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Cacao: Cadmio y Biorremediacion

Publicado: 19 de septiembre de 2018
Por: Beatriz Elena Guerra Sierra; Jaider Muñoz Guerrero (Grupo de Investigación en Biotecnología Agroambiente y salud MICROBIOTA Universidad de Santander—UDES); Edwing Gutierrez y Dianefair Duarte (FEDECACAO). Colombia
1. Introducción
En Colombia, el cultivo de cacao (Theobroma cacao L), es considerado como un dinamizador de la economía en las zonas donde se desarrollan proyectos cacaoteros. El cacao es uno de los productos de mayor calidad para exportación y en el área agroindustrial, este producto tiene un gran potencial por explotar. Colombia, con unos de los cultivos de cacao más productivos a nivel mundial, logró un récord histórico de 60.535 toneladas de cosecha de la planta al cierre del segundo semestre del 2017, debido a avances tecnológicos. Sin embargo, aún hay detalles por mejorar en la mayoría de las zonas productoras de cacao en el país según lo reporta la Federación Nacional de Cacaoteros. (Fedecacao).Aspectos como la dinámica del suelo y sus contenidos nutricionales son de gran importancia para los cultivos; ya que de ello depende la calidad del fruto. Adicionalmente, temas como la presencia de metales pesados, de impacto negativo en los cultivos, han tomado interés en departamentos productores como Santander, por lo cual se realiza este BOLETÍN INFORMATIVO con la información de algunos aportes preliminares ,derivados de investigaciones en suelos cacaoteros, realizadas por investigadores del grupo de Biotecnología MICROBOTA de la Universidad de Santander (UDES) en asocio con FEDECACAO - Santander.
2. Producción e Importancia del cacao en Santander
Como región agroecológica, Santander cuenta con condiciones ideales de suelo y clima para la producción masiva del cultivo de cacao, lo cual la convierte en la zona de mayor producción cacaotera de Colombia. El cordón cacaotero de la región está representado principalmente por los municipios: Landázuri, Carmen de Chucurí, San Vicente de Chucurí, Lebrija, Rionegro y El Playón. Durante más de dos siglos, campesinos de Santander de las regiones cacaoteras, han venido cultivando cacao de manera artesanal. Más de 12.000 familias viven de este cultivo, el cual se hace de acuerdo con las mismas tradiciones de siglos atrás. Gran parte del cacao proveniente de esta región, abastece el mercado nacional e internacional.
Producción de Cacao
La producción de cacao en Colombia registró un aumento de más del 60% con respecto a los últimos 7 años, pasando de 37.203 toneladas en el año 2011, a más de 60.000 toneladas en el año 2017.
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Santander región Cacaotera
Se estima que cerca del 43% del cacao producido en Colombia para el año 2016 proviene de Santander
3. Presencia de cadmio (Cd) en suelos
El cadmio es un elemento no esencial (no requerido por el cuerpo humano para su óptimo funcionamiento) y poco abundante en la corteza terrestre, el cual, incluso a bajas concentraciones, puede resultar tóxico para todos los organismos vivos. Adicionalmente, este elemento se cataloga como un metal pesado, el cual es principalmente incorporado en la superficie del suelo mediante actividades antropogénicas. Algunas fuentes contaminantes que pueden ocasionar la deposición de este metal en el suelo son:
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4. Fuentes potenciales de absorción de Cd en el Cultivo de Cacao
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Otras fuentes inherentes al manejo de cultivo ,como el uso de enmiendas, compostajes, fertilizantes fosfatados, tipo de agua de riego, contaminación atmosférica y el mismo tipo de suelo utilizado para el cultivo, son fuentes potenciales de la absorción de cadmio en el cultivo de cacao.
5. Presencia y Monitoreo del cadmio
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Estudios realizados a nivel local, han demostrado la presencia de altas concentraciones de Cd en el suelo, en concentraciones de 0,33 a 6,0 mg/kg de suelo. Una vez en el suelo, el cadmio puede ser absorbido por las raíces de la planta de cacao, y así depositarse en sus diferentes tejidos, incluyendo el grano de cacao. De acuerdo a diversos reportes generados con base a los análisis de muestras de cacao procedentes del municipio de San Vicente de Chucurí, la concentración de cadmio en muestras de grano de cacao altamente contaminado podría ser hasta de 7 mg/kg de muestra, es decir, cerca de 70 veces el límite permitido. El cadmio es toxico para la salud humana ya que es bioacumulable, es decir que la presencia de este metal en ciertos tejidos tanto de plantas como de animales, puede aumentar hasta alcanzar concentraciones más elevadas que las concentraciones en su medio de origen o fuente de procedencia. Sin duda alguna, el contenido de cadmio constituye un gran inconveniente a la hora de comercializar el grano de cacao, a países con normativas estrictas sobre la regulación de este elemento en el fruto, por lo cual la búsqueda de estrategias de biorremediación en los suelos son prioritarias.
Especificaciones del Codex Alimentarius
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La “Comisión del Codex Alimentarius, (2017) informó de la propuesta de evaluación de la exposición al cadmio (Cd) a través del cacao y productos derivados del cacao, para incluirla en la lista de prioridades de contaminantes y sustancias tóxicas naturales propuestas para evaluación por el Comité Mixto FAO/OMS de Expertos en Aditivos Alimentarios (JECFA).Las concentraciones de cadmio encontradas se resumen en la Tabla 1.
Tabla 1. Concentración de Cadmio en muestras de cacao en polvo provenientes de diversos países latinoamericanos.
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Se puede destacar que la concentración de cadmio en Colombia es una de las más altas, en comparación con la de otros países. Esta información se puede complementar con los reportes de presencia de cadmio en suelos cacaoteros de Santander (Martínez & Palacio, 2010; Gonzalez,2010)
6. Estrategias Biológicas de Remediación del Cd
Debido a los efectos altamente tóxicos del cadmio, se hace necesario el desarrollo de diversas metodologías que permitan minimizar el impacto de este metal pesado contaminante en el suelo y el cultivo de cacao.
Existen varias estrategias usadas actualmente y que son de relevancia en este tema, tales como el uso de microorganismos en general Biorremediación microbiana, el uso de biomasa de hongos; Micorremediación, el uso de plantas ;Fitorremediación.
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7.Algunos ejemplos de biorremediación
Algunas especies de bacterias han sido usadas como especies biorremediadoras de metales pesados como el cadmio a través de procesos de biosorción, para reducir la toxicidad en suelos (Beltrán y Gómez, 2016), entre las que se destacan Pseudomonas sp y Escherichia coli.
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Las biomasas de hongos, son potenciales remediadores de metales pesados como el cadmio (Casteblanco, 2018). Aspergillus sp y Trichoderma sp, aisladas de suelos contaminados con cadmio, así como el uso de micorrizas arbusculares, que producen glomalina, una proteína natural que captura Cadmio, han sido temas de investigación en el laboratorio de Biotecnología Agroambiental de la Universidad de Santander – UDES (sede Bucaramanga, Guerra et al., 2014).
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Varias especies de plantas con características fitoacumuladoras han sido evaluadas en suelos con cadmio, por ejemplo, especies de pasto (Peláez et al., 2016). También son de valor promisorio en fitorremediación, las especies de la familia heliconiaceae (Heliconia psittacorum) ,aplicadas para el tratamiento de aguas residuales (Peña et al.,2013) y en suelos con cultivos de cacao en Santander contaminados con cadmio (Guerra et al., 2017). En este estudio se obtuvieron resultados preliminares de fitoextracción de Cd por raíces de esta especie.
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8. Conclusiones y recomendaciones
A pesar del futuro promisorio del cacao y sus derivados para Colombia, se ha evidenciado en estos productos la presencia de contaminantes como el cadmio, el cual es un metal pesado que genera un daño considerable a la salud de los consumidores. Santander ha reportado estos hallazgos, por lo que se hace urgente iniciar con controles y monitoreos de los suelos cacaoteros en las diferentes subzonas del departamento.
El cadmio en el suelo puede tener varias fuentes de origen, una de ellas es natural ya que está relacionada a las formaciones rocosas provenientes del desgaste de la roca madre. Sin embargo, también hay fuentes antropogénicas como riego con aguas residuales, agroquímicos fosforados, residuos de actividades industriales, que impactan negativamente en los cultivos.
Las estrategias de fitorremediación y micorremediación son estrategias naturales y constituyen opciones promisorias para el tratamiento de suelos contaminados con cadmio, las cuales han dado buenos resultados con especies de plantas que presentan capacidades de hiperacumulación de metales pesados. Las investigaciones a nivel regional son importantes y deben seguir fortaleciéndose entre universidades y entidades estatales.
La regulación y normatividad con respecto al cadmio en muchos países latinoamericanos como Colombia aún no es muy clara. Por ello es necesario iniciar con la unión intergubernamental y local para realizar los diferentes programas normativos.

Beltrán-Pineda, M.E. & Gómez-Rodríguez, A.M., 2016. Biorremediación de Metales Pesados Cadmio (Cd), Cromo (Cr) y Mercurio (Hg), Mecanismos Bioquímicos e Ingeniería Genética: Una Revisión. Revista Facultad de Ciencias Básicas, 12(2), pp.172–197.

Casteblanco, J.A. 2018. Técnicas de remediación de metales pesados con potencial aplicación en el cultivo de cacao. LA GRANJA: Revista de Ciencias de la Vida 27(1): 21-35. http://orcid.org/0000-0003- 2799-4511

Fonseca, D.M.M. & Tovar, K.J.R., 2008. Determinacion de la capacidad de remocion de cadmio, plomo y niquel por hongos de la podredumbre blanca inmovilizados diana milena morales fonseca katherine johanna ruiz tovar. Tesis de grado: Pontificia Universidad Javeriana.

González, A.D. 2010. Determinación y validación de cadmio total e intercambiable en algunos suelos cacaoteros del departamento de Santander. Tesis de grado: Universidad Industrial de Santander.

Guerra Sierra, B. E, A. X Sandoval Meza, L. S Manrique González y S. P. Barrera Rangel. 2014. “Ensayos preliminares in vitro de biosorción de cadmio cepas fúngicas nativas de suelos contaminados.” Innovaciencia Facultad de Ciencias Exactas, Fí- sicas y Naturales 2(1):53–58. [en línea] doi: http: // dx.doi.org/10.15649/2346075X.256.

Guerra Sierra, B.H., Aguillon, A. D., García, S., Muñoz, G.J. 2017. Crecimiento de Heliconia psittacorum (Heliconiaceae) en suelos contaminados por cadmio, asociados a simbiosis micorrizica y biomasas de Aspergillus niger. Libro de resúmenes IX Congreso Latinoamericano de Micología. Pp: 141. Lima Perú. http://almyc-peru2017.pe/inicio/

Katerin, J. et al., 2015. Fitorremediación in Situ Para La Recuperación De Suelos Contaminados Por Metales Pesados (Plomo Y Cadmio) Y Evaluación De Selenio En La Finca Furatena Alta En El Municipio De Útica (Cundinamarca). Tesis de grado: Universidad Libre.

Martínez, G.R. & Palacio, C., 2010. Determinación de metales pesados Cadmio y Plomo en suelos y granos frescos y fermentados mediante espectroscopia de absorción atómica de llama. Tesis de grado: Universidad Industrial de Santander.

Ortiz–Cano, H.G. et al., 2009. Fitoextracción de plomo y cadmio en suelos contaminados usando quelite (Amaranthus hybridus L.) y micorrizas. Revista Chapingo. Serie horticultura, 15(2), pp.161–168.

Peláez-Peláez, M.-J., Bustamante-Cano, J.-J. & Gómez-López, E.-D., 2016. Presencia de cadmio y plomo en suelos y su bioacumulación en tejidos vegetales en especies de brachiaria en el Magdalena Medio colombiano. Luna Azul, 43(43), pp.82–101. Available at: http://200.21.104.25/lunazul/index.php? option=com_content&view=article&id=194

Peña, S.E., Madera, P.C., Sánchez, J.M y Medina, V.J. 2013. Bioprospección de plantas nativas para su uso en procesos de biorremediación: caso Heliconia psittacorum (Heliconiaceae). Rev Acd, colombiana Ciencias, 37 (145): 469-481, 2013. ISSN 0370-3908.

Periódico el Frente, 2016. Santander aporta el 43% de producción de cacao en el mercado colombiano. A v a i l a b l e a t : h t t p : / / w w w . e l f r e n t e . c o m . c o / w e b / i n d e x . p h p ? ecsmodule=frmstasection&ida=57&idb=96&idc=5523.

Portafolio Periódico, 2018. Producción de cacao colombiano creció 6,6% en 2017. Available at: http:// www.portafolio.co/economia/produccion-de-cacao-colombiano-crecio-6-6-en-2017-513611.

Vanguardia Liberal, 2017. Crece 52 % producción de cacao en últimos 5 años. Available at: http:// www.vanguardia.com/economia/nacional/393520-crece-52-produccion-de-cacao-en-ultimos-5- anos.

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Autores:
Beatriz Elena Guerra
Universidad de Santander UDES - Colombia
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Jacobo Mendez
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Luis Oswaldo Zerega Mendez
23 de septiembre de 2018
No debemos olvidar que se ha señalado que el cadmio también proviene de los incendios forestales que contaminan a las plantaciones de cacao. Si el origen de la contaminación con cadmio proviene de varias fuentes, se debe tratar de controlar las más importante, incluyendo el tratamiento al grano para bajar los niveles de concentración de este elemento pesado en el grano, por debajo de los valores exigidos por los principales clientes del cacao Latinoamericano: USA, Europa y Japón.
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Marisela Yabar
Senasa Perú
22 de septiembre de 2018
Interesante y preocupante el tema del cadmio, dicen que tambien hay en cultivos frescos como la lechuga, esto me enteré en base a una tesis que trabajo con materia orgánica e indica que el tema es complejo, pero lograron remediar una parte del cadmio en pastos cultivados, pero era zona de sierra, cuál sería el origen del cadmio. En resumen, creo que se deben hacer tesis o estudios que paralelo a agregar materia orgánica conjuntamente aplicar Trichoderma que servirá para reducir enfermedades de suelo y mejor asimilación de nutrientes de la planta y ver si remedia el cadmio y en cuanto. Tengo la hipótesis que en suelos ácidos, agotados y erosionados, como estan muchas zonas cacaoteras, aplicando esta idea se vería reducciones significativas.
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Ing. Piero C. Fajardo Navarrete
Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabì - ESPAM
20 de septiembre de 2018

Buenas tardes, participantes y felicidades, excelente trabajo, esto es un problema que se nos viene encima y a que ponerse a trabajar en el tema, ya que esto afecta directamente a los productores que con tanto esfuerzo levantan sus parcelas y si las cosas siguen así, nadie va a querer comprar nuestro cacao, así tenga la mejor calidad del mundo hablando de características organolepticas, esto es algo que a nosotros en ecuador nos preocupa sobre manera y queremos determinar cual es la fuente mas importante del cadmio y este trabajo nos da mucha luz y saber un poco a donde apuntar, gracias por tan buen aporte, abrazos

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Bernardo sarmiento Salazar
21 de septiembre de 2019
Levar a los pequeños productores de cacao las estrategias de Biorremediacion, mientras las universidades e iinvestigadores continuan los estudios del cadmio en los granos de cacao y sustituir los agroquimicos organofosforados
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leonel hernando ortiz diaz
9 de octubre de 2018
Aquí en Colombia el tema no se ha tratado debidamente. Fedecacao no se pronuncia abiertamente con una investigación real de campo.existen muchas voces que pontifican sobre el tema.El estado a través del MADR e ICA se pronuncian muy discretamente, las facultades de agronomía ajenas al tema.Al final serán los pequeños, medianos productores los que llevaran las mayores consecuencias.
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Armando Cueva Benavides
7 de octubre de 2018
En el Perú, es preocupante el problema del cadmio, hay trabajos de investigación en campo en plantas de cacao y laboratorio de análisis de suelos y de fuentes fosforadas como la roca fosbayobar con presencia de cadmio, pero que no superan en la mayoría los límites fijados por la Comunidad Europea. Algunos especialistas indican que no tienen sustento científico,y los límites fijados por la CE son muy preocupante y exagerados hasta cierto punto, que podrían afectar severamente la actividad comercial y económica de los pequeños cacaoteros que son los mas afectados a parte de sus problemas de plagas y enfermedades y la baja de precios. Sin embargo es bueno indicar que el cacao abonado con roca fosbayobar se ha comprobado en investigación hay presencia de cadmio en niveles altos en la mayoría de los suelos, falta investigar el proceso de asimilación del cadmio por las plantas y el grano en sus diferentes estados fenologicos - fisiologicos hasta la postcosecha, y otros estudios de investigación como lo señalan muchos investigadores trabajar a nivel de la salud humana, igual puede suceder con otros cultivos alimenticios como las hortalizas de hoja , arroz, que para su producción se usan muchas fuentes orgánicos y fosforados inclusive compost a base de gallins ponedoras y porcinos enriquecidos con microorganismos eficaces. Lo mismo una fuente que ha sido estudiada es el uso de una fuente calcarea a base de calcio , magnesio y silicio como la dolomita.
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Ivan Danilo Carrion Yagual
Universidad Técnica de Machala - UTMACH
5 de octubre de 2018
Estimados ingenieros no es de alertarse si no de ponernos a trabajar en conjunto, recapacitar y concientizar al impacto y efecto que se le ha hecho al Medio Ambiente. El cadmio siempre estado frente a nosotros (como en pilas, llantas, todo derivado del petroleo entre otros), en la agricultura se da por medio de la diversidad de químicos (en pequeñísimas dosis), las minerías desde las cuencas altas y bajas (contaminadoras primarias del agua que utilizamos para los cultivos), camaronera y mal Manejo de las Aguas Servidas y Residuos Sólidos que van a desembocar a los ríos y mares. Deben haber políticas responsables y seguras que garantice al derecho del buen vivir (casi no todas), alternativas, técnicas y gama de investigadores a profundidad sobre este caso y los demás problemas que se dan en campo Agropecuario. De esta manera se implementan medidas de un buen Manejo o Buenas Practicas Agrícolas Agropecuarias que debe acatar el agricultor y el profesional, para poder mitigar los efectos que se dan. Las técnicas de medidas son varias pero que siempre que sean eficientes y amigables. Hay tenemos las Buenas Practicas Agrícolas y Biorremediación con Microorganismos Benéficos, que es la solución básica y primaria a corto y largo plazo. Saludos.
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Hugo Huamani Yupanqui
23 de septiembre de 2018

Venimos trabajando en este tema desde 2010-2011 hasta la actualidad, es un tema complejo, sobre todo en ralidades o contextos diferentes. Investigadores sobre el problema, manifiestan que constituye una barrera comercial, argumentado que los límites fijados por la Comunidad Europea no tienen sustento científico, por lo tanto los límites fijados son muy arbitrarios; en los países productores de cacao no se ha trabajado a nivel de la salud humana, por lo tanto, no tenemos datos para argumentar que nivel del cadmio, que varía en las especies que consumimos diariamente, afecta a la salud humana.
A nivel del perú el contenido de cadmio en el suelo varían indistintamente de: el proceso de formación de los suelos, el sistema de producción de los cultivos, manejo de insumos en el cacao. Si a esto agregamos que los rangos de clasificacion de cadmio en el suelo desarrollado por la entidad correspondiente lo realizaron a partir de suelos con actividad minera, que es totalmente diferente a la actividad agropecuaria, es por ello si evaluamos con esos rangos casi no tendríamos problemas de cadmi en el suelo. Si embargo´en algunos zonas el cadmio en la planta aparecen contenidos que podrían estar superando los límites fijados por la CE.
Lo interesante es que los trabajos de campo y no de laboratorio es lo que nos permite plantear rutas de investigación en: Uso de enmiendas orgánicas, Variedades resistentes a la absorción en cadmio, tratamiento pos cosecha, la actividad microbiana está direccionada a brindar las condiciones para que ellas trabajen, y si en lugares no hay mucha cantidad y actividad se podría incrementar, secuestrar el cadmio en algún órgano de la planta tratando de evitar que llegue a las almendras.

Los trabajos de laboratorio confirman que en la frección libre ligera del fracionamiento densimetrico de la materia organica es la que secuestra más el cadmio. Así mismo en el Acido fúlvica es la que se encuentra adsrovido el cadmio.
Finalmente se tiene que trabajar el tema de fósforo, por que este elemento es fundamental para el manejo de suelos ácidos, decir que no apliquemos puede ser irresponsabilida técnica, que a futuro puede ser perjudicial en la actividad agrícola.
Saludos
Hugo Huamaní

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Lucas Navio
22 de septiembre de 2018
Con el debido respeto. Carlos Aguirre nos están colocando una dirección de internet y una solución al problema del cadmio. Creo que es probable que tenga la solución, pero en el campo técnico hay que validar estas tecnologías antes de liberarlas y de manera indiscriminada, seria conveniente que coloque las publicaciones y las investigaciones. También seria bueno realizara ensayos por terceros ICA, MINAMBIENTE, Universidades. Cuando vendes y ofreces un producto bueno para todo, hay que dudar, el mundo esta lleno de incautos.
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Carlos Aguirre
Carlos Aguirre
21 de septiembre de 2018
La mejor forma es tratando el agua antes de, a travez de un sistema integral de ionizacion que tenemos en Colombia el cual es 100% ecoamigable y garantiza a inocuidad del agua eliminando bacterias y metales. http://www.ionozotech.com/ thumb_up  0 Responder
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