Fijación de nitrógenoLa fijación de nitrógeno es un proceso natural y esencial donde los microorganismos convierten el nitrógeno, que es poco reactivo, en compuestos de nitrógeno inorgánico, que a su vez entra de primera instancia a la cadena alimentaria como compuestos de nitrógeno orgánico tales como las proteínas en plantas. La mayoría de los suelos disponibles para cultivos son deficientes en nitratos. Por esta razón, muchos procesos comerciales se han desarrollado para producir productos químicos nitrogenados o fertilizantes; como el muy bien conocido proceso de Haber-Bosch. La obtención de un suelo químicamente balanceado surgió en el 1956 con el desarrollo del método Kjeldahl, que analiza automáticamente la cantidad de nitrógeno existente en compuestos orgánicos.

El proceso de Haber-BoshA finales del siglo diecinueve, la escasez de alimentos y el aumento en la población levantó preocupaciones serias en el mundo. El contenido de nitrógeno en el suelo agrícola había sido utilizado a su capacidad máxima y el apoyo industrial para la producción de fertilizantes permanecía sin resolver. Algunos científicos hicieron predicciones de una hambruna mundial si esto continuaba. Surgió entonces una necesidad urgente para la producción de compuestos nitrogenados a partir del aire. La respuesta vino en el 1908 en Alemania, cuando Fritz Haber descubrió los principios de la síntesis de amoniaco, utilizando todos los recursos físicos y químicos disponibles a su alcance. La síntesis requiere un catalizador de hierro a altas presiones y temperaturas. El químico Carl Bosch, de la industria BASF (Badische Anilin- & Soda-Fabrik) comercializó el proceso estableciendo la primera y mas moderna producción industrial en el 1913. Este proceso industrial promovió un aumento en la producción agrícola y el crecimiento poblacional durante el siglo 20.

Avances en los fertilizantes químicosA principios del 1913, se produjeron fertilizantes sintéticos comercialmente, los cuales mejoraron dramáticamente la producción y el rendimiento agrícola. Desde entonces, se ha hecho innovaciones en la producción básica de fertilizantes químicos, incluyendo el mercadeo de los fertilizantes granulados en el 1930 y la introducción de fertilizantes de suspensión en el 1965 para el mercado americano. Para los años 70, el fertilizante granulado fue refinado para que fuese adecuado para uso casero. La innovación mas reciente de fertilizantes comerciales incluye la encapsulación por tiempo de fertilizantes, lo que evita la sobre fertilización indeseable para el ambiente.

Revolución verde y plantas híbridasDesde el 1870, se han creado de forma selectiva plantas hibridas que promueven el aumento en la producción y la calidad de los alimentos. La Química Orgánica identifica las cualidades deseables de una planta y desarrolla híbridos que promueven una mayor absorción del nitrógeno de los fertilizantes químicos. Estos avances dieron lugar a la ‘Revolución Verde’, que comenzó cuando Méjico se convirtió en autosuficiente en la producción de trigo en el 1943. Para el 1964, la mayor parte de la población de Asia estaba siendo alimentada con plantas hibridas y usaban nutrientes químicos para el suelo. En la actualidad, es que los agricultores americanos están utilizando estas nuevas plantas hibridas, tales como los maizales y papas que segregan pesticidas en sus hojas y tallos.

Fritz Haber

IV. MOMENTOS HISTÓRICOS DE LA TECNOLOGÍA EN LA AGRICULTURA Y LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Nódulos en raíces

El ciclo del nitrógeno

IV.1. Nutrientes de suelo y los fertilizantes

El método de Bordeaux y los fungicidasEn el 1882, el botánico francés, Pierre M. A. Millardet empleó una solución acuosa de sulfato cúprico y cal hidratada, conocida como la mezcla de Burdeos o caldo bordelés (Bordeaux mixture), para combatir efectivamente el hongo encontrado en los viñedos de Francia. En la actualidad se usa esta mezcla para controlar el crecimiento de hongo que atacan la cosecha. Éste se convirtió en el primer fungicida usado en gran escala que revolucionó la protección química de las cosecha. Las innovaciones químicas en la agricultura continuaron con la introducción de los fungicidas de ditiocarbamato en el 1934 y los fungidas de strobilurina para el 1996.

DDT y los pesticidasLos pesticidas protegen las plantaciones de daños causados por los hongos, insectos además de la competencia de plantas indeseables en el terreno. En el 1939, Paul Mueller desarrolló el insecticida de bajo costo DDT (dicloro-difenil-triclorethano) para controlar los escarabajos y otros insectos en las papas (patatas). El DDT y otros pesticidas similares controlaron las plagas y las enfermedades contra las plantas por aproximadamente veinte años. Cerca de los años 60, la preocupación del público sobre los daños al ambiente y la acumulación de DDT en los seres humanos, combinado con el aumento en la resistencia de los insectos al DDT condujo a la evolución de nuevos pesticidas y al descenso del DDT. Los pesticidas usados en la actualidad proveen mayor economía para los agricultores, seguridad a los trabajadores y son mejores al ambiente.

Protección de ganadoEl tratamiento de las enfermedades de los animales, con vacunas o medicamentos ha aumentado la calidad y cantidad de alimentos disponibles para el hombre. En 1881, Louis Pasteur perfeccionó exitosamente una vacuna para el ántrax del ganado. En el 1981, se introdujo el anti-parasítico Ivermectin para combatir los parásitos que afectan la salud del animal. Investigaciones recientes intentan prevenir la encefalopatía espongiforme bovina (EEB), la ‘enfermedad de las vacas locas’, que se cree que es causada por proteínas priónicas encontrado en el alimento de los animales que pueden tener agentes infecciosos.

Maquinaria para granjas Durante el último siglo, ha existido la necesidad de usar aplicaciones tecnológicas eficientes para la agricultura (fertilizantes y pesticidas), los sistemas de riego, la química en la agricultura y las maquinarias para los terrenos agrícolas. Éstos han aumentado dramáticamente la eficiencia y productividad de las granjas. El tractor diesel fue desarrollado por el inventor americano Benjamin Holt, en el 1904. Los tractores de hoy día, los cultivadores, los sistemas de riego, la aplicación tecnológica y el programado y sofisticado sistema de posicionamiento global “GPS” son todos posibles gracias a las innovaciones químicas además de los combustible, materiales (aleación de metales y plásticos avanzados), la tecnología de gomas y la electrónica computacional.

IV. MOMENTOS HISTÓRICOS DE LA TECNOLOGÍA EN LA AGRICULTURA Y LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Cascarón de huevo

debilitado por el DDT

Louis Pasteur

Cosechadora combinada-

Moderna

Tractor de arrastre de Holt

DDT para el combate de la malaria

IV.2. Protección agrícola y manejo de plagas

La sacarina y otros edulcorantesLos edulcorantes artificiales fueron creados para ayudar a los pacientes diabéticos y a los que están a dieta en el control del consumo de azúcar y la perdida de peso respectivamente. En el 1901, John F. Quenny manufacturó el edulcorante artificial sacarina. En 1967, se comenzó a manufacturar el almíbar de maíz alto en fructosa como aditivo para aumentar el sabor dulce de los alimentos de un 14% a un 42%, y desde entonces se esta utilizando para endulzar las bebidas carbonatadas. El aspartame se vendió por primera vez en Estados Unidos en el 1985; éste edulcorante de baja caloría, se mercadeó con el nombre de NutraSweet, sin embargo, fue originalmente desarrollado en el 1955 como una droga anti-úlcera.

Aditivos vitaminadosEl conocimiento de la bioquímica de los alimentos a revolucionado la nutrición proveyendo la cura para enfermedades causada por la deficiencias de vitaminas en la dieta y por la mala nutrición. La química ha propiciado grandes adelantos en este campo, por ejemplo el descubrimiento de la primera vitamina, la vitamina A (betacaroteno).La vitamina A se encuentra en la mantequilla y la yema del huevo, y es el nutriente esencial para la visión y la protección del epitelio. Su estructura química se determinó en el 1931 y fue sintetizado por primera vez en el 1947. El bioquímico húngaro, Albert Szent-Györgyi fue el primero en aislar el ácido hexaurónico (ácido ascórbico) de las glándulas adrenales en el 1928, conocido en la actualidad como la vitamina C. En el 2001, aparece por primera vez en Asia, el arroz modificado genéticamente ‘golden rice’, rico en-vitamina A, para combatir la ceguera y otras enfermedades causadas por la deficiencia de vitamina A.

Preservativos y adelantos de la manufacturaLos orígenes de la química de los alimentos se remontan al siglo diecinueve, cuando el alemán, Justus Liebig, prepara por primera vez extractos de carnes. Los adelantos en las técnicas de preservación y de manufactura dieron lugar a la creación de los alimentos procesados. Según la química de los alimentos siguió incursionado en otras prácticas industriales, se han desarrollado múltiples alimentos procesados. Las nuevas tecnologías han promovido extender la vida útil de los alimentos, por procesos tales como los procesos de congelación de alimentos en seco (liofilización) (1906), congelación intenso (1920), alimentos precocidos (1939), y preparando concentrados de líquidos (1946).

Seguridad y pruebas para alimentosCualquier producto agrícola tanto crudo como cocido puede contaminarse afectando adversamente la salud humana. La contaminación puede ocurrir durante la preparación, al cocinar, al servir o al almacenar el alimento. Los adelantos químicos que han ayudado a promover la seguridad en los alimentos incluye métodos rápidos para detección de contaminación de los alimentos por microorganismos y el control de epidemias causadas por la contaminación de alimentos. Las enfermedades causadas por patógenos mas comunes causantes de enfermedades transmitidas por alimentos han disminuido un 20% , en Estados Unidos entre los años 1997 al 1999.

IV. MOMENTOS HISTÓRICOS DE LA TECNOLOGÍA EN LA AGRICULTURA Y LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Una etiqueta del extracto de carne de Liebig

IV.3. Procesamiento, manejo y seguridad de alimentos

Almacenaje de alimentosLa tecnología para el almacenaje de alimentos utilizando plásticos, metales, vidrio, y cerámica contribuye a la preservación del alimento durante su venta, distribución y preparación. En los años 1930, Ralph Wiley inventó el polímero saran, luego en el 1953 este polímero se introdujo en el hogar como la envoltura de Saran (Saran Wrap), un producto excelente contra el oxígeno, la humedad, los olores y las sustancias químicas causadas por la humedad y temperatura extrema. La envoltura del Sarán es un copolímero de cloruro de vinilidino y cloruro de vinilo. Otras innovaciones incluye la utilización de latas de aluminio para almacenar comestibles y bebidas en los años 1960, y el PET (polietileno de tereftalato), utilizado como envase reciclable para sustituir el vidrio o el aluminio (1970s).

Refrigerantes y los clorofluorocarbonosDesde que se introdujo en los hogares en el 1918, la refrigeración, ha contribuido a la preservación de los alimentos al proveer la oportunidad de transportar y almacenar alimentos de una forma segura. A principios de los años 1920, las neveras o los refrigeradores se convirtieron en algo poco popular al descubrirse que el dióxido de azufre, utilizado como refrigerante, era tóxico. Se encontró otro refrigerante conocido como el Freón 12, clorofluorocarbono (también conocido como CFC, CCl2F2) por Thomas Midgley y Charles Kettering, en el 1931. Las neveras entonces se convirtieron rápidamente en un elemento esencial en los hogares, los restaurantes y los supermercados. En la actualidad, el uso del Freón esta siendo descontinuado por sus efectos destructivos en la capa de ozono.

El horno de microondasEn el siglo 20, los enseres del hogar han simplificado grandemente el trabajo en la preparación de los alimentos. Una de esas innovaciones en enseres eléctricos promovido por los avances de la química es el horno de microondas. En 1945, Percy L. Spencer estaba trabajando con un radar de transmisión en los laboratorios de Raytheon, cuando se dio cuenta que un dulce que se encontraba en su bolsillo estaba derretido. Fascinado por este acontecimiento, replicó la experiencia con palomitas de maíz, de ahí nace la tecnología del horno de microondas que entró en servicio una década después en las cocinas hogareñas. Los transmisores de microondas del tipo de la Segunda Guerra Mundial, llamados magnetrones, siguen siendo el dispositivo original de este utensilio eléctrico.

Agua potableLos avances de la química han asegurado que los abastos de agua son seguros, libre de bacterias, virus y otros contaminantes dañinos. Las innovaciones usadas para lograr esto incluyen el uso de carbón activado para remover el mal olor y sabor, y otras sustancias para suavizar el agua y remover metales pesado; además de la tecnología moderna para su tratamiento, abastecimiento y distribución. La desinfección con cloro en los sistemas de tratamiento de aguas estaba en uso desde 1910. La solución de cloro para uso casero se introdujo en el 1913. Los desinfectantes a base de cloro continúan como excelente método de protección contra enfermedades adquiridas por el mal manejo y procesamiento de los alimentos en la cocina.

IV. MOMENTOS HISTÓRICOS DE LA TECNOLOGÍA EN LA AGRICULTURA Y LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Envase de enfriamiento (1890) y la nevera moderna

Molécula de ácido hipocloroso

IV.4. Almacenaje de alimentos