Investigación

Una alternativa de desarrollo rural que huele bien

Por: Elena E. Stashenko

Doctora en Química, Miembro de Número de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Industrial de Santander

El objetivo principal de este artículo es contar a los lectores sobre algunas alternativas y posibilidades de nuevos cultivos y de nuevos productos agrícolas que se pueden obtener en el campo colombiano, que necesita modernización, una mayor tecnificación y la diversificación de ofertas. El agro colombiano encara una serie de problemas muy sensibles para su futuro relacionados fundamentalmente con la disminución dramática de la población rural (55% en 1955 y actualmente escasamente llega a 24%), su progresivo envejecimiento y la falta de mano de obra, acompañados del desestímulo de los jóvenes para quedarse en la zona rural y asociar su futuro con el campo. La agroindustria en Colombia se centra en los cultivos básicos; muchos son de pan coger, que se distribuyen en diferentes productos, a saber: granos (arroz, sorgo, maíz, trigo, cebada, quinua, otros), aceites y oleaginosas (palma de aceite, aceite de coco, marañón, soya), cosechas para bebidas (café, cacao, té), hortalizas frescas (papa, cebolla, plátano, ñame, yuca, habichuela, alverja, fríjol, zanahoria, etc.), productos de madera, caucho y fibras (fique, algodón), frutos frescos (piña, aguacate, mora, mango, lulo, maracuyá, guayaba, banano, cítricos, etc.), especies aromáticas en fresco (laurel, cúrcuma, jengibre, albahaca, tomillo, romero, etc.) y flores (rosa, clavel, otras).

En el departamento de Santander, palma de aceite, café, cacao, caña panelera, cítricos, plátano, caucho, yuca, maíz y piña han sido cultivos tradicionales por muchos años. El área ocupada por los cultivos no alcanza el 9% de todo el territorio colombiano. Aunque no todo el terreno es cultivable, existen grandes extensiones para la introducción de nuevos cultivos promisorios. Mientras el cultivo de plátano ocupa 915987 ha (DANE, 2014), el de plantas aromáticas (PA, en adelante) solo 65846 ha (0,78% del total del área cultivada). El cultivo de las PA como fuente para obtener los aceites esenciales (en adelante, AE) puede llevarse a cabo a través de proyectos agroindustriales en extensiones grandes (empresas agroindustriales), pero, teniendo en cuenta la topografía e infraestructura agrícola del país, también, con minifundios, a través de asociaciones o cooperativas de cultivadores y su trabajo colectivo como pequeños propietarios de fincas, en donde parte del terreno se destina al cultivo de las PA. Esto permitirá evitar el desplazamiento de cultivadores y conservará el tejido familiar, ya que, en muchas ocasiones, los hombres deben abandonar sus familias y desplazarse a otras regiones del país como jornaleros (por ejemplo, para la recolección de café). Sin embargo, al tener proyectos productivos nuevos en sus fincas obtendrán ingresos adicionales, lo que mantendrá también las familias unidas.

La investigación científica que desarrolla el Centro de Investigación en Especies Vegetales Aromáticas y Medicinales Tropicales -CENIVAM- con sede en la Universidad Industrial de Santander (Bucaramanga, campus principal) está enfocada en la transferencia de conocimiento científico y tecnológico al campo a través del desarrollo de la industria de AE e ingredientes naturales producidos a partir de la biomasa de las PA y medicinales cultivadas en el campo en minifundios, por cultivadores unidos en asociaciones. Por más de 30 años, los grupos de investigación que ahora conforman CENIVAM han realizado múltiples estudios sobre las PA y medicinales nativas e introducidas, sus metabolitos secundarios y propiedades, los AE y extractos y sus actividades biológicas, así como sobre las posibles aplicaciones y el diseño de productos finales, que incorporan los AE, extractos o ingredientes naturales. Más de 5000 ensayos biológicos se han realizados durante 2005-2015 a los AE y extractos obtenidos de más de mil accesiones botánicas recolectadas en el campo. Alrededor de 45-47% de ellos resultaron con alguna actividad biológica interesante. El AE del orégano de monte (Lippia origanoides) hoy en día forma parte de un alimento para pollos, gracias a sus propiedades antimicrobianas. Diversos proyectos de investigación aplicada y a nivel piloto en el campo, han sido financiados en los últimos 15 años por Colciencias (actualmente, Minciencias), Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, Gobernaciones de Santander y de Arauca y por el Fondo del Sistema General de Regalías (SGR, UIS - Gobernación de Santander), que permitieron fortalecer el Centro de Investigación de Excelencia CENIVAM, sus líneas de estudio, preparar más de 300 nuevos profesionales (químicos, ingenieros químicos, biólogos, ingenieros mecánicos e industriales, economistas) a niveles de Pregrado, Maestría y Doctorado, publicar más de 250 artículos científicos en revistas internacionales, obtener ocho patentes, que forman una base técnico-científica muy sólida para la transferencia del conocimiento al campo. Actualmente, CENIVAM desarrolla proyectos sobre PA y AE en los departamentos de Santander, Arauca y en el Sur de Bolívar. El Programa Bio-Reto XXI 15:50 del Ecosistema Colombia Científica en el área de Biocomercio, con la financiación del Banco Mundial y con la participación de Minciencias, Ministerio de Educación Nacional, Ministerio de Comercio, Industria y Turismo e ICETEX, está enfocado a la obtención de quince nuevos productos a partir de 50 plantas promisorias de la inmensa biodiversidad colombiana que está concentrada en el campo y brinda una gran cantidad de opciones y posibilidades para la diversificación de cultivos. Entre estos, figuran los de PA y medicinales, fuente de ingredientes naturales (los AE, extractos y compuestos aislados) para productos finales de varias industrias (cosmética, de aseo, farmacéutica, de alimentos). 19

Los AE se obtienen de las PA, que son especies vegetales que huelen, atraen insectos polinizadores y poseen una fragancia, un olor, generalmente agradable para nosotros; esta fragancia puede ser aislada y convertida a AE -por procesos de destilación-. El AE en las PA debe encontrarse en cantidades medibles, por ejemplo, hasta 6% en semillas de coriandro o cilantro, pero, generalmente la cantidad del AE en una PA es alrededor del 1%. Por ejemplo, de una hectárea de citronela se obtendrán más de 125 kg de AE en un año. Los AE son líquidos transparentes, muy volátiles, con un olor intenso, pero que, al ser diluidos (mezcla hidro-alcohólica), recuerden la fragancia de las PA de donde provienen. Todas las PA son medicinales, aunque lo contrario, no siempre es cierto, ya que algunas plantas no huelen y no poseen AE en cantidades destilables. El valor y el uso de las PA y medicinales se han conocido desde los tiempos de la civilización egipcia, en Grecia y Roma antiguas, en las culturas del Imperio Chino y en la medicina ayurveda; en Europa, durante la Edad Media y el Renacimiento. Los alquimistas árabes fueron los que desarrollaron las técnicas de destilación y las heredaron a los europeos durante la Edad Media. Sin embargo, la obtención de AE por destilación recobra un interés sistemático y, luego, industrial hace más o menos dos siglos, cuando se observa el desarrollo de la industria de perfumes y fragancias, fundamentalmente, en Francia. Junto con los AE, del material vegetal se obtienen tinturas, concretos, absolutos, pomadas, pero, los AE verdaderamente son los productos que se destilan por arrastre con vapor o por hidrodestilación y no deben confundirse con extractos u otros aislados de plantas. En el caso de cítricos, se emplea un método de presión en frío. Solamente los productos destilados de las PA se llaman “aceites esenciales”, los otros, obtenidos por métodos de extracción (con solventes, fluido supercrítico, maceración, etc.), serán básicamente “extractos”. Estos también pueden tener mucho interés y aplicaciones en las industrias de alimentos, farmacéutica y de productos de aseo.

La principal propiedad de los AE es su olor; evolutivamente, lo que huele bien y produce una sensación estética agradable, nos gusta y nos genera una sensación de seguridad y confort. Los AE, por ello, encuentran muchísimas aplicaciones en diferentes ramas de la industria: perfumes y fragancias, alimentos (saborizantes, especias), productos de aseo, fitofármacos, productos veterinarios, textiles, pinturas, y, en general, como odorantes y aditivos en distintos productos finales. Pero, no solo por su olor son famosos los AE, siendo mezclas complejas de muchos compuestos químicos (mono- y sesquiterpenoides, fenoles, compuestos oxigenados no isoprénicos, entre otros), poseen distintas actividades biológicas, antibacteriana, antifúngica, antioxidante, antiparasitaria, antiviral, sedativa, entre otras tantas. Los AE se destilan, según la planta, de sus partes diferentes, en donde en mayor grado se metabolizan y se acumulan sus componentes. Por ejemplo, los AE usados en perfumería se extraen de flores (rosa, jazmín, cítricos, ylang-ylang), algunos, de madera (pino, cedro, sándalo) o de corteza (canela). Sin embargo, la mayoría de los AE se destilan de plantas herbáceas (mentas, lavandas, oréganos, mejorana, tomillo, etc.). De varias plantas condimentarias, los aceites se destilan de semillas (cardamomo, cilantro, anís, coriandro, zanahoria) o de rizomas o bulbos (jengibre, cúrcuma o cebolla). Frutas frescas o las cáscaras de cítricos (lima, naranja, limón, bergamota, mandarina) son importante materia prima para destilar o extraer por presión en frío los AE, apetecidos en las industrias de perfumes, fragancias, productos de aseo y en alimentos. 20

Los AE se sintetizan en las plantas con propósitos diferentes, entre ellos, los más importantes son las interacciones planta-planta y planta-insecto, en general, para la adaptación de las plantas a las diferentes condiciones de estrés (hídrico, lumínico, oxidativo, etc.), para atraer polinizadores y repeler los herbívoros y para “curarse” cuando están heridas o enfermas; las plantas son organismos sésiles y sus defensas y estrategias de adaptación están basadas en la síntesis de múltiples sustancias químicas, cada una de las cuales sirve para diferentes propósitos y objetivos.

Las PA son, generalmente, de crecimiento rápido; en Colombia, según el material vegetal y las condiciones en donde se cultiva, se pueden producir de tres a cuatro cosechas al año y generar una biomasa de seis a veinticinco toneladas por hectárea. Las plantas aromáticas más conocidas en Colombia han sido introducidas desde los tiempos de la Conquista, cuando llegaron como pequeñas “apotecas”, ya que para los conquistadores el mundo vegetal, la flora del Nuevo Mundo y sus propiedades curativas eran completamente desconocidos. Por ello, sembraban plantas medicinales de Europa, que se aclimataron y, algunas, se domesticaron para ser cultivadas como material vegetal en fresco (albahacas, mentas, romero, tomillo), que hoy en día también se exporta. Así fueron, poco a poco, introducidas a Colombia la manzanilla, el romero, la albahaca, la salvia, la caléndula, las mentas y las lavandas, el anís y el tomillo, el orégano y la melisa, el cilantro y el perejil, y algunas otras, mayoritariamente, de la región mediterránea, norte de África y del Oriente Próximo. De Asia, llegaron las gramíneas (citronela, limonaria, palmarrosa, limoncillo), junto con vetíver y las condimentarias (cúrcuma, jengibre, canela, cardamomo), ylang-ylang, pachulí, cítricos; de África, los geranios, y de Australia, los eucaliptos. El intercambio de plantas de un continente a otro, a lo largo de los últimos cinco siglos, ha sido intenso, verdaderamente, impresionante. Tomate, papa, tabaco, fríjoles, maíz, cacao, caucho, son cultivos industriales en varias partes de Europa, África y en el continente asiático, mientras que, en Colombia, la mayoría de los cultivos industrializados como caña de azúcar, palma de aceite, arroz, cítricos y café han sido introducidos de otros continentes. Para los investigadores de CENIVAM el mayor reto constituye el estudio de plantas aromáticas nativas, que aún no han sido estudiadas a plenitud. Todavía se hallan y se caracterizan nuevas especies vegetales. 21

Los AE frente a los aceites vegetales (aceites grasos, por ejemplo, de oliva, girasol, palma, etc.), con los cuales a menudo se confunden, son productos muy estables, si se almacenen correctamente (hay que evitar temperaturas altas, la luz y el oxígeno); pueden existir por decenas de años, ya que muchos de sus componentes poseen propiedades antioxidantes. Los AE son un producto comercial de un volumen reducido, pero de con muy alto valor agregado. La producción de los AE en el mundo en 1990 alcanzaba 45 mil toneladas (dos billones de dólares); estas cifras alcanzaron 150 mil toneladas y seis billones de dólares en 2017, mientras que actualmente, ya ascienden a 370 mil toneladas de producción y alrededor de diez billones de dólares en venta. El mercado global de los AE se distribuye así: 22% - EE. UU.; 21% - Europa; 30% - China, India, Corea del Sur y otros países asiáticos; 8% - Japón; 7% - América Latina, 5% - Medio Oriente y África. El mercado de producción de los AE está en expansión gracias fundamentalmente a la tendencia de uso preferencial de ingredientes naturales (antioxidantes, sabores, fragancias, aditivos) en muchos productos finales y de la creciente conciencia del consumidor hacia lo natural en cosméticos, productos de aseo, alimentos, así como en las actividades de “estar-bien” (aromaterapia, SPA, masajes, fitoterapia). Se han estudiado más de tres mil PA y sus aceites, pero en el mercado internacional se comercializan no más de 300 AE, que tienen fichas técnicas estandarizadas y cuya calidad debe cumplir con las normas internacionales ISO. Los precios de los AE en el mercado internacional fluctúan, dependen del estado de oferta/demanda, condiciones económico-sociales de los países productores, del tipo del AE y sus aplicaciones, del surgimiento de nuevos mercados, etc. Es así como, mientras que los precios de los AE de eucalipto y de mentas pueden ser muy bajos -menos de diez dólares por kilogramo de aceite-, los de los pétalos de rosa pueden alcanzar miles de dólares por kilogramo de aceite. Los precios del aceite de citronela (Cymbopogon nardus, norma ISO 3849:2003) están en el rango de 30-40 US $/kg, los de los aceites de palmarrosa (Cymbopogon martinii, norma 4727:1988) y pachulí (Pogostemon cablin, norma ISO 3757:2002) tienen precios similares de 40-60 US$/kg, el precio del AE de geranio (Pelargonium graveolens, norma ISO 4731:2012) es más alto, 95-100 US $/kg, y el de tomillo (Thymus vulgaris, norma ISO 19817:2017) es de más de 170 US $/kg. Por supuesto, mucho depende del rendimiento del aceite, de su composición química y de la biomasa que se puede obtener de cada planta. Juega un rol importante el origen geográfico del aceite; por ejemplo, el aceite de manzanilla producido en Hungría tiene un precio mucho más alto que el del AE de Egipto. La composición química de los AE marca muchísimo la diferencia en sus precios, de la composición dependerá la aplicación del aceite. La composición química del AE depende tanto de factores intrínsecos (genéticos) de la planta, como de condiciones extrínsecas (clima, suelo, temperatura, energía lumínica, fertilización, etc.). Los AE extraídos de diferentes partes de la planta (hoja, semilla, rizoma) varían también en su composición y precio.

Las principales industrias que aprovechan los AE son: (1) industria de perfumes y fragancias (ylangylang, lavanda, rosa, jazmín, pachulí, sándalo, vetiver); (2) industria de productos de aseo y limpieza (mentas, cítricos, romero, citronela, palmarrosa, eucalipto); (3) industria farmacéutica (manzanilla, eucalipto, tomillo, clavo, ajenjo, salvia)) y (4) industria de alimentos, sabores y fragancias (cítricos, coriandro, anís, orégano, nuez moscada, azafrán, clavo, jengibre, vainilla, comino, albahaca) y bebidas (anís, ajenjo, cardamomo, mentas, etc.). Encontramos los AE en múltiples productos, desinfectantes, desodorantes, jabones, pastas dentífricas; los aceites se usan en pinturas, industria textil, veterinaria, química orgánica fina, petroquímica, como ingredientes naturales en productos cosméticos y, desde hace más de doscientos años, en aromaterapia. Las siguientes son las compañías líderes en el mercado de sabores y fragancias (Flavour & Fragrance), algunos, con sedes para distribución de sus productos en Colombia, a saber: Givaudan (Suiza), Firmenich (Suiza), IFF (EE.UU.), Symrise (Alemania), Mane (Francia), Frutarom (Israel), Takasago (Japón), Sensient Flavors (EE.UU.), Robertet (Francia) y T. Hasegawa (Japón): la participación de estas compañías multinacionales asciende en el mercado internacional a casi 80%. Las industrias de belleza y de aseo personal (L´Oreal, Procter & Gamble, Unilever, Estee Lauder, Shiseido, Avon Products, Johnson & Johnson, Chanel, otros) marcaron hace tres años $260 billones de dólares en ventas, con una tendencia en ascenso. Colombia, un país mega biodiverso, a pesar de sus grandes posibilidades para desarrollar proyectos en el campo (diversidad de climas y suelos, vocación agrícola y varias cosechas al año), no tiene industria de AE propia y todos estos productos (aceites, extractos) se importan al país, tanto naturales como artificiales o sintéticos. El país de la vainilla importa una vainillina sintética de China (para la industria de alimentos, pan, helados, otros productos) y los AE -que pueden ser producidos aquí en Colombia- se compran a la India, Indonesia, Vietnam, China, Brasil y otros países que los comercializan (Holanda, Francia, Suiza, EE. UU.).

Actualmente, CENIVAM desarrolla proyectos con transferencia de tecnología al campo en Arauca (5 ha, Bioparque, Tame, con financiación de la Gobernación de Arauca), Santander (24 ha, cinco asociaciones de cultivadores en los municipios de Barbosa, Puente Nacional, Vélez y Chipatá, con la financiación del SGR-Gobernación-UIS) y el proyecto-piloto de la Biofábrica en el Sur de Bolívar (2,5 ha, Asociación Campesina del Valle del río Cimitarra, ACVC) con la financiación del Programa BioReto XXI 15:50 (Colombia Científica). En cada uno de estos sitios, se establecen los cultivos de PA y se instala un destilador por asociación, para la obtención de los AE. Todos los destiladores se diseñan en la UIS por ingenieros mecánicos y el estudio de sus condiciones de operación para diferentes PA ha sido el tema de varios proyectos de grado de químicos e ingenieros químicos. La transferencia de tecnología, los talleres y las capacitaciones, así como el control de procesos y productos se realizan por los profesionales e investigadores de CENIVAM-UIS. La cadena de valor de PA y AE implica el camino de la planta a un producto comercial final. Algunos de estos productos finales, bajo la marca Chicamocha Magic registrada por la UIS (repelente de insectos, ambientador, aceite para masajes, jabones, geles, un desinfectante de superficies con propiedades antimicrobianas y antivirales diseñado recientemente llamado Viruniet) se encuentran elaborados y usados generalmente por los profesores y personal técnico y administrativo de la UIS, esperando una posibilidad de la conformación de una empresa spin-off que se encargará de su maquila y comercialización. 23

Colombia exporta plantas aromáticas en fresco a los EE. UU., Bélgica, Canadá, Panamá, Reino Unido, básicamente, para su uso culinario; en el 2017, estas exportaciones llegaron a 8288 toneladas (ITC, 2018), y sumaron más de 31 millones de dólares. Las importaciones de los AE a Colombia, en el 2017, alcanzaron más de 15 millones de dólares (ITC, 2018); sin embargo, muchos productos importados son sintéticos o artificiales, aunque simulan las propiedades sensoriales de los AE naturales. La ganancia económica prima a menudo (los productos sintéticos sucedáneos son mucho más baratos) y el consumidor aquí aún no tiene suficiente educación en cuanto a su preferencia de ingredientes naturales y su calidad superior, que son una tendencia en muchos países europeos, en Japón o en los EE. UU.

La cadena de valor de los AE y productos derivados implica realizar varias etapas, algunas de las cuales se pueden desarrollar en paralelo: (1) propagación de material vegetal, establecimiento de unidades de propagación y cultivos-madre, invernadero; (2) cultivos en las fincas, su mantenimiento y manejo cultural bajo Buenas Prácticas Agrícolas, cosecha y postcosecha; (3) construcción e instalación de unidades de destilación del material vegetal y obtención de los AE; (4) control de calidad de los AE, estudio de las variables de los procesos, su mejoramiento, optimización y (5) elaboración de productos finales con ingredientes naturales (AE, extractos).

El material vegetal después de su destilación (a menudo llega a 99% de toda la masa utilizada) -en una perfecta cadena de un proceso de economía circular- se utiliza como biocombustible, para producir un compostaje y -lo más interesante- como fuente de nuevas moléculas (flavonoides, antioxidantes) usando diversos procesos de extracción con solventes y con fluido supercrítico. El hidrolato, el agua remanente después de la condensación y separación del AE por decantación, se utiliza como riego en diferentes cultivos (para control de plagas) o como repelente de insectos en las viviendas rurales.

Todo se reutiliza y se recicla en la producción de los AE; hasta el calor del proceso se emplea para el secado de plantas o del material vegetal post-destilación. Por supuesto, el éxito y la continuidad de estos proyectos residirá en la comercialización exitosa de los productos, tanto los AE como los productos finales y ello requerirá una estructura comercial para la conexión con los brokers, una mayor visibilidad y la estrategia adecuada de mercadeo. Empero, sin las cuatro C, no será posible alcanzar el éxito, a saber: Calidad, Continuidad, Cantidad y Confianza, las cuatro C que rigen la industria de los AE e ingredientes naturales. Y, la suerte, que no sobrará para ninguna iniciativa y procesos tan complejos como pasar del Laboratorio al Campo, realizar la transferencia tecnológica a las asociaciones de cultivadores rurales y lograr que la producción sea sostenible. A favor están la biodiversidad del país, el clima y la gente trabajadora y la Universidad que con su conocimiento puede contribuir al desarrollo del campo. Una tarea difícil, larga, pero que vale la pena.