{"id":13496,"date":"2024-05-13T10:35:56","date_gmt":"2024-05-13T16:35:56","guid":{"rendered":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=13496"},"modified":"2024-11-01T09:32:39","modified_gmt":"2024-11-01T15:32:39","slug":"transformando-la-industria-del-nopal-biorrefinerias-y-el-camino-hacia-la-bioeconomia-circular","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=13496","title":{"rendered":"Transformando la industria del nopal: biorrefiner\u00edas y el camino hacia la bioeconom\u00eda circular"},"content":{"rendered":"

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Kenia Ayl\u00edn Carrillo-Ver\u00e1stegui*, H\u00e9ctor M. Poggi-Varaldo**,
\nCarlos Escamilla-Alvarado*<\/p>\n

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CIENCIA UANL\/ AN\u0303O 27, No.126, julio-agosto 2024<\/p>\n

DOI: https:\/\/doi.org\/10.29105\/cienciauanl27.126.6<\/a><\/p>\n

Descargar PDF<\/a><\/p>\n

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El nopal es una planta emblema\u0301tica de Me\u0301xico, presente en la cultura del pai\u0301s desde la gastronomi\u0301a hasta la arqueologi\u0301a; es un si\u0301mbolo nacional y de identidad mexicana. Por nopal (en ingle\u0301s como prickly pear<\/em> o cactus, y chumbera en Espan\u0303a) se le conoce indistintamente a una gran variedad de especies y ge\u0301neros de cacta\u0301ceas, la ma\u0301s comu\u0301n, comestible y de mayor nivel econo\u0301mico en el mundo, conocida por su nombre cienti\u0301fico, es Opuntia ficus-indica<\/em>. Las pencas \u2013o cladodios jo\u0301venes\u2013 y la tuna son alimentos muy nutritivos y el conocimiento tradicional mexicano les ha atribuido beneficios medicinales para tratar la arteriosclerosis, la diabetes, la gastritis y la hiperglucemia (Aruwa et al<\/em>., 2019). Por su constitucio\u0301n, son fuente renovable de materias primas de alto valor agregado: carbohidratos, antioxidantes y pigmentos. Adicionalmente, su transformacio\u0301n en biocombustibles y fertilizantes es posible y deseable ante la necesidad de encontrar alternativas de energi\u0301a y de nutrientes orga\u0301nicos (Quintanar-Orozco et al<\/em>., 2018).<\/p>\n

Debido a sus diversas aplicaciones, esta planta multiface\u0301tica seri\u0301a una excelente propuesta para convertirse en un cultivo aprovechable mediante su procesamiento exhaustivo utilizando el concepto de biorrefineri\u0301a.<\/p>\n

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DISTRIBUIDO POR TODO EL MUNDO<\/h4>\n
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Esta planta, originaria de Mesoame\u0301rica, crece en todo el planeta, especialmente en Ame\u0301rica Latina, el Mediterra\u0301neo, A\u0301frica, Medio Oriente, Australia e India, gracias a que necesita poca agua, soporta el calor y puede crecer en suelos pobres o secos (Stintzing y Carle, 2005). En Ame\u0301rica es posible encontrarlo desde Canada\u0301 hasta la Patagonia. Aunque Me\u0301xico es el mayor consumidor en el mundo, Brasil se destaca en su eficiente cosecha y principal utilidad como forraje.<\/p>\n

En Me\u0301xico se han determinado 93 especies de Opuntia silvestres y ocho de Nopalea, de las cuales 62 son ende\u0301micas, con lo que se sugiere que este territorio es el centro de origen del\u00a0ge\u0301nero (Scheinvar et al<\/em>., 2011). Las zonas semia\u0301ridas del pai\u0301s, especialmente en el norte, ocupan 3 millones de hecta\u0301reas con suelos de baja calidad, pero con especies que pueden usarse como alimento o forraje (Financiera Rural, 2011).<\/span><\/p>\n

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El uso comercial (forraje, verdura y tuna) abarca 75,489 hecta\u0301reas (SIAP, 2022), que generan 65 toneladas de pencas y de cuatro a ocho de desechos por hecta\u0301rea al an\u0303o. Si su cultivo se expandiera abarcando las tierras ociosas y los terrenos a\u0301ridos y con bajos niveles de fertilidad, habri\u0301a un incremento de hasta 200 millones de toneladas de pencas y 12 millones de toneladas de residuos anuales.<\/p>\n

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DE NOPALES A ENERGE\u0301TICOS<\/h4>\n
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Dado que Opuntia<\/em> es una biomasa rica en carbohidratos, se ha convertido en biometano, biohidro\u0301geno y bioetanol, algunos de los bioenerge\u0301ticos ma\u0301s populares. Carrillo-Vera\u0301stegui et al<\/em>. (2022) reportaron por primera vez la produccio\u0301n de hidro\u0301geno a partir de tres tipos de Opuntia<\/em> y determinaron que se podi\u0301a obtener biometano de su biomasa previamente sometida a extraccio\u0301n de compuestos feno\u0301licos. Aunque se obtiene menos bioetanol que de la can\u0303a de azu\u0301car y la\u00a0remolacha azucarera, su uso como bioenerge\u0301tico se justifica al no competir con su uso en alimentos debido al subaprovechamiento de la superficie disponible para su siembra, adema\u0301s de los residuos que se generan de su cosecha.<\/p>\n

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EL NOPAL COMO FUENTE DE PRODUCTOS NATURALES BIOACTIVOS<\/h4>\n
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Opuntia<\/em> ha sido una fuente de antioxidantes, pectina, muci\u0301lago y bioadsorbente. Se le han atribuido propiedades antiproliferativas, neuroprotectoras y hepatoprotectoras. Los antioxidantes ma\u0301s reportados para O. ficus-indica<\/em> son el a\u0301cido ga\u0301lico, quercetina, isorhamnetina y kaempferol (Aruwa et al<\/em>., 2019). Por su parte, los flavonoides son compuestos de alto valor agregado ya que actualmente se pueden\u00a0encontrar en ca\u0301psulas a manera de suplemento alimenticio, un ejemplo son las tabletas de 500 mg de quercetina que pueden costar $800 pesos mexicanos las 60 unidades. Adicionalmente, los cladodios proveen vitaminas, carotenoides y a\u0301cidos orga\u0301nicos: oxa\u0301lico y ma\u0301lico (Stintzing y Carle, 2005).<\/span><\/p>\n

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DE LA ECONOMI\u0301A LINEAL A LA BIORREFINERI\u0301A DE NOPAL<\/h4>\n
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Por su composicio\u0301n y caracteri\u0301sticas, presenta un gran potencial de uso como sustrato de biorrefineri\u0301as, es decir, \u201cinstalaciones versa\u0301tiles dedicadas al uso eficiente y a la transformacio\u0301n exhaustiva de la biomasa en un espectro de bioproductos\u201d (Rodri\u0301guez-Valderrama, 2018), y de su incorporacio\u0301n al concepto de bioeconomi\u0301a circular, que a su vez consiste en el aprovechamiento holi\u0301stico de los recursos naturales bioma\u0301sicos, disminuyendo el desperdicio, minimizando impactos ambientales y maximizando la eficiencia en el uso de recursos (Garci\u0301a-Bucio et al<\/em>., 2022).<\/p>\n

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El avance ma\u0301s relevante en este sentido es la propuesta teo\u0301rica de Margain Sato Matsumoto (2019), la cual busca convertir al nopal y la tuna en materias primas de una cadena productiva que permite la obtencio\u0301n simulta\u0301nea de fruto deshidratado para consumo humano, jugos y el aprovechamiento de los residuos en aceites, pectina, betanina, muci\u0301lago, bioga\u0301s y fertilizante. En nuestro grupo de investigacio\u0301n tambie\u0301n se ha avanzado notablemente en aspectos importantes sobre la biorrefineri\u0301a. A\u0301vila-Lara (2019) propuso el uso de hidrolizados de Opuntia en la generacio\u0301n de a\u0301cido succi\u0301nico y recuperar oxalato decalcio.\"\"<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Adema\u0301s, Carrillo-Vera\u0301stegui et al<\/em>. (2022) han explorado la extraccio\u0301n de compuestos con propiedades antioxidantes y la manufactura de metano e hidro\u0301geno. Por otro lado, Villela-Buenrostro (2018) realizo\u0301 estudios de factibilidad ambiental utilizando ana\u0301lisis de ciclo de vida. Estos trabajos evaluaron la viabilidad te\u0301cnica y ambiental de estrategias integrables a la biorrefineri\u0301as de nopal, considerando imperativo el evitar la competencia por recursos naturales con la agricultura alimentaria.<\/p>\n

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La figura 1 muestra el enfoque de circularidad aplicado al aprovechamiento exhaustivo del nopal. La misma hace e\u0301nfasis en la necesidad de utilizar primordialmente los cladodios y tunas para consumo humano, cuyos excedentes y residuos se valorizara\u0301n en bioproductos y bioenerge\u0301ticos por medio de una sucesio\u0301n de procesamientos hasta la obtencio\u0301n de fertilizantes y biocarbo\u0301n, que se reintegran al sitio de cultivo y de esta manera cerrar el ciclo productivo. Es pertinente resaltar que se requiere evaluar fehacientemente la sostenibilidad de estos modelos, tomando en cuenta los aspectos ambientales, econo\u0301micos y sociales, asi\u0301 como sus relaciones intri\u0301nsecas y con la bioeconomi\u0301a circular (Nallapaneni et al<\/em>., 2023).<\/p>\n

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Figura 1. Circularidad del aprovechamiento del nopal.<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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El ana\u0301lisis bibliome\u0301trico de las palabras \u201cO. ficus-indica<\/em>\u201d, \u201cbioeconomi\u0301a\u201d y \u201cbiorrefineri\u0301as\u201d sen\u0303ala que su novedad es tal que a nivel cienti\u0301fico- so\u0301lo existe un reporte que los aplica conjuntamente al aceite de las semillas de la tuna (Ciriminna et al<\/em>., 2017). El ana\u0301lisis de otros trabajos que relacionan dos de las tres palabras, muestra que e\u0301stos se centran en una sola parte de la planta (tuna o cladodios), en unos cuantos subproductos (a\u0301cidos orga\u0301nicos, solventes, antioxidantes), bienerge\u0301ticos (metano) o residuos (hidrolizados), sin tomar en cuenta la necesidad de valorizacio\u0301n holi\u0301stica de Opuntia<\/em>.<\/p>\n

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REFLEXIONES FINALES<\/h4>\n
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El nopal es un recurso versa\u0301til y valioso con diversos usos en la industria alimentaria, la medicina, la generacio\u0301n de bioenergi\u0301a y la conservacio\u0301n del medio ambiente. Sus subproductos pueden competir exitosamente con aque\u0301llos provenientes de fuentes fo\u0301siles. Su cultivo de bajo consumo de agua es adaptable a tierras a\u0301ridas, semia\u0301ridas, en desuso o descuidadas. Su integracio\u0301n en la bioeconomi\u0301a circular mediante biorrefineri\u0301as es virtualmente viable considerando que su siembra se realice preferentemente en a\u0301reas donde se evite competir con las tierras agri\u0301colas destinadas a la produccio\u0301n de alimentos.<\/p>\n

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* Universidad Auto\u0301noma de Nuevo Leo\u0301n, Apodaca, Me\u0301xico.
\n**CINEVESTAV-IPN Instituto Polite\u0301cnico Nacional, Ciudad de Me\u0301xico, Me\u0301xico.
\nContacto: carlos.escamillalv@uanl.edu.mx; kenia.carrillovrs@uanl.edu.mx;
\nlazarillodetormes1001@gmail.com<\/p>\n

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REFERENCIAS<\/h4>\n
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Aruwa, C.E., Amoo, S.O., y Kudanga, T. (2019). Phenolic compound profile and biological activities of Southern African Opuntia ficus-indica fruit pulp and peels, Lwt<\/em>, 111(May), 337-344, https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.lwt.2019.05.028<\/p>\n

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A\u0301vila-Lara, A.I. (2019). Evaluacio\u0301n del bagazo de Agave tequilana Weber variedad azul y de Opuntia ficus-indica en pretratamientos qui\u0301micos y enzima\u0301ticos para su aplicacio\u0301n en la produccio\u0301n de a\u0301cido succi\u0301nico<\/em>, Universidad Auto\u0301noma de Nuevo Leo\u0301n.<\/p>\n

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Carrillo-Vera\u0301stegui, K.A., Escamilla-Alvarado, C., Esca\u0301rcega-Gonza\u0301lez, C.E., et al<\/em>. (2022). Biohydrogen potential assessment of Opuntia spp.: Effect of inoculum-to-substrate ratio and residual biomass evaluation, International Journal of Hydrogen Energy<\/em>, 47(70), 30085-30096, https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijhydene.2022.06.138<\/p>\n

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Ciriminna, R., Delisi, R., Albanese, L., et al<\/em>. (2017). Opuntia ficus-indica seed oil: Biorefinery and bioeconomy aspects, European Journal of Lipid Science and Technology<\/em>, 119(8), 1-5, https:\/\/doi.org\/10.1002\/ejlt.201700013<\/p>\n

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Financiera Rural. (2011). Monografi\u0301a del nopal y la tuna<\/em>, https:\/\/www.yumpu.com\/es\/document\/read\/17605434\/monografia-del-nopal-y-la-tuna-financiera-rural<\/p>\n

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Garci\u0301a-Bucio, P., Sotelo-Navarro, P.X., Poggi-Varaldo, H.M., et al<\/em>. (2022). Indicadores de la bioeconomi\u0301a circular para el aprovechamiento de la fraccio\u0301n orga\u0301nica de los residuos so\u0301lidos urbanos, Revista Internacional de Contaminacio\u0301n Ambiental<\/em>, 38, 78-92, https:\/\/doi.org\/10.20937\/RICA.54350<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Margain Sato Matsumoto, P.K. (2019). Estudio sobre la viabilidad te\u0301cnica de biorefineri\u0301as de Opuntia ficus-indica<\/em>, Universidad de Sevilla.Nallapaneni, M.K., Haque, M.A., y Patwary, S. (2023). It Is Time to Synergize the Circularity of Circular Bioeconomy with Sustainability and Resiliency Principles, Sustainability (Switzerland)<\/em>, 15(16), https:\/\/doi.org\/10.3390\/su151612239<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Quintanar-Orozco, E.T., Va\u0301zquez-Rodri\u0301guez, G.A., Beltra\u0301n-Herna\u0301ndez, R.I., et al<\/em>. (2018). Enhancement of the biogas and biofertilizer production from Opuntia heliabravoana Scheinvar, Environmental Science andPollution Research<\/em>, 25(28), 28403-28412, https:\/\/doi.org\/10.1007\/s11356-018-2845-x<\/p>\n

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Rodri\u0301guez-Valderrama, S. (2018). Enfoque de biorrefineri\u0301a para la produccio\u0301n de hidro\u0301geno y metano a partir de residuos orga\u0301nicos<\/em>, Universidad Auto\u0301noma de Nuevo Leo\u0301n.<\/p>\n

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Scheinvar, L., Olalde Parra, G., y Sule, D. (2011).\u00a0Especies silvestres de nopales Mexicanos<\/em>.<\/p>\n

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Universidad Nacional Auto\u0301noma de Me\u0301xico, Instituto de Biologi\u0301a, Informe Final SNIB-Conabio, Proyecto No. GE005.<\/p>\n

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Servicio de Informacio\u0301n Agroalimentaria y Pesquera. (2022). Anuario estadi\u0301stico de la produccio\u0301n agri\u0301cola,<\/em> https:\/\/nube.siap.gob.mx\/cierreagricola\/<\/p>\n

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Stintzing, F.C., y Carle, R. (2005). Cactus stems (Opuntia <\/em>spp.<\/em>): A review on their chemistry, technology, and uses, Molecular Nutrition and Food Research<\/em>, 49(2), 175-194. https:\/\/doi.org\/10.1002\/mnfr.200400071<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Villela-Buenrostro, J.G. (2018). Ana\u0301lisis de ciclo de vida de una planta de digestio\u0301n anaerobia a partir de nopal para la generacio\u0301n de 1 MW de electricidad<\/em>, Instituto Polite\u0301cnico Nacional.<\/p>\n

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Recibido: 27\/11\/2023 <\/strong>
\nAceptado: 19\/02\/2024<\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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