¿Cómo se puede comprobar si un determinado tipo de madera no es de origen ilegal analizando solamente los elementos químicos de una muestra? ¿Y que un café es, en efecto, orgánico o que una soja no proviene de una zona deforestada? La ingeniera agrónoma Elisabete Aparecida De Nadai Fernandes, responsable del Laboratorio de Radioisótopos del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura de la Universidad de São Paulo (Cena-USP), con sede en la ciudad de Piracicaba, trabaja desde hace décadas con una técnica que se basa en los principios de la física nuclear para analizar alimentos y plantas e intenta responder a estas preguntas.
Uno de sus proyectos, apoyado por la FAPESP, apunta al desarrollo de medios con miras a autenticar el origen de las materias primas brasileñas basándose en la medición directa de sus elementos químicos a partir de la radiación nuclear. Este método podría convertirse en una herramienta para combatir fraudes. “Una cosa es afirmar que una muestra no procede de un área deforestada. Otra es demostrarlo revelando las características intrínsecas del material, que pueden variar según su origen”, dice la investigadora.
En el 50º aniversario de su graduación en la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq), de la USP, De Nadai Fernandes, de 72 años, tiene mucho para celebrar. En el mes de marzo fue galardonada con la George Hevesy Medal Award 2024, el principal premio internacional en el campo de la química nuclear y radioanalítica. En septiembre recibió el Premio Fundación Bunge en la categoría Vida y Obra, con el tema “Trazabilidad en la producción de alimentos: seguridad alimentaria, capacitación y disminución de las asimetrías regionales”.
En esta entrevista, la investigadora describe cómo funciona la técnica de análisis por activación neutrónica con la que trabaja, originada a partir de un descubrimiento realizado en 1936 por el fisicoquímico húngaro George Hevesy, ganador del Nobel de Química en 1943, y la física germano-danesa Hilde Levi, cuando constataron que ciertas tierras raras se volvían radiactivas tras exponérselas a una fuente de neutrones. De Nadai Fernandes recuerda su experiencia examinando alimentos contaminados por la radiactividad en Chernóbil y el accidente con cesio-137 en Goiânia, ambos en la década de 1980.
¿La tecnología con la que usted trabaja puede contribuir a la transparencia en las cadenas de producción brasileñas de commodities agrícolas de exportación?
El análisis por activación neutrónica permite determinar los elementos químicos presentes en una muestra, ya sea del reino animal, vegetal o mineral y, así, obtener la firma química de cada uno de ellos. Mediante la aplicación de quimiometría [la ciencia que interpreta las mediciones efectuadas en un sistema o un proceso químico] y métodos de inteligencia artificial a estos datos de su composición química, conseguimos distinguir las muestras. Un ejemplo reciente es un proyecto financiado por el CNPq [el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico] para determinar la trazabilidad de la carne vacuna en Brasil. Mediante análisis por activación neutrónica, podemos diferenciar las carnes procedentes de las cinco regiones brasileñas y de Paraguay, Uruguay, Argentina y Australia. Por su composición química y utilizando inteligencia artificial, pudo discernirse el origen de estas carnes con una precisión cercana al 100 %.
¿Cómo funciona la técnica de análisis por activación neutrónica?
Consta de dos etapas fundamentales. Una es la activación de una muestra del material por analizar mediante irradiación con neutrones, lo que produce radionucleidos, estados excitados de nucleidos estables [los núcleos de los átomos de los distintos elementos químicos presentes], que también se conocen como isótopos radiactivos o radioisótopos. Para ello se somete a la muestra a un bombardeo de neutrones en el interior de un reactor nuclear, lo que provoca la formación de núcleos radiactivos en los átomos del material expuesto. Para retornar a su estado de equilibrio, los átomos emiten radiación. Allí entonces entra en juego la segunda etapa del análisis, cuando se detecta la radiación característica de esos núcleos activados, al pasar a un estado menos energético. La actividad radiactiva y la cantidad de radioisótopos de la muestra disminuyen gradualmente. Es lo que se conoce como decaimiento radiactivo, un proceso en el que cada elemento químico presenta diferencias. De esta manera, podemos determinar los elementos químicos de una muestra sin necesidad de procesarla químicamente. Solamente nos valemos de los principios de la física nuclear.
¿Es necesario preparar la muestra de algún modo particular?
Así es. Hay que reducirla a polvo. En primer lugar se la somete a un proceso de secado en un horno, o bien mediante liofilización [un proceso de deshidratación por sublimación]. Luego hay que transformarla en polvo. Existen molinos que realizan la molienda hasta obtener la granulometría deseada. La muestra en polvo se introduce en cápsulas de polietileno ultrapuro. A continuación, se la envía al reactor de investigaciones nucleares del Ipen [el Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares], en São Paulo. Una vez allí, se la irradia con neutrones y los nucleidos de la muestra se transforman: pasan a ese estado excitado. Al cabo de dos o tres días, las muestras son liberadas y devueltas al Cena.
El accidente con cesio-137 ocurrido en Goiânia puso a Brasil en la lista de los países contaminados por radiactividad
¿Y qué ocurre allí?
Cuando las muestras vuelven a su estado fundamental, emiten radiaciones características de los elementos químicos presentes en ellas. Un espectrómetro detecta la radiación gamma y transforma estos datos en señales eléctricas que generan un espectro de conteos que depende de la energía emitida. En función de la matriz de la muestra irradiada, pueden determinarse hasta 40 elementos químicos a la vez. La traducción o, mejor dicho, la deconvolución de los espectros gamma y el cálculo de las fracciones másicas de los elementos químicos se realizan por medio de un paquete computacional diseñado por el ingeniero agrónomo Márcio Arruda Bacchi. Se trata de una herramienta robusta, especialmente por el hecho de que no requiere la disolución de la muestra, como ocurre con el método más habitual. Esta es una de las ventajas del análisis por activación neutrónica. Para realizar la disolución se utilizan ácidos, pero en la solución resultante no siempre se logran identificar todos los elementos químicos presentes en la muestra original, ya que en parte éstos son destruidos por los ácidos.
En el caso de la carne vacuna, ¿cómo se realiza la diferenciación? ¿Hay algún elemento químico en la carne argentina que no está presente en el producto brasileño?
Los elementos químicos, en su mayoría son los mismos en ambas carnes, pero hay algunos que varían según el lugar de cría de las reses. También difieren según la raza, la alimentación, el bienestar experimentado en vida y el método de faena. De algún modo, todo ello queda registrado en la composición química de la carne. El fingerprint, como se lo denomina ‒literalmente huella dactilar‒ [la firma química] de la muestra variará conforme a sus características. La discriminación no se basa solamente en el contenido individual de tal o cual elemento, sino en las relaciones entre ellos, lo que convierte al fingerprint en una herramienta poderosa para determinar el origen de la carne. A lo largo de nuestro proyecto, publicaremos los elementos que caracterizan a cada región y los modelos que permiten identificar el origen de las muestras a través de las relaciones entre estos elementos químicos.
¿La técnica de análisis por activación neutrónica presenta alguna desventaja?
No puedo decir que sea una desventaja, pero se necesita un reactor nuclear para realizar la irradiación. Como en el Cena no disponemos de este equipo, recurrimos al Ipen. No obstante, la técnica tiene sus virtudes, así como un alto rigor metrológico. En 2001 formé parte de un grupo de trabajo conformado en París para demostrar las características de la medición en estudios piloto y comparaciones patrocinados por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas [OIPM, o BIPM, por sus siglas en francés] y otras entidades. Seis años después, la técnica fue reconocida como método primario de medición por el Comité Consultivo sobre la Cantidad de Materia – Metrología en Química y Biología [CCQM, por sus siglas en francés] de la OIPM. Es la categoría más alta para un método analítico.
¿Cuándo empezó a trabajar con esta metodología?
Hace 42 años. En 1982, iniciamos un proyecto para hacer frente a un problema con la caña de azúcar en el estado de São Paulo, cuando la zafra aún se hacía manualmente y con la ayuda de palas de carga. El método fue ideado para detectar la presencia de residuos de la tierra en la caña procesada en las centrales. Estos residuos acababan dañando la maquinaria. Llevamos a cabo un proceso de trazabilidad y, valiéndonos de la técnica de análisis por activación neutrónica, pudimos determinar la cantidad de residuos del suelo en la muestra. Se eligió al escandio [un metal de baja dureza] como trazador del suelo en la caña de azúcar. Se hallaba presente en los 10 tipos diferentes de suelos en donde se había plantado la variedad, pero no en la caña libre de impurezas. Queríamos investigar hasta dónde podían llegar estos residuos y el impacto que tendrían. La trazabilidad resultó adecuada para evaluar la cantidad de tierra adherida a la caña, así como la eficiencia de los procesos de lavado. Años después, en 1999, con una tesis doctoral sobre la metrología de los cafés brasileños, logramos diferenciar los cafés procedentes de cultivos orgánicos, de cultivos convencionales y del proceso de transición [entre los dos sistemas] con base en el fingerprint de las muestras. El cesio, el cobalto y el rubidio fueron los elementos químicos destacados como trazadores de esta diferenciación. A veces se encontraban más concentrados en un sistema, a veces en otro.
¿Quién más trabaja con esta técnica en el país?
Hay investigadores en el Ipen y en el Centro de Desarrollo de la Tecnología Nuclear [CDTN], en Belo Horizonte, pero muchos ya se han jubilado. En 2023, inicié un proyecto temático financiado por la FAPESP centrado en la transparencia y la trazabilidad de la cadena productiva de las commodities brasileñas basado en la medición directa de isótopos y elementos químicos. En el equipo hay investigadores del Ipen, de Embrapa Ganadería Sudeste, del Inpa [el Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonia] y de otros cinco países: Canadá, Austria, Países Bajos, Bélgica y la República Checa. Los productos primarios son la carne vacuna, la madera y la soja. Ya llevamos un año con el proyecto y hemos conseguido hacer algunos análisis. Acaba de publicarse un artículo en la revista Trees, Forests and People, centrado en el perfil elemental de las especies de lapacho para ayudar al rastreo de la madera procedente de la selva amazónica. Aunque todo el mundo conoce los diferentes tipos de lapachos, el rosado, el amarillo, el blanco, etc., lo que no se sabía es que, en función de los colores, existen variaciones en la composición química de la madera. Mucho menos que hubiera variaciones entre las especies existentes de lapacho amarillo. Analizamos árboles de dos especies y la composición química variaba. Es increíble. Este primer estudio con muestras recogidas en la Amazonia demostró que cada especie de árbol autóctono tiene su propia firma química. A partir de este trabajo, estamos confeccionando una base de datos con el fingerprint de las diferentes especies de árboles de la Amazonia. Esta base de datos estará disponible especialmente en publicaciones, y de otras formas siguiendo una política de confidencialidad.
¿Cómo fue que participó en el análisis de alimentos contaminados por la catástrofe de Chernóbil?
El accidente nuclear de Chernóbil [en Ucrania, que por entonces formaba parte de la antigua Unión Soviética] ocurrió en abril de 1986, cuando yo estaba asistiendo a un curso en Viena. En Europa, se formaron nubes de material radiactivo. Gran parte de la leche en polvo procedente de países tales como Francia, Austria y Suecia se contaminó y tendría que haber sido desechada. Pero una parte del producto se enviaba a Irlanda, donde se le cambiaba el envase y se exportaba. Esta leche llegó a Brasil. Una vez que regresé a Piracicaba, mientras trabajaba con técnicas analíticas capaces de detectar los radionucleidos, compré la leche importada porque en ese entonces tenía hijos pequeños. Se vendía en el supermercado a un precio más bajo. Para desgracia nuestra, contenía radionucleidos liberados por la lluvia radiactiva de la nube nuclear. Rastreamos estos productos y descubrimos que estaban contaminados por la radiación de Chernóbil.
¿Qué pasó después de ese descubrimiento?
Nada. Mi director de tesis en el doctorado, Epaminondas de Barros Ferraz, que hoy en día tiene 89 años, se comunicó con un ministro de aquella época que prefiero no mencionar, y le avisó lo que estaba ocurriendo. Con la noticia de la posible contaminación, los directores de las escuelas infantiles, públicas y jardines de infantes traían las bolsas con leche en polvo al Cena para analizarlas. Pasé varias noches analizando las muestras. Toda esa leche estaba contaminada. El profesor Ferraz dio aviso a las autoridades, pero el producto ya se encontraba en el mercado, y su venta no se prohibió. No llegamos a ninguna conclusión sobre los efectos de la leche contaminada en el organismo de los niños que la consumieron.
La cantidad de investigadoras en el Cena es extremadamente pequeña. Somos tan solo cinco mujeres en un grupo de 29 personas
Su grupo trabajó en el caso de la fuga de cesio-137 en Goiânia.
Sí, fue el mayor accidente radiactivo en Brasil y ocurrió en septiembre de 1987. Recolectores de materiales reciclables abrieron sin darse cuenta una fuente de cesio de una clínica de radioterapia abandonada. Más de 200 personas tuvieron contacto con el polvo blanco de la cápsula. El profesor Ferraz fue convocado por la Comisión Nacional de Energía Nuclear (CNEN). Cuando arribó al lugar, vio a unos niños recogiendo mangos de un árbol bajo el cual se había roto la cápsula. En previsión del riesgo al que se exponía el público, pidió que cercaran la zona y recogiesen muestras de las hojas y frutos de aquel árbol. Yo analicé ese material en el Cena. Cuando pusimos el mango en el detector de radiación gamma, observamos un enorme fotopico correspondiente al cesio-137. Cuando la cápsula fue manipulada llovía mucho. Parte del material de la cápsula se escurrió por el suelo y llegó a la raíz. La planta lo absorbió y, debido a que un árbol de mango como ése tiene una enorme evapotranspiración, circuló un gran volumen de agua contaminada. El cesio salía a través de las hojas, ascendía a la atmósfera y luego se depositaba nuevamente en las hojas y en los frutos. Antes de que el profesor Ferraz llegara al lugar del accidente, fueron muchos los que pudieron haber comido los frutos.
¿Qué otras consecuencias tuvo ese accidente?
Afectó al país, ya que Brasil fue incluido en la lista de los países contaminados por radiactividad. El radioisótopo cesio-137 tiene una vida física promedio de 30 años. Para que se considere que ya no está presente en la naturaleza, se recomienda considerar cinco vidas promedio. Es decir, 150 años.
Por ende, Brasil sigue figurando en esta lista.
Así es, y figurará en ella hasta mediados del próximo siglo, ya que, desde entonces, solo han pasado 37 años. El sector exportador ha sido muy afectado, porque los países compradores, independientemente de que el episodio se haya circunscrito a una región brasileña, pueden exigir un certificado, un dictamen que atestigüe que no hay radiactividad. El primer producto básico de exportación cuestionado fue el café. Luego, el azúcar. Las commodities brasileñas tuvieron que someterse a estas exigencias del comercio exterior. Ya hemos producido más de 100.000 certificados. Los ingresos procedentes de estos servicios propiciaron inversiones en infraestructura de laboratorio, equipos y becas para estudiantes de carreras de grado y posgrado, han sido importantes para financiar actividades de investigación y desarrollo en técnicas analíticas nucleares, metrología e inteligencia artificial aplicada a la agricultura y estudios del medio ambiente. Seguimos emitiendo estos certificados, dado que Brasil sigue estando en la lista de países afectados por la radiación.
¿Los productos solamente son remitidos al Cena para certificar su posible radiactividad?
En la documentación para exportar también están exigiendo un certificado de origen. Algunas instituciones pueden expedirlo basándose en documentos susceptibles de fraude. Es por eso que surgió el proyecto de trazabilidad de las commodities por activación neutrónica. Una cosa es que uno diga que una muestra no proviene de un área deforestada. Y otra es demostrar, a partir de alguna característica intrínseca del material, que efectivamente no procede de allí. Somos un equipo pionero en el país en proporcionar este tipo de certificación.
En este último año ha recibido varios premios. ¿Qué sintió?
Tuve que respirar hondo, ya que no estoy acostumbrada. Siempre he trabajado en forma discreta, sin gran visibilidad, publicando, presentando mis trabajos en el exterior, realizando pasantías. En la ceremonia por el 50º aniversario de mi graduación en la Esalq, mis colegas me dijeron: “Siempre fuiste la mejor alumna de la promoción”. Entonces me di cuenta: “Creo que me lo merezco”. Tengo más contactos y reconocimiento en el exterior que en el país.
¿Por qué?
Dirijo este laboratorio desde 1988, cuando el profesor Epaminondas de Barros Ferraz se jubiló. Mientras estuvo él, todo funcionaba bien. Pero luego la responsable pasó a ser una mujer. Tienes que luchar denodadamente para mantenerte en el puesto y demostrarles a tus colegas que estás capacitada, independientemente del sexo. Siempre ha sido así. La cantidad de investigadoras en el Cena es extremadamente pequeña. Son cinco las docentes en una plantilla de 29 integrantes. Es algo que viene de hace mucho y, desgraciadamente, persiste.
A partir de estos premios, las estudiantes y las jóvenes investigadoras pueden tomar su ejemplo como inspiración.
Exactamente. Es lo que me dicen mis alumnas. Algún día lo lograremos.
