del CONACYT Emitida en la Ciudad de México, a los 3 días del mes de febrero del año dos mil quince. Bases de la Convocatoria Página 3 de 2

4 Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos Términos de Referencia Convocatoria Índice 1. Introducción 2. Información de elegibilidad 3. Especificación de las demandas del Sector 4. Preparación de la propuesta e instrucciones para el envío 5. Evaluación y selección de propuestas 6. Confidencialidad y propiedad intelectual 7. Información para administración del apoyo 8. Consideraciones adicionales y situaciones no previstas 9. Fundamentos legales 10. Anexo A. Glosario de términos 11. Anexo B. Demandas del Sector Términos de Referencia Página 1 de 19

5 1. Introducción Este documento complementa la información descrita en la Convocatoria SAGARPA-CONACYT de fecha 3 de febrero de 2015, emitida por la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), a través del Fideicomiso denominado Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos. 2. Información de elegibilidad Las propuestas deben ser presentadas por empresas públicas, privadas, universidades e instituciones públicas y particulares, centros, institutos, laboratorios y demás personas físicas y morales dedicadas a la investigación y al desarrollo tecnológico, con énfasis en la vinculación con el sector Agropecuario, de Pesca y Acuacultura e Industrial y que se encuentren inscritas en el Registro Nacional de Instituciones y Empresas Científicas y Tecnológicas (RENIECYT) a que se refiere el artículo 25, fracción II de la Ley de Ciencia y Tecnología (LCYT). El objetivo principal de las propuestas presentadas y apoyadas por el Fondo será el desarrollo de tecnologías aplicables al sector Agrícola, Pecuario, de Pesca y Acuacultura, que se expresen como nuevos productos, patentes, mejoras en los procesos de producción e innovación tecnológica. En función las Demandas Específicas establecidas por el Sector, las propuestas científicotecnológicas podrán presentarse en la siguiente particularidad: Macro Proyectos de Investigación, Desarrollo e Innovación Tecnológica (I+D+i). Propuestas de proyectos multidisciplinarios e interinstitucionales realizados para la adquisición de nuevos conocimientos, que responda a demandas con innovación tecnológica que sean comercializables y/o transferibles y aplicables al campo, la industria o con potencial para exportar, que se concreten a solicitudes específicas determinadas, que concreten en el desarrollo de nuevos productos, procesos y servicios de impacto en el Sector, señalados en el Anexo B de las Demandas del Sector Macro proyecto Es un proyecto, que tiene el objetivo dar solución a un problema prioritario del Sector, generando así beneficios para la sociedad. Contempla tres elementos indispensables (figura 1): El tecnológico, conocer a profundidad el mercado y quesea sustentable. Desarrollado por equipos interinstitucionales y multidisciplinarios, coordinados por la institución participante con mayor prestigio en el tema y que garantice la vinculación con el sector productivo - empresarial. Términos de Referencia Página 2 de 19

6 Figura 1. Esquema propuesto de Macro proyecto 3. Especificación de las demandas del Sector En atención a la problemática nacional en la que la I+D+i (Investigación, Desarrollo e Innovación Tecnológica) tiene 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 materia Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos. Para esta convocatoria se ha identificado un tema general según los lineamientos de los planes estratégicos del sector, que constituyen las demandas y necesidades que se proponen pertinentes en la presente Convocatoria, la información a detalle se muestra en el documento anexo Demandas del Sector que es parte de los Términos de Referencia. 4. Preparación de la propuesta e instrucciones para el envío 4.1 Instrucciones para la preparación de la propuesta El Fondo Sectorial busca propuestas de proyectos innovadores que integren el conocimiento científico-tecnológico y desarrollen la solución integral de las demandas específicas establecidas en esta convocatoria, vinculando a diferentes instituciones que abarcan desde la investigación hasta la instrumentación exitosa de soluciones sustentables o, en su caso, rentables. Las propuestas además de atender alguna de las Demandas del Sector , deberán tener en consideración lo siguiente: 1. La estructura de la propuesta deberá apegarse al formato establecido, disponible tanto en la página electrónica del CONACYT como de la SAGARPA que es considerando los siguientes puntos: Términos de Referencia Página 3 de 19

7 Estado del arte. Deberá indicar todas las investigaciones nacionales e internacionales publicadas y relacionadas al tema propuesto. Justificación. Deberá describir y dimensionar la necesidad, problema u oportunidad en la cual se centra la propuesta. Propuesta de creación de valor. Describir el beneficio social, económico, ambiental o tecnológico generado como producto de la ejecución del proyecto. Contenido innovador. Deberá presentarse el estado del arte científico y/o tecnológico en el que se enmarca la propuesta, así como el contenido innovador del conocimiento a generar o de su aplicación. Objetivos y metas. Se indicarán los objetivos generales y específicos de la propuesta, separando cada etapa del proyecto e indicando los resultados que se esperan obtener, así como los tiempos de ejecución de cada etapa y las formas de entrega del cumplimiento del objetivo. Deberán establecerse indicadores cuantitativos y cualitativos que permitan dar seguimiento al desarrollo del proyecto, así como los medios de verificación y los supuestos considerados. Metodología. Descripción de la base metodológica para el desarrollo del proyecto y el logro de los resultados esperados. Productos entregables. La especificación de los resultados y productos comprometidos en el proyecto y que serán entregados al sector. No se consideran como productos documentos tales como tesis de cualquier grado, artículos o capítulos de libros o personal formado durante la ejecución del proyecto. Grupo de trabajo e infraestructura. Descripción cualitativa y cuantitativa de las capacidades científicas y técnicas de los participantes en el proyecto y de la infraestructura y capacidad administrativa de las instituciones u organizaciones a las que estén adscritos. El proponente especificará el personal que destinará para la realización del proyecto, indicando el tiempo que cada especialista invertirá en el desarrollo del tema correspondiente. En la propuesta se deberá incluir el Currículum Vitae del personal especializado que participarán en el desarrollo del proyecto. Programa de actividades y presupuesto. Descripción de las actividades y recursos requeridos en cada una de las etapas del proyecto por institución participante. La propuesta deberá contemplar etapas de ejecución bien definidas que consideren el cumplimiento de metas, así como los recursos requeridos para alcanzarlas. En cada una de ellas deberán explicitarse los indicadores que permitan verificar su cumplimiento y la generación de los productos entregables en esa etapa. Dicho calendario deberá contemplar la entrega de, al menos dos informes intermedios y un informe final. Las fechas de entrega de estos informes deberán estar indicadas en el calendario de trabajo. Términos de Referencia Página 4 de 19

8 Mecanismos de transferencia. En todos los casos, se deberá considerar una estrategia de transferencia en la que se describan los mecanismos, acciones o recomendaciones concretos que se consideran en la propuesta, que permitan la transferencia, asimilación y en su caso adopción de los resultados por los usuarios. Se deberá considerar por lo menos un curso de capacitación como parte de la estrategia de transferencia. 2. Las propuestas deberán indicar un responsable técnico, un administrativo y un representante legal. El primero será responsable de la ejecución del proyecto, confirmará el cumplimiento de los objetivos planteados, de la generación de los productos entregables y de la elaboración de los informes de avance y logros alcanzados. El responsable administrativo tendrá el control administrativo y contable, verificará la correcta aplicación y comprobación de los recursos canalizados por el Fondo, así como de la elaboración de los informes financieros y administrativos requeridos. Por último, el representante legal será la persona física con el poder para contraer compromisos a nombre del sujeto de apoyo y firmar los convenios necesarios. El responsable técnico deberá cumplir con lo siguiente: Si se ausenta de su institución de adscripción por un período mayor de tres meses, ya sea por receso sabático o por comisiones, no podrá fungir como responsable del proyecto. Se permitirá la participación en más de una propuesta a un mismo grupo de investigación o a sus colaboradores, siempre y cuando no se traslapen los objetivos y metas de las propuestas. Cuando el investigador responsable cuente con un proyecto aprobado vigente, podrá someter una nueva propuesta siempre y cuando justifique su capacidad de coordinar ambos proyectos sin demérito de su calidad. 3. Las propuestas deberán especificar las etapas de desarrollo, indicando en cada una de ellas el o los investigadores responsables, las metas, resultados, productos entregables al término de cada etapa, beneficios esperados y recursos requeridos. Dichas etapas técnicas de los proyectos deberán ser estructuradas con una duración mínima de un semestre y máximo de un año, salvo casos de excepción debidamente justificados. 4. Las propuestas deberán considerar preferentemente, la participación de grupos interinstitucionales quienes deberán especificar los objetivos, metas y productos entregables por cada uno de ellos, así como los recursos requeridos. En su caso, una de las instituciones deberá fungir como responsable de la coordinación general del proyecto, correspondiendo a su responsable técnico desempeñar dicha función. Este coordinador tendrá la responsabilidad de integrar los avances y resultados de los grupos individuales, así como mantener la cohesión del grupo de trabajo. Con base a las tareas y responsabilidades de cada uno de los investigadores involucrados en el proyecto se presentarán los presupuestos que corresponden a cada una de ellas, debiendo ser razonables por lo que se deberá considerar las capacidades de infraestructura y recursos humanos de cada institución participante a fin de Términos de Referencia Página 5 de 19

9 optimizar los recursos que invierta el fondo en el proyecto. El Fondo entregará los recursos financieros en tiempo y forma a la institución coordinadora. 5. Las propuestas deberán especificar una serie de indicadores de resultados en el corto y mediano plazos. 6. Se dará preferencia a aquellas propuestas que se encuentren estrechamente vinculadas a los sectores productivos y de transformación y que incluyan entre sus fines la generación de empleos y riquezas. 4.2 Financiamiento del proyecto Se apoyarán los gastos e inversiones indispensables para la ejecución exitosa del proyecto, los cuales deberán estar ampliamente justificados. El proponente deberá indicar el tiempo de ejecución y el monto de recursos requerido para cada etapa del proyecto, presentando un programa de actividades en donde se identifique de manera clara y detallada las labores comprometidas y los productos esperados por etapa. En función de su justificación, el Comité Técnico y de Administración del Fondo establecerá el monto autorizado. Así mismo se deberá presentar un presupuesto por concepto de gasto, en el que deberá detallarse los costos aproximados y fuentes de financiamiento (si existe más de un financiamiento) en los formatos establecidos y anexando una memoria de cálculo detallada del presupuesto solicitado. Los principales rubros que pueden ser financiados con recursos del Fondo son, entre otros: Gasto corriente Viajes y viáticos del grupo de trabajo para fines estrictamente relacionados con el proyecto. Gastos inherentes al trabajo de campo. Pago por servicios externos especializados a terceros, tales como universidades, instituciones de educación superior, institutos y centros de investigación, empresas de ingeniería y/o consultoría especializada, laboratorios nacionales o extranjeros para la realización de actividades puntuales y altamente especializadas, siempre y cuando estos sean indispensables para el éxito del proyecto. Gastos relacionados a estancias académicas o industriales de investigadores, estudiantes, expertos y tecnólogos, siempre y cuando sean indispensables para la realización del proyecto y estén debidamente justificados. Gastos de operación relacionados con el proyecto como son: materiales de consumo de uso directo del proyecto, seres vivos, energéticos, combustibles; operación y mantenimiento de laboratorios y plantas piloto; diseños y prototipos de prueba; herramientas y dispositivos para pruebas experimentales; acervos bibliográficos, documentales, servicios de información científica y tecnológica y software especializado indispensable para ejecutar el proyecto. Términos de Referencia Página 6 de 19

10 Gastos de capacitación a participantes en el proyecto en temas y tiempos indispensables para el éxito del proyecto. Apoyos a estudiantes que realicen su trabajo de tesis de licenciatura u obtengan el grado de especialidad, maestría o doctorado a través de su participación en el proyecto. Los montos de los apoyos deberán ser acordes con los criterios aplicados por el CONACYT. Gastos relacionados con el registro de patentes, pagos de derechos de autor, y de otros títulos de propiedad intelectual, indispensables para proteger los resultados del proyecto. Actividades, publicaciones y materiales requeridos para transferir, asimilar, divulgar y difundir los resultados del proyecto. Lotes de prueba para nuevos productos y procesos. No serán elegibles para apoyo con recursos del Fondo como gasto corriente de los proyectos los siguientes rubros: Los sueldos, salarios o compensaciones económicas del grupo de trabajo. Todas aquellas actividades, materiales y gastos en general relacionados con tareas operativas, ya sean administrativas, productivas, de ventas, distribución, etc. Mantenimiento de vehículos Mantenimiento de equipos no adquiridos con recurso del fondo y que no sea de uso exclusivo del proyecto. Pago de telefonía e internet fijos o móviles Compra de camisas, playeras y blusas Compra de papelería no relacionada con el proyecto Pago de cursos de especialización, administración e idiomas Impresión y empastado de Tesis Gastos aduanales El rubro otros se limitará al 5 % del total de la propuesta Cualquier otra actividad no contemplada como elegible que determine el Comité Técnico y de Administración del Fondo. Términos de Referencia Página 7 de 19

11 Gasto de inversión Adquisición de maquinaria, equipo de laboratorio, plantas piloto experimentales, herramientas, equipo de cómputo, obra civil e instalaciones indispensables para asegurar el éxito del proyecto. Deberá justificarse ampliamente la necesidad de cada uno de los requerimientos, en términos de las capacidades institucionales ya establecidas. Adaptación y obra civil para la instalación de áreas de investigación y desarrollo tecnológico que sean indispensables para el éxito del proyecto. Los activos adquiridos con recursos del Fondo serán propiedad de las instituciones a las cuales se les haya autorizado dicha adquisición, teniendo éstas la obligación de indicar en la factura correspondiente, que fueron adquiridos con recursos del Fondo y darlos de alta en sus inventarios de acuerdo a lo establecido en el Documento Normativo vigente para la administración de proyectos. No serán elegibles de apoyo todos aquellos equipos y maquinaria u obra civil cuyo propósito sean actividades de producción o comercialización del solicitante, o que no sean relacionados directamente con el proyecto: Adquisición de vehículos de transporte o carga Adquisición de tierras e inmuebles Los recursos del fondo se destinarán exclusivamente a sufragar los gastos e inversiones indispensables para la ejecución exitosa del proyecto. Es indispensable que cada uno de los rubros reflejados tanto en gasto corriente como de inversión sea debidamente justificado. Se deberán desglosar los montos requeridos por cada una de las instituciones participantes, en el campo denominado Justificación de las aportaciones solicitadas al Fondo. Los recursos serán canalizados a través de la institución coordinadora. 4.3 Fechas importantes La presente Convocatoria es emitida en la Ciudad de México, a los 3 días del mes de febrero del año dos mil quince. Las propuestas deberán enviarse por el Sistema CONACYT en internet, a partir de la fecha de publicación de la presente convocatoria y hasta el 16 de abril de 2015 a las 11 a.m. tiempo del centro de México. No se aceptarán propuestas incompletas o presentadas de manera extemporánea. La aprobación de recursos estará sujeta a las disponibilidades presupuestales del Fondo y en su caso será considerado como un criterio de pertinencia. La relación de propuestas aprobadas por el Comité Técnico y de Administración del Fondo será publicada en la página electrónica del CONACYT a más tardar dos días después de la aprobación del Comité Técnico y de Administración. Términos de Referencia Página 8 de 19

12 Para solicitar soporte o ayuda, favor de recurrir al Centro de Soporte Técnico a través del correo electrónico cocst@conacyt.mx o a los teléfonos: Área metropolitana , lada sin costo desde el interior del país Horario de atención de: lunes a viernes de 8:00 a 19:00 horas. Sábados de 10:00 a 17:00 horas. 5. Evaluación y selección de propuestas 5.1 El proceso de evaluación La Secretaría Técnica del Fondo coordinará la recepción de propuestas y las turnará a la Comisión de Evaluación, misma que revisará la congruencia de la propuesta con las demandas establecidas en este documento, y determinará si cumple con el requisito de pertinencia. De ser procedente, se continuará con el proceso de evaluación técnica. En caso contrario, dará por concluida la evaluación y emitirá el dictamen correspondiente. Sólo las propuestas que cumplan con los requisitos de elegibilidad y que cumplan las exigencias formales, serán sometidas al proceso de evaluación. No serán elegibles las propuestas presentadas por quienes tengan adeudos, compromisos pendientes o conflictos ante instancias administrativas o judiciales, derivados de proyectos financiados con anterioridad por algún fondo en el que participe CONACYT o la SAGARPA. El proceso de evaluación técnico-económica es conducido por la Comisión de Evaluación del Fondo, órgano colegiado de evaluación quien, tendrá la función de proponer al Comité Técnico y de Administración del Fondo una selección de propuestas susceptibles a ser apoyadas, utilizando como criterio de selección el resultado del proceso de evaluación. Las propuestas sometidas al proceso de evaluación serán asignadas preferentemente a evaluadores en el RCEA (Registro CONACYT de Evaluadores Acreditados), con base en la congruencia con las demandas específicas y las evaluaciones respectivas, se emitirá una opinión sobre la calidad de las propuestas. En casos excepcionales se podrán contemplar visitas a las instalaciones del solicitante como parte del proceso de evaluación, sin que esto implique un compromiso de autorización de parte del Fondo. Los evaluadores acreditados sustentarán sus apreciaciones, haciendo las observaciones pertinentes y emitiendo una recomendación individual. La Comisión de Evaluación turnará al Comité Técnico y de Administración del Fondo las recomendaciones correspondientes para que éste, de acuerdo a sus atribuciones, decida la autorización de los recursos. Es importante destacar que tanto la Comisión de Evaluación como los evaluadores acreditados contarán únicamente con la información contenida en la propuesta para emitir su recomendación al Fondo. Por ello, la claridad y calidad de la propuesta es un factor fundamental para su correcta evaluación. Términos de Referencia Página 9 de 19

13 El Fondo Sectorial, en función de la calidad de las propuestas y de la disponibilidad presupuestal preferentemente aprobará un proyecto por cada una de las demandas específicas. Los criterios que se aplicarán para el análisis, evaluación y selección de las propuestas son, entre otros: a) Pertinencia de la propuesta: congruencia de los objetivos con el problema o demanda atendida., grado de coherencia de la intención de la propuesta con relación a la necesidad, problema u oportunidad específica, Contenido Innovador, en la generación del conocimiento, en la aplicación del conocimiento para la solución del problema y en el uso de materiales, procesos, servicios y tecnologías existentes. b) Viabilidad técnica, congruencia de los objetivos, metas y productos esperados. Calidad en la propuesta metodológica. correspondencia de las actividades y presupuesto con las metas y productos esperados. Capacidad de ejecución: Capacidad técnica del grupo de trabajo, calidad y cantidad de personal científico y tecnológico involucrado en la propuesta, en relación a los objetivos y metas establecidas, mecanismos considerados para asegurar la integración, eficiencia y dirección del grupo de trabajo; los recursos y servicios administrativos comprometidos por las instancias proponentes para asegurar el éxito del proyecto, infraestructura disponible Impacto y beneficio socioeconómico: en los indicadores socioeconómicos del problema, en la generación del avance científico y tecnológico, en la formación de recursos humanos requeridos por el Sector, en la consolidación de la infraestructura científica y tecnológica para el Sector, en la generación o implementación de nuevas tecnologías con aplicación acorto o mediano plazo (uno de los puntos más importantes en la selección de la propuesta). Factibilidad de la transferencia, asimilación y adopción de los resultados del proyecto. Se dará preferencia a las propuestas cuyos resultados puedan ser transferidos y asimilados por los usuarios correspondientes para la atención y solución de la demanda o problema que dio origen al proyecto. Recursos concurrentes aportados. Personal e infraestructura comprometida. Tiempo y costos de ejecución. Se dará preferencia a las propuestas que, en igualdad de condiciones, tengan ventajas en tiempo y/o costos de ejecución. Estudio de Mercado. Identificación clara de sectores de aplicación del desarrollo. Reconocimiento pleno de formas de comercialización del desarrollo. Presentación de series de consumo esperado en los beneficiarios finales dela tecnología desarrollada para el proyecto. Carácter multidisciplinario e interinstitucional de la propuesta. Vinculación con el sector productivo y de transformación. Los resultados de la pertinencia y evaluación de propuestas en extenso son inapelables, y no se considerará algún tipo de justificación o retroalimentación de lo resultados de este proceso. Términos de Referencia Página 10 de 19

14 La aprobación de recursos estará sujeta a las disponibilidades presupuestales del Fondo y en su caso será considerado como un criterio de pertinencia. 5.2 Revisión del protocolo de propuesta Las propuestas serán leídas de acuerdo a los términos referidos en ésta convocatoria bajo el formato de la página electrónica del CONACYT Es indispensable anexar a la propuesta una carta oficial de postulación debidamente suscrita por la autoridad correspondiente o representante legal de cada institución participante, en la cual se establezca el compromiso de la institución o empresa para otorgar el apoyo necesario para llevar a cabo el proyecto, garantizar la disponibilidad de la infraestructura comprometida y avalar que el proyecto corresponde a las líneas de investigación enmarcadas en su plan estratégico. Las empresas e instituciones públicas y privadas interesadas pueden presentar propuestas en más de un Fondo Sectorial o Mixto, estableciendo que una vez aprobada, sólo podrá ser apoyada por el Fondo que publique los resultados en primer término. En caso de que el proponente haya recibido apoyo de programas públicos en los últimos tres años, o éste recibiendo apoyo en propuestas similares para la que presenta, deberá manifestarlo por escrito para que el Comité Técnico y de Administración del Fondo evalúen su autorización, pues sólo se autoriza un proyecto por responsable técnico. 6. Confidencialidad y propiedad intelectual El Comité Técnico y de Administración del Fondo establecerá los mecanismos necesarios para asegurar la confidencialidad de la información contenida en todas las propuestas presentadas, tanto en la fase de evaluación como de seguimiento. Considerando las propuestas en donde la información aportada sea de carácter estratégico, el Fondo Sectorial de Investigación en materia Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos se compromete a manejar dicha información y toda la que se genere durante el proceso de evaluación y seguimiento con absoluta confidencialidad y a no destinarla a fines distintos a los del Fondo. Los beneficios derivados de los derechos de propiedad intelectual (derecho de autor y/o propiedad industrial) que se genere por el proyecto, se sujetarán a los términos y condiciones que se estipulen en los Convenios Específicos mediante los cuales se formalice el financiamiento de los proyectos y a los que especifique el sector. Los beneficiarios del Fondo deberán proporcionar la información requerida por el Sistema Integrado de Información Científica y Tecnológica, dar crédito al Fondo en propuestas, publicaciones, materiales para conferencias, exhibiciones, videocintas y otros productos resultantes del apoyo. Términos de Referencia Página 11 de 19

15 7. Información para administración del apoyo 7.1 Notificación del apoyo La Secretaría Técnica del Fondo comunicará a los interesados los resultados del dictamen final del Comité Técnico y de Administración, los cuales son inapelables. La relación de propuestas aprobadas será publicada en la página electrónica del CONACYT La ministración de los recursos estará sujeta a la disponibilidad presupuestal del Fondo. 7.2 Obligaciones y compromisos Los proyectos que resulten seleccionados para ser financiados por el Fondo, serán formalizados mediante Convenios de Asignación de Recursos con las instituciones coordinadoras de los proyectos, dentro de los cuales se precisarán los términos y condiciones en que se ministrarán los recursos. El Fondo estará facultado para verificar la veracidad de la información proporcionada, aplicando la sanción que se considere pertinente en caso de que dicha información sea alterada, incongruente o falsificada. A partir de la fecha de publicación de propuestas aprobadas, los sujetos de apoyo beneficiados contarán con un plazo de 30 días naturales para formalizar el convenio de asignación de recursos y entregar toda la documentación necesaria para el otorgamiento de la primera ministración, conforme a lo estipulado en el Documento Normativo vigente para la administración de proyectos. En caso de no presentarse la documentación necesaria dentro del plazo señalado, se entenderá que el sujeto de apoyo ha renunciado al financiamiento autorizado por el Fondo. Para formalizar el apoyo a través del sistema será indispensable que el sujeto de apoyo, es decir el Responsable Técnico, Administrativo y Legal del proyecto cuenten con ID de Usuario y contraseña para acceder al sistema de Fondos CONACYT, y tengan completa y actualizada su información en la sección del Currículum Vitae Único (CVU). El sujeto de apoyo está obligado a aperturar una cuenta de cheques en alguna institución bancaria para el uso exclusivo del proyecto, mancomunada entre el Responsable Técnico y el Responsable Administrativo. Las aportaciones concurrentes líquidas se deberán depositar en la misma cuenta bancaria, para aplicarse en los rubros autorizados. De conformidad con el Artículo 15 de la Ley de Ciencia y Tecnología (LCYT), es obligación de los beneficiarios del Fondo proporcionar la información requerida por el Sistema Integrado de Información de Ciencia y Tecnología, respetándose en todos los casos los aspectos de confidencialidad y propiedad intelectual requeridos. Es también obligación del beneficiario llevar una contabilidad independiente para el(los) proyecto(s) apoyado(s) por el Fondo. Monto aprobado y ministración de recursos a) El monto total aprobado para la ejecución del proyecto será el determinado por el Comité Técnico y de Administración. b) La ministración de recursos se hará de acuerdo a las etapas en que se haya estructurado el proyecto. La primera aportación al proyecto se realizará después de la Términos de Referencia Página 12 de 19

16 firma del convenio específico respectivo y corresponderá al monto solicitado para desarrollar la primera etapa del proyecto. c) La fecha de inicio del proyecto será la fecha en que sea depositada la primera ministración. El responsable técnico del proyecto deberá manifestar si en esa fecha está en condiciones de ejecutar el proyectos en los términos en los que le fue aprobado, en caso contrario deberá indicar las causas que le impidan cumplir con los términos aprobados. Las aportaciones subsecuentes se efectuarán de acuerdo con las etapas establecidas, debiendo cumplirse las metas parciales comprometidas. Para la asignación de recursos a cada institución participante se requerirá el visto bueno del responsable general para cada entrega. Auditorías al proyecto El Fondo se reserva el derecho de aplicar auditorias técnicas y contables en las distintas etapas de la ejecución del proyecto, y a la terminación del mismo, sin requerir por ello de la autorización explícita del beneficiario. El Comité Técnico y Administrativo del Fondo, ha aprobado que personal técnico de las Fundaciones PRODUCE de los Estados, la Coordinadora Nacional de Fundaciones PRODUCE (COFUPRO) y el Sistema Nacional de Investigación y Transferencia de Tecnología (SNITT), puedan realizar supervisión al proyecto, conforme las etapas de desarrollo, previa aprobación de la Comisión de Evaluación y notificación al (los) coordinador(es) del proyecto. En todos los casos, el supervisor habrá de integrar un reporte de dicha visita, misma que habrá de remitir a las Secretarías Técnica y Administrativa, con sus observaciones pertinentes. Terminación anticipada En caso de existir condiciones para la terminación anticipada del proyecto, se procederá de acuerdo a lo establecido en el Convenio de Asignación de Recursos específico y en el Documento Normativo vigente para la administración de proyectos. En estos documentos se especificarán las causales para la terminación anticipada. 7.3 Requerimiento de reportes Los responsables Técnico y Administrativo del Proyecto deberán enviar los informes de avance y logros alcanzados en el proyecto por etapa a las instancias competentes del Fondo señaladas en el Manual de Administración de Proyectos que le será entregado electrónicamente al sujeto de apoyo, cuando se concrete la firma del Convenio Específico correspondiente. Los responsables de los proyectos deberán emitir un informe final de los resultados y beneficios obtenidos y potenciales para el Sector. Con base en estos informes se publicará un reporte de los avances y logros alcanzados por el Fondo, como parte del compromiso de rendición de cuentas del Gobierno Federal., los cuales servirán de base para el otorgamiento de apoyos posteriores, tal como lo establece el Artículo 12 de la LCyT. Para cualquier tipo de publicación de los productos comprometidos, derivados del apoyo del Fondo, el Responsable Técnico del proyecto deberá contar con la autorización de la SAGARPA. Términos de Referencia Página 13 de 19

17 Evaluación ex-post del proyecto Una vez concluido el proyecto y de acuerdo con su naturaleza, el Fondo podrá llevar a cabo una evaluación de su impacto y beneficios económicos y sociales para el Sector, con la metodología y el tiempo que se definan en su caso. 8. Consideraciones adicionales y situaciones no previstas Previsiones éticas, ecológicas y de seguridad Deberán considerarse en el desarrollo del proyecto los documentos correspondientes en los siguientes casos que apliquen: a. En los estudios o experimentos que pudieran tener un efecto en el ambiente, deberá contar con los permisos correspondientes. b. Las propuestas que involucren estudios o experimentos con la participación de seres humanos, deberá contar con la aprobación del Comité de Ética y Bioseguridad Institucional correspondiente. c. Cuando se requieran realizar experimentos con animales, se deberá dar cumplimiento a las normas vigentes. d. Aquellos proyectos cuya realización requiera el uso de materiales radioactivos, sustancias tóxicas o patógenos, deberán contar con la aprobación del organismo oficial de seguridad o de la institución correspondiente (Comisión Nacional de Seguridad Nuclear y Salvaguarda, etc.). e. Cuando se requiera de la colección de especies en áreas protegidas, deberá contar el permiso respectivo. f. Los proyectos en los que se requiera la autorización de exploración y excavación deberá contarse con el permiso de las instancias correspondientes. g. Es obligación del sujeto de apoyo el acreditar o de manifestar bajo protesta de decir verdad que los desarrollos que presentan no cuentan con un registro de patente o vulneración de los derechos de propiedad intelectual de un tercero. Se han identificado los siguientes principios que nos permitan generar una cultura de legalidad: A. EQUIDAD Y NO DISCRIMINACIÓN Obligación del CONACYT: La selección de instituciones, programas, proyectos y personas destinatarios de los apoyos del CONACYT se realizan mediante procedimientos competitivos, eficientes, equitativos, transparentes y públicos, sustentados en méritos y calidad; los apoyos que se otorgan están sujetos a procesos de evaluación, selección, formalización y seguimiento, en términos del marco normativo que corresponde a cada programa, por tanto, el CONACYT, en la asignación Términos de Referencia Página 14 de 19

18 de recursos a los beneficiarios, se obliga a no discriminar a los proponentes por ningún motivo o condición social. Obligación del sujeto de apoyo o beneficiario: El sujeto de apoyo deberá observar en la conformación del grupo de investigación necesario para la ejecución del proyecto, los principios de equidad y no discriminación, particularmente cuidando la equidad de género; cualquier incumplimiento a dichos principios declarado por resolución de autoridad competente, será motivo de cancelación del apoyo, pudiéndose considerar, previo análisis correspondiente, la suspensión o cancelación definitiva del RENIECYT. B. EQUILIBRIO ECOLÓGICO Y PROTECCIÓN AL AMBIENTE Obligación del sujeto de apoyo o beneficiario: La preservación y restauración del equilibrio ecológico, así como la protección al ambiente en el territorio nacional y las zonas sobre las que la nación ejerce su soberanía y jurisdicción, es un derecho constitucional de todos los mexicanos; las disposiciones en lesas materias son de orden público e interés social y tienen por objeto propiciar el desarrollo sustentable y respetar el derecho a vivir en un medio ambiente adecuado que propicie el desarrollo, la salud y el bienestar. El sujeto de apoyo en la ejecución de su proyecto, se obliga a respetar las disposiciones que se refieran a la preservación y restauración del equilibrio ecológico, así como la protección al ambiente. Es obligación del sujeto de apoyo obtener de la autoridad competente cualquier permiso, concesión o requisito referente a las materias mencionadas previo a la ejecución del proyecto; cualquier incumplimiento a dichos principios declarado por resolución de autoridad competente, será motivo de cancelación del apoyo, pudiéndose considerar, previo análisis correspondiente, la suspensión o cancelación definitiva del RENIECYT. Se dará preferencia en la selección de los proyectos a aquellos proponentes que en igualdad de circunstancias, lleven a cabo los procesos de certificación ambiental voluntaria y muestren una responsabilidad social con el medio ambiente y la sociedad, de conformidad con lo que establecen las leyes aplicables en la materia. C. TRANSPARENCIA, EFICIENCIA, EFICACIA, ECONOMÍA Y HONRADEZ Obligación del CONACYT y de los sujetos de apoyo o beneficiarios: Es una obligación del gobierno federal y sus servidores públicos administrar los recursos económicos de que dispongan con transparencia, eficiencia, eficacia, economía y honradez, satisfaciendo los objetivos a los que estén destinados. Igualmente, los sujetos de apoyo o beneficiarios deberán observar dichos principios, administrando los apoyos que le son otorgados para el debido cumplimiento de los fines y productos esperados planteados en los proyectos. Términos de Referencia Página 15 de 19

19 Para tal efecto, deberán presentar los informes técnicos y financieros en los términos planteados en la presente convocatoria. El CONACYT podrá verificar en cualquier momento. Cualquier incumplimiento a dichos principios será motivo de cancelación del apoyo, pudiéndose considerar, previo análisis correspondiente, la suspensión o cancelación definitiva del RENIECYT. D. APROPIACIÓN SOCIAL DEL CONOCIMIENTO. Obligación del sujeto de apoyo o beneficiario: El conocimiento generado por la investigación, científica, tecnológica y la innovación debe ser utilizado por la sociedad mexicana en su proceso permanente de transformación, desarrollo social y económico; particularmente dicho conocimiento debe convertirse en motor de desarrollo y en factor dinamizador del cambio social. El conocimiento debe socializase para tener un impacto real. La apropiación social del conocimiento debe servir para consolidar a las instituciones que se dediquen a la investigación y a los grupos de investigadores. De conformidad con el art. 12, fracción XV de la Ley de Ciencia y Tecnología, los beneficiarios de los apoyos que otorga el gobierno federal en materia científica, tecnológica y de innovación, difundirán a la sociedad sus actividades y los resultados de sus investigaciones y desarrollos, sin perjuicio de los derechos de propiedad intelectual correspondientes, y de la información que, por razón de su naturaleza, deba reservarse. Los sujetos de apoyo o beneficiarios, como parte de los entregables del proyecto, deberán presentar un resumen ejecutivo, de los objetivos de proyecto y sus resultados; dicha información será pública y podrá solicitarse al sujeto de apoyo o beneficiario que la presente en eventos o talleres públicos que, en su caso el CONACYT o cualquier dependencia o entidad del sector del que se trate, organice. La información presentada por el sujeto de apoyo o beneficiarios deberá incluirse en el sistema integrado de información sobre investigación científica, desarrollo tecnológico e innovación a que hacen referencia los artículos 14 y 15 de la Ley de Ciencia y Tecnología. En caso de incumplimiento a la presente disposición, las propuestas no serán evaluadas, quedando fuera de toda posibilidad de apoyo. Las cuestiones no previstas en esta convocatoria serán resueltas por el Comité Técnico y de Administración del Fondo. Las decisiones de dicho Comité, son definitivas e inapelables. Ni la SAGARPA, ni COFUPRO, ni el CONACYT o empleados de alguno de estos organismos, podrán ser sujetos de apoyo del Fondo Sectorial. Términos de Referencia Página 16 de 19

20 9. Fundamentos legales Los Términos de Referencia forman parte de la presente Convocatoria y obedecen a las disposiciones legales derivadas de la Ley de Ciencia y Tecnología y sus instrumentos normativos, de tal forma que los resultados emitidos sólo podrán ser cuestionados en el marco que se señala en las presentes Bases y Términos de Referencia. 10. Anexos Anexo A. Glosario de términos Fondo Al Fondo Sectorial de Investigación en materia Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos, fideicomiso constituido por la SAGARPA y el CONACYT con el objeto de financiar proyectos de investigación científica y tecnológica, de innovación y desarrollo tecnológico, de formación de investigadores, de infraestructura científica y tecnológica, de difusión y divulgación de la ciencia y la tecnología, en el marco de las demandas que el Comité Técnico y de Administración autorice. Comité Técnico y de Administración del Fondo Máxima autoridad del Fondo, responsable del cumplimiento de sus fines y de la autorización de recursos a proyectos. Grupo de Evaluación de Pertinencia Grupo voluntario de trabajo conformado por funcionarios del Sector, científicos, tecnólogos, y empresarios especialistas en la materia y conocedores de los temas prioritarios para el Sector designados conjuntamente por el CONACYT y la SAGARPA, y facultados por el Comité Técnico y de Administración del Fondo para el análisis y valoración de la pertinencia de las prepropuestas. Comisión de Evaluación del Fondo Grupo voluntario de trabajo integrado por distinguidos científicos, tecnólogos, y empresarios especialistas en la materia, designados por el CONACYT y la SAGARPA, responsables de conducir el proceso de evaluación de la calidad y viabilidad técnica de las propuestas, que se presenten al Fondo. Los miembros de esta Comisión podrán ser parte de instituciones de educación superior e investigación, públicas o privadas, de organizaciones gubernamentales y no gubernamentales y de organizaciones privadas relacionadas con el Sector. Evaluadores acreditados Investigadores, académicos, tecnólogos, consultores, especialistas o profesionales prestigiados inscritos en el Registro CONACYT de Evaluadores Acreditados (RCEA). Pertinencia Grado en que la iniciativa responde a las demandas específicas de la Convocatoria a la que aplica. Términos de Referencia Página 17 de 19

21 Propuesta Documento que describe el proyecto de investigación científica y tecnológica, de innovación y desarrollo tecnológico, de creación y consolidación de grupos de investigación, de creación y fortalecimiento de la infraestructura científica y tecnológica y/o de difusión y divulgación, que pretenden realizar instituciones, universidades públicas y particulares, centros, laboratorios, empresas públicas y privadas y demás personas para atender las demandas establecidas por la SAGARPA y que sea presentado al Fondo. Proyecto Propuesta aprobada por el Comité Técnico y de Administración para recibir recursos del Fondo. Etapa de proyecto Conjunto de actividades de un proyecto, orientadas a alcanzar una meta específica, con resultados e impacto cuantificables y con requerimientos de recursos económicos definidos. Instancia Instituciones, universidades públicas y particulares, centros, laboratorios, empresas públicas o privadas y demás personas dedicadas a la investigación científica y tecnológica, y desarrollo tecnológico que se encuentren inscritas en el RENIECYT, que presenten solicitudes de apoyo al Fondo. Sujeto de apoyo Instancia o empresa proponente. Responsable técnico del proyecto Persona física responsable ante el Fondo, de la solicitud de apoyo y del desarrollo de las actividades de un proyecto. Representante legal Persona física de la instancia proponente, con el poder legal para contraer compromisos a su nombre y firmar el Convenio Específico correspondiente. Responsable administrativo del proyecto Persona física responsable de la administración de los recursos otorgados por el Fondo para la ejecución de las etapas del proyecto. Responsable general del proyecto Persona física responsable ante el Fondo, de la solicitud de apoyo y de la coordinación del desarrollo de las actividades de un proyecto en el cual participe más de una instancia. Generalmente será el responsable técnico de la instancia proponente. Capacidad tecnológica Posesión de actitud, aptitud, habilidad y conocimiento requeridos para generar y aplicar tecnología de manera planeada, sistemática e integral para la obtención de ventajas competitivas. Términos de Referencia Página 18 de 19

22 Producto Satisfactores que la empresa ofrece a un mercado específico incluyendo: materiales, bienes de consumo y bienes duraderos. Paquete Tecnológico Conjunto de elementos que, (a juicio de quien lo genera) permite concretar la existencia de un know-how tecnológico alrededor de un desarrollo innovador (producto o proceso) cuya viabilidad comercial y de mercado ha sido probada fehacientemente como para rendir beneficios económicos a las partes interesadas en su negociación y explotación. Dicho paquete puede constar de los siguientes componentes: Especificaciones Técnicas y manuales, Requerimientos y Equipamiento, Patentes, marcas, secretos industriales, Estudio de Marcado, Certificaciones, Canales Formales de Comercialización de productos, Clientes potenciales, Ingeniería de Detalle e Ingeniería de Proceso Servicio Satisfactores intangibles que la empresa ofrece a un mercado específico. Anexo B. Demandas del Sector Términos de Referencia Página 19 de 19

23 Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos Convocatoria ANEXO B. DEMANDAS DEL SECTOR 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: Demandas del Sector Página 1 de 114

24 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 Demandas del Sector Página 2 de 114

25 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 ( ) por cultivo de algunos frutales en México. Valor CULTIVO Sup. planta da (ha) Sup. cosechad a (ha) Producci ón (t) Rendimien to (t/ha) PMR ($/t) de la producci ón (Miles de Pesos) Guanábana 2, , , , ,428.6 Chirimoya , ,436.4 Saramuyo- Anona , ,268.0 Zapote 1 2, , , , ,535.2 Mamey 1, , , , ,528.8 Chicozapote No se especifican los géneros y las especies incluidos en este nombre común. Fuente: Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera (SIAP-SAGARPA), 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 Demandas del Sector Página 3 de 114

26 (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 t en el 2013 (SIAP, 2014). A diferencia de Brasil, Filipinas e India donde se encuentran plantaciones comerciales y Demandas del Sector Página 4 de 114

27 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 Demandas del Sector Página 5 de 114

28 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 Demandas del Sector Página 6 de 114

29 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 , 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, Demandas del Sector Página 7 de 114

30 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 S ESPECIES ESPECIES ATENDIDAS ACCS. COLECTA Annonaceae (Anonáceas) Sapotaceae (Sapotáceas) Annona muricata 2. Annona reticulata 3. Annona squamosa 4. Annona purpurea 5. Annona diversifolia 6. Annona cherimola Manilkara zapota 2. Chrysophillum cainito 3. Pouteria campechiana 4. Pouteria sapota ESPECIES CULTIVADAS COMERCIALMENTE DAS 469 Guanábana (A. muricata) Chirimoya (A. cherimola) Anona o Saramuyo (A. squamosa) 135 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, Demandas del Sector Página 8 de 114

31 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 Demandas del Sector Página 9 de 114

32 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) , 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 , 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 Demandas del Sector Página 10 de 114

33 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 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; Demandas del Sector Página 11 de 114

34 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. Demandas del Sector Página 12 de 114

35 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. Demandas del Sector Página 13 de 114

36 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 El cultivo de chirimoya (Annona cherimola Mill.) en el estado de Michoacán, México. Proceedings of Interamerican Society for Tropical Horticulture 41: Arellano-Gómez, L., C. Saucedo, M. L. Arévalo Cambios bioquímicos y fisiológicos durante la maduración del fruto de zapote negro (Diospyros digyna jacq). Agrociencia 39(2): Demandas del Sector Página 14 de 114

37 Bailey, L. H The Standard Cyclopedia of Horticulture. Vol. 3. MacMillan Publishg Co. New York, U.S.A. 128 p. Bayuelo, J. J., I. Ochoa Caracterización morfológica de sapote mamey (Pouteria sapota (Jacquin) H.E. Moore & Steam) del centro occidente de Michoacán, México. Revista Fitotecnia Mexicana 29: Borys M. W., H. Leszczyñska-Borys El Potencial Frutícola de la República Mexicana. Fundación Salvador Sánchez Colín, CICTAMEX. Toluca, México, 99 p. Chatrou, L. W The Annonaceae and the Annonaceae Project: a brief overview of the state of affairs. Acta Horticulturae 497: Chih-Chuang L., C. Fang-Rong, L. Chih-Yuan, C. Chi-Jung, C. Hui-Fen, W. Ming-Jung, W. Yang-Chang New cytotoxic monotetrahydrofuran annonaceous from Annona muricata. Journal of Natural Products 65: Cordeiro M. C. R., and A. C. de Q. Pinto Chemical properties. In: Williams, J. T., R. W. Smith, A. Huhes, N. Haq, and C. R. Clement (eds). Annona Species. International Centre for Underutilised Crops, University of Southampton, U.K. Pp: Cortes, D., S. H. Myint, B. Dupont, and D. Davoust Bioactive acetogenins from seeds of Annona cherimola Mill. (Abs.). Phytochemistry 32: De Andrade S. R., R. E. Alves, H. A. C. Filgueiras, and A. de Q Pinto Harvest, postharvest and processing. In: Williams, J. T., R. W. Smith, A. Huhes, N. Haq, and C. R. Clement (eds). Annona Species. International Centre for Underutilised Crops, University of Southampton, U.K. Pp: Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) Utilization of tropical foods, fruits and leaves. FAO Food and Nutrition Paper 47(7): Gaona-García A., I. Alia-Tejacal, V. López-Martínez, M. Andrade-Rodríguez, M.T. Colinas- León, O. Villegas-Torres Caracterización de frutos de zapote mamey (Pouteria sapota) en el suroeste del estado de Morelos. Revista Chapingo Serie Horticultura 14(1): González C., M Especies Vegetales de Importancia Económica en México. Ed. Porrúa, México. 305 p. Demandas del Sector Página 15 de 114

38 González-Hernández D., E. García-Pérez, P. Guntin-Marey Caracterización genética de Manilkara zapota de Veracruz, México, con marcadores SSR. Agrociencia 46: Hernández, J. E., J. León Cultivos marginados: otra perspectiva de Producción y Protección Vegetal No. 26. Colección FAO. Roma, Italia. Pp Lascurain M., S. Avendaño, S. del Amo, A. Niembro Guía de frutos silvestres comestibles en Veracruz. Fondo Sectorial para la Investigación, el Desarrollo y la Innovación Tecnológica Forestal CONAFOR-CONACYT. México. 144 p. Leal, F Sugar Apple. In: Nagy, S., P. E. Shaw, and W. F. Wardowski (eds). Fruits of Tropical and Subtropical Origin Composition, Properties and Uses. Florida Science Source, Inc., Lake Alfred, Florida. Pp Meghala R., K. V. Ravishankar, A. Lalitha, A. Rekha Genetic diversity of Indian sapota (Manilkara zapota) cultivars characterized by RAPD markers. Plant Genetics Resources Newsletter 142: Miller, W. R., J. L. Sharp, E. Baldwin Quality of irradiated and nonirradiated black sapote (Diospyros digyna Jacq.) after storage and ripening. Agricultural Research Service Tektran 110: Morton, F. J Fruits of Warm Climates. Curtis F. Dowling. USA. 505 p. Nava-Díaz C., S. Osada-Kawasoe, G. Rendón-Sánchez y V. Ayala-Escobar Organismos asociados a chirimoyo (Annona cherimola mill.) en Michoacán, México. Agrociencia 34: Núñez-Colín C. A., J. E. Rodríguez-Pérez, R. Nieto-Ángel, A. F. Barrientos-Priego Construcción de dendogramas de taxonomía numérica mediante el coeficiente de distancias X 2 : una revisión. Revista Chapingo Serie Horticultura 10(2): Palacios R., M. I., y G. G. V. Cano La comercialización de anonáceas en México. In: Memorias del Congreso Internacional de Anonáceas. Universidad Autónoma Chapingo (UACH), Texcoco, México. Pp Pennington T. D., J. Sarukhán Árboles Tropicales de México. Manual para la identificación de las principales especies. (3a ed.). Fondo de Cultura Económica, México, D. F. 413 p. Demandas del Sector Página 16 de 114

39 Pinto, A. C. de Q., Cordeiro, M.C.R., Andrade, S. R. M., Ferreira, F. R., De C. Filgueiras, H. A., Alves, R. E., Kinpara, D. I Fruits for the Future 5: Annona species. 263p. International Centre for Underutilised Crops. Southampton, UK. Popenoe W Manual of tropical and subtropical fruit. Collier-Macmillan Publishers. New York, London. 520 p. Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) Consultado el en: Simeon, S., J., L. Ríos, and A. Villar Antimicrobial activity of Annona cherimola stem bark. (Abs.). Pharmazie 45(6): Sistema Nacional de Recursos Fitogenéticos para la Alimentación y la Agricultura (SINAREFI) Consultado el en: Toledo V. M. y P. Robles-Gil México. Diversidad de culturas. Ed. Cemex y Sierra Madre, México. Pp Toral J., J. O El cultivo de mamey (Calocarpum sapota). Escuela Nacional de Fruticultura. Xalapa, Veracruz. 40 p. Wu, Y. C., Y. C. Hung, F. R. Chang, M. Cosentino, H. K. Wang, and K. H. Lee Identification of Ent-16b, 17- Dihydroxykauran-19-oic Acid as an Anti-HIV principle and isolation of the new diterpenoids annosquamosin A and B from Annona squamosa. Journal of Natural Products 59(6): Contacto para consultas técnicas sobre la demanda Ing. Belisario Domínguez Méndez Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA Teléfono: (55) ext y Correo Electrónico: belisario.dominguez@sagarpa.gob.mx Demandas del Sector Página 17 de 114

40 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. Demandas del Sector Página 18 de 114

41 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 Demandas del Sector Página 19 de 114

42 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 Demandas del Sector Página 20 de 114

43 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. Demandas del Sector Página 21 de 114

44 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 ( 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 Demandas del Sector Página 22 de 114

45 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 Demandas del Sector Página 23 de 114

46 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) , 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 , tiene como estrategia integral elevar la productividad para Demandas del Sector Página 24 de 114

47 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 SAGARPA- CONACYT 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 Demandas del Sector Página 25 de 114

48 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 Demandas del Sector Página 26 de 114

49 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 Demandas del Sector Página 27 de 114

50 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. Demandas del Sector Página 28 de 114

51 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. XI. Literatura citada: Bhalla R., Narasimhan, K., Swarup, S Metabolomics and its role in understanding cellular responses in plants. Plant Cell Reports 24(10): Bennett B. D., Kimball E. H., Gao M., Osterhout R., Van Dien S. J., Rabinowitz J. D Absolute metabolite concentrations and implied enzyme active site occupancy in Escherichia coli. Nature Chemical Biology 5: Chakraborty S., Gruber T., Barry C. E. 3rd, Boshoff H. I., Rhee K. Y Paraaminosalicylic acid acts as an alternative substrate of folate metabolism in Mycobacterium tuberculosis. Science 339: Dunn W. B., Bailey N., Johnson H. E Measuring the metabolome: current analytical technologies. Analyst 130: Fiehn, O., Metabolomics-the link between genotypes and phenotypes. Plant Molecular Biology 48: Demandas del Sector Página 29 de 114

52 García, M.L., Alonso, H.J., Torres, P.I., Guevara, G. R., Cruz, H. A Participación de las ciencias analíticas modernas (Genómica, Proteómica, Metabolómica) en el estudio de las plantas. 5(1):1-11. Jansen, J. J., Allwood, J. W., Marsden-Edward, E., Van de Putten, W. H., Goodacre, R., Van Dam, N. M Metabolomic analysis of the interaction between plants and herbivores. Metabolomics 5: Lu W., Bennett B. D., Rabinowitz J. D Analytical strategies for LC MS-based targeted metabolomics. Journal of Chromatography B 871(2): McNiven E. M. S., Geramn, J. B., Slupsky, C. M Analytical metabolomics: nutritional opportunities for personalized health. Journal of Nutritional Biochemistry 22: Nemes P., Rubakhin S. S., Aerts J. T., Sweedler J. V Qualitative and quantitative metabolomic investigation of single neurons by capillary electrophoresis electrospray ionization mass spectrometry. Nature Protocols 8: Prosser G. A., Larrouy-Maumus G. Carvalho L. P. S Metabolomic strategies for the identification of new enzyme functions and metabolic pathways. Embo Reports 15: Tautenhahn R., Cho K., Uritboonthai W., Zhu Z., Patti G. J., Siuzdak G An accelerated workflow for untargeted metabolomics using the METLIN database. Nature Biotechnology 30: Uzcátegui, B.S. y Jerez-Timaure, N Técnicas moleculares utilizadas en la industria cárnica: usos y potencialidades. In: González, S.C., Madrid, N.B. y Soto, B.E 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: Demandas del Sector Página 30 de 114

53 Vanholme R., Storme V., Vanholme B., Sundin L., Christensen J. H., Goeminne G., Halpin C., Rohde A., Morreel K., Boerjan W A systems biology view of responses to lignin biosynthesis perturbations in Arabidopsis. The Plant Cell 24: Wishart, D The Metabolomics Innovation Centre: Genomics, Metabolomics and Agriculture. University of Saskatchewan, Saskatoon. Consultado en línea el 10 de noviembre 2014 en: f Zhang, A., Sun, H., Wang, P., Han, Y., Wang, X Modern analytical techniques in metabolomics analysis. Analyst 137: Contacto para consultas técnicas sobre la demanda Ing. Belisario Domínguez Méndez Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA Teléfono: (55) ext y Correo Electrónico: belisario.dominguez@sagarpa.gob.mx Demandas del Sector Página 31 de 114

54 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 Página 32 de 114

55 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 Página 33 de 114

56 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 Página 34 de 114

57 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 Página 35 de 114

58 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 ( 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 Página 36 de 114

59 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 Página 37 de 114

60 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) , 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 (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 Página 38 de 114

61 Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos SAGARPA-CONACYT 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 Página 39 de 114

62 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 Página 40 de 114

63 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 Página 41 de 114

64 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 Absolute metabolite concentrations and implied enzyme active site occupancy in Escherichia coli. Nature Chemical Biology 5: Chakraborty S., Gruber T., Barry C.E. III, Boshoff H.I., Rhee K.Y Paraaminosalicylic acid acts as an alternative substrate of folate metabolism in Mycobacterium tuberculosis. Science 339: Dunn W.B., Bailey N., Johnson H.E Measuring the metabolome: current analytical technologies. Analyst 130: Fiehn O., Metabolomics-the link between genotypes and phenotypes. Plant Molecular Biology 48: García, M.L., Alonso, H.J., Torres, P.I., Guevara, G.R., Cruz, H.A Participación de las ciencias analíticas modernas (Genómica, Proteómica, Metabolómica) en el estudio de las plantas. Ciencia@UAQ 5(1): Griffin J.L., Shockcor J.P Metabolic profiles of cancer cells. Nature Reviews Cancer 4: Demandas del Sector Página 42 de 114

65 Jansen, J.J., Allwood, J.W., Marsden-Edward, E., Van de Putten, W.H., Goodacre, R., Van Dam, N.M Metabolomic analysis of the interaction between plants and herbivores. Metabolomics 5: Jones O.A.H., Cheung V.L An Introduction to Metabolomics and its Potential Application in Veterinary Science. Comparative Medicine 57(5): Lu W., Bennett B.D., Rabinowitz J.D Analytical strategies for LC MS-based targeted metabolomics. Journal of Chromatography B 871(2): McNiven E.M.S., Geramn, J.B., Slupsky, C.M Analytical metabolomics: nutritional opportunities for personalized health. Journal of Nutritional Biochemistry 22: Nemes P., Rubakhin S.S., Aerts J.T., Sweedler J.V Qualitative and quantitative metabolomic investigation of single neurons by capillary electrophoresis electrospray ionization mass spectrometry. Nature Protocols 8: Prosser G.A., Larrouy-Maumus G. Carvalho L.P.S Metabolomic strategies for the identification of new enzyme functions and metabolic pathways. Embo Reports 15: Saleem F., S. Bouatra, An Chi Guo, N. Psychogios, R. Mandal, S. M. Dunn, B. N. Ametaj, D. S. Wishart The Bovine Ruminal Fluid Metabolome. Metabolomics 9(2): Tautenhahn R., Cho K., Uritboonthai W., Zhu Z., Patti G. J., Siuzdak G An accelerated workflow for untargeted metabolomics using the METLIN database. Nature Biotechnology 30: Trejo-Estrada S 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 p. Consultado en octubre Uzcátegui B. S., Jerez-Timaure, N Técnicas moleculares utilizadas en la industria cárnica: usos y potencialidades, pp , In: González, S.C., Madrid, N.B., Demandas del Sector Página 43 de 114

66 Soto, B. E. (edits.) 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 A systems biology view of responses to lignin biosynthesis perturbations in Arabidopsis. The Plant Cell 24: Wishart, D The Metabolomics Innovation Centre: Genomics, Metabolomics and Agriculture. University of Saskatchewan, Saskatoon. Consultado en línea el 10 de noviembre 2014 en: Zhang, A., Sun, H., Wang, P., Han, Y., Wang, X Modern analytical techniques in metabolomics analysis. Analyst 137: Contacto para consultas técnicas sobre la demanda Ing. Belisario Domínguez Méndez Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA Teléfono: (55) ext y Correo Electrónico: belisario.dominguez@sagarpa.gob.mx Demandas del Sector Página 44 de 114

67 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 Página 45 de 114

68 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 Dicha tasa es menor que el crecimiento anual de 2.6 por ciento Demandas del Sector Página 46 de 114

69 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 Demandas del Sector Página 47 de 114

70 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 En Procesamiento de Alimentos En Envasado de Alimentos En Suplementos Nanocápsulas para transportar plaguicidas, fertilizantes y otros agroquímicos Nanocápsulas para mejorar la biodisponibilidad de los nutracéuticos en ingredientes estándar, como los Anticuerpos adheridos nanopartículas Demandas del Sector Página 48 de 114 a Nanopolvos aumentan absorción nutriente que la del

71 aceites vegetales Transporte hormona crecimiento vacunas de de y Nanocápsulas que tienen potenciadores del sabor Nanosensores biodegradables para el monitoreo de temperatura y humedad Nanoencapsulación de nutracéuticos para una mejor absorción y estabildad 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 Nanofilms utilizados como barreras para prevenir el daño del alimento y la absorción de oxígeno Nanopartículas que distribuyen nutrientes, a las células de manera más eficiente sin afectar el color o sabor del alimento Nanochips identificación para Nanocápsulas que contienen infusiones a base de esteroles vegetales para remplazar el colesterol de la carne Nanosensores electroquímicos para detectar el químico etileno Nanopartículas con vitaminas para una mejor absorción de las mismas Nanosensores para la detección de patógenos animales o vegetales Nanopartículas que remueven químicos o agentes patógenos en alimentos Nanopartículas antimicrobianas fungicidas y Nanopolvos aumentan absorción nutriente que la del Nanopartículas para transportar ADN a las plantas (ingeniería genética) Nanoemulsiones para una mejor disponibilidad y dispersión de nutrientes Envases más ligeros, fuertes y resistentes al calor con nanopartículas de silicatos Nanopolvos aumentan absorción nutriente 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 Demandas del Sector Página 49 de 114

72 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 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 Demandas del Sector Página 50 de 114

73 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) , 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 Demandas del Sector Página 51 de 114

74 sostenible. Así mismo, el Programa Sectorial de Desarrollo Agropecuario, Pesquero y Alimentario , 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 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 Demandas del Sector Página 52 de 114

75 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. Demandas del Sector Página 53 de 114

76 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, Demandas del Sector Página 54 de 114

77 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. Social Disponer nuevos insumos modernos nano-formulados que contribuyan a mejorar la competitividad en el sector agrícola. 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. Demandas del Sector Página 55 de 114

78 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) El mercado de los fertilizantes Revista Claridades Agropecuarias Edición Especial julio 2013, Akbari, Z., Ghomashchi, T. and Moghadam, S Improvement in food packaging industry with biobased nanocomposites. International Journal of Food Engineering 47(3): Coppo J. A Nanotecnología. Revista Veterinaria 20: Miller G. and Sejen R Out of the laboratory and on to our plates. Nanotechnology in Food and Agriculture. Friends of the Earth Australia Nanotecnology Project. Consultado en línea: sites/default/files/nano_food_report.pdf Bin Hussein, M. Z., Yahaya, A. H., Zainal, Z. & Kian, L. H Nanocomposite based controlled release formulation of an herbicide, 2, 4-dichlorophenoxyacetate incapsulated in zinc-aluminium-layered double hydroxide. Science and Technology of Advanced Materials 6(8): Boxall, A.B.A., Chaudhry, Q., Sinclair, C., Jones, A., Aitken, R., Jefferson, B., Watts, C Current and predicted environmental exposure to engineered nanoparticles. Central Science Laboratory, York. Consultado en: _FRP.pdf Demandas del Sector Página 56 de 114

79 Diallo M., Brinker C. J., Nel A., Shannon M., Savage N., Scott N., Murday J Nanotechnology for sustainability: environment, water, food, minerals and climate. Science Policy Reports 1: Frederiksen, H. K., Kristensen, H. G., Pedersen, M 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): Joseph, T. y Morrison, M Nanotechnology in Agriculture and Food. Nanoforum Report. Consultado en: dateien/temp/nanotechnology%20in%20agriculture%20and%20food.pdf? Liu, F., Wen, L.X., Li, Z.Z., Yu, W., Sun, H.Y., Chen, J.F Porous hollow silica nanoparticles as controlled delivery system for water-soluble pesticide. Materials Research Bulletin 41(12): Lugo M. E., García G. C. y Ruelas A. R. O Nanotecnología y nanoencapsulación de plaguicidas. Ra Ximhai 6(1): MacKenzie A. A Looking to the future: potential nanotechnology applications in animal health. OIE Bull 4: Rai M., and Ingle A Role of nanotechnology in agriculture with special reference to management of insect pests. Applied microbiology and biotechnology 94(2): Rickman, D., Luvall, J. C., Shaw, J., Mask, P., Kissel, D., and Sullivan, D Precision agriculture: changing the face of farming. Geotimes feature article. Consultado en: Sasson Y., Levy-Ruso G., Toledano O. and Ishaaya I Nanosuspensions: emerging novel agrochemical formulations. In: Ishaaya I., Nauen R., Horowitz A. R., (ed). Insecticides design using advanced technologiesnetherlands: Springer-Verlag SENASICA Información técnica de fruto de durazno fresco mexicano para exportación. México. 56 pp. Demandas del Sector Página 57 de 114

80 Sorrentino, A., Gorrasi, G., Vittoria, V Specialty Biotech Thailand. Trends Food Science and Technology 18: Wang, L., Li, X., Zhang, G., Dong, J., Eastoe, J Oil-in-water nanoemulsions for pesticide formulations. Journal of Colloid and Interface Science 314(1): Contacto para consultas técnicas sobre la demanda Ing. Belisario Domínguez Méndez Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA Teléfono: (55) ext y Correo Electrónico: belisario.dominguez@sagarpa.gob.mx Demandas del Sector Página 58 de 114

81 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 Demandas del Sector Página 59 de 114

82 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 Demandas del Sector Página 60 de 114

83 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. Demandas del Sector Página 61 de 114

84 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 Demandas del Sector Página 62 de 114

85 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 Demandas del Sector Página 63 de 114

86 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) 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 Demandas del Sector Página 64 de 114

87 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) , 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 , 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 Demandas del Sector Página 65 de 114

88 Convenio del Fondo Sectorial de Investigación en Materias Agrícola, Pecuaria, Acuacultura, Agrobiotecnología y Recursos Fitogenéticos SAGARPA-CONACYT 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 Demandas del Sector Página 66 de 114

89 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 Demandas del Sector Página 67 de 114

90 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. Demandas del Sector Página 68 de 114

91 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. Demandas del Sector Página 69 de 114

92 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 Micro y nano encapsulación para la liberación controlada de compuestos en la producción pecuaria: Caso selenio. Revista Agroproductividad 6(4): Cintas I. L. M Nanotecnología: la revolución industrial del siglo XXI. Consulado noviembre 2014 en: Coppo, J. A Nanotecnología, medicina veterinaria y producción agropecuaria. Revista Veterinaria 20(1): Diallo M., Brinker C. J., Nel A., Shannon M., Savage N., Scott N., Murday J Nanotechnology for sustainability: environment, water, food, minerals and climate. Science Policy Reports 1: Feneque J Brief introduction to the veterinary applications of nanotechnology. Nanotechnology Now. Consultado noviembre 2014 en: Financiera Nacional de Desarrollo Agropecuario, Rural, Forestal y Pesquero (FND). 2014a. Panorama de Productos de Ave. Dirección General Adjunta de Planeación Estratégica, Análisis Sectorial y Tecnologías de la Información. Consultado noviembre 2014 en: Ave%20y%20Huevo%20(may%202014).pdf Financiera Nacional de Desarrollo Agropecuario, Rural, Forestal y Pesquero (FND). 2014b. Panorama de la Carne y Leche de Bovino. Dirección General Adjunta de Planeación Estratégica, Análisis Sectorial y Tecnologías de la Información. Consultado noviembre 2014 en: Demandas del Sector Página 70 de 114

93 Bovino%20(may%202014).pdf Financiera Nacional de Desarrollo Agropecuario, Rural, Forestal y Pesquero (FND). 2014c. Panorama del Porcino. Dirección General Adjunta de Planeación Estratégica, Análisis Sectorial y Tecnologías de la Información. Consultado noviembre 2014 en: Porcino%20(may%202014).pdf Hett A Nanotechnology. Small matter, many unknowns. Swiss Reinsurance Company. Zurich, Switzerland 57 p. López, J Nanotecnología y producción animal. Consultado en noviembre del 2014 en: Llorens A., Lloret E., Picouet P. A., Trbojevich R., Fernández A Metallic-based micro and nanocomposites in food contact materials and active food packaging. Trends Food Science Technology 24(1): Luecha J., Sozer N. y Kokini J. L Synthesis and properties of corn zein/ Montmorillonite nanocomposite films. Journal of Material Science 45(13): Martínez-Gómez M. A., González-Chávez M. C., Mendoza-Hernández J. C., Carrillo- González R Nanopartículas para el control del biodeterioro en monumentos históricos. Mundo Nano 6(10): Mejias S. Y., Cabrera C. N., Toledo F. A. M., Duany M. O. J La nanotecnología y sus posibilidades de aplicación en el campo científico-tecnológico. Revista Cubana de Salud Pública 35(3): 1-9. Mistry A., Stolnik S., Illum L Nanoparticles for direct nose to brain delivery of drugs. International Journal of Pharmaceutics 6: Omara I., Chwalibog A., Sawosz E Application of nanoparticles of noble metals in animal science. Department of Basic Animal and Veterinary Sciences. University of Copenhagen Copenhagen, Dinamarc. 186 p. Demandas del Sector Página 71 de 114

94 Panacek A., Kvitek L., Prucek R., Kolar M., Vecerova R Silver colloid nanoparticles: Synthesis, characterization and their antibacterial activity. Journal of Physical Chemistry 110(33): Scott N. R Nanoscience in veterinary medicine. Veterinary Research Communications 1: Waldner J. B 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) ext y Correo Electrónico: belisario.dominguez@sagarpa.gob.mx Demandas del Sector Página 72 de 114

95 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). Demandas del Sector Página 73 de 114

96 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, Alphanin, Rodoxantina y Equinenona. Compuestos Demandas del Sector Página 74 de 114

97 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 Demandas del Sector Página 75 de 114

98 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, Demandas del Sector Página 76 de 114

99 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. Demandas del Sector Página 77 de 114

100 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 Demandas del Sector Página 78 de 114

101 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, Demandas del Sector Página 79 de 114

102 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 (β- Selinene, 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 Demandas del Sector Página 80 de 114

103 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. Demandas del Sector Página 81 de 114

104 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 Demandas del Sector Página 82 de 114

105 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. Demandas del Sector Página 83 de 114

106 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). Demandas del Sector Página 84 de 114

107 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. Demandas del Sector Página 85 de 114

108 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 Demandas del Sector Página 86 de 114

109 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 CO 2 es el disolvente supercrítico que más se ha empleado debido a que su temperatura crítica es baja ( 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 CO 2, 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. Demandas del Sector Página 87 de 114

110 V. Logros y avances: En México se han realizado extracciones de capsaicinoides con CO 2 supercrítico a partir de muestras de chile poblano verde, en las siguientes condiciones: de 308 a 328 o K en intervalo de presión 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 CO 2 ) 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 CO 2 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 Demandas del Sector Página 88 de 114

111 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 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 Demandas del Sector Página 89 de 114

112 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 Página 90 de 114

113 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. Demandas del Sector Página 91 de 114

114 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) , 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 , 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 SAGARPA- CONACYT Demandas del Sector Página 92 de 114

115 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 CO 2 ) 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 CO 2 adecuada y tamaño óptimo de la materia prima, para obtener la máxima extracción; 2) el flujo adecuado de CO 2 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 Demandas del Sector Página 93 de 114

116 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. Demandas del Sector Página 94 de 114

117 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. Demandas del Sector Página 95 de 114

118 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 Beckstrom, S. M., Duke, J. A Potential for synergistic action of phytochemical in spices, pp: In: Spices, Herbs and Edible Fungi. Charalambous, G., Ed. Development in Food Science Series. Elsevier Science Publishers. Amsterdam. Butnariu M., Caunii A., Putnoky S Reverse phase chromatographic behaviour of major components in Capsicum Annuum extract major components in Capsicum Annuum extract. Chemistry Central Journal 6 (146): 1-6.Deora, R. S Selected Medicinal Plants of India, CHEMEXCIL (publisher), compiled by Bharatiya Vidya Bhavan s Swami Prakashananda Ayurveda Research Centre. Bombay. India. 407 p. Cheung Y. C., Siu K. C., Liu Y. S., Wu J. Y Molecular properties and antioxidant activities of polysaccharide protein complexes from selected mushrooms by ultrasoundassisted extraction. Process Biochemistry 47(5): Demandas del Sector Página 96 de 114

119 Dobias P., Pavlikova P., Adam M., Eisner A., Benova B., Ventura K Comparison of pressurised fluid and ultrasonic extraction methods for analysis of plant antioxidants and their antioxidant capacity. Central European Journal of Chemistry 8(1): Duke, J. A Biologically active compounds in important spices, pp: In: Spices, Herbs and Edible Fungi, Charalambous, G., Ed., Development in Food Science Series, Elsevier Science Publishers. Amsterdam. Elizalde, S. O Solubilidades de la capsaicina y pigmentos liposolubles (carotenoides) del chile poblano en CO 2 supercrítico. Tesis de Doctorado en Ciencias en Ingeniería Química. Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. Instituto Politécnico Nacional. México, D.F. 163 p. Esquivel, M. M., Ribeiro, M. A., Bernardo-Gil, M. G Supercritical extraction of savory oil: study of antioxidant activity and extract characterization. The Journal of Supercritical Fluids 14: Gil-Chávez G. J., Villa J. A., Ayala-Zavala J. F., Heredia B. J., Sepulveda D., Yahia E. M., González-Aguilar G. A Technologies for extraction and production of bioactive compounds to be used as nutraceuticals and food ingredients: an overview. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 12: Gao, Y., Simandi, B., Sass-Kiss, A., Stefanovits, P., Zs, F., Czukor, B Supercritical CO 2 extraction of oleoresin. Proc. 4th Intl. Symp. SCFs. Sendai, Japan.12 p. Ho, C.T Phenolic compounds in food, pp In: Phenolic Compounds in Food and Their Effects on Health II. M. T. Huang, C. T. Ho, C. Y. Lee (eds). ACS Symposium Series 507. American Chemical Society. Washington, D.C. Hossain M. B., Brunton N. P., Patras A., Tiwari B., O Donnell C., Martin-Diana A. B., Barry- Ryan C Optimization of ultrasound-assisted extraction of antioxidant compounds from Marjoram (Origanum majorana L.) using response surface methodology. Ultrason Sonochem 19: Karki B., Lamsal B. P., Jung S., Van Leeuwen J. H., Pometto A. L., Grewell D., Khanal S. K Enhancing protein and sugar release from defatted soy flakes using ultrasound technology. Journal of Food Engineering 96(2): Demandas del Sector Página 97 de 114

120 Lashkari, Z Ed. A story of resurgence of natural products. Finechem from Natural Products 1(4): Liza M., Abdul R. R., Mandana B., Jinap S., Rahmat A., Zaidul I., Hamid A Supercritical carbon dioxide extraction of bioactive flavonoid from strobilanthes crispus (Pecah Kaca). Food and Bioproducts Processing 88(2-3): Mahindru, S. N Indian plant perfumes. Edit. Metropolitan. New Delhi, India. 215 p. Martínez, L. J. Ed Supercritical fluid extraction of nutraceuticals and bioactive compounds. CRC Press. Boca Ratón, Florida. 424 p. McHugh, M., Krukonis, V Supercritical Fluid Extraction, 2nd ed., Butterworth- Heinemann, Stoneham, M.A. 304 p. Ohta, H., Nogata, V., and Yoza, K Flavor change of grape juice during processing, pp In: Developments in Food Engineering, Part 2, Matsuno, T. Y. R., Nakamura, K. (Eds.). Blackie Academic & Professional, U.K. Peterson, N Herbal Remedies. Blitz editions, Amazon Publishing Ltd., Middlesex, U.K. 257 p. Pingret D., Fabiano-Tixier A. S., Bourvellec C. L., Renard C. M. G. C., Chemat F Lab and pilot-scale ultrasound-assisted water extraction of polyphenols from apple pomace. Journal of Food Engineering 11(1): Qu W., Ma H., Jia J., He R., Luo L., Pan Z Enzymolysis kinetics and activities of ACE inhibitory peptides from wheat germ protein prepared with SFP ultrasound-assisted processing. Ultrasonics Sonochemistry 19(5): Soria A. C., Villamiel M Effect of ultrasound on the technological properties and bioactivity of food: a review. Trends in Food Science & Technology 21(7): Smidling D., Mitic-Culafic D., Vukovic-Gacic B., Simic D., Knezevic-Vukcevic J Evaluation of antiviral activity of fractionated extracts of Sage Salvia officinalis L (Lamiaceae). Archives of Biological Science Belgrade 60: Demandas del Sector Página 98 de 114

121 Zhang H.F., Yang X.H., Wang Y Microwave assisted extraction of secondary metabolites from plants: current status and future directions. Trends in Food Science & Technology 22(12): Contactos para consultas técnicas sobre la demanda Ing. Belisario Domínguez Méndez Director General de Productividad y Desarrollo Tecnológico, SAGARPA Teléfono: (55) ext y Correo Electrónico: belisario.dominguez@sagarpa.gob.mx Demandas del Sector Página 99 de 114

122 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 Demandas del Sector Página 100 de 114

123 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 ) b) Serie histórica de la producción de berries (t.año -1 ) Datos tomados de SIAP, 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 Demandas del Sector Página 101 de 114