Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia

Bases para la implementación de las tecnologías de irradiación en Bolivia 1 ANTECEDENTES Desde los inicios del uso de radiaciones ionizantes, el problema de irradiación fue atractivo tanto desde el punto de vista de la investigación pura como en la búsqueda de aplicaciones prácticas. Así, las primeras prácticas realizadas por el propio Röntgen (descubridor de los rayos x (Rx)) involucraban el estudio de los efectos de los Rx en microorganismos. En el transcurso de los años, se idean nuevas aplicaciones y se comienza con el uso de la irradiación a nivel industrial en 1956 por Ethicon, una subsidiaria de Johnson & Johnson (J&J); en ese entonces, se trabajó con un acelerador de 7 MeV. En los inicios de los años 60 del siglo pasado, se comienza con el uso de fuentes radiactivas de Co-60 para uso de irradiación industrial, también por J&J. Hoy en día, las aplicaciones de las tecnologías de la irradiación se han diversificado y sólo por citar algunas de ellas, se pueden señalar a: (a) esterilización de productos médicos, (b) modificación en las propiedades de materiales, (c) conservación de alimentos, (d) reducción de polución ambiental, etc. El empleo de las técnicas de irradiación ha experimentado una creciente diversificación. Es así que este término aparece como genérico a principios de los años cuarenta del s. XX, y se lo asoció con el aspecto nuclear de la materia, lo que en la época postguerra le valió el rechazo de grupos políticos y ambientalistas. Tal asociación no ocurrió por ejemplo con la tecnología de Rx. Esta asociación es especialmente más fuerte en ciertas lenguas cuando se hace referencia a “irradiación de alimentos” en asociación a términos nucleares, hecho conducente a la confusión del público. En árabe, por ejemplo, "los alimentos irradiados" y "alimentos radiactivos" son términos casi indistinguibles [1]. La tecnología de irradiación de alimentos no es nueva: carne, frutas y vegetales han sido preservados por siglos a través de radiación solar. La idea de emplear radiación ionizante en la preservación de alimentos casi siguió al descubrimiento de los Rx en 1895 y a la radiactividad por Becquerel en 1896 [2]. Últimamente, otros tipos de radiación han sido adicionados a la lista de técnicas de procesamiento por irradiación. De acuerdo con Josephson [2], La primera sugerencia para el empleo de radiaciones ionizantes para destruir patógenos y microorganismos en alimentos fue estudiada y publicada por Minck (1896), Appleby y Banks (1905), y Lieber (1905). También durante esos años, estudios1 y patentes fueron publicadas tanto en los Estados Unidos como en el Reino Unido, describiendo el uso de la irradiación para destruir microorganismos en alimentos, ambos resaltan la ventaja de que la técnica podría ser empleada sin el empleo de aditivos químicos, concepto que hoy en día aún es más válido[2, 3]. Después de la segunda guerra mundial, en Estados Unidos los laboratorios de SWIFT & Cía., y la General Electric impulsaron el estudio de la irradiación de alimentos y apoyados por la Comisión de Energía Atómica (AEC, por sus siglas en ingles). En 1953, el presidente Eisenhower (EEUU) propuso la política de "Átomos por la Paz" de las Naciones Unidas, esto llevó a la formación de un Programa Nacional de Irradiación de Alimentos en ese país. En 1966 se tenían programas de irradiación en 33 países y ese número se ha extendido hasta la fecha en 103 [2]. En este sentido la irradiación se presenta como una herramienta interesante para contribuir 1

Brasch y Huber (1947) publican el primer artículo científico demostrando exitosamente la preservación de alimentos utilizando irradiación

ionizante

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia a evitar la gran incidencia de las Enfermedades Transmitidas por los Alimentos (ETA) y las millonarias pérdidas que se producen mundialmente año a año de productos alimenticios. Una de las aplicaciones principales que se prevé implementar en Bolivia, es la concerniente a la irradiación de alimentos. Actualmente, la mayoría de los países en América Latina utilizan irradiadores funcionando con fuentes radiactivas de2 Co-60 aunque hay une política impulsada por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) de incrementar las facilidades de irradiación que utilizan haces de electrones (ebeam) y Rx a través del proyecto RLA5066 del cual Bolivia participa. De acuerdo con el Organismo de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), aproximadamente 1300 millones de toneladas del alimento total producido cada año para el consumo humano, se pierde o se desperdicia, lo que equivale al 40% del total de alimentos producidos. El 54% de desperdicio de alimentos en el mundo se produce en las etapas iniciales de la producción, manipulación y almacenamiento post-cosecha y el 46% restante ocurre en las etapas de procesamiento, distribución y consumo de los alimentos. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que las enfermedades transmitidas por los alimentos y las enfermedades transmitidas por el agua matan anualmente a 2.2 millones de personas, de las cuales 1.9 millones son niños. Además de estos impactos ambientales, las consecuencias económicas directas del desperdicio de alimentos (sin contar pescado y marisco) alcanzan la cantidad de 750 000 millones USD [4]. Por otra parte, estas cuestiones concernientes al desperdicio repercuten en costos ambientales en la atmósfera (emisión de gases de efecto invernadero y amoniaco), en aguas (pesticidas y nitratos en fuentes de agua potable, uso y escasez de agua), en suelos (ocupación de tierras y erosión), y en aspectos de biodiversidad [5]; todo ello, producto de malos usos traducidos en el enorme desperdicio. Para abastecer a una población mundial en crecimiento con una alimentación adecuada, segura y asequible es importante conservar y proteger lo que se produce, a través de mejoras en las variedades de cultivos y prácticas de manejo ganadero y agrícola. Es aquí donde las técnicas de irradiación pueden jugar un rol importante para la disminución de estas alarmantes cifras. Las prácticas convencionales para conservar y proteger los alimentos incluyen calor, refrigeración, congelación, secado, fermentación y la utilización de productos químicos. Todos estos tratamientos tienen ventajas y desventajas. Algunas requieren altas cantidades de energía, inducen cambios en la calidad organoléptica, dejan residuos potencialmente dañinos o tienen efectos perjudiciales directos e indirectos sobre el medio ambiente. Por ejemplo, el bromuro de metilo es un fumigante que afecta a la capa de ozono. El uso de este producto químico para el proceso de desinfestar ha sido designado para su eliminación por los firmantes del Protocolo de Montreal [6]. La irradiación es una tecnología, no térmica que no deja residuos en el procesamiento de alimentos. Por lo tanto, la adopción de irradiación de alimentos a gran escala podría tener un impacto inmediato y significativo en la seguridad alimentaria y la calidad de los alimentos, así como en la capacidad de algunos países para tener acceso a los mercados desde donde han sido vetados para la exportación. Por ejemplo, el uso de la irradiación como tratamiento fitosanitario ha permitido a México exportar las guayabas hacia el lucrativo mercado de Estados Unidos. La tecnología de irradiación gamma está bien establecida en varios países de América Latina y el Caribe. Hay 13 irradiadores con una capacidad de

2

La notación utilizada para los radionúclidos indica el nombre del elemento acompañado del número de nucleones (suma de protones y neutrones en el núcleo). En el caso mostrado, nos referimos al cobalto-60.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia diseño de más de 100 000 curios 3 de Co-60. La capacidad de diseño total es de 17.5 millones de curios y la actividad instalada 5.5 millones de curios. En comparación, hay 17 instalaciones de irradiación con haz de electrones en la región, ninguna de las cuales se utilizan para producir Rx. Ocho de estas son instalaciones internas utilizadas para la modificación de polímeros (cables, neumáticos y otros materiales). Cinco centros, de los cuales cuatro son internos, se utilizan exclusivamente para la esterilización de dispositivos médicos. Alimentos son tratados en dos instalaciones solamente: Aceletron en Brasil y la Escuela Nacional Politécnica en Ecuador, para un total de 40 toneladas (estimación) y 60 toneladas respectivamente. Esta cantidad representa menos del 0,5% del alimento total irradiado en la región. La irradiación gamma probablemente seguirá siendo predominante durante varios años, pero la tecnología se enfrenta a una serie de desafíos. La oferta futura de Co-60 está limitada por el destino de los reactores de las centrales nucleoeléctricas en las que se produce. Muchos de estos reactores están envejeciendo y existen incertidumbres sobre su capacidad para mantenerse en la producción de Co-60. Como consecuencia, es probable que el costo de Co-60 se incremente Las nuevas medidas de seguridad nuclear que han seguido al 9/11, han dado lugar a dificultades crecientes en envíos transnacionales de cargamentos radiactivos, haciéndolos más costosos. También es cada vez más difícil en muchos países obtener una licencia para un nuevo irradiador gamma. Finalmente, la percepción de una tecnología que involucre materiales radiactivos sigue siendo en gran parte negativa. En contraste, los aceleradores de haz de electrones y tecnologías de Rx dependen de electricidad para generar la radiación ionizante. Una de sus principales ventajas es que pueden ser conectadas y desconectadas cuando sea necesario. Si la irradiación de alimentos ha de crecer significativamente en los próximos años, hay una necesidad definida para preparar el aumento progresivo de la participación de la irradiación basada en fuentes de máquinas. La competencia entre irradiadores que utilizan fuentes radiactivas con los generadores de haces de electrones que a su vez pueden producir Rx es inminente y tal como se plantea en 4.2, existirá una creciente demanda de equipos de haces de electrones por la facilidad que su uso implica frente a fuentes radiactivas. A continuación, se reforzarán las ideas expuestas previamente separando los ámbitos internacional y nacional respectivamente.

1.1 ASPECTOS SANITARIOS El uso potencial de la irradiación para propósitos sanitarios y fitosanitarios ha sido conocido desde la década de los 20s del siglo XX. Muchos tratamientos químicos o físicos fueron desarrollados demostrándose que muchos patógenos transmitidos por los alimentos son relativamente más sensibles a las técnicas por irradiación[7]. Desde 1983, la comisión del Codex Alimentarius ha adoptado la norma general CODEX para alimentos irradiados [8], teniéndose con ello un número creciente de gobiernos que 3

El curio (Ci) es una unidad para especificar la actividad (relacionada con el número de núcleos que sufren desintegración radiactiva) de una determinada fuente radiactiva. Históricamente, esta unidad fue introducida por Marie Curie que la asoció a la actividad de un gramo de Ra-226. La unidad en el Sistema Internacional para la actividad es el becquerelio (Bq) que corresponde a una desintegración por segundo (des/s). La equivalencia entre ambas unidades es: 1 Ci = 3.7×1010 Bq.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia han reconocido la seguridad y la eficacia de la irradiación como método para reducir las pérdidas de alimentos como son: la poscosecha, controlar ciertas enfermedades y facilitar su comercio en general. Varios estudios han demostrado que la irradiación fitosanitaria de frutas y vegetales tiene un impacto mínimo en la composición de nutrientes [9, 10]. En este sentido, otra de las ventajas de la irradiación de alimentos, es su capacidad de aumentar la calidad sanitaria del producto. Consecuentemente, resulta necesario efectuar un breve repaso de las enfermedades transmitidas por alimentos con el objeto de profundizar la importancia de la irradiación. Las ETA se originan en el ser humano por la ingestión de alimentos que tienen toxinas o microorganismos patógenos en cantidades suficientes como para afectar la salud del consumidor. Por toxinas, “debemos entender cualquier producto que sea tóxico o venenoso”, y, por patógeno, “a cualquier microorganismo capaz de producir enfermedad o malestar”, es decir: bacterias, virus, hongos, parásitos o componentes químicos, que se encuentran en su interior. Las enfermedades provenientes de los alimentos se clasifican en tres categorías, a saber: enfermedades infecciosas, intoxicaciones y toxico-infecciones. En la Tabla 1, se indican las definiciones para cada una de ellas. Tabla 1. Enfermedades transmitidas por los alimentos: categorías ENFERMEDAD CONCEPTO Enfermedades infecciosas

“Son causadas por el consumo de alimentos que contienen el suficiente número de microorganismos patógenos como para colonizar el tracto intestinal de cualquier persona y causarle los síntomas y daños de una enfermedad. Por ejemplo: salmonelosis, sigelosis y enteritis, toxoplasmosis”

Intoxicaciones

“Son causadas por la ingestión de sustancias venenosas, conocidas con el nombre de toxinas. Algunas toxinas son generadas incluso por ciertos microorganismos ya dentro del organismo. Por ejemplo: estafilococos, Clostridium botulinum.” “Son enfermedades provocadas por la mezcla de toxinas y/o microorganismos. La comida ingerida contiene el suficiente número de microorganismos patógenos que afectan a las personas en el intestino y producen toxinas que desarrollan los síntomas de la enfermedad. Ejemplo: Clostridium perfringens, Escherichia coli y Vibrio cholerae”

Toxico-infecciones

Los síntomas más comunes de las ETA son vómitos, dolores abdominales, diarrea, fiebre, dolor de cabeza, entre otros. Pueden varían dependiendo de la cantidad de alimento consumido y cantidad de bacterias o toxinas presentes en el alimento. A continuación se indican algunas de las posibles enfermedades típicamente bacterianas e infecciosas: 1.1.1 Enfermedades de origen bacteriano Fiebre tifoidea: principalmente causada por vegetales crudos, agua, etc. Salmonelosis (Salmonella sp.): se la relaciona principalmente con el consumo de los siguientes alimentos: pollo, pescado, mariscos, leche, cerdo, productos lácteos, frutas y verduras, carne vacuna, y huevos. Es la bacteria más resistente a la irradiación. Cólera (Vibrio cholerae): Los alimentos involucrados son: pescados y mariscos crudos, alimentos lavados o preparados con agua contaminada. La irradiación es un método efectivo para la inactivación de esta bacteria.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia 1.1.2 Enfermedades causadas por toxinas Además de ser infecciosas las bacterias producen toxinas que pueden ser también causa directa de diversas enfermedades tales como la estafilocosis, el botulismo y el síndrome urémico hemolítico (SUH). Estafilococosis (Staphylococcus aureus): se encuentra en muchas clases de alimentos, como la carne de cerdo, de vaca, de pollo y de pescado y los derivados de cada uno, huevo, frutas y verduras. La irradiación es un método muy efectivo para eliminar las células de S. aureus [11]. Botulismo (Clostridium botulinum): Existen siete tipos de toxinas distintas (nombradas de la A hasta G). Las del tipo A y B son más resistentes a la irradiación; mientras que las de tipo E son menos resistentes [12]. Los alimentos más relacionados con esta enfermedad son las conservas caseras y sólo ocasionalmente los enlatados comerciales, cuando las condiciones de conservación o los sistemas de esterilización no han sido los adecuados [11]. Gastroenteritis (Escherichia coli): Los alimentos implicados en esta enfermedad son: carnes, verduras y productos perecederos que en algún momento fueron manipulados de manera inadecuada. La irradiación fue considerada un método efectivo para el control de E. coli O157:H7 [13]. 1.1.3 Enfermedades víricas Si bien se sabe con certeza que la irradiación es eficaz para la destrucción de bacterias, no hay suficiente información como para asegurar que destruyen toxinas y virus. De todas maneras es importante reiterar la necesidad de que el tratamiento de irradiación se aplique a productos que estén en buenas condiciones de higiene, es decir con un contenido muy bajo (idealmente nulo) de bacterias. La irradiación solo puede inactivar virus a dosis altas. La dosis necesaria para inactivar virus, es de 30 kGy 4 para aquellos que están suspendidos en un medio acuoso y de 40 kGy para los que se encuentran en estado seco [14]. Si bien con dosis altas de irradiación se puede eliminar virus, estas dosis son mucho más altas a las aceptadas, para que no causen modificaciones organolépticas ni nutricionales en los productos5. Tabla 2 .Dosis de irradiación D10 para algunos microorganismos en medios y temperaturas especificadas Microorganismos Medio y Temperatura D10 (kGy) E. coli O157:H7 Carne picada, 4 °C 0.24 Vibrio cholerae Superficie de gambas, -10 °C 0.11 Salmonella Carne picada, temperatura ambiente 0.55 Clostridium botulinum Carne vacuna cocida 0.41 Staphylococcus aureus Carne picada, 4 °C 0.44 Listeria monocytogenes Carne de cerdo picada, 10 °C 0.57-0.64 Bacillus cereus Carne picada 0.17-0.15 Campylobacter jejuni Carne picada, 4 °C 0.17 Hepatitis A Almejas y ostras 2.02 Poliomielitis Almejas y ostras 3.10 Una manera de cuantificar la radioresistencia de microorganismos y las dosis que deben ser utilizadas para reducir las cargas microbianas de productos a ser irradiados es la dosis de reducción decimal D10, 4

El gray (Gy) es la unidad de dosis absorbida en el sistema internacional. La dosis absorbida está definida como la cantidad de energía depositada por la radiación (J) en un determinado elemento de masa (kg). Lo anterior significa que el gray está definido como: 1 Gy = 1 J/kg. Este concepto y otros relacionados a dosis serán ampliados en 2.4 5 Las dosis aceptadas para que no se produzcan modificaciones son menores a 1 kGy.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia definida como la dosis requerida para reducir el número de microorganismos en 10 veces, en otras palabras, para eliminar el 90% de la población de los mismos [15]. El concepto de radiosensibilidad es ampliado en 2.5. En la Tabla 2 se muestran valores D10 para algunos microorganismos en medios y temperaturas especificadas. Entre las mencionadas, se puede especificar que la más frecuente en los alimentos en Bolivia es la salmonella que provoca un cuadro de gastroenteritis. 1.1.4 Enfermedades relacionadas con parásitos. Las siguientes enfermedades están relacionadas con parásitos y estos pueden ser inactivados con bajas dosis de irradiación (menor a 1 kGy). Toxoplasmosis (Toxoplasma gondii): en carne de cerdo cruda o mal cocida. Este parásito puede ser inactivado con una dosis mínima de 0.5 kGy, que es bastante efectiva (ICGFI, 1999). Triquinosis (Trichinella spiralis): se encuentra generalmente en carne cruda o mal cocida, frecuentemente de cerdo. Aplicando dosis mínima de 0.3 kGy pueden volver no infectiva a la larva de este parásito (ICGFI, 1999). Si hablamos de estadísticas a causa de estas enfermedades solamente en Estados Unidos se estima que cada año ocurren 76 millones de enfermedades de origen alimentario, esto lleva a 350000 hospitalizaciones y alrededor de 5000 muertes. En China en 1991 un brote de hepatitis A asociado con el consumo de almejas, afectó a cerca de 300000 personas.

1.2 ÁMBITO INTERNACIONAL El tratamiento de alimentos por radiación ionizante con el propósito de mejorar seguridad y almacenamiento es una de las tecnologías más extensamente estudiadas en el siglo XX; sin embargo, mucha de la investigación ha sido realizada en laboratorio y aún se considera subutilizada a nivel comercial. Su aplicación potencial es diversa, desde la inhibición de brotes de tubérculos hasta la producción de alimentos esterilizados. Numerosos grupos de expertos internacionales dependientes de la FAO, el OIEA, la OMS o el Comité Científico sobre alimentos de la Comisión Europea han concluido que alimentos irradiados con tecnologías apropiadas son tanto seguros como nutricionalmente adecuados [16]. Un Codex general para alimentos irradiados y código internacional para la práctica del procesamiento por irradiación ha sido desarrollado [8], específicas aplicaciones para la irradiación de alimentos han sido aprobadas por legislaciones nacionales en más de 55 países en el mundo entero; en los Estados Unidos la irradiación de alimentos está regulada desde el año 1999. La irradiación de alimentos tiene casi 100 años de historia y ha sido desarrollada y establecida tecnológicamente desde la segunda mitad del siglo XX, aunque los alimentos son comúnmente irradiados por ejemplo empleando microondas, el término irradiación de alimentos es usado para describir un proceso donde el alimento es expuesto a radiación ionizante empelando fotones emitidos por los radioisótopos 60Co y con menor frecuencia del 137Cs, Rx con energías de hasta 5 MeV o electrones acelerados con energías máximas de 10 MeV. La radiación electromagnética de los dos primeros dos tipos de fuentes tienen buena capacidad de penetración, mientras que los electrones acelerados tienen bajo poder de penetración, ninguna de estas fuentes de energía induce radiactividad en los alimentos o en su empaque. Algunas de las aplicaciones relevantes del uso de radiaciones son mostradas en la Tabla 3 elaborada con base en [1, 17, 18].

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia Tabla 3. Aplicaciones y rango de dosis para las mismas. APLICACIÓN

REQUERIMIENTO DE DOSIS (kGy) 0.03 – 0.12

Inhibición de brotes Desinfestación de insectos

0.2 – 0.8

Desinfestación de parásitos Extensión del ciclo de vida en mostrador (radurización) Eliminación de bacterias patogénicas no formadoras de esporas Reducción de la población microbiana en ingredientes de alimentos secos Producción de carne, aves de corral y productos de pesca a temperatura ambiente

0.1 – 3.0 0.5 – 3.0 1.5 – 7.0 3.0 – 20 25 - 60

En la Tabla 4, se muestran algunos hitos históricos de la irradiación de alimentos. Tabla 4. Hitos históricos en la irradiación de alimentos. AÑO

HITO HISTÓRICO

1905

Mejoramiento de las condiciones de calidad por irradiación empleando substancias radioactivas. Patente británica. J. Appleby y A.J. Banks. Empleo de rayos X para inactivación de la trichinae en carne cruda de cerdo. B. Schwartz (US) Eliminación de bacterias en alimentos empacados usando rayos X. ¨Patente francesa. O.Wust. Primera aplicación comercial: irradiación por haces de electrones de especies en Alemania. Primer simposio internacional sobre irradiación de alimentos. Karlsruhe, Alemania. Proyecto en el campo de la irradiación de alimentos (19 a 24 países, FAO – OIEA OMS)

1921 1930 1957 1966 1970 – 1982 1980 (1964 – 1969 -

Reuniones del Comité de expertos sobre irradiación de alimentos.

1976) 1983 – 1984 1979 – 1990 1983 – 2004

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Reuniones del Codex Alimentario, “Estándares generales para la irradiación de alimentos y Código Internacional de Práctica para la Operación de Facilidades de Irradiación” Asistencia al desarrollo de los países por entrenamiento y demostración, facilidades internacionales FAO / OIEA. Wageningen, Holanda. Grupo consultivo internacional sobre irradiación de alimentos (ICGFI)

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1.3 ÁMBITO NACIONAL En el contexto nacional el proyectado desarrollo nuclear incluye el establecimiento de instalaciones de irradiación, por lo menos de irradiación gamma y de haces de electrones. Las líneas consideradas más halagüeñas son la irradiación de alimentos frescos y especies cuya exposición a la radiación permita asegurar inocuidad por una parte y extensión del ciclo de vida de los productos por otra. Del mismo modo la irradiación de insumos médico-quirúrgicos con el propósito de asegurar bioseguridad también se considera un espacio tecnológico para el empleo de la irradiación. El interés nacional expresado en diversos ámbitos, cuya base se consideran los productos de consultoría entregados a partir del año 2012 en trabajo consensuado entre el Viceministerio de Ciencia y Tecnología y consultores nacionales. El trabajo base considerado es “lineamientos del programa nuclear boliviano, producido el año 2011 y editado el año 2012 [19]. Es importante recalcar que dentro de este ámbito nacional, la triada estado-universidad-industria es esencial para la adecuada implementación de un programa de utilización de facilidades de irradiación. 1.3.1 Cultura del consumidor Debido a fuertes acciones mediáticas contra el uso de radiaciones y transgénicos entre otros, es generalmente entendido que una gran mayoría de consumidores, son cautelosos respecto al consumo de alimentos irradiados y eventualmente no los comprarían. Existe una clara evidencia de este punto de vista en varios sondeos de opinión al consumidor, principalmente en los Estados Unidos. Los sondeos de opinión también muestran que los consumidores llegan a aceptar más la irradiación después de una relativamente corta explicación acerca de la irradiación y de los procesos alternativos y que la irradiación es preferida a tratamientos que involucran exposición de los alimentos a químicos y residuos de estos [17]. 1.3.2 Cultura del investigador Los investigadores en diferentes campos (física, química, biología) y las especialidades correspondientes ligadas a aspectos tales como alimentos, agropecuaria, farmacia, aplicaciones nucleares, ciencia de materiales, etc. Hacen que en caso de instalarse facilidades de irradiación, un buen contingente de estos científicos aprovecharía de estas instalaciones para la realización de investigación tanto básica como aplicada. La mayor parte de estos investigadores está afiliada a universidades principalmente públicas aunque la participación de universidades privadas en aspectos investigativos es cada vez mayor. Por otra parte, investigadores de instituciones estatales tales como el IBTEN, INLASA, SENASAG, etc. Pueden constituirse también en actores protagónicos del uso de instalaciones de irradiación con fines de investigación. 1.3.3 Cultura del productor y/o industrial Los productores y/o industriales son los potenciales usuarios de un emprendimiento de instalaciones de irradiación. En principio, estos actores no tienen conocimiento adecuado de las ventajas que puede significar el uso de radiaciones. El desconocimiento del valor agregado que puede significar en sus productos hace que hasta el presente no haya una demanda natural de servicios de irradiación. Sin embargo, esto puede ser subsanado mediante una campaña de información acerca de las bondades y beneficios económicos que puede significar el irradiar ciertos productos.

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1.4 OBJETIVO GENERAL Introducir de manera sostenible y eficiente la tecnología de la irradiación en Bolivia para emplearla en procesos de esterilización, desinfección, desinsectación (y en general de eliminación de ciertos animales nocivos como roedores), industriales y de investigación básica y aplicada con el fin de coadyuvar en aspectos tales como la seguridad alimentaria y el vivir bien con la participación activa del Estado, la Empresa Privada y la Universidad.

1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Dotar al país de la tecnología de irradiación que permita la utilización de técnicas tendientes a mejorar la calidad de vida de la población. Facilitar la formación de recursos humanos que permitan ampliar las perspectivas de utilización de la irradiación. Fomentar la investigación que permita conocer mejor las características de la irradiación en condiciones propias del país, como por ejemplo la altitud de la región altiplánica, y de esa manera optimizar los protocolos existentes. Dar énfasis a productos nativos en lo que respecta a aplicaciones e investigación de los procesos de irradiación.

1.6 PAPEL DE LA TECNOLOGÍA NUCLEAR El procesamiento por irradiación es una aplicación pacífica de la tecnología nuclear que incluye tratar alimentos con radiación ionizante bajo condiciones precisas de procesamiento. El proceso es aceptado en más de 60 países por su probada seguridad y su papel potencial en la reducción de las pérdidas post cosecha, las enfermedades transmitidas por los alimentos y propagación de plagas que pueden dañar los cultivos en los países importadores. La técnica es un método alternativo para el uso de fumigantes químicos peligrosos para el medio ambiente y los métodos de tratamiento térmico. El OIEA jugará un papel importante en la prestación de asistencia a los proyectos desde el concepto inicial para la correcta ejecución de los planes de trabajo.

2 BASES TÉCNICAS Las bases técnicas de los procesos de irradiación, requieren primeramente comprender los conceptos clave para luego ahondar en los detalles técnicos.

2.1 GENERALIDADES Los conceptos de radiación e irradiación tal como los conocemos hoy en día, son quizás unos de los primeros que de manera intuitiva utilizaron los primeros humanos que se diferenciaron de sus ancestros homínidos al poder producir fuego. Este hecho implicó contar con una fuente de radiación, en este caso de calor o hablando con mayor propiedad de radiación electromagnética infrarroja (IR). Es necesario definir qué se entiende por radiación: energía electromagnética o haz de partículas materiales que se propaga en el espacio a partir de un foco emisor o fuente [20]; y por irradiación: el hecho de someter a un material a la acción de la radiación [21]; sin embargo, para que esta acción traiga consigo un beneficio, la misma debe ser controlada. Así, volviendo al fuego, podemos decir que esta fuente de IBTEN/UMSA

Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia radiación fue utilizada por los primeros homo sapiens para diversos propósitos, entre ellos: para la iluminación de lugares oscuros (cavernas) y durante la noche, para el calentamiento de sus ambientes, como medio disuasivo para sus depredadores, para la fabricación de algunos utensilios cambiando propiedades y formas de ciertos materiales, y como un irradiador para la cocción de algunos de sus alimentos con el fin de poder consumirlos con mayor facilidad y evitando también la presencia de gérmenes patógenos en los mismos. De ahí en adelante, los humanos encontraron mayores aplicaciones de esta fuente de radiación y con el advenimiento de la revolución industrial, los procesos de combustión adquirieron cada vez mayor importancia en la vida de las sociedades humanas. Los avances del electromagnetismo en el siglo XIX permitieron tener otras fuentes de radiación que permitieron el desarrollo de sistemas de comunicación, la optimización de procesos industriales y la apertura de la vía conducentes a las teorías físicas modernas: teoría de la relatividad y mecánica cuántica surgidas a inicios del s. XX. Justamente, la física cuántica que tiene su dominio en el mundo microscópico (moléculas, átomos y núcleos) permitió el conocimiento de estas estructuras y ese saber condujo a un avance tecnológico impresionante que hasta el presente se manifiesta. Sin saberlo, los humanos utilizaron permanentemente fuentes de radiación de diverso tipo para irradiar de manera controlada diferentes materiales con multiplicidad de fines. En lo que respecta a las aplicaciones pacíficas de la energía atómica y nuclear, el tipo de radiaciones utilizado tiene la propiedad de ionizar directa o indirectamente la materia sobre la cual actúa por lo que se denomina radiación ionizante. Partículas tales como los electrones y positrones (partículas- y +), protones, neutrones, núcleos de helio (partículas ) y radiación electromagnética de alta energía tales como los Rx y los Rpueden ionizar los átomos de la materia que atraviesan, formando pares iónicos (ión positivo-electrón). Las radiaciones ionizantes tienen diversidad de aplicaciones, una de las cuales es la irradiación de materia de diferentes características y con distintos fines. Así, se pueden citar los siguientes ejemplos de empleo de irradiadores funcionando ya sea con R como con haces de electrones y Rx [22, 23]:          

Inhibición de brotes post-cosecha. Extensión de la vida útil mediante el retardo en la maduración. Control de plagas mediante esterilización de insectos. Retardo en la descomposición mediante la eliminación de patógenos. Disminución y eliminación de microorganismos e insectos. Esterilización de productos farmacéuticos y biomédicos. Reticulación (crosslinking) e injerto (grafting) en materiales poliméricos. Aplicaciones en ciencia de materiales. Transformación de cuarzos a piedras semipreciosas. Conservación de bienes culturales (libros, muebles, etc.)

2.2 INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA La radiación al propagarse en un medio interactúa con los átomos y moléculas del mismo depositando su energía lo cual puede provocar diversos fenómenos tanto a nivel microscópico como macroscópico. Para el estudio de la interacción de la radiación con la materia, se consideran dos aspectos: (i) partículas cargadas y (ii) fotones de Rx y R. En el primer caso, la descripción se la realiza mediante la ecuación de Bethe-Bloch y en el segundo, se hace énfasis en los efectos conocidos como fotoeléctrico, Compton y creación y aniquilación de pares. En ambos casos, se puede cuantificar la pérdida de energía del haz de radiación, lo cual está relacionado con la transferencia lineal de energía en la materia con la cual interactúa. Estos conceptos serán discutidos en detalle en los siguientes apartados. Se hace notar que los procesos de interacción de la radiación con la materia cuando la radiación corresponde a flujos de

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia neutrones o de otros hadrones tales como los mesones  o K, en los que la interacción nuclear fuerte juega un papel primordial, no son expuestos en este texto debido a que no son utilizados en las tecnologías de irradiación. 2.2.1 Interacción de partículas cargadas con la materia Desde el punto de vista histórico, este tipo de interacción, fue la primera que se estudió sistemáticamente, lo que dio lugar al descubrimiento de los Rx por Röntgen en 1895 (a partir de haces de electrones) y a las importantes conclusiones respecto a la estructura atómica obtenidas por Rutherford y sus colaboradores en Manchester (a partir de haces de partículas ). En efecto, al estudiar este tipo de interacción, interesan aspectos tales como la dispersión que pueden sufrir las partículas cargadas, así como la energía que depositan en el medio, lo cual está relacionado con conceptos tales como el poder de frenado del medio y la longitud de radiación. Dependiendo del tipo de partículas cargadas que forman parte del haz de radiación, de la energía de las mismas y de los procesos relacionados con su movimiento, pueden producirse diferentes efectos de la interacción de estas partículas con la materia. Así, entre los más comunes podemos mencionar a la ionización de los átomos de la materia que atraviesan, a la producción de radiación de frenado, a la luminiscencia provocada ya sea por efecto Cerenkov o por radiación sincrotrónica, etc. 2.2.2 Interacción de fotones con la materia Cuando se consideran haces de fotones que en el caso de las radiaciones ionizantes serán Rx y R, dependiendo de la energía de las mismas, estas pueden interactuar de diferentes maneras con la materia: en el análisis de estas interacciones, se supone que los fotones actúan como si fuesen partículas y los teoremas de conservación de la energía y momento lineal son aplicables. Se se tienen tres tipos principales de interacción que son de carácter electromagnético: el efecto fotoeléctrico, la dispersión Compton y la producción de pares electrón-positrón [24]. 2.2.2.1 Efecto fotoeléctrico Este proceso consiste en el “arranque” de electrones debido a la incidencia de radiación en los átomos del material. La energía que portan los fotones de la radiación es transferida a los electrones de los átomos que pueden ser “liberados” y además adquirir una energía cinética. Este proceso constituye el mecanismo principal de absorción de fotones de baja energía. El balance energético en este proceso está dado por: Efotón  h  h

c



 Eenlace  ECelectrón , siendo h  6.63 1034 J-s la constante de

Planck, c = 3×108 ms-1 la velocidad de la luz en el vacío y , la longitud de onda de la luz que actúa sobre el material. Las características más importantes de la interacción fotoeléctrica son:   

Sólo ocurre con electrones ligados. Si la energía es suficiente para que se produzca este efecto, el electrón será arrancado de su órbita. El efecto es más pronunciado para materiales con alto número atómico Z y cuando los fotones tienen energías bajas (menores a 0.5 MeV).

2.2.2.2 Efecto Compton Es un proceso de dispersión en el cual, un fotón es dispersado, aumentando su longitud de onda, cuando interactúa con partículas, básicamente con electrones, que a su vez también son dispersados. El fotón dispersado en este proceso tendrá menor longitud de onda y la cuantificación de la pérdida de energía del fotón puede realizarse a través de:  

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h 1  cos   , donde m0 representa la masa de m0c

Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia la partícula que produce la dispersión (en general electrones) y  es el ángulo de dispersión entre el fotón y la partícula dispersada. La interacción Compton tiene como características más importantes:    

Ocurre entre una partícula “libre” y un fotón. La energía cinética transferida a la partícula es directamente proporcional al ángulo de dispersión del fotón dispersado y en promedio crece con la energía del fotón. Es casi independiente del número atómico. Para fotones con energías por encima de los 100 keV, las interacciones Compton en tejido blando (bajo número atómico el material) son mucho más importantes que las interacciones fotoeléctricas o de producción de pares.

2.2.2.3 Creación y aniquilación de pares En estos procesos, un fotón altamente energético puede dar lugar a la creación de un par partículaantipartícula (electrón-positrón) y a su vez, el encuentro de un par partícula-antipartícula se aniquilan dando lugar a dos o más fotones. En esta interacción, un fotón altamente energético (E>1.022 MeV) interactúa con el campo electromagnético que rodea al núcleo. La producción de pares es un típico ejemplo de la equivalencia masa-energía pues un fotón es convertido en un par de partículas con masa.

2.3 TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGÍA (LET) Como se mencionó en 2.2.1, uno de los principales mecanismos de interacción de la radiación con la materia es al correspondiente a partículas cargadas. Las partículas cargadas disminuyen su energía cinética a través de interacciones culombianas con electrones y otras partículas del medio [25]. Una partícula cargada atravesando la materia pierde primariamente su energía ionizando y excitando átomos. Las partículas cargadas en movimiento interactúan electromagnéticamente con los electrones del átomo y transfieren energía a los mismos; esta energía puede ser suficiente para ionizar al átomo o dejarlo en un estado excitado pero no ionizado. Una partícula masiva cargada puede transferir solo una pequeña fracción de su energía en una colisión electrónica simple, suponiéndose que todas las partículas cargadas recorren esencialmente trayectorias rectilíneas en la materia. Se define a la transferencia lineal de energía (LET) como la tasa a la cual la energía de diferentes tipos de radiación se pierde mientras se transporta a través de la materia, una unidad de medida usual para la LET es keV/µm, la cual es energía depositada por unidad de longitud recorrida. La LET es:  Inversamente proporcional al cuadrado de la velocidad (v)  Directamente proporcional al cuadrado de la carga (Q) LET 

Q2 . v2

 dE   , donde dl es la distancia  dl 

La LET de una partícula cargada en un medio se define como LET  

recorrida por la partícula y dE es la energía media perdida debido a las colisiones con transferencia de energía [26]. Se pueden clasificar las radiaciones utilizando el concepto de LET. Así, se tendrán: 1. Radiación de baja LET: Radiación electromagnética, (Rx y R), no tiene masa ni carga, interactúa con la materia produciendo electrones rápidos los cuales tienen una pequeña masa y carga negativa. A causa de la elevada velocidad de los electrones y su pequeña masa las modificaciones que se producen debido a las interacciones están espacialmente muy alejadas una de la otra.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia 2. Radiación de mediana LET: Básicamente constituida por neutrones que son partículas que no tienen carga pero son altamente ionizantes a causa de su masa. 3. Radiación de alta LET: Constituida por partículas α que debido a su gran masa y carga son altamente ionizantes, más que los neutrones, produciendo mucha ionización en pequeñas distancias. La radiación ionizante puede inducir muchos cambios físicos, químicos y biológicos, la clase y extensión de los cambios a menudo dependen de las condiciones físicas de la irradiación, entre las más importantes se cuentan a la energía disipada por unidad de masa (dosis absorbida) en la región de interés. Sin embargo, la calidad de la radiación y su distribución temporal de la energía transferida, ejercen algunas veces una profunda influencia. Varios otros conceptos pueden ser definidos sobre la base de la transferencia de energía por unidad de longitud, entre ellos el de kerma6, eficacia biológica relativa7, etc.

2.4 ELEMENTOS DE DOSIMETRÍA Como se indicó a lo largo del texto, las radiaciones son portadoras de energía la cual l puede ser depositada en el medio por el cual atraviesa provocando principalmente ionización. Esta energía (E) depositada en un medio de volumen (V) y masa (m) puede ser caracterizada a través del concepto de dosis que es básicamente la energía por unidad de masa. Así, la dosis constituye una de las magnitudes más importantes en física de radiaciones y la medición de esta constituye un aspecto esencial y es lo que denominamos dosimetría. La dosimetría de las radiaciones ionizantes se ocupa de la determinación, ya sea por medición o por cálculo, de la dosis absorbida resultante de la interacción de la radiación ionizante con la materia. En general se determina la dosis absorbida, y a partir de ella las otras magnitudes de interés tales como la dosis equivalente, el kerma, la fluencia, la transferencia lineal de energía, etc. En otras palabras, se puede decir que la transferencia de energía es básicamente un proceso en dos etapas [27]. Una descripción sucinta de dosimetría puede hallarse en [28] 2.4.1 Dosis absorbida Esta magnitud considerada de fundamental importancia en dosimetría se define como la cantidad de energía depositada por unidad de masa del material irradiado: D 

dE . Esta definición data de 1950 y dm

primeramente fue definida en términos del sistema cgs, denominándose su unidad como rad. Desde 1975, se adoptó el SI, denominándose la unidad Gy en homenaje a Louis Harold Gray por ser un pionero de la física y biología de las radiaciones. La equivalencia entre ambas unidades es 1 Gy = 100 rad. Otro concepto importante para cuantificar los efectos biológicos de las radiaciones es el de dosis equivalente que está definida de la misma manera que la dosis absorbida pero multiplicada por un factor de calidad que está en relación con la eficacia biológica relativa (EBR) la cual está definida como el efecto biológico de una radiación cualesquiera comparada con el efecto biológico de una radiación de Rx de 200 keV de energía: EBR 

6

dosis de Rx de 200-250 kVp para producir un efecto Z [29]. dosis de la radiación de prueba para producir el efecto Z

Kerma es una abreviatura en inglés (kinetic energy released in material) que es la energía perdida por la radiación al atravesar un medio. La kerma depende del tipo de radiación y del medio de absorción. 7 La eficacia biológica relativa (EBR) es una medida de la calidad de la radiación para provocar efectos biológicos. Al igual que en el caso de la LET, las partículas más masivas provocan mayor ionización y en consecuencia, mayor daño biológico

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La determinación del factor RBE es, en principio directa, pero está supeditada a la gran variabilidad de respuesta de los distintos tipos de tejido. Por lo tanto, para aplicar el factor RBE debemos conocer, no sólo el tipo de radiación sino también el tipo de tejido irradiado. Tal información no está siempre disponible. Se conoce bajo condiciones clínicas y se usa sobre todo en radiobiología. En el campo de protección de la radiación el tipo de tejido que está siendo irradiado no se especifica fácilmente. Por tanto es necesario una cantidad que pueda ser aplicada para todos los tipos de tejido.

2.5 RADIOSENSIBILIDAD El concepto de radiosensibilidad tiene su origen en aspectos biológicos y en particular en los efectos de las radiaciones en los diferentes niveles organizacionales: células, tejidos, órganos, aparatos e individuos de diferentes especies. Por otra parte, es importante indicar que estos efectos dependerán también del tipo de radiación (Rx, R, ,  y neutrones) y eventualmente de la energía de las mismas. Este concepto es esencial en radiobiología y se lo puede utilizar en aspectos de dosimetría citogenética [29, 30], radioterapia [31] y por supuesto en lo que concierne los procesos de irradiación con fines de esterilización [15]. Debido a la complejidad de las reacciones radiobiológicas, es difícil encontrar cifras de referencia como medida de la resistencia a la radiación de los diferentes organismos. De manera similar a la 30 caracterización de drogas venenosas, se utiliza el parámetro LD50 (dosis letales promedio). Esto significa la dosis de radiación que causa el 50% de muertes en los organismos irradiados después de 30 días de la irradiación [32]. En 1.1.3 se introdujo el concepto de dosis letal D10 que es más común en procesos de irradiación confines de esterilización.

2.6 LA OFERTA TECNOLÓGICA Los R de radionúclidos, los haces de electrones de alta energía de los aceleradores de partículas y los Rx producidos por los haces de electrones de alta energía son fuentes adecuadas de radiación ionizante para diferentes aplicaciones, ya que pueden penetrar espesores considerables de materiales sólidos o depositar gran cantidad de energía en las superficies de los mismos. En comparación, la radiación ultravioleta (UV) se utiliza principalmente para el tratamiento de superficies, películas delgadas, agua limpia y aire debido a su poca penetración en materiales opacos. Fuentes de radiación UV típicas no pueden proporcionar suficiente energía de fotones para producir ionización en la mayoría de los materiales. Por lo tanto, todas estas fuentes de energía pueden producir efectos similares en cualquier material irradiado. La elección de una fuente de radiación para una aplicación particular depende de los aspectos prácticos tales como el espesor y la densidad del material, la relación de uniformidad de la dosis, la dosis mínima, velocidad de procesamiento y la economía. Muchos de los aspectos concernientes a radiación gamma y de haces de electrones son básicamente los mismos. En cuanto a las aplicaciones en irradiación de alimentos, la irradiación puede ofrecer un amplio rango de beneficios a la industria alimentaria y al consumidor. Desde un punto de vista práctico hay tres tipos de aplicaciones generales, de acuerdo con la dosis que se use en los alimentos tratados con radiación ionizante. Las dosis se identifican por el valor de la energía de la radiación empleada. La clasificación de las dosis de energía aplicadas comercialmente en la preservación de los alimentos según la FAO/OMS/OIEA, se encuentra detallada en [1, 13, 15, 18] se puede resumir en la Tabla 5. IBTEN/UMSA

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Alimento

Tabla 5. Dosis aplicadas para la preservación de alimentos Objetivo Dosis (kGy) Alargar el periodo de almacenamiento por Inhibición de brotes

0.05 - 0.15

Frutas y verduras (champiñones)

Mejorar las propiedades de almacenamiento retrasando la maduración

0.25 - 1.0

Frutas

Tratamiento de cuarentena a través de la muerte y esterilización de insectos

0.2 - 0.7

Carne

Destrucción de parásitos (Trichinella spiralis) para impedir la transmisión al hombre por vía alimentaría Mejorar las propiedades de almacenaje reduciendo en más del 99% el número de bacterias, hongos y levaduras

0.3 - 0.5

Carne vacuna, pollos, pescados

Extender el período de almacenamiento en refrigeración, durante varios días y hasta semanas, reduciendo el número de microorganismos capaces de crecer a bajas temperaturas

1.0 – 5.0

Carne

Esterilizar alimentos para permitir un almacenamiento a largo plazo sin refrigeración, destruyendo microorganismos patógenos

25 – 45

Algunas frutas y verduras

Dosis bajas

Papas, cebolla, ajos

1.0 – 3.0

Dosis medias Dosis altas

Otros aspectos concernientes a las aplicaciones en la irradiación de alimentos están referidas en 4.4. En lo referente a irradiación de insumos médicos:  Los mecanismos por los cuales organismos vivos son destruidos son los mismos.  Ambos presentan la ventaja de poder ser liberados después de la irradiación.  Ambos utilizan los mismos sistemas dosimétricos, ambas tecnologías son gobernadas por la misma ISO cuando se aplican a esterilización de insumos médicos, ISO 11137 e ISO 13409.  Ambas tecnologías han sido probadas de manera efectiva para la esterilización y son empleadas en el mundo entero. Hay sin embargo significativas diferencias entre los dos procesos de irradiación; los servicios médicos de ingeniería o los administradores regulatorios deberían evaluar cuál de los métodos es el más apropiado en aspectos relacionados al futuro de la compañía, la conversión de una tecnología a otra es bastante simple y las recomendaciones para el cambio son encontradas en las normas ISO citadas. Las principales diferencias entre haces de electrones e irradiación empleando R son: PENETRACIÓN; los R, pueden penetrar más profundamente en los materiales, de vez en cuando colisionan con electrones transfiriendo a estos la suficiente energía como para destruir la carga biológica; luego, los R pueden entonces generar más electrones energizados a medida que viajan por el dispositivo destruyendo la carga biológica directamente. Además, estos electrones de alta energía chocan con otros electrones locales; estos electrones secundarios también tienen la energía suficiente para destruir la carga IBTEN/UMSA

Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia microbiana; lo anterior resulta en un aumento de la dosis ya que el haz penetra en el dispositivo irradiado en cuestión. TASA DE DOSIS O TIEMPO DE PROCESAMIENTO; la tasa de dosis es la mayor diferencia entre las dos tecnologías; la radiación gamma tiene una alta penetración y baja tasa de dosis, en tanto que los haces de electrones (e-beam) tienen una alta tasa de dosis y baja penetración. La radiación gamma es la más adecuada para el tratamiento de "lotes" de cajas en un ciclo de 6-10 horas. El e-beam es un proceso continuo que puede entregar una dosis requerida en 1-2 minutos como cajas individuales pasan por el acelerador de haz de electrones. Cuanto menor es el tiempo de “permanencia/residencia" el proceso de irradiación empleando haces de electrones es menos estresante para los materiales. El proceso de e-beam tiene un tiempo de respuesta más rápido y una mayor flexibilidad en la entrega de una dosis específica cuando se irradian pequeños lotes de producto. Su versatilidad para trabajar con dosis variables es una ventaja. EFECTOS SOBRE EL MATERIAL; mucho se ha escrito acerca de los efectos de la radiación gamma y de ebeam sobre materiales plásticos, el consenso general es que el haz de electrones es más amigable para un dispositivo médico de plástico y su embalaje que la radiación gamma; estas diferencias se atribuyen al tiempo de permanencia más largo de la irradiación gamma en las células durante el cual el ozono y otros compuestos reactivos y el calor pueden acumularse. El tiempo de permanencia corto tiene efectos menos severos sobre los materiales porque los subproductos de la radiación se disipan rápidamente después de la corta irradiación. AMBIENTALES; No hay problemas ambientales directos que afectan a los usuarios finales de los servicios del esterilizador, el irradiador gamma debe hacer frente a mayores costos de contención y de reprocesamiento, en tanto que la energía eléctrica consumida por los irradiadores de haces de electrones es bastante elevada; sin embargo, cuando la alimentación está apagada, la radiación se detiene y no se tiene que pensar en aspectos de reprocesamiento como en el caso de los irradiadores gamma.

2.7 TIPOS DE IRRADIADORES Siendo uno de los objetivos de las tecnologías de irradiación la uniformidad en la entrega de dosis en los objetos a ser irradiados, las configuraciones de los irradiadores tratan de cumplir el propósito señalado y pueden ser caracterizadas según: 1. El blindaje: el cual absorbe la mayor parte de la radiación emitida. 2. El mecanismo de transporte: que es el que conduce al material a ser irradiado dentro del irradiador de manera que sea expuesto a la radiación durante el tiempo necesario para acumular la dosis deseada y se lo retira sin intervención humana. 3. La fuente de radiación: que en el caso de los irradiadores puede tratarse de un material radiactivo o en el caso de los aceleradores de un haz de electrones. Algunos modelos realizan la conversión del haz de electrones en Rx pero por su baja eficiencia de conversión no son muy utilizados. A continuación, se dan detalles de los irradiadores gamma y de haz de electrones. 2.7.1 Irradiadores gamma Más de 200 instalaciones de R se utilizan para diversas aplicaciones industriales, principalmente para la esterilización de dispositivos médicos y para la irradiación de alimentos.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia Los R de 60Co y 137Cs están autorizados por la Administración de Drogas y Bebidas de los Estados Unidos y por las normas internacionales para la irradiación de alimentos [8, 33]. Sin embargo, el 137Cs se utiliza raramente debido a que las grandes fuentes (intensas) no están fácilmente disponibles. Los principales proveedores comerciales de 60Co encapsulados se encuentran en Canadá y en el Reino Unido (MDS Nordion y PURIDEC). El 60Co es un radionúclido producido por el ser humano, puede ser activado mediante la colocación de 59 Co estable en un reactor de energía nuclear, tiene una vida media de 5,26 años, lo que implica una tasa de decaimiento 12,35% anual; su actividad total en la instalación de irradiación se repone mediante la adición de nuevas fuentes de todos los años. Dentro de este tipo de irradiadores, existen cuatro tipos principales [22, 34]: 1. Categoría I (autoblindado): En este caso, la fuente está completamente encerrada en un contenedor que sirve como blindaje de manera que el acceso directo del operador a la fuente no sea posible. El material a ser irradiado debe ser llevado a la fuente. Estos irradiadores reciben también el nombre de gamma-celdas y dependiendo del tamaño de la fuente puede llegar a alcanzar actividades de hasta 30 kCi. 2. Categoría II (panorámico y con almacenamiento de la fuente en seco): En este caso, es posible el acceso a la fuente por lo que debe ser controlado. Cuando la fuente no está siendo utilizada, ella es depositada en un blindaje contenedor. Normalmente se tiene una instalación de concreto que contiene al irradiador y cuya entrada es restringida. 3. Categoría III (autoblindado con agua): En este caso, la fuente está sumergida en el fondo de un tanque de agua cuya misión es la de blindar y evitar el acceso directo del operador a la fuente. En este tipo de irradiadores, se pueden alcanzar actividades de hasta 500 kCi. 4. Categoría IV (panorámico y con almacenamiento de la fuente en agua): En este caso también es posible el acceso a la fuente por lo que debe ser controlado. Sus posiciones son de reposo y de exposición. Este modelo es típicamente el de una planta de irradiación multiuso 2.7.2 Irradiadores con haces de electrones Electrones acelerados con energías de hasta 10 MeV son permitidos por la Administración de drogas y bebidas de Estados Unidos y por las normas internacionales para la irradiación de alimentos [8, 33] este límite de energía fue recomendado para evitar la inducción de nucleídos radiactivos en los alimentos. La penetración de un haz de electrones aumenta en proporción a la energía de los electrones, por lo que es ventajoso utilizar energías de por lo menos 5 MeV para los paquetes de los alimentos, que pueden tener densidades medias de hasta 0,8 g/cm3. Electrones de energías inferiores pueden utilizarse para la irradiación de granos y líquidos debido a sus espesores. Los irradiadores por haces de electrones, son equipos que aceleran electrones dentro de un sistema de vacío. El haz de electrones es utilizado para irradiar directamente los productos o para producir Rx (redireccionando el haz a un blanco de alto número atómico), estos Rx se utilizarán luego para irradiar los productos. La energía debe estar limitada a 10 MeV para haces de electrones y 5 MeV para Rx con el fin de evitar la activación de los materiales como se señaló anteriormente. La penetración de los haces de electrones es pequeña y no pasa de 3.8 cm para agua. Las tasas de dosis que se obtienen son muchos mayores a las que se consiguen con fuentes g por lo que los procesos de irradiación son breves. Este tipo de irradiadores se utilizan con éxito en materiales con el fin de volverlos más rígidos por medio de la reticulación (cross-linking) inducida. Como se señaló anteriormente, es posible producir también Rx con lo que podría sustituirse a los irradiadores ; sin embargo, la conversión de haces de electrones a R es muy poco eficiente del orden de 8% lo que hace que por el momento no sea una buena opción desde el punto de vista económico. Existen dos tipos principales de irradiadores de haces de electrones:

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia 1. Aceleradores de categoría I (irradiador blindado): En este caso la unidad de irradiación está totalmente blindada y no se tiene acceso físico al local de procesamiento. 2. Aceleradores de categoría II (irradiador dentro de una sala blindada): En este caso, la unidad de irradiación está dentro de una sala blindada con un sistema de seguridad para evitar su acceso durante el funcionamiento. A estos tipos de irradiadores, se pueden añadir los irradiadores por Rx que se producen por la interacción de haces de electrones con un determinado blanco. Esta tecnología está íntimamente relacionada con la de e-beam aunque todavía no está completamente optimizada. En 4.1 se hará una referencia a la misma comparándola con las correspondientes a irradiadores gamma y de haces de electrones.

3 CONSIDERACIONES SOBRE EL MERCADO Para el emprendimiento de cualquier instalación, es necesario un análisis de mercado para así poder planificar la estrategia para la puesta en marcha, funcionamiento y duración de las instalaciones de manera que las mismas sean sostenibles y sustentables en el tiempo.

3.1 MERCADO INTERNO Como es conocido, en Bolivia no se ha implementado aún el uso de radiaciones ionizantes con el fin de garantizar inocuidad de alimentos, esterilización adecuada de insumos médicos, utilización en ciencia de materiales tanto para investigación básica como aplicada. Para poder referirnos al mercado interno, debemos hacer algunas puntualizaciones las cuales se dan a continuación: El estado actual de la inocuidad alimentaria en Bolivia está controlado por el Servicio Nacional de Sanidad Agropecuaria e Inocuidad Alimentaria (SENASAG). Entre los Programas Nacionales que están priorizados por el SENASAG se pueden mencionar: (i) (ii) (iii) (iv)

Erradicación de la Fiebre Aftosa (PRONEFA). Sanidad Aviar (PRONESA). Erradicación de las Moscas de la Fruta (PROMOSCA). Inocuidad Alimentaria (PROINAL)

Estos programas demandan la participación de organismos de cooperación técnica y recursos financieros para alcanzar sus metas propuestas en el control y erradicación de enfermedades y plagas que afectan a la agropecuaria nacional; asimismo, reducir los riesgos químicos, físicos y biológicos en los alimentos frescos y procesados. La Ley 2061, confiere al SENASAG la competencia de “Garantizar la inocuidad de los alimentos en los tramos productivos y de procesamiento que correspondan al sector agropecuario y realizar la certificación de la inocuidad alimentaria de productos alimenticios de consumo nacional, de exportación e importación”, que se constituye en el Objetivo General de la Unidad Nacional de Inocuidad Alimentaria. Lo anterior ha permitido tener bajo control oficial a plantas de procesamiento y a importadoras de alimentos, garantizando la inocuidad en los productos provenientes de ellas a través del otorgamiento del Registro Sanitario. En ese sentido, se estableció y está vigente en el país, un marco normativo en materia de Buenas Prácticas de Manufactura, y procedimientos para Registro Sanitario. Por otra parte, el SENASAG tiene competencia directa en la fiscalización de la producción primaria, elaboración, importación y certificación de exportaciones de alimentos y bebidas para consumo humano

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia y no así en la fiscalización del expendio, eslabón en el cual pueden perderse las condiciones de inocuidad. Dado que una de las atribuciones que al SENASAG le otorga el Decreto Supremo 25729, de:  



Dirigir el programa nacional de inocuidad de alimentos en coordinación con el Ministerio de Salud y los Gobiernos Municipales. Proponer acciones para trabajar bajo el concepto de Sistema Integrado de Inocuidad de Alimentos para garantizar esta calidad sanitaria y regular las actividades relativas a la producción de alimentos, desde la producción primaria hasta la distribución del alimento procesado para su consumo por la población, requiriendo un planteamiento integrado y sistemático "de la granja a la mesa" en el que productores, elaboradores, transportistas, vendedores y consumidores desempeñan un papel fundamental para garantizar la inocuidad y calidad de los alimentos. Desarrollar su trabajo de fiscalización de manera armónica y coordinada.

Por los antecedentes anteriores, se ve claramente que el SENASAG es una institución preponderante en caso de que se establezcan facilidades de irradiación puesto que establece la normativa concerniente a la inocuidad alimentaria y puede constituirse en el puente entre

3.2 MERCADO EXTERNO La contaminación de alimentos puede afectar el comercio internacional por rechazos de los países compradores, lo que genera consecuencias serias en las economías de los países productores. De acuerdo con datos de la Administración de Alimentos y Drogas de Estados Unidos, se produjeron 3645 rechazos de alimentos provenientes de América Latina en el período septiembre 2004 a septiembre 2005, de los cuales, el 77% es atribuible a problemas de inocuidad. Es un tema de indudable importancia ya que el comercio regional de los alimentos forma parte de la estrategia para el desarrollo social y económico de estos países y se tiene un código alimentario el cual es renovado y actualizado cuatrienalmente y cuya última versión apareció en 2013 [33]. El actual desafío entonces no sólo lo constituye la oferta de volúmenes importantes de estos alimentos, sino también, de alimentos de calidad con “garantía de inocuidad” para los consumidores. Estados Unidos ha introducido a lo largo de los años una variedad de leyes, normas y regulaciones que afectan a la importación de productos agrícolas y alimentarios. Las principales limitantes de acceso al mercado son: • Sanitarias y fitosanitarias. • Cuotas y picos arancelarios. • Aranceles. • Requisitos de inocuidad, etiquetado y trazabilidad de alimentos y ley de bioterrorismo, Así por ejemplo, en el caso colombiano, se emplea radiación ionizante para la exportación de frutas, a partir de ahora las plagas cuarentenarias que azotan la exportación de frutas colombianas pueden ser asunto del pasado. La razón está en la radiación ionizante a la que están siendo sometidas las frutas colombianas como producto de la unión de los sectores público y privado en aras de mejorar la calidad de las frutas nacionales para que ingresen con la mayor calidad en el exigente mercado internacional. Respecto a la aplicación de medidas sanitarias y fitosanitarias, estas tienen como objetivo evitar el ingreso al país de plagas y/o enfermedades animales y/o vegetales dependiendo del riesgo que

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia entrañen. El U.S. FDA ha establecido y publicado un procedimiento para evaluar el riesgo que representa la importación de productos animales y vegetales. Sin embargo, la toma de decisiones para concluir este proceso y autorizar el acceso es extremadamente lento (hasta varios años) y susceptible de influencias políticas. Estados Unidos también mantiene un gran número de normas y reglas que gobiernan la higiene e inocuidad de los alimentos importados que cada vez son más exigentes. Por ejemplo, el uso del sistema HACCP (Análisis de Riesgos en Puntos de Control Críticos) hoy aceptado internacionalmente y obligatorio para los frigoríficos que quieren exportar carnes rojas, productos de pesca y jugos a los Estados Unidos, fue exigido inicialmente a su propia industria por problemas internos de los Estados Unidos (brotes epidémicos de E. coli, salmonelosis, etc.), obligando a los exportadores a absorber el costo adicional de incorporar los mismos si desean exportar a Estados Unidos. Esta situación se ha repetido con la aparición de la encefalopatía espongiforme bovina, más conocida como la enfermedad de la “vaca loca” en diciembre de 2003, obligando a que países sin esta enfermedad como la Argentina, cumplan con requisitos internos de Estados Unidos para evitar la interrupción de sus exportaciones.

3.3 CORREDORES DE EXPORTACIÓN Bolivia es un país que exporta principalmente materia prima y algunos productos agropecuarios. El hecho de la dificultad de cumplir con normas de países potencialmente compradores de estos productos hace que el mercado internacional no pueda expandirse. La tecnología de irradiación puede coadyuvar a que las posibilidades exportadoras aumenten y consecuentemente lograr mayores ingresos para los productores nacionales. La irradiación de insumos médicos y alimentos elaborados puede incentivar a empresarios bolivianos a incursionar en este tipo de industrias.

3.4 MATRIZ DE OPORTUNIDADES Para la viabilidad de este proyecto, se debe elaborar un plan estratégico que comprende un análisis del entorno y otro interno. A su vez, el análisis del entorno debe hacérselo de manera genérica y específica; mientras que en el análisis interno se considerarán aspectos tales como: análisis funcional y de recursos y capacidades, la cadena del valor y el benchmarking o análisis comparativo. Con base en los aspectos anteriores, es posible construir la matriz de oportunidades de mejora que es una herramienta diseñada para facilitar la toma de decisiones respecto a la elaboración de propuestas de mejora de la memoria de autoevaluación o, en su caso, la actualización de objetivos del Plan de Centro. El uso de esta herramienta es sencillo, dado que los cálculos requeridos se llevan a cabo de manera automática. Una vez obtenida la matriz de oportunidades se complementa con el diagnóstico fortalezas-oportunidadesdebilidades-amenazas (FODA) que se detalla en 5.1.

4 CONSIDERACIONES TÉCNICO-ECONÓMICAS Un análisis en aras de obtener la tecnología más adecuada para las necesidades de Bolivia es imprescindible de manera que se puedan justificar las prácticas consiguientes tomando en cuenta aspectos técnicos, económicos y de sostenibilidad desde el punto de vista ecológico lo que implica el mantenimiento del sistema por sí mismo [35]. En esta sección, se profundizará en cuestiones relativas a tecnologías de irradiación y eventualmente se compararán con otras tecnologías.

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4.1 ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS Como se mencionó en 2.7, existen diferentes ofertas en cuanto a irradiadores, siendo los más comunes los que utilizan fuentes de 60Co y los de haces de electrones; sin embargo, la utilización de Rx es otra alternativa que está en proceso de expansión y mejora. En la Tabla 6 se muestran las ventajas y desventajas de cada tipo de irradiador. Tabla 6. Principales ventajas y desventajas de cada sistema de irradiación. Tomado de [23].

4.2 IRRADIACIÓN GAMMA VS. HACES DE ELECTRONES Aunque en la sección anterior se hizo referencia a tres alternativas tecnológicas para la irradiación, en lo que sigue se mostrarán las principales ventajas y desventajas de cada una de ellas cuando se las aplica a la irradiación de alimentos. Cabe destacar que nuestro análisis es restringido en el sentido de que la primera y más importante de las aplicaciones comerciales que se pretenderían hacer en caso de que se instalará un irradiador en el país, es la concerniente a su utilización en alimentos puesto que desde el punto de vista económico y de impacto en la sociedad, es la que más se manifestaría. En la Tabla 7 se muestran los pros y contras en la utilización de irradiación gamma y haces de electrones en alimentos. Evidentemente, este análisis es genérico y amerita de refinamientos considerando las características de cada tipo de alimento (tales como su composición en grasas) , las dosis utilizadas y otros aspectos. Para cada tipo de tecnología de irradiación se pueden mostrar ventajas adicionales. Así, para la irradiación gamma se tendrán como ventajas adicionales:   

La alta penetración de los R La homogeneidad de la radiación. Irradiación constante en el tiempo.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia Tabla 7. Ventajas y desventajas de la utilización de la irradiación gamma y haces de electrones en alimentos. Ventajas 

Aumenta en pocos grados la temperatura del alimento, por esto las pérdidas de nutrientes son muy pequeñas.



Las propiedades de los alimentos no se modifican



Estudios científicos avalan la seguridad de esta técnica



Aumento de la protección del consumidor destruyendo organismos patógenos en los alimentos.



Es el mejor sustituto de la fumigación de frutas y hortalizas para evitar las plagas.



Se puede sustituir a los productos químicos perjudiciales.



Mayor seguridad de abastecimiento a las grandes urbes, alejadas de los centros de producción.



Incremento de las alternativas tecnológicas disponibles para evitar el deterioro y la destrucción de los productos y reducir las cuantiosas pérdidas económicas que esto provoca.



Cumplimiento de los requerimientos internacionales en cuanto a calidad bacteriológica.



Cumple con los estándares de calidad de los mercados internacionales.



Ahorro del consumo energético producido por fuentes fósiles.



Control de la putrefacción bacteriana, control de los microorganismos patógenos, control de los parásitos de los alimentos, control del crecimiento y propagación de insectos, inhibición del brote de retoños, retraso de la maduración, mantenimiento de la calidad de los productos.

Desventajas 

La opinión de los consumidores es contraria a esta técnica.



Procedimientos actuales suficientes (no hay necesidad imprescindible).



Imagen negativa de los productos irradiados (confusión entre los frescos y los irradiados).

En tanto que las ventajas adicionales de la irradiación con haces de electrones son:

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia   

Solo se consume energía eléctrica cuando se lo utiliza. El producto está disponible después de pocos minutos. Existe la posibilidad de control unitario en cada sección de acondicionamiento.

4.3 INSTALACIONES EXPERIMENTALES E INDUSTRIALES. ¿COMPLEMENTARIEDAD O EXCLUSIVIDAD? Existen dos aspectos fundamentales en el desarrollo de un proyecto que contemple la instalación de irradiadores. Por un lado, debe garantizarse que las investigaciones y pruebas experimentales deben ser el soporte de las aplicaciones con fines industriales. Por otra parte, las instalaciones industriales deben garantizar la demanda nacional de la manera más eficiente. Tomando en cuenta estos dos factores, se hace deseable que se tengan: 1. Al menos una instalación experimental y de investigación que esté coordinada por instituciones dedicadas a la investigación en física nuclear y de radiaciones, química e ingeniería de alimentos, ciencia de materiales, conservación del patrimonio, etc. que permitan desarrollar procesos y protocolos que puedan ser aplicados posteriormente a las instalaciones mayores. Como ejemplos de estas instituciones se puede mencionar al IBTEN, la UMSA y otras universidades. Dada la concentración de este tipo de instituciones en La Paz, esta ciudad podría ser la sede donde se instale un irradiador con fines de investigación. 2. Una instalación con fines industriales debe ser instalada preferentemente en un lugar cercano a donde se concentran los procesos tanto de producción de alimentos como industrial. En el caso concreto de Bolivia, sería aconsejable tener una instalación de este tipo en el departamento de Santa Cruz. Por lo expuesto, se ve que debe haber un trabajo sinérgico entre ambos tipos de instalaciones y la complementariedad entre ambas es menester.

4.4 COSTO Y FINANCIAMIENTO DE EDIFICIOS, EQUIPAMIENTO E INFRAESTRUCTURA Como se mencionó en 2.6 y en 4.3, existen diferentes ofertas para emprendimientos de implementación de las tecnologías de irradiación en Bolivia. Es difícil referirse a cifras exactas mientras no se tenga bien definido el proyecto pero se puede mencionar alguna información que se tiene acerca de costos y comparación entre los diferentes tipos de irradiadores. Por ejemplo para pequeñas instalaciones ya sea que contengan irradiadores tipo gamma-cell o irradiadores de Rx los costos estimados para el montaje de una instalación de este tipo pueden ir entre los 150 k$us a 300 k$us. En estos casos, las instalaciones son dedicadas principalmente a la investigación y eventualmente a procesos tales como la irradiación de sangre. En tanto que si se hace referencia a plantas de irradiación multipropósito los precios son mucho más elevados y dependerán también de los gastos que se tengan en obras civiles. Como ejemplo ilustrativo, se mencionará el caso de Sri Lanka, país en el cual se ejecutó un proyecto de instalación de una planta de irradiación gamma multipropósito. Los costos mencionados en dicho proyecto contemplaban el equivalente aproximado de 2.4 M$us para obras civiles, 2 M$us para el equipamiento y la maquinaria y 1.55 M$us para otros gastos lo que hace un total de 6.95 M$us [36]. Es de hacer notar que las cifras son referenciales puesto que no se especifica la capacidad de la planta de irradiación en Ci. En lo concerniente a irradiadores con haces de electrones y Rx, el costo es mayor en un 50% si la razón

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia potencia [kW]/actividad [Mci] es pequeña pero a medida que crece esta relación la brecha de costos disminuye e inclusive si la razón supera un valor límite (aproximadamente de 0.9), los costos de la instalación y uso de irradiadores de haces de electrones y Rx es menor a la de un irradiador gamma. Está claro que en cualquier situación, se debe prever costos de funcionamiento y mantenimiento que pueden alcanzar los 30 k$us en el caso de los irradiadores de investigación y de más de 100 k$us en el caso de las plantas multipropósito.

4.5 COMPARACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE IRRADIACIÓN CON OTRAS TÉCNICAS Como se mencionó anteriormente, existen otras técnicas sobre todo en lo que a utilización en alimentos se refiere y más concretamente a casos de conservación y esterilización de los mismos. Se pueden citar varios métodos desde los ancestrales como el deshidratado, pasando por los fácilmente realizables en la vida cotidiana, como es el de congelación, y terminando con los métodos químicos y radiológicos como la utilización de óxido de etileno (OE) y de R, Rx y haces de electrones. En lo que a la deshidratación se refiere, es un método ancestral que permite conservar ciertos alimentos pero alterando sus propiedades organolépticas. Ejemplos de alimentos de este tipo son las pasas de uva, las ciruelas pasas, el chuño, el charque, etc. En cuanto a la congelación como método, este ha sido estudiado más sistemáticamente y es utilizado ampliamente. Así, en la Tabla 8, se presentan las cantidades de energía necesarias para congelar y conservar un kilogramo de producto por un periodo de seis meses, considerando que los productos se procesan desde una temperatura ambiente de 25 °C, que se enfrían hasta la temperatura de congelación, que después se congelan y finalmente se enfrían hasta una temperatura de – 23 °C. En cuanto al OE, este ha sido utilizado con éxito desde 1940. Está basado en un proceso de difusión de gases y es capaz de esterilizar productos liberándolos por completo de microorganismos viables; por ejemplo, elimina fácilmente E. coli, salmonella, estreptococos, virus, la mayoría de hongos, demostrándose además que no existe ningún organismo totalmente resistente a la acción del OE. Aunque, no elimina fácilmente los bacillos dado que estos forman esporas. Por otra parte, la esterilización con OE es un proceso flexible que se puede usar para esterilizar la mayoría de los dispositivos médicos. El OE es considerado como el método de esterilización más usado para los dispositivos médicos debido a su compatibilidad en general con diversos materiales, resinas y tipos de productos, tales como:      

Productos basados en resinas de polímeros. Dispositivos de un solo uso. Paquetes para procedimientos quirúrgicos. Charolas con instrumental quirúrgico. Ropa sintética para hospitales. Esterilización Terminal Externa de dispositivos combinados con fármacos (jeringas pre llenadas y stents cubiertos con ingredientes activos farmacéuticos).

Por todo lo anterior, no es sorprendente que en Estados Unidos de América, existan aproximadamente 1200 hospitales que utilizan el OE para esterilización y que el 75% de los dispositivos utilizados en los mismos sigan este proceso de esterilización. Una empresa muy importante en procesos de esterilización ya sea con OE o con irradiación es STERIGENICS que posee 40 plantas distribuidas en América, Europa y Asia.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia Tabla 8. Potencia requerida por kg para la congelación y conservación de diferentes productos. CARGA TÉRMICA (kJ h-1) PRODUCTO

ENFRIAMIENTO + 0 °C

CONGELACIÓN

ENFRIAMIENTO

POTENCIA REQUERIDA

-0 °C

kW

Papa

11.08

13.01

5.06

0.0081

Cebolla

12.36

14.84

5.40

0.0091

Ajo

9.29

10.17

4.45

0.0066

Camote

10.65

12.34

4.93

0.0078

Hongos

12.58

15.18

5.47

0.0092

Corte de Res

8.27

8.17

3.87

0.0056

Salmón

10.14

10.67

4.27

0.0070

Corte de cerdo

8.43

8.17

3.78

0.0057

Pollo fresco

11.52

12.34

4.46

0.0079

Mango

11.49

13.51

5.12

0.0084

Melón

12.83

15.34

5.43

0.0093

Guayaba

11.80

13.84

5.15

0.0086

Aguacate

9.53

10.84

4.69

0.0070

Fresa

12.42

15.01

5.46

0.0091

Limón

12.60

14.84

5.28

0.0091

Naranja

12.10

14.51

5.36

0.0089

Papaya

12.53

15.18

5.49

0.0092

Durazno

12.36

14.84

5.40

0.0091

Sandia

12.55

15.51

5.66

0.0094

Manzana

11.91

14.01

5.18

0.0086

Frutas Secas

5.51

3.84

2.90

0.0034

A diferencia de las técnicas de conservación por congelación, por medio de la irradiación es posible el tratamiento de productos de mayor espesor debido al gran poder de penetración de los R, los cuales son emitidos en forma espontánea por el 60Co durante su decaimiento radiactivo, a razón de tres fotones de radiación gamma (con energías de 0.693 MeV, 1.1732 MeV y 1.3325 MeV y con probabilidades de 0.0163%, 100% y 100%, respectivamente). Además, al tener un decaimiento -,

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia también emite electrones con una energía máxima de 0.3179 MeV y una probabilidad del 100%. El período de semidesintegración de este radioisótopo es de 5.271 años. La irradiación no es en sí un método para el almacenamiento de productos agrícolas, es un método para la esterilización bacteriana, el cual no incrementa el nivel normal de radioactividad de los productos sin importar la dosis suministrada; la dosis que se aplica a los diferentes productos está regulada por normas internacionales. La dosis que debe recibir cada producto para su esterilización es el parámetro más importante en la irradiación de alimentos, entendiéndose por “dosis” (véase 2.4.1) a la cantidad de energía que absorbe el producto; por otra parte, esta energía absorbida es función de la energía por unidad de tiempo que emite la fuente de radiación; es decir, de la actividad de esta, del tiempo durante el cual el producto es expuesto a la acción de la fuente, de la posición del producto con relación a la fuente y de las características físicas del producto incluido su empaque. Por esta razón es que diferentes clases de aplicación requieren del suministro de una diferente dosis. Se han clasificado la intensidad de la dosis en tres clases diferentes; 1. Dosis altas de 10 a 50 kGy. 2. Dosis medias de 1 a 10 kGy. 3. Dosis bajas de menos de 1 kGy. De manera general, las dosis recomendadas y sugerencias para la irradiación formuladas por el International Consultative Group on Food Irradiation (ICGFI) [37] se muestran en la Tabla 9. Como se indicó anteriormente, se deben además tener en cuenta las recomendaciones del CODEX de estándares generales para alimentos irradiados [8]. Un aspecto que se plantean los usuarios de los servicios de irradiación es si esta puede revertir el proceso de putrefacción de los alimentos. En realidad, esto no es posible ni utilizando radiación o cualquier otro método. Una vez que el proceso de putrefacción comienza, el cambio en las propiedades físicas y químicas de los alimentos es irreversible. Si bien la irradiación puede eliminar los microrganismos causantes de la putrefacción, si esta ha comenzado, las propiedades organolépticas se verán modificadas y como consecuencia, el producto debe ser desechado. Las pérdidas de los productos agrícolas en la etapa poscosecha en países desarrollados, se estima en un 5 al 20%, mientras que en países subdesarrollados de un 20 al 50%, por lo que es necesario adoptar una serie de metodologías para que la industria aumente su eficiencia y rendimiento, y que de esta forma pueda subsistir y crecer dentro de mercados competitivos [18]. Para terminar esta sección vale la pena desmitificar algunas cuestiones relacionadas con productos irradiados:   

 

Los alimentos irradiados no se vuelven radiactivos por causa de la irradiación. Los términos alimento irradiado y alimento radiactivo son completamente diferentes. Los alimentos irradiados no se vuelven tóxicos, aunque se deben seguir protocolos especiales para alimentos que contienen grandes cantidades de grasa para evitar la formación de compuestos potencialmente cancerígenos que pueden ser sintetizados por grandes dosis de radiación. En este sentido, en general, los alimentos ricos en grasas son sometidos a bajas dosis de radiación. El consumir alimentos irradiados no inducen alteraciones cromosómicas. Los radicales libres formados en el proceso de irradiación no afectan a la seguridad del alimento.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia  

La irradiación no afecta al valor nutricional de los alimentos. No existe ningún riesgo por el hecho de que los alimentos irradiados estén en contacto con embalajes de plástico o de cartón.

Tabla 9. Dosis recomendadas para diferentes productos de acuerdo a la utilidad que se persiga. UTILIDAD

DOSIS (kGy)

PRODUCTOS

Dosis Bajas (hasta 1 kGy) Inhibición de retoños

0.05 – 0.15

Papas, cebollas, ajos, jengibre, camote, etc.

Desinfección de insectos y parásitos

0.15 - 0.5

Cereales, frutas secas y frescas, pescado y carne seca, cerdo fresco, etc.

Retraso de procesos fisiológicos (por ejemplo maduración)

0.25 – 1.0

Vegetales y frutas frescas

Dosis Medias (1 – 10 kGy) Extensión de la vida en anaquel Eliminación de la putrefacción y microorganismos patógenos.

1.0 – 3.0

Pescado fresco, fresas, hongos, etc.

1.0 – 7.0

Alimentos marinos frescos y congelados, aves crudas o congeladas y carne de res, etc.

2.0 – 7.0

Uvas (aumento en el rendimiento de jugo), vegetales deshidratados (reduce el tiempo de cocimiento), etc.

Mejora de propiedades tecnológicas de los alimentos.

Dosis Medias (10 – 50 kGy) Esterilización industrial (en combinación con calor)

Descontaminación de ciertos aditivos en los alimentos y en los ingredientes.

30 – 50

Res, pollo, alimentos marinos, alimentos preparados, dietas de hospitales esterilizadas.

10 – 50

Especies, enzimas conservadoras, gomas naturales, etc.

Si bien la utilización de las tecnologías de irradiación no constituye la “panacea”, esta implica grandes beneficios en su uso como se señaló en las secciones anteriores y en la Tabla 9.

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5 ESTRATEGIA DE IMPLEMENTACIÓN Como se indicó en 3.4, para el inicio de la elaboración del proyecto, se deben realizar los diagnósticos FODA que se muestran para alimentos y materiales médico-quirúrgicos.

5.1 DIAGNÓSTICO FODA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE IRRADIACIÓN APLICADAS ALIMENTOS La Tabla 10 muestra la matriz FODA para la implementación de tecnologías de irradiación de alimentos. Tabla 10. Matriz del diagnóstico FODA para la utilización de irradiación en alimentos. FORTALEZAS           

Tecnología innovadora Mayor aceptación frente a otros procesos de Irradiación. Tratamiento competitivo. Sustentabilidad a largo plazo. Alimentación por energía eléctrica disponible en la Región. Irradiación de grandes volúmenes en tiempos Relativamente cortos. Posibilidad de procesar distintas configuraciones de productos. Buena Uniformidad de dosis. Tratamiento limpio que permite el uso inmediato de alimento irradiado.

OPORTUNIDADES  

 

  

DEBILIDADES       

Alto consumo energético e inestabilidad de las redes eléctricas. Poca difusión de la tecnología. Caracterización del mercado incompleta. Poca experiencia en el uso de la tecnología. Falta de recursos humanos calificados en operación, seguridad, dosimetría). Necesidad de disponer de grandes volúmenes a ser irradiados. No hay proveedores locales de tecnología.

AMENAZAS          

 

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La región tiene mercado para alimentos tratados por radiación. El mercado requiere que los alimentos provenientes de países exportadores estén libres de plagas. Muchos países de alto consumo aceptan en su mercado alimentos irradiados. La implementación de la tecnología es mucho más viable que anteriormente, debido a la disponibilidad de distintas variedades de equipos Información de respaldo que avala la tecnología. Existen múltiples proveedores de equipos. Sustituye el uso de agentes químicos utilizados para desinfestación con un menor impacto ambiental.

Recursos limitados. Soporte de investigación insuficiente: Infraestructura y personal. No tener un buen plan de inversión Hacer suposiciones erróneas sobre la demanda de alimentos irradiados EB/RX. Resistencia de cambio por parte de los usuarios de las otras tecnologías. Optimización de las otras tecnologías. Regulación de los países importadores restrictiva. Cambios no apreciables en la regulación actual. Efectos ambientales por incremento de uso de compuestos químicos, por falta de oferta nuevas plantas de e-beam. Ataque de grupos ambientalistas. Falta de respuesta de algunos países de la región.

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5.2 DIAGNÓSTICO FODA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE IRRADIACIÓN APLICADAS A MATERIALES MÉDICO-QUIRÚRGICOS La matriz de diagnóstico FODA para la utilización de irradiación en materiales médico-quirúrgicos es mostrada en la Tabla 11. Tabla 11. Matriz del diagnóstico FODA para la utilización de irradiación en materiales médicoquirúrgicos. FORTALEZAS           

Tecnología innovadora Mayor aceptación frente a otros procesos de Irradiación. Tratamiento competitivo. Sustentabilidad a largo plazo. Alimentación por energía eléctrica disponible en la Región. Irradiación de grandes volúmenes en tiempos Relativamente cortos. Posibilidad de procesar distintas configuraciones de productos. Buena Uniformidad de dosis. Tratamiento limpio que permite el uso inmediato de alimento irradiado.

OPORTUNIDADES  

 

  

DEBILIDADES       

Alto consumo energético e inestabilidad de las redes eléctricas. Poca difusión de la tecnología. Caracterización del mercado incompleta. Poca experiencia en el uso de la tecnología. Falta de recursos humanos calificados en operación, seguridad, dosimetría). Necesidad de disponer de grandes volúmenes a ser irradiados. No hay proveedores locales de tecnología.

AMENAZAS          

 

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La región tiene mercado para alimentos tratados por radiación. El mercado requiere que los alimentos provenientes de países exportadores estén libres de plagas. Muchos países de alto consumo aceptan en su mercado alimentos irradiados. La implementación de la tecnología es mucho más viable que anteriormente, debido a la disponibilidad de distintas variedades de equipos Información de respaldo que avala la tecnología. Existen múltiples proveedores de equipos. Sustituye el uso de agentes químicos utilizados para desinfestación con un menor impacto ambiental.

Recursos limitados. Soporte de investigación insuficiente: Infraestructura y personal. No tener un buen plan de inversión Hacer suposiciones erróneas sobre la demanda de alimentos irradiados EB/RX. Resistencia de cambio por parte de los usuarios de las otras tecnologías. Optimización de las otras tecnologías. Regulación de los países importadores restrictiva. Cambios no apreciables en la regulación actual. Efectos ambientales por incremento de uso de compuestos químicos, por falta de oferta nuevas plantas de e-beam. Ataque de grupos ambientalistas. Falta de respuesta de algunos países de la región.

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5.3 CREACIÓN DEL GRUPO PROMOTOR DE LA TECNOLOGÍA DE IRRADIACIÓN (GPTI) Un aspecto primordial tanto para el proceso de implementación de la tecnología de irradiación así como para el proceso mismo de utilización de esta tecnología, es la creación de un comité técnico de irradiación tal como se lo hizo en Uruguay. La aplicación de esta idea es sugerida como conclusión de la primera reunión del proyecto RLA5066. En Bolivia, se pretende crear el GPTI con la participación de instituciones públicas y privadas tales como: el IBTEN, IBNORCA, SENASAG, Ministerios de Desarrollo Productivo y Economía Plural, de Planificación del Desarrollo, de Desarrollo Rural y Tierras, de Salud, de Hidrocarburos y Energía, y de Medio Ambiente y Agua, universidades públicas y privadas, productores agropecuarios, industrias farmacéuticas, de materiales y empresarios en general que sean potenciales usuarios de los servicios de irradiación. El GPTI debe acompañar todos los procesos de la implementación de la tecnología de irradiación de manera que pueda hacerse una evaluación precisa de las necesidades y demandas de estos servicios lo que garantizará a su vez la sostenibilidad de las instalaciones a ser implementadas. 5.4 FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS Este aspecto es esencial para lograr la implementación de la tecnología de irradiación para lo cual se debe trabajar estrechamente con universidades del sistema universitario nacional y también buscar potenciales instituciones académicas extranjeras aliadas. Por otra parte, es esencial que las personas que trabajen es estas instalaciones tengan una sólida base en protección radiológica lo cual se garantizará con el curso de licenciamiento que es administrado por las Carrera de Física de las universidades públicas y el IBTEN. 5.4.1 Licenciamiento de los trabajadores en tecnología de irradiación Periódicamente se realiza un curso con el fin de licenciar a los trabajadores ocupacionalmente expuestos (TOEs). Este curso lo administran las Carreras de Física de universidades del sistema boliviano y tiene como objetivos fundamentales:  

Dotar a los TOEs de las bases de radioprotección de manera que su trabajo sea eficiente y cumpliendo los principios de la filosofía de la protección radiológica. Concienciar a los TOEs en lo que respecta al uso adecuado de radiaciones ionizantes.

Este curso es requisito indispensable para cualquier persona que trabaje con radiaciones ionizantes y en particular para aquellas que vayan a desarrollar actividades en las instalaciones de irradiación. 5.4.2 Materias especializadas en tecnología de irradiación en los planes de estudio universitarios Dadas las características del sistema nacional universitario, es fuertemente aconsejable que la formación de recursos humanos comience en las diferentes Carreras de las universidades del sistema. Así por ejemplo, en la UMSA, se podrían administrar las siguientes cátedras: Carrera de Física:   

Biofísica. Física de las radiaciones. Elementos de dosimetría y de protección radiológica.

Carrera de Química 

Radioquímica.

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Bases para la implementación de las tecnologías e irradiación en Bolivia Carrera de Ingeniería Química 

Irradiación de alimentos.

Carrera de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales 

Propiedades físicas de materiales irradiados.

Carrera de Radiología 

Utilización de radioisótopos en medicina nuclear.

Carreras de Biología y Bioquímica  

Dosimetría citogenética. Efectos biológicos de las radiaciones.

5.4.3 Cursos de posgrado En lo concerniente a posgrados, se tiene previsto realizar un Diplomado organizado por las Carreras citadas en 5.4.2 haciendo énfasis en aplicaciones nucleares tales como la tecnología de irradiación, el uso de radionúclidos, la fluorescencia de Rx y la activación neutrónica. En particular, se puede tomar [38] como un texto de referencia en la parte concerniente a irradiación gamma Por otra parte, dado que el grado terminal en estas Carreras corresponde al posgrado, se incentivará a que los estudiantes encaren sus proyectos de grado en temáticas relacionadas a aplicaciones nucleares. 5.4.4 Aspectos divulgativos Finalmente, como parte importante de la interacción con la sociedad, se pretende divulgar a todos los niveles información concerniente a las aplicaciones nucleares, en particular las relacionadas con el uso de tecnologías de irradiación.. Se pretende coordinar con redes tales como LANENT. El conocimiento adecuado de los actores sociales acerca de los beneficios de las tecnologías de irradiación, es parte esencial para su aceptación y su posible uso extendido en el país.

6 CONCLUSIONES Por lo expuesto a lo largo de esta monografía, se puede concluir que la introducción de tecnologías de irradiación es de capital importancia en Bolivia puesto que los beneficios de las mismas incidirán principalmente en aspectos relacionados a la salud de la población. Por otra parte, el impacto económico positivo en productores y exportadores hacen de esta iniciativa una importante veta de mejoramiento en los ingresos económicos tanto de empresas privadas como estatales, así como de pequeños exportadores. Es urgente la formación de un Grupo Promotor de la Tecnología de Irradiación en Bolivia, cuya misión será la de efectuar los proyectos de factibilidad para la instalación de facilidades de irradiación en Bolivia. También será el responsable de hacer el seguimiento hasta la puesta en operación de dichas facilidades. Finalmente, será el encargado de sugerir normas y proponer proyectos de investigación y/o aplicación una vez que las instalaciones estén en funcionamiento.

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