Resumen
Las plantas producen azúcar y oxígeno en un proceso llamado fotosíntesis, mediante el uso de luz solar, agua y dióxido de carbono. Este es un proceso importante en la Tierra, ya que elimina el dióxido de carbono del aire y nos proporciona alimentos. La fotosíntesis ocurre en pequeños compartimentos dentro de las células vegetales, llamados cloroplastos. En un proceso de dos pasos, las plantas obtienen energía química de la luz solar. La energía recogida se utiliza en una segunda reacción para producir el azúcar glucosa. La glucosa se combina con fructosa, que es azúcar de frutas, para crear sacarosa, nuestro conocido azúcar de mesa. La remolacha azucarera tarda aproximadamente 7 meses en crecer y proporciona aproximadamente el 32% de la producción mundial de azúcar de mesa. A medida que crecen, deben protegerse de las malas hierbas y las enfermedades. Una vez que han crecido lo suficiente, la remolacha azucarera se puede cosechar y procesar en una fábrica de azúcar para obtener azúcar de mesa.
El azúcar es producido por Plantas
Un postre después del almuerzo o chocolate de nuestros abuelos nos hace sonreír. Esto se debe a que nuestros cerebros exigen uno de los ingredientes de estos alimentos dulces. Estamos hablando de azúcar de mesa, que también se llama sacarosa. La sacarosa está hecha de dos azúcares más simples: glucosa y fructosa. Pero, ¿de dónde viene la glucosa? A diferencia de los humanos y otros animales, las plantas pueden producir glucosa a través de un proceso conocido como fotosíntesis. Las partes verdes de las plantas utilizan la luz solar, el agua y el gas dióxido de carbono del aire para producir glucosa y oxígeno. Al hacerlo, las plantas producen energía y aseguran que podamos respirar aire fresco y rico en oxígeno. Pero, ¿cómo se benefician las propias plantas de la fotosíntesis y la producción de glucosa? La glucosa se puede utilizar como componente químico y como proveedor de energía. Las plantas usan glucosa para vivir y crecer. Tanto para las plantas como para los seres humanos, la glucosa es como el combustible de una máquina.
Las plantas producen azúcar en sus hojas, pero estas hojas no tienen un sabor dulce. Esto se debe a que el azúcar no permanece en las hojas. Las plantas usan azúcar para crecer, y también se puede transportar a las raíces, semillas, tallos o frutas para almacenarlas. Ya aprendimos que el azúcar puede existir como azúcares simples, como la glucosa o la fructosa, o como azúcar doble, como la sacarosa. Pero también hay azúcares en los que miles de moléculas de azúcar se unen para formar una unidad enorme, como el almidón. Todos estos azúcares diferentes son un tipo de nutrientes llamados carbohidratos (Tabla 1).
- Tabla 1 – Algunas formas de carbohidratos en las plantas.
Muchas plantas almacenan su azúcar en forma de almidón, como las patatas. Otros almacenan azúcar en forma de fructosa o glucosa en sus frutas, como manzanas y naranjas. Algunas plantas almacenan altas concentraciones de sacarosa. Las plantas con alto contenido de sacarosa se cultivan para el azúcar de mesa que usamos para hacer nuestros deliciosos dulces. En todo el mundo, la remolacha azucarera y la caña de azúcar son los principales cultivos que producen azúcar. La caña de azúcar necesita temperaturas cálidas (25-30°C) para crecer, por lo que este cultivo se cultiva en regiones subtropicales y tropicales, como Brasil e India. Hoy en día, la remolacha azucarera es el principal cultivo para la producción de azúcar en climas templados (15-25°C), especialmente en Europa Occidental, Central y oriental, así como en los Estados Unidos, China y Japón.
Luz, Dióxido de carbono y Agua: las Fuentes de Energía y Dulzura
Para la fotosíntesis, las partes verdes de las plantas son importantes. Las hojas son verdes porque contienen estructuras llamadas cloroplastos, que tienen un pigmento verde llamado clorofila (Figura 1). La fotosíntesis tiene dos pasos principales. En el primer paso, la luz solar brilla en las hojas y la energía de la luz es recogida por la clorofila en los cloroplastos. La energía de luz recogida se convierte en energía química y se almacena en moléculas que almacenan energía. El oxígeno también se produce durante este proceso, y es liberado por las plantas . En el segundo paso de la fotosíntesis, el dióxido de carbono del aire ingresa a las hojas a través de aberturas muy pequeñas. Utilizando la energía química previamente almacenada, los cloroplastos convierten el dióxido de carbono en glucosa . La fructosa también se produce durante este paso. La glucosa se combina con fructosa para crear sacarosa.
- Figura 1-Una ilustración simplificada de la fotosíntesis.
- Dentro de los cloroplastos dentro de las hojas, la luz, el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2) se transforman en energía y azúcar (glucosa). Usando agua, la luz solar se convierte en moléculas de almacenamiento de energía dentro de las células de la planta. La energía de estas moléculas se utiliza para crear glucosa a partir del CO2.
¿Qué es una Remolacha azucarera?
Las personas siempre han encontrado sustancias para endulzar los alimentos. Pero, en climas fríos, el azúcar fue un producto de lujo durante muchos años. En 1747, el químico alemán Andreas Segismund Marggraf descubrió que la remolacha produce el mismo azúcar que la caña de azúcar. Su estudiante desarrolló un proceso técnico para extraer el azúcar de la remolacha. La primera fábrica de azúcar entró en funcionamiento en 1802. Pronto, se construyeron muchas fábricas de azúcar en toda Europa.
La planta de remolacha azucarera (llamada Beta vulgaris en latín) tiene hojas de color verde brillante con un patrón de roseta y una raíz en forma de cono, blanca y carnosa (Figura 2). La raíz de remolacha es el órgano de almacenamiento, que contiene 75% de agua, ~20% de azúcar y componentes estructurales que se llaman pulpa.
- Figura 2-Planta de remolacha azucarera completamente desarrollada.
- La parte subterránea es el órgano de almacenamiento, llamado raíz principal, que tiene raíces peludas para absorber agua y nutrientes. La parte superior del suelo consiste en el follaje, que contiene numerosas hojas dispuestas en forma de roseta.
El cultivo de remolacha azucarera
El cultivo de cultivos puede parecer simple, pero esto no es cierto si desea cultivar cultivos lo suficientemente grandes como para alimentar a muchas personas. Echemos un vistazo a cómo se cultiva la remolacha azucarera (Figura 3). Nuestro viaje comienza con la semilla de remolacha azucarera. Las semillas se siembran una vez que el suelo se ha calentado, normalmente en marzo/abril. Una semilla de remolacha azucarera se desarrolla naturalmente en muchas plantas. Hasta la década de 1970, las plantas innecesarias debían eliminarse a mano para que las remolachas no estuvieran demasiado llenas, lo que era un trabajo extenuante y que consumía mucho tiempo. Luego, los fitomejoradores lograron un gran avance e introdujeron semillas que producen una sola plántula. Los criadores de semillas que fabrican semillas de remolacha azucarera cubren las semillas con pesticidas que protegen las plántulas contra enfermedades y plagas. La semilla de remolacha azucarera recubierta se llama píldora, y las píldoras a menudo tienen diferentes colores dependiendo del criador (Figura 3A).
- Figura 3-Cultivo de remolacha azucarera.
- A) En primavera, las semillas de remolacha azucarera (que se muestran aquí como píldoras, que son semillas recubiertas principalmente con sustancias para proteger las plántulas contra enfermedades y plagas) se siembran en fila. B, C) Las plántulas jóvenes de remolacha azucarera emergen y crecen. D) Cuando se han desplegado nueve o más hojas, se forma una raíz principal y crece bajo tierra para almacenar el azúcar. Durante este «período de crecimiento», se deben controlar particularmente los parásitos fúngicos, que pueden inhibir la fotosíntesis. E) En Europa occidental y central, la remolacha se cosecha a partir de septiembre. F) Las remolachas se almacenan como una pila llamada abrazadera en el borde del campo, hasta que se llevan a una fábrica para la extracción de azúcar. A lo largo de la parte inferior, se pueden ver los pasos del cultivo de remolacha azucarera para la producción de azúcar y el lapso de tiempo, que es realmente importante para proteger la remolacha azucarera contra las malas hierbas, los insectos y los parásitos fúngicos.
Cuando las semillas germinan, emergen pequeñas raíces y dos hojas de semillas, llamadas cotiledones (Figura 3B). A partir de este punto, la planta joven de remolacha azucarera debe protegerse de las malas hierbas, porque las malas hierbas compiten por la luz solar y los nutrientes del suelo. Los agricultores pueden controlar las malas hierbas con una azada o pueden usar herbicidas, que son químicos que matan las malas hierbas. Si el agricultor no controla las malas hierbas, las pequeñas remolachas serán superadas y el rendimiento de los cultivos se puede reducir hasta en un 80% . La remolacha no solo tiene que luchar contra las malas hierbas que compiten entre sí. También son atacados por insectos. Los insectos que atacan a la remolacha se pueden separar en dos grupos: los que dañan directamente a la planta y los que transmiten enfermedades virales. El pulgón verde del melocotón (Myzus persicae), por ejemplo, puede transmitir un virus que causa un amarillamiento de las hojas de remolacha azucarera, lo que inhibe la fotosíntesis y reduce la producción de azúcar.
La remolacha Debe Protegerse Contra las enfermedades fúngicas
Después de que la planta de remolacha azucarera haya desarrollado nueve o más hojas, se forme la «remolacha» u órgano de almacenamiento subterráneo. La sacarosa producida en las hojas se almacena en la remolacha. Cuanto más soleado sea el verano, más azúcar se puede producir a través de la fotosíntesis. Durante este tiempo, las hojas deben protegerse contra las enfermedades fúngicas, ya que solo las hojas sanas pueden realizar la fotosíntesis. La enfermedad más extendida y destructiva de las hojas de remolacha azucarera es causada por un hongo con el nombre latino Cercospora beticola. Al principio, solo son visibles pequeñas manchas oscuras circulares con un borde rojizo, pero el hongo produce una sustancia tóxica que destruye el tejido de la hoja y termina matando grandes áreas o incluso hojas enteras. El hongo utiliza el tejido muerto como fuente de nutrición . La enfermedad se puede reducir cultivando remolacha azucarera solo cada 3 años y cultivando otras plantas, como cereales, en los años intermedios . Esta técnica se llama rotación de cultivos. Los agricultores también pueden utilizar nuevas variedades de remolacha azucarera tolerantes a Cercospora, que pueden tolerar mejor la enfermedad . Si el hongo ya ha atacado severamente la remolacha azucarera, los fungicidas, que son sustancias químicas que protegen a las plantas contra las infestaciones por hongos, se pueden rociar sobre las plantas. Los investigadores están investigando nuevas tecnologías para reducir el uso de fungicidas. Por ejemplo, mediante el uso de cámaras especiales y sistemas informáticos, las enfermedades de las plantas se pueden predecir mucho antes de lo que pueden a simple vista, y los agricultores pueden usar fungicidas de una manera más específica . Esto también es importante para proteger a los animales beneficiosos, que tienen un hábitat en los campos de remolacha azucarera, como el peewit, otras aves que anidan en el suelo, liebres o conejos e insectos como los escarabajos, como el escarabajo dama. Sin embargo, la remolacha azucarera no florece cuando se cultiva para la producción de azúcar, por lo que los campos de remolacha azucarera no son atractivos para la miel, las abejas silvestres o los abejorros.
Cosecha y Extracción del Azúcar
En otoño, cuando las plantas han terminado de crecer, comienza la cosecha de remolacha azucarera. Las hojas de la remolacha azucarera se retiran y las remolachas se levantan del suelo por cosechadoras de remolacha, muchas de las cuales pueden cosechar seis hileras simultáneamente (Figura 3E). Las hojas permanecen en el campo como fertilizante natural. Las remolachas azucareras se recogen en una pila, llamada pinza de remolacha (Figura 3F), donde esperan su procesamiento. La remolacha azucarera se cosecha gradualmente y se transporta a las fábricas para que las fábricas puedan recibir y procesar continuamente remolacha azucarera durante este tiempo. En las fábricas, el azúcar se extrae de la remolacha utilizando agua, cal, calor y conocimientos de física. En promedio, se necesitan de seis a siete remolachas azucareras para producir 1 kg de azúcar (~2,2 libras), que es un área de cultivo de aproximadamente 1 m2.
Hoy en día, casi todos los componentes de las plantas de remolacha azucarera se utilizan dentro de un círculo cerrado sostenible. Además del azúcar, otros productos elaborados a partir de remolacha azucarera incluyen la alimentación animal, el bioetanol y el biogás.
¿Qué Aprendimos?
En este artículo, aprendiste mucho sobre la remolacha azucarera: cómo crecen, cómo producen azúcar, las plagas y enfermedades que enfrentan y cómo se cosechan. El cultivo de remolacha azucarera es extremadamente importante porque proporciona ~32% de la producción mundial de azúcar de mesa y es el único cultivo con alto contenido de sacarosa, que se puede cultivar en regiones templadas.
Glosario
Fotosíntesis: El proceso que utilizan las plantas verdes para producir energía, en forma de azúcar, a partir de la luz solar, el agua y el dióxido de carbono.
Cloroplasto: Pequeñas estructuras en el interior de las hojas que conducen la fotosíntesis.
Clorofila: Pigmentos dentro de cloroplastos que absorben la energía de la luz solar.
Pesticidas: Sustancias utilizadas para proteger los cultivos contra malas hierbas, patógenos fúngicos y plagas.
Píldora: Semilla de remolacha azucarera, que está recubierta con una capa de diferentes sustancias, principalmente para proteger las plántulas contra enfermedades y plagas.
Cotiledón: Las dos primeras hojas que emergen de la semilla después de la siembra.
Abrazadera de remolacha: Pila de remolachas de azúcar recolectadas y limpias, sin hojas, normalmente en el borde del campo.
Conflicto de intereses
Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un conflicto de intereses potencial.
Agradecimientos
Los autores agradecen a Maximilian Müllender la cuidadosa revisión del manuscrito y los útiles comentarios.
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