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Introducción
El nopal (Opuntia ficus)
El nopal (Opuntia ficus) es una planta de la familia de las cactáceas oriundas del conteniente americano y caracterizada por un color verde, presencia de espinas y una estructura ramificada cuya extensión puede alcanzar hasta los 5 metros de altura. Se conocen casi 300 especies del género Opuntia. Sin embargo, hay solo 10 o 12 especies hasta ahora utilizadas por el hombre, ya sea para producción de fruta y nopalitos para alimentación humana, forraje o cochinilla para obtención de colorante. Los tallos suculentos y articulados o cladodios, comúnmente llamados pencas, presentan forma de raqueta ovoide o alongada alcanzando 60-70 cm de longitud, dependiendo de la hidratación y de los nutrientes disponibles (Sudzuki et al., 1993).
Cuando miden 10-12 cm son tiernos y se pueden consumir como verdura. En México el nopal es un elemento presente en la simbología nacional, cuya representación data de las culturas prehispánicas al ser parte de diversas mitologías (Chávez-Moreno et al., 2009). Existe evidencia sobre el conocimiento, uso y consumo del nopal por parte de los primeros pobladores de México, por ejemplo, es en las excavaciones de Tamaulipas y Tehuacán, Puebla se encontraron semillas fosilizadas, cáscaras de tuna y fibras de nopal con una antigüedad de siete mil años (Saenz, 2006).
En México, Opuntia ficus- indica es la especie cultivada de mayor importancia comercial para la producción de nopalito (Pimienta, 1997). Dentro de la gastronomía en México el consumo de nopal es una costumbre cotidiana debido a los beneficios que implica su ingesta. El nopal ha demostrado ser una fuente de manganeso en la dieta, así como una fuente eficiente de minerales con 13% de valor diario, valores que aumentan en función del grado de madurez de la planta (Hernández-Urbiola et al., 2011). Igualmente se tiene conocimiento que el consumo de nopal representa una fuente de fibra digestiva y que su valor nutricional puede ayudar en el tratamiento de padecimientos de Diabetes e hiperglucemia (Bacardi-Gascon et al., 2007).
El cultivo de nopal en México
El cultivo de nopal en México se basa en un sistema tradicional y un sistema de micro túneles. El sistema tradicional tiene densidades de plantación de 15 000 a 40 000 plantas por hectárea, plantando las pencas maduras (de 2 a 3 años de edad) en hileras a una distancia de 30 a 40 cm entre plantas y de 80 a 100 cm entre hileras. La altura de las plantas es de 1 a 1.5 m. Por otro lado, el sistema de micro túneles emplea densidades de plantación de 120 000 a 160 000 plantas por hectárea, utilizando camas de 1.2 a 2 m de ancho y de 40 a 47 m de largo, con una separación de 1 a 1.5 m (Flores-Valdéz, 2003). El sistema de micro túneles implica un cubrimiento de las plantaciones lo que a incrementar los rendimientos en climas fríos. Los rendimientos en el sistema tradicional varían de 30 a 80 t ha-1 (Pimienta, 1997), mientras que, en el sistema intensivo, se han registrado de 179 a 263 t ha-1, (Blanco-Macías et al., 2002).
En el sistema tradicional se utiliza estiércol bovino como medio de fertilización (más de 100 t ha-1) cada dos o tres años, el cual es complementado por fertilizantes minerales como urea o sulfato de amonio. En contraste el sistema de micro túneles utiliza estiércol bovino, nitrógeno y fósforo con proporciones de 100 a 200 t ha-1, 100 a 200 kg ha-1 y 80 a 100 kg ha-1, respectivamente (Pimienta, 1997; Flores-Valdez, 1999).
Las plantaciones comerciales de nopal en México se ubican en regiones con una precipitación pluvial promedio de 600 a 800 mm en verano (Orona-Castillo et al., 2004), y la cosecha se realiza mayoritariamente de forma manual mediante la utilización de cuchillos para cortar la base de la penca (Cantwell, 1999). El corte de la planta y del fruto debe realizarse en condiciones climáticas adecuadas a fin de evitar un contenido alto de acidez, igualmente la cosecha debe realizarse cuando la planta ha alcanzado una longitud de 20-25 cm y pesan de 90 a 100 g (FAO-OMS, 1993). Los cladodios son catalogados como pequeños cuando presentan una longitud promedio de 12 cm o inferior, y como grandes cuando se alcanzan los 30 cm. El destino de la planta depende de las características de la misma en función de su calidad, la comercialización puede realizarse para consumo directo o bien se destina a la elaboración de nopal mínimamente procesado (Rodríguez-Felix, 2002). El criterio utilizado para separar a los nopalitos en los distintos grados de calidad es en base a su apariencia, principalmente la presencia de defectos en forma y color y de daño mecánico. La clasificación se basa en el tamaño (longitud) del nopalito, estableciendo cinco categorías. Estas incluyen cladodios desde 9 cm hasta 30 cm de longitud (FAO-OMS, 1993). Para que el nopal verdura pueda ser comercializado en los mercados internacionales se requiere el cumplimiento con estándares de calidad adicionales a fin de generar un grado adecuado de competitividad en contraste con otras hortalizas de mayor consumo (Caplan, 1995).
En términos regionales, la delegación Milpa Alta en la Ciudad de México se ubica como el principal productor de nopal verdura con un promedio de 350 000 t anuales y un rendimiento promedio anual de 90 t ha-1 (SAGARPA, 2016). En lo que respecta a la comercialización y transporte de nopal en Milpa Alta, se presentan dos alternativas. El nopal para consumo local es comercializado en canastos con un peso no mayor a los 5 kg por otro lado, para consumo fuera de la región el nopal es comercializado en pacas de 1m de diámetro y 1.7 m de altura que contienen aproximadamente 3 000 pencas y pesan de 250 a 300 kg. Las pacas se transportan a mercados mayoristas de la Ciudad de México. Para mercados distantes de las zonas de producción, se empacan en cajas de madera de 20 kg o en cajas de cartón de 5 a 10 kg y se transportan en camiones enfriados a 10 °C (Flores, 1992; Cantwell, 1999).
Cuando el nopal se encuentra en la etapa de comercialización, el periodo de consumo y caducidad depende de variables como el tipo de cosecha, procedimiento y característica del envase y embalaje, así como la temperatura y grado de humedad en su almacenamiento (Nerd et al., 1997). Los cladodios que presentan un daño en la base deben ser comercializados en un tiempo corto y evitar un almacenamiento o transporte a mercados distantes ya que se genera una pérdida por pudriciones de hasta 53% (Ramayo et al., 1978). El daño en la base es provocado principalmente por la forma de cosecha, la cual al realizarse de forma manual implica un alto riesgo de afectar la calidad del cultivo (Rodríguez- Félix y Villegas-Ochoa, 1997). Por consiguiente, es posible contar con un elevado nivel de producto (nopal) que no alcanza los estándares de calidad necesario para ser comercializado en los diferentes mercados de consumo, situación que implica la búsqueda de una alternativa de aprovechamiento del cladodio.
El mucílago de nopal
Por otra parte, se tiene conocimiento que el mucílago es un subproducto obtenido de cladodios de nopal, comúnmente referido como pectina de polisacárido, es una característica típica de los miembros de la familia de cactáceas. Este compuesto se presenta en cladodios, piel y pulpa de la fruta, aunque en variadas proporciones (Medina-Torres et al., 2003). La composición química del mucílago de nopal Ofi, ha sido sujeto de varios casos de estudios, Cardenas et al. (1997) encontraron que el mucílago era un polisacárido neutro que contenía arabinosa, ramnosa, galactosa y xilosa. Por otro lado, Paulsen y Lund (1979) reportaron que el extracto de Opuntia ficus- indica era una mezcla de un glucano neutro, glicoproteínas y un polisacárido ácido compuesto de L- arabinosa, D-galactosa, L-ramnosa, D-xilosa y ácido D-galacturónico. De acuerdo con Trachtenberg y Mayer (1981), el mucílago es un polisacárido, que contiene 10% de ácido urónico, arabinosa, galactosa, ramnosa y xilosa.
La composición del mucílago de nopal fue bastante similar para Madjdoub et al. (2001) compuesto principalmente de L-arabinosa, D- galactosa, D-xilosa y 19.4% de ácido urónico. McGarvie y Parolis (1981) encontraron que el mucílago de nopal está compuesto de una familia de polisacáridos altamente ramificados mediante una estructura de unidades de ácido α-D-galacturónico unidas 1-2 a unidades de β-L-ramnosa enlazadas 1-4 con ramificaciones en el C-4, las ramificaciones de oligosacáridos de galactosa las cuales llevan L-arabinosa y D-xilosa como sustituyentes.
Uso y aplicación del mucílago de nopal
El mucílago de nopal en la actualidad encuentra múltiples aplicaciones en ramos tales como, la industria de los alimentos, cosméticos y farmacéutica, construcción y ambiental, entre otras más que surgen conforme avanza la investigación sobre sus propiedades. La aplicación de subproductos que utilizan el mucílago como componente principal ha demostrado resultados prácticos puntuales en diferentes industrias. El mucílago de nopal ha sido utilizado dentro de aspectos de conservación ambiental como elemento para el tratamiento de lixiviados en rellenos sanitarios Castellanos et al. (2012), igualmente dentro de la industria alimenticia se ha utilizado mucílago de nopal para lograr un oscurecimiento durante el deshidratado de plátano Aquino et al. (2009) así como para acelerar la actividad enzimática en manzanas (Martínez, 2012). Otra aplicación del mucílago de nopal puede verse como un fortalecedor de fibras utilizadas para empaque fabricados mediante biopolímeros (Rivera, 2015). Sin embargo, una aplicación que ha cobrado importancia para el mucílago de nopal, es su uso en la industria de la construcción. El mucílago dadas sus características como polisacárido espesante o modificador posibilita el aumento del grado de plasticidad, así como la disminución de la permeabilidad de líquidos en pastas de cemento y cal, así como la capacidad para formar películas (Muñoz, 2016).
Materiales y métodos
Cultivo experimental de nopal
El proceso de cultivo de cladodios, se realizó en condiciones climáticas y con características de suelo de la región a fin de poder establecer un modelo representativo del nopal producido en toda la delegación Milpa Alta. Las actividades de cultivo se realizaron mediante un control programado de fertilización utilizando diferentes productos para poder identificar un rendimiento mayor en función de un tipo de sistema de fertilización. Para el proceso de producción del nopal se determinaron cinco tipos de tratamiento: estiércol, composta, fertilizante químico, lixiviado y agua; a) el tratamiento se coloca en medio de las hileras y estas son los que reciben dicho tratamiento directamente; b) el fertilizante quimico, corresponde a la mara Yara Mix + urea, aplicado en el suelo; y c) el lixiviado por aplicar en la hilera 10 y 11, se divide en dos, dado que la hilera 10 es aplicada en el suelo y en la hilera 11 se aplica de forma foliar (Figura 1).
Caracterización del mucílago
De los tipos de tratamiento utilizados, se seleccionaron dos: composta y estiércol, esto debido a que en la región actualmente son los dos tipos de sistemas de fertilización utilizados, no se aplica en forma generalizada un lixiviado ni un fertilizante químico. El mucílago obtenido, tiene que ser representativo del nopal producido en la región y cultivado en las mismas condiciones que realizan los agricultores de Milpa Alta (Figura 2-15)
Figura 2 Poda de los restos de pencas de nopal con el fin de establecer un espacio adecuado en donde proceder con la siembra de nopal.
Figura 3 Determinación de la superficie destinada para la parcela experimental en San Lorenzo Tlacoyucan, delegación Milpa Alta de 500 m2
Figura 7 Se observa la división mediante etiquetas que permitieran identificar el tipo de tratamiento.
Figura 8 Cosecha mediante corte manual. La última proporción fue utilizada para el proceso de extracción de mucílago.
Figura 10 Los nopales seleccionados fueron sometidos a un proceso de corte manual a fin de reducir su volumen a muestras de 1 cm3.
Figura 11 La mezcla de nopal y agua fue sometida a un proceso de calentamiento mediante equipo de laboratorio thermoline a fin de alcanzar una temperatura óptima para el aprovechamiento de los carbohidratos en la mezcla.
Figura 12 La mezcla de nopal y agua fue sometida a un proceso de calentamiento mediante equipo de laboratorio thermoline a fin de alcanzar una temperatura óptima para el aprovechamiento de los carbohidratos en la mezcla.
Figura 13 Se realizó un monitorio de temperatura hasta alcanzar los 50 °C (termopar Hanna), durante una hora, para evitar una reducción de viscosidad y funcionalidad en el mucílago.
Figura 14 Proceso de separación mediante decantación del líquido por densidad. Al realizar el proceso de separación de realizó igualmente un proceso de filtrado con malla de 500 micras para remover residuos.
Resultados and discusión
Durante el proceso de cultivo no se presentaron evidencias para establecer una diferencia significativa entre los rendimientos de los cladodios en función del tipo de tratamiento, sin embargo, si existió una variación leve en el número de unidades obtenidas (Figura 16).
Como se puede apreciar en la Figura 16, el tipo de tratamiento de fertilización por lixiviado, representó un mayor rendimiento de cladodios en contraste con otros productos, el tipo de tratamiento a base a de agua resulto en rendimiento bajos, mientras que el fertilizante químico, composta y estiércol presentaron un rendimiento promedio de 50.4 cladodios.
En lo que respecta a las características físicas del nopal, los tratamientos utilizados no tuvieron efecto sobre los parámetros de color ni existió una variación significativa en el peso y tamaño de los mismos. Parámetros como acidez y pH se encontraron dentro de los rangos estándar para el nopal verdura que señala la literatura (Rodríguez-Felix y Cantwell, 1988; Betancourt-Domínguez et al., 2006; Aguilar-Sánchez et al., 2007). Respecto a la textura del cladodio, los valores encontrados fueron levemente inferiores a los reportados en un estudio similar desarrollado por Aguilar-Sánchez et al. (2007), los cuales presentaron diferencias significativas (p≤ 0.05) donde el valor más alto lo presentó ‘Copena F1’ (15.08 Nw) y la menor firmeza la obtuvo ‘Oreja de Elefante’ (8.14 Nw).
Las pocas variaciones que se tuvieron en los diferentes tipos de tratamientos para la fertilización del cultivo, resultó en una homogenización del cladodio producido, lo que posibilito realizar el corte y cosecha del nopal para proceder a sus selección y categorización y poder realizar la extracción de mucílago. Es importante resaltar, que la poca variación en características del nopal en función del tratamiento, era esperada para que los cladodios utilizados en el experimento de mucílago, fueran representativos y con características similares a los cultivos en toda la región de estudio.
En cuanto al rendimiento del mucílago considerando la misma relación de peso-volumen, se observó que no hay una diferencia significativa en el rendimiento; sin embargo, en los parámetros químicos, se pudo observar una variación. El mucílago obtenido del nopal abonado con composta presentó una mayor cantidad de azucares tanto reductores directos como totales, el valor de pH no es tan ácido como el encontrado en otros nopales que oscila entre 3 y 3.5 (Matsuhiro et al., 2005), el rendimiento que se obtuvo fue de 74% para nopal (composta) y 78% nopal (estiércol). Físicamente el nopal de composta presentó mayor viscosidad comparado con el nopal de estiércol. Los valores previamente mencionados, pueden ser apreciados en el Cuadro 1.
Discusión
En primera instancia fue posible comparar en forma general los rendimientos y calidad del producto final mediante la evaluación de diferentes sistemas de fertilización, esto en función de que en la actualidad el tipo de tratamiento que recibe el cultivo es representado enteramente por la aplicación directa de estiércol fresco (Tavera-Cortés et al., 2014). Esto representa afectaciones al medio ambiente por la liberación de gases de efecto invernadero (GEI) y sobre todo se compromete la inocuidad del cladodio y se limita el mercado de consumo por la imposibilidad de certificar un proceso productivo orgánico. Los resultados permiten establecer que, mediante la utilización de otros sistemas de fertilización, especialmente el lixiviado generado en un proceso de compostaje, se puede generar un rendimiento ligeramente mayor al obtenido con un tipo de tratamiento a base de estiércol.
Es importante señalar, que la recomendación para el cambio en el sistema de fertilización está en función de los beneficios ambientales al reducir la emisión de GEI así como la implementación de un proceso de compostaje para los desechos orgánicos autogenerados; sin embargo, se recomienda el realizar un estudio especializado para medir con exactitud las emisiones de GEI, así los diferentes impactos ambientales para generar mayor evidencia que respalde los resultados de esta investigación para un cambio en el tipo de tratamiento.
Por otro lado, los resultados obtenidos en torno al aprovechamiento del mucílago identificaron una metodología para su extracción, la cual, por sus características simplificadas, puede ser aplicada por los propios productores de nopal en la región. Esto posibilitaría la creación de una nueva actividad económica en la zona centrada en la extracción y aprovechamiento del mucílago, especialmente su comercialización a industrias productivas. Aun cuando el mucílago obtenido presentó una mayor cantidad de azucares tanto reductores directos como totales y un pH no tan ácido, es conveniente realizar una caracterización química a profundidad para determinar los compuestos presentes en los mucílagos, aunado a una caracterización reológica, con estos parámetros será posible determinar que otros usos se le pueden dar al mucílago obtenido. Muñoz (2016) demostró que las soluciones acuosas preparadas con mucílagos de cladodios maduros muestran un comportamiento altamente elástico a concentraciones mayores al 4% p/p. lo que conlleva a un incremento en la viscosidad y en la elasticidad de elementos que pueden ser adicionados a materiales de construcción. Por consiguiente, la extracción y uso del mucílago de nopal en la Delegación Milpa Alta es un área de oportunidad para el aprovechamiento del nopal que, por sus características de calidad, no puede ser comercializado para consumo directo.
Conclusiones
La investigación realizada analiza dos aspectos importantes en el cultivo de nopal, específicamente en la delegación Milpa en la Ciudad de México. Por una parte, se evalúan diferentes sistemas de fertilización, lo cual permitió concluir que una posible sustitución del tipo de tratamiento actual a base de estiércol fresco de res por un tratamiento a base de lixiviado de composta, puede tener un ligero incremento en el rendimiento del cultivo amen de beneficios ambientales. Por otra parte, la investigación analiza el uso del mucílago del nopal, en donde fue posible concluir que una metodología para su extracción y aprovechamiento puede ser llevada a cabo por los propios productores, igualmente fue posible determinar las características generales del mucílago el cual puede ser evaluado como subproducto en industrias productivas para mejorar materiales de construcción.
