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Nutrición del Cultivo

Biofortificación agronómica de los cultivos: el caso del selenio en España

Biofortificación agronómica de los cultivos: el caso del selenio en España

Actualmente 2.000 millones de personas sufren de carencia de algún micronutriente, debiendo ser ésta cuestión una de las máximas prioridades de la comunidad mundial en materia de nutrición para el futuro inmediato. Resulta evidente que, en este ámbito, las prioridades en materia de investigación y desarrollo agrícola deben incluir la dimensión de la nutrición, y concretamente en la obtención de alimentos enriquecidos. Los esfuerzos para aumentar el contenido de micronutrientes de los alimentos básicos directamente a través de la biofortificación son especialmente prometedores. En este artículo se estudia el caso del selenio en España y su importancia en la salud humana, los factores implicados en su deficiencia y las posibles soluciones.

Fco. Javier López-Bellido*
Mª José Poblaciones**, Sara Rodrigo**,
Luis López Bellido***.
* Departamento de Producción Vegetal y Tecnología Agraria, Universidad de Castilla-La Mancha.
** Departamento de Ingeniería del Medio Agronómico y Forestal, Universidad de Extremadura.
*** Departamento de Ciencias y Recursos Agrícolas y Forestales, Universidad de Córdoba.

En los últimos años se ha acuñado el término “alimentos funcionales” dentro de un concepto más amplio como es el de dieta y salud. Aunque los alimentos funcionales no han sido definidos hasta el momento por la legislación europea; generalmente se considera que son aquellos alimentos que se consumen como parte de una dieta normal y contienen componentes biológicamente activos, ofreciendo beneficios para la salud y reduciendo el riesgo de sufrir enfermedades. Entre ellos están los que contienen determinados micronutrientes en elevadas cantidades pero sin llegar a ser perjudiciales para el ser humano.

La carencia de alguno de estos micronutrientes en una determinada población provocaría problemas de malnutrición, término erróneamente asociado a la desnutrición, en los segmentos más vulnerables. Entre éstos, los que suelen faltar más frecuentemente en cantidades adecuadas en la dieta son: hierro, zinc, cobre, calcio, magnesio, yodo y selenio; los cuales producen en la mayoría de los casos deficiencias que supondrían una mayor propensión a ciertas enfermedades, con la subsiguiente pérdida de calidad de vida y/o muerte prematura.

Según el informe FAO, «El estado mundial de la agricultura y la alimentación 2013: sistemas alimentarios para una mejor nutrición», las carencias de micronutrientes suponen costes económicos y sociales inaceptablemente altos a los países, independientemente de su nivel de renta. Para mejorar la nutrición y reducir estos costes debe comenzarse por la alimentación y la agricultura.

Actualmente 2.000 millones de personas sufren la carencia de algún micronutriente (uno o más). Por consiguiente, ésta debe ser una de las máximas prioridades de la comunidad mundial en materia de nutrición para el futuro inmediato. Según la FAO, se trata de un desafío importante, pero los beneficios son altos. Para hacer frente a estos problemas son precisas medidas integradas e intervenciones complementarias en la agricultura y en el sistema alimentario en general, la sanidad pública y la educación, requiriéndose un apoyo político de alto nivel para fomentar la coordinación necesaria entre los diferentes sectores.

Resulta evidente que, en este ámbito, las prioridades en materia de investigación y desarrollo agrícola deben incluir la dimensión de la nutrición, y concretamente la obtención de alimentos enriquecidos. Los esfuerzos para aumentar el contenido de micronutrientes de los alimentos básicos directamente a través de la biofortificación son especialmente prometedores. A diferencia de la fortificación, que se realiza durante el procesamiento de los alimentos, la biofortificación implica enriquecer el contenido de micronutrientes de los cultivos; siendo definida como la intervención específica en materia de nutrientes, diseñada para potenciar el contenido de micronutrientes de los alimentos mediante el uso de prácticas agronómicas, principalmente vía fertilización (biofortificación agronómica). Esta técnica implica una mayor seguridad alimentaria, ya que los cultivos actúan como tampón frente a elevadas dosis accidentales aplicadas al suelo.

Por consiguiente la agricultura, a través de la biofortificación, debería jugar un papel fundamental en el futuro desarrollo y bienestar de la sociedad actual dado el constante incremento en la esperanza media de vida y la aspiración legítima a disfrutar una mayor calidad de vida y nivel de salud. Esto permitiría una extensión de la cultura de la salud y, por ende, una disminución de la carga de la enfermedad sobre el conjunto de la sociedad.

El caso del selenio en España

El selenio (Se) tiene un comportamiento dual en la salud del ser humano. Tradicionalmente, desde su descubrimiento por Berzelius en 1817, se le ha considerado un elemento altamente tóxico, y no fue hasta inicios de la segunda mitad del siglo XX cuando se le empezaron a atribuir funciones esenciales para la salud humana y animal. Sin embargo, el margen entre su toxicidad y su deficiencia es muy estrecho, con el riesgo que ello supone para un adecuado aporte a la población. La práctica totalidad del Se necesario para garantizar la salud de una población concreta es aportado por los alimentos, siendo despreciable la contribución del agua potable o mineral en la mayoría de los casos.

La fuente primaria de Se es el suelo, pero su extracción por los cultivos y las plantas es un proceso fortuito debido a que, al contrario del ser humano y los animales, no es un nutriente esencial para las plantas superiores. Por tanto, una región con suelos pobres en este elemento provocaría deficiencias en el ganado y el hombre a través de la cadena trófica. Esta falta de dosis adecuada de Se en la dieta de determinados países o regiones ya ha sido abordada por distintos gobiernos desde la década de los 80 para mejorar la salud de su población.

Importancia del selenio en la salud humana

Desde el punto de vista bioquímico, el Se forma parte esencial del metabolismo del ser humano y los animales a través de las denominadas seleno-proteínas, algunas de las cuales tienen importantes funciones enzimáticas. Estas seleno-proteínas están involucradas en aspectos fisiológicos tan importantes en la salud humana como son:

  • Apropiado funcionamiento del sistema inmune.
  • Reducción de la virulencia y la progresión de infecciones virales (hepatitis, virus de la gripe y VIH).
  • Esencial para la fertilidad masculina y posiblemente femenina (reducción del riesgo de aborto).
  • Regulación del estado anímico y de algunos neurotransmisores en el cerebro (reduce la incidencia de depresión, ansiedad, confusión mental y hostilidad, ataques epilépticos y Alzheimer).
  • Función tiroidea.
  • Actúa como agente antioxidante y antiinflamatorio (efectos beneficiosos contra la artritis reumatoide, pancreatitis y asma).

Además se le atribuye actividad en la prevención de enfermedades cardiovasculares aunque este papel no está completamente demostrado. Por último, también se ha comprobado que una adecuada suplementación de Se reduce significativamente la incidencia de determinados cánceres. Sólidas evidencias basadas en estudios epidemiológicos en los últimos 40 años muestran una relación inversa entre el consumo de Se y la mortandad por cáncer. Los efectos anticancerígenos del Se parecen claros, al menos en determinadas condiciones, sobre la leucemia y cánceres de hígado, colon, recto, páncreas, mama, ovarios, próstata, vejiga, pulmón y piel.

Como se ha señalado anteriormente, la principal fuente de Se para el ser humano son los alimentos. La cantidad consumida dependerá de la concentración de Se en cada tipo de alimento y de su importancia en la dieta. Valores por debajo de 30 microgramos (mg) de Se/día son altamente peligrosos para la salud y aquellos que sobrepasan los 900 mg Se/día son potencialmente perjudiciales.

foto 1

Espectrómetro de masas con fuente de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), utilizado para el análisis de selenio en suelos y plantas.

El consumo de Se en la mayoría de los paí­ses de Europa, que oscila entre 11 y 94 mg Se/día según región/país, ha descendido drásticamente debido a diferentes factores entre los que se encuentran los cambios en los hábitos alimenticios. También el incremento de los rendimientos de los cereales en las últimas décadas, debido a la mejora genética de las variedades y a la intensa fertilización, puede ser el responsable de este descenso al propiciar procesos de dilución del Se en el grano.

La concentración de Se varía entre los distintos grupos de alimentos. Los cereales, la carne y el pescado son las principales fuentes de Se en la mayoría de las dietas. Sin embargo, su contenido dependerá en el primer caso del Se disponible en el suelo para el cultivo y en los otros de la procedencia de las materias primas usadas para su alimentación. Por consiguiente, dentro de cada grupo de alimentos citados la variación puede ser muy amplia.
Los datos sobre el consumo diario de Se por la población española, mediante el análisis de los distintos grupos de alimentos, son escasos aunque la mayoría de ellos señalan bajos niveles en la dieta. Esta falta de información sobre las concentraciones de Se en los alimentos producidos en España se debe a que su análisis es complejo y costoso debido a las bajas concentraciones en las que se encuentra este elemento. Independientemente de la preparación y digestión de la muestra, para estos niveles de Se se requiere el uso de espectrometría de masas con fuente de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS).

En un reciente trabajo de revisión que hemos realizado y que se ha publicado en la revista Nutrición Hospitalaria (Nutr Hosp. 2013; 28: 1396-1406) se expone de manera más extensa los efectos de Se sobre la salud humana, niveles de referencia y la situación actual de la población española. En ella concluimos que existe en la actualidad una deficiencia, en algunos casos severa, que puede estar afectando a un porcentaje elevado de la población española, predisponiéndola a determinados tipos de enfermedades.

 

Incrementar el consumo de Se en humanos

Son varias las opciones estudiadas por otros países, en circunstancias similares a las de España, para incrementar el consumo diario de Se. Éstas serían:

  • Incremento de alimentos potencialmente ricos en Se (nuez del Brasil, ajo, carnes, pescados o cereales con elevados contenidos de Se) a través de programas de educación alimentaria.
  • Adición de Se en formas inorgánicas al agua potable.
  • Consumo individual de preparados farmacológicos.
  • Procesos de fortificación con Se en la fabricación de los alimentos.
  • Biofortificación.

Dentro de la biofortificación se englobaría la complementación con Se en la alimentación del ganado, el uso del Se como fertilizante para los cultivos (biofortificación agronómica) y la mejora genética de determinados cultivos para incrementar su eficiencia en la absorción del Se del suelo (biofortificación genética). La única que ha mostrado resultados satisfactorios hasta ahora ha sido la biofortificación agronómica o de los cultivos, consiguiéndose un adecuado, eficiente y seguro incremento del consumo de Se en toda una población.

Actualmente algunos países como Nueva Zelanda o varios países escandinavos incluyen de manera rutinaria dosis de Se en los fertilizantes comerciales. El caso más emblemático es el de Finlandia, primer país europeo que en 1984 empezó a añadir selenato sódico en todos los fertilizantes usados en cereales y pastos debido al bajo consumo de Se por su población. Por otro lado, otros países como Reino Unido, Australia, China, etc. han iniciado programas para evaluar los niveles de Se en sus cultivos y adecuar las dosis a aplicar del mismo bajo sus condiciones edáficas y climáticas.

Aunque los cereales presentan bajas concentraciones de Se (entre 10 y 550 mg Se/kg según regiones), son consumidos en proporciones relativamente elevadas en la dieta humana y por consiguiente son una importante fuente de Se. En consecuencia, la mayoría de las investigaciones están focalizadas hacia el incremento de Se en este grupo de cultivos, principalmente en el trigo al ser el más directamente consumido en la dieta occidental. Por otro lado el trigo presenta otras ventajas, como son que sus pérdidas de Se en el proceso de obtención de la harina/sémola y posteriores transformaciones son mínimas y contienen formas de Se más fácilmente biodisponibles para el organismo humano en comparación con el pescado y la carne.

 

Concentración de Se en los trigos

En general los trigos centroeuropeos presentan bajas concentraciones de Se, no superando 50 mg Se/kg en un gran número de países, mientras que países con suelos seleníferos muestran niveles de Se en el grano de trigo óptimos para alcanzar un adecuado consumo de este elemento por su población (EE.UU. 400 mg Se/kg y Canadá 700 mg Se/kg). Los datos procedentes de países mediterráneos son bastantes escasos, aunque todo parece indicar la existencia de bajas concentraciones en sus trigos.

Los pocos datos nacionales procedentes de trigo, harina y derivados muestran niveles bajos, no llegando a superar en la mayoría de los casos 35 mg Se/kg. En recientes trabajos preliminares realizados en granos de trigo provenientes de Andalucía y Extremadura hemos encontrado concentraciones de Se que en la mayoría de los casos no superan los 45 mg Se/kg. En la Campiña Andaluza (Valle del Guadalquivir) y para trigo harinero de fuerza cultivado en secano obtuvimos valores en grano que variaron según los dos años estudiados (figura 1). Por otro lado los datos obtenidos en Badajoz, aunque algo más elevados que en Andalucía, oscilaron para el grano de trigo harinero de fuerza entre 35 y 65 mg Se/kg (con una pérdida del 28% de Se durante la molienda) y entre 45 y 89 mg Se/kg en grano de trigo semolero (con una pérdida del 27% del Se en la molienda).

 

Dinámica del Se en los sistemas agrícolas

figura 1

Figura 1. Concentraciones de Se total en grano de trigo y suelo (profundidades 0-30, 30-60 y 60-90 cm), Se biodisponible (selenato y selenito), rendimiento grano y pluviometría anual en dos años diferentes (experimento “Malagón”, Córdoba).

La concentración de Se total en un suelo es debida principalmente a las condiciones geológicas a partir de la cuales se ha formado. No obstante, el contenido de Se total en el suelo no es un buen indicador de su biodisponibilidad para los cultivos. La mayoría del Se en el suelo se encuentra asociado a la materia orgánica, encontrándose en mucha menor proporción en forma de selenato, selenito, selenuro y Se elemental (figura 1). La biodisponibilidad del Se para los cultivos depende entre otros factores del pH, textura y contenido de materia orgánica del suelo; y aunque las plantas no requieren Se para su desarrollo, suelen extraerlo principalmente en forma de selenato debido a su similitud química con el sulfato, existiendo un fuerte antagonismo entre ambos.

También las condiciones ambientales afectan fuertemente a la extracción de Se por los cultivos, tanto en diferentes climas como entre años, proporcionando resultados a veces contradictorios. En dos ensayos de larga duración con trigo en clima templado se registraron elevadas fluctuaciones interanuales en la concentración de Se en el grano, no pudiéndose imputar éstas al cambio de técnicas de cultivo o al uso de diferentes cultivares de trigo.

Por otro lado, bajo condiciones semiáridas, donde la variabilidad interanual de pluviometría es más acentuada que en los países templados, y se produce con frecuencia estrés hídrico por altas temperaturas al final de la estación de crecimiento, las diferencias anuales en la concentración de Se parecen acentuarse aunque no han sido estudiadas en profundidad. Nuestros resultados confirman esta alta variabilidad interanual en las condiciones mediterráneas del sur peninsular en el que la precipitación registrada parece jugar un papel primordial, aunque aún no disponemos de suficientes datos (figura 1).

 

Tecnología de la Se-biofortificación agronómica

La concentración de Se en los alimentos para consumo humano y animal puede incrementarse a niveles óptimos mediante la fertilización con Se. Esta técnica, como se ha expuesto anteriormente, implica una mayor seguridad alimentaria ya que los cultivos actúan como tampón frente a elevadas dosis accidentales aplicadas al suelo.
La mayoría de estudios realizados en campo demuestran que la extracción de Se por los cultivos es más eficiente mediante la aplicación del Se en forma de selenato que de selenito, tanto en condiciones templadas como mediterráneas, siendo la aplicación en cobertera la forma más recomendada.

OLYMPUS DIGITAL CAMERADebido a la multitud de factores ambientales involucrados, la dosis de Se más adecuada a aplicar debería ser establecida según especie y condiciones de cultivo, teniendo en cuenta en su elección cuál sería el nivel de enriquecimiento que se quiere alcanzar en el grano y la estrategia de biofortificación perseguida. Actualmente en Finlandia, la dosis media aplicada a los cereales es de 10 g Se/ha. En ensayos de trigo en el Reino Unido con diferentes dosis de Se fertilizante, también obtuvieron valores óptimos con 10 g Se/ha (250 mg Se/kg en grano). Sin embargo, estudios propios realizados en Extremadura bajo condiciones mediterráneas con distintos cereales y leguminosas, reportaron una mayor respuesta al Se fertilizante, aunque muy variable entre años, posiblemente debido a un menor rendimiento grano. Concretamente en estos últimos ensayos, el incremento de la concentración de Se en grano por 1 gramo de Se aplicado en forma de selenato sódico osciló entre 30-79 mg Se/kg en el trigo harinero de fuerza y entre 35-138 en el trigo mg Se/kg semolero.

Otro de los aspectos agronómicos a considerar en la biofortificación con Se es el efecto producido por el azufre (S) presente en el suelo o el aplicado en forma fertilizante, debido al antagonismo que presentan estos dos elementos. En trigos cultivados en Australia y fertilizados con Se, se observó una reducción de Se en grano con aportes de 30 kg S/ha. Sin embargo, en ensayos de fertilización S/Se en trigo en el Reino Unido, observaron una respuesta dispar en la concentración de Se en grano según el año. Estos resultados ponen de manifiesto la compleja interacción entre el Se y el S, tanto en el suelo como en la planta.

 

Impacto ambiental

El posible impacto ambiental, por la contaminación potencial derivada de la aplicación de Se fertilizante a las tierras de cultivo, también ha sido estudiado en los países más concienciados con el problema que supone la deficiencia de Se para la salud humana. Los estudios realizados en Finlandia muestran poca o nula evidencia de enriquecimiento de Se en los ecosistemas naturales desde 1984.

Es generalmente asumido que el selenato es reducido e inmovilizado en el suelo. Ensayos realizados sobre trigo en el Reino Unido, con el fin de dilucidar el destino del Se en el suelo y el uso residual por los cultivos en años posteriores, concluyeron que no existe un incremento del Se total y extractable apreciable en el suelo después de la cosecha y que no hay efecto residual para el cultivo siguiente, incluso con las dosis de Se más altas. Estos autores sugieren que el selenato es lavado hasta fuera del horizonte de desarrollo radicular y/o inmovilizado, no descartando procesos de volatilización.

 

Conclusiones

Se puede afirmar que existe una deficiencia de Se, en algunos casos severa, que puede estar afectando en la actualidad a un porcentaje elevado de la población española, predisponiéndola a determinados tipos de enfermedades. El incremento del consumo de Se en toda una población con deficiencia sólo se conseguiría a través de la fortificación de los alimentos durante su proceso de transformación o usando la biofortificación, siendo esta última mucho más barata, eficaz, sana y segura.

Los cereales, concretamente el trigo, debido a su elevado consumo e importancia en la dieta es sin lugar a dudas el cultivo idóneo para aplicar esta técnica. Sin embargo, la Se-fertilización (biofortificación agronómica) implica estudios previos en cada tipo de sistema agrícola: forma de Se a aplicar, dosis óptima, momento de aplicación, eficiencia de la Se-fertilización, destino del Se residual, etc. Nuestros trabajos preliminares muestran concentraciones bajas en Se en los trigos cultivados en el sur peninsular, aunque éstos no han sido evaluados en profundidad, y que la respuesta al Se-fertilizante difiere a la obtenida en países de clima templado.

Por tanto, se hace necesario evaluar en profundidad los niveles de Se en los trigos españoles y su variabilidad espacio-temporal (suelo-clima), y poner a punto la técnica de Se-biofortificación bajo condiciones mediterráneas para la obtención de harinas y sémolas Se-enriquecidas que puedan usarse como materia prima en la producción de alimentos de uso generalizado por la población nacional, o la fabricación de alimentos “funcionales” destinados a grupos con riesgo de deficiencia de este elemento (infancia, tercera edad, vegetarianos, enfermos crónicos, etc.), todo lo cual reportaría grandes beneficios a la salud pública española.