Compendio de paquetes tecnológicos para el establecimiento de la cadena agroindustrial de Jatropha curcas en el noroeste de México

Transcripción

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3 Compendio de paquetes tecnológicos para el establecimiento de la cadena agroindustrial de Jatropha curcas en el noroeste de México 2

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5 Indice 1. Vivero Agronómico norte Sinaloa Agronómico centro Sinaloa Agronómico sur Sinaloa Agronómico sur Sonora Agronómico norte Nayarit Harina y aceite Alimentos camarón Alimentos tilapias Alimento aves Alimentos borregos Biodiesel Pellets Almacenamiento de semillas Ácidos húmicos In-vitro Esquejes Cadena agroindustrial y paquetes de negocios

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7 I. INTRODUCCIÓN El estado de Sinaloa, a través del Consejo para el Desarrollo Económico de Sinaloa (CODESIN), impulsa una nueva visión de desarrollo basada en la innovación y orientada a fortalecer y generar en el estado, el capital humano, el conocimiento, la investigación, el desarrollo tecnológico, conectando estas capacidades con el sector productivo y el mercado para la generación de nuevos productos, servicios y negocios basados en el conocimiento, asi como la solución de las principales problemáticas en la región. Por este motivo, el CODESIN decidió impulsar, liderar y coordinar un proyecto de alto impacto en el desarrollo regional con el apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) y de Fundación Produce Sinaloa (FPS) titulado: Desarrollo sustentable de la cadena agroindustrial de Jatropha curcas, para el rescate de la zona serrana marginada del noroeste de México con alcance en los estados de Sonora, Sinaloa y Nayarit, y con la participación interinstitucional del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C. (CIAD) con tres unidades: Culiacán Mazatlán y Hermosillo, la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS) con dos facultades: Ciencias Químico Biológicas y Medicina Veterinaria y Zootecnia, el Instituto Politécnico Nacional con el Centro de Investigación interinstitucional para el Desarrollo Integral Regional Unidad Sinaloa (CIIDiR), el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), con una inversión aproximada de $19 mdp. Cabe hacer mención que cada una de las instituciones anteriormente descritas ha establecido vínculos con otros grupos de investigación, nacionales e internacionales, que permitieron el cumplimiento de los objetivos del proyecto. El diseño e implementación de sistemas de producción sostenibles de Jatropha curcas para el desarrollo social, económico y ambiental de las comunidades localizadas en las zonas de pie de sierra de los estados de Sonora, Sinaloa y Nayarit, con impacto en el desarrollo de los sectores agrícola, pecuario e industrial (aceiteras, harineras, biocombustibles, biofertilizantes) del noroeste de México, mediante el establecimiento de paquetes agronómicos, la optimización y estandarización de métodos a nivel laboratorio y piloto para la obtención de aceite, elaboración de biodiesel, bioturbosina, glicerina, harina para alimentos balanceados, pellets energéticos y ácidos húmicos, para integrar y consolidar una nueva cadena productiva en la región fue el objetivo principal de este proyecto. En este documento se integran los resultados obtenidos para cada uno de los eslabones de la cadena productivade Jatropha curcas mostrando que es una opción para el desarrollo regional en el Noroeste de México. La cadena agroindustrial de Jatropha curcas propuesta consiste en la generación de plantas por métodos in vitro para cultivos de clones y generación de plantas por semillas seleccionadas en invernadero, plantación en campo, manejo del cultivo, cosecha del fruto y obtención de la semilla, generación de diferentes productos con valor agregado como son: la extracción de aceite y obtención de pasta para generar proteína enriquecida. El primero con fines bioenergéticos, transformándolo a biodiesel, bioturbosina y glicerina, y el segundo para la elaboración de alimentos balanceados para camarón, tilapia, ganado ovino y aves. El fruto de la Jatropha curcas genera cascarilla que en combinación con la testa de la semilla se pueden producir pellets energéticos que remplazan el uso de leña 6

8 como medio de combustión en las comunidades próximas a los cultivos o para su exportación a los países europeos, de la testa de la semilla también se pueden obtener ácidos húmicos, utilizados como mejorador de suelos en la producción hortícola de la región. Este proyecto tiene componentes que incentivan la investigación, el desarrollo tecnológico y la innovación con el desarrollo de productos como los pellets energéticos, la generación de los ácidos húmicos, biodiesel bajo procesos de una nueva tecnología y el potencial de la producción de bioturbosina, formado científicos, profesionales y técnicos especializados en la industria del aceite, los biocombustibles, los alimentos para consumo animal y el cultivo de J. curcas. Se presenta a continuación un diagrama del proceso integral que se siguió en el proyecto para poder alcanzar la sustentabilidad del mismo a partir del cultivo y propagación de la Jatropha curcas. Figura 1. Diagrama del Proceso Integral del Proyecto JC Los resultados del proyecto plantean oportunidades de desarrollo económico y social en sitios de alta marginación, a través de la incorporación de innovaciones tecnológicas locales que permitan la consolidación de una nueva cadena agroindustrial en regiones con alto impacto social, implementando sistemas de producción agrícola e industrial sustentables que pueden ser replicados en cada sub región de Nayarit, Sinaloa y Sonora, permitiéndoles contribuir en su propio desarrollo económico. En este documento se muestran también los modelo de negocio para el establecimiento de la cadena productiva de Jatropha curcas con una evaluación financiera a partir de los resultados obtenidos. 7

9 Paquete tecnológico para la producción de Jatropha curcas en vivero Dra. Norma Elena Leyva López * INTRODUCCIÓN Es prioritario obtener un sustituto viable a los combustibles fósiles, que además de tener beneficios ambientales, sea económicamente competitivo y que se pueda producir a gran escala. En este sentido, los biocombustibles pueden ser una muy buena alternativa. Además, con respecto al impacto ambiental presentan grandes ventajas: reducen significativamente la emisión de gases contaminantes y promueven la fijación de CO 2 (dióxido de carbono). Por ejemplo, la producción y uso de biodiesel genera al ambiente alrededor de 41% menos gases de efecto invernadero que los producidos por su equivalente energético, el diesel. Para la producción de biodiesel de origen vegetal, idealmente, se debe de contar con materias primas con alto contenido de triglicéridos provenientes de cultivos no comestibles de manera tradicional, que hayan sido cultivados en suelos no aptos para la producción de alimentos y cuyos requerimientos de agua sean mínimos. Diversos estudios han demostrado que J. curcas es una excelente alternativa para la producción de biodiesel. J curcas es nativa de México y Centroamérica y se encuentra ampliamente distribuida en todo el mundo. Es un arbusto oleaginoso capaz de rehabilitar suelos degradados y es fácilmente adaptable a diferentes clases de suelos áridos, arenosos y de temporal. El gran reto de la producción de biocombustibles es bajar los costos de producción (0.55 centavos de dólar, comparado con 0.46 dólares por litro de diesel, Departamento de Energía de Estados Unidos, 2006). Una alternativa para disminuir el costo es incrementar la rentabilidad económica del cultivo utilizando biotipos de alto rendimiento y alto contenido de aceite de la semilla; y particularmente, incrementando el valor agregado del sistema-producto mediante la búsqueda de alternativas de utilización de la pasta residual de la extracción del aceite de semillas de J. curcas no tóxicas nativas de México. La pasta residual puede ser utilizada como alimentación animal ya que posee un alto contenido proteico. También presenta un potencial nutracéutico 1 y farmacéutico, como la obtención de péptidos 2 bioactivos. Adicionalmente, la cápsula drupácea (leñosa) de esta planta puede ser empleada como ingrediente en alimentación animal, mientras que la cascarilla de la semilla puede ser empleada como fuente de compuestos fenólicos y antioxidantes. * Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR)-Sinaloa. Colaboradores: Dr. Jesús Méndez Lozano, Dra. María Elena Santos Cervantes, Dra. María de los Ángeles Espinoza Verduzco, M.C. Jesús Alicia Chávez Medina, M.C. Marela Guadalupe Espinoza Mancillas, Biol. Zeiby Machuca López. 1 Nutracéutico: alimento, o ingrediente del mismo, que proporciona un beneficio probado a la salud humana. 2 Péptidos: son moléculas formadas por la unión de varios aminoácidos o el enlace triple con una conjugación de ADN (ácido desoxirribonucleico). 8

10 A pesar del enorme interés sobre este cultivo a gran escala, aún existe poca información sobre diversos aspectos como su variabilidad genética, expresión génica, rendimiento y productividad. En Sinaloa existe un gran potencial para la producción, desarrollo, gestión y evaluación de combustibles alternativos (en específico biodiesel), principalmente por la amplia extensión de terreno agrícola de temporal (600 mil hectáreas) que podría ser utilizada para la plantación de cultivos energéticos. El desarrollo sustentable del cultivo extensivo e industrialización de Jatropha curcas no tóxica para la obtención de biodiesel y co-productos proveería de un sustento viable que permitiría el desarrollo económico sostenido de comunidades marginadas y de alta pobreza. Uno de los principales retos del cultivo extensivo de J. curcas es la disponibilidad de plantas de calidad fitosanitaria, genética (alta productividad y tolerancia a enfermedades) y de alta sobrevivencia en campo. J. curcas se puede propagar tanto de manera asexual (estacas) como por semilla. El más utilizado en siembras comerciales es por semilla. El éxito de una plantación comercial dependerá de la selección del material a plantar, por lo que la semilla debe provenir de huertos que hayan demostrado alto rendimiento y contenido de aceite de la semilla bajo las mismas condiciones de irrigación y fertilización que se estén proponiendo para la futura plantación. En este documento se describirán los pasos a seguir para la elaboración de plantas de J. curcas libres de patógenos y de alta productividad en dos sistemas: charola y bolsa. CONDICIONES DE VIVERO PARA PRODUCCIÓN DE PLANTA El vivero para la producción de plantas de Jatropha debe estar instalado en un terreno plano y de preferencia con una ligera inclinación para facilitar el drenaje y evitar inundaciones. Debe contar con acceso a una fuente permanente de agua limpia para realizar los riegos en épocas de escasa precipitación Si el terreno presenta irregularidades debe ser nivelado en el sentido del riego para que las bolsas o charolas con plantas puedan colocarse de manera adecuada en posición vertical. Existen varias formas de preparar el suelo para la plantación. Es muy útil colocar piedra fina entre las camas para evitar el desarrollo de maleza y facilitar el desplazamiento de los trabajadores entre las camas. Se recomienda aplicar un fungicida 10 días antes de la siembra en el suelo previamente húmedo y soleado. Todos los implementos agrícolas y el área de trabajo deben ser desinfectados con cloro antes de iniciar la construcción del vivero y producción de plántula. Una vez preparado el terreno, en el diseño del vivero se debe contemplar espacios entre camas para el desplazamiento de los trabajadores durante todas las labores del vivero: fertilización, podas, extracción y rotación de plántula, entre otros. Infraestructura mínima requerida Los viveros para la reproducción de plantas de jatropha pueden ser desde muy rústicos hasta muy tecnificados. Se requiere de la elaboración de dos camas a 9

11 nivel del suelo (para bolsas) o una banca a 60 cm (centímetros) de altura del suelo (para charolas) de 1.6 metros de ancho y 45 metros de largo para la reproducción de plantas necesarias para 10 hectáreas (aproximadamente 1800 plantas por hectárea, 18 mil en total). Las camas se pueden elaborar con varilla delgada que se clava al suelo y en el perímetro se puede colocar alambre o malla 6 x 6 (de cuadro chico), para sujetar las plantas a la cama. Debe dejarse una separación de 1 metro entre cada cama. Para la reproducción de planta en charola se requiere de la construcción de bancas tipo invernadero de PTR para mantener las plantas a una altura aproximada de 1 metro. También se pueden utilizar ladrillos para levantar las charolas del suelo. El riego puede ser manual con manguera o mediante la instalación de un sistema de riego por aspersión. Se debe colocar mallasombra para evitar daños por el sol, esta debe ser retirada gradualmente antes de llevarse las plantas al campo. También se pueden colocar las camas y/o las bancas en la sombra de los árboles, ahorrándose el costo de la mallasombra. PATRONES Y VARIEDADES La planta de Jatropha curcas se puede propagar sexualmente por semilla y asexualmente por partes vegetativas (esquejes), también se le puede propagar a través de injertos (experimentalmente). Sin embargo se recomienda más al uso de semilla, debido a que las plantas propagadas a partir de semilla muestran un desarrollo más rápido y un sistema radicular más fuerte. Las plantas propagadas vegetativamente son más precoces en producción pero su sistema radicular es muy débil por ausencia de la raíz principal, causando volcamiento de la planta por el peso de la misma y la pérdida de la cosecha a falta de un anclaje adecuado. Cuando el cultivo se va a propagar por semilla, es necesario conocer el biotipo y las principales características de las plantas productoras de semillas para que reciban un adecuado tratamiento, con la finalidad que puedan crecer bien conformadas, uniformes y con alta producción. Preferentemente, las semillas deben ser adquiridas de campos productores oficiales. En caso de no contar con campos productores de semillas oficiales, se puede suplir esta carencia haciendo una buena selección de las plantas madres (a partir de las cuales se obtendrá la semilla). La selección debe ser por tamaño, prefiriendo las semillas más grandes [menores a 11 mm (milímetros)], preferentemente deben haber sido cosechadas recientemente o conservadas bajo condiciones adecuadas de temperatura y humedad como máximo tres meses, libres de daños mecánicos e insectos. El tiempo y las condiciones de almacenamiento de la semilla de Jatropha curcas afecta su germinación debido a su alto contenido en aceite. Para la reproducción de plantas de jatropha en Sinaloa se cuenta con cuatro biotipos que han mostrado una buena adaptación a las condiciones edafoclimáticas (relativo al suelo y al clima) locales. Se cuenta con los biotipos Sinaloa [que ha sido cultivado en el centro del estado de Sinaloa por investigadores del Centro de Investigación en Alimentación y 10

12 Desarrollo, A.C. (CIAD)-Culiacán]; y tres que son provenientes de Puebla, Morelos y Veracruz, que se establecieron como árboles donadores de semilla en el campo Experimental Miguel Leyson de la Asociación de Agricultores del Río Sinaloa Poniente por investigadores del Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR)-IPN, unidad Sinaloa. ESTABLECIMIENTO Y PRODUCCIÓN El inicio de la producción de planta lo determinan las condiciones climáticas. No es posible iniciar en el invierno cuando todavía las temperaturas son bajas, ya que jatropha requiere de temperaturas de 27 a 40 C (grados centígrados) para un buen desarrollo. Al inicio de la primavera, siempre y cuando la temperatura mínima no sea menor a los 18 C, es cuando se debe iniciar con la siembra en vivero. Lo más recomendable es iniciar con la preparación del terreno y las instalaciones del vivero de enero a marzo, y así iniciar la siembra en abril. La meta en la producción de planta es que estén listas para transplantar con las primeras lluvias, que puede ser desde junio en la zona serrana de Sinaloa. Lo ideal es que las plantas de jatropha estén en el vivero por tres meses. Adquisición de insumos El tipo de insumos utilizados depende si se utiliza charola o bolsa para la reproducción de plantas. Cuadro 1. Insumos necesarios para la reproducción en charola de 18 mil plantas para 10 hectáreas, ya incluyendo 15% de pérdidas por fallas en germinación, ya que solo se requieren 1600 plantas por hectárea. CHAROLA Cantidad Unidad Insumo 15 Sacos Peat moss 7.5 Sacos Perlita 7.5 Sacos Vermiculita 9 kilogramos Fertilizante multicote 750 Gramos Fungicida (Captán) 600 Litros Agua 300 Charolas Charolas de unicel de 60 cavidades 11

13 Cuadro 2. Para la siembra en bolsa es importante hacer la mezcla por partes, se sugiere se haga para 1800 bolsas, de tal manera que se tiene que repetir 10 veces la misma mezcla para completar las 18 mil. Cantidad Total Cantidad por mezcla BOLSA Unidad Insumo Carretillas Tierra muerta de río (limoarenosa) 60 6 Sacos Peat moss sacos Perlita Gramos Fungicida (Captán) 30 3 kilogramos Fertilizante Tripe 17 18, Bolsas Bolsa de vivero negra de 16X15 cm de 2 milésimas de espesor Mezclar perfectamente con la ayuda de pala y sin agregar agua. Es muy importante que la mezcla quede de estructura arenosa, suelos muy pesados pueden afectar la emergencia de la planta al germinar la semilla. Llenado de charolas El llenado de las charolas se realiza con la mezcla previamente humedecida y hasta el tope de la charola, se puede realizar manualmente. Se deben dar pequeños golpes hacia abajo para que el llenado de la charola sea uniforme y sin burbujas de aire. Llenado de bolsas El llenado de las bolsas se realiza manualmente con la mezcla preparada en seco (sin agua). Las bolsas se deben de llenar hasta dos terceras partes del volumen y el riego se realiza después de la siembra de la semilla. Las bolsas deben tener un orificio en el fondo para favorecer el drenado del exceso de agua de riego. Siembra de semilla Antes de realizar la siembra, la semilla debe ser tratada con un fungicida de amplio espectro, en este caso se recomienda pentaclor/pentacid en solución al 10% [10 ml (mililitros) de pentaclor y 10 ml de pentacid por litro) por cada 5 kg (kilogramos) de semilla. Una vez llenas las charolas y las bolsas con la mezcla de germinación, se debe sembrar manualmente la semilla, una por cada cavidad o bolsa, con la parte apical hacia abajo (punto blanco de la semilla) a 1 o 2 centímetros de profundidad. El sustrato de la semilla recién plantada, ya sea en bolsa o charola, debe estar siempre húmedo, si es necesario regar una o dos veces diarias, depende de la humedad del ambiente. 12

14 Distribución de plantas dentro del vivero Tanto las charolas como las bolsas se deben colocar en una superficie completamente plana y uniforme. Las charolas se colocarán en filas de cuatro y con una separación de 10 centímetros a lo largo de la bancas de 45 metros de largo construida para este propósito. Visualmente debe observarse como una siembra a doble hilera (dos charolas) con la separación en medio. Las bolsas ya con la mezcla de germinación y con la semilla sembrada se colocará en las camas elaboradas con varilla clavada al suelo y delimitada con alambre o mallalac 6 x 6, para sujetar las plantas a la cama. Debe dejarse una separación de 1 metro entre cada cama para facilitar las labores de riego, fertilización, poda, entre otras. Riego El riego puede ser manual con manguera o mediante la instalación de un sistema de riego por aspersión. Durante los primeros 15 días el riego debe ser por la mañana y por la tarde parea asegurar humedad a la semilla durante su germinación. Posterior a la germinación solo se realiza un riego por día. Germinación Las semillas de jatropha deben ser tratadas con un fungicida de amplio espectro (pentaclor/pentacid en solución al 10%). La semilla se debe mantener muy húmeda en charolas por un período de 12 a 24 horas a 37 C. Posterior a este pretratamiento se realiza la siembra en charolas o en bolsas, la semilla debe germinar en seis a 15 días. El porcentaje de germinación depende del origen de la semilla, calidad fitosanitaria, tipo de sustrato y condiciones ambientales. Manejo fitosanitario Se recomienda revisar diariamente la plantación para evitar el establecimiento de plagas y enfermedades, observando a detalle hojas y tallos en la búsqueda de síntomas que pudieran sugerir algún daño. En el vivero de Jatropha se pueden observar mosquita blanca (Bemisia sp.) y araña roja (Tretranychus sp.), ambas controlables con aplicación del producto Actara. También se puede observar la presencia de topos (Talpa sp.) devorando el follaje y en algunos casos la plántula completa, el uso de pastillas gaseosas (topicidas) los ahuyenta, estas se deben utilizar cada tercer día hasta no observarlos. Durante el período de la producción de plántula de jatropha, sobre todo con lluvias, se pueden presentar daños en el tallo asociados a hongos y bacterias como: Rhizoctonia solani, Fusarium solani, Lasiodiplodia theobromae, Colletotrichum capsici, Colletotrichum gloeosporoides, Fusarium equiseti, Rhizoctonia bataticola. Alternaria alternata, Pectobacterium sp. Para el manejo de estos patógenos (que produce enfermedad) se disminuyó la frecuencia de riego (cada dos o tres días) y se aplicaron los productos Previcur, Pentaclor y Amistar, de acuerdo a las instrucciones del proveedor. 13

15 Nutrición Existe muy poca información sobre los requerimientos nutricionales de jatropha durante las primeras etapas de desarrollo. Debido a que la meta es producir plantas con mayores posibilidades de sobrevivencia en campo, se utilizaron algunos enraizadores (raizal) para promover la formación de raíces laterales y algunos nutrientes para favorecer la formación de raíces y el desarrollo de tallos gruesos. Se recomienda separar la nutrición de las plántulas de Jatropha se en tres etapas. La primera va dirigida a la formación de un sistema radicular bien fortalecido, la segunda al crecimiento foliar y la tercera al engrosamiento del tallo. ETAPA INICIAL Se inicia cuando la planta tenga 12 días de emergida, con aplicaciones cada tres días con NPK (nitrógeno, fósforo y potasio) hasta que la planta tenga un mes de germinación. ETAPA INTERMEDIA Se aplica a posterior al primer mes de germinación, con aplicaciones cada tres días del fertilizante NPK por un período de días. ETAPA FINAL Se aplica durante el último mes que las plantas estarán en el invernadero, con aplicaciones cada tres días del fertilizante NPK por un período de días. Poda La poda es una práctica común que se realiza en hortalizas y frutales con el objetivo de eliminar las partes improductivas de la planta y estimular el desarrollo de nuevo crecimiento vegetativo. Durante la poda se eliminan las ramas mal dirigidas, se controla altura de la planta y se regula la entrada de luz. La poda de jatropha en la fase de plántula se realiza con el objetivo de uniformizar el tamaño de la planta y favorecer el engrosamiento del tallo favoreciendo que las plantas al momento de ser trasplantadas contengan un alto contenido de nutrientes y una mayor probabilidad de sobrevivencia durante el transplante al campo. Se recomienda la primera poda 40 días posteriores a la germinación y cada 18 días. Se corta todo el follaje de la parte apical con tijeras. Se recomienda la poda en días soleados para evitar que la humedad ya que se debe evitar la infección por hongos y bacterias. El riego y fertilización se realiza hasta el tercer día. 14

16 Pruebas de laboratorio Para asegurar la calidad fitosanitaria de la semilla a utilizar para un nueva plantación, es muy recomendable realizar análisis de laboratorio en un laboratorio con experiencia en diagnóstico fitopatológico 3. Se debe cubrir la detección de hongos, bacterias y virus. Durante el desarrollo de la plantación y sobre todo antes de salir al campo se deben colectar muestras representativas del lote y ser enviadas al laboratorio para su análisis. Si se sospecha de la presencia de alguna enfermedad, se deben tomar muestras inmediatamente y enviar al laboratorio para su análisis, ya que en base al diagnóstico se deberá implementar alguna medida de control y/o manejo en vivero. Movilización de la planta Las plantas de jatropha de preferencia deben de producirse en el lugar o cerca del lugar donde se establecerá la plantación. La movilización es costosa y de no hacerse de manera adecuada se puede afectar la calidad de la planta. Cronograma de actividades ESTABLECIMIENTO DE LA INFRAESTRUCTURA DEL VIVERO Al menos un mes antes de inicio de siembra. Se recomienda iniciar con la implementación de la estructura del vivero durante el mes de marzo, así como la compra de todos los materiales. SIEMBRA DE SEMILLAS El inicio de la siembra debe hacerse durante el mes de abril, cuidando que la temperatura mínima sea superior a los 18 C. GERMINACIÓN Y RIEGOS La germinación ocurre durante los 15 días posteriores a la siembra, mientras esta no ocurra los riegos deben ser dos veces al día, posterior a la germinación a diario. PODAS Se deben realizar 40 días posteriores a la germinación, durante el mes de mayo la primera y dos más cada 18 días. TRANSPLANTE Tres meses es suficiente para que la planta tenga las características deseadas y pueda sobrevivir en campo. Durante julio, junto con las primeras lluvias deberá hacerse el transplante a campo. Es muy importante cuidar las temperaturas extremas, sembrar de preferencia por la tarde y se le debe dar agua de auxilio el día del transplante y en caso de que no ocurran lluvias durante la primera semana en el campo. Deben protegerse de insectos depredadores. 3 Fitopatología: ciencia que estudia las enfermedades y plagas de las plantas. 15

17 ESTRUCTURA DE COSTOS Cuadro 1. Costos de producción de planta de jatropha en charola. MATERIALES DE CONSUMO Insumo Cantidad requerida Costo unitario (pesos) Costo total (pesos) Peat moss 15 sacos Perlita 7.5 sacos Vermiculita 7.5 sacos Fertilizante Multicote 9 kilogramos Fungicida (Captán) 750 gramos Charolas unicel de 60 cavidades 300 carolas Semilla 18,000 (15 kg) Total Mano de obra Jornales Banca de 45 metros de largo Perfil 111 galv C Perfil 121 galv c PTR Total Es importante aclarar que los productores pequeños pueden elaborar las bancas de madera o palos colectados en el monte y elaborarlas de manera rústica, disminuyendo considerablemente los costos iniciales. Cuadro 2. Costos de producción de planta de jatropha en bolsa. MATERIALES DE CONSUMO Insumo Insumo Insumo Insumo Tierra muerta de río (limoarenosa) Carretillas Peat moss 60 sacos Perlita 45 sacos Fungicida (Captán) gramos Fertilizante tripe kilogramos Bolsa de vivero negra de x 15 cm de 2 milésimas de bolsas espesor Semilla semillas (15 kg) 16

18 Total Mano de obra Jornales camas de 45 metros de largo Mallac rollo Varilla (12 metros ) Alambre 20 kg Total Figura 1. Condiciones de vivero para producción de planta e Infraestructura mínima requerida. 17

19 Figura 2. Patrones y variedades.. Figura 3. Establecimiento y producción. Figura 4. Llenado de charolas. Figura 5. Llenado de bolsas. 18

20 Figura 6. Siembra de semilla de jatropha. Figura 7. Distribución de plantas dentro del vivero. 19

21 Figura 8. Riego. Figura 9. Germinación. Figura 10. Manejo fitosanitario. 20

22 Figura 11. Nutrición. Figura 12. Poda. 21

23 Figura 13. Pruebas de laboratorio. Figura 14. Movilización de la planta. 22

24 Paquete agronómico para establecimiento de Jatropha curcas en el norte de Sinaloa Dr. Adolfo Dagoberto Armenta Bojorquez INTRODUCCIÓN La jatropha crece bajo condiciones subtropicales, y puede soportar condiciones de sequía y baja fertilidad del suelo; debido a que es capaz de crecer en suelos pobres, puede ayudar a la recuperación de tierras y restauración de áreas erosionadas y aumentar la fuente de empleo en estas regiones. Además, como no es un alimento o un cultivo forrajero, no compite con cultivos de valor comercial o alimentario. El interés actual en la jatropha por parte de inversionistas, agricultores y organizaciones no gubernamentales, se debe primordialmente a su potencial como cultivo energético. De sus semillas se puede extraer aceite con buenas características para la combustión directa en motores de encendido por compresión o para la producción de biodiesel y el resto del fruto en subproductos que le dan mayor valor agregado. Viendo el potencial de esta planta y siguiendo una tendencia global de buscar fuentes de energías más inofensivas al ambiente. En México se desarrollan programas de investigación para generar conocimientos y desarrollar tecnología de producción de materia prima para la elaboración de biodiesel a partir de diferentes ecotipos de Jatropha curcas. REQUERIMIENTOS AGROECOLÓGICOS Precipitación El clima para el cultivo de jatropha debe de ser tropical o subtropical, en la actualidad crece en áreas tropicales de todo el mundo, con una precipitación pluvial desde 300 hasta 1200 mm (milímetros) anuales de lluvia. Temperatura La temperatura media anual es de 24 C (grados centígrados); puede soportar heladas leves de corta duración, siempre que no sean por debajo de los 0 C; resiste altas temperatura mayor de 40 C, siempre y cuando tenga humedad suficiente en el suelo. Altitud Se desarrolla en altitudes sobre el nivel del mar preferentemente y hasta 1200 metros de altitud. Humedad La jatropha no tolera el exceso de humedad en el suelo, períodos largos con exceso de humedad (máxima una semana, que incluso ya representaría un impacto negativo sobre la producción). Resiste largos periodos de sequía, hasta un año sin precipitaciones cuando la planta se encuentra establecida hace más de un año. Pero cuando se inicia su establecimiento los primeros meses es muy sensible a la falta de humedad en el suelo, primero se defolia, después se 23

25 estrangulan los tallos, y posteriormente muere en temporada de verano (en periodo de tres semanas sin humedad en el suelo). Luminosidad Requiere luminosidad para un óptimo desarrollo, el sombreo reduce crecimiento y fructificación, cuando se cultiva de manera intercalada es importante que el otro cultivo no supere su altura. Suelo La jatropha prefiere suelos con buen drenaje, aireados. Los suelos más adecuados son los de textura media (francos), franco arenoso y franco limoso por tener un buen drenaje y suministro de nutrientes. Los suelos de textura fina (arcillosos) solo son adecuados en condiciones con baja precipitación y adecuada pendiente, en este caso la jatropha puede ser muy productiva, porque estos suelos cuentan con un buen suministro de nutrientes, pero deficiente drenaje. No tolera el exceso de humedad en el suelo, por lo tanto, la producción en suelos de textura arcillosa es solamente adecuada en el caso que no exista saturación de humedad por períodos largos (máxima una semana, que incluso ya representaría un impacto negativo sobre la producción). Además, suelos arcillosos con arcilla 2:1 (montmorillonita) que se expande en períodos húmedos y se contrae (agrieta) en períodos secos en corto tiempo el encogimiento y expansión de las raíces afecta negativamente al desarrollo de la planta. Por otra parte los suelos de textura gruesa (arena, franco arenoso, arena franca) son suelos que drenan rápidamente pero requiere de mayor frecuencia de agua. Estos suelos por lo general tienen un contenido bajo de nutrientes, por lo que la jatropha necesitará más fertilización o la aplicación de grandes cantidades de material orgánico en el suelo a fin de lograr productividad. Independientemente del tipo de suelo, el grado de acidez (ph) adecuado para el cultivo de la jatropha se encuentra entre 5.5 y 8.5. Su crecimiento es limitado en condiciones de mayos acidez o alcalinidad. La profundidad del suelo debe ser de al menos 45 centímetros y la pendiente no debe superar los 30 grados. La jatropha puede sobrevivir en suelos no adecuados poco profundos, con bajo contenido de nutrientes, salinidad y limitada humedad, sin embargo su crecimiento y producción serán limitados. Los mayores niveles de nutrientes y materia orgánica en el suelo se traducen en una mayor producción. ESTABLECIMIENTO DE PLANTACIÓN DE JATROPHA Selección del terreno El terreno es característico de las zonas serranas marginadas del noroeste de México, ubicado en el municipio de Sinaloa de Leyva. Son suelos pobres, delgados y con pendientes pronunciados sujetos a la erosión. 24

26 Sus propiedades físicas, químicas y biológicas varían a muy poca distancia por las características antes señaladas (se anexan análisis de suelos en los diferentes sitios de plantación). Preparación del suelo Estos terrenos por sus características de ser zona marginada y de temporal no todos los años se siembran, por lo que llegan a presentar arbustos indeseables que se han desarrollado, y existe la necesidad de usar mano de obra para eliminarlos y desenterrar los troncos, también se puede utilizar tractores de oruga que limpien el lugar. Figura 1. Limpia de terreno con tractor de oruga. El barbecho en estos suelos no es recomendable, pues esta labor afloja al suelo exponiéndolo más a la erosión (en el período de lluvias). Después de eliminar arbustos se procedió a rastrear el suelo con dos pasos de rastra fue suficiente para pulverizar los residuos orgánicos y terrones grandes sobre la superficie del suelo y permitir un suelo sin competencia de malezas inicial con las plantas de jatropha a establecer. 25

27 Figura 2. Rastreo de terreno. El subsoleo es importante para romper capas duras en el subsuelo que limiten el crecimiento de las raíces de las plantas que se desarrollan en el lugar; además permite hacer un uso más eficiente del agua de lluvia o riego, por favorecer la permeabilidad y evitar el exceso de escurrimiento del agua evitando en gran medida la erosión del suelo. La marca, esta práctica es importante, para señalar en donde se colocará la hilera de planta en los diferentes experimentos fue con distancias entre hileras de 3 metros, con esto también se ahorra trabajo en perforar el suelo para colocar el cepellón del trasplante, y solamente se señala con cal la distancia entre plantas según la densidad de plantas para cada experimento. Figura 3. Marca de terreno cada 3 metros. 26

28 Figura 4. Marca con cal de acuerdo a densidad de plantas. Densidad de plantación La mejor densidad de plantación fue 3 x 3, al no presentar diferencias significativas con las demás densidades estudiadas, en cuanto grosor de tallo, número de ramas y altura de planta. Esta densidad favorece el deshierbe mecánico, pues permite el paso de rastra en las dos direcciones, esto tiene un ahorro significativo de jornales. Plantación La plantación de jatropha se realizó a partir de planta proveniente de invernadero, desarrollada en bolsa y en charolas. La plantación de jatropha en bolsa se procedió hacer agujeros en el suelo de acuerdo al tamaño del bloque de suelo (cepellón) aproximadamente de 30 cm (centímetros) de profundidad y 15 cm de diámetro (el cepellón aproximadamente fue de 20 x 12 cm de diámetro). 27

29 Figura 5. Hoyo para trasplantar jatropha de bolsa. Figura 6. Planta de jatropha traplantada. La plantación de jatropha proveniente de charola requiere menos mano de obra, pues una persona puede manipular una charola con 60 plantas e ir plantando en agujeros pequeños de aproximadamente 15 cm de profundidad y 5 28

30 cm de diámetro (el cepellón es de 14 cm de profundidad por 4.5 cm de diámetro), en comparación con plantas en bolsas una persona puede manipular solamente tres plantas para su distribución en el campo y plantación. Figura 7. Manejo de charolas con plantas para trasplante. En el transporte y distribución de planta en el campo, el uso de remolque con un eje se puede transportar aproximadamente 350 plantas en bolsas, mientras que en el mismo espacio tiene capacidad para transportar 25 charolas con 1500 plantas. Figura 8. Transporte y manejo de plantas en bolsas para trasplante. 29

31 Figura 9. Transporte de charolas con plantas. La diferencia en el volumen del cepellón de la planta en bolsa y charola, hace que los costos de plantación se eleven aproximadamente cinco veces más con bolsa comparada cuando se utiliza planta proveniente de charola. Variedades Los ecotipos de Jatropha curcas utilizados en los experimentos son de jatropha no tóxica y fueron Puebla, Morelos, Veracruz y Sinaloa. Podas Las podas se realizaron después de la cosecha, de acuerdo a los tratamientos en los experimentos se evaluaron dos alturas de podas (20 y 40 cm), el corte de los tallos se hizo de manera sesgada y hacia arriba para evitar desprendimiento de la corteza del tallo. 30

32 Figura 10. Podas (corte de los brazos de la planta en forma sesgada). Fertilización La mejor dosis de nitrógeno estudiada fue de 40 kg/ha (kilogramos por hectárea), el fertilizante utilizado fue urea y se aplicó de manera localizada a un lado de la planta enterrando el fertilizante y por la línea de humedecimiento. Los tratamientos de 80 y 120 kg de N/ha (nitrógeno por hectárea) estudiados no presentaron diferencia estadística con 40 kg/ha en cuanto grosor de tallo, número de ramas y altura de planta. 31

33 Figura 11. Fertilización por un lado de la planta y sobre la línea de humedad. Control de malezas. En los suelos de zonas serranas marginadas del noroeste de México, la actividad es poco intensiva, generalmente son suelos que se siembran una sola vez al año en temporada de lluvias, razón por la cual la presión de malezas es fuerte, en la plantación de jatropha en estos suelos el control de malezas es continuo sobre todo donde se establecieron los experimentos con riego (riego por goteo y riego limitado). En temporada de lluvias la presión de malezas es más alta y se requiere un control cada mes (experimentos de temporal) fuera de temporada de lluvias cada 45 días el control de malezas se realiza principalmente en forma mecánica con rastra utilizando tractor y de forma manual alrededor de la planta donde el tractor no llega. En el experimento con riego por goteo el control de malezas es más continuo por la franja de humedecimiento constante que se forma con la cinta de goteo, se requiere en esta franja control químico (utilización de herbicidas principalmente a base de gramoxone), además del control manual alrededor de la planta donde el herbicida y tractor no alcanzan a llegar. 32

34 Figura 12. Control mecánico de malezas. Figura 13. Control manual de malezas. Control de plagas Las plagas en jatropha, como en las demás plantas cultivadas, varían de acuerdo a las condiciones ambientales de cada región. En la zona serrana del noroeste de Sinaloa la plaga de mayor importancia para jatropha es el chapulín: esta plaga se presenta al inicio de temporada de lluvias y se prolonga hasta el final de lluvias, durante este tiempo (julio a octubre) es necesario realizar varias aplicaciones de insecticidas para su control, es importante establecer una estrategia de control de esta plaga para reducir el número de aplicaciones y evitar la tolerancia a los insecticidas, para ello es conveniente al inicio aplicar de forma anillada al cultivo con polvo a base de paratión metílico al 4%, para retardar su establecimiento; posteriormente es necesario hacer aplicaciones totales rotando los insecticidas por grupos toxicológicos para evitar la tolerancia se utilizó paratión metílico y piretroides. 33

35 Figura 14. Plaga de chapulines. Figura 15. Aplicación anillada de insecticida. 34

36 Figura 16. Aplicación total de insecticida. Los ácaros es otra plaga que se presenta después de la temporada de lluvias y es necesario aplicar insecticida a base abamectina, para su control, pues su presencia ocasiona defoliaciones en la planta de abajo hacia arriba, y el color de la hoja se vuelve cobrizo. Figura 17. Defoliación por ácaros. 35

37 PIOJO HARINOSO Esta plaga es frecuente en jatropha en Sinaloa y requiere medidas de control, pues rápidamente se extiende en todo el campo defoliando y afectando las inflorescencias. El insecticida más específico para su control es movento (Spirotetramat), que es un insecticida sistémico que se mueve de manera acro y basipetal (por xilema y floema), esta característica le permite proteger brotes nuevos y partes inferiores de las plantas. Figura 18. Daños por piojo harinoso. Estas dos últimas plagas se presentan después de la temporada de lluvias cuando la planta tiene una altura mayor a la barra del tractor, por lo que requiere su control con aspersiones manuales cubriendo toda la planta. Figura 19. Aspersión manual de insecticida. 36

38 GRILLO TOPO Es otra plaga que afecta la jatropha cuando la planta está recién trasplantada puede cortar los tallos, ocasionando la muerte de la planta; cuando es adulta raspa la corteza de los tallos; esta plaga es de hábitos nocturnos y se resguarda en dentro del suelo penetrando por las grietas y terrones del suelo. Su control a base de cypermetrina con aplicaciones por la tarde por los hábitos nocturnos de la plaga. Figura 20. Grillo topo corte de plántula. Figura 21. Grillo topo en planta después de la poda. 37

39 DAÑO POR MAMÍFEROS La jatropha es muy deseada como alimento por gran parte de la fauna de la zona serrana. A los primeros 60 días de su plantación puede ser alimento del ganado o animales silvestres, como el venado. Sin embargo, el mayor daño observado es por liebres, las cuales se alimentan en las noches en grandes grupos que pueden afectar gran superficie de la plantación (más de 1 hectárea por noche), e incluso llegan a sacar la planta con todo y raíces. El método de control más efectivo es el de cerco perimetral a base de estacón con plástico, además también reduce la entrada de chapulines que se mueven de las plantas silvestres hacia la jatropha. Figura 22. Raíces extraídas del suelo por liebre. 38

40 Figura 23. Cerco perimetral contra liebres y ganado. Prevención y control de enfermedades No se presentaron enfermedades de importancia económica, y no hubo necesidad de hacer aplicaciones preventivas. Se presentaron síntomas de antracnosis, producida por hongos del género Colletrotrichum, que se manifiesta en condiciones de alta humedad y temperatura. Se decidió no aplicar de preventivos, ya que se presentó a finales de la temporada de lluvias, cuando el clima cambió a seco y bajó la temperatura ambiental. Figura 24. Antracnosis. 39

41 PRODUCCIÓN Cosecha La cosecha se inició en el ecotipo Puebla, pues la floración se presentó con aproximadamente 15 días de anticipación; el criterio de colecta de frutos fue cortar los que presentaron tonalidad amarilla, para evitar que por mayor madurez cayeran al suelo y dificultara su recolección. Las superficies anegadas durante el periodo de lluvias, aproximadamente 2 hectáreas no presentaron floración. Se evaluaron tres niveles de fertilización, dos densidades de plantación y cuatro germoplasmas, en una parcela de 6 hectáreas con riego por goteo. En el resto de las plantas no todas las ramas presentaron floración por ser el primer año de cosecha. Los primeros frutos maduros se observaron a principio de diciembre, haciendo una limpia que no incluyó todos los tratamientos de los dos experimentos con riego por goteo. La primer colecta de frutos maduros se inició del 7 al 12 de enero del 2013, en donde faltaron tratamientos por cosechar que continuarían las siguientes semanas, pero se interrumpió la cosecha por presentarse daños en toda la planta por bajas temperaturas del 13 al 17 de enero bajando a temperaturas a menos de 0 C. Secado de fruto Los frutos cosechados se expusieron al sol para ser secados y posteriormente descascarillados y obtener la semilla. ESTRUCTURA DE COSTOS Cuadro 1. Estimación del costo de producción por hectárea del cultivo de jatropha en primer año ciclo norte de Sinaloa (con riego por goteo). CONCEPTO CANTIDAD C O S T O C O S T O PREPARACIÓN TERRENO DEL Unitario Total (pesos) Limpieza de terreno Piqueo Rastreo Marca para plantación PLANTACIÓN DE PLANTA EN BOLSA Planta Transporte de planta (Guasave, Sinaloa) Trasplante (jornales) SISTEMA DE RIEGO POR

42 GOTEO FERTILIZACIÓN Fertilizante (urea 46%) Aplicación de fertilizante manual LABORES CULTURALES Control de malezas tractor Control de malezas manual Control de malezas químico (herbicida) Control de malezas químico (aplicación) RIEGOS Regador CONTROL INTEGRAL DE PLAGAS Y ENFERMEDADES Insecticida Aplicación tractor Aplicación manual COSECHA Manual Secado de fruto Total de gastos directos: DIVERSOS Energía eléctrica Remplazo de válvulas Mantenimiento de bombas eléctricas COSTO TOTAL

43 Paquete agronómico para establecimiento de Jatropha curcas en la zona centro de Sinaloa Dr. Miguel Angel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN El género Jatropha pertenece a la familia Euphorbiaceae, el cual cuenta con alrededor de 170 especies, en donde se encuentra dos variedades de la especie curcas, la tóxica que contiene los esteres de forbol y la no tóxica. Es una especie monoica con flores masculinas y femeninas en una relación de 7:1, respectivamente. Se le considera un arbusto por que presenta una altura de 3 a 5 metros, sin embargo, puede alcanzar hasta los 7 metros (Figura 1). El interés por el cultivo de Jatropha curcas se ha intensificado por parte de productores del noroeste de México. Esta planta es nativa de la región y por lo que su adaptación es muy eficiente e idónea para el establecimiento de cultivos para la producción de proteína y aceite. El establecimiento de plantaciones comerciales con especies de importancia económica como la jatropha permitirá disminuir la importación de aceite y proteína utilizada para la alimentación animal en el noroeste de México y generará un ingreso de divisa por exportaciones a nivel mundial del aceite. Sin embargo, es necesario desarrollar paquetes agronómicos para el manejo del cultivo de la JC (Jatropha curcas) adaptado a cada región. Por lo anterior, el propósito del presente trabajo es conocer las mejores condiciones de manejos del cultivo de JC en el centro de Sinaloa para incrementar la producción de semilla. Figura 1. Arbusto de Jatropha curcas en etapa vegetativa. * Colaboradores: M.C. Federico Soto Landeros Ing. Alberto Ochoa Félix, todos pertenecientes al Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). 42

44 REQUERIMIENTO AGROECOLÓGICOS Precipitación Los requerimientos de precipitación fluctúan entre 300 y 1800 mm (milímetros), siendo el nivel óptimo de 600 a 1200 mm. En la zona centro de Sinaloa, en el poblado La Campana, se tienen precipitaciones anuales promedio de mm (Figura 2). La precipitación para la zona está por debajo del nivel óptimo, por lo que será necesario complementar los requerimientos hídricos con riego asistido, ya sea por gravedad o goteo. Figura 2. Precipitación acumulada anual de La Campana. Temperatura Es una especie con gran distribución en los trópicos y los subtrópicos. Resiste normalmente el calor, aunque también soporta bajas temperaturas, en un rango que van de 10 a 34 C (grados centígrados), teniendo como óptimo de 18 a 28 C. En La Campana se tiene que la temperatura mínima anual promedio es de 16.8 C, mientras que la temperatura máxima anual promedio es de 32.2 C (Figura 3). Con estas temperaturas se considera zona apta para el establecimiento de plantaciones de Jatropha curcas. 43

45 Figura 3. Temperaturas mínimas y máximas de La Campana. Altitud Se le encuentra mayormente a bajas elevaciones, por debajo de los 1200 msnm (metros sobre el nivel del mar), en planicies o colinas, siendo los terrenos con altitud inferior a 900 msnm los más apropiados. En la zona centro el pie de sierra oscila entre los 50 a 150 msnm, con estas elevaciones se considera zona apta para el establecimiento del cultivo de Jatropha curcas. Humedad Los requerimientos de humedad relativa oscilan entre 50 y 90 %, siendo el nivel óptimo de 70 a 85 %. En La Campana se tiene que la humedad relativa mínima anual es de 54.9%, mientras que la humedad relativa máxima anual es de 79% (Figura 4). Con esta humedad relativa se considera que la zona centro se encuentra en el rango para el establecimiento de plantaciones de Jatropha curcas, debiendo ser auxiliada con riego en los meses más secos para reducir el déficit de presión de vapor. 44

46 Figura 4. Humedad relativa anual de La Campana. Suelo Se adapta a una gran variedad de suelos, incluyendo los de bajo contenido de nutrientes. Aunque los prefiere livianos y bien drenados, se desarrolla normalmente en suelos áridos y semiáridos, responde bien al ph (acidez) no neutro. En La Campana los suelos son de textura media a gruesa (arcilloarenosa), con buen drenaje, con un rango de ph de 6.5 a 7.2. El tipo de suelo de esta zona no es limitante para el desarrollo de plantaciones de Jatropha curcas. Potencial Entre los estados de la República Mexicana que registraron mayor superficie, apropiada para cultivar Jatropha curcas, Sinaloa cuenta con 557 mil 641 hectáreas aproximadamente. En la zona centro del estado, la superficie es de 100 mil hectáreas, aproximadamente. ESTABLECIMIENTO DE PLANTACIÓN DE JATROPHA CURCAS Selección del terreno Se deben seleccionar terrenos ubicados en el pie de sierra, que no estén siendo utilizados con cultivos básicos y que estén en condiciones de establecer plantaciones de Jatropha curcas. Se deben eliminar los troncos que dificulten la preparación de terreno. Preparación del suelo BARBECHO Se debe realizar un barbecho a 30 cm de profundidad para voltear la capa arable e incorporar los residuos de malezas; en terrenos poco trabajados se debe realizar un subsoleo para eliminar la compactación del suelo y aumentar la capacidad de retención de agua. 45

47 RASTREO Se realizaron dos pases de rastra: el primero para desmenuzar los terrones grandes que quedaron del barbecho, el segundo se realizar en dirección diagonal al barbecho para dejar partículas más finas que permitan el buen desarrollo de las raíces (Figura 5). MARCA La marca consiste en hacer los surcos donde se plantaran las plántulas de Jatropha curcas y debe estar a 3 metros de separación (Figura 5). Figura 5. Preparación de terreno. A) Doble Rastreo y B) Marca a 3 metros de separación. Densidad de plantación Se utilizaron 3 densidades de plantación 3 x 1.5, 3 x 2, y 3 x 3 metros, con 2 mil 200, 1666, y 1100 plantas por hectárea. La densidad que produce más a corto plazo es la de 3 x 1.5 y conforme crece la planta, posteriormente se puede eliminar una planta para dejar distancias de 3 x 3 metros (Figura 6). 1.5 m 3 m Figura 6. Densidad de plantación 3 x 1. 5 metros. 46

48 Plantación La plantación se realiza en los meses de julio, agosto y septiembre, para aprovechar las lluvias. Se deben utilizar plántulas de tres meses de edad, para asegurar su sobrevivencia. Se realiza un trazado de manera perpendicular al surco utilizando un hilo para formar una cuadricula y facilitar las labores de cultivo (Figura 7). Seguido se cava un hoyo para depositar la planta, se utiliza una barra cuando la plántula es de charola (A) y un cava hoyo cuando la plántula es de bolsa (B) (Figura 8). Figura 7. Plantación utilizando plántula de germinada en charola. B Figura 8. A) Plántulas germinadas en bolsa y B) plántulas germinadas en charola. 47

49 Variedades Se seleccionaron cuatro germoplasmas no tóxico de los estados de Veracruz, Puebla, Morelos, y Sinaloa, para evaluar las características morfológicas y de rendimiento, para seleccionar el eco tipo que mejor se adapte a la zona centro del estado de Sinaloa. Las variables morfológicas evaluadas fueron: altura de planta, diámetro basal, número de ramificaciones y área foliar; las variables de rendimientos fueron número y peso de semillas. Los resultados morfológicos de la zona centro muestran diferencia significativa en la variable altura del germoplasma Veracruz con un promedio de 60 cm respecto al resto de los germoplasmas con un promedio de 75 cm (Cuadro 1). Cuadro 1. Promedio de las variables morfológicas de los cuatro germoplasmas de la zona centro. Área foliar Altura Diámetro Germoplasma Ramificaciones (centímetros (centímetros) (milímetros) cuadrados ) Sinaloa 76 a 39 a 3.0 a 210 a Puebla 75 a 40 a 2.5 a 210 a Morelos 74 a 45 a 3.0 a 170 b Veracruz 60 b 40 a 2.5 a 210 a Podas La poda se realiza con la intención de mantener una altura adecuada para la recolección de los frutos y aumentar el número de ramificaciones en la planta para el siguiente ciclo, dado que a mayor número de ramificaciones será mayor el número de racimos florales, lo que aumenta los rendimientos. La poda debe realizarse pasada la cosecha y que la planta ha caducado las hojas, para que se mantenga en estado de hibernación y vuelva producir ramificaciones el siguiente ciclo, la altura recomendable para la primer poda es 40 cm a partir del ras de suelo, las siguientes podas podrá hacerse a 30 cm partiendo de la poda anterior (Figura 9). 48

50 Figura 9. Inicio de poda en una plantación de Jatropha curcas. Riego En las plantaciones con riego asistido se debe realizar un riego antes de iniciado las lluvias para asegurar un buen desarrollo de la planta hasta el inicio de estas, se realiza un segundo riego después de pasado el periodo de lluvias para asegurar un buen llenado de fruto. En los cultivos de la zona centro no se obtiene rendimientos económicamente viables cuando solo se depende de las precipitaciones. Fertilización La fertilización se realizó con fertilizante Triple 17, depositando 50 gramos en cada planta al momento de la plantación, realizando una segundo fertilización con lombricomposta en la etapa de llenado de fruto, utilizando una cantidad de 500 kilogramos por hectárea. Figura 10. Fertilizante nitrogenado y lombricomposta. 49

51 Control de maleza El deshierbe se realizó de manera manual (Figura 11), mecanizada y química; de manera manual entre las hileras de la plantación y con la rastra en medio de las hileras. En el deshierbe químico se utilizó glifosato (Faena), cuidando no asperjar las plantas de Jatropha. Figura 11. Control de malezas de manera manual sobre la línea de plantado. Control de plagas A pesar que es una especie muy resistente a plagas, debido principalmente a que es tóxica para animales. Aun así, se ve afectada por algunas plagas como: Chapulín (Sphenarium purpurascens): para su control se utilizó Muralla Max (imidacloprid y betacyflutrin) a una dosis de 250 cm 3 (centímetros cúbicos) por hectárea. Acaro rojo (Tetranychus urticae): para su control se utilizó Abactin (abamectina) a una dosis de 1 litro por hectárea. Otras plagas que causan daño a Jatropha son las liebres, hormigas, y pulgón (Figura 12). Figura 12. Insecticida sistémico para el control de araña roja. 50

52 Prevención y control de enfermedades Algunas enfermedades que pueden atacar a esta especie: Mancha foliar (hongos del género Cercospora, Helminthosporium tetramera, Pestalotiopsis paraguarensis y Pestalotiopsis versicolor): se manifiesta con manchas acuosas en las hojas, pudiendo llegar a perderlas. Pudrición de la raíz (hongos del género Phytophora, Fusarium y Pythium): causa necrosis en la raíz, pudiendo llegar a matar a la planta, para el control se utilizó previcur a 500 cm 3 por cada 200 litros de agua. PRODUCCIÓN Cosecha La cosecha se realizó de manera manual, al observase la maduración de los frutos, se realizaron tres colectas cada etapa de floración (Figura 13). Figura 13. Recolección del fruto de manera manual. Secado de fruto La maduración de Jatropha curcas es heterogénea, esto se debe a que la abertura de flores masculinas y femeninas no se presenta a mismo tiempo, esto con el fin de evitar la autopolinización. El secado del fruto se debe realizar para homogenizar el deshidratado y realizar de manera mecaniza la obtención de semilla (Figura 14). 51

53 Figura 14. Deshidratado y homogenizado de frutos. Rendimiento Las plantas evaluadas de los cuatro germoplasmas seleccionados en condiciones de temporal el primer año, mostraron diferencias en el número y peso de las semillas. Las plantas en condiciones de temporal florecen una sola vez y presenta un número menor de flores femeninas, en comparación con plantas en condiciones bajo riego. Sin embargo, el germoplasma Morelos presenta mayor número de semillas y mayor peso (Figura 15). Figura 14. Rendimientos de los cuatro germoplasmas en condiciones de temporal. ESTRUCTURA DE COSTOS Las plantaciones de Jatropha curcas pasan por dos etapas: el establecimiento de la plantación y el mantenimiento de la plantación. Los costos de la primera etapa son elevados dado que se tiene que partir de cero, se tiene que invertir en la elaboración de la planta y preparación de 52

54 terreno principalmente (Figura 16), mientras que en el mantenimiento ya no se utiliza planta nueva ni se realizan algunas labores de terreno como el barbecho, rastreo y marca (Figura 17). Figura 16. Costos generados para el establecimiento de una hectárea de Jatropha curcas. Figura 17. Costos generados para el mantenimiento. 53

55 Paquete agronómico para el establecimiento de Jatropha curcas en la zona sur de Sinaloa Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN El género Jatropha pertenece a la familia Euphorbiaceae, el cual cuenta con alrededor de 170 especies, en donde se encuentra dos variedades de la especie curcas, la tóxica que contiene los esteres de forbol y la no tóxica. Es una especie monoica con flores masculinas y femeninas en una relación de 7:1, respectivamente. Se le considera un arbusto por que presenta una altura de 3 a 5 metros, sin embargo, puede alcanzar hasta los 7 metros (Figura 1). Figura 1. Arbusto de Jatropha curcas en etapa vegetativa. REQUERIMIENTO AGROECOLÓGICOS Precipitación Los requerimientos de precipitación fluctúan entre 300 y 1800 mm (milímetros), siendo el nivel óptimo de 600 a 1200 mm. En la zona sur del estado de Sinaloa, en el poblado Estación Dimas, se tienen precipitaciones anuales promedio de mm (Figura 2). * Colaboradores: M.C. Federico Soto Landeros Ing. Alberto Ochoa Félix, todos pertenecientes al Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). 54

56 La precipitación para la zona sur está dentro del nivel óptimo, por lo que se le considera una región apta para el cultivo de Jatropha curcas. Figura 2. Precipitación acumulada anual de Estación Dimas. Temperatura Es una especie con gran distribución en los trópicos y los subtrópicos. Resiste normalmente el calor, aunque también soporta bajas temperaturas, en un rango que van de 10 a 34 C (grados centígrados), teniendo como óptimo de 18 a 28 C. En Estación Dimas la temperatura mínima anual promedio es de 17.4 C, mientras que la temperatura máxima anual promedio es de 28.2 C (Figura 3). Con estas temperaturas se considera zona óptima para el establecimiento de plantaciones de Jatropha curcas. Figura 3. Temperaturas mínimas y máximas de Estación Dimas. 55

57 Altitud Se le encuentra mayormente a bajas elevaciones, por debajo de los 1200 msnm (metros sobre el nivel del mar), en planicies o colinas, siendo los terrenos con altitud inferior a 900 msnm los más apropiados. En la zona sur del estado de Sinaloa el pie de sierra oscila entre los 20 a 100 msnm. Con estas elevaciones se considera zona apta para el establecimiento del cultivo de Jatropha curcas. Humedad Los requerimientos de humedad relativa oscilan entre 50 y 90 %, siendo el nivel óptimo de 70 a 85 %. En Estación Dimas se tiene que la humedad relativa mínima anual es de 75%, mientras que la humedad relativa máxima anual es de 80% (Figura 4). Con esta humedad relativa se considera zona óptima para el establecimiento de plantaciones de Jatropha curcas, con la posibilidad de tener producción todo el año si esta es auxiliada con riego de goteo. Figura 4. Humedad relativa anual de Estación Dimas. Suelo Se adapta a una gran variedad de suelos, incluyendo los de bajo contenido de nutrientes. Aunque los prefiere livianos y bien drenados, se desarrolla normalmente en suelos áridos y semiáridos, responde bien al ph (acidez) no neutro. En Estación Dimas los suelos son de textura ligera a media (francoarenosa), con buen drenaje, con un rango de ph de 6.5 a 7.2. El tipo de suelo de esta zona se consideran aptas para el desarrollo de plantaciones de Jatropha curcas. 56

58 Potencial Entre los estados de la República Mexicana que registraron mayor superficie, apropiada para cultivar Jatropha curcas, Sinaloa cuenta con 557 mil 641 hectáreas aproximadamente. En la zona sur del estado, la superficie es de 300 mil hectáreas aproximadamente. ESTABLECIMIENTO DE PLANTACIÓN DE JATROPHA CURCAS Selección del terreno Se deben seleccionar terrenos ubicados en el pie de sierra, que no estén siendo utilizados con cultivos básicos y que estén en condiciones de establecer plantaciones de Jatropha curcas. Se deben eliminar los troncos que dificulten la preparación de terreno. Preparación del suelo BARBECHO Se debe realizar un barbecho a 30 cm de profundidad para voltear la capa arable e incorporar los residuos de malezas; en terrenos poco trabajados se debe realizar un subsoleo para eliminar la compactación del suelo y aumentar la capacidad de retención de agua. RASTREO Se realizaron dos pases de rastra: el primero para desmenuzar los terrones grandes que quedaron del barbecho, el segundo se realizar en dirección diagonal al barbecho para dejar partículas más finas que permitan el buen desarrollo de las raíces (Figura 5). MARCA La marca consiste en hacer los surcos donde se plantaran las plántulas de Jatropha curcas y debe estar a 3 metros de separación. Figura 5. Preparación de terreno. Doble Rastreo. 57

59 Densidad de plantación Se utilizaron 3 densidades de plantación 3 x 1.5, 3 x 2, y 3 x 3 metros, con 2 mil 200, 1666, y 1100 plantas por hectárea. La densidad que produce más a corto plazo es la de 3 x 1.5 y conforme crece la planta, posteriormente se puede eliminar una planta para dejar distancias de 3 x 3 metros (Figura 6). 1.5 m 3 m Figura 6. Densidad de plantación 3 x 1. 5 metros. Plantación La plantación se realiza en los meses de julio, agosto y septiembre, para aprovechar las lluvias. Se deben utilizar plántulas de tres meses de edad, para asegurar su sobrevivencia. Se realiza un trazado de manera perpendicular al surco utilizando un hilo para formar una cuadricula y facilitar las labores de cultivo (Figura 7). Seguido se cava un hoyo para depositar la planta, se utiliza una barra cuando la plántula es de charola (A) y un cava hoyo cuando la plántula es de bolsa (B) (Figura 8). 58

60 Figura 9. Plantación utilizando plántula germinada en bolsa. Figura 10. Plantación en condiciones de temporal. Variedades Se seleccionaron cuatro germoplasmas no tóxico de los estados de Veracruz, Puebla, Morelos, y Sinaloa, para evaluar las características morfológicas y de rendimiento, para seleccionar el eco tipo que mejor se adapte a la zona centro del estado de Sinaloa. Las variables morfológicas evaluadas fueron: altura de planta, diámetro basal, número de ramificaciones y área foliar; las variables de rendimientos fueron número y peso de semillas. 59

61 Los resultados morfológicos de la zona sur muestran plantas más robustas, siendo el germoplasma Sinaloa el más sobresaliente con 100 cm de altura, 54 mm de diámetro basal y cinco ramificaciones, mientras que el resto de los germoplasmas presenta un promedio de 80 cm de altura, 45 mm de diámetro basal y tres ramificaciones (Cuadro 1). Cuadro 1. Promedio de las variables morfológicas de los cuatro germoplasmas de la zona sur. Área foliar Altura Diámetro Germoplasma Ramificaciones (centímetros (centímetros) (milímetros) cuadrados ) Sinaloa 100 a 54 a 5.0 a 150 a Puebla 75 Morelos 75 Veracruz 85 b b b 46 b 4.0 b 150 a 45 b 3.0 c 140 b 47 b 3.0 c 130 c Podas La poda se realiza con la intención de mantener una altura adecuada para la recolección de los frutos y aumentar el número de ramificaciones en la planta para el siguiente ciclo, dado que a mayor número de ramificaciones será mayor el número de racimos florales, lo que aumenta los rendimientos. La poda debe realizarse pasada la cosecha y que la planta ha caducado las hojas, para que se mantenga en estado de hibernación y vuelva producir ramificaciones el siguiente ciclo, la altura recomendable para la primer poda es 40 cm a partir del ras de suelo, las siguientes podas podrá hacerse a 30 cm partiendo de la poda anterior (Figura 9). 60

62 Figura 9. Inicio de poda en una plantación de Jatropha curcas. Riego En las plantaciones con riego asistido se debe realizar un riego antes de iniciado las lluvias para asegurar un buen desarrollo de la planta hasta el inicio de estas, se realiza un segundo riego después de pasado el periodo de lluvias para asegurar un buen llenado de fruto. En los cultivos de la zona sur puede aumentar los rendimientos si se le aporta agua y nutrientes en las etapas fenológicas de floración y desarrollo de fruto. Figura 10. Plantación de Jatropha curcas con riego por goteo. 61

63 Fertilización La fertilización se realizó con fertilizante Triple 17, depositando 50 gramos en cada planta al momento de la plantación, realizando una segundo fertilización con lombricomposta en la etapa de llenado de fruto, utilizando una cantidad de 500 kilogramos por hectárea. Control de maleza El deshierbe se realizó de manera manual (Figura 11), mecanizada y química; de manera manual entre las hileras de la plantación y con la rastra en medio de las hileras. En el deshierbe químico se utilizó glifosato (Faena), cuidando no asperjar las plantas de Jatropha. Figura 11. Control de malezas de manera mecanizada. Control de plagas A pesar que es una especie muy resistente a plagas, debido principalmente a que es tóxica para animales. Aun así, se ve afectada por algunas plagas como: Chapulín (Sphenarium purpurascens): para su control se utilizó Muralla Max (imidacloprid y betacyflutrin) a una dosis de 250 cm 3 (centímetros cúbicos) por hectárea. Ácaro rojo (Tetranychus urticae): para su control se utilizó Abactin (abamectina) a una dosis de 1 litro por hectárea. Otras plagas que causan daño a Jatropha son las liebres, hormigas, y pulgón (Figura 12). 62

64 Figura 12. Aplicación de insecticida para el control de araña roja. Prevención y control de enfermedades Algunas enfermedades que pueden atacar a esta especie: Mancha foliar (hongos del género Cercospora, Helminthosporium tetramera, Pestalotiopsis paraguarensis y Pestalotiopsis versicolor): se manifiesta con manchas acuosas en las hojas, pudiendo llegar a perderlas. Pudrición de la raíz (hongos del género Phytophora, Fusarium y Pythium): causa necrosis en la raíz, pudiendo llegar a matar a la planta, para el control se utilizó previcur a 500 cm 3 por cada 200 litros de agua. PRODUCCIÓN Cosecha La cosecha se realizó de manera manual, al observase la maduración de los frutos, se realizaron tres colectas cada etapa de floración (Figura 13). Figura 13. Recolección del fruto de manera manual. 63

65 Secado de fruto La maduración de Jatropha curcas es heterogénea, esto se debe a que la abertura de flores masculinas y femeninas no se presenta a mismo tiempo, esto con el fin de evitar la autopolinización. El secado del fruto se debe realizar para homogenizar el deshidratado y realizar de manera mecaniza la obtención de semilla (Figura 14). Figura 14. Deshidratado y homogenizado de frutos. Rendimiento Las parcelas evaluadas de los cuatro germoplasmas seleccionados en condiciones de temporal el primer año en la zona sur, mostraron diferencias en los rendimientos por hectárea. Los germoplasma de Puebla y Mórelos, presentaron mayor número de kilogramos con un promedio de 130 kg/ha (kilogramos por hectárea), mientras que Sinaloa y Veracruz un promedio de 80 kg/ha. La densidad de 3 x 1.5 metros es la que mayor producción proporciona (Figura 15). Figura 15. Rendimientos de los cuatro germoplasmas en condiciones de temporal. 64

66 ESTRUCTURA DE COSTOS Las plantaciones de Jatropha curcas pasan por dos etapas: el establecimiento de la plantación y el mantenimiento de la plantación. Los costos de la primera etapa son elevados dado que se tiene que partir de cero, se tiene que invertir en la elaboración de la planta y preparación de terreno principalmente (Figura 16), mientras que en el mantenimiento ya no se utiliza planta nueva ni se realizan algunas labores de terreno como el barbecho, rastreo y marca (Figura 17). Figura 16. Costos generados para el establecimiento de 1 hectárea de Jatropha curcas. Figura 17. Costos generados para el mantenimiento de una hectárea de Jatropha curcas. 65

67 Paquete agronómico para el establecimiento de Jatropha curcas. en el sur de Sonora Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN El género Jatropha pertenece a la familia Euphorbiaceae, el cual cuenta con alrededor de 170 especies, en donde se encuentra dos variedades de la especie curcas, la tóxica que contiene los esteres de forbol y la no tóxica. Es una especie monoica con flores masculinas y femeninas en una relación de 7:1 respectivamente. Se le considera un arbusto por que presenta una altura de 3 a 5 metros, sin embargo, puede alcanzar hasta los 7 metros (Figura 1). Figura 1. Arbusto de Jatropha curcas en etapa vegetativa. * Colaboradores: M.C. Federico Soto Landeros, ING. Alberto Ochoa Félix. Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). 66

68 REQUERIMIENTO AGROECOLÓGICOS Precipitación En el sur de Sonora, se tienen precipitaciones anuales promedio de mm (Figura 2), y los requerimientos de precipitación de Jatropha curcas fluctúan entre 300 y 1,800 mm, siendo el nivel óptimo de 600 a 1,200 mm. Esta zona está por debajo de los requerimientos, haciendo difícil la producción mediante temporal, por lo que será necesario implementar sistemas de riego presurizados (goteo) para lograr plantas productivas. Figura 2. Precipitación acumulada anual sur de Sonora. Temperatura Jatropha curcas resiste normalmente el calor, aunque también soporta bajas temperaturas, en un rango que van de 10 a 34 C, teniendo como óptimo de 18 a 28 C. En la zona sur del estado de Sonora, se tiene que la temperatura mínima anual promedio es de 15.5 C, y presenta eventos de heladas entre diciembre y diciembre afectando a las plantas, mientras que la temperatura máxima anual promedio es de 30.3 C, con temperaturas mayores a 30 C en los meses de julio, agosto y septiembre (Figura 3). Con estas temperaturas se considera zona poco apta para el establecimiento de plantaciones comerciales. 67

69 Figura 3. Temperaturas mínimas y máximas sur de Sonora. Altitud Jatropha curcas prefiere suelos inferiores a 900 msnm. En la zona sur del estado de Sonora el pie de sierra oscila entre los 50 a 120 msnm. Con estas elevaciones se considera zona apta para el establecimiento del cultivo. Humedad Los requerimientos de humedad relativa de Jatropha curcas oscilan entre 50 y 90 %, siendo el nivel óptimo de 70 a 85 %. En la zona sur del estado de Sonora, se tiene que la humedad relativa mínima anual es de 65 %, mientras que la humedad relativa máxima anual es de 77 % (Figura 4). Con esta humedad relativa se considera que la zona sur de Sonora se encuentra en el rango para el establecimiento de plantaciones de Jatropha curcas, debiendo ser auxiliada con riego en los meses más secos para reducir el déficit de presión de vapor. Figura 4. Humedad Relativa anual sur de Sonora. 68

70 Suelo Jatropha curcas se adapta a una gran variedad de suelos, incluyendo los de bajo contenido de nutrientes. En la zona sur de Sonora, los suelos son de textura media a gruesa (arcilloarenosa), con buen drenaje, con un rango de ph de 6.5 a 7.2. El tipo de suelo de esta zona no es limitante para el desarrollo de plantaciones. Potencial El estado Sonora cuenta con una superficie, 348,466 hectáreas aproximadamente, siendo potencialmente atractivo para el establecimiento de Jatropha curcas principalmente en la zona sur. ESTABLECIMIENTO DE PLANTACIÓN DE JATROPHA CURCAS Selección del terreno Se deben seleccionar terrenos ubicados en el pie de sierra, que no estén siendo utilizados con cultivos básicos y que estén en condiciones de establecer plantaciones de Jatropha curcas. Se deben eliminar los troncos que dificulten la preparación de terreno. Preparación del suelo Subsuelo: En los suelos con textura arcilloarenosa como se presenta en el sur de sonora se debe realizar un subsuelo (Piqueo) para eliminar la compactación del suelo y aumentar la capacidad de retención de agua (Figura 5). Rastreo: En los suelos arenosos solo es necesario realizar un rastreo dado que no se formar terrenos grandes y se realiza diagonalmente al subsuelo (Figura 5). Marca: Los surcos se realizan usando un equipo de vertederas a una distancia de 3 metros entre ellos (Figura 5). Figura 5. Equipo de subsuelo para eliminar la compactación del suelo. 69

71 Figura 6. Preparación de terreno. Rastreo sencillo. Figura 7. Marca a 3 metros de separación. Densidad de plantación La distribución que produce más a corto plazo es la de 3 x 1.5 con una densidad de 2,200 por hectárea, y conforme crece la planta, posteriormente se puede eliminar una planta entre las hileras para dejar distancias de 3 x 3 metros (Figura 8). 70

72 1.5 m 3 m Figura 8. Densidad de plantación 3 x 1. 5 metros. Plantación La plantación se realiza en los meses de julio, agosto y septiembre, para aprovechar las lluvias. Se deben utilizar plántulas de 3 meses de edad, para asegurar su sobrevivencia. Se realiza un trazado de manera perpendicular al surco utilizando un hilo para formar una cuadricula y facilitar las labores de cultivo (Figura 9). Seguido se cava un hoyo para depositar la planta, se utiliza una barra cuando la plántula es de charola (A) y un saca tierra cuando la plántula es de bolsa (B) (Figura 10). Figura 9. Plantación utilizando plántula de germinada en charola. 71

73 Figura 10. A) Plántulas germinadas en bolsa y B) plántulas germinadas en charola. 72

74 Variedades Se seleccionaron 4 germoplasmas no tóxico de los estados de Veracruz, Puebla, Morelos, y Sinaloa, para evaluar las características morfológicas y de rendimiento, para seleccionar el eco tipo que mejor se adapte a la zona sur del estado de Sonora. Podas La poda se realiza en los meses fríos cuando la planta esta defoliada, para evitar el daño de heladas a los tallos y aumentar el número de ramificaciones en el siguiente ciclo, dado que a mayor número de ramificaciones será mayor el número de racimos florales, lo que aumenta los rendimientos. En esta ocasión la poda no sido posible realizarla dado que la plantación se realizó a destiempo y la planta esta hibernando, se espera que en mes de mayo con el primer riego de auxilio comience el desarrollo vegetativo y se pueda tener la primera cosecha. Riego En la zona sur de Sonora las plantaciones deberán contar con sistemas de riego asistido para asegurar un buen desarrollo de la planta, se suspenderá el riego cuando haya habido un evento de precipitación que compense la evapotranspiración del cultivo. Fertilización La fertilización se realizó con fertilizante triple 17, depositando 50 gramos en cada planta al momento de la plantación, (Figura 11). Figura 11. Mezcla de nitrógeno, fósforo y potasio. 73

75 ESTRUCTURA DE COSTOS Las plantaciones de Jatropha curcas pasan por dos etapas: el establecimiento de la plantación y el mantenimiento de la plantación. Los costos de la primera etapa son elevados dado que se tiene que partir de cero, se tiene que invertir en la elaboración de la planta y preparación de terreno principalmente (Figura 12), mientras que en el mantenimiento ya no se utiliza planta nueva ni se realizan algunas labores de terreno como el barbecho, rastreo y marca (Figura 13). Figura 12. Costos generados para el establecimiento de una hectárea de Jatropha curcas. Figura 13. Costos generados para el mantenimiento de una hectárea de Jatropha curcas. 74

76 Paquete agronómico para establecimiento de J. curcas en el norte de Nayarit Dr. Filiberto Herrera Cedano INTRODUCCIÓN Al arbusto Jatropha curcas L., se le ha calificado con diferentes términos, tales como la planta mágica, el cultivo de energía, la planta maravilla, entre otros, ya que es una excelente fuente de energía renovable en las zonas áridas. Puede ser la opción para el aprovechamiento de tierras abandonadas, marginadas y poco fértiles, y también puede rivalizar con el uso de superficies para la producción de alimentos. En un contexto regional se pretende propiciar un desarrollo sustentable a través del conocimiento sobre Jatropha curcas L, ya que es una alternativa real para la zona serrana marginada del noroeste de México. Es importante señalar que Jatropha curcas L. tiene distribución geográfica natural desde Sonora hasta el Ecuador, por ello se estudió esta planta de manera regional (Sonora, Sinaloa y Nayarit) para comprender y dimensionar los alcances que su plantación y cultivo pueda significar para el noroeste de México a nivel macroeconómico y para un pequeño inversionista. En este documento se muestran resultados obtenidos en el norte de Nayarit sobre el cultivo, cosecha y manejo de Jatropha curcas L. con base en investigación y transferencia de tecnología, con el objetivo de que sirvan como indicadores para el establecimiento de la cadena agroindustrial de este cultivo. Como resultado de esta conferencia, se instauró el Programa del Medio Ambiente de las Naciones Unidas (PNUMA 1972), el cual se encarga de promover actividades medioambientales y crear conciencia entre la población sobre la importancia de cuidar el medioambiente. Generalidades de Jatropha curcas L. El botánico Carl Von Linneo fue quien clasificó la planta en 1753 y le dio el nombre botánico Jatropha, del griego jatros que significa doctor y trophé que es alimento o nutrición. La clasificación taxonómica de Jatropha curcas de acuerdo a Cronquist (1981) es la siguiente: Reino Plantae Subreino Tracheobionta División Magnoliophyta Clase Magnoliopsida Subclase Rosidae Orden Euphorbiales Familia Euphorbiaceae Subfamilia Crotonoideae Tribu Jatropheae Género Jatropha Especie curcas 75

77 En el mundo Jatropha curcas tiene más de 200 nombres comunes. La palabra curcas es el nombre común de la jatropha en Malabar, India. Un fósil descubierto en 31Belén, Perú, sitúa la existencia de la Jatropha en el terciario temprano, que inició hace 70 millones de años. En México se le conoce como piñón, sangre de grado o sangregado, tempate, que se deriva de un vocablo náhuatl que significa medicina de la boca, refiriéndose al uso de la savia para curar erupciones de la boca. Jatropha curcas L. es una planta oleaginosa de ciclo perenne, crecimiento rápido, porte arbóreo de 2 a 3 metros de altura, que bajo condiciones óptimas puede alcanzar alturas de hasta7 metros. Presenta 20 cm (centímetros) de grosor del tronco en la base, con brotación de ramas laterales a corta altura, la corteza es lisa de color blanco grisáceo. Tiene una raíz corta y poco ramificada, la cual está dividida en cinco partes, una central o principal y cuatro periféricas o laterales. Con respecto al tallo, se bifurca en dos o más y crecen con discontinuidad morfológica en cada incremento. El sangregado es un arbusto caducifolio, al final de cada ciclo anual se queda sin hojas; durante la etapa vegetativa las hojas son verdes, amplias y brillantes, largas y alternas, en forma de palmas pecioladas, presentan nervaduras blanquecinas y salientes en el envés, casi glabras pero más o menos pilosas; se forman con 5-7 lóbulos acuminados (que terminan en punta), poco profundos y grandes con pecíolos 4 largos de 10 a 15 cm. Es una planta monoica, presenta flores masculinas y femeninas en la misma planta; las inflorescencias son terminales, se forman en el axial de las hojas sobre las ramas; ambas flores son pequeñas de 6-8 mm, de color amarillo verdoso y pubescentes; cada flor rinde un manojo con un promedio de 10 frutos por racimo. existencia de la Jatropha en el terciario temprano, que inició hace 70 millones de años. En México se le conoce como piñón, sangre de grado o sangregado, tempate, que se deriva de un vocablo náhuatl que significa medicina de la boca, refiriéndose al uso de la savia para curar erupciones de la boca. Jatropha curcas L. es una planta oleaginosa de ciclo perenne, crecimiento rápido, porte arbóreo de 2 a 3 metros de altura, que bajo condiciones óptimas puede alcanzar alturas de hasta 8 metros. Presenta 20 cm (centímetros) de grosor del tronco en la base, con brotación de ramas laterales a corta altura, la corteza es lisa de color blanco grisáceo. Tiene una raíz corta y poco ramificada, la cual está dividida en cinco partes, una central o principal y cuatro periféricas o laterales. Con respecto al tallo, se bifurca en dos o más y crecen con discontinuidad morfológica en cada incremento. El sangregado es un arbusto caducifolio, al final de cada ciclo anual se queda sin hojas; durante la etapa vegetativa las hojas son verdes, amplias y brillantes, largas y alternas, en forma de palmas pecioladas, presentan nervaduras 4 Pecíolo: pezón que sostiene la hoja. 76

78 blanquecinas y salientes en el envés, casi glabras pero más o menos pilosas; se forman con 5-7 lóbulos acuminados (que terminan en punta), poco profundos y grandes con pecíolos 5 largos de 10 a 15 cm. Es una planta monoica, presenta flores masculinas y femeninas en la misma planta; las inflorescencias son terminales, se forman en el axial de las hojas sobre las ramas; ambas flores son pequeñas de 6-8 mm, de color amarillo verdoso y pubescentes; cada flor rinde un manojo con un promedio de 10 frutos por racimo. El fruto es una cápsula ovoide, verdosa-amarillenta y carnosa, pero café obscuro o negro dehiscente cuando está seca; para desarrollarse requiere 90 días desde la floración hasta que maduran las semillas. Las semillas maduran cuando el fruto cambia de color verde a amarillo, por lo común se producen de una a tres semillas por fruto, son de color negro, cada una de 2 cm de largo por 1 cm de diámetro. Las semillas contienen un aceite no comestible que es utilizado directamente, o bien, transformado en biodiesel, para suministrar combustible a lámparas y motores de combustión, también se usa para la fabricación de colorantes y jabones. REQUERIMIENTOS AGRONÓMICOS Precipitación Jatropha curcas L. se encuentra en los trópicos y subtrópicos, resiste normalmente el calor aunque también soporta bajas temperaturas y puede tolerar hasta una escarcha ligera. En cuanto a precipitación, presenta un potencial productivo alto en lugares con precipitación que oscila entre 600 y 1200 mm (milímetros), y un potencial medio con precipitaciones entre 1200 y 1800 mm de promedio anual. Temperatura El potencial alto lo presenta en lugares con temperaturas mínima y máxima promedio anual de 18 a 28 C (grados centígrados), respectivamente, mientras que el potencial medio se obtiene en lugares donde el promedio de temperaturas mínima oscila entre 11 y 18 C y como máxima entre 28 y 32 C. Altitud En lugares con altitud inferior a los 1000 msnm (metros sobre el nivel del mar) jatropha presenta potencial elevado, mientras en altitudes entre 1000 y 1500 msnm el potencial productivo es medio. Humedad Jatropha curcas se adapta bien a lugares donde la humedad relativa oscila entre 55 y 75 %, sin embargo donde mejor comportamiento presenta es en lugares con humedad relativa del 60%. 5 Pecíolo: pezón que sostiene la hoja. 77

79 Luminosidad Se reporta a jatropha que no es exigente en cuanto a luminosidad, ya que prospera adecuadamente bajo cubierta vegetal de árboles con sombra de hasta 80%. Suelo No requiere un tipo de suelo específico ya que se desarrolla de forma adecuada tanto en tierras áridas que semiáridas, y responde muy bien en suelos pobres, arenosos, pedregosos, con ph (acidez) no neutro. Únicamente requiere suelos con deficiente drenaje superficial, ya que es susceptible a las inundaciones. Potencial México está en la franja del cinturón de la Jatropha curcas, la cual va de la línea del ecuador a los 30 latitud norte y 35 latitud sur (figura 1). Figura 1.-Frutos de Jatropha curcas producidos en la zona norte de Nayarit La distribución de esta especie en México se encuentra en forma silvestre en 15 estados: Chiapas, Guerrero, Hidalgo, Michoacán, Morelos, Nayarit, Oaxaca, Puebla, Quintana Roo, Sinaloa, Sonora, Tabasco, Tamaulipas, Veracruz y Yucatán. En un estudio del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), se presentan a las entidades mexicanas 78

80 clasificadas con potencial alto, medio y bajo para el establecimiento de plantaciones de Jatropha curcas L. La superficie total con potencial a nivel nacional asciende a 18.2 millones de hectáreas, de las cuales un tercio se encuentra con potencial medio y alto, donde destacan Sinaloa (817 mil 292 hectáreas) Tamaulipas (760 mil 625 hectáreas) y Guerrero (565 mil 349 hectáreas) equivalente al 35.2% que corresponden a 2.1 millones de hectáreas. De acuerdo a este estudio se puede clasificar a las entidades en: Con potencial alto y grandes extensiones, de más de 125 mil hectáreas y hasta 560 mil; en el Pacífico están Sinaloa, Michoacán y Guerrero; en el Golfo sobresalen Coahuila, Nuevo León, Tamaulipas, Veracruz y Yucatán. Con potencial medio, de más de 200 mil hectáreas y hasta 443 mil, en el Pacífico aparecen Sonora, Sinaloa, Nayarit, Jalisco, Guerrero y Chiapas; en el Golfo solo destacan Tamaulipas y Veracruz. ESTABLECIMIENTO DE PLANTACIÓN DE JATROPHA CURCAS Selección del terreno Una de las actividades de importancia trascendental en el cultivo de jatropha es la selección del terreno ya que es una planta que puede durar más de 40 años. Terrenos con roca madre superficial, son suelos no evolucionados o que la capa superficial del suelo ha sido removida o erosionada, se caracterizan por no tener o tener muy poca materia orgánica, la roca está en la superficie y no permiten que la mayoría de las plantas profundicen sus raíces (no confundir con terrenos pedregosos superficial muy comunes en las zonas de pie de sierra de la zona norte de Nayarit). La planta del piñón crece prácticamente en casi todo tipo de suelos y sobrevive en condiciones climáticas extremadamente adversas (puede soportar condiciones de sequía severa y baja fertilidad del suelo). Sin embargo, para establecer una plantación con fines comerciales de la que se espera una productividad y rentabilidad adecuada, es imprescindible seleccionar suelos que tengan como mínimo las siguientes características: debe ser suelo que facilite el crecimiento profundo de las raíces y el agua no se debe anegar (encharcar) durante el período de lluvias. Normalmente los pequeños agricultores disponen de poca tierra, en ocasiones una sola parcela, por ello debe tener en cuenta las recomendaciones siguientes: para el cultivo de jatropha debe seleccionar terrenos con poca fertilidad, donde sus cultivos tradicionales como el maíz ya no son rentable sembrarlos por su baja producción. Los suelos deben ser livianos, franco-arenoso o franco-arcilloso, con buenos drenajes. Si el terreno de la parcela, o una parte de ella, es fértil, no se debe siembrar con jatropha, sino establecer cultivos de alimentos (granos básicos, hortalizas, frutales, etc.). La única forma que puede cultivar jatropha en terrenos fértiles es como cerca viva. Terrenos con cobertura de árboles forestales por ningún motivo deben ser descombrados o deforestados para sembrar jatropha, ya que el daño ambiental que ocasiona es muy grave. 79

81 Terrenos en los que el agua de lluvia se acumula (empantana) no se deben seleccionar menos que tenga los medios y recursos para construir obras de infraestructura conocidas como bordos o camas y canales de drenaje o desagüe, estas obras son muy costosas tanta para la construcción como para su mantenimiento durante la vida de la plantación de jatropha. Terrenos compactados no permiten que la raíz de la planta se desarrolle, aunque el árbol crezca, su producción será muy baja y se terminará abandonando el cultivo o arrancando las plantas. La habilitación de este tipo de terrenos para este cultivo también es de costos muy elevados normalmente se debe utilizar maquinaria pesada y equipo especial. Preparación del suelo Para la siembra de jatropha, como para cualquier otro cultivo, la preparación del terreno debe empezar con la limpieza. Es recomendable realizar la limpieza del terreno con unos dos meses de antelación al inicio del período de lluvias, ya que ello permite que la maleza esté totalmente marchita o en proceso de descomposición si ha sido incorporada al suelo, ello facilitará las labores de siembra, especialmente si la misma se realizara en forma directa. Existen diferentes métodos o técnicas para eliminar la maleza del terreno, entre los factores que son determinantes para definir cuál es la forma más adecuada de hacerlo, están los siguientes: El tipo de maleza existente, por ejemplo, si es pastizal (zacate), maleza de hoja ancha, arbustos o coamil. Topografía del terreno, ejemplo: ladera o plano. Disponibilidad y acceso a tecnología. Área de cultivo (número de hectáreas que se va a cultivar). Disponibilidad de mano de obra. Recursos financieros. Entre los métodos más utilizados para la limpieza de terrenos están: CONTROL MANUAL Es el más utilizado por pequeños productores, se puede realizar tanto en terrenos con topografía plana como en laderas, es el más recomendable ya que brinda oportunidades de empleo y autoempleo a nivel local y es amigable con el ambiente. CONTROL MECÁNICO 80

82 Se utiliza principalmente en terrenos con topografía plana y grandes áreas de cultivo. CONTROL QUÍMICO Ambientalmente es el menos recomendable, sin embargo, su uso inicial en ocasiones es necesario para eliminar malezas de difícil control y que interfieren con el crecimiento de las plántulas. OBSERVACIONES Es recomendable que la maleza gruesa se corte en trozos medianos y se agrupe en hileras en sentido transversal a la pendiente del terreno, entre esas hileras se siembra la jatropha. Los árboles existentes no se deben cortar, únicamente podarlos para reducir la sombra en el cultivo. En áreas extensas en las que el cultivo se realizará en forma mecánica, es muy importante que la biomasa que se genera de los arbustos se corte en trozos muy pequeños para incorporarlos al suelo como materia orgánica. Cuando se utilice maquinaria agrícola en las diferentes actividades para el establecimiento y manejo de las plantaciones de jatropha es necesario proceder a la eliminación de tocones (troncones) para evitar daños en el equipo y facilitar la ejecución de las operaciones agrícolas. El destocone en pequeñas áreas frecuentemente se hace a mano utilizando talache, pala, hacha y machete. En áreas extensas es recomendable hacerlo con maquinaria para reducir costos. En terrenos con laderas no es recomendable destoconar para evitar la erosión del suelo. La aradura y rastreo son métodos de preparación de tierra que en el cultivo de jatropha no es recomendable, por su elevado costo. Solo sería aplicable en los casos que se planifique realizar siembra directa en plantaciones comerciales (grandes áreas de cultivo) en terrenos planos o levemente ondulados; y aun en estos casos, lo más recomendable es hacer una ruptura del terreno en forma de surcos o hileras (descompactado). La distancia entre surcos será la misma que se utilizará entre hileras del cultivo de jatropha. El tipo de arado recomendable es el cincel de una sola punta o descompactadores que rompen el suelo pero que no voltean las capas. La profundidad mínima debe ser de 40 a 50 cm. Sobre los surcos de aradura o descompactado se hacen dos pases de rastra para facilitar la germinación de las semillas y el control inicial de de malezas. Simultáneamente se pueden construir camas o bordes que permitan drenar el exceso de agua durante el período de lluvias. La jatropha, por ser una planta muy sensible al exceso de agua, debe cultivarse preferiblemente en terrenos de ladera, sin embargo, la existencia de tierras de topografía plana u onduladas que se encuentran degradadas o en proceso de degradación pueden ser destinadas al cultivo de jatropha; para ello, es 81

83 indispensable construir un sistema de drenaje que permita la evacuación del exceso de agua durante el período de lluvias. El sistema de drenaje es conveniente combinarlo con la construcción de bordes o camas los cuales contribuirán a un mejor desarrollo de las plantas. Densidad de plantación De acuerdo a las Reglas de operación de ProÁrbol para el año 2008, debe de plantarse 1600 plantas de Jatropha curcas L. por hectárea, es decir a una distancia de 2.5 metros entre árboles y 2.5 metros entre hileras. Para que esté más espaciado entre hileras se puede optar por plantar a 2 metros entre plantas y a 3 metros entre hileras, lo que significa que se llega a una densidad de 1,667 plantas por hectárea. Lo anterior no solo facilita las labores de cultivo sino de cosecha también, y da un pequeño margen para elevar rendimientos. Bajo condiciones agroclimáticas del norte de Nayarit la germinación ocurre entre los 10 días y hasta 30 días después de la siembra, con un porcentaje de germinación promedio de 80%. El número de semilla por kilogramo varía de 1000 a 2 mil 427 semillas. En Nayarit se obtuvo un peso promedio de 430 a 710 gramos por cada mil semillas de cuatro genotipos no tóxicos. Las plantas tardan de cinco a siete semanas para alcanzar alturas apropiadas para su establecimiento en campo. Plantación La siembra en terreno plano se puede realizar en cuadrado o tresbolillo, mientras que en laderas se recomienda hacer la siembra únicamente en tresbolillo, esto se hace con el propósito de disminuir los efectos de erosión del suelo ocasionado por las aguas lluvias. En laderas, siempre que sea posible, es preferible hacer el trazado con curvas a nivel. La mejor época de plantación es al inicio del temporal de lluvias para aprovechar la humedad presente en el suelo y favorecer el establecimiento del cultivo. Para facilitar que las plantas logren establecerse exitosamente se recomienda hacer hoyos de 30 x 30 x 60 cm con el fin de que su sistema radicular se desarrolle de manera rápida. Variedades La disponibilidad de variedades comerciales en México no existe, por lo tanto se sugiere conseguir plantas de Jatropha curcas L. a través de viveros establecidos en Sinaloa procedentes de genotipos identificados no tóxicos como es el caso de los ecotipos Sinaloa, Puebla, Veracruz y Morelos que han mostrado rendimientos de semilla aceptables y con buena cantidad y calidad del aceite. Podas La poda de formación del árbol es importante tanto para su ramificación, aireación y radiación solar como para facilitar la cosecha. 82

84 El tronco de la planta se poda al llegar a una altura de 40 cm, induciendo ramas secundarias. Asimismo las ramas secundarias y terciarias deben de cortarse al finalizar el primer año para que en el segundo año se logre un mínimo de 25 ramas. Los brotes deben de podarse al llegar a 0.5 metros de altura, dejándolos a 10 cm para que a su vez nazcan nuevos brotes. Para darle una forma espesa al arbusto la poda debe practicarse en la temporada de frío, regularmente al finalizar la cosecha de frutos. Una ramificación buena y temprana de las plantas es importante para obtener un mejor rendimiento. La razón es que las inflorescencias e dan solo en las terminales de las ramas, consecuentemente entre más ramas tenga una planta la probabilidad es que produzca más frutos. La poda de la altura del árbol es indispensable para mantener a las plantas lo suficientemente bajas para que permitan la cosecha manual sin tener que utilizar escaleras. Si no se controla la altura esto repercute en el tiempo que un jornalero dedica a la cosecha y finalmente se traduce en incremento de los costos por cosecha de frutos. Por ello, es importante considerar en el presupuesto una cantidad para una poda por año durante todo el período productivo de la plantación. Cada 10 años la planta puede cortarse dejándola a una altura de 30 cm del piso para rejuvenecerla. El crecimiento es rápido y la planta empezará a rendir en un período de un año. Esto es útil para inducir el nuevo crecimiento y la estabilización del rendimiento de ahí en adelante. Cabe señalar que la altura de la poda es muy baja puesto que el tronco a los diez años ya tiene un diámetro considerable, por lo que deberá tomarse en cuenta las condiciones de las plantas y hacer una poda menos agresiva eliminando la madera muerta y ramas avejentadas y que tengan un ángulo de inserción muy cerrado. Riego El requerimiento de agua es sumamente bajo y puede soportar períodos largos de estiaje (figura 2). Sin embargo, para asegurar mayor arraigamiento y sobrevivencia, en caso de sequía se recomiendan riegos de auxilio durante el primer año. En el período de establecimiento de la plantación se considera un riego de siembra y un riego de auxilio al replantar. 83

85 Figura 2.- Sistema de riego para Jatropha curcas. Fertilización En general durante los primeros dos años se aplica superfosfato, recomendándose duplicar del cuarto año en adelante. Asimismo, se recomienda alternar con una dosis de kilogramos de NPK (nitrógeno, fósforo y potasio) por hectárea por año a partir del segundo año de la plantación. Además, es recomendable fertilizar, dependiendo del tipo y la calidad del suelo. La cantidad es de 3 a 5 kg por planta por año. Por sus propiedades la misma pasta o torta residual de la Jatropha sirve como abono. Control de maleza Generalmente durante el temporal de lluvias, se presentan hierbas de hoja ancha y zacates que compiten con la planta de jatropha por nutrientes, espacio, sol y agua, las cuales además son hospederas de plagas y enfermedades que pueden ser transmitidas al cultivo; por lo tanto, es importante mantener al cultivo libre de estas malezas para un mejor desarrollo (figura 3). 84

86 Figura 3.- Manejo agronómico entre surcos Para el caso de este paquete tecnológico, el deshierbe se hace dos veces por año durante toda la vida del cultivo. En las hileras se realiza de forma manual ocupando tres, dos y un jornales por hectárea en cada ocasión, para los años uno, dos y tres, respectivamente; esto debido a que al ir creciendo las plantas se tendrá menos presencia de maleza. Para el caso de la maleza dentro de las calles, su control se realiza en forma mecánica (en terrenos donde sea factible introducir la maquinaria) utilizando el paso de rastra dos veces al año; mientras que, en terrenos donde la maquinaria no puede entrar el control se realiza en forma química utilizando una combinación de herbicidas que consiste en una dosis de 3 litros por hectárea, 1 litro de 2-4D- Amina, y 2 litros de glifosato diluidos en 200 litros de agua. Se recomienda tomar las precauciones necesarias para evitar que las plantas reciban rocío de la mezcla de herbicidas ya que puede presentar fitotoxicidad y detener su crecimiento e incluso llegar a morir. Control de plagas Durante el primer año es muy importante proteger a la planta de plagas e insectos. Entre las plagas que comúnmente atacan a la jatropha se encuentran: hormigas (Atta cephalotes, A. mexicana y A. spp.) las cuales llegan a defoliar completamente a las plantas deteniendo considerablemente su desarrollo. También se llegan a presentar barrenadores del tallo (Lagocheirus undatus y Panthomorus femorauts) y varias chinches que atacan flores y frutos 85

87 (Leptoglossus zonatus, Pchycoris torridus, P. klugii, Proxis puntulatus y Nezara viridula, para el caso de la zona norte de Nayarit se presentó ataque de hormiga termita que carcome la base del tronco, así como también, ataque a las hojas de Jatropha por conejo y venado. Para el control de insectos se recomienda aplicar insecticida químico (Malatión 1000E, Paratión al 3%), dosis de 2 litros por hectárea. Prevención y control de enfermedades Bajo las condiciones del norte de Nayarit se han presentado algunas enfermedades que hasta el momento no han representado daños en consideración, ya que los síntomas se han presentado en pequeña escala. Se han observado enfermedades como marchitez del fruto provocado por ácaros, pudrición seca de las ramas y tallo provocado por el hongo Fusarium, mancha angular (Xanthomonas sp.), pecas o mancha circular (Dothiorella sp.), mosaico amarillo (genminivirus), marchitez del fruto por Alternaria sp., y antracnosis (Colletotrichum sp.). PRODUCCIÓN Cosecha El fruto cambia de coloración verde a amarillo y finalmente a un tono de café grisáceo. Este último color es el que indica el punto de la maduración. La cosecha es manual, aunque se han realizado intentos para la mecanización de la cosecha, sin embargo, este proceso se encuentra en perfeccionamiento y solo se ha aplicado en proyectos piloto; dentro de los costos de producción este es uno de los más altos, incluso que el costo de extracción, motivo por el cual es ineludible buscar plantas con altos rendimientos y extractores de aceite más eficientes. La floración continua resulta en una secuencia de etapas de desarrollo reproductivo en una misma rama, de la cual se tienen frutas maduras en la base, frutas verdes en medio y floración en las terminaciones, lo que es problemático para la cosecha mecánica, por lo que representa ser un cultivo de alto impacto social ya que la cosecha es manual. Secado de fruto Después de retirado el fruto de la planta se transporta a un lugar apropiado para realizar el secado, ya que la fruta húmeda aumenta el peso y los costos de transporte. Se ha demostrado que el secado bajo el sol directo tiene un efecto negativo sobre la viabilidad de las semillas, por lo que se recomienda realizar el secado de frutos a media sombra para contrarrestar este efecto. La actividad de secado de frutos puede realizarse en el campo o en un centro de acopio diseñado específicamente para ello. Cuando los frutos están amontonados sin aireación podrían podrirse y contaminarse las semillas, por ello se recomienda esparcir los frutos en capas delgadas para un mejor secado. El área para el secado ideal de los frutos consiste en un piso de concreto o una lona agrícola plástica sencilla. 86

88 El suelo de cemento tiene más solidez y en él se puede trabajar más eficientemente. El suelo debe estar ligeramente inclinado de manera que la lluvia no se estanque y escurra fácilmente. La siguiente actividad después del secado del fruto de jatropha es su despulpado, que es el proceso de quitar la cáscara de las frutas de las semillas. Teniendo en cuenta la textura y tamaño de las frutas, se puede concluir que no se requiere tecnología compleja para su despulpado. A continuación se hace una descripción para realizar el despulpado a través de soluciones locales. El despulpado puede hacerse de forma manual, semimecanizada o totalmente mecanizada. El despulpado manual es una actividad que consume mucho tiempo y que puede ser mecanizado fácilmente. El proceso se da en dos pasos: trituración y separación; se puede hacer con frutos frescos (de color amarillo) o con frutos secos (de color marrón). La cáscara del fruto fresco de jatropha es de aproximadamente 5 mm de espesor, mientras que la cáscara del fruto seco es de aproximadamente 1 mm. El despulpado de fruto fresco de tamaño grande tiene la ventaja de provocar más fricción, que resulta en una mayor eficiencia en el despulpado en comparación con el uso de frutos secos. Una vez despulpados los frutos, las cáscaras se mezclan con las semillas por lo que deben separarse. Cuando las semillas se separan de las cáscaras del fruto, éstas luego se almacenan. Se transportan las semillas desde el campo hasta el área de procesamiento. El transporte se hace a través de tractores, carros con tracción animal, bicicletas o por personas. Las semillas requieren el secado hasta llegar a 6% de su contenido de humedad (ideal) antes de ser prensadas. }El proceso de secado se lleva con las semillas individuales, mientras que el almacenamiento se realiza en sacos. El rendimiento por hectárea, el período de cosecha y la duración del secado determinan el tamaño necesario de la zona de secado. En cuanto a la superficie necesaria, se estima que una semilla requiere aproximadamente 2 cm², lo que significa que 1000 semillas, que pueden llegar a pesar 550 a 800 gramos, requieren 0.2 m² (metros cuadrados) (la media sería de 1400 semillas por kilogramo). Por kilogramo de semilla, la superficie necesaria sería de alrededor de 0.25 m². Después de secadas, las semillas, pueden empacarse en sacos tejidos (con aireación) para su almacenamiento. Rendimiento El rendimiento obtenido por los diferentes ecotipos bajo estudio fue diferente (P<0.05). 87

89 El ecotipo Morelos fue superior, al presentar valores de kg/ha (kilogramos por hectárea), seguido por Sinaloa y Puebla con y kg/ha, respectivamente. El ecotipo Veracruz fue el que presentó el menor rendimiento, con kg de semilla por hectárea. ESTRUCTURA DE COSTOS Cuadro 1. Costos de establecimiento de 1 ha de jatropha curcas en el norte de Nayarit Concepto Unidad Costo unitario (pesos) Costo total (pesos) Aclareo de vegetación 1 hectárea Surcado 1 hectárea Costo de planta Acarreo de Plantas al terreno Diseño, marcaje y trasplante 1600 plantas jornales Subtotal Costos de manejo del cultivo de jatropha curcas en el norte de Nayarit. Concepto Unidad Costo unitario (pesos) Costo total (pesos) Control de maleza 1 hectárea Control de plagas y enfermedades 1 hectárea Poda 1 hectárea Riego 1 hectárea Cosecha 1 hectárea Subtotal

90 Cuadro 3. Costos en riego y temporal (pesos) Costo total del primer año en condiciones de riego Costo total del primer año en condiciones de temporal Cuadro 4. Costos de producción a partir del segundo año en riego. Concepto Unidad Costo unitario (pesos) Costo total (pesos) Control de maleza 1 hectárea Control de plagas y enfermedades 1 hectárea Poda 1 hectárea Riego 1 hectárea Cosecha 1 hectárea Subtotal 8600 Concepto Unidad Costo unitario (pesos) Costo total (pesos) Control de maleza 1 hectárea Control de plagas y enfermedades 1 hectárea Poda 1 hectárea Riego 1 hectárea Cosecha 1 hectárea 1900 Subtotal

91 Cuadro 5. Costos de producción a partir del segundo año en temporal. Concepto Unidad Costo unitario (pesos) Costo total (pesos) Control de maleza 1 hectárea Control de plagas y enfermedades 1 hectárea Poda 1 hectárea Cosecha 1 hectárea Subtotal

92 Paquete tecnológico para la producción industrial de harina y aceite a partir de Jatropha curcas L. Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN México es deficiente en la producción de proteína y aceite para consumo animal lo que genera una fuga de divisas y falta de generación de empleos al tener que importar más del 90% del consumo doméstico. Con el propósito de contribuir al desarrollo del noroeste de México se estudia a la jatropha mexicana como una posible alternativa para la sustitución de la pasta y aceite de soya. Jatropha curcas (JC) es una planta en proceso de domesticación, que en el caso de México nuestros antepasados ya la utilizaban como alimento por su alto contenido proteico y aceite. La semilla de JC está conformada por un germen con alto contenido de aceite y una testa con alto contenido de fibra y lignina. El aceite se obtiene tras un proceso de extracción por prensado o con solventes, del cual queda como residuo una harina rica en proteínas que puede ser utilizada con fines alimenticios. El aceite puede ser convertido a biodiesel mediante una reacción de transesterificación 6 con un rendimiento superior a 90%, y de este proceso se obtiene glicerina como producto secundario. En México existen germoplasmas silvestres de JC no tóxica en varios estados del país, pero se desconoce su capacidad de adaptación al ser cultivadas en otras regiones, así como el efecto que el medio ambiente pudiera ocasionar en el rendimiento y calidad de las semillas, lo cual hace necesario un estudio de viabilidad del cultivo en la región. El establecimiento de plantaciones piloto de al menos 50 hectáreas que se realizaron en este proyecto ha contribuido a generar tecnología que permite desarrollar paquetes tecnológicos para la producción de pasta proteica y aceite con las calidades suficiente para pasar a estudio de nutrición en animales. Por lo anterior, el Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD) ha realizado una serie de trabajos dirigidos a la producción de JC, y el proceso de obtención de pasta proteica y aceite a partir de la semilla como una tecnología accesible para darle valor agregado a la industria de la JC en el Noroeste de México. * Colaborador: M.C. Federico Soto Landeros. Ambos pertenecientes al Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). 6 La transesterificación es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un éster por otro alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base. 91

93 MATERIALES Semillas de JC, Prensa extractora por prensado en frío, filtro de aceite de malla, silos, lonas. METODOLOGÍA Cosecha de frutos Los frutos de JC se cosechan de noviembre a enero en forma manual, aunque ya existe tecnología validada para su cosecha mecanizada. Lo ideal es cosechar los frutos cuando están de color amarillo lo que significa que están en su estado de madurez ideal para su cosecha. Figura 1. Frutos maduros de JC listos para cosecha. Secado Los frutos cosechados se colocan sobre lonas de plástico a un lado del cultivo pero con exposición durante todo el día al sol. Esto permite eliminar el 90% del agua sin gasto de energía derivada de otras fuentes que no sea la solar. El tiempo de exposición puede ser de tres a cinco días, hasta que la humedad se encuentre entre el 10 a 15%. 92

94 Figura 2. Frutos cosechados en proceso de secado. Descascarillado Los frutos de JC pueden ser descascarillados manualmente, pero existe la tecnología validada de un proceso mecanizado para eliminar la cascarilla. Figura 3. Descascaradora de jatropha curcas. La cáscara corresponde aproximadamente el 30% del peso del fruto. Una vez obtenida la semilla, es secada directamente al sol por tres días y posteriormente se almacena en silos cerrados. 93

95 Almacenamiento La semilla de JC se almacena en sistemas de silos muy similar a lo que se aplica para el almacenamiento del grano de maíz en la región. Este sistema permite mantener al gran de jatropha en condiciones estables sin variar su calidad ya que no se detectan cambios significativos en los parámetros fisicoquímicos que miden la calidad del grano como lo son el índice de acidez y el índice de peróxidos. Figura 4. Semillas cosechadas listas para su almacén. 94

96 Figura 5. Semillas almacenadas en silos. Elaboración de pasta proteica para alimento de ganado bovino La semilla de JC es removida de los silos, se coloca sobre lonas de plástico y se expone por dos a tres horas a la radiación solar. Posteriormente, la semilla se lleva a la prensa de extracción por prensado en frío y se inicia el proceso de compresión de la semilla y extracción del aceite. Figura 6. Semillas en proceso de prensado. 95

97 Figura 7: Obtención de la pasta proteica y el aceite. Rendimientos de aceite y pasta Los productos obtenidos después del prensado son el aceite crudo y la pasta proteica. El porcentaje obtenido de aceite por este proceso es de 30 y 68% de pasta proteica. La pasta proteica contiene un promedio de 28.7% de proteína, 5.35% de cenizas, 11% de aceite y 5% de humedad. Estructura de costos De acuerdo a los resultados obtenidos con referente a la evaluación nutricional de la pasta de JC obtenidas por el proceso desarrollado en este estudio, esta pasta puede ser introducida como materia prima para la elaboración de alimento balanceado y sustituir hasta en 80% a la pasta de soya como fuente de proteína. La tonelada de pasta de jatropha puede competir con la de pasta de soya a un precio de 4 mil pesos la tonelada y el precio de la tonelada de aceite a un precio de 7 mil pesos. La estimación de la producción de la JC al tercer año de producción alcanzará las 5 toneladas por hectárea de semilla. Esto generaría la producción de 1.5 toneladas de aceite y 3.25 toneladas de pasta con un precio neto en el mercado de 23 mil pesos. El proceso de transformación de la semilla a aceite y pasta proteica consume un costo total del 6% del valor neto e incluye gasto operativo y depreciación de maquinaria, por lo que este proceso es altamente eficiente y fácilmente se pueden establecer en módulos de producción de jatropha en la región. 96

98 BIBLIOGRAFÍA Makkar H P S, Becker K (1997) Studies on nutritive potential and toxic constituent of different provenances of Jatropha curcas. Journal Agriculture and Food Chemistry 45: De Oliveira J S, Leite P M, De Souza L B, Mello V M, Silva E C, Rubim J C, Meneghetti S M P, Suarez P A Z (2009). Characteristics and composition of Jatropha gossypiifolia and Jatropha curcas L. oils and application for biodiesel production. Biomass and Bioenergy 33: Nazir N, Ramli N, Mangunwidjaja D, Hambali E, Setyaningsih D, Yuliani S, Yarmo M A, Salimon J (2009). Extraction, transesterificación and process control in biodiesel production from Jatropha curcas. European Journal Lipid Science Technology 111:

99 Paquete tecnológico para la elaboración de alimento para camarón utilizando pasta de Jatropha curcas Dr. Hervey Rodríguez González * INTRODUCCIÓN La rápida expansión, intensidad y diversificación de la acuicultura ha obligado la utilización de alimentos formulados para la alimentación de peces y camarones cultivados en todo el mundo, además de intensificar el uso sistemático de la harina de pescado como la principal fuente de proteína. La harina de pescado es utilizada por ser una proteína de alta calidad (excelente fuente de aminoácidos y ácidos grasos esenciales, energía digestible, macro y minerales traza, vitaminas y palatabilidad) para muchos peces y camarones. Sin embargo, tiene varias desventajas: su alto costo y un abastecimiento inestable, atribuido a factores de tipo climático como la anomalía de El Niño 7, que aunada a la sobreexplotación de los recursos pesqueros de las especies tradicionalmente utilizadas para su elaboración, puede provocar el colapso de las pesquerías orientadas a la fabricación de harina de pescado y repercutir en su precio. Aun cuando la harina de pescado es elaborada con especies de pescados que normalmente no son destinadas al consumo alimentario, existe la preocupación social sobre el uso de proteína acuática para alimentar peces, en lugar de dirigirla para el consumo humano, especialmente para áreas del mundo que sufren deficiencias nutricionales. En 2005, la producción de harina de pescado obtenida fue de 3.1 millones de toneladas, aportada por Perú en 57%, Chile 25%, y países escandinavos 18%. La acuacultura consume el 35% de la producción global, seguida por la porcicultura y la avicultura. China demanda un equivalente a 2 millones de toneladas. Se espera que la demanda mundial paralelamente a su precio continúe incrementándose. De forma particular, la producción exitosa a nivel mundial de camarón (855 mil 500 toneladas) se logró a través del uso de 372 mil toneladas de harina de pescado para la manufactura del alimento para esta especie. * Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR)- Instituto Politécnico Nacional (IPN). Colaboradores: Dra. Laura Gabriela Espinosa Alonso, M.C. Luis Daniel García Rodríguez, Biol. Ely Sara López Álvarez, M.C. Breidy Lizeth Cuevas Rodríguez, M.C. Franciscos Valdez González M.C., Magnolia Montoya Mejía y Biol. Arturo Polanco Torres. 7 El Niño es un fenómeno que produce un calentamiento anormal en la superficie del mar en el Océano Pacífico, se presenta usualmente entre mayo (año en que se forma) y marzo o abril (del año siguiente). Si es fuerte, en Sinaloa puede propiciar lluvias por arriba de lo normal entre noviembre y febrero, y también puede ocasionar sequía durante el verano. 98

100 Por ello, es importante hoy en día buscar distintas fuentes de proteína, con el fin de reducir los costos de producción y la contaminación que genera procesar los productos que se utilizan actualmente. La información generada en este estudio permitirá optimizar el nivel de proteína en la dieta, reducir el uso de harina de pescado como ingrediente, limitar el impacto en el ambiente, maximizar la capacidad de carga del sistema de cultivo, y mejorar las tasas de crecimiento de la especie. Una forma de satisfacer la demanda futura de harina de pescado requerida por la industria creciente de la acuacultura es enfocarse a la utilización de productos agroindustriales, como los biocombustibles, ya que han tenido un gran auge en los últimos años. El piñón o piñoncillo (Jatropha curcas L.) es una planta originaria de México y Centroamérica. Las semillas son una buena fuente de aceite y han adquirido importancia debido a sus fines energéticos, las cuales una vez prensadas para obtener aceite brindan una pasta rica en proteína. La semilla de J. curcas se destina a alimentación humana y animal en ciertas regiones de México, debido a la presencia de genotipos no tóxicos se ha registrado sólo en México. La pasta residual, obtenida después de la extracción de aceite, contiene entre 50 y 60% de proteína cruda, comparada con 45% de la harina de soya. Y su harina tiene un buen balance de aminoácidos esenciales, cumpliendo con el patrón dado por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés), exceptuando el aminoácido lisina. El presente paquete tecnológico permite elaborar un alimento de bajo costos a partir de pasta de J. curcas, para alimentación de camarón blanco L. vannamei. INSUMOS Para fabricar 1 kilogramo de alimento para camarón con J. curcas (38% proteína y 11% lípidos) se requiere los siguientes insumos: gramos de pasta de Jatropha curcas gramos de harina de pescado gramos de harina de trigo 40 gramos de grenetina 40 gramos de aceite de pescado 0.10 gramos de premezcla de vitaminas 0.10 gramos de premezcla de minerales Pasta de Jatropha curcas La pasta de J. curcas es un subproducto en la elaboración de biodiesel, y se puede elaborar de la siguiente manera: 99

101 OBTENCIÓN DE LA SEMILLA La obtención puede ser realizada de los campos de cultivo de la J. curcas. A B C Figura 1. A) Árbol de Jatropha curcas. B) Fruto de Jatropha curcas. C) Semillas de los frutos de J. curcas. DESCASCARILLADO El fruto se debe descascarillar para obtener la semilla. Esto puede realizarse manualmente o con un equipo mecánico. Figura 2. Semilla de Jatropha curcas. DESTESTADO La semilla se le debe eliminar la testa. Es importante este proceso porque permite obtener un producto que aumenta la digestibilidad del mismo. Esto puede realizarse manualmente o con un equipo mecánico. Figura 3. Semilla sin testa o almendra de Jatropha curcas. PRIMERA EXTRACCIÓN: EXTRACCIÓN DE ACEITE POR PRENSADO 100

102 Se procesa la almendra en una prensa hidráulica. En el mercado existen diferentes marcas, es recomendable que se solicite una prensa que sea fabricada para la extracción de grasas a la semilla de J. curcas. Figura 4. Prensa hidráulica para semilla de Jatropha curcas. SEGUNDA EXTRACCIÓN: EXTRACCIÓN DE ACEITE POR HEXANO Para el segundo proceso químico de extracción de lípidos, se utiliza un disolvente no polar, hexano en proporción (1.5/10; p/v), se desengrasa por 12 horas con el disolvente, se filtra y posteriormente se deja al aire libre o en campana para eliminar hexano. EMPACADO La pasta obtenida se guarda en una bolsa de plástico a 4 C (grados centígrados) en un refrigerador, preferente en un contenedor para que no se humedezca. Harina de pescado La harina de pescado es un producto obtenido del procesamiento de pescados, eliminando su contenido de agua y aceite. Este puede ser adquirido en diferentes casas comercializadoras. Se puede consultar en la siguiente página de CONAPESCA: Harina de trigo La harina es el polvo que se obtiene de la molienda del grano de trigo maduro, entero o quebrado, limpio, sano y seco, en el que se elimina gran parte de la cascarilla (salvado) y el germen. El resto se tritura hasta obtener un grano de finura adecuada. La harina contiene entre 65 y 70 % de almidones, pero su valor nutritivo fundamental está en su contenido, ya que tiene de 9 a 14 % de proteínas, además de contener otros componentes, como celulosa, grasa y azúcar. La molienda de trigo consiste en separar el endospermo (cáscara) que contiene el almidón de las otras partes del grano. La adquisición del producto es muy sencilla, ya que es un producto ampliamente comercializado. Grenetina Es un compuesto obtenido de los huesos y pieles animales, principalmente del cerdo, que a través de distintos procedimientos es separado de la grasa. 101

103 Su componente principal es una proteína llamada colágeno, que disuelta en agua y sometida a bajas temperaturas adquiere peculiar consistencia, conocida como coloidal, que se encuentra justo entre los estados líquido y sólido. Se utiliza como aglutinante de los ingredientes en la elaboración de alimento para organismos acuícolas. La adquisición del producto es muy sencilla, ya que es un producto ampliamente comercializado, debido a que es utilizado para la elaboración de gelatinas. Aceite de pescado Mezcla de lípidos extraídos de los tejidos de peces marinos, en el que por medios mecánicos se han eliminado casi totalmente el agua y las impurezas sólidas en suspensión. Se puede consultar en la siguiente página de CONAPESCA: Premezcla de vitaminas y minerales Los paquetes vitamínicos (con suplementos minerales) son componentes necesarios de los alimentos comerciales para camarón, solo cuando la productividad natural del estanque no es adecuada (muy altas densidades de siembra). Muchos alimentos para camarón son frecuentemente suplementados con paquetes de premix (premezcla) de vitaminas o precursores de vitaminas. Estos son generalmente incluidos de una forma preventiva contra infecciones de virus y bacterias patógenos. El paquete de vitaminas/minerales será más necesario para lograr buenas producciones cuando se encuentre baja productividad natural, alta densidad de siembra, mayor incidencia de enfermedades y más estrés al camarón por condiciones de ambiente adversas. METODOLOGÍA PARA ELABORAR UN ALIMENTO Para elaborar un alimento para la acuacultura se debe realizar el siguiente procesamiento: Molienda y tamizado de lo ingredientes Todos los ingredientes deberán estar molidos. Comúnmente los ingredientes están en presentación de harina, sin embargo, deberán ser sus partículas menores a 450 micras. Existen una gran variedad de equipos que permiten moler un ingrediente, como los molinos martillo, granuladores, trituradores y pulverizadores. Es importante seleccionar el que sea adecuado para moler su ingrediente. Para los ingredientes que se incluyen en este paquete es recomendable utilizar un pulverizador. Hasta ahora la forma más práctica y aceptable de controlar el tamaño de la molienda es mediante el uso de mallas o cribas, con los orificios acorde con el tamaño que se quiere controlar, y utilizando agitadores mecánicos provistos con regulación de tiempo. 102

104 El agitar las cribas manualmente y sin control de tiempo no produce resultados consistentes. Cada fábrica debe crear su propio estándar de máxima cantidad retenida sobre una malla y/o tamaño promedio de partícula basada en la especie y tamaño de animal que se va a alimentar. Debe controlarse periódicamente el tamaño de las partículas saliendo de los molinos o pulverizadores y entrando a los procesos de peletizado (comprimidos) o extrusión. Los estándares deben ser medibles, respetados, y sobre todo acordes con la realidad. Lo que en una fábrica de alimento para pollos puede ser considerado como una molienda fina, debe ser considerado muy grueso en una fábrica de alimentos para camarón. La fábrica que utiliza estándares fáciles de cumplir o no acordes con la realidad no estará produciendo un alimento de calidad. Figura 5. Tamices para el control del tamaño de la partícula de los ingredientes. Mezclado Uno de los pasos más importantes en la elaboración de un alimento es el mezclado. De hecho el objetivo de una planta de alimentos balanceados es el producir una mezcla uniforme de ingredientes que asegure que los animales que consumen este alimento reciban las cantidades correctas de cada nutriente. Un mezclado inadecuado traerá como consecuencia una falta de uniformidad en la distribución de ingredientes importantes, tales como las vitaminas, minerales, aminoácidos, medicamentos, etc. Esto afectaría negativamente el rendimiento de los animales, en especial en aquellos mas jóvenes que consumen cantidades relativamente pequeñas. Existen tres tipos básicos de mezcladoras: Verticales Horizontales (listones o paletas) De tambor o tómbola El mezclado se puede realizar con una mezcladora, la cual su capacidad estará relacionada con la cantidad a elaborar. Primeramente, se deben mezclar los ingredientes secos como harinas y posteriormente se debe adicionar los ingredientes menores (premezclas). Finalmente se debe adicionar aceite de pescado, lecitina de soya y un poco de agua tibia para obtener la pasta de consistencia suave. 103

105 Figura 6. Ejemplo de mezcladoras de los ingredientes. Peletizado o extrusión 8 Posteriormente, se debe peletizar el alimento en un peletizador o extrusor. Si se va a generar una muestra pequeña se puede utilizar incluso un molino para carne. La mayoría de alimentos comerciales para acuicultura se ofrecen hoy en día en dos formas: peletizados o extrudidos. Existen diferencias considerables entre una peletizadora y un extrusor; la utilización de una u otra máquina ofrece al productor diversas ventajas o desventajas, y el uso de una u otra depende de la especie hacia la cuál está dirigido el alimento ( Tabla 1). El peletizado o la extrusión son considerados como los procesos más importantes en una fábrica de alimentos. Es muy importante desde el principio no equivocarse, ni en la selección de la máquina adecuada para los requerimientos de producción, ni en la 8 La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. 104

106 configuración del extrusor o especificaciones de la matriz y rodillos de la peletizadora. En muchos casos se cometen errores, especialmente cuando los alimentos para acuicultura no constituyen la única línea de producción en una planta y además se fabrican en porcentajes minoritarios. Una vez que se cuenta con la máquina apropiada y configurada correctamente, lo primordial es seguir las recomendaciones básicas de operación del fabricante y contar con operadores muy bien entrenados. Especialmente en el caso de un extrusor, un operario que no opere la máquina con sentido común y tenga experiencia, no podrá sacar un buen producto por más bueno y sofisticado que sea el extrusor. Los encargados de la operación de peletizadoras y extrusores deben conocer la teoría y la ciencia de operación, pero siempre hay espacio para aplicar un poco del arte adquirido con la experiencia. En las dos máquinas siempre hay que graduar bien la alimentación, aplicar los principios de seguridad industrial, y evitar el roce de metal con metal. En el caso de los extrusores las variables más importantes de operación son la adición de agua, la temperatura, y la presión del extrudido que es controlada por el dado. La adición de agua es muy importante para el control de la densidad del producto, el grado de expansión y la apariencia del producto. No es extraño observar que dependiendo de la cantidad de agua agregada a una misma formulación el producto final flote o se hunda. De aquí la importancia de que una vez que se obtiene un buen producto, la tasa de adición y la presión de agua se mantengan constantes. La temperatura del producto dentro del extrusor debe ser controlada para que sea superior a 120 C para garantizar la cocción. En ocasiones, cuando hay mucha adición de agua, o en los arranques, es conveniente que el extrusor cuente con un sistema de calentamiento del barril. En el caso de las peletizadoras la operación no es tan variable ni complicada como en los extrusores. Sin embargo no todas las fórmulas se comportan de igual manera. La correcta operación de una peletizadora está íntimamente ligada al acondicionamiento del producto, a la alimentación, y a la graduación de rodillos. Si los rodillos están bien graduados y se mantiene una correcta alimentación de producto al dado, la calidad del producto estará dependiendo del grado de acondicionamiento que se dé, o que el producto reciba, que a su vez depende también de la formulación y de la molienda. Un factor crítico tanto en los extrusores como en las peletizadoras es el poder graduar la correcta longitud del producto. Cuando las cuchillas no están bien afiladas no producen el efecto de corte si no de barras rompedoras, comprometiendo seriamente la apariencia (calidad) del producto. Las cuchillas deben ser afiladas cada 24 a 36 horas de operación. Este procedimiento curiosamente es uno de los más difíciles de implantar en las fábricas de balanceado. El ángulo de las cuchillas con relación al producto debe ser de 90 grados. 105

107 Secado y enfriamiento Debido a que los productos que salen de un extrusor suelen tener más de 20% de humedad, es necesario secarlos. El producto que sale de la peletizadora solo es necesario enfriarlo, y en este paso se reduce también la humedad entre 1 y 3 %. El manejo de los productos que salen del extrusor o de la peletizadora debe hacerse de la manera más gentil posible, pues son frágiles y si no se manipulan adecuadamente de se romperán creando gran cantidad de finos. El transportar con flujo de aire el producto saliendo de un extrusor es una forma adecuada que además permite remover el exceso de vapor, evitando condensación sobre los equipos. El producto que sale de una peletizadora debe llevarse directamente por gravedad al enfriador o tanque de reposo si es utilizado este sistema. La temperatura del producto extrudido en el secador, o del producto peletizado en el tanque de reposo (si se utiliza este sistema) no debe exceder de 95 C, pues se corre el riesgo de pérdida adicional de vitaminas o aditivos. El secado o enfriamiento debe realizarse lentamente, permitiendo el flujo de humedad desde la parte interna del producto hacia afuera, y evitando choques térmicos que puedan crear fisuras en el producto. Se recomienda secar o enfriar el producto hasta una humedad no inferior a 11 o 12 %, considerada como un rango seguro; remover mayor cantidad de humedad causa perjuicios económicos. El enfriamiento tanto de productos extrudidos como peletizados es aconsejable que se lleve a cabo en un enfriador de contraflujo, pues este equipo evita choques térmicos y resulta más económico de operar y mantener que un enfriador del tipo vertical u horizontal. Zarandeo y granulado Después de enfriado el producto se pasa por una zaranda para remover los finos. En la mayoría de los casos una zaranda de dos mallas con orificios apropiados para el tamaño del producto es suficiente. Debe evitarse el zarandeo de producto que no ha sido enfriado, pues se producirá rotura de los gránulos o pellets y mayor cantidad de finos que deben ser retornados al sistema. Se recomienda que la mayor cantidad de finos que son retornados al sistema no pase del rango de 5 a 8 %, pues es necesario recordar que este producto ya ha sido gelatinizado, proceso irreversible, y el agregar de nuevo estos finos al sistema causa problemas en el extrusor o la peletizadora y un producto final de inferior calidad. Cuando se tiene un retorno mayor de finos generalmente se debe a deficiencias en el acondicionamiento o peletizado, o a maltrato del producto en las etapas intermedias. El producto final no debe tener más de 2% de finos. Para alimentar animales muy pequeños generalmente se pasa el producto por un granulador o molino de rodillos con el objeto de lograr el tamaño de partícula deseado. La distancia entre los rodillos del granulador debe ser uniforme, y normalmente un poco inferior al diámetro del pellet. 106

108 Esta distancia se varía de acuerdo con el tamaño o mezcla de tamaños deseados. Es importante que el producto que se granula esté frío y seco. Cuando se juntan mucho los rodillos se producirá un efecto de molienda, creando muchos finos. Las estrías de los rodillos granuladores no deben estar gastadas. Si la molienda y los demás procesos han sido adecuados, no se espera tener variaciones significativas en los contenidos nutricionales de los gránulos de diferentes tamaños. La zaranda plana de una o dos mallas utilizada para los pellets generalmente no es adecuada para separar los diferentes tamaños de los gránulos pequeños. Normalmente se utiliza en esta etapa una zaranda de varios cajones, similar a las utilizadas en los molinos de trigo. Empaque y almacenamiento El alimento generalmente se empaca en sacos de polipropileno con peso de 25 a 50 kg. Aunque es muy común encontrar en América Latina productos empacados en sacos de 40 kg. Los productos granulados para animales pequeños deben ser empacados en sacos de menor peso ya que el consumo es menor, garantizando también el uso más rápido de sacos abiertos para mantener la frescura del producto. Es recomendable que se cheque periódicamente el peso de los sacos con una báscula que tenga una sensibilidad de 50 gramos. El empacar producto con menor o mayor cantidad del peso indicado es un engaño al consumidor. Todo saco debe tener adherida una etiqueta indicando el contenido del producto, fecha de fabricación y con sellos especiales si el alimento contiene un medicamento o aditivo no anunciado en la etiqueta. La etiqueta debe adherirse al saco cosida con hilo, no con grapas ni elementos metálicos. El alimento debe almacenarse en un lugar seco, fresco y bien ventilado, sobre estibas de madera, evitando el contacto directo con el piso o paredes, y protegido de los rayos del sol. Los lotes deben ser claramente identificados para evitar despachos erróneos y para garantizar la correcta rotación del alimento. No debe despacharse de la fábrica ningún alimento que no haya sido verificado en cuanto a su calidad. Se recomienda que el alimento no se almacene en la fábrica por períodos mayores de 30 días y que su consumo no ocurra después de dos meses de haber sido fabricado. Productos CARACTERIZACIÓN DE LA PASTA DE JATROPHA CURCAS En el Cuadro 2 y 3 se muestra la composición proximal y de aminoácidos de la pasta de la Jatropha curcas. Esto permite formular con diferentes contenidos de proteína y lípidos para diferentes requerimientos. 107

109 Cuadro 2. Análisis químico proximal de pasta de Jatropha curcas. Ingredientes Humedad Proteína Lípidos Cenizas Fibra ELN Pasta extracción prensa Pasta extracción con hexano 4.51± ± ± ± ± ± ± ± ± ± Valores expresados en gramos por cada 100 gramos. Indica promedio de tres repeticiones ± DE. Cuadro 3. Perfil de aminoácidos de Jatropha curcas. Aminoácidos Pasta de J. curcas Extracción en prensa Pasta de J. curcas Extracción con hexano Histidina Treonina Arginina Tirosina Valina Fenilalanina Isoleucina Leucina Lisina Cisteína Metionina Triptófano NC NC FORMULACIÓN DE UN ALIMENTO PARA CAMARÓN BLANCO UTILIZANDO J. CURCAS. La formulación de una dieta óptima para la engorda de camarón se muestra a continuación en el Cuadro 4. Este porcentaje de sustitución se determinó en un bioensayo en el que se probaron sustitución de 0, 25, 50, 75 y 100 %; y se comparó con una dieta comercial, la cual indicó que el 75% no presenta diferencias con una dieta comercial. 108

110 Cuadro 4. Formulación de dietas con 75% de sustitución harina de pescado por J. curcas para camarones L. vannamei. Ingredientes Porcentaje de Inclusión Pasta de JC Harina de pescado Harina de trigo Grenetina 4.00 Aceite de pescado 4.00 Premezcla de vitaminas Premezcla de minerales Valores de digestibilidad de J. curcas La digestibilidad es una forma de medir el aprovechamiento de un ingrediente, es decir, la facilidad con que es convertido en el aparato digestivo en sustancias útiles para la nutrición. Comprende dos procesos, la digestión que corresponde a la hidrólisis de las moléculas complejas de los alimentos, y la absorción de pequeñas moléculas (aminoácidos, ácidos grasos) en el intestino. La digestibilidad constituye un indicador de la calidad de la materia prima que a veces varía notablemente, de una especie a otra; se deberían esperar valores muy distintos en las especies carnívoras, herbívoras u omnívoras. Por lo tanto, el valor es necesario para formular en base de proteína digestible y evitemos el exceso de proteína que contamina el medio ambiente. Cuadro 5. Valores de digestibilidad aparente de la J. curcas para camarones L. vannamei. Muestra Digestibilidad (promedio) Desv Stand Jatropha curcas

111 Paquete tecnológico para la elaboración de alimento para tilapia utilizando pasta de Jatropha curcas M.C. Ana Carmela Puello Cruz INTRODUCCIÓN La idea de integrar harina de Jatropha curcas en dietas para tilapias resulta altamente atractiva. A la tilapia se le conoce como la gallina acuática, por la posibilidad de lograr cultivos en tanques y lagos a diferentes escalas con mínima inversión, incluso en cultivos traspatio, pudiendo ser una contribución alimenticia de alta calidad para las personas de zonas marginadas y reducidos recursos económicos. Por otro lado la presión que reciben los piscicultores de tilapia en México con la invasión de tilapias de bajo costo provenientes de China requiere especial atención para lograr disminuir gastos. El costo del alimento puede representar hasta el 50% del total de costos de producción, de aquí el interés de buscar nuevas alternativa proteica y lipídica para reducir el precio de los alimentos balanceados de este pez. La tilapia nilótica o del Nilo (Oreochromis niloticus) (figura 1) es la variedad de tilapia más cultivada en México. Son altamente resistentes a baja calidad de agua y enfermedades, tienen la capacidad de aprovechar y alimentarse de una gran variedad de dietas presentando alta calidad en su carne. La talla comercial está alrededor de 450 gramos y se logra en seis meses, alcanzando precios de 35 pesos por kilogramo. En su cultivo se han probado ingredientes de origen vegetal y animal en forma suplementaria con buenos resultados en general. Figura 1.-Tilapia nilótica o del Nilo (Oreochromis niloticus) 110

112 Los alimentos disponibles en el mercado varían en su contenido de proteína (25 a 55 %) y lípidos (5 a 15 %) con precios de 8 pesos hasta 75 pesos por kilogramo, dependiendo del estadio de las tilapias. Los niveles de proteína están inversamente relacionados con el peso de las tilapias, es decir a menor tamaño (estadio) requieren mayor contenido de proteína en sus dietas y conforme crecen las necesidades de proteína disminuyen. Para mantener un crecimiento óptimo se debe mantener temperaturas de 20 a 30 C. Aunque toleran temperaturas menores a los 15 C, a esta temperatura tanto su actividad física como alimentación cesan. Oxígeno disuelto alrededor de 3 mg/l (miligramos por litro), si disminuye puede reducir el consumo de alimentos. El ph (acidez) óptimo está entre 7 y 8, toleran mayor alcalinidad pero no toleran menor acidez de 5. Se recomienda alimentar durante los períodos más cálidos del día cuando se presente la mayor temperatura ambiental, pues tanto los niveles de acidez como las secreciones digestivas aumentan con los incrementos de temperatura, esperando entonces durante este período la mejor asimilación de los alimentos. Se debe evitar alimentar en exceso pues esto genera asimilación inadecuada. INSUMOS Y EQUIPOS Elaboración de la dieta balanceada Harina de J. curcas (con menos de 13% de lípidos), harina de pescado, harina de soya, concentrado de proteína de soya, alginato, dextrosa, aceite de pescado, aceite de canola, aceite de J. curcas, mezcla de vitaminas y minerales. Reactivo para eliminar exceso de lípidos en harina de J. curcas (éter de petróleo, bolsas de malla fina, contenedor plástico, guantes, bata, mascarillas, toallas de tela). Para elaborar una dieta balanceada (figura 2) se necesita molino pulverizador, molino de carne (por ejemplo un Torrey M-22R2), mezcladora (por ejemplo Hobbart A-200T), horno o secador (mínimo 30 C), balanza, programa de balanceo de dietas Mix-it en caso de querer hacer formulaciones nuevas. Para elaborar la dieta se requiere mandar a hacer análisis proximales en laboratorios especializados (contenido de proteína, lípido, cenizas, fibras y humedad) en caso de que no se tengan los valores nutricionales de los ingredientes a usar. 111

113 Figura 2.- Pellets alimento balanceado Sistema de cultivo PARA EL MANTENIMIENTO DE LOS ORGANISMOS Tanques cilindro-cónicos de fibra de vidrio (300L), mangueras (diferentes diámetros), redes, calentador ambiental, termostatos, extensiones eléctricas, plástico, mallasombra,, piedras difusoras, alimento comercial. Artículos de limpieza y desinfección (cloro, jabón, alcohol, toallas de papel, toallas de tela, fibras de tallado, escobas, jaladores, etc.). Kits de determinación de amonio, nitrato, nitrito, dureza. YSI 85 multimeter. PARA LOS BIOENSAYOS. Tanques cilindro-cónicos de fibra de vidrio (70 y 200 litros), jabas de plástico, botes de plástico, mangueras (diferentes diámetros), redes, aire acondicionado, extensiones eléctricas, piedras difusoras, escaleras de plástico. Artículos de limpieza y desinfección. Artículos de seguridad (botas, guantes, etc.). Kits para determinar amonio, nitritos, nitratos, dureza. Bombas sumergibles de 18 y 45 W. Válvulas de agua y aireación. Termómetros. Guata, cochas de ostión, sacos de papas (biofiltros). YSI 85 multimeter. Para lograr los mejores resultados se deben realizar análisis de calidad de agua, estos se pueden realizar con paquetes de medición inmediata o mandar muestras a laboratorios especializados. 112

114 Los parámetros a medir deberán ser: nitritos, nitratos, ph, amonio, dureza, salinidad. También se debe registrar el oxígeno disuelto o saturación de oxígeno, temperatura para tomar decisiones en caso de que están no estén en los rangos óptimos recomendados. Parámetros Óptima Temperatura ( C) Oxígeno disuelto <2.0; <4.5 (miligramos por litro) Saturación de oxígeno - (%) Salinidad (psu) 5-10 Nitritos (N-NO 2 ) >0.1 Nitratos (N-NO 3 ) >10 Amonio (N-NH 4 ) 0.01 a 0.1 ph Dureza (miligramos por litro) BIOMETRÍAS Ictiómetro 9, Balanza A&D EK-4100i, vasos de precipitado de vidrio y plástico, botes de plástico, cajas Petri 10, espátulas, morteros, molinos de mano, bolas con sellado hermético, estuche de disección, papel aluminio, tijeras, cúter. Esencia de clavo, alcohol. Artículos de limpieza y desinfección. El laboratorio cuenta con refrigeradores y congeladores. MANTENIMIENTO DEL SISTEMA Aires acondicionados, blower, iluminación, conexiones de agua, mesas y tanques del sistema. Accesorios eléctricos y de ferretería. Instalaciones para el buen funcionamiento de los tanques y sistema. METODOLOGÍA Para la elaboración de un alimento balanceado Se deben tener los valores nutrimentales de los ingredientes o deben ser evaluados para determinar su contenido energético, proteico y lipídico para poder balancear adecuadamente la dieta en el programa Mix-it. 9 El ictiómetro es un aparato de uso en Ictiología que permite cuantificar la longitud de los peces. 10 Caja de Petri: recipiente de cristal utilizado en laboratorios, formado por dos discos que pueden adaptarse entre sí. La caja de Petri se utiliza generalmente para la separación de los microbios cuyas colonias se desarrollan aisladamente y pueden ser estudiadas con facilidad. 113

115 Por ejemplo para peces de alrededor de 2 gramos debe contener como mínimo 40% de proteína y 12% de lípidos. Se deben probar distintas sustituciones de harina y aceite de J. curcas para evaluar con cual se tiene mejores resultados con tilapia. A los alimentos para sustitución de harina de pescado por harina de J. curcas se agrega 5% de óxido de cromo para evaluar la digestibilidad. a) Moler todos los ingredientes sólidos (harinas) y tamizarlos (tamiz con apertura 1 mm, Figura 1) para lograr la mejor integración del alimento. b) En el caso particular de la harina de Jatropha curcas una vez tamizada debe meterse en un horno, a 100 C por 30 minutos. c) Pese en una balanza las cantidades requeridas de cada ingrediente. d) Mezclar los ingredientes, en el siguiente orden: primero los sólidos de mayor cantidad (harinas), después los sólidos de cantidades pequeñas (dextrina, alginato, mezclas de vitaminas y minerales, Figura 2), dejar la mezcla el tiempo necesario (aproximadamente 15 minutos a velocidad baja) para que todos los ingredientes se integren perfectamente hasta que el color de la mima sea homogéneo. Posteriormente, agregar los aceites y finalmente añada agua caliente (aproximadamente el 30% del peso total de las harinas). Se debe obtener una masa estable y homogénea (al apretar con la mano que sea firme, no quebradiza ni aguada, similar a la masa para hacer tortillas Figura 3). e) Posteriormente, pase la mezcla por el molino de carne para compactarla y obtener churros consistentes que no se quiebren al ser manipulados (Figura 4). f) Colocar los churros en soportes de aluminio con malla mosquitera dentro de un horno a <60 C durante 12 horas o hasta que se elimine el exceso de agua. g) Cortar los churros manualmente o con un molino y seleccionar los tamaños con ayuda de tamices de diferentes diámetros de luz de malla (Figura 5) para alimentar a las tilapias conforme crezcan. h) Almacenar el alimento en bolsas o frascos que los mantengan secos y en buen estado. Pueden refrigerarse si no se consumirán inmediatamente. Siempre deben etiquetarse con fecha y características de los mismos (Figura 6). Organismos Las tilapias nilóticas (Oreochromis niloticus) se transportan en bolsas plásticas con aireación saturada en hieleras colocadas en cajas de cartón. Al recibirlas debe abrir las bolsas, introducir una piedra difusora con aireación moderada y colocarlas en los tanque de confinamiento para igualar temperaturas (mínimo 30 minutos); posteriormente se liberan en los tanques (Figura 7). Los tanques de confinamiento son de fibra de vidrio de color gris con capacidad de 300 litros y son ubicados en un cuarto de 5 x 5 metros de estructura de tubos de acero (2 cm diámetro) cubierta con mallasombra y plástico para aislarlo del calor o frío y evitar la luz directa del sol, con techo de teja de metal y plástico transparente intercalada. 114

116 Durante el período de mantenimiento Colocar aireación abundante con una piedra difusora. Se debe usar el sifón diariamente los tanques para eliminar residuos de alimento y heces y reponga con agua limpia el volumen desplazado. Alimentar dos veces al día (9:00 y 16:00h) a saciedad (ofrezca alimento hasta que dejen de consumirlo inmediatamente). En caso de que las temperaturas sean menores de 15 C Colocar calentadores. Sistema de cultivo Para la evaluación de las dietas, usar 18 tanques de fibra de vidrio cilindro-cónicas de paredes negras y fondo blanco con volumen útil de 56 litros (Figura 8); cada ocho tanques deben drenar a un sistema de recirculación con un filtro biológico que consista en jabas rectangulares (70 cm de largo x 37 cm de ancho x 34 de cm altura) dividida en tres compartimientos con láminas de plástico; el primer compartimento recibirá el agua de los tanques; en el segundo compartimento colocar un costal de papas lleno de conchas de ostión y una guata enrollada (1 metros x 1.30 metros); y en el tercer compartimento colocar una bomba sumergible (18W) con válvula de desfogue (Figura 9) que mande el agua al tanque reservorio (200 litros), del cual se distribuía nuevamente el agua a todos los tanques del sistema mediante una bomba sumergible (45W). El flujo de recirculación debe ser de 1 ± 0.20 litros por minuto. El cuarto húmedo donde mantenga el sistema debe contar con fotoperíodo controlado 12 horas-luz /12 horas-oscuridad y temperatura controlada 22 ± 1 C. Colocar a todos los tanques aireación por medio de una piedra difusora. Bioensayos Colocar 10 organismos en cada tanque del sistema de recirculación y durante los primeros siete días alimentarlos con dieta comercial para aclimatarlos. En caso que mueran organismos en este período, pueden reponerse siempre y cuando coincidan en talla y peso con los originales. Una vez pasado este período hacer una distribución aleatoria de las diferentes dietas (tratamientos) con tres replicas para los dos experimentos con cinco inclusiones de harina de J. curcas como fuente proteica y cinco inclusiones de aceite de J. curcas como fuente lipídica, substituyendo harina y aceite de pescado respectivamente, también incluir un triplicado con la dieta comercial. Alimentar a saciedad tres veces al día (a las 8:00, 12:00 y 16:00 horas). Antes de la primera alimentación limpiar mediante sifoneo cada tanque para eliminar heces y restos de comida (Figura 10); reemplazar con agua limpia la sucia. Al inicio, y cada 15 días durante el experimento (45 días de duración), tomar biometrías 11 de todos los organismos (figura 3): sacarlos individualmente de cada 11 Biometría: estudio mensurativo o estadístico de los fenómenos o procesos biológicos. 115

117 tanque, anestesiarlos en una cubeta con 1 litros de agua y 0.3 ml (mililitros) de preparado de esencia de clavo (1:1 esencia de clavo: alcohol 70%) durante 10 segundos (Figura 11), pesarlos y medirlos (Figura 12), y posteriormente colocarlos en una cubeta con abundante aireación con una piedra difusora (Figura 13) hasta que se recuperen completamente antes de devolverlos a su tanque. Medir diariamente temperatura, ph, oxígeno disuelto, amonio, nitritos y nitratos del agua (Figura 14). Figura 3.- Biometria Análisis químicos Realizar análisis proximales a las harinas y de ser posible también aminoácidos y ácidos grasos para realizar el balanceo de las dietas. Durante el sifoneo diario, colectar las heces para realizarles análisis de digestibilidad y al final del experimento a los organismos también realizar análisis proximales para evaluar los resultados correctamente. Los análisis recomendados son: Proteína: mediante la técnica de combustión con el equipo LECO FP-528 de acuerdo al método de la AOAC Lípidos totales: mediante la técnica de extracción con éter de petróleo utilizando el equipo de extracción Soxtec 2050 (Foss Tecator) de acuerdo al método AOAC Energía: por medio de combustión con la técnica de calorimetría isoperbólica en bomba calorimétrica. Ceniza: por medio de una mufla a 550 C de acuerdo a ISO 5984 (1978). Materia seca: secado en un horno a 60 C durante 24 horas. 116

118 Aminoácidos: cromatografía líquida HPLC (método número AOAC, 1988). Ácidos grasos: cromatografía de gases (método Lindroth y Mopper (1979). Digestibilidad: determinación de óxido de cromo (método Furukawa y Tsukahara, 1966 FAO). Contenido energético bruto (calorías por gramo). Calidad de agua: mida diariamente nitritos, nitratos y amonio con paquetes comerciales, y de ser posible corroborar en laboratorio certificados. Análisis estadísticos Analizar todos los resultados por ANOVA de una vía para detectar posibles diferencias entre los valores de los diferentes tratamientos para los dos experimentos. Comprobar la normalidad con la prueba de Kolmogorov-Smirnoff. Cuando se detecte diferencia significativa (P<0.05), correr la prueba múltiple de Duncan s. 117

119 Paquete tecnológico para la elaboración de alimento para codorniz utilizando pasta de Jatropha curcas Dr. Alfredo Estrada Angulo * INTRODUCCIÓN El aumento en la demanda de energéticos en el pasado reciente y en la actualidad, en contraposición con la disminución de las reservas naturales de hidrocarburos, ha impulsado a la producción alternativa de biocombustibles, como lo muestran las 4 millones 251 mil toneladas producidas en 2005, a partir de aceites vegetales cómo el obtenido de girasol (Helianthus annus), palma de aceite (Elais guinensis), etanol de caña de azúcar (Saccharum officinarum) y de cereales (Zea maiz), y más recientemente a partir de especies diferentes, particularmente de Jatropha curcas. En México, la planta de Jatropha curcas presenta buen desarrollo en suelos de baja fertilidad de las regiones con clima trópico seco y húmedo con altitudes de 0 a 1000 msnm (metros sobre el nivel del mar), de las que existen más de 6 millones de hectáreas para su cultivo; de estas, 2.6 millones de hectáreas son consideradas con alto potencial productivo de Jatropha curcas, distribuidos en los estados de Sinaloa (21.44%), Tamaulipas (12.21%), Guerrero (10.85%), Chiapas (8.85%) y Michoacán (7.58%). Lo anterior permite condiciones para fomentar el uso de energía renovable sustentable, aprovechar condiciones favorables de clima y suelos no aptos para producción de alimentos, evitar la degradación y desertificación de estos, así como no utilizar alimentos para producción de energía y propiciar la formación de asociaciones de productores de biomasa y biocombustibles que permitan a través de inversionistas, ingresos adicionales a productores en comunidades rurales. En el norte de Sinaloa, el cultivo de Jatropha curcas en genotipos no tóxicos ha logrado producir hasta 5 mil kg de semilla seca por hectárea, de los que 2000 kg son de aceite y 3000 kg de pasta rica en proteína; sin embargo, la producción es relativa y depende de la edad de la planta que produce desde kg, en aquellas con 1-2 años hasta 5 kg por planta en las que tienen 5-10 años. De igual forma varía el porcentaje de pasta excedente de la extracción de aceite de la semilla, misma que debido a su alto contenido nutricional [MS (materia seca) 94.1, PC (proteína cruda) 64.6, grasa 1.32, cenizas 12.5, y fibra cruda 8.9), un contenido calórico similar a la soya, y un balance adecuado de aminoácidos a excepto de lisina. * Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS). Colaboradores: Dr. Alejandro Plascencia Jorquera (UABC), Dr. Jesús José Portillo Loera (UAS), Dr. Francisco Gerardo Ríos Rincón (UAS), Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante (CIAD), DR. Horacio Dávila Ramos (UAS), DR. Juan Carlos Robles Estrada (UAS). 118

120 Por lo tanto, puede ser un excelente alimento para los animales, sobre todo por el contenido marginal en curcina y esteres de forbol 12 que confieren su principal efecto tóxico. La semilla, como la harina sin desintoxicar resultante de la obtención de acetite de estas, han sido objeto de evaluaciones experimentales sobre la toxicidad en diversas especies a través del tiempo. Asimismo, más recientemente la investigación con pasta de Jatropha curcas desintoxicada ha involucrado su utilización como potencial ingrediente en la alimentación en peces, avizorando así la capacidad de la harina de Jatropha curcas en la alimentación animal como una mejora económica indiscutible, paralela a valor del aceite de las semillas. Por otro lado, los rumiantes como los ovinos productores de carne han tenido en el rubro pecuario un crecimiento sostenido, siendo año tras año una de las actividades más rentables en el país y en Sinaloa. Estos demandan gran cantidad de harinas proteicas, destacando la de soya, canola y semilla de algodón, apareciendo actualmente como una alternativa potencial la harina de Jatropha curcas. Sin embargo, la incorporación de esta harina de variedades no tóxicas de Jatropha curcas en la alimentación de aves para evaluar su respuesta productiva es prácticamente desconocida, la información bibliográfica marginal y más aún las características de la canal y de la carne, lo que hace necesario generar conocimiento en esta área, razón por lo que se plantea como objetivo el realizar diversos trabajos de investigación. INSUMOS Los insumos o elementos necesarios que se requieren para llevar a cabo un paquete tecnológico de alimentos balanceados para codornices en engorda, son los siguientes: Codorniz japonesa de un día de nacida. Ingredientes alimenticios, como grano de maíz molido, harina de soya, harina de almendra de Jatropha curcas desgrasada parcialmente, aceite vegetal, enzima fitasa y una premezcla comercial de vitaminas y minerales y aminoácidos esenciales como lisina y metionina. 12 Esteres de forbol: sustancia a la que se le atribuye la principal causa de envenenamiento en jatropha; en base a su concentración, estas plantas son clasificadas como tóxicas o no tóxicas. 119

121 Figura 1.- Bebederos y charolas para alimentación de codornices Los ingredientes se adquieren a los costos comerciales del mercado, que a la fecha (abril de 2013) pueden ser: Maíz molido, 5 pesos por kilogramo. Harina de soya, 9.50 pesos por kilogramo. Harina de Jatropha curcas no tóxica a 7.50 pesos por kilogramo. Aceite vegetal, 20 pesos. Enzima fitasa, 50 pesos por kilogramo. Premezcla comercial, pesos por kilogramo. Cuadro 1. Los ingredientes anteriores se combinan de manera ideal en la formula siguiente: Ingrediente Porcentaje de inclusión Maíz molido 58.8% Harina de soya 27.0% Harina de Jatropha curcas no tóxica 10.0% Enzima fitasa 0.20%, Premezcla de vitaminas y minerales 4.0% Totales 100% 120

122 Todo lo anterior para un total de 100%, o una cantidad de 100 kg de alimento balanceado para pequeños productores de aves. Los 100 kg son suficientes para alimentar 175 codornices durante todo su proceso de engorda de 28 días. El costo total de la dieta será de 7.88 pesos por kilogramo, costo que se puede mejorar si se realiza un esfuerzo de comprar ingredientes a precios de mayoreo en agrupaciones de productores. METODOLOGÍA Las codornices utilizadas pueden ser desde un día de edad hasta 14 días (figura 2), siendo suficiente un período de engorda total de días para que las aves depositen la mínima grasa posible. Estos animales deben ser alimentados a libre acceso, debiendo ser revisados los comederos de tolva todos los días por la mañana a las 9:00 am. Cada día debe ir incrementándose la cantidad que se puedan consumir, ya que su crecimiento es rápido, lo que hace que la cantidad consumida sea variable a la alza. Para evitar que el alimento se acumule y se enrancie en el comedero, por la mañana debe removerse de la tolva para que fluya correctamente al comedero colectivo. Ya que en zonas tropicales como Sinaloa, Sonora y Nayarit el alimento se hace menos palatable conforme se acumula en el comedero. La vigilancia de la iluminación y la ventilación para conservar una temperatura adecuada de acuerdo a las necesidades de cada etapa harán que los consumos de alimento sean los indicados y que los pesos para sacrificio satisfagan las necesidades del mercado. El alimento se puede preparar en un mezclado a pala en el piso o en una mezcladora industrial o de uso rudo para mezclar concreto con capacidad para un saco de cemento. En caso de usar una mezcladora de cemento, el tiempo de mezclado debe ser un mínimo de 7-10 minutos una vez agregados todos los ingredientes. 121

123 Figura 2.- Codornices de 7 días de edad ESTRUCTURA DE COSTOS Ganancias de peso de g/semana/ave (gramos por semana por ave). Consumo de alimento de g/semana/ave. Canales de codorniz de gramos por ave e ingresos brutos por venta por ave en canal de 18 pesos; por lo que por cada 100 kg de alimento preparado se obtendrán 175 canales de codorniz; a 18 pesos cada una, da un total de 3 mil 150 pesos; habiendo gastado 788 pesos por concepto de alimentación, queda una ganancia bruta de 2 mil 362 pesos por cada 100 kg de alimento invertido. Cada ave de un día cuesta 5 pesos, por lo que se invertirían 1000 pesos en codornices, contemplando la mortalidad de guarnigones (codorniz pequeña de un día de edad); quedan entonces 1,362 pesos como total, menos los posibles gastos de operación. Cuando por alguna situación se deba remover o modificar la cantidad de algún ingrediente, lo que no debe modificarse sustancialmente son los nutrimentos de la dieta, siendo recomendable los siguientes: materia seca 89.95%, proteína cruda 22.98%, energía metabolizable 3150 kcal/kg, lisina 1.20%, metionina 0.62%, calcio 1.05%, fósforo 0.69, extracto etéreo total 6.36; para un costo total aproximado de 7 mil 878 pesos por tonelada de alimento preparado. Los resultados concluyentes para la fórmula alimenticia balanceada para aves de engorda conteniendo harina de Jatropha curcas no tóxica es de 10% del total, más la inclusión de 27% de harina de soya; por lo que la combinación propuesta es la más adecuada en la elaboración de alimentos balanceados cuando se usa harina de jatropha elaborada a partir de almendra de semilla completa desgrasada parcialmente. 122

124 Paquete tecnológico para la elaboración de alimento para rumiantes utilizando pasta de Jatropha curcas Dr. Alfredo Estrada Angulo * INTRODUCCIÓN El aumento en la demanda de energéticos en el pasado reciente y en la actualidad, en contraposición con la disminución de las reservas naturales de hidrocarburos, ha impulsado a la producción alternativa de biocombustibles, como lo muestran las 4 millones 251 mil toneladas producidas en 2005, a partir de aceites vegetales cómo el obtenido de girasol (Helianthus annus), palma de aceite (Elais guinensis), etanol de caña de azúcar (Saccharum officinarum) y de cereales (Zea maiz), y más recientemente a partir de especies diferentes, particularmente de Jatropha curcas. En México, la planta de Jatropha curcas presenta buen desarrollo en suelos de baja fertilidad de las regiones con clima trópico seco y húmedo con altitudes de 0 a 1000 msnm (metros sobre el nivel del mar), de las que existen más de 6 millones de hectáreas para su cultivo; de estas, 2.6 millones de hectáreas son consideradas con alto potencial productivo de Jatropha curcas, distribuidos en los estados de Sinaloa (21.44%), Tamaulipas (12.21%), Guerrero (10.85%), Chiapas (8.85%) y Michoacán (7.58%). Lo anterior permite condiciones para fomentar el uso de energía renovable sustentable, aprovechar condiciones favorables de clima y suelos no aptos para producción de alimentos, evitar la degradación y desertificación de estos, así como no utilizar alimentos para producción de energía y propiciar la formación de asociaciones de productores de biomasa y biocombustibles que permitan a través de inversionistas, ingresos adicionales a productores en comunidades rurales. En el norte de Sinaloa, el cultivo de Jatropha curcas en genotipos no tóxicos ha logrado producir hasta 5 mil kg de semilla seca por hectárea, de los que 2000 kg son de aceite y 3000 kg de pasta rica en proteína; sin embargo, la producción es relativa y depende de la edad de la planta que produce desde kg., en aquellas con 1-2 años hasta 5 kg por planta en las que tienen 5-10 años. De igual forma varía el porcentaje de pasta excedente de la extracción de aceite de la semilla, misma que debido a su alto contenido nutricional [MS (materia seca) 94.1, PC (proteína cruda) 64.6, grasa 1.32, cenizas 12.5, y fibra cruda 8.9), un contenido calórico similar a la soya, y un balance adecuado de aminoácidos a excepto de lisina. * Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS). Colaboradores: Dr. Alejandro Plascencia Jorquera (UABC), Dr. Jesús José Portillo Loera (UAS), Dr. Francisco Gerardo Ríos Rincón (UAS), Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante (CIAD), DR. Horacio Dávila Ramos (UAS), DR. Juan Carlos Robles Estrada (UAS). 123

125 Por lo tanto, puede ser un excelente alimento para los animales, sobre todo por el contenido marginal en curcina y esteres de forbol 13 que confieren su principal efecto tóxico. La semilla, como la harina sin desintóxicar resultante de la obtención de acetite de estas, han sido objeto de evaluaciones experimentales sobre la toxicidad en diversas especies a través del tiempo. Asimismo, más recientemente la investigación con pasta de Jatropha curcas desintóxicada ha involucrado su utilización como potencial ingrediente en la alimentación en peces, avizorando así la capacidad de la harina de Jatropha curcas en la alimentación animal como una mejora económica indiscutible, paralela a valor del aceite de las semillas. Por otro lado, los rumiantes como los ovinos productores de carne han tenido en el rubro pecuario un crecimiento sostenido, siendo año tras año una de las actividades más rentables en el país y en Sinaloa. Estos demandan gran cantidad de harinas proteicas, destacando la de soya, canola y semilla de algodón, apareciendo actualmente como una alternativa potencial la harina de Jatropha curcas. Sin embargo, la incorporación de esta harina de variedades no tóxicas de Jatropha curcas en la alimentación en rumiantes para evaluar su respuesta productiva es prácticamente desconocida, la información bibliográfica marginal y más aún las características de digestión y función ruminal, lo que hace necesario generar conocimiento en esta área, razón por lo que se plantea como objetivo evaluar el efecto de la inclusión de niveles crecientes de harina de Jatropha curcas en dietas integrales en las características de digestión de nutrimentos, respuesta productiva y características de la canal en ovinos productores de carne en finalización. INSUMOS Los insumos o elementos necesarios que se requieren para llevar a cabo un paquete tecnológico de alimentos balanceados para rumiantes ovinos de pelo en engorda, son los siguientes: Ovinos de pelo, de un peso mínimo de kg (kilogramos). Ovinos pelo, de un peso máximo de kg. Ingredientes alimenticios como: heno de Sudán, grano de maíz quebrado, harina de soya, harina de semilla completa de Jatropha curcas desgrasada parcialmente, melaza de caña, zeolita, y una premezcla comercial de vitaminas y minerales con Ionóforos 14 ; los cuales pueden ser adquiridos en el mercado de acuerdo a los costos presentados. 13 Esteres de forbol: sustancia a la que se le atribuye la principal causa de envenenamiento en jatropha; en base a su concentración, estas plantas son clasificadas como tóxicas o no tóxicas. 14 Un ionóforo es una molécula soluble en lípidos, usualmente sintetizada por microorganismos para transportar iones a través de una bicamada lipídica de membrana celular. 124

126 Cuadro 1. Ingrediente Costo (pesos, mn) Heno de Sudán 2.00 Maíz quebrado 5.00 Harina de soya 9.50 Harina de jatropha 7.50 Melaza de caña 3.50 Zeolita 3.50 Premezcla de vitaminas, minerales y 7.50 aditivos Total de costos por kilogramo 4.46 pesos Cuadro 2. Ingredientes combinados de manera ideal se muestran en la siguiente fórmula. INGREDIENTE PORCENTAJE DE INCLUSIÓN DEL INGREDIENTE Heno de Sudán 20.0% Maíz quebrado 48.0% Harina de soya 3.5% HJCNT 14.0% Melaza de caña 10.0% Clinoptilolita 2.0% Premezcla vit. y min. 2.5% Total 100% ANÁLISIS NUTRICIONAL CALCULADO Porcentaje de materia seca 89.22% Porcentaje de proteína cruda 14.63% Energía dig. Mcal/kg 3.26% Energía metab.(mcal/kg) 2.67% Energía N de gramos (Mcal/kg) 1.14% Extracto etéreo 4.28% Calcio 1.07% Fósforo 0.38% Fibra cruda 13.26% Costo por tonelada (bn) Ganancia extra por tonelada de alimento 4462 pesos 321 pesos Todo lo anterior corresponde a un total de 100%, o una cantidad de 100 kg de alimento balanceado para pequeños productores. Los 100 kg son suficientes para alimentar diariamente a 65 o 70 borregos de engorda. El costo total de la dieta será de 4.46 pesos por kilogramo, costo que se puede mejorar si se realiza un esfuerzo de comprar ingredientes a precios de mayoreo en agrupaciones de productores. 125

127 METODOLOGÍA Los ovinos de pelo destetados de un peso vivo de kg como un mínimo y de un máximo de kg para que la engorda sea rentable, y con un periodo de duración mínimo de 56 días para los animales más pesados (30-32 kg) y un periodo máximo de 112 días para los animales más livianos (18-20 kg). Estos animales deben ser alimentados dos veces por día (figura 1), a las 9:00 am y a las 3:00 pm, con una cantidad inicial de 500 gramos por la mañana y 500 gramos por la tarde, cada día debe ir incrementándose 50 g/borrego/día. Figura 1.- Alimentación de bovinos La cantidad de la tarde se mueva a la alza, y la cantidad de la mañana se mantiene fija en 500 gramos, ello para evitar que el alimento se acumule y se enrancie en el comedero, ya que en zonas tropicales como Sinaloa, Sonora y Nayarit el alimento pierde palatabilidad conforme se acumula en el comedero. Los 500 gramos del desayuno deberán ser consumidos de manera rápida, evitando así el pisoteo. En la servida de las 3:00 pm el animal se encontrará deseoso de comer y por la tarde descansa y sigue comiendo por la noche, lo que hace que los consumos en las horas de la noche se incrementen. El incremento de la tarde será constante en 50 g/cabeza por día hasta que el animal demuestre por la mañana que ya llega a su punto de llenado al 100%, esto manejando un sistema de alimentación a libre acceso. 126

128 El alimento se puede preparar en un mezclado a pala en el piso de concreto o en una mezcladora industrial de uso rudo para mezclar concreto con capacidad para un saco de cemento. En caso de mezclado en mezcladora de cemento, el tiempo de mezclado debe ser un mínimo de 7-10 minutos una vez agregados todos los ingredientes. Siguiendo al pie de la letra estas prácticas, los animales deberán incrementar un mínimo de 200 gramos/día, lo que hace que lleguen a un peso de kg de peso vivo al sacrificio a los 56 días los animales que ingresaron a la engorda de kg. Los que ingresaron a la engorda de kg deberán permanecer alrededor de 112 días para lograr un peso comercial atractivo de 42 kg de peso vivo. ESTRUCTURA DE COSTOS Borregos finalizados de kg de peso vivo. Ganancias de peso de g/borrego/día. Consumo de alimento de kg/borrego/día. Canales ovinas comerciales de kg para venta. Ingresos brutos por venta por borrego en pie de 1394 pesos. Ingresos brutos por venta/borrego en canal de 1410 pesos. Observando que prácticamente son los mismos ingresos por vender en vivo a 34 pesos el kilogramo de borrego finalizado, ya que los costos del sacrificio se pagan con los costos de la piel de cada animal. Los resultados concluyentes para la fórmula alimenticia balanceada para ovinos de pelo en engorda conteniendo harina de Jatropha curcas no tóxica es de 14% del total, más la inclusión de 3.5% de harina de soya, por lo que la combinación propuesta es la más adecuada en la elaboración de alimentos balanceados cuando se usa harina de jatropha elaborada a partir de semilla completa desgrasada parcialmente. La semilla debe ser adquirida a un costo comercial de 7 mil 500 pesos la tonelada, dado que tiene menor cantidad de proteínas que la soya, pero más que una semilla de algodón, cuyas características de contenido de grasas la hace atractiva como ingrediente para la elaboración de alimentos balanceados para rumiantes. La harina de Jatropha curcas deberá siempre adquirirse a un precio fijo de 20% menor al precio internacional de la harina de soya. 127

129 Producción de biodiesel y glicerina a partir de Jatropha curcas Dr. Ignacio Contreras Andrade * INTRODUCCIÓN El desarrollo del mundo moderno y su proceso industrial se ha basado en el aprovechamiento de combustibles fósiles, el carbón y el petróleo, de relativamente fácil obtención, bajo costo de producción y fácil transporte, desplazando a otras fuentes de energía. Hoy, la posible extinción a mediano plazo del aprovisionamiento de estas reservas fósiles, la mayor incidencia de una conciencia ambientalista y la realidad concreta del deterioro del medio ambiente, han modificado la situación precedente, y reactivaron la búsqueda de combustibles más amigables con el medio ambiente. En este sentido, las plantas de biocombustibles (PB) se enmarcan adecuadamente para el cumplimiento de estos propósitos, dando la posibilidad al agro de sumar un nuevo rol aparte de ser el proveedor de alimentos a la población y el sostenimiento de la balanza comercial; además, las PB tendrán ahora también la posibilidad de contribuir con la creciente demanda mundial referida a la protección del medio ambiente, uno de cuyos elementos centrales es reducir la emisión de gases de efecto invernadero, a ser la futura fuente de insumos para la producción de combustibles ecológicos provenientes de recursos renovables y apoyar un emprendimiento industrial generando desarrollo tecnológico y fuentes de trabajo. Las plantas de biocombustibles serán de enorme importancia para México, e incluso un instrumento que podrá introducir cambios en el eje del poder económico mundial, ya que los motores diesel requieren un combustible que sea limpio al quemarlo, además de permanecer estable bajo las distintas condiciones en las que opera. Actualmente, el biodiesel es reconocido como el mejor combustible alterno para motores diesel debido a que su materia prima es renovable, es biodegradable y más amigable con el medio ambiente; el biodiesel probablemente tiene mejor eficiencia que la gasolina y presenta gran potencial para motores de compresiónignición. Tradicionalmente, el biodiesel se produce principalmente de aceite de soya, ricino y palma, aunque consideraciones sociales y económicas han llamado la atención a materia prima de biomasa que no compite con la alimentación animal, consideradas como de segunda generación; tal es el caso del aceite de Jatropha curcas. * Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS). Colaboradores: Dr. Carlos Guerrero Fajardo, UNAL Bogotá, Colombia; Dr. Marco Antonio Sanchez Castillo, UASLP, San Luis Potosí, México. 128

130 Es bien sabido que la competitividad del biodiesel tiene que mejorarse para difundir su consumo. Para ello, se proponen dos rutas para superar este problema. Una está relacionada con la obtención de materia prima barata (por ejemplo, aceites vegetales no comestibles, grasas animales y aceites usados). La otra es reducir costos de procesamiento. El origen de la materia prima es de gran relevancia porque determina las propiedades finales del biodiesel y también el tipo de proceso que se usará. Es importante notar que la materia prima de bajo costo usualmente contiene cantidades significativas de ácidos grasos libres (FFA), lo cual ocasiona que el proceso final de purificación sea más costoso y complejo; por ejemplo, el agotamiento del catalizador se acelera, los costos de purificación se incrementan y la productividad en transesterificación 15 con catalizadores alcalinos disminuye. Por otra parte, se generan corrientes de desecho lo cual disminuye el carácter de combustible verde. Existen varias tecnologías convencionales de biodiesel probadas para superar los inconvenientes indicados. Por ejemplo, algunas plantas en Europa producen biodiesel mediante transesterificación usando metanol supercrítico sin catalizador. En este caso, la reacción es muy rápida (menos de cinco minutos) y, la ausencia de catalizador ocasiona una disminución en los costos de purificación de las etapas siguientes a la reacción. Sin embargo, la reacción requiere muy alta temperatura [ C (grados centígrados)] y presión ( atmósferas) que, a su vez, incrementa los costos de inversión y seguridad. Otra alternativa propuesta es usar catálisis 16 heterogénea, que puede separar más fácilmente los productos de reacción y requiere menos condiciones de reacción extremas que el proceso de metanol supercrítico. Sin embargo, estas tecnologías están lejos de producir biodiesel a bajo costo, aun si superaran algunos problemas de los procesos convencionales. En este panorama, las nuevas tecnologías son todavía requeridas para la transformación de biomasa de segunda y tercera generación, así como biomasa residual, en la producción sustentable de biodiesel. Al respecto, un incremento en el número de aplicaciones de transformaciones químicas de procesos ultrasónicos (US) han hecho de la sonoquímica (química del sonido) un área de investigación y desarrollo atractiva. El beneficio principal del US es mejorar la reactividad química proporcionando suficiente energía a través del fenómeno de cavitación. Las implosiones de burbuja generadas con este fenómeno proporcionan la energía suficiente para romper enlaces químicos. 15 La transesterificación es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un éster por otro alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base. 16 Catálisis: proceso por el cual se aumenta o disminuye la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador. 129

131 De esta forma, la aplicación de US puede cambiar completamente el mecanismo de reacción así como también la productividad de la reacción y selectividad. Por ello, los principales beneficios que pueden señalarse a partir de la aplicación de US son el incremento en la velocidad de reacción y el uso de condiciones de operación menos severas, así como períodos de inducción cortos y reducción de la cantidad de reactivos. Una extensión interesante del US es la posibilidad de aplicarlo en la transesterificación de aceites vegetales para producir biodiesel. Típicamente, esta reacción de cinética lenta muestra limitaciones en la transferencia de masa. De esta forma, en este paquete tecnológico se propone que el fenómeno de cavitación del proceso US podría utilizarse para proporcionar al energía de activación requerida en la reacción así como las condiciones (por ejemplo, energía mecánica) para mejorar el mezclado de la reacción, y con se demuestra que el modelo US proporciona una ventaja técnica y económica para la producción de biodiesel comparado con los procesos de transesterificación convencionales. Lo anterior, aunado con la eliminación de agua durante el proceso de refinación, hace de este un procedimiento muy promisorio para el avance tecnológico regional en Sinaloa. QUÉ ES Y CÓMO SE PRODUCE EL BIODIESEL? El biodiesel, es un combustible líquido no contaminante y biodegradable, que se utiliza en diversas ramas del transporte como el urbano, minero y agrícola. Con su consumo se reduce el nivel de emisiones de CO 2, de sulfuros, el humo visible y los olores nocivos. Como su punto de inflamación es superior, la manipulación y el almacenamiento son más seguros que en el caso del combustible diesel convencional. El biodiesel se define brevemente como un combustible renovable derivado de aceites vegetales o grasas animales. De forma similar, la ASTM define al biodiesel como ésteres de ácidos grasos monoalquilados, de cadena larga, derivados de materia grasa renovable como aceites vegetales ó grasas animales. El término bio se refiere a su origen a partir de fuentes relacionadas con biomasa en contraposición a los derivados de fósiles tradicionales, mientras que el término diesel se refiere a su uso en motores; como combustible el biodiesel se usa mezclado con diesel regular. El biodiesel se obtiene por transesterificación, proceso que combina aceites vegetales y/o grasas animales con alcohol (metanol o etanol) en presencia de un catalizador con el fin de formar ésteres grasos. Del producto recuperado se separa la glicerina como un subproducto muy valioso para la industria. La mezcla de alcohol y éster restante se separa y el exceso de alcohol se recicla. 130

132 Posteriormente, los ésteres 17 son sometidos a un proceso de purificación que consiste de manera convencional en el lavado con agua, secado al vacío y posterior filtrado. En general, el proceso de producción de biodiesel se lleva a cabo de la siguiente manera: el aceite debe ser limpio y con un máximo de 0.5% de ácidos grasos libres. Después se mezcla el aceite con 16% de metanol o 43% de etanol y con 1-3% catalizador (KOH o NaOH). El metanol o el etanol y el catalizador deben estar libres de agua. El aceite no debe tener más de 0.1 % de H 2 O para evitar la formación de jabón. Después de agitar esta mezcla durante minutos a una temperatura entre 50 a 60 C, se separa el biodiesel de la fase glicerina por decantación (Figura 1). La fase glicerólica (pesada) se forma a partir de la glicerina, de los jabones, del catalizador y del metanol sobrante. El éster formado se lava con agua para eliminar remanentes del catalizador y de glicerina. El éster se somete a secado y el producto obtenido (biodiesel) se envía a tanques de almacenamiento como producto terminado. Bi G Figura 1. Biodiesel y glicerina típicos productos de reacción de transesterificación Química del proceso de producción del biodiesel En la química de la transesterificación (nombre de la reacción para la producción de biodiesel), se produce un intercambio de metanol por glicerol (bajo ciertas condiciones) produciendo metil-éster de ácidos grasos. Cada molécula de aceites y grasas de plantas y animales tienen la misma configuración y solo difieren en la longitud de la cadena de carbono o en el número de dobles enlaces, lo cual produce diferentes puntos de fusión, estabilidad de oxidación, etc. La transesterificación se basa en la reacción de moléculas de triglicéridos (el número de átomos de las cadenas está comprendido entre 15 y 23, siendo el 17 Ésteres: Compuestos orgánicos en los que un grupo orgánico reemplaza a un átomo de hidrógeno (o más de uno) en un ácido oxigenado. 131

133 más habitual de 18) con alcoholes de bajo peso molecular (metanol, etanol, propanol, butanol) para producir ésteres (FAME, por su siglas en Inglés) y glicerina (que puede ser utilizada en cosmética, alimentación, farmacia, etc.). Figura 2. Reacción de transesterificación. La reacción de transesterificación, que se presenta en la Figura 2, se desarrolla en una proporción molar de alcohol a triglicérido de 3 a 1, reaccionando en la metanólisis 1 mol de triglicérido con 3 moles de alcohol (aunque en la práctica se añade una cantidad adicional de alcohol para desplazar la reacción hacia la formación del éster metílico). Esta reacción se lleva a cabo por pasos, involucrando diferentes reacciones que consisten químicamente en tres reacciones reversibles y consecutivas. El triglicérido es convertido consecutivamente en diglicérido, monoglicérido y glicerina; en cada reacción se libera un mol de biodiesel (éster metílico), de acuerdo a la Figura 3. Figura 3. Reacciones implicadas en la transesterificación. En la reacción de transesterificación se utiliza un catalizador para mejorar la velocidad de reacción y el rendimiento final, sin este no sería posible tal reacción. Los catalizadores pueden ser ácidos homogéneos (H2SO 4, HCl, H 3 PO 4 ), ácidos heterogéneos (Zeolitas, Resinas Sulfónicas, SO4/ZrO2, WO3/ZrO2), 132

134 básicos heterogéneos (MgO, CaO, Na/NaOH/Al 2 O 3 ), básicos homogéneos (KOH, NaOH) o enzimáticos (Lipasas: Candida, Penicillium, Pseudomonas). De todos ellos, los catalizadores que se suelen utilizar a escala comercial son los catalizadores homogéneos básicos, ya que actúan mucho más rápido y además permiten operar en condiciones moderadas. En el caso de la reacción de transesterificación, cuando se utiliza un catalizador ácido se requieren condiciones de temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos, por ello es frecuente la utilización de derivados de ácidos más activos. Sin embargo, la utilización de álcalis, que como se ha comentado es la opción más utilizada a escala industrial, implica que los glicéridos y el alcohol deben ser anhidros (<0,06 % v/v) para evitar que se produzca la saponificación. Además, los triglicéridos deben tener una baja proporción de ácidos grasos libres para evitar que se neutralicen con el catalizador y se formen también jabones. De esta manera las reacciones secundarias que se pueden dar son las siguientes: de saponificación, de neutralización de ácidos grasos libres, y de esterificación. Tecnologías del procesamiento de biodiesel Existen diversas y variadas tecnologías para la producción de biodiesel, en la que su nombre depende del tipo de catalizador que se emplea, por ejemplo: la transesterificación empleando catalizador homogéneo alcalino, homegéneo ácido, catalizador heterogéneo; también una tecnología que opera en ausencia de un catalizador denominada proceso de metanol supercrítico. Asimismo, existen un gran número de investigadores en la búsqueda de mejores eficiencias de estos proceso, tal es el caso de la catálisis alcalina asistida por ultrasonido, tema central de este paquete tecnológico. Su selección depende de factores, como los relacionados con la materia prima: concentración de ácidos grasos libres (AGL) o Free Fatty Acid (FFA, por su siglas en inglés), perfil lipídico y presencia de humedad en el proceso. Y los debidos a la naturaleza del proceso: tipo de alcohol, relación molar (alcohol: aceite), tipo de catalizador, tiempo de reacción, agitación, todos estos factores con serias repercusiones sobre el rendimiento, conversión y cinética de la reacción. CATÁLISIS ÁCIDA La transesterificación es catalizada por ácidos de Bronsted, como el sulfónico o el sulfúrico: las conversiones a ésteres son elevadas, superando 99%, pero la velocidad de reacción es lenta, sobrepasando en algunos casos las tres horas para condiciones normales. Además, se requieren temperaturas superiores a los 100 C, la separación del glicerol es difícil de realizar y se requieren materiales de construcción resistentes para los equipos. CATÁLISIS CON LIPASAS Las enzimas hidrolíticas se han aplicado en las síntesis químicas gracias a su estabilidad, tolerancia a los solventes y a que no requiere de coenzimas. 133

135 La aplicación de este método aún no es viable comercialmente, debido a que posee cinéticas relativamente lentas, y las condiciones de operación son bastante rigurosas. CATÁLISIS ALCALINA NO IÓNICA Para simplificar las manipulaciones del proceso se han realizado numerosos estudios acerca del desempeño de bases orgánicas. Se han empleado guanidinas, amidinas, piperidina, trietilamina, entre otras. Los resultados han variado de acuerdo a la sustancia utilizada, pero en general se obtienen conversiones altas y tiempos mínimos de reacción. Sin embargo, este método tiene como desventajas la dificultad de separación de los productos y un costo elevado del catalizador. CATÁLISIS HETEROGÉNEA Se han probado polímeros con unidades químicas que proporcionan sitios activos básicos no iónicos, como poliestireno/divinilbenceno, poliuretanos y alquilguanidinas soportadas, entre otros, los cuales presentan la ventaja de que el catalizador no se incluye como una impureza y la cinética de separación de los productos es rápida. A pesar de esto, el método no es viable para grandes volúmenes de producción, pues es muy susceptible a las impurezas, y el catalizador es costoso. CATÁLISIS SUPERCRÍTICA En este método los reactivos se llevan a las condiciones críticas del alcohol utilizado (generalmente metanol), y se cargan al reactor. La cinética es 10 veces más rápida que el mejor de los anteriores casos, con conversiones superiores al 99%. Posee como desventajas las condiciones extremas de operación (350 C y 30 Mpa), que lo hacen inviable para la producción a gran escala. CATÁLISIS ALCALINA Es el proceso industrialmente más desarrollado y empleado, puesto que los catalizadores empleados, como hidróxidos o carbonatos de sodio o potasio, son baratos, son menos corrosivos que los catalizadores ácidos y se alcanzan conversiones superiores al 99%. La cinética es relativamente rápida, no requiere equipos complicados y la separación de los productos es fácil de realizar. Su desventaja consiste en la ausencia total de agua, puesto que esta induce una hidrólisis con formación de jabones y pérdidas de éster. El diseño de la planta para producción de biodiesel a partir de aceite de palma utiliza este método, con las recomendaciones y condiciones sugeridas por el Palm Oil Research Institute of Malaysia PORIM. El método más empleado en la industrialización de la producción de biodiesel es la catálisis alcalina. Por esta razón las tecnologías descritas en esta sección utilizan la ruta catalítica, a partir de la cual se han identificado 85 plantas de las cuales 30 corresponden a tamaños piloto en un intervalo de 500 y 3 mil toneladas por año y 134

136 las restantes a escala mayor con capacidades entre 10 mil y 120 mil toneladas por año. Las etapas de producción del producto en mención dependen del tipo de proceso seleccionado. En él los insumos utilizados son principalmente aceite de vegetal, metanol, hidróxido de sodio como catalizador y agua para el proceso de lavado. Los productos generados son metil o etil ester de aceite vegetal (biodiesel) y glicerina entre el 80% y 85% de pureza. PROCESO DE ULTRASONIDO El sonido promueve o mejora las reacciones químicas, las ondas acústicas son propagaciones de la presión de oscilación de las ondas vibracionales en un medio determinado (gas, líquido o sólido). Si la presión de la onda propagadora a través del líquido tiene suficiente intensidad, puede ocurrir formación de burbujas debido a que el gas disuelto en el líquido no puede permanecer disuelto debido a que la solubilidad del gas es proporcional a la presión, esto se conoce como fenómeno de cavitación. Las miles de burbujas formadas durante el fenómeno de cavitación facilita la formación de una microemulsión de metanol, KOH y aceite a alta temperatura, lo cual disminuye drásticamente las limitaciones de transferencia de masa, en este escenario la reacción de transesterificación puede ser llevada a cabo en unos pocos segundos a temperatura ambiente y presión atmosférica disminuyendo los costos de producción, este fenómeno se muestra en el siguiente modelo: Bulk de metanol- aceite Methanol-oil microemulsion interior oil Punto Caliente Burbuja Quasi-adiabática 4726 ºC and, 500 atm Interfase Gas- Liquido Zona de Transesterificación T 25 ºC and, 1 atm Figura 4. Modelo de sonotransesterificación. 135

137 VARIABLES IMPORTANTES QUE AFECTAN A LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Acidez y humedad Los contenidos de ácidos grasos y de humedad son los parámetros determinantes de la viabilidad del proceso de transesterificación del aceite vegetal. Para que se realice la reacción completa, sin ningún pretratamiento, se necesita un valor de ácidos grasos libres menor al 3% en el aceite vegetal. Entre más alta es la acidez del aceite, menor es la conversión. Además, tanto el exceso como la deficiencia de catalizador pueden producir la formación de jabón. La presencia de humedad disminuye el rendimiento de la reacción, pues el agua reacciona con los catalizadores formando jabones. Si las grasas animales o los aceites vegetales con valores altos de FFA se quieren utilizar para producir biodiesel, es necesario refinarlos con una neutralización utilizando una solución de NaOH para eliminar los ácidos grasos libres. Igualmente, el proceso de catálisis ácida también se puede usar para la esterificación de estos ácidos grasos. Las materias primas usadas como base para el proceso de alcohólisis deben cumplir ciertas especificaciones. Los triglicéridos deben tener un valor ácido bajo y los materiales deben contener baja humedad. La adición de catalizadores de hidróxido de sodio compensa la alta acidez, pero el jabón resultante provoca un aumento de viscosidad o de formación de geles que interfieren en la reacción y en la separación del glicerol. Cuando no se dan estas condiciones los rendimientos de la reacción se reducen sustancialmente. El hidróxido y metóxido de sodio o de potasio deben mantener un grado de humedad bajo. Su contacto con el aire disminuye la efectividad del catalizador por su interacción con el dióxido de carbono y la humedad. Actualmente, la mayor parte del biodiesel producido, procede de aceites vegetales al que se le añade metanol y un catalizador alcalino. Sin embargo hay muchos aceites de bajo costo y grasas animales que pueden ser utilizados. Su problema radica en que suelen contener gran cantidad de ácidos grasos que no se pueden convertir en biodiesel usando catalizadores alcalinos. En estos casos es necesario hacer la esterificación en dos etapas: inicialmente debe realizarse un pre-tratamiento para convertir los FFA en ésteres metílicos con un catalizador ácido, y en un segundo paso se realiza la transesterificación con un catalizador alcalino, para completar la reacción. Tipo de catalizador y concentración Los catalizadores empleados para la transesterificación de los triglicéridos se pueden clasificar en alcalinos, ácidos, enzimáticos o catalizadores heterogéneos, siendo los básicos y en particular los hidróxidos los más utilizados. Si el aceite usado tiene un alto grado de ácidos grasos y elevada humedad los catalizadores ácidos son los más adecuados. Estos ácidos pueden ser sulfúrico, fosfórico o ácido sulfónico orgánico. El metóxido de sodio provoca la formación de muchos subproductos, principalmente sales de sodio, que deben eliminarse posteriormente. En los procesos de metanólisis alcalina los principales catalizadores usados han sido el hidróxido potásico y el hidróxido sódico, ambos en concentraciones de 0.4 a 2% v/v de aceite. 136

138 Aceites, tanto refinados como crudos, con un 1% de catalizador (tanto hidróxido sódico o potásico) han tenido muy buenos resultados. La metanólisis del aceite de soja, por ejemplo, ha producido sus mejores resultados de rendimiento y viscosidad con una concentración de 1% de hidróxido potásico. Se han probado catalizadores de metales alcalino-térreos en la transesterificación de aceites de colza. El proceso se lleva a cabo si aparecen iones de metóxido en la reacción intermedia. Los hidróxidos alcalino-térreos, alcóxidos y óxidos catalizan la reacción más lentamente. La actividad catalítica del óxido de magnesio, hidróxido de calcio, óxido de calcio, metóxido de calcio, hidróxido de bario y, por comparación, hidróxido de sodio se ha evaluado en la transesterificación del aceite de colza. De ellos, el hidróxido sódico ha producido la mayor actividad catalítica. El grado de substratos que reaccionaron fue del 85% en 30 minutos, y de 95% después de 1.5 horas, lo que representa un valor cercano al equilibrio. El hidróxido de bario tuvo un rendimiento ligeramente inferior con una valor del 75% después de 30 minutos, mientras que el metóxido de calcio reaccionó solo en 55%, en este mismo tiempo. Rendimientos menores se obtuvieron con CaO, mientras que el óxido de magnesio y el hidróxido cálcico no presentaron actividad catalítica. Aunque el proceso de transesterificación, con catalizadores alcalinos, para transformar los triglicéridos en sus correspondientes ésteres metílicos tiene una conversión muy alta en un periodo más corto de tiempo, tiene algunos inconvenientes: el catalizador debe ser separado del producto final, la recuperación del glicerol puede resultar difícil, el agua alcalina resultante del proceso debe ser tratada y los ácidos grasos y el agua afectan a la reacción. Los catalizadores enzimáticos pueden obtener resultados relevantes en sistemas tanto acuosos como no acuosos, lo que resuelve alguno de los problemas anteriores. En particular, el glicerol se puede separar fácilmente y, también, los ácidos grasos contenidos en el aceite reutilizado se pueden convertir completamente en ésteres alquílicos. En cambio el uso de estos catalizadores enzimáticos tiene un coste superior que el de los alcalinos. Relación molar de alcohol / aceite y tipo de alcohol Una de las variables más importantes que afectan al rendimiento del proceso es la relación molar alcohol: aceites. La relación estequiométrica requiere tres moles de alcohol y un mol de triglicérido para producir tres moles de ésteres y un mol de glicerol. La transesterificación es una reacción de equilibrio que necesita un exceso de alcohol para conducir la reacción al lado derecho. Para una conversión máxima en un proceso convencional, se debe utilizar una relación molar de 6:1. En cambio un valor alto de relación molar de alcohol afecta a la separación de glicerina debido al incremento de solubilidad. Cuando la glicerina se mantiene en la solución hace que la reacción revierta hacia la izquierda, disminuyendo el rendimiento de los ésteres. La formación de éster etílico comparativamente es más difícil que la de éster metílico, especialmente la formación de una emulsión estable durante la etanólosis es un problema. El etanol y el metanol no se disuelven con los triglicéridos a temperatura ambiente y la mezcla debe ser agitada mecánicamente para que haya 137

139 transferencia de masa. Durante la reacción generalmente se forma una emulsión, en la metanólosis esta emulsión desciende rápidamente formándose una capa rica en glicerol quedándose en la parte superior otra zona rica en éster metílico. En cambio en la etanólisis esta emulsión no es estable y complica mucho la separación y purificación de los ésteres etílicos. La emulsión está causada en parte por la formación de monoglicéricos y diglicéricos intermedios, que contienen tanto grupos hidróxidos polares como cadenas de hidrocarburos no polares. Comparación de procesos En la Cuadro se presenta, a modo de resumen para esta parte, una comparación de los requerimientos técnicos, ventajas y desventajas de cada uno de los procesos utilizados para la obtención del biodiesel. La transesterificación alcalina, a pesar de sus limitaciones, es la única utilizada comercialmente hasta el momento. Mayor desarrollo de las otras tecnologías es necesario para confirmar su viabilidad técnica y económica a gran escala, pero su potencial es interesante Cuadro 1. Características principales de los procesos para la producción de biodiesel. Variable Tiempo de reacción Condiciones de operación Catalizador FFA Catálisis homogénea Catálisis heterogénea Catálisis enzimática Alcohol supercrítico no catalítico h h 1-8 h s 0.1mpa, C Acid/base Formación de jabón 0.1-5mpa, C Metal oxides o carbonates Agua Interfiere No interfiere 0.1mpa, C >25mpa, >239.4 C Lipase - Ésteres Ésteres Ésteres No interfiere Actúa como catalizador en el proceso Rendimiento Normal Bajo a Bajo a normal normal Alto Purificación Difícil Fácil Fácil Muy fácil Desperdicios Agua No No No Pureza de Baja a Baja glicerol normal Normal Alta Proceso Complejo Normal Simple Simple Costo capital Bajo Medio Alto Muy alto Costo de operación 1 Source: [9]. Alto Alto Normal Alto 138

140 Principales ventajas del biodiesel Es el único combustible alternativo que funciona en cualquier motor diesel convencional, sin ser necesaria ninguna modificación. Puede almacenarse en cualquier depósito donde el diesel de petróleo se guarda. Se puede usarse puro o mezclarse en cualquier proporción con el combustible diesel de petróleo. La mezcla más común es de 20% de Biodiesel con 80% diesel de petróleo, denominado "B20." El ciclo biológico en la producción y el uso del biodiesel reduce aproximadamente en 80% las emisiones de dióxido de carbono, y casi 100% las de dióxido de azufre. La combustión de biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemados, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromáticos. El biodiesel, proporciona significativas reducciones en la emisión de partículas y de monóxido de carbono en comparación con el diesel de petróleo. Además, proporciona un leve incremento o decremento en óxidos de nitrógeno dependiendo del tipo motor. El biodiesel contiene 11% de oxígeno en peso y no contiene azufre. El uso de biodiesel puede extender la vida útil de motores porque posee mejores cualidades lubricantes que el combustible de diesel de petróleo, mientras el consumo, encendido, rendimiento, y torque del motor se mantienen prácticamente en sus valores normales. Más aún, el biodiesel es seguro de manejar y transportar porque es biodegradable como el azúcar, 10 veces menos tóxico que la sal de la mesa, y tiene un temperatura de ignición de aproximadamente 150 C, comparado al diesel de petróleo cuya temperatura es de 50 C. Los olores de la combustión en los motores diesel por parte del diesel de petróleo, son reemplazados por el aroma agradable de productos comestibles fritos. Finalmente, la producción de biodiesel lleva al desarrollo local y regional, mejores condiciones sociales y económicas en las áreas productoras de oleaginosas, generación de puestos de trabajo. 139

141 INSUMOS Y EQUIPOS Para la producción continua de biodiesel a partir de Jatropha curcas empleando un proceso asistido por ultrasonido un se requieren los siguientes insumos y equipos, de acuerdo a la planta diseñada en para este paquete tecnológico: 1) Hidróxido de potasio anhidro en escamas con pureza >85%. 2) Aceites de Jatropha curcas (AJC) de buena calidad. 3) Metanol anhidro de pureza >90. 4) Suministro de aire de servicio (compresor). 5) Suministro de vapor de agua (caldera) empleado en la torre de destilación. 6) Material adsorbente para la remoción de KOH en el proceso de refinación de biodiesel. 7) Ocho tanques de acero inoxidable. 8) Dos agitadores. 9) Tres bombas de desplazamiento positivo para manejo de fluidos no newtonianos, de 1HP de potencia. 10) Dos bombas centrífugas, de 1.5 HP. 11) Torre de enfriamiento. El Cuadro 2 muestra los valores promedio de las propiedades fisicoquímicas del AJC empleado en este estudio que se obtuvieron de las plantaciones del proyecto. El índice de acidez del aceite de Jatropha curcas fue de ± mg de KOH necesarios para neutralizar 1 gramo de aceite, que expresado en porcentaje de ácidos grasos libres es 1.51 % ± usando el ácido oleico como referencia (por ser el de mayor proporción, de acuerdo en al Figura 5). El índice de acidez resulta ser un parámetro muy importante del aceite, debido que determina la ruta más conveniente para la conversión de los triglicéridos en FAME. Algunos reportes indican que para obtener mejores resultados en la purificación del biodiesel obtenido se recomienda usar catálisis alcalina solo en aceites con un contenido menor del 1% de peso de ácidos libres. Aceite de Jatropha curcas Sin embargo, se puede operar hasta concentraciones de no más de 3%, ya que después de esos valores se hace muy susceptible la formación de jabón y emulsiones que propician pérdidas de producto que disminuyen el rendimiento. Este valor obtenido se encuentra entre el rango de ácidos grasos libres publicados en otras investigaciones que han trabajado con Jatropha curcas: 2.23% Akbar et al., 2009; 7.03%, Lu et al., 2009; 0.46% Gübitz et al., 1999; y 3.63%, Huerga,

142 Se puede observar que los valores de acidez reportados en la bibliografía difieren notablemente del obtenido en esta investigación. Las diferencias se deben a las condiciones a las cuales estuvieron expuestas las plantas, a las características de la región de cultivo, el tipo de suelo, temperaturas y el manejo recibió aceite. Cuadro 2. Propiedades fisicoquímicas promedio de AJC evaluadas para el control de calidad del proceso. Propiedad Valor Índice de ACIDEZ (MG KOH G -1 ) 3,07± 0.12 Porcentaje de ácidos grasos libres 1.5 1± % Índice de saponificación (MG KOH G -1 ) ± 1.98 Índice de yodo (CG Y G -1 ) ± 0.09 Índice de peróxido (ME O 2 ACTIVO KG -1 ) 18.5 ± 0.7 El perfil de ácidos grasos fue de las primeras pruebas que se le hicieron al aceite, y la más importante, ya que es muy necesario conocer el perfil de ácidos grasos de cada aceite, porque las propiedades de los triglicéridos, y del biodiesel posteriormente producido son determinadas por la cantidad presente de ácidos grasos en las moléculas. La longitud de la cadena de carbonos y el número de dobles enlaces determinan las características físicas del los ácidos grasos y de los triglicéridos (Akbar et al., 2009). Figura 5. Perfil de ácidos grasos del aceite de Jatropha curcas, determinado por cromatografía de gases CG- MS. Los resultados obtenidos de perfil de ácidos grasos se muestran en la Figura 5. Los ácidos grasos encontrados fueron saturados ( %), monoinsaturados ( %), y poliinsaturados (

143 %). El oleico resultó con el porcentaje más alto ( %) pudiendo clasificar el aceite de Jatropha curcas como oleico. El peso molecular promedio obtenido mediante este análisis fue de g/mol, consultando el peso molecular de cada ácido graso en la base de datos NIST (2011) que se tiene en el espectrómetro de masas. Este aceite contiene la mayoría de los ácidos grasos reportados en las recientes investigaciones para AJC y cantidades similares de las cadenas saturada e insaturada. Según Abkar et al. (2009), el aceite ideal para la producción de biodiesel debe mostrar bajos niveles de saturación y poliinsaturación y altos valores en monoinsaturación. Figura 6. Clasificación de AJC según el grado de saturación de la cadena de los ácidos grasos, datos obtenidos por CG-MS. El AJC que se produce en Sinaloa con este proyecto cumplió con esta característica, mostrando niveles de % de ácidos monoinsaturados. Aceites con alto contenidos de polinsaturaciones tienden a dar metil ésteres con poca estabilidad oxidativa, ventaja que también tiene nuestro el aceite, ya que no presentó ningún ácido graso con tres o más dobles enlaces (Figura 6). METODOLOGÍA La Figura 7 muestra el diagrama de flujo general que se sigue para producción de biodiesel. Como se observa, el primer paso es la producción de alcóxido a partir de la mezcla del metanol y el KOH. Metanol Catalizado Aceite Preparación del Acidos grasos Transesterific Biodies Refina Determina La concentración de estos compuestos deben ser tales que reúnan las especificaciones de relación molar alcohol: aceite (RM) de 4: Figura 7. Pasos generales para la producción de biodiesel.

144 Después el alcóxido se mezcla con el AJC para proceder a la reacción de transesterificación bajo las siguientes condiciones: P= 1 atm, T= ambiente, para lo cual se emplea un sonicador operado para introducir 65 Wcm -2 de potencia. Posteriormente se lleva a cabo el proceso de refinación del biodiesel crudo, consintiendo primero en la recuperación de MeOH excedente, usando una columna de destilación operada a 180 C y P= -0.5 bar; segundo, en la remoción de KOH utilizando un material adsorbente, Megasol D60. En esta etapa se utiliza 1% en peso del material D60 y un tiempo de residencia de 10 minutos a T= C. Después, el adsorbente D60 se remueve utilizando un filtro prensa para enviar el material refinado a un tanque-dacantador, después de un tiempo de residencia de tres horas el biodiesel se recupera por la parte superior del tanque por decantación y se almacena en el tanque final de almacenamiento de biodiesel. El Diagrama de Tubería e Instrumentación (PID, por sus sigla en inglés) del diseño de la planta piloto de este trabajo se muestra en la Figura 8 y está basado para la producción de 10 litros-hora de biodiesel utilizando un balance de masa que presenta en el Cuadro 3. Figura 8. Diagrama de la planta piloto PID Procesadora de biodiesel a partir de Jatropha curcas. 143

145 Como control de calidad se determinan los parámetros principales de las normas internacionales ASTM D6751, asegundo un ph de Biodiesel igual a 7 y una densidad de 0.85< < Cuadro 3. Balance de materia para la producción por litro de biodiesel. Reactivos/ productos Cantidad Aceite de Jatropha curcas 1.15 L Metanol anhidro 0.16 L Hidróxido de potasio kg Catalizador para adsorción d kg Biodiesel 1 L Glicerina 0.21L La glicerina total expresa la cantidad de mono-, di- y triglicéridos, la materia prima que no reaccionó. Valores altos de glicerina total dicen que la reacción de transesterificación fue incompleta. La glicerina libre es insoluble en el biodiesel, y este se debe de eliminar adecuadamente mediante los lavados. Valores altos de glicerina libre indican que el proceso de purificación se realizó de una manera ineficiente. El contenido de glicerina total y libre en el biodiesel se evaluó por el método ASTM D6584, empleando un cromatógrafo de gases equipado con espectrómetro de masa, marca Agilent Technology, modelo 6890N, mismo que se utilizó para determinar el perfil de ácidos grasos del AJC, estos análisis se confirmaron el método volumétrico, recientemente propuesto por Pisarello et al. (2010). Para el perfil de ácidos grasos se utilizó una columna Omega Wax, y helio como gas acarreador. Las muestras se inyectaron a través de un inyector automático serie 7683, y las condiciones del cromatógrafo para el método de separación fueron: volumen de inyección 1 L (microlitros), relación Split 50:1, flujo 144

146 de columna 1 ml/min; el programa de temperatura fue: 100 C (dos minutos) a 240 C con una tasa de calentamiento de 4 C por minuto y 240 C por 10 minutos. El análisis cuantitativo de los ácidos grasos presentes se llevó a cabo mediante la elaboración de una curva de calibración de unidades de área vs concentración, usando un estándar de referencia de 37 compuestos de metil ésteres de ácidos grasos marca Supelco. PRODUCCIÓN La tecnología desarrollada durante este proyecto está relacionada con un proceso continuo automatizado y flexible de producción biodiesel, lo cual confiere una gran oportunidad de procesar desde 10 litros por hora hasta 180 litros por hora, generando grandes ventajas de escalamiento en comparación con las tecnologías conocidas comúnmente para biodiesel y denominas convencionales. Es importante resaltar algunas desventajas de muchos procesos de producción, como son las altas temperaturas y presiones que se requieren para llevarlas a cabo; sin embargo, aquí se presenta un paquete tecnológico que es capaz de operar a temperatura ambiente, con relaciones molares menores a los procesos convencionales (alcohol: aceite de 4:1) y de alta eficiencia, pues se alcanzan rendimientos por encima de 88%, conversiones de 98%, lo cual hacen que el producto final cumpla con las especificaciones de las normas internaciones ASTM 6751 y EN Asimismo, es destacable el hecho que en el presente proceso no se involucra el recurso agua en la parte de refinación de biodiesel, mejorando con ello el impacto ambiental o eliminando costos de tratamiento de aguas residuales de una planta. La factibilidad económica del proceso está sujeta a considerar los resultados experimentales que se muestran a continuación: Ren dim ient o, % Figura 9. Efecto del tiempo de sonicación sobre el rendimiento de biodiesel en la reacción de sonotransesterificación de AJC, con una RM 6:1 y temperatura ambiente y una densidad de potencia de 105 Wcm -2. Tiempo de reacción, min 145

147 El reactor está diseñado para operar en tiempo de residencia (tiempo que permanece una molécula en el interior del recipiente) de aproximadamente de un minuto, de acuerdo la Figura 9. También se optimizó la relación molar MeOH: aceite y la potencia de sonicación encontrando que por sonoquímica la mejor condición es trabajar a RM 4:1, y una potencia de 65 Wcm -2, ver Figuras 10 y 11, respectivamente. Figura 10. Efecto de la RM MeOH: Aceite, Re sobre el rendimiento de biodiesel en la reacción de sonotransesterificación de AJC, nto, a temperatura ambiente y una densidad de potencia de 105 Wcm -2. ndi mie % Relación molar MeOH: Aceite Re ndi mie nto, % Figura 11. Efecto de la densidad de potencia de sonicación, sobre el rendimiento de biodiesel en la reacción de sonotransesterificación de AJC, a temperatura ambiente y una RM 4:1. Potencia de sonicación, W cm -2. Con las anteriores variables optimizadas se ajustan en el sistema de control automático de la planta para la operación, siguiendo los procedimientos que se describieron en la metodología. La Figura 12 muestra la imagen de la planta instalada en la Facultad de Ciencias Químico Biológicas, de la Universidad Autónoma de Sinaloa. Consta de de acero inoxidable con capacidad de para trabajar 24 horas con un flujo de 10 L/h -2 de AJC. El control automático se lleva acabo mediante la interface desarrollado en Labview (Figura 13.) 146

148 Figura 12. Planta piloto procesadora de Biodiesel a partir de Jatropha curcas 147

149 CUADRO 4. Ficha técnica de biodiesel final obtenido en la planta piloto. Propiedad Unidad Valor En Índice de acidez Mg koh g ± Contenido de FAME %p 98 ± >96.5 Glicerina total %p <0.2 <0.25 Glicerina libre %p <0.02 <0.02 Densidad a 25 C G ml ± Figura 13. Interface de control automático de la planta piloto procesadora de Biodiesel a partir de Jatropha curcas. El proceso que se lleva acabo en este paquete tecnológico permite obtener un producto de calidad, según la ficha técnica que se presenta en la Cuadro 4. De 148

150 hecho, el biodiesel producido se validó con su combustión en un tractor agrícola usando una mezcla B20 (Figura 14). Figura 14. Prueba en campo de biodiesel producido en planta piloto asistida por ultrasonido. ESTRUCTURA DE COSTOS Para establecer los costos de producción de biodiesel utilizando la tecnología de ultrasonido, es indispensable desarrollar en su primera fase el diseño del proceso a nivel de planta piloto, la cual nos mide la viabilidad técnica del proceso incluyendo su automatización y una vez se logre la puesta en marcha de la planta, se consigue establecer los costos para la producción de diseño establecida. Estos aspectos del estudio económico a escala piloto, se presentan a continuación. El Cuadro 5 muestra los costos de los insumos requeridos para la producción de biodiesel, es importante resaltar que los precios fueron tomados de cotizaciones hechas a empresas como proveedores no solo locales, sino nacionales. Los precios incluyen flete y manejo, es decir, puestos en la ciudad de Culiacán. Los volúmenes considerados para estos fines son en órdenes de toneladas, por pipa en el caso de metanol y usando electricidad industrial con consumo fijo, según los datos de la CFE. 149

151 Cuadro 5. Costos de insumos necesarios para la producción de biodiesel y precios unitarios Material Costo/unidad Aceite de Jatropha curcas - Metanol anhidro 8.36 /L Hidróxido de potasio 15/KG Material para adsorción de KOH, d /KG Gas LP 12.50/KG Energía eléctrica 0.72/kWh De los Cuadros 3 y 5 fue posible calcular el costo primo del proceso de producción por litro de Biodiesel, en función del costo de la materia prima principal, del aceite de Jatropha curcas. De acuerdo a los estudios realizados el precio y de acuerdo una capacidad instalada de planta de 180 litros de biodiesel por hora, y considerando una empresa con el siguiente personal: un Ingeniero químico operación, un asistente, un encargado de calidad, dos operarios por turno con cuatro turnos, una persona en mantenimiento (electricidad y electrónica), una persona en administración, una en ventas. Se obtuvieron los resultados de costo que se muestran en el Cuadro 6. Como se puede observar el costo por litro de biodiesel (en función del costo de AJC) sería de 7.7 pesos, del cual la parte de reacción aporta 25.19%, la refinación del producto 58.96%, y la mano de obra 15.45% del costo total. Es importante resaltar que el costo total para la producción de biodiesel dependerá de los niveles de precio del AJC, y a su vez del o los modelos de negocios que se pretenda tomar para la región del noroeste de México. 150

152 Por ejemplo, podemos esperar que si se desea considerar los productos de cada paquetes tecnológicos involucrados en toda la cadena agroindustrial de Jatropha curcas; estos son: el agronómico, generación de pellets energéticos, producción de harina con alto contenido de proteína para alimentación animal, biodiesel y producción de biofertilizantes, entonces de esperaría un precio de aceite de Jatropha entre 3.2 y 4.47 pesos por litro. Cuadro 6. Costos Primo Unitario por litro de biodiesel producido. MATERIAL PESOS PORCENTAJE (%) Análisis de calidad de muestras Proceso de reacción Aceite de Jatropha curcas Metanol anhidro Hidróxido de potasio Energía eléctrica Proceso derefinación Megasol d Gas LP (caldera) Energía eléctrica Mano de obra Costo total

153 Finalmente, se presentan el Cuadro 7 el nivel de inversión para la instalación de una planta piloto como la que se muestra en la Figura 12, el cual representó una inversión de cerca de 1.5 millones de pesos. Cuadro 7. Inversión en planta piloto. Material Miles de pesos Reactor Tanques de acero inoxidable Bombas, reductores de velocidad y variadores de frecuencia Torre de destilación Caja de protección de sonido y electroválvulas Sistema de control automático National Instrument Accesorios y conexiones de acero inoxidable Instrumentación de control Energía eléctrica Panel de control y PLC Sistema de purificación Instrumentación de laboratorio de calidad Total

154 BIBLIOGRAFÍA European Biodiesel Board. Boulevard Saint Michel Bruxelles Belgium, Planet Ark, World Environment News, EU Biodiesel Output up 65 Pct in EBB (Abril 27, 2006) Emerging Markets Online, Biodiesel 2020: A Global Market Survey (Octubre 2006) Earth Policy Institute, 2005 Planet Ark, World Environment News, EU Biodiesel Output up 65 Pct in EBB (Abril 27, 2006) ISIS (Institute of Science in Society), Biodiesel Boom in Europe (2006) Renewable Energy Access, EU Biodiesel Output Growing at 20% a Year (Mayo 12, 2006) Planet Ark, World Environment News, EU Biodiesel Output up 65 Pct in EBB (Abril 27, 2006) Ministry of Plantation Industries and Commodities, Malaysia. The National Biofuel Policy (Marzo 21, 2006) Biopact, An in-depth look at China s ambitious biofuels program (Agosto 12, 2006) AutoblogGreen, Biodiesel to finally come to Japan (Agosto 20, 2006) elmundo.es, El biodiesel de los pobres... para los ricos (Diciembre 29, 2006) Biopact, Thailand Steps Up Efforts to Boost Biodiesel Consumption (Enero 28, 2007) U.S. Department of Energy, Alternative Fuels Data Center, Biodiesel Fuel Market (Marzo 30, 2006) (S&T)2 Consultants Inc. y Meyers Norris Penny LLP, Economic, Financial, Social Analysis and Public Policies for Biodiesel Biopact, Brazil Opens First Hybrid Ethanol-Biodiesel Plant (Noviembre 22, 2006) ADITAL, Brasil Inagura Primer Ingenio Integrado de Biodiesel y Alcohol en el Mundo (Noviembre 22, 2006) Biodiesel Uruguay, Biodiesel: argentina busca subirse al tren (Junio 27, 2006) CAMPUS, Biocombustibles: Sustitutos del Petróleo? (Mayo, 2005) IICA (Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura), Taller Nacional sobre la Agroenergía y Biocombustibles, Los Biocombustibles en Colombia Reuters, UK. Africa Seeks Farm Revival form Biofuels (Noviembre 29, 2006) Sierra, F., Arango, J, Guerrero, C.A. Tecnologías para el aprovechamiento de los biocombustibles. Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia. Bogotá,

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156 Producción de pellets energéticos con biomasa residual de Jatropha curcas Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN El reto del siglo 21 es la liberación de los países de la dependencia de los combustibles fósiles y la sostenibilidad ambiental. La biomasa está atrayendo la atención en el mundo entero como una fuente de energía renovable, así como una alternativa a los combustibles fósiles, debido a sus múltiples ventajas como : la facilidad de su producción, las ventajas de suministro sostenibles, y los beneficios ambientales (Jingura et al. 2010).La biomasa incluye la madera, los cultivos y la vegetación natural que pueden ser convertidos potencialmente en fuentes de energía. La conversión de la biomasa de primera generación en combustibles se ha basado en cultivos tales como el maíz, la caña de azúcar, la soja y el aceite de palma. El desarrollo de tecnologías de conversión de la biomasa de segunda generación, tales como el etanol celulósico, que utilizaría árboles, cultivos energéticos y residuos vegetales como materia prima, permitiría que la vegetación no utilizada con fines alimenticios se convirtiera en un recurso importante para la producción de combustibles (Consejo Nacional del Petróleo, 2007). La biomasa constituye un recurso energético que se puede generar y multiplicar, de acuerdo a lo necesario, mediante plantaciones, y con el cual se pueden producir combustibles sólidos, líquidos, y gaseosos que permiten generar energía térmica, mecánica y eléctrica, para uso en la industria, los servicios y la economía del mismo territorio, y cuyos excedentes pueden exportarse a comunidades vecinas, generando un sistema sinérgico de gran valor agregado para la comunidad involucrada. De esta manera se puede reemplazar el consumo de combustibles derivados del petróleo, cada vez más conflictivo y oneroso, generando un ahorro considerable, reduciendo la dependencia externa y contribuyendo a la mitigación del CC. El uso de la bioenergía es una realidad en casi todos los países y regiones del mundo. Si bien aún hay muchas dificultades por resolver, sus múltiples beneficios son indiscutibles. Uno de esos beneficios es que la bioenergía es una oportunidad para promover el desarrollo rural. Por lo tanto, la FAO ha realizado una firme apuesta a favor del desarrollo de la bioenergía en sus países miembros (FAO, 2009). La planta Jatropha curcas L. es un arbusto perene oleaginoso que alcanza de 3 a 6 metros de altura (Sotolongo et al., 2007). Es nativa de México y Centroamérica, crece de forma silvestre y se encuentra en la selva baja caducifolia. La planta de J. curcas es resistente a la sequía y crece en suelos pobres y arenosos, en climas tropicales y semitropicales, en altitudes que van desde los 0 a los 1600 msnm, el látex de sus hojas, se ha utilizado en medicina tradicional y también como cerca viva, y reforestar zonas erosionadas. El * Colaboradores: M.C. Edith Salazar Villa, M.C. Federico Soto Landeros, pertenecientes al Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD)-Culiacán. 155

157 rendimiento de semilla reportado para J. curcas varía de 0.5 a 12 ton/año/ha, dependiendo del tipo de suelo, fertilización y condiciones de riego. (Martinez, 2007), aunque estos datos son estimaciones. Los frutos son capsulas drupáceas de dos cm de diámetro, de color café claro, donde se encuentran de dos a tres semillas; del tamaño, forma y apariencia de una almendra, rodeadas por un material en forma de pulpa y la cáscara del fruto. Para obtener la almendra, es preciso pelar o descascarar el fruto, lo que puede hacerse de forma manual o con una maquina descascaradota. La producción de cáscara del fruto es de 1000 kg/ha (30% del peso del fruto), que también puede pasarse por un molino de bola, y convertirse en un material magnifico como biofertilizante después de convertirla con composta. La cáscara tiene un valor calórico de aproximadamente 2651 kcal/kg (15% de humedad), por lo que también puede ser empleada como combustible (Sotolongo et al., 2007). El descarado de las semillas puede hacerse de forma manual o con una máquina. La producción de cáscara es de 1000 kg/ha (30% del peso del fruto), que también. Puede pasarse por un molino bola y convertirse en un material magnífico como biofertilizante. La cáscara tiene un valor calórico de aproximadamente 2651 kcal/kg (15% de humedad), por lo que también puede ser empleada como combustible (Sotolongo et al., 2007).Una hectárea de Jatropha curcas puede aportar unas 20 ton de biomasa (base seca), considerando 200 kg debiomasa por árbol para una población de 400 árboles/ha, después de los seis años. (Sotolongo et al. 2007).La madera de las podas obligatorias de formación de este cultivo tiene un valor calórico de 3702 kcal/kgcon 15% de humedad (Sotolongo et al., 2007). Soto y Núñez (2008) fabricaron pellets utilizando carbonilla de carbón vegetal y aserrín de Pinus radiata en diferentes proporciones. Obteniendo la combinación optima con un 47.5% de carbonilla y un 52.5% de aserrín, alcanzando una friabilidad de 0.94 y un poder calorífico superior de kcal/kg, originando una ganancia energética de 24.25% con respecto al poder calorífico superior referencial de los pellets de aserrín ( kcal/kg). Telmo y Lousada (2011) determinaron el poder calorífico superior (PCS) y poder calorífico inferior (PCI) de pellets de madera de diferentes especies de madera, obteniendo los siguientes resultados: B. nítida mostró un alto poder calorífico superior e inferior( kj/kg), C. atlántica que es una madera suave mostró un alto PCS ( kj/kg), P. pinaster es madera suave con un alto PCI ( kj/kg), F. sylvatica es madera dura con un alto PCS ( kj/kg), F. angustifolia madera dura con un alto PCI ( kj/kg) y E. globulus presentó el más bajo PCS y PCI ( kj/kg). La cáscara del fruto de J. curcas tiene un poder calorífico de aproximadamente 2651 kcal/kg (15% de humedad) por lo que puede ser empleada como combustible. A su vez la testa de la semilla presenta un poder calorífico de 4108 kcal/kg (10% de humedad), por lo que también puede ser empleada como portador energético (Sotolongo et al. 2007).La testa de la semilla de J. curcas combinada con la cáscara del fruto y residuo de las podas es un combustible prometedor en los países tropicales y subtropicales. Wolfgang et al., (2011) valoraron el efecto del tamaño de partícula de la biomasa en la presión de peletización. Probaron tamaños de partícula por debajo 156

158 de los 0.5 mm hasta los 2.8 mm de diámetro, y mostraron que la presión de peletización incrementa con la reducción del tamaño de partícula. El efecto del contenido de humedad en la presión de peletización es dependiente de la materia prima que se utiliza. Soto y Núñez (2008) fabricaron pellets utilizando carbonilla de carbón vegetal y aserrín de Pinus radiata en diferentes proporciones. Obteniendo la combinación optima con un 47.5% de carbonilla y un 52.5% de aserrín, alcanzando una friabilidad de 0.94 y un poder calorífico superior de kcal/kg, originando una ganancia energética de 24.25% con respecto al poder calorífico superior referencial de los pellets de aserrín ( kcal/kg). Wolfganget al., (2011) valoraron el efecto del tamaño de partícula de la biomasa en la presión de peletización. Probaron tamaños de partícula por debajo de los 0.5 mm hasta los 2.8 mm de diámetro, y mostraron que la presión de peletización incrementa con la reducción del tamaño de partícula. El efecto del contenido de humedad en la presión de peletización es dependiente de la materia prima que se utiliza. Debido a que la Industria de la jatropha se desarrollará a gran escala en el noroeste de México, el presente estudio tiene el objetivo de elaborar pellets a nivel laboratorio para determinar las condiciones óptimas de peletizado de la biomasa obtenida de Jatropha curcas, utilizando diferentes concentraciones de humedad y tamaño de partícula y ofrecer un producto con fines comerciales para darle un valor agregado a la cadena agroindustrial a nivel mundial. INSUMOS Y EQUIPOS Los insumos y equipos requeridos son: Cáscara de fruto seca y testa de semilla de J. curcas, molino de granos, Tamices de 0.4mm y 1.7 mm, balanza, crisoles de porcelana, estufa de calor seco, desecador, agua, atomizador, peletizadora, mezcla especial (harina de maíz, salvado de trigo, arena y aceite de motor) y vernier digital. METODOLOGÍA Se debe colectar frutos de J. curcas en estado maduro (amarillo) y se ponen a secar bajo sol. La cascarilla se separa de las semillas y se colocan bajo sol por 7 días para disminuir el contenido de humedad. La cáscara de fruto seca y la testa de la semilla se muelen en un molino de granos marca Del Rey por separado. Para tener un tamaño de partícula homogénea se procede a pasar la testa y la cáscara por tamices de 04 mm y 1.7 mm. Una vez tamizados se hace una mezcla de 50% cáscara de fruto y 50% de testa de semilla. Ya que la humedad es un factor determinante para la calidad de los pellets se analiza a través del método oficial de la AOAC (1998). Se pesan 2 g de cada muestra (cáscara de fruto y testa de semilla) por separado en una balanza analítica Santorius en crisoles de porcelana previamente pesados y se incuban en una estufa de calor seco BG modelo E-33 a 70 C por 24 h. Una vez transcurrido el tiempo, los crisoles se sacan de la estufa y se mantienen en un desecador por 20 min para su posterior pesado. El porcentaje de humedad se calcula con la siguiente fórmula: % Humedad= (P f P s ) 157 P f x 100

159 En donde: Pf= peso de muestra fresca Ps= peso muestra seca Para comprimir la mezcla (50% cáscara de fruto y 50% de testa de semilla) se utiliza una peletizadora F200 marca Chimeneas Costa de plantilla fija con rodillos móviles y con sistema de matriz plana (Figura 1). Antes de iniciar con el proceso de peletizado, se hace pasar la mezcla especial por un lapso de 20 minutos aproximadamente para lubricar y pulir la plantilla y a su vez inducir el calentamiento facilitando la formación de los pellets. Ya acondicionado el equipo se procede a introducir 1 kg de la mezcla de biomasa (50% cáscara de fruto y 50% de testa de semilla). Figura 1. Esquema de matriz plana de la peletizadora dedicada F200 Una vez obtenidos los pellets se analiza el diámetro y la longitud de los pellets usando un Vernier milimétrico. Se pesan individualmente en una balanza analítica Sartorius. Además se determina el número de pellets en 100 gr. Todos los analisis se realizan por triplicado. Para determinar la friabilidad que es definida como la resistencia al golpeteo, que al igual que el porcentaje de humedad es de suma importancia para un pellet de calidad. La técnica consiste en arrojar uno a uno cada pellet de una altura de 1 m hacia un suelo cerámico y observar en cuantas partes se rompe cada uno (2, 3 o más partes). Se calcula una proporción entre los pellets iníciales y los resultantes al final de cada ensayo. PRODUCCIÓN O PRODUCTOS Se pueden obtener pellets de calidad manteniendo un 15% de humedad, mezcla de 50% testa y 50% cáscara, tamaño de partícula de 0.7 a 1.7 mm. 158

160 Cuadro 1. Caracterización de los pellets energéticos elaborados con cascarilla de frutos y testa de semillas de J. curcas. Proporción 50/50 cáscara:testa Promedio( n = 3) Tamaño de partícula (mm) 0.7 y 1.7 Numero de pellets en 100 g 148.3±1.15 Humedad (%) 15 Diámetro promedio (mm) 6.06±0.07 Longitud promedio (mm) 17.55±1.21 Peso (g) 0.67±0.05 Densidad (kg/m 3 ) 850 ±23 Pellets fraccionados (%) 3.33 Friabilidad (%) 0.93±0.05 Poder Calorífico (Kcal/kg) 4080 ESTRUCTURA DE COSTOS La cáscara del fruto corresponde a un 30% y el resto a la semilla. La semilla está dividida en un 30% de testa y la almendra un 60%. Por lo que la biomasa disponible corresponde a un 50% para la producción de pellets Para la producción de una tonelada de pellets (15% de humedad) se requiere 2 toneladas de fruto. Ya que tanto la cáscara como la testa son residuos de la extracción de la almendra, no se generará un costo extra. La inversión inicial consta de la compra de una peletizadora $140,000 y una descascarilladora $60,000. La capacidad de producción de pellets es de hasta 100 kg/h, en una jornada laboral de 8 horas se produciría 800 kg/pellets y un sueldo generado para un empleado de $150 diarios y el costo por kilogramo se cotiza a nivel mundial a 0.18 /kg en pesos mexicanos es aproximadamente $2.68/kg. El consumo de la peletizadora es de 7.5kM/hora, la tarifa electrica es de $1.6684/kW, generando un costo de $ /día. La ganancia diaria es de $2,144, menos los gastos diarios por: $150 pago a empleado, $100 de electricidad y $50 mantenimiento dan un total de $1844/día. Por lo tanto el costo de inversión se recuperaría en 109 días hábiles. 159

161 BIBLIOGRAFÍA Chapter 10.Pellet presses. Consejo Nacional del Petróleo Hardtruths. Enfrentando el grave problema energético. Consultada el 15 de junio de FAO Memoria. Reunión regional sobre generación de electricidad a partir de biomasa. Consultado el 5 de junio de FAO AnÁlisis del Balance de EnergÍa derivada de Biomasa en Argentina. Informe final WISDOM ARGENTINA. Consultado el 5 de junio de Jingura R., Downmore M., and Rutendo M An evaluation of utility of Jatropha curcas L. as a source of multiple energy carriers. International Journal of Engineering, Science and Technology. 2(7): Martínez-Herrera J., P. Siddhuaraju, G. Francis, G. Davila y K. Becker Chemical composition, toxic/antimetabolic constituents, and effects of different treatments on their levels, in four provenances of Jatropha curcas L. From Mexico. Food Chemistry. 96: SENER Energías renovables para el desarrollo sustentable en México. Consultada el 7 de junio de SENER Energías renovables para el desarrollo sutentable en México. Consultado el 20 de marzo de Sotolongo J., A. Díaz, S. Montes de Oca, Y. del Valle y S. García TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXVII, No. 2. Soto y Nuñez Fabricación de pellets de carbonilla, usando aserrin de Pinus radiata (d. don), como material aglomerante. Maderas. Ciencia y tecnología 10(2): Wolfgang Stelte, Jens K. Holm, Anand R. Sanadi, Soren Barsberg, and Jesper Ahrenfeldt,2011. "Fuel pellets from biomass: The importance of the pelletizing pressure and its dependency on the processing conditions," Fuel 90, pp

162 Evaluación del efecto de condiciones de almacenamiento en silos sobre la calidad de semillas de Jatropha curcas Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN La semilla sufre daños desde que se encuentra en el campo, el ataque de pájaros, roedores, insectos y microorganismos comienza a deteriorar su capa protectora haciéndolo más susceptible al ataque de plagas de almacén. Las semillas son organismos vivientes, formados por una capa protectora (pericarpio), reserva de alimentos (endosperma) y el embrión (germen). En su estado entero, sano y limpio presentan resistencia a la descomposición ocasionada por microorganismos e insectos. Cuando su capa protectora está dañada o el grano está quebrado, se verán más susceptibles al ataque de estas plagas aunque se almacene bajo condiciones ambientales favorables. A mejor condición inicial de la semilla, mayor será su conservación y menor serán las pérdidas registradas. El almacenamiento de las semillas de Jatropha curcas es un proceso que se realizará dentro de la cadena agroindustrial; sin embargo, se desconocen los estudios realizados bajo condiciones piloto y bajo el sistema de silos. En el noroeste de México ya existen modelos de producción privada de al menos 100 hectáreas lo que generarán producciones de semilla que requerirán ser almacenadas por al menos tres meses. La tecnología de almacenamiento que se pronostica utilizar es el sistema de almacenamiento en silos, como el utilizado en maíz. La jatropha se cosecha de noviembre a enero, tiempo en que hay silos disponibles para su almacenamiento. Los estudios realizados en este proyecto demuestran que la semilla de jatropha presenta una proteína y aceite que puede utilizarse con fines de alimentación pecuaria por lo que será necesario utilizar los sistemas de almacenamiento en mención. La comercialización, como semilla es una buena opción para los agricultores, pero requerirán de almacenar sus semillas durante cierto periodo de tiempo, sin afectarse su calidad hasta esperar la mejor oferta de venta del producto por parte de los productores agrícolas. El objetivo de esta investigación consistió en evaluar el almacenamiento de semillas de Jatropha curcas en silos metálicos durante tres meses La semilla de J. curcas es oblonga a ovoide, negruzca, relativamente grande [de 1.5 a 2.4 cm (centímetros) de largo y de 1 a 1.2 cm de ancho], convexa en la parte dorsal y tectiforme en la ventral, presentando líneas claras que se acentúan según la variedad; debajo del tegumento existe una película blanca * Colaboradores: M.C. Edith Salazar Villa, IBT. Yolanda Yucari Palomares Sánchez, QFB. María del Rosario Gil Avilés, M.C. Federico Soto Landeros, M.C. Rosalía Saraí Flores Ceballos, M.C. Gabriela Escoto González, todos pertenecientes al Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD)-Culiacán. 161

163 cubriendo la almendra; el albumen abundante, blanco, oleaginoso, conteniendo al embrión provisto de dos cotiledones foliáceos, de 10 a 21 mm (milímetros) de largo. Los pesos de las semillas varían de 0.53 a 0.86 gramos dependiendo del origen, la semilla entera contienen % de aceite y el germen un %, el contenido de proteína en germen contiene un % de proteínas y la semilla después de la extracción de aceite 48-64%. Estos valores indican su gran potencial nutritivo. Los frutos son colectados cuando inician su dehiscencia. La producción estimada por árbol sumando dos cosechas por ciclo anual es de 30 kg, lo que corresponde a 12 kg de semilla. El rendimiento de fruto por hectárea es de kg y de semilla de 4800 kg. La cantidad de semillas por kilogramo varía de 1000 a La proporción de testa equivale al 30-40% aproximadamente y de germen 60-70%. El porcentaje de germinación es del 80%, pero no se conservan viables por largos periodos, reportes indican una viabilidad de menos del 50% en semillas almacenadas por más de 15 meses, aunque no se informa de las condiciones del almacenamiento. El aceite obtenido de las semillas puede ser utilizado para la fabricación de combustible, para la fabricación de velas, jabón, lubricantes y barnices y para la iluminación. La torta de la semilla puede ser una buena fuente de proteína para seres humanos y para el ganado, sin embargo presentan una serie de sustancias antinutricionales como ácido fítico, inhibidores de tripsina, compuestos fenólicos y saponinas en altas cantidades, así como esteres de forbol (solo en algunas especies tóxicas reportadas). Lo que limita su alta utilización. Para poder almacenar los granos, es necesario contar con una serie de elementos que nos permitan garantizar una buena conservación, como materiales y equipos apropiados para su cosecha, transporte, limpieza, secado, locales adecuados para su almacenamiento y vigilancia constante. Es necesario considerar que el grano no solamente va a constituir el alimento básico para subsistir, sino que además es un organismo vivo que requiere de cuidados especiales para preservar sus cualidades alimenticias y de germinación, que permitan asegurar nuevas cosechas para los años venideros. Cuando no son considerados los principios elementales del almacenamiento, se corre el peligro de ser dañado, consumido o destruido, total o parcialmente, por insectos, hongos y roedores que comunmente se multiplican en granos almacenados, producen micotoxinas y contaminan con excremento y orina, respectivamente. Para evitar que el grano se dañe y se pierda es necesario guardar grano sano, limpio y seco; contar con locales apropiados para guardar el grano y realizar una cuidadosa planificación de todo el proceso de almacenamiento, antes de almacenar el grano. Cabe señalar que con la llegada y la expansión de la utilización de biodiésel a partir de semillas de Jatropha, se debe buscar nuevo conocimiento sobre esta especie, como las condiciones de crecimiento, las características agronómicas y el desarrollo de mejores técnicas de almacenamiento, y métodos rápidos para evaluar y detectar compuestos en las semillas. 162

164 Para obtener una buena calidad de semillas de Jatropha, se deben tomar en cuenta algunos factores como, el grado de madurez de la fruta, el contenido de humedad seguro de la semilla, recipientes y condiciones de almacenamiento apropiados, la duración del almacenamiento, una buena viabilidad y vigor de las semillas. En consecuencia, es necesario el manejo poscosecha apropiado. Moncaleano-Escandona et al. en 2013,investigaron los efectos del almacenamiento y envejecimiento sobre la germinación de semillas y el vigor de las plántulas de Jatropha curcas, almacenadas bajo temperatura ambiente y condiciones de refrigeración durante 3, 6, 9 y 12 meses. Se demostró que las semillas de Jatropha tienen un período de viabilidad corto (menos de 6 meses) y que el aumento de la temperatura de almacenamiento acelera la pérdida de potencial de germinación de las semillas. La pérdida de viabilidad de la semilla es debido al metabolismo de la semilla misma, que permanece activo incluso en niveles bajos de agua y consume las reservas de las semillas. Por lo tanto, las semillas almacenadas durante largos períodos demostraron una marcada disminución en sus niveles de almidón y proteínas solubles. Por otra parte, la presencia de un alta concentración de azúcares reductores conduce a la glicosilación de proteínas y a una peroxidación de lípidos, que provoca la destrucción o deterioro del embrión. Worang et al. en 2008, determinaron los efectos de la duración del almacenamiento en bolsas de plástico sobre la población fúngica, contenido de humedad, lípidos y ácidos grasos libres, la actividad de lipasa y la viabilidad y vigor de semillas de Jatropha. Durante 6 meses se contabilizó la presencia de hongos precosecha en un rango de humedad de 7.9 a 8.4% encontrando a Colletotrichum spp, Cladosporium spp, and Fusarium spp. Después de tres meses de almacenamiento, la existencia de los hongos de campo fue reemplazado por hongos de almacenamiento, tales como Aspergillus spp., y Penicillium spp. El contenido de lípidos, viabilidad y vigor disminuyó con el aumento de la duración de almacenamiento, mientras que los ácidos grasos libres y actividad de lipasa aumentó. Ellos encontraron que, bajo condiciones controladas, las semillas de Jatropha envasadas en material plástico se pueden almacenar hasta un mes para ser plantadas, mientras que para la producción de aceite se puede almacenar un máximo de cinco meses. Existen diversas estructuras sencillas para almacenar el grano, cuya utilización depende en gran medida de condiciones ecológicas y climatológicas del lugar en donde se quiere utilizar. Todas ellas tienen en común que son sencillas de fabricar, que es posible utilizar materiales locales, que su costo es reducido y que en muchos casos, pueden ser fabricados por el mismo agricultor. El silo metálico pequeño es más o menos hermético construido con hojas de láminas de fierro galvanizado, con una entrada en la parte superior, obturada con una tapadera, para llenar el silo y con una salida en la parte inferior, también obturada con una tapadera, para vaciar el silo. Está diseñado para almacenar maíz desgranado, pero puede utilizarse para otros granos de cereales como el arroz, trigo, sorgo o leguminosas como el frijol, garbanzo, lentejas, soya. Para su uso es requisito indispensable que el grano se encuentre seco. Cuando el grano está húmedo, los hongos rápidamente lo deterioran, destruyendo tanto el grano 163

165 como el silo. Para evitar grandes fluctuaciones de temperatura dentro del silo, se recomienda protegerlo con un techado rústico o instalarlo dentro de un local con muros y techo, y para evitar la corrosión de la base, colocarlo sobre una plataforma de piedra, madera o cemento. El tamaño depende de la cantidad y tipo de grano que se quiere almacenar. Se recomienda el silo de 1.4.m³ de capacidad fabricado por la unión de 3 hojas de lámina de fierro galvanizado de 2 X 1 m. Si se quiere mayor capacidad, se pueden unir 4 hojas de lámina con lo que se obtendrá un cupo de 2.4 m³. La unión de 5 hojas de lámina producirá un silo con capacidad para 3.9 m³. No se recomienda que el silo sea mayor, debido a que es más difícil de construir y manejar y pierde resistencia. Si se requiere de mayor capacidad de almacenamiento, es preferible construir dos o más silos. El almacenaren silo tiene como ventaja prevenir el ingreso de insectos y roedores al recipiente, propiciar la muerte de insectos porfalta de oxígeno al interior del contenedor e impedir el intercambio de humedad entre el ambiente y el grano. Los principales factores de daño se pueden dividir en factores abióticos y factores bióticos. Las condiciones del clima pueden ejercer gran influencia en dos etapas de la maduración de las semillas. La primera corresponde a la etapa en que la semilla está acumulando rápidamente materia seca en el campo, antes de ser cosechada; en esta etapa es indispensable la presencia de humedad en el suelo en cantidades adecuadas. Un período de sequía traería como consecuencia una semilla más liviana, es decir, con menor contenido de materia seca y, por lo tanto, serían menos vigorosas y tendrían menor potencial para el almacenamiento. La segunda etapa, en que la semilla se muestra particularmente sensible, se presenta cuando alcanza su máximo contenido de materia seca; en este caso la semilla se deshidrata rápidamente para entrar en equilibrio con la humedad relativa del aire. Si durante esta etapa llueve mucho, la deshidratación será lenta y el contenido de humedad permanecerá elevado por un período mayor, lo que propicia que las semillas se deterioren con rapidez. La acción de la temperatura sobre la conservación de los alimentos es conocida universalmente. Los alimentos y otros materiales biológicos se conservan mejor en ambientes refrigerados que en altas temperaturas, sobre todo si su contenido de humedad es alto; este hecho se basa en el principio de que la mayoría de las reacciones químicas se aceleran con el aumento de la temperatura. Los granos con alto contenido de humedad, que son inadecuados para el almacenamiento convencional, pueden conservarse en refrigeración. Los granos almacenados tienen menor posibilidad de deterioro cuando están fríos. Las bajas temperaturas pueden compensar los efectos de un alto contenido de humedad y evitar el desarrollo de microorganismos, insectos y ácaros que atacan los granos almacenados. Un estudio muestra que el deterioro de semillas de Jatropha durante el almacenamiento fue más pronunciado para temperaturassuperiores a 25 C y uncontenido de agua de alrededor de 8 a 10%. Durante el almacenamiento de granos, la alta concentración de agua, la disponibilidad de oxígeno y la 164

166 temperatura son factores que aceleran el metabolismo de los granos favorecido la aparición de reacciones oxidativas e hidrolíticas ocasionando una degradación del aceite. Los hongos son los principales microorganismos de la microflora presentes en los granos almacenados y constituyen la más importante causa de pérdidas y deterioro durante el almacenamiento. Prefieren ambientes o sustratos con alto contenido de humedad y son los agentes responsables por el gran aumento de la respiración de los granos húmedos. Por lo general, los hongos que atacan los granos se dividen en dos grupos: hongos de campo y hongos del almacenamiento. Un estudio realizado por Srivastavaet al. 2011, observaron el deterioro por hongos en semillas de Jatropha curcasdurante un año de almacenamiento, los principales hongos aislados fueron: Alternariaalternata, Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus, Aspergillus niger, Aspergillus terreus, Cephaliophorairregularis, Chaeromiumglobosum, Cladosporiumcladosporiodies, Curvularialunata, Fusarium moniliforme, Fusarium roseum, Penicilliumcitrinum, Penicilliumrubrum y Rhizopusstolonifer. Los insectos son portadores de hongos que pueden debilitar o consumir las semillas o atacar la plántula que de ella se origina. Algunos insectos forman capullos y telas, que unen los granos formando conglomerados que hacen más difíciles las operaciones de aireación y control fitosanitario. Los insectos de granos almacenados más perjudiciales son aquellos que se alimentan del embrión y que destruyen el poder germinativo de la semilla. Los insectos que viven en el interior de la semilla se alimentan principalmente del endospermo, en cuyo caso el embrión no es afectado directamente, pero la reducción parcial o total de las reservas alimenticias hace que la semilla pierda su vigor y produzca una plántala débil o incapaz de sobrevivir. La infestación se origina tanto en el campo como en el almacén. Los insectos del almacenamiento comúnmente se encuentran presentes en almacenes, silos, trojes, depósitos en general e inclusive en casas habitación, por lo que la semilla puede infestarse fácilmente al ser almacenada cerca de productos ya infestados. Los daños causados por la infestación de campo pueden evitarse si se cosecha la semilla tan pronto esté madura y se la somete a un secado y fumigación oportuna. Los roedores ocasionan grandes daños a los cultivos y a los productos almacenados. Los cereales son muy vulnerables al ataque de los roedores, por lo que probablemente son los que ocasionan mayores pérdidas principalmente a pequeños agricultores. Las pérdidas que ocasionan los roedores a los productos almacenados pueden ser de tres tipos: en primer lugar, los roedores consumen una cierta cantidad del producto; en segundo lugar contaminan una cantidad mucho más grande de productos y, por último, causan graves daños a los envases. Además de los daños directos que ocasionan a los productos almacenados, los roedores también son portadores de enfermedades transmisibles a los seres humanos. Los productos almacenados, contaminados por deposiciones, orina y parásitos de los roedores son focos de contaminación para quienes los manejan o consuman. 165

167 Bajo las mismas condiciones de almacenamiento, los granos y las semillas pueden tener calidades diferentes, que dependen de variables ocurridas en etapas anteriores. De este modo, no se puede esperar que un lote de semillas de calidad mediana se comporte igual que un lote de semillas de alta calidad. La calidad inicial de los granos y de las semillas depende de los siguientes factores: condiciones climáticas durante el período de maduración de la semilla, grado de maduración en el momento de la cosecha, daños mecánicos, impurezas, humedad, temperatura, microorganismos, insectos y roedores. Para obtener un almacenamiento eficiente, los granos deben tener un bajo contenido de humedad, ya que los granos húmedos constituyen un medio ideal para el desarrollo de microorganismos, insectos y ácaros. Los granos pueden sufrir impactos desde la cosecha hasta el momento del almacenamiento, que les ocasionan grietas o fragmentaciones. Estos granos se deterioran con gran facilidad y se convierten en focos que afectan a los granos sanos. Los granos que contienen impurezas (fragmentos del mismo producto) y materias extrañas (residuos vegetales y cuerpos extraños, como tierra, entre otros) son portadores de una mayor cantidad de microorganismos y presentan condiciones que facilitan su deterioro. Las materias extrañas impurezas, bajo las mismas condiciones de humedad relativa y temperatura del aire, presentan contenidos de humedad más altos que el producto, además que ocupan el espacio intergranular impidiendo los procesos de secado, aireación y uso de fumigantes. El contenido de impurezas y materia extrañas también es de gran importancia desde el punto de vista comercial. Cuando el producto está sucio es clasificado como de menor calidad y sufre una considerable reducción de precio. La determinación del contenido de impurezas de un producto se realiza a través de una muestra de granos. Esta determinación es importante porque proporciona información sobre las condiciones para el almacenamiento del producto. Los métodos que se emplean pueden ser manuales o mecánicos. El método manual consiste en hacer pasar una muestra de grano a través de un cernidor, los orificios del cernidor deben retener los granos y deben dejar pasar las impurezas menores, las cuales son pesadas en balanza. Cada país tiene su norma que establece los porcentajes máximos de impurezas para cada producto. Estas normas generalmente siguen las recomendaciones básicas que rigen las leyes del comercio internacional para la clasificación de granos y semillas (cuadro 1). Cuadro 1. Contenido máximo de impurezas permitidas según el CONCEX. MAÍZ SOYA TRIGO %Humedad %Impurezas %Humedad %Impurezas %Humedad %Impurezas El contenido de peróxidos se correlaciona con el grado de oxidación de los aceites o grasas. A medida que avanza la oxidación, los peróxidos pueden 166

168 dividirse y formar aldehídos y ácidos de cadena corta. Para la titulación, se utiliza una mezcla de disolventes de 3:2 de ácido acético glacial y cloroformo, solución saturada de KI, tiosulfato de sodio y una solución de almidón diluido. Un estudio realizado por Akbaret al. en 2009, demostraron la estabilidad oxidativa del aceite al encontrar un valor considerado bajo de 1.93meq/kg en aceite de semilla de Jatropha curcasde Malasia con potencial para la fabricación de biodiesel. Espinal en 2012, investigó la composición de la semilla y evaluación de la calidad del aceite y torta desgrasada de tres variedades de piñón (Jatropha curcas), todas las variedades cumplieron con los estándares establecidos según la norma del Codex para aceites vírgenes, grasas y aceites prensados en frío (CODEX STAN un LMP de hasta 15 miliequivalentes de oxígeno activo/kg de aceite). En muchos casos, la calidad del aceite se deteriora gradualmente debido a un mal manejo y condiciones inapropiadas de almacenamiento de las semillas, como el aumento del contenido de agua. El aceite expuesto al aire y a la luz solar por periodos de tiempo largos afecta la concentración de ácidos grasos libres (FFA), incrementándolos en cerca de 1%. Este alto porcentaje de FFA ocasionará, durante la transesterificación del aceite, la formación de jabón, lo que dificultará la separación de los productos finales de la reacción disminuyendo el rendimiento de biodiesel. Algunos estudios de producción de biodiesel con aceite de J. curcas reportan el contenido de ácidos grasos libres del aceite (Cuadro 2) Cuadro 2. Porcentaje de ácidos grasos libres del aceite de J. curcas. Ácidos grasos libres (%) Referencia 0.52 Nakpong y WootthikaNokkhan, Patilet al., Tiwariet al., Berchmans e Hirata, Sahoo y Das, 2009 INSUMOS Y EQUIPOS Para determinar si el almacenamiento de las semillas por tres meses deteriora su calidad es necesario: silos de acero inoxidable con sellado hermético con capacidad de 850L, semillas de J.curcas, higrotermometro, estufa, balanza analítica, crisoles, desecador, licuadora, hexano, NaOH, almidón, Tiosulfato, tamiz, alcohol, fenolftaleína, rotaevaporador, ácido acético y cloroformo. 167

169 METODOLOGÍA Se puede almacenar cualquier cantidad de semilla en este caso se utilizó 150 kg de semilla de Jatropha curcas germoplasma Sinaloa cosecha 2012, en silos de acero galvanizado con sellado hermético, con capacidad de 850 L localizado en las instalaciones del CIAD Unidad Culiacán (Fig. 1) durante 3 meses. Figura 1. Silos de acero galvanizado Con la ayuda de un higrotermometro (Figura 2) se puede medir las condiciones dentro del silo temperatura ( C) y humedad relativa (HR)(%). Figura 2. Higrotermometro. Cada mes se deben tomar muestras de 0.5 kg para medir los índices de calidad de las semillas (% humedad, % grano dañado, % impurezas, índice de acidez e índice de peróxidos); es conveniente realizarlos por triplicado comparándose con un control (Figura 3). 168

170 Figura 3. Toma de muestra Para la humedad se utiliza la técnica AOAC Se pesa 2 g de muestra en una balanza analítica utilizando un crisol de porcelana previamente tarado, se seca en una estufa a 75 C hasta peso constante. Se transfiere el crisol a un desecador hasta que alcance la temperatura ambiente. Se pesa y se calcula la pérdida de peso como humedad, mediante la siguiente fórmula: Donde: Pf = Peso fresco de la muestra Ps = Peso seco de la muestra %Humedad= (P f -P s ) x 100 Para evaluar el % de impurezas se toma 100 g de grano y se hacen pasar por un tamiz de 3.35 mm, se procede a agitar por 5 minutos. Los residuos colectados en el receptor se pesan para calcular el % de impurezas. De lo que queda en el tamiz se realiza el porcentaje de grano dañado de manera visual, se retira todo grano dañado mecánicamente, por hongo o insecto y se procede a pesarlos. Para realizar la determinación de índice de acidez y de peróxido es necesario la extracción de aceite de las semillas, para esto se muele 200 g de semilla en una licuadora y se coloca en un matraz al cual se le adiciona 600 ml de hexano, esta mezcla se pone en una placa con agitación constante por 2 h, transcurrido este tiempo se filtra con la ayuda de una tela de organza, el residuo recuperado nuevamente se coloca con 600 ml de hexano y se realiza el mismo 169 P f

171 procedimiento, hasta obtener el aceite más hexano y se destila en un rotaevaporador para obtener el aceite. El índice acidez se realiza siguiendo el método AOAC Se neutraliza alcohol titulándolo con solución de NaOH 0.1 N, y utilizando fenolftaleína como indicador. Se pesa la muestra de aceite, se le agrega el alcohol neutralizado y esta mezcla se titula con NaOH 0.25 N (Gorden Bell, México) hasta observar un color rosa pálido persistente por un tiempo mayor a 1 min. El volumen de NaOH 0.25 N en ml gastados en la titulación fueron el porcentaje de ácidos grasos libres, y el índice de acidez se calcula de la siguiente forma: Donde: 40=equivalente químico del NaOH N= Normalidad del NaOH V=gasto en ml del NaOH P= masa de la muestra en g El índice de peróxido se mide por el método Se pesa la muestra en un matraz de 250 ml, se adiciona una solución 3:2 ácido acético-cloroformo para disolverla y una solución de yoduro de potasio (KI) saturada. Se agita por 1 min y se adiciona agua destilada. La mezcla obtenida se titula con una solución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) 0.1 N hasta desaparecer el color amarillo. Se incorporan aproximadamente 0.5 ml de solución al 1% de almidón y se continua la titulación hasta liberar todo el yodo del extracto del cloroformo, hasta desaparecer el color azul. Se efectuan determinaciones en blanco con el indicador. S N 1000 Índice de peróxido (miliequivalente de peróxido/kg de muestra) = g de muestra S = ml de Na2S2O3 (blanco corregido) N =normalidad de la solución de Na2S2O3 170

172 PRODUCTOS La semilla de Jatropha curcas no perdió la calidad durante los tres meses de almacenamiento comparado con una semilla sin almacenamiento. El siguiente cuadro muestra los resultados obtenidos en cada una de las determinaciones de calidad de semillas de Jatropha curcas durante el almacenamiento. Cada uno de los parámetros de calidad cumple con las especificaciones nacionales e internacionales. La humedad se mantuvo en rangos menores a 8% que evitan la proliferación de microorganismos. El manejo que se le dé a la semilla durante la cosecha es primordial para evitar la presencia de residuos de la planta que pueden servir de inoculo para diferentes microorganismos e insectos generadores de daño potencial en el grano. Cuadro 3. Resultados obtenidos durante 3 meses de almacenamiento de semillas de Jatropha curcas. Análisis Resultados* Especificaciones 30 días 60 días 90 días C S C S C S Humedad (%) (a) Impurezas (%) (a) Granos dañados (a) (%) Índice de acidez (% (b) como ácido oleico) Índice de peróxido (mequiv/kg) (c) C=Control (semillas temperatura ambiente) S= semillas en silo *Promedio de tres repeticiones (a) Valores de norma COVENIN para grano de maíz (b) NMX-F-475-SCFI-2005 para aceite de canola (c) PROY-NMX-F-590-SCFI-2008 para aceites de Jatrofa Cuadro 4. Temperatura y humedad relativa durante 3 meses de almacenamiento. Tiempo de Temperatura Humedad relativa media almacenamiento (días) media ( C) 30 23± ± ± ± ± ±

173 ESTRUCTURA DE COSTOS Debido a que la Jatropha almacenada generalmente cumplirá un doble propósito, ser empleada como grano y como semilla, es importante disponer de un método que permita mantener la pureza y bajos valores de semilla dañada y de contenido de humedad por periodos mayores de nueve meses o en la espera de mejores precios para la semilla. En este caso la inversión inicial comprende la compra de silos herméticos con un costo de $7,065 cada uno con capacidad de 850 L y un sistema de aireación con un costo aproximado de $3,500, la extracción de aceite y cada uno de los índices de calidad tendrá un costo de $300 respectivamente. Dando un total de $ El precio de las semillas que se cotiza actualmente es de $180/kg semilla. 172

174 BIBLIOGRAFÍA Abalonea R., A. Gastóna,A. Cassinerad y M. Lara Modelizacion de la distribución de la temperatura y humedad en granos almacenados en silos. Mecánica Computacional Vol XXV, pp Adebowale, K., y C. Adedire Chemical composition and insecticidal properties of the underutilized Jatropha curcas seed oil. African Journal of Biotechnology Vol. 5 (10), pp Akbar, E., Z. Yaakob, S. Kamarudin, M. Ismail y J. Salimon Characteristics and composition of Jatropha curcas oil seed from malaysia and its potential as Biodiesel Feedstock. Malaysia, National University of Malaysia p. Bártoli J Manual para el cultivo de piñon (Jatropha curcas) en Honduras. FHIA. 30 pp. Berchmans H., and S. Hirata.2008.Biodiesel production from crude Jatropha curcas L. seed oil with a high content of free fatty acids. Bioresource Technology. 99: CATIE Nota Técnica FAO Manual de manejo poscosecha de granos a nivel rural. Serie: Tecnologia Postcosecha 1. H. Berchmans, and S. Hirata Biodiesel production from crude Jatropha curcas L. seed oil with a high content of free fatty acids. Volume 99 (6): Hernández A. y A. Carballo Almacenamiento y conservación de granos y semillas. SAGARPA. amiento%20de%20semillas.pdf Makkar HPS, G. Francis, y K. Becker Protein concentrate from Jatropha curcas screw-pressed seed cake and toxic and antinutritional factors in protein concentrate J. Sci. Food Agric. 88: Moncaleano-Escandona J., B. Silva, S. Silva, J. Granjab, M. Alvesc, y M. Pompellib Germination responses of Jatropha curcas L. seeds to storage and aging. Industrial Crops and Products 44: Nakpong P., y S. Wootthikanokkhan Optimization of biodiesel production from Jatropha curcas L. oil via alkali-catalyzed methanolysis.journal of Sustainable Energy & Environment.1: Patil P., V. Gude, y S. Deng Biodiesel production from Jatropha curcas, waste cooking, and Camelina sativa. Oils Ind. Eng. Chem. Res. 48: Rosas I., A. Muñoz, B. Ramírez, H. Hernández y M. Bellon Calidad física y fisiológica de semilla de maíz criollo almacenada en silo metálico y con 173

175 métodos tradicionales en Oaxaca, México. Revista Fitotecnia Mexicana. 30 (1): Sahoo P., y L. Das Process optimization for biodiesel production from Jatropha, Karanjaand Polanga oils. Fuel. 88: Sampaio, C., R.Araújo, B.Santos, ys. Donzeles Evaluation of physical properties and oil quality of stored jatropha (Jatropha curcas L.) seeds. Engenharia na Agricultura. 20(1): Srivastava S., A. Sinha, and C. Srivastava Screening of seed-borne mycoflora of Jatropha curcas L. Research Journal of seed Science. 4(2): Tiwari K., A. Kumar, y H. Raheman Biodiesel production from jatropha oil (Jatropha curcas) with high free fatty acids: An optimized process. Biomass and Bioenergy. 31: Worang R., O. Dharmaputra, y R. Miftahudin The quality of physic nut (Jatropha curcas L.) seeds packed in plastic material during storage. Biotropia. 15(1):

176 Producción de ácidos húmicos a partir de testa de Jatropha curcas Ignacio Contreras Andrade Miguel Ángel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN El humus del suelo es reconocido como un importante constituyente de la tierra, que ayuda a mejor el crecimiento de las plantas. Sin embargo, el contenido de humus en muchos suelos es inadecuado y, en muchos casos, es deseable incrementar su contenido por medio de tratamientos con material orgánico. Es importante resaltar que se ha encontrado que los sustancias húmicas (SH), principalmente ácidos húmicos (AH), incrementan la eficiencia de los fertilizantes aplicados al suelo. La razón principal de este importante efecto se relaciona con la alta capacidad de intercambio catiónico del AH, lo cual lleva no solo a una elevada capacidad de retención de los fertilizantes, sino también a mantenerlos en la forma en la que las plantas los utilizan; por eso, el humos con alta capacidad de intercambio catiónico incrementa la eficiencia de los fertilizantes. Un manera de mejorar el contenido de humus del suelo ha sido extraer los ácidos húmicos de los minerales que los contienen, y luego aplicar los ácidos húmicos extraído en una forma concentrada de la tierra, tal como lo ha propuesto Karcher (Patente US3,111,404). Esta patente está relacionada con el tratamiento de los AH en minerales, como la leonardita, para formar un fertilizante húmico granulado de amonio. Sin embargo, en estas patentes la complejidad del proceso para formar el concentrado del ácido húmico es tal que, el producto final formado es relativamente caro y el el proceso propiamente dicho usa maquinaria cara y compleja. Por otro lado, el producto final que se obtiene en estas patentes es granular y no un líquido concentrado, lo cual podría facilitar el almacenamiento, embarque, manejo en su uso, permitiendo una aplicación directa al suelo por medio del sistema de irrigación o por fumigación. Este paquete tecnológico está relacionado con la producción de ácidos húmicos a partir de testa de Jatropa curcas (TJC), lo cual puede representar un efecto importante en la sustentabilidad de la cadena Agroindutrial de JC en el Noroeste de México; ya que se propone darle valor agregado a un residuo del proceso de extracción de aceite e incorporar biomasa con altos contenidos de AH, y con ello promoviendo una mayor fertilidad a la planta de JC. De hecho, según las proyecciones de producción de semillas de JC, después de 5 años, los volúmenes de producción de AH permitirán la comercialización a bajo costo para la agricultura convencional destinada a alimentación humana. La metodología de procesamiento que se propone en este trabajo, es sencilla, de bajo costo y tal, que los agricultores de México, pero especialmente los del Noroeste del país, puedan * Universidad Autónoma de Sinaloa, Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). 175

177 desarrollar para producir sus propios mejoradores de suelos, para incrementar la productividad y disminuir el uso de fertilizantes en la agricultura convencional. Importancia de JC como cadena productiva JC ha llamado mucho la atención en diversos países del mundo por su potencialidad como materia prima para biocombustibles; sin embargo, de acuerdo a los resultados reportados por el Instituto de Investigación en Energía y Ambiental de Heidelberg (IFEU) (2007) sobre el análisis de ciclo de vida para el proceso de JC, siguiere que para que el proceso sea sustentable desde el punto de vista ambienta y energético, se debe contemplar dar valor agregado a co-productos de la etapa del proceso. Por ello, los objetivos planteado en el proyecto: Desarrollo Sustentable de la Cadena Agroindustrial de Jatropha curcas, para el Rescate de la Zona Serrana Marginada del Noroeste de México, son buscar alternativas para dicho proceso y demostrar su factibilidad en esta zona del país, considerando que las JC criollas de Sinaloa son de naturaleza NO TÓXICAS. Este proyecto contempla que después de la maduración y cosecha de los frutos de JC (figura 3): 1) que la cáscara deshidratada de la semilla sea utilizada para producir briquetas o pellets energéticos, usados como sustitutos de carbón mineral; 2) que la semilla producida se obtenga la almendra, de la cual se obtendrá el aceite, y posteriormente el biodiesel y glicerina; 3) de la almendra después del proceso de extracción de aceite se obtengan harina para producción de alimentos para aves, borregos, camarón y tilapia; 4) finalmente, que de la testa de la semilla se obtenga un bio-mejorador de suelos, formado principalmente por ácidos húmicos, los cuales se reincorporarían a la tierra de los cultivos de JC para disminuir el uso de fertilizantes. Composición de la testa de Jatropha curcas La producción estimada de frutos a partir del segundo año de la plantación de JC en el noroeste de México podría estar 4, 800 y 9, 600 kg/ha, dependiendo del sistema de riego. Lo cual considerando que los porcentaje del balance de peso seco, se estima que se tendría una producción de semilla de 3,000 a 6,000 Kg/ha, y una producción de entre 1,260 a 2, 520 kg/ha de testa (Figura 4). Debido a esta alta proporción de material, hasta ahora como residuo, es muy alto, se debe buscar un procesamiento para esta biomasa residual. La composición de la química de la testa de Jatropha curcas (TJC) que se muestra en la Figura 5. De acuerdo a Wever et al. (2012), la TJC posee un alto contenido (47.60%) de lignina, en comparación de la celulosa y hemicelulosa (22.29 y 23.84%, respectivamente). Por ello, este material se vuelve atractivo para procesamiento para producir energía, por ejemplo gasificadores abiertos Singh, et al. (2008), y pirólisis en reactores de lecho fijo para producir principalmente hidrogeno, carbón sólido y combustibles líquidos. Sin embargo, desde el punto de vista regional, nuestro grupo encuentra atractivo a la TJC como un insumo importante para producir un bio-mejorador de suelos de manera local. 176

178 ML ML ML ML ML ML ML ML ML Figura 3. Partes del fruto de Jatropha curcas y los potenciales productos de la cadena agroindustrial de JC. 177

179 Figura 4. Composición en base seca del fruto de Jatropha curcas Figura 5. Composición química de testa de JC no tóxica en base seca. Lignina y sus propiedades La palabra lignina proviene del término latino lignum, que significa madera, se caracteriza por ser un complejo aromático (no carbohidrato) del que existen muchos polímeros estructurales (ligninas). Resulta conveniente utilizar el término lignina en un sentido colectivo para señalar la fracción lignina de la fibra. Después de los polisacáridos, la lignina es el polímero orgánico más abundante en el mundo vegetal y la única fibra no polisacárido que se conoce (Hatakeyama, 2010). Como un bio-recurso, la lignina es uno de los materiales más importantes para la síntesis de polímeros ambientalmente amigables. Las ligninas son 178

180 derivados de recursos renovables como los árboles, pastos y cultivos agrícolas. Es un compuesto no tóxicos y extremadamente versátil en su rendimiento. La producción de lignina como un subproducto del proceso de pulpa en el mundo es más de aproximadamente 30 millones de toneladas por año. La estructura de largo alcance de la lignina presenta un elevado peso molecular, que resulta de la unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos (cumarílico, ferílico y sinapílico), es fundamentalmente amorfa. Básicamente, hay tres estructuras principales de la lignina, 4-hidroxifenil, guayacilo, y siringil, las cuales se conjugan para producir un polímero tridimensional. Por la razón anterior, la lignina no tiene una estructura regular como la celulosa, pero posee una estructura que física y químicamente heterogéneo. MEJORADORES DE SUELOS Material Orgánico del suelo (MOS) El MOS es la acumulación de todos los residuos vegetales y animales, así como de las células microbiales depositadas en el suelo y que se encuentran en proceso de descomposición. La materia orgánica del suelo es importante como fuente de la energía requerida para la actividad y el metabolismo de los microorganismos del suelo y como sustrato para el suministro de algunos nutrientes esenciales de las plantas. Por eso, la materia orgánica incorporada al suelo, como abono, es de gran importancia debido a que actúa como un acondicionador y mejorador de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo. En las propiedades Físicas del suelo, el MOS ayuda a: 1. Incrementa la capacidad de retención de humedad del suelo, ya que debido a su alta porosidad, es capaz de retener una cantidad de aguaequivalente a 20 veces su peso. 2. Mejora la porosidad del suelo, lo cual facilita la circulación del agua y del aire a través del perfil del suelo. 3. Estimula el desarrollo radicular de las plantas. A mayor contenido de materia orgánica mayor desarrollo radicular permitiendo a las plantas explorar un mayor volumen desuelo para satisfacer sus necesidades de nutrientes y agua. 4. Mejora la estructura del suelo, dándole una mayor resistencia contra la erosión y una mejor permeabilidad, aireación y capacidad para almacenar y suministrar agua a las plantas. En las propiedades químicas del suelo, el MOS ayuda a: 1. Incrementar la Capacidad de Intercambio Catiónico del suelo (C.I.C.) que se refleja en una mayor capacidad para retener y aportar nutrientes a las plantas elevando su estado nutricional. 2. Contribuye a incrementar la fertilidad del suelo mediante la liberación de varios nutrientes esenciales para las plantas entre los cuales se destacan el Nitrógeno (N), el Fósforo(P), el Azufre (S) y algunos elementos menores, como el Cobre (Cu) y el Boro (B). 179

181 3. Incrementa la capacidad para resistir cambios bruscos en el ph cuando se adicionan sustancias o productos que dejanresiduo ácido o alcalino. Ejemplo: cuando la urea y el sulfato de amonio se aplican al suelo se produce nitrógeno amoniacal (NH 4+ ) que bajo condiciones de buena aireación se nitrifica liberando hidrógenos que incrementan la acidez del suelo. 4. Desde el punto de vista biológico, la MOS incrementa la actividad biológica del suelo al mejorar su componente biótico, ya que se aumenta la carga microbial que se encarga de la mineralización de los compuestos orgánicos y de la liberación de los nutrientes para las plantas. Y es fuente de energía para la gran mayoría de los microorganismos del suelo. Por otro lado, los residuos orgánicos que se incorporan al suelo son sometidos a diversos procesos de transformación dando como resultado productos más simples en su composición química. En esos procesos intervienen los factores climatológicos (temperatura, humedad etc), organismos vivientes de variadas especies de vertebrados, insectos, artrópodos y lombrices que con su actividad reducen el tamaño de los desechos orgánicos y aumentan la superficie de exposición a otros organismos. Dentro de estos procesos iniciales que ocurren durante la descomposición de los materiales orgánicos también juega un papel muy relevante la actividad del hombre a través de la incorporación de los residuos de las cosechas durante las labores de labranza. MINERALIZACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA De cual se liberan algunos nutrientes esenciales que son utilizados por las especies vegetales después de ser convertidos de compuestos orgánicos a formas inorgánicas aprovechables por las plantas, como sucede con el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Un ejemplo de estos procesos lo constituye la mineralización del nitrógeno (N) que incluye una serie de transformaciones mediante las cuales los microorganismos del suelo convierten el nitrógeno orgánico a formas amoniacales (NH 4 + ) y nítricas (NO 3 - ) que son fácilmente aprovechables por las plantas. Abonos orgánicos Por definición, los abonos orgánicos son productos resultantes de la descomposición biológica de la materia orgánica que al ser incorporados al suelo mejoran sus propiedades físicas, químicas y biológicas lo cual se refleja en un incremento de la capacidad productiva del suelo. Se producen a través de un bioproceso denominado COMPOSTAJE. Son productos finamente divididos y con una alta carga microbial que se utilizan como acondicionadores y mejoradores del suelo. Para ello, los abonos más utilizados como acondicionadores del suelo son: 1. Los residuos de las cosechas 2. Estiércol de animales 180

182 3. Composta 4. Lombriz-composta Humus Finalmente, después del proceso de transformación de los tejidos originales de plantas y animales se obtiene un producto final, muy complejo y estable de color café o casi negro, amorfo, denominado HUMUS, el cual está constituido de sustancias químicas muy complejas que aún no se conocen completamente (ácidos húmicos, fúlvicos y huminas), pero que actúan principalmente como reguladores de crecimiento y hormonas vegetales, cuya función es acelerar algunos procesos fisiológicos en las plantas entre ellos la nutrición, la floración y la fructificación. El humus del posee una alta capacidad para retener nutrientes incrementando la reserva nutricional del suelo, mejorando sus propiedades físicas, ya que promueve la formación de la estructura, la aireación, la agregación de las partículas, la capacidad para retener agua y la absorción de nutrientes. Asimismo, fortalece la habilidad del suelo para resistir cambios bruscos en el ph. Estimula la asimilación del fósforo y del hierro y neutraliza sustancias tóxicas para las plantas. Influencia notablemente el componente biológico del suelo, favoreciendo el desarrollo radicular y la actividad microbial. Origen de los Ácidos Húmicos (AH) Humificación es el proceso de transformación de residuos vegetales en sustancias húmicas, se ha estudiado ampliamente en suelos y residuos de los bosques (Zacarías et al. (1997)). Las principales vías para la formación de sustancias húmicas se basan en las teorías de la lignina, azúcar- amino y lignina-proteínas (Stevenson, 1994). En general, estas teorías postula que las bio-macro moléculas primero se rompen en pequeños componentes y, posteriormente, se recombinan para dar como resultado materia orgánica más compleja (Hedges y Oades 1997). Por otra parte, por medio de muchos estudios en el suelo y en ecosistemas marinos (Kögel-Knabner et al 1992;. Hedges y Keil 1995), se sabe por medio del proceso de humidificación se preservan los tejidos vegetales, como material orgánico. Al revisar el origen de la materia orgánica del suelo, Kogel-Knabner (2002) propone que la humificación es la estabilización prolongada de sustancias orgánicas, que luchan contra la biodegradación; que en dicho proceso se encuentran involucrados los bio-polímeros de las plantas, tales como lignina, cutina y suberina. Por esta razón, se puede decir que la preservación de las biomacromoléculas es debido a la naturaleza recalcitrante a la degradación bioquímica, provocado por la propiedad inherente de la estructura molecular (Kogel Knabner 2002). Desde un punto de vista estructural, durante los últimos años los autores coinciden en el tamaño molecular más pequeño de los AH (~ 1 kda), que constan de sistemas complejos supramoleculares en el que pequeñas y químicamente diversas bio-moléculas forman grupos vinculados entre si, a través 181

183 de enlaces de hidrógeno y una interacción hidrofóbica (Buurman et al, 2002;. Piccolo, 2001; Piccolo, 2002; Simpson, 2002; Sutton y Sposito, 2005; Salati, et. al., 2011). Tal modelo estructural indica la presencia en la estructura supramolecular de ambas fracciones hidrófobas, que consisten principalmente de cadenas de hidrocarburos procedentes de segmentos de polímeros de plantas relativamente inalterados, y las fracciones hidrófilos, que consiste principalmente de grupos iónicos tales como ácidos carboxílicos, y porciones no iónicos polares tales como fenoles, alcoholes, aldehídos, cetonas, amidas y aminas. Estas características sugieren que los AH tienen propiedades anfifílicas y que pueden actuar como agentes tenso activos naturales, es decir, son capaces de reducir la tensión superficial, formando en alta concentración, como estructuras de micelas (Kleber et al, 2007). Características de ácidos húmicos para la remediación de suelos contaminados La recuperación de suelos consiste en la desintoxicación de los suelos de los agentes contaminantes. Las nuevas tecnologías de remediación de suelos enfatizan en la transformación y la desintoxicación de contaminantes en el suelo (Conte et al. 2005). Por ejemplo, la biorremediación utiliza microorganismos para degradación in situ, sin embargo esta técnica tiene algunos límites, debido a la selección de los microorganismos y la condición del suelo apropiado para su actividad (Boopathy, 2000). Para hacer frente a la contaminación por la persistencia de contaminantes orgánicos involucrados en los agroquímicos de la agricultura convencional, recientemente la atención se ha centrado en la posibilidad de remover los contaminantes de los suelos contaminados a través de la acción del agua, ayudado por un tenso activos no iónicos o aniónicos. Esta técnica se puede realizar in situ (enjuague del suelo) o ex situ (lavado del suelo) (Deshpande et al., 1999). Debido a la persistencia de los tensos activos sintéticos en el entorno de remediación de suelos, una alternativa interesante de las tecnologías consiste en considerar la capacidad de los AH, que se extrae a partir de Jatropha curcas, para actuar como agentes bio-tenso activos. INSUMOS Y EQUIPOS Para la producción de ácidos húmicos se requieren los siguientes insumos y equipamiento: 1. Agua 2. Hidróxido de potasio (KOH) comercial 3. Testa de Jatropha curcas 4. Molino de bolas para 40 micras de tamaño de partícula 5. Cilindro de Aire comprimido, libre de aceite 6. Reactor de oxidación (recipiente cerrado, con válvula de alivio para operación de presión máxima de 1000 psi) Las dimensiones del cilindro y del reactor dependen de la cantidad de procesamiento, a nivel laboratorio los experimentos se desarrollaron con cilindros 182

184 tipo L de aire extra seco, marca Praxair, de 9 m 3 a una presión de 2500 Psi; y un reactor tanque agitado marca Parr, modelo 4848, de 400 ml de volumen. Cuadro 2. Balance de materia para la procesamiento por kilo de testa de Jatropha curcas Reactivos/ productos Cantidad Testa de jatropha curcas Agua Hidróxido de potasio 1 kg 3 l 0.12 kg koh METODOLOGÍA Proceso de oxidación de lignina El proceso de oxidación- destrucción hidrolítica de la lignina que contienen JC en un medio alcalino a altas temperaturas es similar al proceso de humificación natural en las siguientes características: Una parte de las sustancias orgánicas se oxida a dióxido de carbono, agua y de bajo peso molecular ácidos orgánicos; Otra parte de las sustancias orgánicas se transforma en sustancias de alto peso molecular color, oscuras, que pueden ser liberadas de la solución de acidificación con un ácido mineral. El contenido de lignina en la TJC puede ser oxidado por el oxígeno del aire en dos etapas, Figura 6. Es conveniente precisar que se han desarrollado experimentos para maximizar la producción de AH, en función de la temperatura de oxidación (180, y 200ºC), presión (300, 600, y 900 psi) y tiempo (2 y 4 h). ETAPA 1 MOLIENDA DE TJC Consiste en la molienda de la TJC, la cual se lleva a cabo en molinos de bolas, hasta llegar a tamices de 40 micras. De hecho, estudios previos indicaron que la TJC sin moler y semi molida, llevan a una menor producción de AH, de tal forma que se decidió realizar los estudios con TJC molida, para eliminar efectos de transferencia de masa. 183

185 AIRE COMPRIMIDO ÁCIDOS HÚMICOS ML REACTOR OXIDACIÓN MOLIENDA DE TESTA ml PROCESO Figura 6. Etapas para la obtención de AH. ETAPA 2 OXIDACIÓN DE LIGNINA En esta etapa una cantidad de 100g de TJC, se diluyó en 250 ml de agua y se mezcló con 12 g (30% del contenido de lignina) de hidróxido de sodio diluido en 50 ml de agua. El ph inicial de la mezcla es de aproximadamente 13. La mezcla se calienta hasta la temperatura de reacción (180 o 200 C ), se ajusta la presión de operación del reactor de oxidación, por medio de la inyección de aire comprimido que proviene del tanque o un compresor (figura 6). La presión de los experimentos desarrollados fue en el rango de 300, 600 y 900 psi. El reactor se mantiene en las condiciones de reacción hasta alcanzar el tiempo deseado de reacción (2 y 4 h). Después de alcanzar el ph fina (de aproximadamente de 5), la masa se enfría a 25 C y luego se descarga como producto final. VALIDACIÓN DEL MÉTODO Determinación de la cantidad de AH El análisis cualitativo de los AH obtenidos en la reacción de oxidación de lignina de TJC se describe a continuación: 1. Se pesan 2 g de la muestra seca y se añaden 50 ml de solución extractora, se agita bien hasta que quede homogénea la mezcla. Se filtra a través de tela organza para eliminar cualquier partícula. Si es necesario, diluir la 184

186 muestra hasta que caiga en el rango de la curva estándar (1 ml aforar a 50 ml). 2. Procedimiento de la solución extractora: en un matraz volumétrico de 2 litros con 500 ml de agua destilada, se adicionan 80 g de NaOH, 8 g de DTPA, 40 ml de etanol y se afora al volumen. 3. Curva de calibración: Se toman 5 ml de la solución stock de ácido húmico y se diluye con 100 ml con agua destilada para obtener el estándar de 50 ppm. Tomar 10 ml y se diluyen con 100 ml para obtener el estándar de 100 ppm. Tomar 20 ml y se diluye con 100 ml para obtener el estándar de 200 ppm. 4. Preparación del estándar stock, se pone a secar el ácido húmico (Aldrich) por 4 horas a 105ºC, posteriormente se pesan g y se diluyen con 100 ml de solución extractora. Agita una hora. Cálculos ppm de ácido húmico = (ppm de ácido húmico de la curva estándar) (factor) ppm de ácido húmico = (ppm de ácido húmico de la curva estándar) (25) % ácido húmico = ppm ácido húmico/10, 000 Factor = 50/2= 25 Factor de dilución = 50/1 = 50 PROCESO DE PRODUCCIÓN QUÍMICA DE LOS ÁCIDOS HÚMICOS (AH) A PARTIR DE TJC Generalidades Las sustancias húmicas son extremadamente abundantes en la naturaleza y constituyen la principal y algunas ocasiones la parte predominante de los combustibles fósiles de origen orgánico, producto de la transformación de la plantas y del humus natural. El compuesto principal de las sustancias húmica (SH) son los AH. Los productos del proceso son sustancias que pertenecen, en términos de su composición elemental y propiedades fisicoquímicas, a sales de AH, que pueden emplearse en la agricultura como un estimulador de fertilidad, 185

187 como un componente de un fertilizante órgano-mineral y como un activador de la descomposición microbiológica del suelo. El punto partida para el proceso que se presenta en este apartado es la semilla obtenida durante la cosecha de JC (Figura 3), importante es resaltar que se parte de tener la semilla pelada, proceso en el cual se obtiene por un lado la testa y por otro la almendra que irá al proceso de extracción de aceite. Etapas para las mejores condiciones de producción A partir, de los resultados encontrados en laboratorio se proponen los siguientes paso y condiciones de operación para la obtención de AH, obtenidos desde testa de Jatropha curcas, como una alternativa para proporcionar valor agregado a este residuo orgánico del proceso de extracción de aceite; y al mismo tiempo, se busca incrementar la viabilidad de toda la cadena Agroindutrial de JC, proporcionando un mejorador de suelos, el cual ayudará a la disminución de fertilizantes en la siembre de JC, mejorará el impacto ambiental considerado en el ciclo de vida de la cadena. Las pasos sintetizados se aprecian en este esquema: ESTRUCTURA DE COSTOS El análisis de costos presentado está basado en el balance de materia por kg de testa procesada, mismo que se obtuvo del análisis de las mejores condiciones experimentales que se encontraron en los estudios realizados. La tabla 3 muestra los costos unitarios de las materia primas cotizadas para entrega en Culiacán, Sinaloa. Los costos de agua, electricidad fueron obtenidos para un modelo comercial desde Japac, y CFE, respectivamente; el costo del hidróxido de potasio se obtuvo con las cotizaciones de proveedores a nivel nacional y volúmenes de gran escala, comprando por tonelada. Finalmente, el aire exta seco se propone desde la empresa Praxair. La tabla 4 resume los cotos de producción por kilogramo de testa procesada, lo cual nos daría como producto 3 litros de producto con 18% de ácidos húmicos, lo cual implica un precio unitario de $3.15 por L. Por otro lado, en 186

188 la tabla 5 se muestra el nivel de inversión para una proceso de 50 L de proceso en Bath, según los cálculos de carga y descarga, se podrían obtener 4 corridas por turno, lo que daría una producción 200 L en un turno de 8 horas. Tabla. 3. Costos insumos necesarios para la producción de ácidos húmicos. Material Costo ($) /unidad Testa de Jatropha curcas - Hidróxido de potasio agua Aire extra seco Praxair Energía eléctrica 15/kg 0.2/L 1.49/L 0.72/ kwh Tabla 4. Costos primo unitario por kilogramo de testa de Jatropha curcas procesada. Material pesos ($) Análisis de calidad de muestras 0.04 Testa de Jatropha curca - Agua 0.6 hidróxido de potasio 1.8 Energía Eléctrica 0.46 Aire 5.96 Mano de Obra 0.6 Costo total

189 Tabla 5. Inversión estimada para la producción en batch de 20 kg. Material Miles de pesos ($) Reactor Bombas para manejo de solución alcalina Molino bolas Gran total

190 BIBLIOGRAFÍA Boopathy R. (2000). Factors limiting bioremediation technologies. Biores Technol; vol.64, p Buurman P, van Lagen B, Piccolo A. (2002). Increase in stability against thermal oxidation of soil humic substances as a result of self association. Org Geochem; vol.33, p Cervante-López, Ernesto, (2012). Tesis, Universidad Autónoma de Sinaloa. Síntesis de biodiesel a partir de aceite de Jatropha curcas L.: cinética de reacción y evaluación fisicoquímica. Conte P, Agretto A, Spaccini R, Piccolo A. (2005). Soil remediation: humic acids as natural surfactants in the washings of highly contaminated soils. Environ Pollut; vol. 135, p Daimler AG., Stuttgart, Screening Life Assessment of Jatropha Biodiesel, Final Report, Institue for Energy and Environmental Research, IFEU Heidelberg, 2007 Deshpande S, Shiau BJ, Wade D, Sabatini DA, Harwell JH.(1999). Surfactant selection for enhancing ex situ soil washing. Water Res; vol. 33, p Diego-Armando Z. Wever, H.J. Heeres, Antonius A. Broekhuis; Characterization of Physic nut (Jatropha curcas L.) Shells. (2012), Biomass and Bioenergy, 37, Gübitz G., Mittelbach M. y Trabi M. (1999). Exploitation of the tropical oil seed plant Jatropha curcas L. Bioresource Technology 67: Gunstone F. D., Hardwood J. L. y Dijkstra A. J. (2007). The lipids handbook. Teylor and Groups. 3ra edición. 971 p. Hedges JI, Keil RG (1995). Sedimentary organic matter preservation: an assessment and speculative synthesis. Mar Chem, Vol. 49, p Hedges JI, Oades JM (1997). Comparative organic geo chemistry of soil and marine sediment. Org Geochem, vol. 27, p Heller J. (1996). Physic nut. Jatropha curcas L., Promoting the conservation and use of underutilized and neglected crops. 1. Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben/ International Plant Genetic Resources Institute, Rome. Hyoe Hatakeyama and Tatsuko Hatakeyama, (2010). Lignin Structure, Properties, and applications. Adv Polym Sci. Vol. 232, p Jingura R. M., Musademba D. y Matengaifa M. (2010). An evaluation of utility of Jatropha curcas L. as a source of multiple energy Carriers. International Journal of Engineering, Science and Technology Vol. 2, No. 7, pp John C. Karcher and Charles L. Canfield, Method of Forming a Granular Ammonium Humate Fertilizer. Patente, US3,111,404 Kleber M, Sollins P, Sutton R. (2007). A conceptual model of organo-mineral interactions in soils: self-assembly of organic molecular fragments into zonal structures on mineral surfaces. Biogeochem;vol. 85, p Kögel-Knabner I, Leeuw JW, Hatcher PG, Leeuw JW (1992). Nature and distribution of alkyl carbon in forest soil profiles: implication for the origin and humification of aliphatic biomacromolecules. Sei To tal Environ, vol. 117/118, p

191 Kögel-Knabner I. (2002). The macromolecular organic composition of plant and microbial residues as inputs to soil organic matter. Soil Biol Biochem, Vol. 34, p Kumar A. y Sharma S. (2008). An evaluation of multipurpose oil seed crop for industrial uses (Jatropha curcas L.): A review. Science Direct. Industrial crops and products. 28: Maes W. H., Acheten V. M. J., Reubens B., Raes D., Samson R. y Muys B. (2009). Plant-water relationships and growth strategies of Jatropha curcas L. seedlings under different levels of drought stress. Journal of Arid Environments 73: Makkar H. P. S., Becker K., Sporer F. y Wink M. (1997). Studies on Nutritive Potential and Toxic Constituents of Different Provenances of Jatropha curcas. J. Agric. Food Chem. 45: Openshaw K. (2000). A review of Jatropha curcas: an oil plant unfulfilled promise. Biomass and Energy. Vol. 19, p Piccolo A. (2001). The supramolecular structure of humic substances. Soil Sci, vol. 166, p Piccolo A. (2002). The supramolecular structure of humic substances: a novel understanding of humus chemistry and implications in soil science. Adv Agron, vol. 75, p Salati S, Papa G, Adani F. (2011). Perspective on the use of humic acids from biomass as natural surfactants for industrial applications, Biotch. Adv., vol. 29, p Simpson AJ.(2002). Determining the molecular weight, aggregation, structures and interactions of natural organic matter using diffusion ordered spectroscopy. Magn Reson Chem, vol. 40, p. 72. Singh, R.N., Vyas, D.K., Srivastava, N.S.L., and Narra M., (2008). SPERI experience on holistic approach to utilize all parts of Jatropha curcas fruit for energy. Renewable Energy, Vol. 33, pp Stevenson FJ. (1994). Humus chemistry: genesis composition and reactions. second ed. New York: John Wiley and Son; Sutton R, Sposito G. (2005). Molecular structure in soil humic substances: the new view. Environ Sci Technol, vol.39, p Zech W, Senesi N, Guggenberger G, Kaiser K, Lehamann J, Miano TM, Miltner A, Schroth G (1997). Factors controlling humification and mineralization of soil organic matter in the tropics. Geoderma 79:

192 Propagación in vitro de Jatropha curcas Dr. Francisco Quiroz Figueroa * INTRODUCCIÓN Entre las opciones de cultivos potenciales para la producción de bioenergéticos, Jatropha curcas, también conocida como piñón, es considerada una de las opciones más viables en países tropicales y subtropicales debido al alto contenido de aceites de sus semillas (entre el 30 y el 40%) con una composición de lípidos similar a los combustibles fósiles y que no compite con otros cultivos ya que no es comestible (Deore et al. 2008; Jha et al. 2007). Entre sus ventajas se ha mencionado, una alta resistencia a la sequía, crecimiento rápido, fácil propagación, bajo costo de la semilla, alto contenido de aceite, períodos de gestación corta, amplia adaptabilidad, crecimiento y producción de semillas en suelos buenos y degradados y usos adicionales de sus diferentes partes (Francis et al. 2005; Heller 1996; Kumar et al. 2008). Dado que, J. curcas se encuentra en un período de domesticación, los germoplasmas disponibles carecen de información genética, tienen rendimientos bajos y variables de temporada a temporada, una estrecha diversidad genética, son vulnerables al ataque de insectos y enfermedades (Sujatha et al. 2008) y la variabilidad en el rendimiento y contenido de aceite esta fuertemente influenciada por el medio ambiente (Heller 1996). Para eliminar estas características se requiere realizar cruzas para obtener genotipos superiores, enfocada a la obtención de plantas con altos rendimiento en la producción de semillas y aceites, una maduración homogénea de la semilla, reducción en la altura del arbusto, resistencia a plagas y enfermedades, tolerancia a la salinidad, alta relación de flores femeninas respecto a las masculinas y el mejoramiento de las propiedades para la producción de combustible (Divakara et al. 2010). El mejoramiento genético de J. curcas es inminente, ya sea a través de cruzas (mejoramiento tradicional), inducción de mutaciones vía compuestos químicos, transferencia de genes de otras especies (hibridación interespecífica) y transformación genética (tomado de Sujatha et al. 2008). Estudios en la regeneración y transformación genética han permitido la producción y la liberación comercial de plantas transgénicas en diversos cultivos (Singh et al. 1998). Las técnicas de cultivo de tejidos y transferencia de genes en piñón, así como en otros miembros de la familia Euphorbiaceae, con excepción de Cassava y Hevea brasiliensis, están menos desarrolladas; dichos protocolos son el preludio para el mejoramiento genético a través de técnicas biotecnológicas. El cultivo de tejidos vegetales (CTV) o cultivo in vitro, es un grupo de técnicas diseñadas para estimular el crecimiento y la multiplicación de células o tejidos o mantenerlas usando nutrientes sintéticos en un medio ambiente aséptico y controlado (Loyola-Vargas et al. 2008). El CTV tiene un alto potencial para la * Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR). 191

193 aplicación a nivel comercial, al permitir generar grandes volúmenes de individuos de una especie o variedad en tiempos menores y a un menor costo; en la investigación básica se utiliza para la generación de compuestos de interés industrial, morfogénesis, estudio de genes, generación de organismos genéticamente modificados, etc. teniendo impacto en las áreas de la biología celular, genética, bioquímica y la biología molecular. Las técnicas van desde el cultivo de células, anteras, óvulos, embriones, aislamiento y fusión de protoplastos, selección de células y cultivo de brotes (DiCosmo et al. 1995; Loyola- Vargas et al. 2008; Vasil et al. 1997). La propagación in vitro presenta algunas ventajas sobre los métodos tradicionales de propagación (por semilla y esquejes). 1. Generación y mantenimiento de germoplasma. 2. Producción de haploides. 3. Producción de híbridos entre especies incompatibles. 4. Producción de plantas a partir de semillas que tiene muy baja probabilidad de germinar y crecer. 5. Producción de plantas en la ausencia de semillas o polinizadores necesarios para producir semillas. 6. Propagación genética estable: propagación de copias exactas de plantas con características agronómicas para conservar. 7. Regeneración de plantas a partir de semillas que son genéticamente modificadas. El CTV puede clasificarse dependiendo del tipo celular cultivado por ejemplo: cultivo de callos, de células en suspensión, de protoplastos, de microesporas, de embriones, de ovarios, de raíces, de meristemos, de brotes, de anteras y/o polen (Fowke et al. 1995; Loyola-Vargas et al. 2006; Phillips et al. 1995; Quiroz-Figueroa et al. 2006; Street 1976). El CTV se realiza bajo condiciones asépticas usando campanas de flujo laminar y los explantes provenientes del medio ambiente como puede ser meristemos de plantas, semillas, tallos, hojas requieren de esterilización superficial para eliminar las bacterias u hongos y poder usarlo como material inicia. Entre las soluciones desinfectantes se encuentran detergentes como el Tritón y Tween, el alcohol etílico y el hipoclorito de sodio, todos de baja toxicidad, también se suele usar el cloruro de mercurio cuya principal desventaja es su alta toxicidad y que es difícil de desechar. Los medios de cultivo sintéticos pueden ser líquidos y semisólidos y sus uso depende del tipo de cultivo que se desee implementar, ambos están compuestos de sales inorgánicas adicionados con nutrientes orgánicos, vitaminas y reguladores del crecimiento y agar u otro agente gelificante como el phytogel (Sigma-Aldrich). Los compuestos más importantes para el tipo de respuesta en el CTV son la fuente de nitrógeno (nitrato, amonio o aminoácidos) y el o los fitoreguladores. La respuesta durante el CTV dependerá principalmente del tipo y edad del explante, estado fisiológico, del balance de los reguladores endógenos y el tipo y concentración del fitoregulador exógeno. Como se mencionó anteriormente, el cultivo de tejidos vegetales es una de las herramientas de la biotecnología de plantas que se basa en la teoría de la totipotencialidad de las células de plantas propuesto inicialmente por Haberlandt 192

194 en 1902 (Härtel 1999; Hoxtermann 1997; Krikorian et al. 1969) y demostrado en el siglo 19 por Steward ( 1958). En el caso de la regeneración de Jatropha curcas, se han propuesto varios protocolos (Divakara et al. 2010; Mukherjee et al. 2011; Sharma et al. 2011). La gran mayoría de la literatura muestra que la regeneración directa (Kumar et al. 2012) es una de las más efectivas; sin embargo recientemente fue publicado un método de propagación vía embriogénesis somática altamente eficiente (Cai et al. 2011). Plantas de campo con siete meses de edad fueron usadas y sus nodos foliares usados como explantes. La proliferación de brotes se obtuvo al usar el medio MS (Murashige et al. 1962) suplementados con bencil amino purina y adenina, sin embargo está proliferación fue significativamente más eficiente al transferir los explantes a un medio MS con citocinina, bencil amino purina y adenina. El enraizamiento fue estimulado con ácido indol butírico por 3 semanas y el alargamiento de la raíces se obtuvo en medio MS sin suplementos. Se obtuvo un 87 porciento de sobrevivencia al transferir las plantas a campo (Datta et al. 2007; Rajore et al. 2005; Sujatha et al. 2005). En un segundo protocolo, se usaron discos cotiledonares para la inducción de brotes en medio MS suplementado con bencil amino purina y ácido indol butírico durante 4 semanas, una vez desarrollado el callo, los brotes se regeneraron al transferirlos a un medio MS con bencil amino purina, ácido indol butírico y giberelinas. El enraizamiento de los brotes se obtuvo en 0.5X de MS y ácido indol butírico con un 78% de explantes con respuesta (Li et al. 2008). Otro compuesto químico con actividad de citocinina es el tidiazurón, varios protocolos han sido propuesto con una alta eficiencia en la inducción de brotes (Deore et al. 2008; Kumar et al. 2010; Kumar et al. 2012) usando embriones cigóticos inmaduros como explantes. INSUMOS Y EQUIPOS Semillas de Jatropha curcas de cosecha más reciente. Reactivos para la escarificación de las semillas: Triton X-100, ácido sulfúrico, alcohol etílico, hipoclorito de sodio y agua destilada. Reactivos para la preparación de los diferentes medios de cultivo; sales de MS (sigma-aldrich, Murashige et al. 1962), fitoreguladores: bencil amino purina, cinetina, ácido indol butírico, ácido indol acético y ácido naftalen acético y suplementos como la cisteína, sacarosa, tiamina, mio-inositol, agar, carbón activado, cinta testigo. Para el trabajo en la campana de flujo laminar es necesario alcohol etílico grado industrial, toallas adsorbentes, cinta. Para verter los medios de cultivo es necesario tener frascos de 0.5 y 1 L, así como cajas magentas y petri. Accesorios como tijeras, bisturís, pipetas de varios columenes, aspersores, plumones Los equipos necesarios para el trabajo de cultivo in vitro son una campana de flujo laminar, autoclave, brotex, placa de agitación, centrifuga, potenciómetro, refrigerador y congelador. 193

195 METODOLOGÍA Con el objetivo de esterilizar la superficie de la semilla es necesario un tratamiento con compuesto químicos para finalmente puedan ser sembradas en los medios de cultivo estériles. a) lave con 50 ml 10 semillas por 5 minutos en una solución acuosa de Triton X-100 al 0.1 % (0.05 ml) b) Enjuague las semillas con 50 ml de agua estéril, repita el paso 5 veces. c) Remoje las semillas en 10 ml ácido sulfúrico concentrado por 3 minutos y lave con 50 ml de agua destilada estéril, repita el paso 4 veces d) Lave las semillas por 3 minutos con 20 ml de alcohol etílico y enjue con agua destilada estéril 5 veces. e) Lave con 20 ml de cloro por 15 minutos y enjuague con agua destilada estéril 5 veces o hasta eliminar el exceso de cloro. Una vez estériles superficialmente las semillas se procede a: a) Eliminar la testa con un bisturí. b) La nuez o embrión se siembre en medio de cultivo estéril que contiene 2.15 g de sales de MS (sigma-aldrich, Murashige et al. 1962) suplementadas con cisteína 0.25 mg/l, sacarosa 5 g/l, 10 mg/l tiamina y 100 mg/l mio-inositol, 10 g/l agar y ph c) Los embriones o nueces sembradas se dejan crecer por 30 días a 30 ±2 ºC para obtener plantas robustas. Hojas de plantas bien crecidas son usadas como explantes para la inducción de brotes. d) Prepara el medio de inducción de brotes: 2.15 g de sales de MS (sigmaaldrich, Murashige et al. 1962) con 2 mg/l tidiazuron, 5 g/l de sacarosa, 10 g/l agar y ph e) Se cortan las hojas en cuadros de aproximadamente 1 cm y se ponen en el medio de cultivo. f) Cuatro semanas después los pedazos de hojas son puestos en un medio para el alargamiento de los brotes inducidos. g) El medio se prepara con 2.15 g de sales de MS (sigma-aldrich, Murashige et al. 1962), 1 mg/l de bencil amino purina, 2 mg/l de cinetina y 10g de agar a un ph de 5.8. h) Una vez que los brotes alcanzan el tamaño de aproximadamente 0.5 cm son transferidos a otro medio con 2.15 g de sales de MS (sigma-aldrich, Murashige et al. 1962), 30 mg/l de IBA, 10 mg/l de IAA y 50 mg/l de NAA, ph 5.8. durante 3 semanas. i) Finalmente los brotes son transferidos al medio de crecimiento de la raíz, el cual contiene 2.15 g de sales de MS (sigma-aldrich, Murashige et al. 1962) y g de carbón activado. Nota: todo el material a usar así como los medio de cultivo son esterilizados en autoclave por 20 min a 121 C. 194

196 COSTOS Se obtuvo un método para la propagación in vitro, con un amplio potencial para hacerlo más eficiente usando los genotipos mexicanos que, en colaboración con otros investigadores, se consideren atractivos para su propagación masiva. El método de propagación clonal obtenido también será de gran utilidad para la transformación genética de J. curcas. Se debe considerar que este es el primer protocolo que se establece utilizando germoplasmas mexicanos, se ha observado que requieren de condiciones diferentes para el cultivo in vitro con respecto a los germoplasmas utilizados por los grupos asiáticos, las posibilidades de optimizarlo son muy altas lo cual se recomienda fuertemente, pues esto abatiría los costos de producción. Tiempo (meses) Medio Medio Medio Medio Medio inducción inducción crecimiento desarrollo Crecimiento Aclimatación Ix situ germinación raices brotes brotes raices Semillas 1 kg (1000 unida $ 0.50 $ $ $ $ $ $ Medio MS 1 L $ $ $ $ $ $ $ sacarosa 2.5 kg 1 g $ 0.39 $ $ $ $ $ $ agar 2.5 kg 1g $ 1.87 $ $ $ $ $ $ cisteina 1 gr $ $ 0.60 $ 0.60 $ 0.60 $ 0.60 $ 0.60 $ 0.60 tiamina $ $ 0.64 $ 0.64 $ 0.64 $ 0.64 $ 0.64 $ 0.64 mio inocitol $ $ 1.31 $ 1.31 $ 1.31 $ 1.31 $ 1.31 $ 1.31 ppm 500 ml $ $ $ $ $ $ $ TDZ 1 mg $ $ $ $ Cajas petri 10 cajas $ Agua destilada 1 L 2.5 $ $ $ 5.00 $ 5.00 $ 5.00 $ 5.00 $ 5.00 $ 5.00 Cint testigo $ 0.07 $ 0.13 $ 0.13 $ 0.13 $ 0.13 $ 0.13 $ 0.13 Metromix 1 L $ 1.97 $ 11, $ 23, Bolsa plastico Unidad $ 0.35 $ 2, $ 2, alcohol 1 L $ $ 7.33 $ 7.33 $ 7.33 $ 7.33 $ 7.33 $ 7.33 Papel secante 1 rollo $ $ 1.04 $ 1.04 $ 1.04 $ 1.04 $ 1.04 $ 1.04 $ $ $ $ $ $ $ 13, $ 25, $ 42, $ 7.10 Cada planta inicial puede producir aproximadamente 50 brotes NO INCLUYE COSTO DE MANO DE OBRA Costo de planta por CTV 195

197 BIBLIOGRAFÍA 1. Cai, L.; Fu, L. Y Ji, L. (2011) Regeneration of Jatropha curcas through efficient somatic embryogenesis and suspension culture. GM Crops Vol. 2 No. (2) pag Datta, M. M.; Mukherjee, P.; Ghosh, B. Y Jha, T. B. (2007) In vitro clonal propagation of biodiesel plant (Jatropha curcas L.). Current Science Vol. 93 No. (10) pag Deore, A. ;Johnson, T. S. (2008) High-frequency plant regeneration from leafdisc cultures of Jatropha curcas L.: an important biodiesel plant. Plant Biotechnol Rep Vol. 2 No. (1) pag DiCosmo, F. ;Misawa, M. (1995) Plant cell and tissue culture: alternatives for metabolite production. Biotech.Adv. Vol. 13 No. (3) pag Divakara, B. N.; Upadhyaya, H. D.; Wani, S. P. Y Gowda, C. L. L. (2010) Biology and genetic improvement of Jatropha curcas L.: A review. Applied Energy Vol. 87 No. (3) pag Fowke, L. C. ;Rennie, P. J. (1995) Botanical microtechnique for plant cultures.vol. 1 No. (17) pag Francis, G.; Edinger, R. Y Becker, K. (2005) A concept for simultaneous wasteland reclamation, fuel production, and socio-economic development in degraded areas in India: Need, potential and perspectives of Jatropha plantations. Natural Resources Forum Vol. 29 No. (1) pag Härtel, O. (1999) Gottlieb Haberlandt- a portrait. In Vitro Cell Developmental Biology-Plant Vol. 35 pag Heller (1996) Título: Physic nut. Jatropha curcas L. Promoting the conservation and use of underutilized and neglected crops. Editorial Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben/ International Plant Genetic Resources Institute. Rome. pag Hoxtermann, E. (1997) Cellular 'elementary organisms' in vitro. The early vision of Gottlieb Haberlandt and its realization. Physiologia Plantarum Vol. 100 pag Jha, T.; Mukherjee, P. Y Datta, M. (2007) Somatic embryogenesis in Jatropha curcas Linn., an important biofuel plant. Plant Biotechnology Reports Vol. 1 No. (3) pag Krikorian, A. D. ;Berquam, D. L. (1969) Plant cell and tissue cultures: the role of Haberlandt. The Botanical Review Vol. 35 pag Kumar, A. ;Sharma, S. (2008) An evaluation of multipurpose oil seed crop for industrial uses (Jatropha curcas L.): A review. Industrial Crops and Products Vol. 28 No. (1) pag Kumar, N. ;Reddy, M. P. (2012) Thidiazuron (TDZ) induced plant regeneration from cotyledonary petiole explants of elite genotypes of Jatropha curcas: A candidate biodiesel plant. Industrial Crops and Products Vol. 39 No. (0) pag Kumar, N.; Vijay Anand, K. Y Reddy, M. (2010) Shoot regeneration from cotyledonary leaf explants of Jatropha curcas a biodiesel plant. Acta Physiologiae Plantarum Vol. 32 No. (5) pag

198 16. Li, M. R.; Li, H. Q.; Jiang, H. W.; Pan, X. P. Y Wu, G. J. (2008) Establishment of an Agrobacteriuim-mediated cotyledon disc transformation method for Jatropha curcas. Plant Cell Tissue and Organ Culture Vol. 92 No. (2) pag Loyola-Vargas, V. M.; de-la-peña, C.; Galaz-Avalos, R. M. Y Quiroz-Figueroa, F. R. (2008) Plant Tissue Culture.Vol. 2 nd No. (50) pag Loyola-Vargas ;Vázquez-Flota (2006) Título: Plant cell culture protocols. Editorial Humana Press. Totowa, New Jersey. pag Mukherjee, P.; Varshney, A.; Johnson, T. S. Y Jha, T. (2011) Jatropha curcas: a review on biotechnological status and challenges. Plant Biotechnol Rep Vol. 5 No. (3) pag Murashige, T. ;Skoog, F. (1962) A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum Vol. 15 No. (3) pag Phillips, G. C.; Hubstenberger, J. F. Y Hansen, E. E. (1995) Plant regeneration by organogenesis from callus and cell suspension cultures.vol. 1 No. (6) pag Quiroz-Figueroa, F. R.; Rojas-Herrera, R.; Galaz-Avalos, R. M. Y Loyola- Vargas, V. M. (2006) Embryo production through somatic embryogenesis can be used to study cell differentiation in plants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 23. Rajore, S. ;Batra, A. (2005) Efficient plant regeneration via shoot tip explant in Jatropha curcas L. Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology Vol. 14 No. (1) pag Sharma, S.; Kumar, N. Y Reddy, M. P. (2011) Regeneration in Jatropha curcas: Factors affecting the efficiency of in vitro regeneration. Industrial Crops and Products Vol. 34 No. (1) pag Singh, A.; Reddy, M. P.; Chikara, J. Y Singh, S. (2010) A simple regeneration protocol from stem explants of Jatropha curcas: A biodiesel plant. Industrial Crops and Products Vol. 31 No. (2) pag Singh, Z. ;Sansavini, S. (1998) Genetic Transformation and Fruit Crop Improvement. pag Steward, F. C.; Mapes, M. O. Y Mears, K. (1958) Growth and organized development of cultured cells. II.Organization in cultures grown from freely suspended cells. American Journal of Botany Vol. 45 pag Street, H. E. (1976) Cell cultures: A tool in plant biology. pag Sujatha, M.; Makkar, H. P. S. Y Becker, K. (2005) Shoot Bud Proliferation from Axillary Nodes and Leaf Sections of Non-toxic Jatropha curcas L. Plant Growth Regulation Vol. 47 No. (1) pag Sujatha, M.; Reddy, T. P. Y Mahasi, M. J. (2008) Role of biotechnological interventions in the improvement of castor (Ricinus communis L.) and Jatropha curcas L. Biotechnology Advances Vol. 26 No. (5) pag Vasil, I. K.; Ahuja, M. R. Y Vasil, V. (1997) Plant tissue cultures in genetics and plant breeding. pag

199 Paquete tecnológico para la propagación de Jatropha curcas por esquejes Dr. Miguel Angel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN En fechas recientes el interés por el cultivo de Jatropha curcas (JC) se ha intensificado por parte de productores del noroeste de México. Esta planta es nativa de la región y por lo que su adaptación es muy eficiente e idónea para el establecimiento de cultivos para la producción de proteína y aceite. Se propaga principalmente por semilla (sexual), y por esquejes (asexual); las plantas originadas por semillas presentan variabilidad genética, esta se genera por la polinización cruzada entre las plantas de Jatropha, por lo que una plantación de este tipo va a presentar heterogeneidad en la población, lo que afecta la calidad y cantidad de las semillas. La propagación asexual de las plantas de Jatropha, se realiza por medio de esquejes, los cuales son ramificaciones de plantas élite, estos se cortan y se colocan en sustrato para su enraizamiento. Las plantaciones realizadas con esquejes van a presentar un alto grado de homogeneidad dado que estos son clones de las plantas que le dieron origen. El establecimiento de plantaciones comerciales con especies de importancia económica, como la jatropha, permitirá disminuir la importación de aceite y proteína utilizada para la alimentación animal en el noroeste de México y generará un ingreso de divisa por exportaciones a nivel mundial del aceite. Por lo citado anteriormente, el propósito del presente trabajo es presentar la tecnología para la producción de plantas en condiciones de vivero de JC mediante la técnica de esquejes. INSUMOS Y EQUIPOS Los insumos requeridos son: esquejes de Jatropha curcas (JC) de 40 cm (centímetros) de longitud y de 3 a 4 cm de diámetro, tierra de río composta de estiércol de borrego, composta de materia orgánica de monte, palas, tijeras de corte de ramas, cal, bolsas de 15 x 25 cm de polietileno, carretilla, lonas y vivero cubierto con techo de plástico transparente con ventanas en el techo. * Colaboradores: M.C. Federico Soto Landeros Ing. Alberto Ochoa Félix, M.C. Edith Salazar Villa, M.C. Rosalía Sarai Flores Ceballos, y M.C. Gabriela Escoto González todos pertenecientes al Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). 198

200 METODOLOGÍA Tecnología de producción Para producir plantas a de JC a partir de esquejes se requiere seleccionar plantas sanas que presentan tallos vigorosos libres de plagas y enfermedades con diámetros mayores de los 3 cm. Las plantas deben tener antecedentes de alta productibilidad para dar inicio a su reproducción asexual por esquejes y generar cultivos comerciales económicamente productivos por su elevada producción de granos con alto contenido en aceite y proteína libres de esteres de forbol 18. Figura 1. Árbol de JC con tallos aptos para la producción de esquejes. 18 Esteres de forbol: sustancia a la que se le atribuye la principal causa de envenenamiento en jatropha; en base a su concentración, estas plantas son clasificadas como tóxicas o no tóxicas. 199

201 Época de generación de esquejes La JC es un arbusto con tallo suculento de hoja caduca. Generalmente, en el noroeste de México se encuentra sin hojas a partir de enero a mayo y al inicio de las primeras lluvias empieza su brotación foliar. La mejor época para la producción de esquejes es a partir de abril hasta mayo, ya que a los tres meses se tiene una planta lista para llevar a campo. Preparación del sustrato El sustrato utilizado está compuesto de la mezcla de arena de río, humus de lombriz y composta de residuos de árboles silvestres. Estos materiales se ciernen para eliminar piedras, terrones u otros residuos no deseados (Figura 2). Posteriormente se forman camellones con el sustrato de 1 metro de ancho y 5 metros de largo, colocándose encima un plástico negro. Después de las 24 horas, se aplican 5 litros de Metam sodio, previamente disuelto en agua y se mezcla de manera homogénea el sustrato y se deja reposar por tres días para iniciar con el llenado de las bolsas negras con el sustrato. El sustrato húmedo favorece el llenado de las bolsas. Figura 2. Preparación de sustrato para la plantación de esquejes. 200

202 Producción de esquejes Los tallos son cortados de las plantaciones de JC y trasladados al vivero en donde se cortan los esquejes para obtener de dos a tres esquejes por rama. Aquí es importante respetar el diámetro del esqueje, ya que la posibilidad de generar una planta, depende principalmente del diámetro del tallo (Figura 3). Figura 3. Ramificaciones secundarias de cuatro germoplasmas de Jatropha curcas. Las ramificaciones se cortan en segmentos de 40 cm de longitud, el corte será recto en ambos extremos. Se seleccionan esquejes en buen estado, con al menos dos nudos y un diámetro basal de entre 1.5 y 5 cm (Figura 3). Se desinfectan por inmersión del extremo basal en una solución fungicida (Blindaje 50) (5 gramos/10 litros de agua) durante cinco minutos. 201

203 Después se colocan en una solución de enraizamiento (Rooting) (200 mg/l de agua) durante 24 horas, la profundidad de inmersión del esqueje será de 5 cm (Figura 4). Figura 4. Esquejes de cuatro germoplasmas cortados a 40 cm. Los esquejes se sumergen en una solución de 2 gramos de Captán, ph (acidez) al 50% por cada litro de agua, con el fin de prevenir el ataque de hongos (Figura 5). Enseguida, el extremo más grueso del esqueje se introduce 10 centímetros de profundidad en la bolsa negra con sustrato. 202

204 Figura 5. Esquejes sobre solución desinfectante. Plantación de esquejes Se colocan en bolsas con sustrato elaborado de fibra de coco y tierra de río como primer sustrato, en una relación de 80% fibra y 20% tierra como primer sustrato; en la elaboración del segundo sustrato será 80% de fibra de coco y 20% de composta elaborada de estiércol de borrego (Figura 5). Se riegan hasta saturación, se retiran los esquejes de la solución hormonal, y se colocan a 15 cm en las bolsas (Figura 6). 203

205 Figura 6. Plantación de esquejes en bolsas con sustrato preparado. Condiciones del vivero En vivero las bolsas se colocan en camas de 1.20 metros de ancho sobre un plástico negro y bajo media sombra. Sobre las camas se coloca una cubierta plástica transparente, sostenida por una estructura metálica en forma de túnel para crear un microclima cálido de 28 a 35 C (grados centígrados) y humedad relativa arriba de 80%. Esta actividad se recomienda realizarla de abril a mayo. Figura 7. Colocación de esquejes en invernadero rústico. 204

206 Manejo del las plantas en vivero Para prevenir cualquier riesgo de deshidratación de los esquejes, es necesario regar cada tercer día con una regadera fina de tal forma que se moje todo el sustrato de la bolsa. En el segundo mes, el plástico se quita y los riegos se realizan cada semana bajo las mismas condiciones mencionadas, y a los 90 días la planta está lista para llevarse a campo, ya acondicionada para no sufrir quemaduras por el sol (Figura 8). Los esquejes se pueden retirar del invernadero una vez que inicia la formación de brotes y la producción de raíces. Esto permite que la nueva planta se desarrolle más rápido y se adapte a las condiciones ambientales propias de la región (Figura 9). Las plantas están listas para llevarse a campo cuando las raíces empiezan a romper la bolsa. Estas deben transportarse en jabas como se observan en las fotografías anteriores para no dañar las plantas durante su transporte. Figura 8. Planta de JC producida por esquejes. 205

207 Figura 9. Esquejes en proceso de adaptación al medio ambiente. PRODUCCIÓN Eficiencia de la tecnología Cuando se respetan los tiempos y la calidad de los materiales vegetativos, con esta tecnología se obtiene una eficiencia de 85 a 90 % de esquejes enraizados y con al menos dos ramificaciones secundarias. Estructura de costo La inversión de los materiales que incluye la tierra de río, humus de lombriz y humos de bosque, energía, agua, materiales para construcción del vivero, plaguicidas y esquejes, renta de suelo, herramientas de trabajo y pago de un personal permanente y dos eventuales para la producción de 25 mil plantas es de es de 13 mil 800 pesos, por lo que el costo de la planta es de 5.52 pesos. 206

208 BIBLIOGRAFÍA Basha S.D. and Sujatha M Genetic analysis of jatropha species and interspecific hybrids of Jatropha curcas using nuclear and organelle specific markers. Euphytica 168: Gohil R.H. and J.B. Pandya Genetic diversity assessment in physic nut Jatropha curcas L. International Journal of Plant Production 2 (4): King Andrew, Wei He, Jesús A. Cuevas, Mark Freudenberger, Danièle Ramiaramanana and Ian A. Graham Potential of Jatropha curcas as a source of renewable oil and animal feed. Journal of Experimental Botany, Vol. 60 (10): Kumar R. Senthil, K. T. Parthiban and M. Govinda Rao Molecular characterization of jatropha genetic resources through inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. Molecular Biology Reports Vol. 36 (7): Montiel-Montoya J Potencial y riesgo ambiental de los bioenergéticos en México. Ra Ximhai Vol. 6 (1):

209 Sostenibilidad socioeconómica y ecológica de la cadena agroindustrial de Jatropha curcas en Sinaloa Dr. Miguel Ángel Angulo Escalante * INTRODUCCIÓN El transporte de personas y mercancías es una necesidad social que caracteriza el desarrollo humano y el crecimiento económico de un país, siendo un símbolo de progreso en las sociedades desarrolladas. La dependencia casi total de las importaciones de petróleo y la baja eficiencia energética determina sus problemas ambientales asociados. Como consecuencia de esto, el sector del transporte es un gran emisor de gases de efecto invernadero, uno de los principales problemas ambientales de nuestro país en la actualidad. En México el consumo de energéticos en el sector transporte va a la alza, datos del 2001 demuestran que el consumo de energía se incrementó en un 25% además de contribuir con emisiones de gases de efecto invernadero contaminando local y regionalmente. Uno de los principales retos ambientales a los que se enfrenta México es el reducir la emisión de estos gases ratificando su compromiso asumido en el Protocolo de Kyoto 19. Estas actuaciones han de ir encaminadas a reducir la dependencia del petróleo, fomentando otras fuentes alternativas, y a aumentar la eficiencia energética, empleando una cantidad menor de energía para un mismo nivel de servicio de transporte. La introducción de biocombustibles en el sector del transporte es una de las medidas propuestas para avanzar en la consecución de los objetivos anteriores. Los biocombustibles son una fuente de energía autóctona, técnicamente viable, y que tiene el potencial de reducir sustancialmente las emisiones de CO 2 (dióxido de carbono). La Ley de promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos publicada en el Diario Oficial de la Federación en 2008 establece en su capítulo 1, artículo 1.2, Desarrollar la producción, comercialización y uso eficiente de los bioenergéticos para contribuir a la reactivación del sector rural, la generación de empleo y una * Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). Colaboradora: M.C. Edith Salazar Villa. 19 Acuerdo internacional que tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases de efecto invernadero que causan el calentamiento global: dióxido de carbono (CO 2 ), gas metano (CH 4 ) y óxido nitroso (N 2 O), además de tres gases industriales fluorados: hidrofluorocarbonos (hfc), perfluorocarbonos (pfc) y hexafluoruro de azufre (SF 6 ), en un porcentaje aproximado de al menos 5%, dentro del periodo que va desde el año 2008 al 2012, en comparación a las emisiones al año

210 mejor calidad de vida para la población; en particular las de alta y muy alta marginalidad. Dentro de los objetivos de esta ley, está evaluar periódicamente el impacto en materia de seguridad y soberanía alimentaria y desarrollo rural, de los programas derivados de esta Ley, incluyendo un análisis de beneficio/costo y realizarlas acciones necesarias a efecto que dicha información sea de carácter público. Por lo tanto es importante realizar un análisis detallado del impacto ambiental, económico y social de la producción de biocombustibles y productos secundarios. En años recientes, ha aumentado el interés en el uso de Jatropha curcas L. como fuente de bioenergía debido a sus propiedades industriales y agronómicas. J. curcas se le considera una especie multifuncional, ya que diferentes órganos de la planta (tallo, hoja y raíz) tienen propiedades terapéuticas, nutracéuticas 20, entre otros. O pueden ser utilizadas como biomasa (cáscara de fruto y semilla) para biocombustibles. La semilla tiene alto contenido de aceite con características apropiadas para la producción de biodiesel y la pasta residual de la extracción, es rica en proteína que puede ser utilizada para la alimentación animal. J. curcas es un arbusto o árbol pequeño, perenne que puede crecer en climas semiáridos y subhúmedos, en suelos con escasez de nutrientes y agua, ya que optimiza el uso de estos recursos para sus funciones metabólicas. Sin embargo, el desarrollo de la planta, productividad y composición química de la semilla se ve influenciado por las condiciones edafoclimáticas 21 del cultivo, lo cual afecta la rentabilidad. En el noroeste de México existen algunas áreas geográficas erosionadas, deforestadas e inutilizadas en la agricultura, gran parte de ellas están localizadas en las zonas serranas, las cuales requieren de actividades agrícolas y forestales para el rescate ambiental y que además les proporcione un ingreso para el sustento familiar. En este estudio se desarrolla la fase agrícola. Objetivo del estudio La sustentabilidad es una característica de los sistemas dinámicos para mantenerse a sí mismos a través del tiempo, sin un punto final fijo que pueda ser definido. Aunque el establecimiento de la cadena agroindustrial de J. curcas parece ser una alternativa para la región noroeste, es necesario evaluar la viabilidad del proyecto mediante un estudio de sustentabilidad ambiental, económica y social que pueda ofrecer mayores garantías para todas las partes interesadas. 20 Nutracéutico: alimento, o ingrediente del mismo, que proporciona un beneficio probado a la salud humana. 21 Edafoclimáticas: relativo al suelo y al clima. 209

211 Por lo tanto el objetivo de este estudio es identificar las condiciones para la sustentabilidad (ambiental, económica y social) de la producción de biodiesel y aprovechamiento de los coproductos de J. curcas de la cadena agroindustrial en la región noroeste del país, especificado en el proyecto Desarrollo sustentable de la cadena agroindustrial de Jatropha curcas para el rescate de la zona serrana marginada del Noroeste de México. SOSTENIBILIDAD El concepto de sostenibilidad se basa en la interdependencia entre las sociedades humanas y el medio natural. Las pautas actuales de desarrollo económico y social ejercen una presión sobre los recursos naturales, y puede poner en peligro la salud y la prosperidad de las sociedades humanas. La sostenibilidad implica la permanencia de un estado deseable. La persistencia requiere de conocimiento de la resistencia (cuanto cambia el sistema ante una presión dada) y la resilencia (capacidad para regresar al estado previo a la presión). Uno de los principales retos que enfrenta México es incluir al medio ambiente como uno de los elementos de la competitividad y el desarrollo económico y social. Los impactos ambientales derivados de los patrones de producción y consumo, así como las presiones demográficas, podrían provocar transformaciones masivas en el entorno que enfrentarán las generaciones futuras. El cambio climático, la reducción de la capa de ozono, la lluvia ácida, el incremento de los residuos municipales e industriales, la contaminación del suelo y el agua por metales pesados y desechos tóxicos, la pérdida de recursos forestales, la desertificación, la sobreexplotación de los recursos hídricos y la pérdida de la biodiversidad serían algunas de sus consecuencias. Por ello, es importante que tanto productores y consumidores, así como entidades gubernamentales, consideren criterios ambientales, sociales y económicos que favorezcan el desarrollo y fomento de prácticas sostenibles en la producción y el consumo. Por lo tanto la sostenibilidad no es un problema ecológico, social, ni económico, sino una combinación de todos ellos. Indicadores de sostenibilidad El objetivo de los indicadores es proveer una base empírica y numérica para conocer los problemas, calcular el impacto de nuestras actividades en el medio ambiente y para evaluar el desempeño de las políticas públicas. Los indicadores hacen más sencilla la comunicación, al simplificar fenómenos complejos y traducirlos en términos numéricos. Los indicadores se pueden clasificar en: PRIMERA GENERACIÓN Son llamados indicadores de sostenibilidad ambiental y son indicadores parciales. Estos indicadores dan cuenta de un fenómeno complejo desde un sector productivo (salud, agricultura, forestal), o desde un número reducido de 210

212 dimensiones (ambiental referido a variables de contaminación o de recursos naturales). Ejemplos: indicadores de calidad del aire, de contaminación del agua, deforestación, desertificación. Estos indicadores no hacen explícita su relación con dinámicas socioeconómicas complejas. SEGUNDA GENERACIÓN También llamados indicadores de desarrollo sostenible. Se constituyen desde el enfoque multidimensional del desarrollo sostenible. Sin embargo, aún están limitados, puesto que a la fecha se presentan conjuntamente indicadores provenientes de las cuatro dimensiones, ambiental, social, económico e institucional, sin que se vinculen en forma esencial. Carecen de un carácter realmente vinculante o sinérgico. TERCERA GENERACIÓN Partiendo de las deficiencias de las dos primeras generaciones, se plantea que lo que se quiere es que cada indicador sea una síntesis de todas las dimensiones, o que al menos integre más de una. Basado en el concepto de tres pilares, un indicador de sostenibilidad se puede definir como un aspecto mensurable de los sistemas ambientales, económicos o sociales que es útil para el seguimiento de los cambios en las características del sistema relevantes para la continuación de los derechos humanos y el bienestar ambiental (Figura 1). Social ambiental Justicia ambiental Administración de recursos naturales locales y globales Ambiental económico Eficiencia energética Subsidios/incentivos por uso de recursos naturales SOSTENIBILIDAD Económico social Ética de negocios Comercio justo Derechos de los trabajadores Figura 1. Los tres pilares de la sostenibilidad. 211

213 El uso de indicadores de sostenibilidad e indicadores correspondientes es esencial para un enfoque de sistemas integrados para abordar los retos de la sostenibilidad. Cuando son cuidadosamente aplicados, los indicadores pueden ayudar a los gerentes y responsables políticos para anticipar y evaluar las condiciones o tendencias históricas; proporcionar información de alerta temprana para prevenir los resultados adversos; punto de referencia con otros sistemas; comunicar ideas; apoyo a la toma de decisiones; formular estrategias y establecer objetivos de mejora y seguimiento del progreso. Sostenibilidad ambiental y socioeconómica Jatropha curcas L. es un árbol pequeño o arbusto grande, de hasta 5-7 metros de altura, pertenece a la familia Euphorbiaceae, con una madera suave y una esperanza de vida de hasta 50 años. Es nativo de México, América Central, Brasil, Bolivia, Perú, Argentina y Paraguay, aunque hoy en día tiene una distribución pantropical. Se cultiva en toda América Central, África y Asia. Es una planta vigorosa, resistente a plagas y sequía, se utiliza principalmente como cobertura, protección de tierras de cultivo contra animales como vacas, ovejas y cabras. Crece en países tropicales, en tierras áridas y erosionadas, bajo duras condiciones climáticas. Se utiliza para fines medicinales y para la fabricación de jabón. La planta desarrolla una raíz pivotante profunda e inicialmente cuatro raíces superficiales laterales. La raíz principal puede estabilizar el suelo contra deslizamientos de tierra, mientras que las raíces poco profundas se alargan para prevenir y controlar la erosión del suelo causada por el viento o el agua. Tiene hojas lisas, 4-6 lóbulos y cm en longitud y diámetro. La planta es monoica y la proporción de flores masculinas: femeninas varía de 13:1 a 29:1, y disminuye con la edad. Normalmente florece una vez al año durante la temporada de lluvias. En regiones muy húmedas o en cultivos con sistema de riego hay flores casi durante todo el año. J. curcas ha llamado la atención en los últimos años debido a su alta demanda para producir biocombustibles y mejorar el desarrollo socioeconómico, recuperación de tierras marginales y degradadas en regiones semiáridas y áridas, sin competir con la producción de alimentos o agotamiento de las poblaciones naturales de carbono y los servicios ecosistémicos. El enfoque de la pequeña producción de jatropha para el uso del aceite local para la fabricación de biodiesel ofrece ventajas adicionales. En primer lugar, como un cultivo adicional, a la actual serie de actividades de los agricultores, aplicables en diferentes sistemas de cultivo, los agricultores pueden diversificar sus fuentes de ingresos. 212

214 En segundo, la Jatropha produce subproductos como los residuos de podas y cáscaras de frutos que son útiles como combustible, lo que reduciría la presión sobre los bosques y arboledas que quedan. Tercero: se puede utilizar como una cobertura, como un cerco vivo, para excluir a los animales, para la restauración ecológica o la protección de cultivos de alimentos, ya que es difícil de aceptar para el ganado. Cuarto: también se pueden plantar para reducir la erosión y mejorar la calidad del suelo en los ecosistemas degradados. Por último, de la extracción del aceite se obtendrá torta de semillas, que es útil como combustible, enmienda del suelo, y alimentación tanto animal como humana. Jatropha es única entre las fuentes de energía renovables en términos de número de beneficios potenciales que se puede esperar como resultado de su cultivo extendido. Su cultivo requiere de una tecnología sencilla y una inversión de capital relativamente modesta. El rendimiento de semilla reportado para Jatropha varía de 0.5 a 12 toneladas por año por hectárea dependiendo del suelo, los nutrientes y las lluvias. El árbol tiene una vida productiva de más de 30 años. La producción media anual de semillas de alrededor cinco toneladas por hectárea en buenos suelos y con precipitaciones de 900-1,200 mm (milímetros). Las semillas contienen aproximadamente 30% de aceite que puede ser convertido en biodiesel por un proceso llamado transesterificación. METODOLOGÍA Descripción del área de estudio y el sistema de producción a evaluar La investigación se realizó en una parcela experimental localizada en Estación Dimas, San Ignacio, Sinaloa, en las siguientes coordenadas: N W msnm (metros sobre el nivel del mar). Con un rango de temperaturas de C (grados centígrados), precipitación de mm. Clima cálido subhúmedo, con lluvias en verano de menor humedad (36.30%), semiseco muy cálido y cálido (29.0%), semicálido subhúmedo con lluvias en verano de mayor humedad (12.72%), semicálido subhúmedo con lluvias en verano de humedad media (9.22%), cálido subhúmedo con lluvias en verano de humedad media (7.05%), templado subhúmedo con lluvias en verano de mayor humedad (5.06%) y cálido subhúmedo con lluvias en verano de mayor humedad (0.65%). Suelo dominante Phaeozem (27.38%), Leptosol (26.94%), Luvisol (18.47%), Regosol (14.45%), Vertisol (5.85%), Cambisol (4.65%), Fluvisol (1.53%), Umbrisol (0.47%), Solonchak (0.05%) y Gleysol (0.03%). Estación Dimas está clasificada con un relieve de llanura, y vegetación tipo selva. 213

215 Figura 3. Localización de la parcela experimental en Estación Dimas El uso potencial de la tierra para la agricultura está dividido en agricultura manual estacional (26.11%), para la agricultura con tracción animal continua (5.71%), para la agricultura mecanizada continua (3.01%), para la agricultura con tracción animal estacional (0.09%) y no apta para la agricultura (65.08%). El sistema en estudio es la cadena de producción de biodiesel, desde la producción de semillas, el procesado del aceite, conversión del aceite a biodiesel y transporte (Figura 4), dividiéndose en tres unidades de proceso: 1. Fase agrícola (producción de semillas: preparación del terreno, siembra, fertilización, aplicación de agroquímicos y cosecha). 2. Extracción y refinación (Producción de aceite refinado: molido y extracción por solvente). 3. Transesterificación (producción de biodiesel). 214

216 ELECTRICIDAD COMBUSTIBLES PLAGUICIDAS FERTILIZANTES FASE AGRÍCOLA PRODUCCIÓN DE Jatropha EMISIONES DIRECTAS RESIDUOS CO-PRODUCTOS SEMILLA DE Jatropha TRANSPORTE BIOMASA (CÁSCARADE FRUTO, MADERADE PODA) EXTRACCIÓN Y REFINACIÓN ELECTRICIDAD COMBUSTIBLES SOLVENTE PRODUCCIÓN DE ACEITE Jatropha EMISIONES DIRECTAS RESIDUOS CO-PRODUCTOS ACEITE DE Jatropha TRANSPORTE HARINA PELLETS (TESTA DE SEMILLA Y CÁSCARADE FRUTO) ELECTRICIDAD COMBUSTIBLES SOLVENTES REACTIVOS TRANSESTERIFICACIÓN EMISIONES DIRECTAS PRODUCCIÓN RESIDUOS DE BIODIESEL Jatropha CO-PRODUCTOS TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN 215 GLICERINA Figura 4. Definición del sistema en estudio. La validez espacial del estudio es el estado de Sinaloa específicamente la localidad de Estación Dimas, San Ignacio. La escala temporal propuesta es de 5 años a partir del 2011 hasta el 2016 para la producción de aceite de Jatropha curcas para elaborar al menos 40 millones de litros de bioturbosina para aeronaves de México, por mandato establecido en la Ley de promoción y desarrollo de los bioenergéticos en vigor desde el Selección de indicadores estratégicos y medición y monitoreo de indicadores En este estudio se evalúa el impacto de la producción de aceite y biodiesel siguiendo las tecnologías empleadas a nivel internacional y los impactos ambientales asociados a los coproductos. Para definir la condición de los indicadores, se ha elaborado una escala de 1 a 5, con los siguientes valores de cada indicador: 1. Muy bajo; 2. Bajo; 3. Moderado; 4. Alto; 5. Muy alto. La numeración y el orden que tienen los indicadores en las matrices de análisis no indican un orden de prioridad. Para analizar el impacto ambiental se tomaron en cuenta 100 puntos (Cuadro 1).

217 De 80 a 100 puntos se consideró un alto impacto ambiental (alto beneficio); de 60 a 80 puntos un impacto ambiental medio (medio beneficio); y menor a 60 puntos un bajo impacto ambiental (bajo beneficio). Cuadro 1. Impacto ambiental y socioeconómico. INDICADOR ESCALA Ambiental Disminución o detención de proceso de deterioro x 2. Restauración o rehabilitación de ecosistema x 3. Aumento de área de producción sostenible x 4. Desarrollo de técnica de producción sostenible x 5. Incremento de conservación in situ x 6. Incremento de conservación ex situ x 7. Acceso y transferencia tecnológica x 8. Desarrollo de conocimientos científicos x 9. Establecimiento de sistemas de producción sostenible x 10. Incremento de especies y/o población de flora y fauna x 11. Incremento de fertilidad del suelo x 12. Mejora belleza paisajística x 13. Incremento de tipos de cultivos x 14. Incremento de la productividad x 15. Incremento de producción x 16. Disminución de la erosión x 17. Combinación de métodos tradicionales con innovación x 18. Disminución de tala y caza en el bosque x 19. Se detiene o disminuye contaminación x 20. Desarrollo de biotecnología x Socioeconómico 1. Número de beneficiarios directos x 2. Empleos fortalecidos o generados x 3. Aumento de la producción x 4. Aumento del ingreso familiar promedio anual x 5. Uso de materias primas nacionales x 6. Ahorro de divisas x 7. Generación de valor agregado x 8. Disminución de intermediarios x 9. Efecto demostrativo en la comunidad x 10. Incremento de la participación comunitaria x 11. Cambio positivo en valores, comportamientos y prácticas respecto al x ambiente 12. Mejoramiento en la satisfacción de necesidades familiares básicas de x alimentación, salud, vivienda, educación, vestido, como supuesto del aumento de los empleos e ingresos 13. Incremento de autoestima x 14. Participación y beneficio de las mujeres x Para el impacto económico se valoraron 60 puntos (Cuadro 1). De 40 a 70 puntos se considera un alto impacto económico (alto beneficio); de 20 a 40, un impacto económico medio (medio beneficio) y menor a 20 puntos un bajo impacto económico (bajo beneficio). Análisis de resultados La suma de puntos para la variable impacto ambiental fue de 93, por lo que se consideró un impacto ambiental alto (alto beneficio ambiental) a corto plazo, en suelos sin cobertura vegetal, el cultivo puede llegar a tener una función importante al proteger la superficie y regular los procesos biológicos y fisicoquímicos. 216

218 En India y África el árbol de J. curcas se usa como cerca viva para proteger otros cultivos del ganado, también se usa en medicina tradicional y como fertilizante orgánico. El árbol reduce la erosión del suelo al ser sujetado fuertemente por las raíces adventicias y laterales más superficiales que lo protegen del viento y del lavado durante la temporada de lluvias, facilitando también la infiltración del agua y la humedad disponible y reduciría la pérdida de agua por evaporación; se incrementaría también el contenido de materia orgánica en la capa superficial, aspecto que favorecería la estructura y fertilidad del suelo. El cultivo de J. curcas permite la reutilización de campos abandonados por no ser aptos para cultivos alimenticios y al mismo tiempo los órganos senescentes de la planta se incorporan al suelo mejorando su nivel de nutrición. El uso de biodiesel elaborado a partir del aceite de J. curcas, disminuye más de 85% de las emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) y otros gases de efecto invernadero comparado con el uso del petrodiesel. Cada una de las partes de la planta tiene un gran poder calorífico que podría ser utilizado para la calefacción y cocinado de alimentos. En el impacto socioeconómico se obtuvo un total de 69 puntos; por lo que se considero un alto impacto (altos beneficios). La implementación del cultivo de J. curcas en zonas marginadas ofrece oportunidades de empleo a las personas de las comunidades rurales; además, la vida productiva de esta especie es larga con bajos costos de mantenimiento, por lo que los gastos de inversión son recuperados rápidamente. Con el adecuado desarrollo tecnológico se puede explotar el uso integral de la planta en diversos procesos, dándole valor agregado al cultivo. El aceite de la semilla tiene las propiedades adecuadas para ser procesado a biodiesel, el cual favorecerá el desarrollo económico del país y a su vez disminuirá la dependencia del petróleo. Conclusiones y recomendaciones En general, las condiciones ambientales de Sinaloa van acordes a los requerimientos de J. curcas y se vislumbra un beneficio social, ambiental y económico con su producción. Aunque en otras partes del mundo existen éxitos y fracasos en el aprovechamiento la planta, hay que realizar estudios locales para analizar su respuesta en adaptación y rendimiento. 217

219 BIBLIOGRAFÍA Achten W., L. Verchot, Y. Franken, E. Mathijs, V. Singhe, R. Aerts, and B. Muys Jatropha bio-diesel production and use. Biomass and bioenergy. 32: Achten W., W. Maes, R. Aerts, L. Verchot, A. Trabucco, E. Mathijs, V. Singh, and B. Muys Jatropha: From global hype to local opportunity Journal of Arid Environments De Oliveira J. S., Leite P. M., de Souza L. B., Mello V. M., Silva E. C., Rubim J. C., Meneghetti S. M. P., Suarez P. A. Z Characteristics and composition of Jatropha gossypiifolia and Jatropha curcas L. oils and application for biodiesel production. Biomass and Bioenergy 33: Díaz L. y Gasca J Inventario Nacional de emisiones de gases de efecto invernadero. Energía. Sector Transporte INE Consultada el 9 de mayo de Fiksel J., T. Eason, and H. Frederickson A framework for sustainability indicators at EPA. EPA/600/R/12/ Francis G., Edinger R., Becker K A concept for simultaneous wasteland reclamation, fuel production, and socio-economic development in degraded areas in India: need, potential and perspectives of Jatropha plantations. Natural Resources Forum 29: Gubitz, G. M., Mittelbach, M., Trabi, M., Exploitation of the tropical oil seed plant Jatropha curcas L. Bioresource Technology 67, Heller, J., Physic Nut Jatropha curcas L. Promoting the conservation and Use of Underutilized and Neglected Crops. PhD dissertation, Institute of Plant Genetic and Crop Plant Research, Gatersleben, Germany & International Plant Genetic Resource Institute, Rome, Italy, p INEGI Prontuario de información geográfica municipal de los Estados Unidos Mexicanos, San Ignacio, Sinaloa. Jongschaap R. E. E., Corré W. J., Bindraban P. S., Brandenburg W. A Claims and Facts on Jatropha curcas L. Plant Research International B.V. Report 158. Luna, R. y D. Chávez Guía para elaborar estudios de factibilidad de proyectos ecoturísticos. Guatemala, PROARCA/CAPAS. Rodríguez C Diseño de indicadores de sustentabilidad por cuencas hidrográficas. Instituto Nacional de Ecología. Consultada el 2 de abril de Rucoba A., A. Munguía y F. Sarmiento Entre la Jatropha y la pobreza: reflexiones sobre la producción de agrocombustibles en tierras de temporal en Yucatán. SEMARNAT Criterios para la sustentabilidad. Consultada el 2 de abril de

220 Sosa Segura Descripción fenológica, física y química de seis germoplasmas de Jatropha curcas L. de diferentes orígenes. Tesis para obtener el grado de maestro en ciencias. CIAD. 219

221 Análisis de variables críticas en el proyecto Joel Gutierrez Antonio DESAFÍOS DE LA JATROPHA Mientras la Jatropha ha crecido en el medio silvestre por décadas, su cultivo en una manera organizada empezó hace pocos años, empezando en el Como resultado, los detalles del cultivo de Jatropha y sus desafíos no son completamente conocidos y entendidos. Sin embargo, en los últimos 2-3 años, algunos factores y detalles han emergido sobre estos desafíos. Algunos desafíos potenciales incluyen: Lagunas de conocimiento- El escalamiento del cultivo de Jatropha es un nuevo fenómeno y hay un gran número de incertidumbre sobre el manejo del cultivo y su mantenimiento, especialmente en el contexto de uso óptimo de recursos y los requisitos de entrada. La falta de conocimiento es uno de los desafíos más serios que enfrenta la industria. Situación que se ha mejorado con el actual proyecto pero que aún requiere de aplicar los conocimientos desarrollados. Campos inconsistentes- El rendimiento de la semilla es uno de los aspectos más importantes para determinar la viabilidad económica de la industria de la Jatropha. Se han reportado grandes variaciones en el rendimiento de la semilla, algunas de las cuales han sido más bajas de los esperado (tan bajas como 500 kg de semillas por ha/año después del cuarto año, comparada con 5 toneladas proyectadas). Esta inconsistencia e incertidumbre en los rendimientos es un desafío serio para la industria ya que representa uno de los mayores riesgos para los inversionistas. Impactos ecológicos- Siempre hay algunos impactos ecológicos con cualquier mono-cultura tal como se tuvo con la caña de azúcar, cítricos y hortalizas. Las especies de fauna silvestre puede ser desplazadas o atraídas a cultivos de Jatropha curcas. Los científicos son aprehensivos que grandes escalamientos del cultivo de Jatropha dañara la biodiversidad a largo plazo. Naturaleza higroscópica del aceite de Jatropha- El aceite absorbe agua y necesita recubrimiento de nitrógeno en tanques de acero. El aceite tiene la tendencia de degradarse rápidamente, particularmente si no se trata propiamente a través de la cadena de suministro. Por lo tanto, desde el momento de la expulsión, el aceite tiene que ser mantenido en condiciones de almacenamiento que eviten la degradación indebida. Su exposición al aire y humedad debe de ser mínima, por eso surge la necesidad de recubrir los tanques de almacenamiento con nitrógeno. Degradación de la semilla- Las semillas de Jatropha se degradan relativamente rápido, y por lo tanto se debe de almacenar y manejar cuidadosamente. En ambientes cálidos y húmedos. La degradación de las semillas puede ser rápida. Hasta en países como el Reino Unido, el cual tiene un clima relativamente frio, el almacenamiento de las semillas podría ser un problema. 220

222 Uso del agua- Algunos estudios han sugerido que la Jatropha consume más agua por galón de biocombustibles producidos que cualquier otro cultivo de combustibles. Sin embargo, estos estudios son iniciales y se requieren más datos e información para confirmar esto. ANÁLISIS FODA FORTALEZAS El proyecto representa una gran oportunidad para productores e inversionistas del cultivo para el rescate de la zona serrana marginada en el noroeste de México especialmente para los agricultores comunales y ejidatarios Aprovechamiento de los subproductos del cultivo no sólo para la producción del biodiesel, como harinas y pellets energéticos y la venta del aceite al mercado. Existencia de apoyo del CONAFOR a la plantación de Jatropha curcas en México dentro del programa de plantaciones agroforestales en cultivos desde 20 hasta 500 ha. Múltiples empresas a nivel internacional y nacional realizando investigaciones relacionadas al cultivo de Jatropha para la detección de nuevas oportunidades para el tratamiento del cultivo o el aprovechamiento de los subproductos. Proximidad con el mercado de EUA, uno de los principales consumidores de biodiesel a nivel mundial, y el potencial de comercialización del aceite/biodiesel hacia este mercado Variedad de la semilla de Jatropha no tóxica mexicana ya que presenta un potencial extraordinario para el uso de la harina como alimento para animales sin considerar los costos de detoxificación de la planta. Uso del cultivo para la producción de bioturbosina en empresas mexicanas de aviación como Aeroméxico e Interjet ha reavivado el interés de producir el cultivo en México tanto en empresas como el entidades de gobierno de diferentes estados del país OPORTUNIDADES Los nuevos desarrollos que han surgido a partir del cultivo de Jatropha y su potencial de crecimiento y demanda en el mercado, como son los pellets, la harina, el Biodiesel y la glicerina con el nuevo proceso en continuo El área de oportunidad que representa la variedad no tóxica de Jatropha curcas para el desarrollo de nuevos productos comestibles. A nivel global, hay una necesidad de coordinar el desarrollo de biocombustibles y un sistema internacional de reservas de alimentos para proteger a los más pobres. Para cumplir con los objetivos favorables, se necesita mejorar el apoyo internacional para la investigación de Jatropha. Aprovechar la oportunidad que representa la Jatropha para hacer frente a la política, las restricciones regulatorias y de inversión pública que puedan afectar el desarrollo agrícola. Los biocombustibles deben integrarse en un 221

223 marco más amplio de la inversión en infraestructura rural y el capital humano. Las plantaciones a gran escala deben ser promovida para ir en forma creciendo en forma incremental como parte de la estrategia del proyecto para generar empleo e ingresos a las zonas rurales. La oportunidad de nuevos desarrollos de alimentos para animales obtenidos a partir de la harina de Jatropha curcas para aves, camarones, rumiantes y peces. Oportunidad de exportar productos como los pellets energéticos, incluso el aceite para obtener el mejor precio de mercado DEBILIDADES El comportamiento del cultivo puede variar según las condiciones del suelo y clima, que son factores que aún no se tienen bien determinados para alcanzar los mejores rendimientos. El cultivo de la Jatropha a pesar de su incremento en su cultivo es relativamente poco conocido y su vez no hay una gran de expertos en el tema material tanto a nivel mundial como en México. El cultivo de la Jatropha puede ser cuestionado al no ser tóxico por competir con otros cultivos que actualmente son comestibles como el maíz, ya que la mayoría de la Jatropha a nivel mundial es tóxica por lo tanto no sustituye área de cultico que se emplean para sembrar productos para alimentos. La cantidad óptima de agua que se requiere es aún desconocida. La experiencia ha demostrado que la Jatropha es un cultivo resistente al déficit hídrico, aunque no se sabe exactamente cuánta agua necesita para su productividad óptima. Las plagas y enfermedades también es un punto de alerta. En México los cultivos con dos años de producción han presentado problemas de damping off, cortamiento de tallo y plagas como la araña roja y saltamontes. No existe en México una cadena productiva establecida del cultivo. Se tienen identificados pocos productores y empresas relacionadas con Jatropha pero aún los eslabones de la cadena productiva se encuentran en fase de desarrollo. AMENAZAS Falta la de apoyo para el desarrollo de esta oportunidad de negocio que representa el proyecto que se ha venido ejecutado para productores e inversionistas del cultivo, y el valor económico que se generaría para el rescate de la zona serrana marginada en el noroeste de México. Reducción del margen de ganancias debido al incremento de costos por factores externos y de una mala asesoría y apoyo técnico para lograr los rendimientos esperados. No efectuar una adecuada promoción y difusión del proyecto y sus beneficios a los potenciales inversionistas 222

224 El cultivo de la Jatropha puede tener un impacto negativo sobre la biodiversidad a medida de que las plantaciones substituyen a los ecosistemas naturales. La reducción de apoyos por parte de la CONAFOR que existen actualmente para el cultivo de Jatropha por la falta de buenos resultados en los rendimientos del cultivo en México y la baja solicitud de apoyos que se han presentado en los últimos años. El uso de tierras para el cultivo de Jatropha en lugar de cultivos alimentarios puede amenazar la seguridad alimentaria en lugares con escasez de espacios para el cultivo. DESARROLLO DE LA CADENA PRODUCTIVA Y ESCALAMIENTO En el primer esquema se presenta un proceso para la producción de fruto y semilla de Jatropha curcas en donde se inicia desde la obtención de la semilla para la siembra hasta la recolección del fruto y la semilla para su venta. El establecimiento de la cadena productiva del cultivo tiene como finalidad promover el desarrollo de pequeños y medianos productores del noroeste de México que puedan resultar beneficiados en el escalamiento del proyecto. Figura 2. Cadena productiva para la producción de semilla y fruto. Obtención de materias primas: Considera la obtención de la semilla Jatropha curcas, variedad cultivada en México no tóxica al mejor precio. Viveros: Considera el cuidado de las características fitosanitarias de la planta relacionadas con su calidad. En el Anexo B se presentan los costos que se alcanzaron como referencia en la producción de plantas en charolas y bolsas Cosecha: Considera la preparación, trasplante, cuidados de la planta, cosecha de fruto y fruto deshidratado y mantenimiento del cultivo. En este eslabón la supervisión del proceso de crecimiento y documentación de resultados serán de gran importancia para los resultados finales. Algunos de los factores que pueden afectar este proceso son las plagas y enfermedades, tipos de riego, salud de la planta, clima, etc. Recolección de la semilla y frutos: Considera la recolección, manipulación, almacenaje y tratamiento de la semilla y frutos obtenidos a partir del cultivo. Comercialización: Considera la búsqueda de compradores potenciales del fruto y la semilla de Jatropha y su comercialización a partir del establecimiento de convenios con interesados. 223

225 El segundo esquema está enfocado en el procesamiento de la semilla para la obtención de subproductos como harinas, pellets y aceite. Figura 3. Cadena productiva del procesamiento de la semilla. Obtención de la semilla y fruto: considera la compra de la semilla y fruto al mejor precio a productores de Jatropha en campo o a través de intermediarios. Procesamiento: Para el caso del fruto se considera su deshidratación para la obtención de cáscara y la obtención de almendra y testa a partir de la semilla. Pellets, harina y aceite: A partir de los subproductos obtenidos se obtienen pellets a partir de la cáscara y harina y aceite a partir de la almendra. Comercialización: Considera la búsqueda de compradores potenciales de los productores obtenidos y su comercialización a partir del establecimiento de convenios con interesados. El tercer esquema describe la cadena productiva para la obtención de biodiesel y glicerina a partir del aceite de Jatropha como una alternativa más enfocada a ser realizada por grandes empresas o inversionistas con el capital disponible. Figura 4. Cadena productiva para la producción de biodiesel. Obtención de aceite: Considera la compra del aceite al mejor precio a procesadores de semilla de Jatropha. Instalación de Plantas Industriales: Considera el escalamiento e instalación de una planta para la producción continúa de biodiesel. Producción de Biodiesel: Proceso en continuo para la obtención del Biodiesel con calidad internacional Recuperación de Glicerina: Considera la producción y manejo de la glicerina. Comercialización: Considera la comercialización del biodiesel para mezclas o uso directo en camiones de transporte de pasajeros o 224

226 mercancía, y la glicerina para la producción de jabones, emulsionantes, textiles, lacas, químicos, etc. Adicional a los diagramas presentados se encuentran los proveedores de insumos, fertilizantes, plaguicidas, equipos de maquinaria agrícola que son muy relevantes en el fortalecimiento de la cadena productiva de la Jatropha Y por otra parte existe la posibilidad de que en la cadena se integre en forma integral con inversionistas a gran escala que cultiven la Jatropha Curcas e implementen todos los procesos para la venta de los productos ANÁLISIS FINANCIERO En la actualidad, las inversiones en Jatropha están ocurriendo en un amplio rango de escalas. Como se ha mostrado anteriormente en la figura 13, esto varía de pequeña escala (menos de 5 hectáreas), a escala comercial (menos de 1000 hectáreas) y grandes (más de 1000 hectáreas). Teniendo en cuenta los datos actuales, parece que existen oportunidades para los pequeños empresarios, así como para explorar grandes inversiones en Jatropha. El importe exacto de la inversión (ya sean pequeñas o grandes) dependerá de factores como el país y la región, los subsidios gubernamentales y las inversiones, y otros factores relacionados. En el presente proyecto que tiene como objetivo el permitir el desarrollo de la zona serrana marginada del Noreste de México con el desarrollo sustentable de la cadena productiva agroindustrial de la Jatropha Curcas, se han analizado diferentes tipos o modelos de negocio que pueden ser aplicables para la creación de cultivos de pequeña escala y de gran escala así como para la generación de empresas agroindustriales que puedan procesar el fruto de la Jatropha Curcas permitiendo una mayor participación de potenciales inversionistas y no sólo de los grandes inversionistas que pueden tener un fuerte impacto en el desarrollo del cultivo y sus co-productos, sino de una serie de empresas que puedan invertir en menores escalas y que permitan el desarrollo de la cadena productiva que dé como consecuencia un incremento en el cultivo y aplicaciones de la semilla de la Jatropha y sus co-productos. La base de los cálculo de los tres modelos son las siguientes composiciones así como los rendimientos que se proporcionaron para el cultivo en Kg/Ha tanto en temporal como en riego 225

227 Para lo anterior se han planteado tres modelos de negocio 1. Integral o global desde el cultivo de la planta y el uso del paquete agronómico, pasando por la producción de coproductos como el pellet, la harina para alimentos balanceados de animales y la producción industrial del Biodiesel y la Glicerina utilizando el aceite producido durante el proceso de prensado de la almendra de la Jatropha Curcas. En este modelo como se podrá revisar se requieren inversiones importantes ya que no sólo se invierte en una planta industrial para la producción del Biodiesel sino también en el establecimiento del cultivo y en los equipos necesarios para la producción de productos como pellets y harina para alimentos balanceados, este tipo de modelo es el que generalmente se busca impulsar por la importante generación de empleos, niveles de inversión en la región y generación de ventas que redunda en un crecimiento económico, aunque como se podrá observar es altamente dependiente del costo de la semilla y la inversión suele recuperarse en el mediano o largo plazo además de que los precios de la semilla resultan no ser tan atractivos para los agricultores 2. Por paquetes tecnológicos, en donde el primero consiste en el establecimiento del cultivo en diferentes cantidades de hectáreas y que suministrarán la materia prima esencial, el fruto de la Jatropha a otro paquete tecnológico en donde se toma la semilla, se procesa o transforma y se obtienen productos con las tecnologías desarrolladas como pellets energéticos a partir de la Biomasa generada y con la almendra se puede obtener el aceite, mientras que mediante un procesamiento de la pasta obtenida en el proceso de prensado se produciría harina para alimentos balanceados, porque la semilla de la Jatropha no es tóxica lo cual ha quedado ampliamente demostrado con los resultados obtenidos en el proyecto. Y por último el aceite obtenido que se puede emplear para la producción de Biodiesel y Glicerina como subproducto del proceso para su venta al mercado. En este modelo se pueden tener cultivos de menor escala en lugares diferentes y que pueden ser quienes suministren el fruto de la Jatropha con inversiones menores al proyecto global, que permitirían ir generando un ecosistema en donde se pueda tener un número mayor de zonas cultivadas, al mismo tiempo se requiere de inversionistas con los suficientes recursos para poder instalar una pequeña planta procesadora de la Biomasa y la almendra que también pueden ser 226

228 varias empresas en la región e igualmente inversionistas industriales que puedan construir y operar una planta de Biodiesel que además es posible usar en distintas capacidades de producción por lo que no se requiere llegar a grandes escalas, pero si al sumar el conjunto de los cultivos establecidos ya se puede contar con un tipo de cultivo de escala comercial. 3. Por cada tecnología desarrollada en la que a partir incluso de empresas de micropropagación o viveros y luego el establecimiento de pequeños cultivos que sean los que permitan el abastecimiento del fruto de la Jatropha para empresas micro o pequeñas que puedan producir pellets energéticos con la biomasa y con la almendra otras empresas para producir aceite y harina para alimentos balanceados, en donde el aceite se puede vender directamente al mercado o bien si resulta competitivo se pueda emplear para la producción de Biodiesel y Glicerina. Este modelo puede permitir un crecimiento de productores del cultivo de la Jatropha Curcas con un número menor de hectáreas además de permitir la unión de pequeños agricultores comunales o ejidales en la región y al mismo tiempo la producción de pellets, aceite y harina en menores escalas pero con rendimientos atractivos y con un menor nivel de inversión, para poder impulsar este modelo es necesario el apoyo gubernamental para que los costos de la semilla puedan ser menores mientras que al mismo tiempo que se impulsa el desarrollo del cultivo así como la obtención de la semilla, y la producción y venta de los productos que se extraen de la semilla que se desarrollaron con las tecnologías del proyecto. Para poder llevar a cabo el análisis financiero de los tres modelos de negocios se tomaron como base tres tipos de establecimiento del cultivo por temporal, por riego pero con un menor costo de la planta para el inicio del establecimiento y por riego con un precio mayor de planta que ofrece como ventaja que se pueden obtener mejoras en las sobrevivencia de la planta y el crecimiento de sus frutos. Los datos se obtuvieron directamente de cada uno de los expertos por cada paquete tecnológico desarrollado y se revisaron costos con los datos que se presentaron en anteriores capítulos en este reporte. En los siguientes capítulos se presentarán los costos que se emplearon para cada modelo con base en la información de los resultados recabados con los expertos así como el análisis de rentabilidad para cada uno de los modelos de negocio, el tamaño mínimo de producción en cada caso, los niveles de inversión y el estado de resultados para una proyección financiera a 10 años para cada caso 227

229 MODELO DE NEGOCIO 1 Figura 5. Modelo de negocio 1. REPORTE DE COSTOS Tabla 1. Reporte de costos para cultivos por temporal. ESTABLECIMIENTO COSTO UNITARIO Consumo/ton 228 Costo año 2 (pesos/ha) Aclareo de Vegetación 1500 $ 1, Surcado 300 $ Traslado de plantas al 300 $ terreno de plantación Diseño, marcaje y trasplante 150 $ 2, Compra de plantas a 6 6 $ 9, pesos en un 3X TOTAL ESTABLECIMIENTO $ 14, COSTO DE MANEJO DEL CULTIVO Control de maleza 1700 $ 1, $ 1, Control de plagas y 1500 $ 1, $ 1, enfermedades Poda 900 $ $ 1, Cosecha 1900 $ 1, $ 1, Total $ 6, $ 6,300.00

230 Tabla 2. Reporte de costos para producción pellet cultivo temporal. COSTO PRODUCCIÓN PELLET Precios Unitarios Consumo unitario costo total costo de la semilla $1, descascarillado $ Costo energía eléctrica $95.00 Costo de empaque (ton) 7 50 $ Costo Total ($ pesos/ton) 1183 Costo Total ($ pesos/kg) 1.18 Tabla 3. Costo de pasta y aceite. COSTO DE PASTA Y ACEITE ACEITE HARINA costo de la semilla ($/Ton) $1, $ $ costo de procesamiento $ semilla para aceite y pasta costo de tratamiento de pasta $- $ para harina Costo energía eléctrica aceite $ pasta Costo energía eléctrica harina $ Costo de empaque harina (ton) 7 50 $ Costo Variable (pesos/ton) $1, $1, Costo Variable (pesos/kg) $ Costo Mantenimiento (pesos/kg) Costo total variable de aceite y harina de Jatropha ($/Kg) Costo Variable de aceite de Jatropha ($/l)

231 Tabla 4. Costo variable para biodiesel y glicerina. COSTO VARIABLE PARA BIODIESEL Y GLICERINA Costo Variable reacción Precios Unitarios Consumo unitario costo total Aceite de Jatropha ($/l) Metanol anhidro ($/l) hidróxido de potasio ($/kg) energía eléctrica (KWh) subtotal 4.14 Costo variable refinación catalizador para adsorción (kg) Gas LP (kg) Energía Eléctrica (Kw) subtotal 4.95 TOTAL COSTO VARIABLE ($/Kg) 9.09 Tabla 5. Reporte de costos para cultivos por riego. ESTABLECIMIENTO COSTO UNITARIO Consumo/ton Aclareo de Vegetación 1500 $1, Surcado 300 $ Traslado de plantas al 300 $ terreno de plantación Diseño, marcaje y 150 $2, trasplante Compra de plantas a 6 6 $9, pesos en un 3X sistema de riego $11, Subtotal $25, Costo año 2 (pesos/ha) COSTO DE MANEJO DEL CULTIVO Control de maleza 1700 $1, $1, Control de plagas y 1500 $1, $1, enfermedades Poda 900 $ $1, Cosecha 1900 $1, $2, Riego 1200 $1, $1, Subtotal $7, $8,

232 Tabla 6. Reporte de costos para producción de pellet por riego. COSTO PRODUCCIÓN PELLET Precios Unitarios Consumo unitario costo total ($/ton) costo de la semilla $2, descascarillado $ Costo energía eléctrica $95.00 Costo de empaque (ton) 7 50 $ Costo Total ($ pesos/ton) $1, Costo Total ($ pesos/kg) 1.52 Tabla 7. Costo de pasta y aceite. COSTO DE PASTA Y ACEITE ACEITE HARINA costo de la semilla 2, costo de procesamiento semilla para aceite y pasta costo de tratamiento de pasta $ para harina Costo energía eléctrica aceite pasta Costo energía eléctrica harina Costo de empaque harina (ton) Costo Variable (pesos/ton) Costo Variable (pesos/kg) Costo Mantenimiento (pesos/kg) Costo total variable de aceite y harina de Jatropha ($/Kg) Costo Variable de aceite de Jatropha ($/l)

233 8. Costo variable para biodiesel y glicerina. COSTO VARIABLE PARA BIODIESEL Y GLICERINA Costo Variable reacción Precios Unitarios Consumo unitario costo total Aceite de Jatropha ($/l) Metanol anhidro ($/l) hidróxido de potasio ($/kg) energía eléctrica (KWh) subtotal 4.18 Costo variable refinación catalizador para adsorción (kg) Gas LP (kg) Energía Eléctrica (Kw) subtotal 4.95 TOTAL COSTO VARIABLE ($/Kg) 9.13 Para poder hacer las proyecciones financieras se tomaron los costos del segundo año para el manejo del cultivo en adelante hasta el año 10, aunque estos valores podrían modificarse. INVERSIONES REQUERIDAS En el caso de la inversión para el modelo 1 a continuación se presenta el costo para los equipos 232

234 Tabla 9. Inversiones requeridas de pellets, harina y aceite. INVERSIÓN PELLETS, HARINA Y ACEITE MONTO ($) Molino $ 240, Peletizador $ 280, Descascarilladora $ 350, Instalación, E.E, partes $ 90, TOTAL $ 960, Prensa para obtener aceite y pasta $ 400, equipo de extrudido $ 1,300, Instalación, E.E, partes $ 180, laboratorio $ 350, TOTAL DE INVERSIÓN EQUIPO $ 3,190, INVERSIÓN BIODIESEL Reactor $300, tanques de acero inoxidable $168, bombas, reductores de velocidad y variadores $155, frecuencia Torre de destilación $130, Caja de protección de sonido y $45, electroválvulas sistema de control automático $168, Accesorios y conexiones de acero inoxidable $100, Instrumentación de control, energía eléctrica $40, Panel de control y PC $100, Sistema de purificación $100, Instrumentación del laboratorio de calidad $200, Subtotal $1,506, TOTAL $ 4,696, Adicionalmente para el establecimiento del cultivo se requiere $14,500 pesos/ha por lo que en función del tamaño mínimo de producción se establecerá el monto total de inversión para el establecimiento del cultivo que en este caso será de 1000 Ha TAMAÑO MÍNIMO DE PRODUCCIÓN De acuerdo con los datos de costos e inversión de equipo y establecimiento se llevó a cabo un análisis financiero con las siguientes condiciones para temporal y riego. 233

235 Para cultivo por temporal Tabla 10. Consideraciones para el estado de resultados para cultivo por temporal. CONSIDERACIONES PARA EL ESTADO DE RESULTADOS COSTO EQUIPO Y ESTABLECIMIENTO $ 19,246, PRECIO DE SEMILLA DE JATROPHA $ 1.20 ($/Kg) total hectáreas sembradas en el análisis 1000 PRECIO PELLET $/Kg $ 4.25 PRECIO HARINA $/Kg $ 6.00 PRECIO BIODIESEL ($/l) $ PRECIO GLICERINA ($/l) $ 2.50 costos fijos de cultivo($/ha), costos fijos $ $ 0.72 Biodiesel ($/l) Costos Fijos Totales Pellets, Harina incluye Gastos de ventas/ha y renta de nave industrial $ $ 31, El valor del precio del Biodiesel se tomó a partir del reporte de SAGARPA del año 2012 de $1.22USD/litro. No se tomó la inversión del capital para construir una nave industrial sino la posibilidad de rentar naves industriales en la región. De las proyecciones financieras se pudo determinar que comprando la semilla a $1.20/Kg se puede reducir a una producción mínima de 900 Ha pero el valor del VPN es tres veces menor que con 1000 Ha en donde se obtiene un VPN de $ 1,144,965 aunque en ambos casos se tiene un retorno de inversión o Payback de 7 años y con 1000 hectáreas un nivel de ventas en 10 años de $ 371,299,149 millones de pesos que significan alrededor de $29,700,000 millones de USD. 234

236 Para Cultivo por Riego Tabla 11. Consideraciones para el estado de resultados para cultivo por riego. CONSIDERACIONES PARA EL ESTADO DE RESULTADOS COSTO EQUIPO E INSTALACIÓN $ 33,546, PRECIO DE SEMILLA DE JATROPHA ($/Kg) $ 1.95 total hectáreas sembradas en el análisis 1, PRECIO PELLET $/Kg $ 4.76 PRECIO HARINA $/Kg $ 6.00 PRECIO BIODIESEL ($/l) $ PRECIO GLICERINA ($/l) $ 2.50 costos fijos de cultivo, costos fijos Biodiesel $ $ 0.72 Costos Fijos Totales Pellets y Harina Aceite, incluye Gastos de ventas/ha y renta de nave industrial $ $ 31,000 En este caso se puede tener un mínimo de cultivo de 900 a 1000 Ha con un costo de semilla de $1.95 pesos/kg, aunque con 1000 Ha se obtiene un mayor VPN y una TIR del 18%, una de las bases de este análisis es el costo de la planta para el establecimiento a $6 pesos porque cuando se incrementa el costo a $14.5 más el manejo del cultivo no es factible este modelo integral ya que con 1000 Ha no se obtienen resultados positivos ni retorno a 10 años. Se debe mencionar que aún con el cultivo por riego en mejores condiciones el Payback es de 7 años lo que muestra que este modelo es para obtener resultados a mediano y largo plazo. Por otra parte tomando en cuenta las consideraciones se tendría una venta a 10 años de $555.3 millones de pesos que representan alrededor de $44.4 millones de USD PROYECCIONES FINANCIERAS A 10 AÑOS A continuación se presentan dos tablas una para el cultivo de temporal y otra para el cultivo de riego en donde se muestra el estado de resultados para la proyección financiera del modelo 1 en donde se muestran los resultados de ventas, costos variables, costos fijos, depreciación, pago de impuestos así como las utilidades con el tiempo y el flujo que se genera así como el flujo acumulado. 235

237 ESTADO DE RESULTADOS MODELO INTEGRAL PARA PRODUCCIÓN PELLETS HARINA BIODIESEL Y GLICERINA CULTIVO TEMPORAL Períodos (años) Inversión pesos $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 $19,246,000 Dep'n acum. $1,924,600 $3,849,200 $5,773,800 $7,698,400 $9,623,000 $11,547,600 $13,472,200 $15,396,800 $17,321,400 $19,246,000 Producción semilla por Ha ,240 2,974 5,652 6,500 6,500 6,500 6,500 TOTAL VENTAS ($/AÑO) $0 $503,006 $9,979,645 $12,474,557 $29,918,816 $56,859,835 $65,390,822 $65,390,822 $65,390,822 $65,390,822 Ventas Pellet por Ha ($/año) $0 $179,750 $3,566,230 $4,457,788 $10,691,500 $20,318,883 $23,367,435 $23,367,435 $23,367,435 $23,367,435 Producción de pellet (Kg/Ha) ,246 4,269 4,909 4,909 4,909 4,909 Ventas Harina por Ha ($/año) $0 $84,000 $1,666,560 $2,083,200 $4,996,320 $9,495,360 $10,920,000 $10,920,000 $10,920,000 $10,920,000 Producción harina (Kg/Ha) ,583 1,820 1,820 1,820 1,820 Ventas Biodiesel por Ha($/año) $0 $231,294 $4,588,878 $5,736,097 $13,757,381 $26,145,501 $30,068,251 $30,068,251 $30,068,251 $30,068,251 Producción de Biodiesel (kg/ha) ,696 1,950 1,950 1,950 1,950 Ventas Glicerina por Ha ($/año) $0 $7,963 $157,978 $197,472 $473,615 $900,091 $1,035,137 $1,035,137 $1,035,137 $1,035,137 Produccion de Glicerina (l/ha) C. PRODUCCIÓN ($) $6,000,000 $6,563,533 $11,528,490 $12,835,613 $21,974,929 $36,089,744 $40,559,260 $40,559,260 $40,559,260 $40,559,260 Costos Cultivo de Jaropha por año/ha $6,000,000 $6,300,000 $6,300,000 $6,300,000 $6,300,000 $6,300,000 $6,300,000 $6,300,000 $6,300,000 $6,300,000 Costo compra de semilla ($) $0 $60,000 $1,190,400 $1,488,000 $3,568,800 $6,782,400 $7,800,000 $7,800,000 $7,800,000 $7,800,000 Costos variables de pellet ($) $0 $41,501 $823,380 $1,029,224 $2,468,479 $4,691,272 $5,395,128 $5,395,128 $5,395,128 $5,395,128 Costos variables de harina ($) $0 $26,861 $532,916 $666,145 $1,597,673 $3,036,331 $3,491,888 $3,491,888 $3,491,888 $3,491,888 Costos variables de Biodiesel ($) $0 $135,171 $2,681,795 $3,352,243 $8,039,977 $15,279,741 $17,572,243 $17,572,243 $17,572,243 $17,572,243 MARGEN A VENTAS ($) -$6,000,000 -$6,060,526 -$1,548,845 -$361,056 $7,943,887 $20,770,091 $24,831,562 $24,831,562 $24,831,562 $24,831,562 % Margen a Ventas 0% 0% -16% -3% 27% 37% 38% 38% 38% 38% T. COSTOS FIJOS ($) $60,900 $77,381 $152,387 $224,878 $470,715 $1,068,987 $1,712,587 $1,712,587 $1,712,587 $1,712,587 C. fijos cultivo y Biodiesel ($) 13,200 26,400 39,600 52,800 66,000 92, , , , ,000 C Fijos Pellets, Harina ($) 47,700 50, , , , ,587 1,580,587 1,580,587 1,580,587 1,580,587 UAFIR O EBIT ($) -$7,985,500 -$8,062,507 -$3,625,831 -$2,510,534 $5,548,572 $17,776,503 $21,194,375 $21,194,375 $21,194,375 21,194,375 Depreciación pesos $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 $1,924,600 UAFIRDA O EBITDA ($) -$6,060,900 -$6,137,907 -$1,701,231 -$585,934 $7,473,172 $19,701,103 $23,118,975 $23,118,975 $23,118,975 $23,118,975 % UAFIRDA # DIV/0! -1220% -17% -5% 25% 35% 35% 35% 35% 35% I.S.R.28% de la utilidad $0 $0 $0 $0 $0 $4,977,421 $5,934,425 $5,934,425 $5,934,425 $5,934,425 Utilidad neta ($) -$7,985,500 -$8,062,507 -$3,625,831 -$2,510,534 $5,548,572 $12,799,082 $15,259,950 $15,259,950 $15,259,950 $15,259,950 % Utilidad 0% -1603% -36% -20% 19% 23% 23% 23% 23% 23% Flujo en pesos ($) -$6,060,900 -$6,137,907 -$1,701,231 -$585,934 $7,473,172 $14,723,682 $17,184,550 $17,184,550 $17,184,550 $17,184,550 Flujos en pesos: -$19,246,000 -$6,060,900 -$6,137,907 -$1,701,231 -$585,934 $7,473,172 $14,723,682 $17,184,550 $17,184,550 $17,184,550 $17,184,550 Flujos en pesos acum : -$19,246,000 -$25,306,900 -$31,444,807 -$33,146,038 -$33,731,972 -$26,258,801 -$11,535,118 $5,649,432 $22,833,982 $40,018,532 $57,203,

238 Estado de resultados para producción pellets harina biodiesel y glicerina cultivo por riego 1 Períodos (años) Inversión pesos $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 $30,496,000 Dep'n acum. $3,049,600 $6,099,200 $9,148,800 $12,198,400 $15,248,000 $18,297,600 $21,347,200 $24,396,800 $27,446,400 $30,496,000 Producción semilla por Ha TOTAL VENTAS ($/AÑO) $1,487,138 $12,474,557 $29,918,816 $56,859,835 $65,390,822 $77,832,177 $77,832,177 $77,832,177 $77,832,177 $77,832,177 Ventas Pellet por Ha ($/año) $539,249 $4,457,788 $10,691,500 $20,318,883 $23,367,435 $23,367,435 $23,367,435 $23,367,435 $23,367,435 $23,367,435 Producción de pellet (Kg/Ha) Ventas Harina por Ha ($/año) $252,000 $2,083,200 $4,996,320 $9,495,360 $10,920,000 $10,920,000 $10,920,000 $10,920,000 $10,920,000 $10,920,000 Producción harina (Kg/Ha) Ventas Biodiesel por Ha($/año) $693,883 $5,736,097 $13,757,381 $26,145,501 $30,068,251 $42,095,551 $42,095,551 $42,095,551 $42,095,551 $42,095,551 Producción de Biodiesel (kg/ha) Ventas Glicerina por Ha $2,007 $197,472 $473,615 $900,091 $1,035,137 $1,449,191 $1,449,191 $1,449,191 $1,449,191 $1,449,191 ($/año) Producción de Glicerina (l/ha) C. PRODUCCIÓN ($) $8,149,371 $16,448,137 $27,422,872 $44,372,317 $49,739,430 $56,795,908 $56,795,908 $56,795,908 $56,795,908 $56,795,908 Costos Cultivo de Jatropha ($) $7,200,000 $8,600,000 $8,600,000 $8,600,000 $8,600,000 $8,600,000 $8,600,000 $8,600,000 $8,600,000 $8,600,000 Costo compra de semilla ($) $292,500 $2,418,000 $5,799,300 $11,021,400 $12,675,000 $12,675,000 $12,675,000 $12,675,000 $12,675,000 $12,675,000 Costos variables de pellet ($) $160,189 $1,324,225 $3,176,004 $6,035,904 $6,941,503 $6,941,503 $6,941,503 $6,941,503 $6,941,503 $6,941,503 Costos variables de harina ($) $89,578 $740,515 $1,776,042 $3,375,316 $3,881,732 $3,881,732 $3,881,732 $3,881,732 $3,881,732 $3,881,732 Costos variables de Biodiesel $407,105 $3,365,397 $8,071,525 $15,339,698 $17,641,195 $24,697,673 $24,697,673 $24,697,673 $24,697,673 $24,697,673 ($) MARGEN A VENTAS ($) -$6,662,234 -$3,973,581 $2,495,945 $12,487,518 $15,651,392 $21,036,269 $21,036,269 $21,036,269 $21,036,269 $21,036,269 % Margen a Ventas 0% 0% 8% 22% 24% 27% 27% 27% 27% 27% T. COSTOS FIJOS ($) $89,042 $160,559 $370,172 $758,862 $1,184,311 $742,267 $2,298,222 $2,298,222 $2,298,222 $2,298,222 C. fijos cultivo y Biodiesel ($) $26,400 $26,400 $39,600 $52,800 $66,000 $92,400 $132,000 $132,000 $132,000 $132,000 C Fijos Pellets, Harina ($) $62,642 $134,159 $330,572 $706,062 $1,118,311 $649,867 $2,166,222 $2,166,222 $2,166,222 $2,166,222 UAFIR O EBIT ($) -$9,800,875 -$4,134,139 $2,125,772 $11,728,656 $14,467,081 $20,294,002 $18,738,047 $18,738,047 $18,738,047 $18,738,047 Depreciación pesos $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 $3,049,600 UAFIRDA O EBITDA ($) -$6,751,275 -$1,084,539 $5,175,372 $14,778,256 $17,516,681 $23,343,602 $21,787,647 $21,787,647 $21,787,647 $21,787,647 % UAFIRDA -454% -9% 17% 26% 27% 30% 28% 28% 28% 28% I.S.R.28% de la utilidad $0 $0 $595,216 $3,284,024 $4,050,783 $5,682,321 $5,246,653 $5,246,653 $5,246,653 $5,246,653 Utilidad neta ($) - $9,800, $4,134, $1,530,556 $8,444,632 $10,416,298 $14,611,682 $13,491,394 $13,491,394 $13,491,394 $13,491,394 % Utilidad 0% -33% 5% 15% 16% 19% 17% 17% 17% 17% Flujo en pesos ($) -$6,751,275 -$1,084,539 $4,580,156 $11,494,232 $13,465,898 $17,661,282 $16,540,994 $16,540,994 $16,540,994 $16,540,994 Flujos en pesos: -$30,496,000 -$6,751,275 -$1,084,539 $4,580,156 $11,494,232 $13,465,898 $17,661,282 $16,540,994 $16,540,994 $16,540,994 $16,540,994 Flujos en pesos acum : -$30,496,000 -$37,247,275 -$38,331,815 -$33,751,659 -$22,257,426 -$8,791,528 $8,869,753 $25,410,747 $41,951,740 $58,492,734 $75,033,

239 De acuerdo con las proyecciones financieras a 10 años a continuación se presenta el resumen de la rentabilidad de este modelo de negocio tanto con cultivo por temporal como por riego para el cultivo de 1000 Ha que cuando se compara con otros modelos establecidos en el país en donde la TIR es del orden de un 7% mientras que para el proyecto se tienen valores de 14% para temporal y 16% para riego INVERSIÓN TOTAL PARA EL CULTIVO POR TEMPORAL Tabla 12. Inversión total para cultivo de temporal. INVERSION MONTO ($) ESTABLECIMIENTO $ 14,550, EQUIPO Y MAQUINARIA AGROINDUSTRIAL $ 4,696, CAPITAL DE TRABAJO $ 13,900,038 TOTAL $ 33,146, INVERSIÓN TOTAL PARA EL CULTIVO POR RIEGO Tabla 13. Inversión total para cultivo de riego. INVERSION MONTO ($) ESTABLECIMIENTO $ 25,800, EQUIPO Y MAQUINARIA AGROINDUSTRIAL $ 4,696, CAPITAL DE TRABAJO $ 7,835,815 TOTAL $ 38,331, A continuación se presentan los resultados de rentabilidad a 10 años con base en el cultivo de 1000 Ha tanto por temporal como por riego para el modelo de negocio integral. Tabla 14. Resultados de rentabilidad a 10 años con base en el cultivo de 1000 Ha para cultivo de temporal. Información C.Temporal Resultados VENTAS TOTALES(10 años) $ 371,299,149 TIR 15% VPN: $ 1,144,965 UTILIDAD (10 años) $ 57,203,082 PAY BACK (años) 7 TREMA (Tasa de descuento) 7.0% 238

240 Tabla 15. Resultados de rentabilidad a 10 años con base en el cultivo de 1000 Ha para cultivo de riego. Información C. Riego Resultados TOTALES VENTAS (10 años) $ 555,292,054 TIR 18% VPN $ 773,118 UTILIDAD (10 años) $ 75,033,728 PAY BACK (años) 6 TREMA (Tasa de descuento) 7.0% De acuerdo con los resultados obtenidos del análisis financiero de este modelo de negocio se puede concluir que puede ser factible económicamente sin embargo la inversión requerida es importante, no obstante la utilidad al cabo de los primeros 10 años, si se da el rendimiento esperado con el paquete agronómico, es adecuada, los parámetros financieros muestran que la TIR es positiva en ambos casos al igual que el Valor presente neto (VPN) lo cual indica que es factible la inversión. Por otra parte el Payback o retorno de la inversión es de 7 y 6 años respectivamente situación que se presenta en la mayoría de los proyectos de Jatropha. Un factor importante y que se reflejará en los beneficios es que se crearían una cantidad importante de empleos y el potencial de negocio en este modelos si se llegará a cultivar al menos 5,000 Ha de riego en un mediano plazo el monto de ventas sería del orden de $220 millones de USD siendo conservadores en la cantidad de tierra cultivada con Jatropha. Por otra parte aunque el costo del precio de la semilla es de $1.95/Kg si se toma en cuenta la producción de 1000 Ha habría un ingreso a partir del año 5 para el agricultor del orden de $12675 pesos/ha que comparativamente con otros modelos a nivel mundial se encuentra en valores ligeramente superiores similares. Y en el cultivo por temporal el costo de la semilla a $1.2/Kg no representaría un atractivo para poder instalar un paquete integral ya que el beneficio para el agricultor sería bajo, sin embargo aún se debe de revisar el apoyo que se puede obtener de entidades como CONAFOR. 239

241 MODELO DE NEGOCIO 2 Basado en paquetes tecnológicos como se ilustra en el siguiente diagrama Figura 6. Modelo de negocio 2. Tabla 16. Costos del cultivo por riego. CONCEPTO COSTO UNITARIO (pesos) 240 Costo año 1 (pesos/ha) Aclareo de Vegetación 1500 $1, Surcado 300 $ Traslado de plantas al terreno de 300 $ plantación Diseño, marcaje y trasplante 150 $2, Compra de plantas a 6 pesos en un 3X2 6 $9, sistema de riego $11, TOTAL ESTABLECIMIENTO CULTIVO $25, CONCEPTO COSTO UNITARIO (pesos) Costo año 1 (pesos/ha) Costo año 2 (pesos/ha) Costo año 2 (pesos/ha) Control de maleza 1700 $1, $1, Control de plagas y enfermedades 1500 $1, $1, Poda 900 $ $1, Cosecha 1900 $1, $2, Riego 1200 $1, $1, COSTO DEL MANEJO DEL CULTIVO* $7, $8,600.00

242 REPORTE DE COSTOS En este análisis se ha tomado en consideración el paquete agronómico por riego con un menor costo de planta al inicio del establecimiento del cultivo ya que en este caso como se podrá ver es posible poder vender la semilla en $6 pesos/kg lo cual permite una buena rentabilidad para los siguientes paquetes tecnológicos sin embargo en el cultivo por temporal hasta el momento se obtiene una buena rentabilidad sólo con precios de $8 a $9 pesos/kg, lo anterior sin considerar por ahora un posible apoyo del gobierno hacia el cultivo de la Jatropha. Por lo que se presentan los costos del cultivo para riego con menor costo de planta para el establecimiento * A partir del año 3 se toman los mismos valores del año 2 para el análisis financiero hasta año 10 Como se comentaba anteriormente el análisis financiero del cultivo muestra que a $6 pesos/kg de semilla se tiene un buen nivel de rentabilidad Con base en lo anterior se tienen los siguientes costos para el paquete de producir Pellets, Aceite y Harina Tabla 17. Costos de producción de pellet, aceite y harina. COSTO DE PRODUCCIÓN DE PELLET, ACEITE Y HARINA Consumo Costo ($) Costo ($) COSTO UNITARIO ($) COSTO DE PELLET costo de la semilla $6, $2, Costo de descascarillado $ Costo energía eléctrica $95.00 Costo agua $ Costo Variable ($ pesos/ton) $3, Costo variable ($ pesos/kg) $3.03 Costo Mantenimiento $0.06 Costo total $3.09 COSTO DE PASTA Y ACEITE ACEITE HARINA costo de la semilla $6, $3, $2, costo de procesamiento semilla para $ aceite y pasta costo de tratamiento de pasta para $- $ harina Costo energía eléctrica aceite pasta $ Costo energía eléctrica harina $ Costo Variable (pesos/ton) $4, $4, Costo Variable (pesos/kg) $ Costo mantenimiento (pesos/kg) $ Costo Total Aceite y Harina ($/Kg) $

243 Una vez que se tiene el aceite es posible la inversión de una empresa que instale una planta de producción de Biodiesel y glicerina por ello se presentan los costos de este paquete tecnológico Tabla 18. Costo de producción a partir de aceite de biodiesel y glicerina. COSTO DE PRODUCCIÓN A COSTO Consumo/l Costo ($) PARTIR DE ACEITE DE BIODIESEL Y GLICERINA UNITARIO ($) Costo Variable reacción Aceite de Jatropha ($/l)* $ 5.14 Metanol anhidro ($/l) $ 1.34 hidróxido de potasio ($/kg) $ 0.14 energía eléctrica (KWh) $ 0.91 subtotal $ 7.52 Costo variable refinación catalizador para adsorción (kg) $ 0.14 Gas LP (kg) $ 2.50 Energía Eléctrica (KWh) $ 2.31 subtotal $ 4.95 TOTAL COSTO VARIABLE ($/Kg) $ *Se tomó como base un precio de aceite de 400 USD/ton Para poder hacer las proyecciones financieras se tomaron los costos del segundo año para el manejo del cultivo en adelante hasta el año 10 INVERSIONES REQUERIDAS Para el Modelo de Negocio 2 se presentan desglosadas las inversiones de los equipos que se requieren para la producción de pellet, aceite y harina y en otro caso de Biodiesel y Glicerina Tabla 19. Inversión requerida para la producción de pellet, aceite y harina. INVERSIÓN PELLETS, HARINA Y ACEITE Molino $ 240, Peletizador $ 280, Descascarilladora $ 350, Instalación, E.E, partes $ 90, SUBTOTAL $ 960, Prensa para obtener aceite y pasta $ 400, equipo de extrudido $ 1,300, Instalación, ee, partes $ 180, laboratorio $ 350, TOTAL DE INVERSIÓN EQUIPO $ 3,190, * La inversión de la descascarilladora se incluyó para elaborar pellets 242

244 Tabla 20. Inversión requerida para la producción de biodiesel y glicerina. INVERSIÓN EQUIPOS HARINA Y ACEITE Reactor (112,000 l/mes) $ 300, tanques de acero inoxidable $ 168, bombas, reductores de velocidad y $ 155, variadores de frecuencia Torre de destilación $ 130, Caja de protección de sonido y $ 45, electroválvulas sistema de control automático $ 168, Accesorios y conexiones de acero $ 100, inoxidable Instrumentación de control, energía $ 40, eléctrica Panel de control y PC $ 100, Sistema de purificación $ 100, Instrumentación del laboratorio de calidad $ 200, Instalación equipos montaje $ 120, Total de equipos $ 1,626, * El equipo para la producción de Biodiesel y Glicerina puede operar 24 horas/día TAMAÑO MÍNIMO DE PRODUCCIÓN A continuación se presentan las consideraciones para el caso de la producción del paquete 1 para producir pellets, aceite y harina. Tabla 21. Consideraciones para la producción de pellets, aceite y harina. CONSIDERACIONES PARA EL ESTADO DE RESULTADOS COSTO EQUIPO E INSTALACIÓN $3,190, PRECIO DE SEMILLA DE JATROPHA ($/Kg) $6.00 PRECIO PELLET $/Kg $4.25 Hectáreas sembradas 150 PRECIO HARINA $/Kg 6 PRECIO ACEITE $/Kg $7.80 Costos Fijos incluye Gastos de ventas/ha incluye la renta de nave industrial $ $26,000 Del análisis de rentabilidad de puede comentar que cuando se compra fruto para la producción de pellets, aceite y harina se obtiene la mejor rentabilidad en 200 hectáreas que corresponderían a 990 toneladas de pellet por año a partir del año 5, se puede tener un negocio con buena rentabilidad desde 150 hectáreas que es el caso que se reporta ya que es el escenario más conservador. En el caso de la producción de Biodiesel y Harina se presentan las siguientes consideraciones 243

245 Tabla 22. Consideraciones para la producción de biodiesel y harina. CONSIDERACIONES PARA EL ESTADO DE RESULTADOS COSTO EQUIPO E INSTALACIÓN $1,626, PRECIO DE ACEITE ($USD/Kg) y ($/Kg) $0.40 $5.2 Hectáreas necesarias de cultivo PRECIO GLICERINA ($/l) $2.50 PRECIO BIODIESEL ($/l) $15.25 Costos Fijos incluye Gastos de ventas/ha y Renta de Nave Industrial $1.23 $46, El precio del Biodiesel se tomó de acuerdo con el reporte de SAGARPA de los precios del año Los análisis financieros muestran que es factible comprar el aceite generado desde 300 hectáreas sin embargo el de mejor rentabilidad es desde 350, también se puede ver que si se reduce el precio del Biodiesel de a 15 baja el nivel de rentabilidad pero el análisis financiero muestra aún factible el negocio. En este paquete la inversión para poder instalar 350 hectáreas de cultivo sería por parte de los agricultores y pueden ser sumando tierras cultivables entre ejidatarios. PROYECCIONES FINANCIERAS A 10 AÑOS Se presentan las dos proyecciones con la mejor rentabilidad a 10 años. En el primer caso del paquete de producir pellets, aceite y harina con las consideraciones mencionadas anteriormente y el segundo caso para la producción de biodiesel tomando en cuenta que la producción de pellet es factible que se puedan alcanzar niveles de rentabilidad aun vendiendo aceite a 400 USD/ton, es decir son dependientes los paquetes entre sí y las inversiones se dan en menor escala para poder crear empresas medianas o incluso grandes. Adicionalmente se llevó a cabo el análisis financiero en donde se muestra la variación en el paquete tecnológico de pellets, aceite y harina con diferentes precios de semilla a $6 y $8 pesos/ kg en función de la venta del aceite a partir de 400 USD/ton e incluso con un menor valor de precio de pellet del que se puede alcanzar e incluso con un menor valor del precio del pellet Figura 7. Análisis financiero del paquete tecnológico de pellets, aceite y harina con un precio de semilla de $6 pesos/kg. El análisis de los escenarios se realizaron con los siguientes supuestos: Precio Semilla ($/Kg): $ 6 Precio de Venta de Pellet y Harina constantes ($/Kg) $3.91 y $6 ANALISIS DE RENTABILIDAD PARA PELLET, ACEITE Y HARINA HECTAREAS CULTIVADAS 100 Ha 200 Ha 300 Ha PRECIO ACEITE (Pesos/Kg) TIR 10 VPN * PAYBACK TIR 10 VPN * PAYBACK TIR 10 VPN * PAYBACK $ 5.2 (400 USD/Ton) 16% -$ 1,260, % $ 3,377, % $ 7,986, $ 6.5 (500 USD/Ton) 19% -$ 432, % $ 5,011, % $ 10,438, $ 7.8 (600 USD/Ton) 22% $ 396, % $ 6,646, % $ 12,890, $ 9.1 (700 USD/Ton) 24% $ 1,219, % $ 8,280, % $ 15,342, $ 10.4 (800 USD/Ton) 27% $ 2,036, % $ 9,915, % $ 17,794, * El análisis se llevó a cabo con una tasa de descuento del 7% 244

246 Figura 8.Análisis financiero del paquete tecnológico de pellets, aceite y harina con un precio de semilla de $8 pesos/kg. El análisis de los escenarios se realizaron con los siguientes supuestos: Precio Semilla ($/Kg): $ 8 Precio de Venta de Pellet y Harina constantes ($/Kg) $3.91 y $6 ANALISIS DE RENTABILIDAD PARA PELLET, ACEITE Y HARINA HECTAREAS CULTIVADAS 100 Ha 200 Ha 300 Ha PRECIO ACEITE (Pesos/Kg) TIR 10 VPN * PAYBACK TIR 10 VPN * PAYBACK TIR 10 VPN * PAYBACK $ 5.2 (400 USD/Ton) NE -$ 6,587, > 10 NE -$ 6,767, > 10 NE -$ 6,946, > 10 $ 6.5 (500 USD/Ton) -11% -$ 5,452, > 10-2% -$ 4,636, > 10 3% -$ 3,955, $ 7.8 (600 USD/Ton) -1% -$ 4,464, > 10 8% -$ 2,939, % -$ 1,447, $ 9.1 (700 USD/Ton) 5% -$ 3,612, % -$ 1,283, % $ 1,036, $ 10.4 (800 USD/Ton) 9% -$ 2,774, % $ 373, % $ 3,502, * El análisis se llevó a cabo con una tasa de descuento del 7% Como se puede ver en los anteriores escenarios es posible la venta del aceite incluso en niveles de $400 USD pero para precios de semilla de Jatropha de $6/Kg. Se muestra la proyección financiera para el modelo d negocios 2 q en donde se muestran los resultados de ventas, costos variables, costos fijos, depreciación, pago de impuestos así como las utilidades con el tiempo y el flujo que se genera así como el acumulado. Se presentan dos casos uno con un valor mayor de aceite, $650 USD/Ton y otro con $400 USD/ton 245

247 Estado de resultados para producción pellets aceite y harina con cultivo por riego 150 ha Períodos (años) Inversión pesos $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 $3,190,000 Dep'n acum. $319,000 $638,000 $957,000 $1,276,000 $1,595,000 $1,914,000 $2,233,000 $2,552,000 $2,871,000 $3,190,000 VENTA TOTAL ($/AÑO) $162,671 $1,344,745 $3,225,219 $6,129,435 $7,049,067 $7,049,067 $7,049,067 $7,049,067 $7,049,067 $7,049,067 Ventas Pellet por Ha $72,221 $597,025 $1,431,897 $2,721,279 $3,129,567 $3,129,567 $3,129,567 $3,129,567 $3,129,567 $3,129,567 ($/año) Producción pellet por (Kg/Ha) Ventas Harina y Aceite por $90,450 $747,720 $1,793,322 $3,408,156 $3,919,500 $3,919,500 $3,919,500 $3,919,500 $3,919,500 $3,919,500 HA ($) Producción harina por Kg/Ha Producción de aceite por Kg/Ha C. PROD PEL,ACEITE $89,717 $741,659 $1,778,786 $3,380,531 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 HARINA T Costos Variables pellet $52,432 $433,440 $1,039,557 $1,975,649 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 ($) Total Costos Variables $18,810 $155,495 $372,936 $708,754 $815,092 $815,092 $815,092 $815,092 $815,092 $815,092 aceite ($) Total Costos Variables $18,475 $152,725 $366,293 $696,129 $800,573 $800,573 $800,573 $800,573 $800,573 $800,573 Harina ($) MARGEN A VENTAS 72, ,086 1,446,433 2,748,904 3,161,337 3,161,337 3,161,337 3,161,337 3,161,337 3,161,337 % Margen aventas 0 45% 45% 45% 45% 45% 45% 45% 45% 45% C. Fijos con Gastos de $109,227 $121,047 $139,852 $168,894 $178,091 $178,091 $178,091 $178,091 $178,091 $178,091 ventas/ha UAFIR O EBIT -$445,723 $163,038 $987,581 $2,261,010 $2,664,246 $2,664,246 $2,664,246 $2,664,246 $2,664,246 $2,664,246 Depreciación pesos $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 UAFIRDA O EBITDA -$126,723 $482,038 $1,306,581 $2,580,010 $2,983,246 $2,983,246 $2,983,246 $2,983,246 $2,983,246 $2,983,246 % UAFIRDA/VENTAS 0% 0% 41% 42% 42% 42% 42% 42% 42% 42% I.S.R.28% de utilidad $0 $45,651 $276,523 $633,083 $745,989 $745,989 $745,989 $745,989 $745,989 $745,989 Utilidad neta -$445,723 $117,388 $711,058 $1,627,927 $1,918,257 $1,918,257 $1,918,257 $1,918,257 $1,918,257 $1,918,257 % de utilidad neta 0% 0% 22% 27% 27% 27% 27% 27% 27% 27% Flujo en pesos -$126,723 $436,388 $1,030,058 $1,946,927 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 Flujos en pesos: - $3,190,000 Flujos en pesos acum : - $3,190,000 -$126,723 $436,388 $1,030,058 $1,946,927 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 $2,237,257 - $3,316,723 - $2,880,335 - $1,850,277 $96,650 $2,333,907 $4,571,164 $6,808,421 $9,045,679 $11,282,93 6 $13,520,

248 Estado de resultados para producción pellets aceite y harina con cultivo por riego bajo precio aceite 150 ha Períodos (años) Inversión pesos 3,190,000 3,190,000 3,190,000 3,190,000 3,190,000 3,190,000 3,190,000 3,190,000 3,190,000 3,190,000 Dep'n acum. 319, , ,000 1,276,000 1,595,000 1,914,000 2,233,000 2,552,000 2,871,000 3,190,000 VENTA TOTAL ($/AÑO) 72,707 1,199,665 2,877,261 5,468,151 6,288,567 6,288,567 6,288,567 6,288,567 6,288,567 6,288,567 Ventas Pellet por Ha ($/año) 72, ,025 1,431,897 2,721,279 3,129,567 3,129,567 3,129,567 3,129,567 3,129,567 3,129,567 Producción pellet por (Kg/Ha) ,246 4,269 4,909 4,909 4,909 4,909 4,909 4,909 Ventas Harina y Aceite por HA ($) ,640 1,445,364 2,746,872 3,159,000 3,159,000 3,159,000 3,159,000 3,159,000 3,159,000 Producción harina por Kg/Ha Producción de aceite por Kg/Ha C. PROD PEL,ACEITE HARINA $89,717 $741,659 $1,778,786 $3,380,531 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 $3,887,730 Total Costos Variables pellet ($) $52,432 $433,440 $1,039,557 $1,975,649 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 $2,272,066 Total Costos Variables aceite ($) $18,810 $155,495 $372,936 $708,754 $815,092 $815,092 $815,092 $815,092 $815,092 $815,092 Total Costos Variables Harina ($) $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 18, , , , , , , , , ,573 MARGEN A VENTAS -17, ,006 1,098,475 2,087,620 2,400,837 2,400,837 2,400,837 2,400,837 2,400,837 2,400,837 % Margen aventas 0 38% 38% 38% 38% 38% 38% 38% 38% 38% C. Fijos con Gastos de ventas/ha $108,327 $119,597 $136,373 $162,282 $170,486 $170,486 $170,486 $170,486 $170,486 $170,486 UAFIR O EBIT -$444,337 $19,409 $643,103 $1,606,338 $1,911,351 $1,911,351 $1,911,351 $1,911,351 $1,911,351 $1,911,351 Depreciación pesos $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 $319,000 UAFIRDA O EBITDA -$125,337 $338,409 $962,103 $1,925,338 $2,230,351 $2,230,351 $2,230,351 $2,230,351 $2,230,351 $2,230,351 % UAFIRDA/VENTAS 0% 0% 33% 35% 35% 35% 35% 35% 35% 35% I.S.R.28% de utilidad $0 $5,435 $180,069 $449,775 $535,178 $535,178 $535,178 $535,178 $535,178 $535,178 Utilidad neta -$444,337 $13,975 $463,034 $1,156,564 $1,376,173 $1,376,173 $1,376,173 $1,376,173 $1,376,173 $1,376,173 % de utilidad neta 0% 0% 16% 21% 22% 22% 22% 22% 22% 22% Flujo en pesos -$125,337 $332,975 $782,034 $1,475,564 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 Flujos en pesos: -$3,190,000 -$125,337 $332,975 $782,034 $1,475,564 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 $1,695,173 Flujos en pesos acum : -$3,190,000 -$3,315,337 -$2,982,363 -$2,200,329 -$724,765 $970,408 $2,665,580 $4,360,753 $6,055,926 $7,751,099 $9,446,

249 De acuerdo con las proyecciones financieras a 10 años a continuación se presenta el resumen de la rentabilidad de este modelo de negocio tanto para el paquete tecnológico de producción de pellets, aceite y harina como para la producción a partir de aceite de Biodiesel y glicerina a diferencia del modelo de negocio 1 en este caso se debe considerar la posibilidad de reunir a un conjunto de agricultores ejidatarios que al menos puedan sumar 150 Ha y que pudieran ser varios ejidatarios para poder suministrar el fruto de la Jatropha a los productores de pellets, aceite y harina. Lo anterior con base en el análisis financiero de 150 Ha a un precio de $6 pesos/kg que se muestra a continuación Tabla 23. Información de cultivo por riego con 150 Ha. Información de cultivo por riego Resultados con 150 Ha VENTAS TOTALES (10 años) $53,156,473 TIR 31% VPN $3,851,454.5 UTILIDAD (10 años) $13,520,193 PAY BACK (años) 4.0 TREMA (Tasa de descuento) 7.0% Es necesario mencionar que este paquete se presenta ya que el manejo de los productos no requiere una instalación con manejo de productos químicos y se tienen procesos físicos para el procesamiento del fruto, semilla y almendra. Datos de inversión total de ambos paquetes tecnológicos Tabla 24. Inversión para paquete de pellets, aceite y harina. INVERSION MONTO ($) EQUIPO $ 3,190, CAPITAL DE TRABAJO $ 563, TOTAL $ 3,753, Tabla 25. Inversión para la producción de biodiesel y glicerina con aceite. INVERSION MONTO ($) EQUIPO $ 1,626, CAPITAL DE TRABAJO $ 240,588 TOTAL $ 1,866, Adicionalmente en el caso en que se cultivan 300 hectáreas con el costo del establecimiento del cultivo por riego la inversión total sería de $7,740,000 pesos. A continuación se presentan los resultados de rentabilidad a 10 años con base en el cultivo de 200 a 300 Ha por riego para poder suministrar el fruto de la Jatropha para la producción de los dos paquetes tecnológicos, el que corresponde a la producción de Pellets a partir de la Biomasa y el aceite y harina a partir de la almendra de la Jatropha y la producción de Biodiesel y la glicerina a partir del aceite que se produce de las empresas del paquete tecnológico

250 Tabla 26. Rentabilidad a 10 años con base en el cultivo de 300 Ha por riego de la producción de pellets, aceite y harina. Información Pellets, Resultados Aceite y Harina VENTAS TOTALES (10 $94,697,889 años) TIR 41% VPN $8,593,228.1 UTILIDAD (10 años) $21,472,662 PAY BACK (años) 4.0 TREMA (Tasa de 7.0% descuento) Tabla 27. Rentabilidad a 10 años con base en el cultivo de 300 Ha por riego de la producción de biodiesel y glicerina. Información Biodiesel y Resultados Glicerina VENTAS TOTALES (10 70,364,475 años) TIR 27% VPN 972,454.7 UTILIDAD (10 años) 5,209,339 PAY BACK (años) 5.0 TREMA (Tasa de 7.0% descuento) Del análisis de rentabilidad de este modelo de negocio es posible la venta de la semilla de Jatropha a $6 pesos/kg lo que representa a partir del año 5 en un cultivo de 300 hectáreas del orden de $0.9 millones de USD por año es decir 4.5 millones de USD en 5 años, si se puede reproducir al menos 10 cultivos de este tipo en la región Noreste representaría más de $45 millones de USD que pueden ser empresas medianas o grandes incluso pequeñas pero asociadas para el cultivo o la producción de pellets, aceite y harina siendo 3000 Ha totales cultivadas. En el caso de la producción de los pellets, aceite y harina en 10 años se puede observar que se tiene una TIR del 41%, VPN positivos y adicionalmente el Payback sería de 4 años por lo que resulta atractivo financieramente y el orden de ventas sería en 10 años de $7.5 millones de USD que tomando el caso de 10 negocios representaría alrededor de $75 millones de USD. Mientras que para la producción de Biodiesel se obtiene una TIR de 27% con un VPN positivo y un Payback de 5 años que resulta atractivo sin embargo el detalle importante en este caso es que depende del precio del aceite y para que sea rentable es necesario que se pueda adquirir a $400 USD/Ton lo cual tiene un riesgo que puede resultar elevado para el inversionista, por lo que es posible que con este modelo lo mejor sea vender el aceite en el mercado al mayor precio posible, sin embargo se 249

251 pueden llegar a negociaciones que permitan que los productores de aceite obtengan precios menores pero de largo plazo. Por otra parte aunque se tomaron los precios del Biodiesel de los datos de SAGARPA que fluctúa entre $1.2 a $1.24 USD/litro que es del orden de los $15 pesos que aunque es superior al Diesel la diferencia cada vez es menor ya que los precios para este año 2013 estarán cerca o por arriba de los $12 pesos/litro, lo que representa que es factible un mayor precio especialmente en empresas y gobiernos que ya están a la búsqueda de mayores cantidades de Biodiesel para su consumo. Se aclara que el precio que se ha tomado de venta de glicerina está tomado de la base que contiene un 50% de concentración por ello es que se reduce su precio a la mitad respecto de los precios convencionales para uno de concentraciones superiores al 90%. El negocio de Biodiesel y glicerina tendría ventas del orden de $5.6 millones de USD en 10 años que en los mismos diez casos representarían alrededor de $56 millones de USD. Por lo tanto en este modelo de negocio en el mediano y largo plazo comercialmente representa más de $176 millones de USD para la región y el Estado de Sinaloa en una superficie que pudiera llegar a ser de 3,000 Ha. MODELO DE NEGOCIO 3 Este modelo de negocio se presenta como una alternativa para poder desarrollar empresas que con base en el desarrollo de cada tecnología que se ha logrado en el proyecto permita con menores hectáreas cultivadas e inversión el ofrecer oportunidades para la creación de empresas o la asociación de agricultores comunales y ejidatarios que puedan iniciar el establecimiento del paquete agronómico en menores escalas, como se ha clasificado a nivel mundial al cultivo por arriba de las 5 hectáreas. Para lograr lo anterior es que se ha segmentado por cada tecnología desarrollada y se presenta un análisis de costos, mínimos de producción y precios que potencialmente se pueden ofrecer así como la rentabilidad que se tiene en cada caso por lo que los resultados se presentarán por tecnología. A continuación se presenta el esquema que representa este modelo y se presentará en forma de secuencia tanto para cultivo de temporal como de riego los datos del análisis financiero. 250

252 Figura 9. Esquema de cultivo por temporal o riego. 251