Monográfico Ingeniería agroalimentaria 2018-19

MONOGRÁFICO 2018/2019

Ingeniería agroalimentaria Materiales, tratamientos y testimonios vegetales

REPORTAJES EXTRAÍDOS DE LA REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA UMHSAPIENS

MONOGRÁFICO 2018/2019

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Vitrificación de palmeras

Hibisco y hierbaluisa para ayudar al metabolismo

La higuera eterna de Miguel Hernández

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Vitrificaciรณn de palmeras: de residuo a material de construcciรณn 4

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El Grupo de Investigación de Edafología Ambiental (GEA-UMH) ha demostrado, por primera vez, que la vitrificación de desechos de biomasa de palmeras es viable técnicamente

La conservación y la mejora del medio ambiente preocupa cada vez con más frecuencia a los ciudadanos.

Por ese motivo, científicos e investigadores de la Universidad Miguel Hernández (UMH) apuestan por aplicar la filosofía “vertido cero” en la producción de nuevos materiales y, para ello, utilizan un novedoso proceso de vitrificación de residuos.

Los profesores del Grupo de Investigación de Edafología Ambiental (GEA-UMH) del Departamento de Agroquímica y Medio Ambiente de la UMH Manuel Jordán, María Belén Almendro y José Navarro han demostrado, por primera vez, junto al colaborador honorífico Jesús María Rincón, que la vitrificación de desechos de biomasa de palmeras es viable técnicamente. Este proyecto implicaría tanto la reducción y reutilización de residuos como la explotación de su capacidad para obtener materiales de construcción. De esta forma, se logra impulsar la innovación, garantizar el suministro de recursos y reducir el impacto medioambiental.

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a palmera es la gran protagonista de este proceso, pero no ha sido elegida aleatoriamente, sino que reúne una serie de condiciones que la hacen realmente útil para la fabricación de material vitrocerámico a partir de los residuos de su poda. El investigador de la UMH, Manuel Jordán, explica que la característica fundamental que presenta este árbol es su gran aporte de potasio y fósforo. El potasio es un elemento alcalino fundente y, por tanto, facilita la fusión de los vidrios originales que dan lugar a los materiales vitrocerámicos, lo que implica un ahorro energético y económico, ya que se consigue fabricar este tipo de materiales a menores temperaturas. Al mismo tiempo, se evita utilizar fundentes comerciales habituales en la industria cerámica, tales como el bórax, uno de los fundentes artificiales más utilizados e importados en España, cuyo coste es de unos 15.000 €/ tonelada.

Por otro lado, el aporte de fósforo procedente de la hoja de palmera estabiliza los vidrios de partida para la obtención de nuevos vitrocerámicos. Sin embargo, Jordán aclara que el aporte de este elemento puede ser insuficiente para la formulación de las composiciones originales. Por esta razón, los investigadores de la UMH y del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) implicados en este trabajo han decidido mezclar residuos de poda, previamente tratados para poder ser usados como materia prima, con lodos de depuradoras (residuo local del área de Elche y Alicante). Así, consiguen la combinación adecuada para formar un material vítreo y cerámico al mismo tiempo.

El proceso que se lleva a cabo para vitrificar desechos de palmeras imita a la naturaleza y se ha denominado “petrogénesis inducida” por el grupo de investigación. La técnica consiste en calentar la mezcla de residuos, después de haber realizado un diseño composicional adecuado, a elevadas temperaturas (1.000- 1.200 ºC), aunque inferiores a las de los vidrios convencionales. Después de su fusión y de un tratamiento térmico posterior, se logra su transformación en un material vitrocerámico. De esta manera, no sólo se obtiene un nuevo material, sino que además se ayuda a mejorar el medio ambiente mediante la inertización de residuos reutilizables.

Manuel Jordán Profesor del Grupo de Investigación de Edafología Ambiental (GEA-UMH) del Departamento de Agroquímica y Medio Ambiente UMH

otorgarle un valor extra. Si estas investigaciones consiguen tener una aplicación real en la industria, los residuos tendrán un valor económico, pero su coste no sería tan elevado como el de otras materias primas tradicionales. Así pues, el beneficio sería tanto para la industria de materiales de construcción como para los agricultores.

Esta técnica tan innovadora provoca cierta variación en los nuevos materiales. El mayor cambio que sufren se encuentra en sus características estéticas. Son materiales más oscuros. Su color suele ser gris, negro o verde oscuro. Por ese motivo, los investigadores han pensado que los materiales de construcción resultantes podrían ser de gran utilidad en lugares de mucho tránsito donde la estética queda relegada a un segundo plano, así como grandes supermercados, estaciones de ferrocarril o incluso en los techados, una vez se haya comprobado que cumplen la normativa para estas aplicaciones. Pero las diferencias no son meramente estéticas. En algunos casos, este nuevo material puede incluso superar en calidad a los ya existentes. “En el caso de posibles aplicaciones en tejados se pueden conseguir materiales con mayor resistencia a la helada”, señala el profesor Manuel Jordán.

Los investigadores han decidido mezclar residuos de poda con lodos de depuradoras para formar un material vítreo y cerámico al mismo tiempo

Uno de los grandes beneficios de la viabilidad de esta vitrificación, tal y como expone el investigador Jordán, es la capacidad de reducir residuos utilizados hasta el momento únicamente como fertilizantes. Las podas de palmera tienen un valor añadido muy bajo debido a su gran volumen y los propietarios de palmeras y ayuntamientos quieren deshacerse del residuo y lo ofrecen gratuitamente. Con este proyecto, se consigue explotar la capacidad del residuo para obtener materiales de construcción, además de 6

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Entre los mayores retos que han tenido que superar los expertos en esta investigación, según declara el profesor de la UMH Manuel Jordán, destaca, por su dificultad, el diseño composicional y experimental al trabajar a partir de residuos. Esto se debe a que los contenidos en óxido de potasio pueden variar desde un 56% hasta un 42%, dependiendo del tipo de palmera, lo que dificulta la homogeneidad de los materiales finales y, en especial, cuando las composiciones originales corresponden a lo que se conoce como “vidrios complejos”. “El proyecto exige un control detallado y constante de los residuos, así como de la variabilidad de las composiciones de partida para este proceso cuando se realice a escala industrial”, dice Jordán.

Imágenes: Pixabay

Por el momento, este proyecto de I+D+i se encuentra en fase de laboratorio, donde los primeros resultados indican que funciona adecuadamente. Sin embargo, existen muchas variables técnicas por resolver para poder adaptar este proceso a la industria. Por esta razón, se precisa de la colaboración de empresas del sector interesadas en apoyar estas investigaciones.

Otro de los aspectos importantes que los investigadores no han olvidado son las emisiones a la atmósfera. “Nuestro objetivo no es fabricar solamente un buen material, sino también controlar que no se produzcan compuestos contaminantes que afecten a la salud y al medio ambiente”, señala Jordán.

El grupo de Edafología Ambiental aplica técnicas físico-químicas de caracterización tales como el análisis químico, termo-gravimétrico o espectrográfico para conocer los gases emitidos tanto por su composición como en su evaluación cuantitativa para que el uso de estos residuos de biomasa no afecte a la calidad atmosférica. Para ello, cuentan con la colaboración de laboratorios externos homologados, con el objetivo claro de que utilizar residuos de biomasa implique ganar calidad ambiental.

Mediante la vitrificación se obtiene un nuevo material y se mejora el medio ambiente debido a la inertización de residuos reutilizables El profesor Jordán estima que se necesitan entre 5 y 10 años, aproximadamente, para que el proyecto llegue a su aplicación industrial y comercial. Para ello, necesitan del apoyo decisivo de los entes sociales, políticos e industriales implicados en el Palmeral de Elche. Asimismo, el profesor Jordán señala que “ya se cuenta con el reconocimiento científico de esta investigación, plasmado en un reciente artículo publicado en una revista internacional de prestigio de la editorial Elsevier.”

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Hibisco y hierbaluisa U para ayudar al metabolismo

na vida más longeva, la abundancia de alimentos ricos en grasa y el aumento del sedentarismo son algunos de los elementos causantes de una de las enfermedades más extendidas en la actualidad. El síndrome metabólico engloba un conjunto de factores patológicos, como hipertensión arterial, hiperglucemia sanguínea, hipertrigliceridemia, adiposidad abdominal, entre otros que aumentan el riesgo de padecer una enfermedad cardiovascular o diabetes tipo 2. El investigador del Instituto de Biología Molecular y Celular (IBMC) de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Vicente Micol Molina asegura que se trata de una de las pandemias con mayor repercusión global. “Para que alguien sea diagnosticado con este síndrome debe padecer, al menos, tres de estos factores patológicos”, aclara el experto.

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Micol añade que los primeros ensayos se realizaron con células para encontrar los extractos más adecuados y así avanzar hasta ensayos con animales con los mejores candidatos. Estos últimos se llevaron a cabo con animales transgénicos que, alimentados con una dieta rica en grasa y colesterol, desarrollan rápidamente un cuadro patológico similar al síndrome metabólico.

“Estos ratones carecen del gen responsable del receptor de LDL, es decir, no son capaces de asimilar en sus tejidos a las lipoproteínas de baja densidad denominadas comúnmente como colesterol malo”, aclara Micol. La aplicación de los extractos tuvo una repercusión positiva en los ratones que además estaban sometidos a una dieta rica en grasa, quienes presentaron un incremento menor en el peso y sus valores de colesterol y triglicéridos en sangre fueron normales. Por otra parte, aquellos roedores también sometidos a dieta rica en grasa pero que no tomaban los extractos aumentaron notablemente su peso durante el ensayo, presentaron niveles de colesterol y triglicéridos anormalmente elevados y experimentaron esteatosis hepática (conocida como hígado graso). Además, tras un análisis comparativo de sus hígados, se concluyó que el consumo de los extractos anulaba casi por completo la acumulación de grasa en el hígado.

En España, en torno a un 31% de la población sufría los efectos del síndrome metabólico en 2008, según estudios publicados por la Revista Española de Cardiología. El profesor de la UMH señala que en muchos casos y dependiendo de la persona, el deterioro ocasionado por el síndrome metabólico puede llegar a ser irreversible. Micol dirige un equipo de la UMH que ha desarrollado el compuesto MetabolAid, un complemento alimenticio natural hecho a base de extractos de hierbaluisa e hibisco que permite combatir algunas de las patologías relacionadas con el síndrome metabólico. La investigación se ha llevado a cabo en colaboración con la empresa Monteloeder, que ha obtenido financiación del programa europeo Horizonte 2020. Las ayudas permiten que pequeñas empresas puedan industrializar y comercializar productos en los que el I+D y la innovación son esenciales.

El trabajo en el laboratorio El equipo de Vicente Micol comenzó a trabajar con los extractos que han dado paso a MetabolAid hace más de diez años. La investigadora del IBMC María Herranz López, integrante del equipo, inició su trabajo con extractos de hibisco y hierbaluisa en su tesis doctoral. “El efecto de los extractos se estudió en modelos celulares de obesidad

con adipocitos, y también in vivo, con ratones”, cuenta Herranz.

Los resultados obtenidos fueron positivos y la empresa de biotecnología Monteloeder se interesó en el trabajo. La investigadora del IBMC explica que, además, recientemente se han llevado a cabo estudios de intervención en humanos con sobrepeso y obesidad. Para ello, se han determinado parámetros antropométricos, como el peso corporal y el porcentaje de grasa, y también bioquímicos, como el colesterol, los triglicéridos y la glucosa. En los voluntarios del estudio que tomaban el complemento se observó un efecto saciante. “Detectamos que algunas hormonas relacionadas con la disminución del apetito aumentaban al aplicar el extracto”, señala María Herranz. Por su parte, el profesor Vicente Micol apunta que, además, los resultados evidenciaron que la utilización de los extractos de hibisco y hierbaluisa disminuyen el LDL, conocido como el colesterol malo, así como la frecuencia cardiaca y la presión arterial.

Cuando se analizaron los efectos de la hierbaluisa y el de hibisco, se comprobó que ambos extractos eran capaces de estimular la actividad de la enzima AMPK en el hígado (quinasa activada por AMP, adenosin monofosfato). Esta enzima es el regulador central del metabolismo energético y su activación disminuye la lipogénesis y activa la lipólisis por lo que ejerce un efecto beneficioso en la regulación de los niveles de lípidos. Esta enzima también se activa por situaciones fisiológicas como el ayuno o el ejercicio físico intenso.

La investigación cuenta con financiación del programa europeo Horizonte 2020

Tras los experimentos en animales, se han realizado dos ensayos de intervención en humanos de una duración de dos meses cada uno. En ambos casos se han utilizado voluntarios con sobrepeso e hipertensión moderada que han sido sometidos a una dieta isocalórica. En el primero se ha verificado que el consumo del complemento alimenticio disminuía el peso, el porcentaje de grasa, la presión sistólica y la fre UMHSAPIENS

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cuencia cardiaca. En el segundo, además de confirmarse estos resultados, se ha observado un efecto saciante en los voluntarios que tomaban Metabolaid, a través de la modulación de los niveles de ciertas hormonas que controlan la saciedad.

Controlar el apetito Vicente Micol asegura que, sin duda, uno de los efectos más importantes y novedosos de esta formulación es el control del apetito: “Hemos constatado un aumento de la hormona peptídica GLP-1 (péptido similar al glucagón tipo 1) en los pacientes que tomaban el complemento alimenticio”.

Esta hormona se segrega en el intestino y tiene como una de sus funciones provocar en el cerebro un aumento de la sensación de saciedad. Por otro lado, también se ha observado que el producto provoca una disminución de los niveles de ghrelina, una hormona segregada por el estómago con efecto orexigénico, es decir, que aumenta la sensación de apetito a medida que pasa el tiempo desde la última ingesta. “En concreto, postulamos que uno de los efectos del producto es actuar sobre el metabolismo energético reduciendo la brecha energética (energy gap), fenómeno responsable del fracaso de la mayoría de las dietas de adelgazamiento y responsable del efecto yo-yo”, aclara Micol.

Vicente Micol y María Herranz / IBMC

saciedad y el apetito por lo que equilibra de nuevo los niveles de ingesta de alimentos en relación al gasto energético.

En estas investigaciones también están colaborando el investigador del Instituto de Bioingeniería de la UMH Enrique Roche y las doctorandas Mariló Olivares y Marina Boix, cuyas tesis están íntimamente relacionadas con esta temática. Además, los doctores Roche y Micol han establecido una colaboración con la Universidad de Avignon (Francia) para profundizar en el mecanismo de acción de estos compuestos.

Uno de los efectos más importantes de la formulación obtenida es el control del apetito

En una situación normal de sobrepeso existe un cierto equilibrio entre el consumo energético y la ingesta de alimentos.

“Cuando nos sometemos drásticamente a una dieta hipocalórica, este equilibrio se descompensa, por lo que nuestro cuerpo sufre una adaptación metabólica que consiste en disminuir nuestro metabolismo basal (calorías consumidas en reposo) y aumentar aquellas hormonas responsables de la sensación de apetito para compensar rápidamente esta brecha existente entre ingesta y energía consumida”, explica el investigador y añade: “Esto hace que perdamos peso al principio del proceso pero que fracasemos a las pocas semanas si no aumentamos el consumo energético con el ejercicio físico”. El consumo de Metabolaid® parece actuar de forma directa sobre los niveles de hormonas de

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El Programa Horizonte 2020 De un total de más de 1.500 proyectos solicitados en el Programa Herramienta PYME en fase II, ayuda enfocada a impulsar la contribución de la ciencia en los principales retos sociales, la Unión Europea ha financiado solamente 57 proyectos y entre los afortunados, solamente hay 12 proyectos españoles. Asimismo, sólo cinco de los proyectos financiados versan sobre biotecnología. La empresa Monteloeder, impulsora junto a la UMH de la creación de la MetabolAid, es la única becada en la Comunidad Valenciana. El propietario de

Monteloeder, Ignacio Cartagena, recalca la importancia que tiene para la empresa esta ayuda: “De este modo, una pequeña empresa como la nuestra puede llegar a competir incluso con las grandes multinacionales en el mercado”.

La aportación, que asciende a 1 millón de euros, servirá para materializar la comercialización del producto, desarrollar una aplicación web para monitorizar los efectos del consumo del mismo, su difusión a través de técnicas de marketing y la propia producción y fabricación del producto. El profesor de la UMH Vicente Micol subraya que, a pesar de que se trata de un producto con aplicaciones en el control del peso y la obesidad, existen posibilidades de aplicar los beneficios de estos extractos en otros campos de investigación. “Por ejemplo, la disminución de la frecuencia cardíaca que provoca podría ser interesante de cara al deporte de competición, ya que podría ayudar al deportista a mantener por más tiempo su límite de esfuerzo”, asegura Micol.

El director del proyecto en la UMH añade que a través de esta investigación también se da la oportunidad a jóvenes estudiantes de adquirir formación e interaccionar con la empresa biotecnológica. “Aunque la docencia es nuestra principal función en la universidad, tenemos la obligación moral de realizar también tareas de investigación y promover la actividad científica para poder ofrecer soluciones de innovación al entorno productivo”, subraya Vicente Micol.

La higuera eterna de l e u g i M Her nández Volverás a mi huerto y a mi higuera: por los altos andamios de las flores pajareará tu alma colmenera

de angelicales ceras y labores.

Volverás al arrullo de las rejas de los enamorados labradores.

Extracto de Elegía

El rayo que no cesa Miguel Hernández, 10 de enero de 1936

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Mi carne, contra el tronco, se apodera, en la siesta del día de la vida, del peso de la higuera, ¡tanto!, que se diría, al divorciarlas, que es de carne mía.

Extracto de Huerto - mío

Otros poemas Miguel Hernández, 10 de enero de 1936

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l pensar en una higuera, resulta complicado no evocar su aroma o las tardes de verano jugando bajo su sombra. Este árbol frutal de hoja caduca, propio de zonas áridas, requiere poca agua y proporciona unos frutos muy apreciados. Al tratarse de un árbol de producción baja, de forma tradicional se ha utilizado en zonas marginales de cultivo y, sobre todo, en el huerto de muchas casas. Como en el caso de la vivienda oriolana en la que se crió Miguel Hernández, donde se encuentra un ejemplar centenario de higuera que puede que, incluso, hubiera plantado el propio poeta.

El investigador del Área de Producción Vegetal de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Juan Martínez Tomé ha impulsado la colaboración del grupo de Producción Vegetal en un proyecto para conservar y ensalzar el ejemplar de frutal de la casa del poeta oriolano. Martínez Tomé explica que la idea surgió de forma conjunta con el gerente de la empresa Agrotecnología, Enrique Riquelme Terres, sobrino nieto de Miguel Hernández, y el Ayuntamiento de Orihuela.

La actividad docente e investigadora del profesor Martínez Tomé se desarrolla en la Escuela Politécnica Superior de Orihuela (EPSO) de la UMH, por lo que el profesor pensó que podían aportar los conocimientos agronómicos para multiplicar el ejemplar, conservarlo y potenciar su valor como símbolo de la poesía hernandiana.

“En Orihuela nos queda la casa donde nació y vivió el poeta”, cuenta Martínez Tomé

“Después de que casi todo el legado de Miguel Hernández se haya trasladado a Jaén, en Orihuela nos queda la casa donde nació y vivió”, cuenta el profesor de la EPSO. Dentro de la vivienda, la higuera supone, a juicio de Martínez Tomé, el elemento más singular. Para el municipio, el frutal también es un símbolo que cuenta con un valor especial. Por este motivo, para conmemorar la efeméride del nacimiento del poeta se llenaron las calles de adhesivos decorativos con la forma de las hojas del árbol.

El convenio de colaboración se articula en diferentes partes. Una de las líneas de acción consiste en caracterizar morfológicamente la higuera para determi12

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nar cómo es exactamente. Este procedimiento permite conocer aspectos como la adaptación del frutal a su entorno o su pertenencia a una variedad concreta, por ejemplo. Por otra parte, el equipo llevará a cabo una caracterización genética. “Estos procedimientos son la base para el mantenimiento de la higuera”, subraya Martínez Tomé. De este modo, la UMH asesorará al Ayuntamiento para su conservación.

Además, el equipo ha puesto en marcha un huerto con hortalizas en la casa. El objetivo es mejorar los nutrientes en el suelo donde está plantada la higuera y minimizar el impacto de los visitantes sobre ella. “El terreno está muy compactado por las pisadas de las personas que acuden a la casa y se acercan a ver la higuera. Al cercar la zona con el huerto, la planta se nutrirá mejor y evitaremos las pisadas”, aclara el profesor de la UMH. Juan Martínez Tomé señala que una de las líneas de trabajo pasa por multiplicar la higuera cuando muera: “Para que permanezca para siempre con nosotros”. Una de las características de la reproducción vegetativa de esta planta es que la nueva que surge es idéntica a la anterior, la misma. “El año pasado asistimos a la poda de la higuera, cogimos esquejes y los enraizamos en las instalaciones de la EPSO”, precisa. Una vez que la

Los abullonamientos del tronco son propios de la edad.

higuera muera, el equipo de trabajo baraja diferentes posibilidades para conservarla. La propuesta desde la UMH es no eliminarla cuando esto suceda, sino tratarla con barnices para dejarla como un monumento de madera.

Otra de las propuestas planteadas al Ayuntamiento es plantar dos ejemplares procedentes de la higuera de la casa del poeta en un jardín cercano al consistorio y en la estación de ferrocarril, con el objetivo de darle mayor visibilidad como símbolo. En el mismo sentido, se colocará otro ejemplar en algún lugar emblemático de la Universidad, todavía por determinar. Además de las iniciativas que tienen que ver con la higuera física, los expertos plantean impulsar actividades artísticas y culturales para ensalzarla como símbolo de la poesía de Miguel Hernández.

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