Fronteras para el sector Agroalimentario

2.1  Detección automática de factores ecológicos del suelo que intervienen en la fertilidad

La ecología bacteriana del suelo es un factor determinante en la fertilidad, productividad y economía agrícolas gracias a sus actividades de descomposición de materia orgánica. Los mecanismos de interacción entre la micro biota y los componentes inorgánicos son desconocidos, pero su comprensión es crítica para la supresión de enfermedades en plantas, la obtención de firmas metabólicas de plantas y el control de las interacciones huésped-microorganismo para maximizar el retorno de la inversión. Los factores de control para este reto se indican a continuación:

  • Abundancia relativa de especies químicas inorgánicas no traza
  • Abundancia relativa de especies químicas de elementos traza
  • Tipos y especies de microorganismos
  • Tipos de relaciones tróficas en el suelo
  • Historia de uso del suelo

2.2  Intervenciones ecológicas de suelos para recuperar su fertilidad

La recuperación de la fertilidad de suelos es una tarea compleja que depende, en buena medida, del conocimiento de las interacciones entre la microbiota y los componentes inorgánicos. La biorremediación como mecanismo de recuperación de fertilidad es una estrategia conocida, que puede ser redirigida y aprovechada hacia transformaciones del ciclo productivo y prevención del agotamiento del suelo. En particular, diferentes estrategias tales como ingeniería genética, diversificación productiva y bioprospección pueden ser utilizadas para modificar de manera completa el ecosistema productivo. A continuación se presentan los factores de control para este reto:

  • Abundancia relativa de especies químicas inorgánicas no traza
  • Abundancia relativa de especies químicas de elementos traza
  • Tipos y especies de microorganismos
  • Tipos de relaciones tróficas en el suelo
  • Historia de uso del suelo

2.3  Estrategias para la prospección ecológica de especies explotables con alto valor agregado

La prospección ecológica de genes, especies y nichos es esencial para mantener un balance entre la producción y la biodiversidad, de tal manera que se maximice la libertad de acción a futuro en el sector productivo agrícola. Ya sean en microorganismos, plantas o especies animales, la agroindustria puede transformarse en una actividad de alto valor agregado que se integra a procesos ya existentes o nuevos. En ese sentido, y dad la riqueza en términos de la biodiversidad costarricense, existe una oportunidad abierta en el aprovechamiento de los procesos de bioprospección. Los factores de control se indican a continuación:

      • Diversidad genética y genómica asociada a un entorno productivo.
      • Ciclo de producción vegetal o animal
      • Condiciones ambientales favorables
      • Condiciones ambientales desfavorables que pueden ser mitigadas

2.4  Control automático aplicado a buenas prácticas productivas

Las buenas prácticas productivas son aquellas que maximizan el retorno de la inversión, la capacidad de los sistemas de producir en forma continua (sea en sectores agrarios, pecuarios, acuícolas y otros) y de preservar propiedades ecológicas consistentes en su entorno. El advenimiento del Internet de las Cosas (IoT) permite contar con herramientas para, en línea con la teoría de control, preservar estados deseables en la agroindustria bajo la definición anterior de buenas prácticas. A continuación se describen los factores de control para este reto:

  • Valores de variables ambientales
  • Niveles de disponibilidad de nutrientes
  • Respuesta de estrés en organismos vegetales y animales

2.5  Intervenciones metagenómicas de ecosistemas para preservar la variedad en especies productivas

La identificación de nuevos genes y ARN de regulación es clave para la caracterización del comportamiento de distintas especies vegetales, especialmente en su relación entre el suelo y otras plantas, así como en la producción animal para leche, carne u otros derivados. La identificación de genes simbióticos para su posterior utilización como fuentes de genes deseables permite dirigir con una visión ecosistémica cualquier proceso de ingeniería genética de las especies, mientras que preserva la variabilidad los individuos en el ecosistema completo (bacterias, hongos, plantas o animales). Los siguientes son los factores de control para este reto:

  • Diversidad genética y genómica asociada a un entorno productivo
  • Ciclo de producción vegetal o animal
  • Composición de la microbiota
  • Condiciones ambientales favorables
  • Condiciones ambientales desfavorables que pueden ser mitigadas mediante nuevas moléculas, genes o proteínas

2.6  Transformación del mercado agrícola mediante relocalización de la venta de productos y reducción de la intermediación

El precio de los productos agrícolas se distribuye debido a asimetrías de información en los mercados donde el conocimiento de los productores acerca del valor monetario de sus bienes es incompleto; lo anterior conlleva a condiciones de pobreza y desigualdad en la distribución de la riqueza. Esta asimetría es aprovechada por otros entes económicos, intermediadores, que utilizan economías de escala para reducir el valor de los productos adquiridos a pequeños y medianos productores y venderlos a precios más altos en mercados de alto volumen, usualmente a mayores distancias, especialmente en países en desarrollo. Esto impacta la calidad del producto, su disponibilidad y la seguridad del mercado alimenticio. Es necesario romper con las asimetrías de información y generar herramientas que identifiquen productos preferencialmente locales para garantizar mayor calidad en los bienes de consumo y mejor negociación de precios para pequeños y medianos productores, reforzando la acción de políticas actuales o futuras. Los siguientes son los factores de control para este reto:

  • Distribución geográfica de la producción.
  • Volumen de producción por productor
  • Tipos de producto por productor
  • Acceso a vías de distribución
  • Acceso y comprensibilidad de la información referente a precios de mercado
  • Nivel de intermediación existente por producto

2.7  Implementación de tecnologías de empaquetado biodegradable, de bajo costo y con alta preservación durante el ciclo de producción

La cantidad de desechos sólidos relacionados con empaquetado y transporte de productos en la industria alimenticia es un factor determinante en la contaminación ambiental y duración de producto. Adicionalmente, el contar con materiales y procesos que extiendan la vida del producto y puedan ser producidos a muy bajos costos (idealmente basados en la reutilización de desechos agroindustriales). Permite incrementar el valor de mercado de bienes perecederos, así como mejorar la salud pública. Existen alternativas tecnológicas que apuntan a mejores formas de empaquetado desde las anterior perspectivas. A continuación se listan los factores de control de este reto:

  • Tipo de producto alimenticio
  • Tiempo de vida promedio estimado en condiciones ambientales
  • Tiempo de vida promedio estimado en condiciones para preservación
  • Contexto microbiológico
  • Condiciones ambientales durante pasos en la cadena de transporte y las fases de trazabilidad

2.8  Identificación de metabolitos primarios y secundarios de alto valor hacia diversificación productiva

La explotación de productos agroindustriales generalmente se efectúa a nivel primario, en donde el valor de lo producido debe generarse por volumen. Sin embargo, los metabolitos primarios y secundarios (moléculas utilizadas para señalización química en los organismos) han mostrado tener un amplio rango de aplicaciones desde alimentos funcionales, productos de belleza, fármacos y pesticidas, entre otros. Estos compuestos tienen un valor muchas veces más alto que los productos originales, y con frecuencia pueden extraerse sin consecuencias negativas para la calidad de otros productos finales. A continuación se describen los factores de control para este reto:

  • Variedad metagenómica del entorno
  • Condiciones de expresión de genes que sintetizan metabolitos
  • Condiciones ambientales para biosíntesis efectiva de metabolitos
  • Concentración producida por unidad biológica relevante

2.9  Mecanismos integrales de trazabilidad inteligente del ciclo de vida del producto

La trazabilidad del ciclo de vida es una garantía de proceso sobre los productos alimenticios que permite mantener el valor y la inocuidad, esencial en la economía de las redes de distribución de alimentos. La capacidad de monitorear detalladamente cada uno de los pasos y automáticamente obtener inferencias sobre posibles eventos en la cadena de valor es clave para alcanzar niveles internacionales de estandarización de productos. A continuación se describen los factores de control de este reto:

  • Ciclo de vida del producto
  • Contexto microbiológico del producto
  • Contexto ambiental para cada fase de almacenamiento y transporte
  • Contexto legal de regulaciones sanitarias
  • Tiempo estimado en anaquel

2.10  Tecnologías para la medición in situ de condiciones nutricionales y de higiene de productos

El valor de mercado de los productos alimenticios depende de su calidad e inocuidad a lo largo de la cadena de valor. En la actualidad, no existen mecanismos simples con alta penetración de mercado que permitan determinar si un producto tiene el valor nutricional mínimo requerido por diversos estándares, o si es inocuo. El proceso debe ser in situ en consideración a la importancia de efectuar inspecciones en una amplia gama de condiciones y contextos. Los factores de control se identifican a continuación:

  • Proporciones deseables de moléculas y compuestos nutricionales
  • Unidades mínimas formadoras de colonias bacterianas de organismos patógenos
  • Procesos de manipulación de productos alimenticios
  • Redes de transporte de alimentos
  • Condiciones ambientales del almacenamiento de productos alimenticios