CULTIVO DE CILANTRO Y TECNICA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE PIGMENTOS Integrantes: Figueroa Santillán Lizette Jacqueline Hernández Miranda Guadalupe Monserrat Genaro Ismael Rodriguez Martínez
Plantel Colegio de Ciencias y Humanidades plantel Oriente (CCH) Foro de Jóvenes a la Investigación
Asesor: Griselda Chávez Fernández
Asignatura: Química
Modalidad: Cartel
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RESUMEN Para atrapar la energía solar e iniciar el proceso de transformación de energía luminosa a energía química, las plantas superiores contienen en sus células un organero llamado cloroplasto, en donde se encuentran los llamados centros de r eacción, formados por proteínas y diversos pigmentos, en especial las clorofilas. (Fernandez, 2015) La clorofila es el pigmento foto receptor responsable de la primera etapa en la transformación de la energía de la luz solar en energía química, y consecuentemente la molécula responsable de la existencia de vida superior en la Tierra. El presente proyecto está pensado en dos fases, la primera es la construcción de un cultivo de cilantro en la cual se diseñara y se sembraran las semillas de cilantro, y la segunda fase es la investigación, en el que se tratara sobre que nutrientes tiene el cilantro y técnicas que ayudaran a identificar dichos nutrimentos presente en el cilantro mediante una técnica llamada cromatografía por columna y espectrometría en la cual identificaremos los pigmentos presentes en el como: la clorofila a, clorofila b, xantofila, betacarotenos. Los cultivos desarrollados fueron: cultivo de hidroponía y cultivo de pre-germinacion.
Figura 2 Cultivo de cilantro en hidroponía
Figura 1 Cultivo de cilantro en el método pre-germinación
INTRODUCCIÓN Marco teórico 1. Antecedentes
El cilantro (Coriandrum sativum) crece anualmente y es una planta proveniente de la familia de las Apiaceae. Originario del Mediterráneo. Es posiblemente una de las primeras plantas condimentadas y medicinales cultivadas desde la antigüedad por más de 1500 años antes de nuestra era. Fue conocida en el antiguo Egipto y mencionada en el papiro de Ebers. Se introdujo en los países latinoamericanos por los españoles. Presenta el tallo estirado y dos clases de hojas, las inferiores que se parecen al perejil y las superiores que son copiosas y finamente divididas. Esta planta aromática es quizás conjuntamente con el perejil una de las más apreciadas en las cocinas de muchos países del mundo. Posee un sabor fuerte, picante y algo dulce, lo que lo hace muy apreciado para condimentar diferentes ensaladas, salsas, sopas, potajes, para condimentar platos a base de pollo, pescados y en repostería. 2
El cilantro es una planta que se cosecha anualmente por lo se requirió de técnicas que permitan que su crecimiento se reduzca al 60% y el cultivo sea más eficaz.
Cultivo de hidroponía. Consiste en la producción del cultivo sin suelo, en la cual se abastece de agua y nutrientes a través de una solución nutritiva
completa
y
brindándole
las
condiciones
necesarias para un mejor crecimiento y desarrollo de la
Figura 3 Ilustración del sistema hidropónico (Jiménez, 2010)
planta (Jiménez, 2010).
Método pre-germinación. Consiste en germinar las semillas en un recipiente cerrado y mantener húmedo a las semillas para que germinen, es un método ideal para ver si tus semillas más viejas (2 años aprox) están aún vivas. Después de la germinación se trasplantan. (Ortiz, 2015)
Figura 4 Ilustración del método pregerminación
En el cilantro se encuentran pigmentos como lo muestra la tabla 1 Tabla 1 contenido de los pigmentos identificados en el cilantro cuantitativamente
Pigmentos
Porcentaje cuantitativo en el cilantro (5g)
Color
Carotenos
3.284%
Naranja
Clorofila a
9.0034%
Verde azulado
Xantofila
13.003%
Amarillo
Clorofila b
6.74%
Verde
Pigmentos Si es posible encontrar en el reino vegetal todos los matices y combinaciones de colores del espectro, existe un predominio general de los colores primarios: verde, amarillo, rojo, azul. Estos colores son conferidos a los vegetales por determinados compuestos químicos definidos, llamados pig mentos . El color particular que presenta un determinado órgano vegetal depende generalmente del predominio de uno u otro o la combinación de ellos. Se debe tener claro que cuando un vegetal presenta un color blanco, es debido a la falta de tales pigmentos. La luz solar que incide sobre ellas no es absorbida selectivamente como ocurre en las partes coloreadas, sino que es transmitida o reflejada prácticamente sin sufrir modificación. (González, agosto 2002)
Clorofila Las plantas verdes y algunos microorganismos que abundan en la superficie terrestre llevan a cabo un proceso llamado fotosíntesis, por el cual, mediante la energía solar, transforman el bióxido de carbono en carbohidratos como la glucosa y su polímero el 3
almidón, que son compuestos con alto contenido en energía química y, por ello, estos seres vivos son productores primarios de los ecosistemas. Los estudios sobre los beneficios que la clorofila nos ofrece a la salud se han centrado sobre todo en el estudio del cáncer, incluidos la prevención y el tratamiento. Se han encontrado que la clorofila proviene el ataque a las sustancias cacerinas llamadas: aflatoxinas B1(AFB1) Algunos investigadores afirman que la clorofila es también beneficiosa en los siguientes campos: (Troxler, 1999)
Purifica la sangre y el organismo limpiándolo de toxinas.
Desintoxica el hígado
Limpia los intestinos
Ayuda a rejuvenecer y energetizar el cuerpo
Estimula el sistema inmunológico
Normaliza la presión arterial Para atrapar la energía solar e iniciar el proceso
de
transformación
de
energía
luminosa a energía química, las plantas superiores contienen en sus células un organelo llamado cloroplasto, en donde se encuentran los llamados centros de reacción, formados por proteínas y diversos pigmentos, en especial las clorofilas. Las clorofilas a y b Figura 5 Estructura molecular de la clorofila a y clorofila b (Curetti, 2004)
se
encuentran
en
las
plantas
y
las
bacterioclorofilas a o b se encuentran en las
bacterias fotosintéticas. Además de estas moléculas, los organismos fotosintéticos tienen otros pigmentos con capacidad para absorber luz. Los pigmentos accesorios incluyen por ejemplo a los carotenos, xantofilas, antocianinas y otras moléculas con colores característicos. La clorofila es el pigmento de las verduras y hortalizas que les da el color verde.
Xantofila y carotenos. Las
xantofilas,
son
compuestos
químicos parecidos a los carotenos, y a Figura 6 Estructura de la xantofila (Báez, 2007)
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diferencia de estos últimos además de contener carbono e hidrógeno contienen uno o más átomos de oxígeno dentro de la molécula, pero al igual que los carotenos, presentan colores llamativos (rojo, naranja y amarillo). Los llamados carotenos son una familia de compuestos químicos que se caracteriza por su coloración que oscila
Figura 7 Estructura de los carotenos (Báez, 2007)
entre rojo, naranja y amarillo. Dichas moléculas están constituidas de una cadena corta hidrocarbonada (moléculas que contienen átomos de carbono e hidrogeno). El compuesto más conocido dentro de esta familia es el betacaroteno (β- caroteno), el cual puede ser encontrado en numerosas frutas y vegetales (Báez, 2007) Estos pigmentos no son solubles en agua, pero pueden extraerse con solventes orgánicos cuando las células que los contienen se rompen. Los extractos tienen, además de pigmentos, grasas y algunos otros compuestos incoloros. Entre los tipos de pigmentos más solubles en solventes orgánicos, se encuentran las clorofilas (azul-verde) y los carotenoides (amarillo-naranja). (iberoaericana, 2000) La separación surge de las interacciones mutuas de componentes de una muestra, solvente y adsorbente. El adsorbente está presente en un gran exceso, con una gran superficie y con sitios polares capaces de unir reversiblemente pequeñas concentraciones de sustancias por un proceso esencialmente electrostático. El solvente compite con los componentes de la muestra por los sitios de unión. Estos componentes son desplazados reversible y continuamente en la dirección del flujo del solvente. El proceso descrito puede escribirse como un equilibrio competitivo en donde hay una partición de los componentes entre la fase estacionaria y la fase móvil: Componentes-adsorbente ↔solvente-adsorbente ↔componente-solvente Entre más polar sea un compuesto, más fuertemente se adsorbe en la fase estacionaria, por lo que su migración a lo largo de ella es menor, siendo eluído (arrastrado) más lentamente por la fase móvil, que los compuestos menos polares. De este modo, la separación selectiva de los componentes de una muestra, por cromatografía, se debe a las diferencias en la migración de los componentes individuales a lo largo de la fase estacionaria.
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Cromatografía en columna Hexano
La cromatografía en una columna de adsorbente
Tolueno
proporciona un medio para la separación y aislamiento de los componentes de una mezcla. La muestra se
Cloruro de metileno
aplica en la parte superior de la columna y se deja
Cloroformo
pasar solvente a través del adsorbente. Este proceso
Éter
desarrolla el cromatograma en bandas que contienen
Acetato de etilo
los compuestos individuales; estas bandas pueden ser
Más
eluído (arrastradas) en secuencia por adición de más
Acetona
solvente y recolectadas en fracciones separadas. La
Propano
columna se prepara y desarrolla usando el solvente
Tabla 2 Disolventes comunes para cromatografía de líquidos (iberoaericana, 2000)
menos polar que disuelva a la muestra y que
permita el movimiento de los compuestos a una velocidad práctica. Como lo muestra la tabla 2. Los resultados de esta cromatografía dependerán de variables como la fuente de los pigmentos, la eficiencia de la extracción, la actividad de la alúmina utilizada como adsorbente, las dimensiones de la columna, los volúmenes de cada solvente y las mezclas de cada solvente utilizadas en el desarrollo. Cambios muy pequeños en algunos de estos factores pueden afectar la separación e incluso causar cambios en las posiciones individuales de los pigmentos en el cromatograma. Ya que es imposible especificar todas estas variables, no importa que tan detallado sea el procedimiento indicado para llevar a cabo el cromatograma, no en todos los casos se obtendrán resultados óptimos. En el procedimiento dado en la parte experimental, se sugiere una secuencia general de cambio de solventes y recolección de fracciones, pero los detalles dependerán del cromatograma individual. El principal objetivo es obtener tantos pigmentos individuales como sea posible en tubos de ensaye separados. (iberoaericana, 2000) Figura 8 Muestras del experimento de cromatografía en columna en tubos de ensaye
Espectroscopia de absorción La espectroscopia de absorción es la medición de la cantidad de radiación que absorbe un compuesto como función de la longitud de onda de la radiación que incide sobre ella. En general, se irradia una muestra con una fuente de radiación y se mide con un 6
detector la cantidad de radiación transmitida a diversas longitudes de onda. Cuando un rayo de luz monocromática con una intensidad I0 pasa a través de una solución, parte de la luz es absorbida resultando que la luz emergente I es menor que I0
Espectroscopia
en
la
región
ultravioleta-visible
del
Figura 9 Muestra como el rayo de luz pasa por la muestra hasta llegar a la muestra
La excitación de los electrones de una molécula orgánica puede requerir desde 40 a 300 kcal/mol. Las longitudes de onda correspondientes a estas energías abarcan la región del visible (400-800 nm), el ultravioleta cercano (200-400 nm) y el ultravioleta lejano (100200nm). La información más útil se obtiene de los elec trones πy los pares de electrones no compartidos, pues estos enlaces son más débiles y requieren menos energía (y mayor longitud de onda) para pasar del estado basal al estado excitado.
Figura 10 Escala de la espectroscopia
PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA El cilantro es una planta muy ocupada en la cocina mexicana, uno de los problemas es que hay desinfectarlo porque puede tener organismos que nos propician a una infección estomacal, etc. El riego que se ocupan generalmente son aguas negras por lo que nos preguntamos:
¿Cómo podemos obtener un cultivo de cilantro más limpio?
Por otro lado, el cilantro cuenta con importantes beneficios para la salud como: rico en vitaminas y minerales, pues contiene calcio, fósforo, hierro, vitaminas A y C; además, es rico en aceites esenciales, etc.
¿Cómo puedo identificar algunos nutrientes en el cilantro? JUSTIFICACIÓN
Este trabajo se realizó con la finalidad de conocer más sobre la importancia del cultivo del cilantro en hidroponía y los beneficios que brinda a la salud, esta planta es consumida por la población y es de suma importancia para la cocina, por su sabor y aroma,etc. 7
Mientras el cultivo se desarrolla y crece, se investigó la forma de extraer los pigmentos del cilantro, se compró el cilantro en el mercado y con la técnica de cromatografía se obtuvieron los pigmentos que posteriormente fueron identificados a través de los espectros UV Vis. (Ultravioleta visible) OBJETIVOS
Elaborar un cultivo hidropónico de cilantro.
Emplear la técnica de cromatografía para identificar algunos nutrientes como: betacaroteno, clorofila y xantofila. HIPÓTESIS
Al germinar la semilla de cilantro (coriandrum sativum) en el sistema hidropónico se obtendrá un cultivo más limpio dado de que riega con agua potable. Al realizar la cromatografía en columna obtendremos los pigmentos contenidos en el cilantro: clorofila, betacaroteno y xantofila. MÉTODOS Y TÉCNICAS
Técnica de hidroponía Materiales 25
Vasos del No. 0
50
Semillas de cilantro
.
Tela magitel
1
Recipiente hondo
1
Tijeras
.
agua
Sustrato (fibra de coco)
Procedimiento
1.- Con los 25 vasos hacer 5 agujeros en la base del vaso con las tijeras (de preferencia uno en medio con el orificio más grande) 2.- Depositar el sustrato, en este caso la fibra de coco dentro del vaso 3.- Al llegar a la parte superior del vaso colocar las semillas pegadas a la tela magitel y taparlas con el sustrato 4.- Colocar los 25 vasos en el recipiente hondo y agregarles agua
Paso 1
Paso 2 Paso 3
Paso 4
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Técnica de servilletas Materiales 1
Recipiente con tapa
50
Semillas de cilantro
4
Servilletas de cocina
50
Masetas chicas
.
agua
50kg
Tierra negra
1.-
Procedimiento: En el recipiente colocar 2
servilletas de cocina y sobre este poner las 50 semillas. 2.- Humedecer el papel con agua taparlas con las otras dos servilletas y también humedecerlas. 3.- Tapar el recipiente y colocarlo en un lugar poco cálido. 4.- Cuando hayan geminado quitarlas con mucho cuidado de las servilletas y depositarlo en una maseta con tierra negra.
Paso 1
Paso 3
Paso 2
Paso 4
Cromatografía en columna
Materiales
Sustancias
1 Soporte universal Materiales
Hexano CH3-(CH2)5-OH Sustancias
1
2 Pinzas para tubo de ensaye Soporte universal
Alcohol metílico Hexano CH 3-(CH2)5-OH
2
Pinzas para tubo de ensaye
1
Mortero con pistilo
1
Mortero con pistilo
2
Probeta graduada de 5 ml
15
Tubos de ensaye chico
1
Balanza digital
2
Probeta graduada de 5 ml
15
Tubos de ensaye chico
1
Balanza digital
1
Embudo de separación pequeño
1
Espátula
1 1
acetona
Alcohol metílico acetona
Embudo de separación pequeño Espátula
Procedimiento:
1.- Lavar bien el cilantro y secarlo bien. Después extraer 1g de hojas de cilantro y colocarlo en un mortero. 2.- Colocar 6 ml de alcohol metílico con una probeta de 5ml y aplastar bien las hojas.
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3.-Obtener un líquido color verdoso y que no queden hojas de cilantro (hacer esto rápido ya que el alcohol se evapora con facilidad) 4.-Montar el sistema en el cual se desarrollará el experimento 5.-Agregar un trozo de algodón hasta el fondo y después agregar silica al embudo de separación. 6.-Agregar la sustancia ya preparada antes con una espátula por la parte superior sin derramarla. 7.-Una vez depositada esperar a que la sustancia se mueva a través de la silica. 8.-Agregar hexano por la parte superior con una probeta graduada de 5ml y esperar hasta que se hayan separado 9.-Agregar hexano hasta observar que las sustancias separadas hayan llegado a la parte inferior. 10.- Abrir la llave del embudo de separación y sacar los líquidos de cada color y ponerlos en tubos de ensaye y etiquetarlos
Paso 1
Paso 6
Paso 2
Paso 7
Paso 2
Paso 8
Paso 4
Paso 9
Paso 5
Paso 10
10
RESULTADOS Resultados de la cromatografía por columna
Se encuentran los pigmentos como la clorofila (azul-verde) Se encuentran los pigmentos xantofila y carotenoides (amarillo-naranja) Figura 11 Fases de los pigmentos
Resultados de los espectros del cilantro Figura 12 Fases de los pigmentos
Figura 13 Grafica de los espectros de la clorofila a clorofila b y la xantofila (Curetti, 2004)
Figura 14 Grafica de los espectros de la clorofila a clorofila b y la xantofila (Curetti, 2004)
Figura 15 Espectro visible de la clorofila a
Figura 16 Espectro visible en la clorofila b
Figura 17 Xantofila extraída y graficada
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ANÁLISIS DE RESULTADOS El cilantro cuenta con importantes nutrientes que nos ayudan al cuerpo humano como ya se comentó. Todas las plantas cuentan con la clorofila pues esta sustancia es importante para todos estos seres vivos. Esta sustancia se extrajo y se comprobaron con estudios ya realizados, seleccionados para verificar si nuestras graficas contaban con los mismos puntos y encontramos que se parecían La Figura 18 nos muestra cómo se realizó la gráfica de la clorofila y se encontró que era menos polar que la clorofila b y a su vez la xantofila se encontró que era más polar que estas sustancias ya que se movilizo por el embudo de separación con más facilidad y lo obtuvimos primeramente a comparación con la clorofila a y b
CONCLUSIONES Los objetivos y la hipótesis fueron confirmados mediante esta experimentación en la cual mediante las técnicas de cultivo utilizadas nos fueron de gran utilidad y en las dos técnicas ocupadas fueron un éxito pues de las dos técnicas creció bien el cilantro y no se requirió de cantidades enormes de agua y su tratamiento fue cuidadosamente observado. Conclusiones Mediante la técnica de cromatografía por columna se obtuvieron bien la clorofila a, clorofila b, xantofila. Con el espectrómetro se graficaron y concedió que las muestras obtenidas eran las que buscamos. Con esta investigación se llegó a la finalidad de conocer y dar a conocer la importancia de esta sustancia ya sea en el organismo y en el medio ambiente.
Bibliografía (s.f.). Báez, J. E. (2007). Generadores de Colores Naturales: Carotenos y Xantofilas. Guanajuato: Universidad del Papaluapan. Beltran, J. (2006). Cultivo en hidroponía. Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales , 181. Calvo, M. (2010). Clorofila. puebla: Bioquimica de los elementos. Curetti, M. (2004). clorofila. Morelos: Semana nacional de la ciencia y la tecnologia. Eva, L. T. (2013). Caracterizacion de los aceites esenciales de hojas del cilantro. Temas selectos de ingenieria de alimentos, 103. Fernandez, G. C. (2015). Extraccion de pigmentos vegetales. Cuidad de Mexico: Universidad Autonoma de Mexico CCH plantel oriente. 12
González, C. (agosto 2002). Pigmentos fotosinteticos. Estado de México: Revista ecosistema. iberoaericana, i. y. (2000). separacion por cromatografia en columna de pigmentos vegetables y sus expectros de adsorcion . Mexico: Departamento de Ingeniería y CienciasQuímicas. Universidad Iberoamericana. Jiménez, M. L. (2010). Alternativas productivas en cultivos hidroponicos. Instituto nacional de innovacion y tranferencia en tecnologia agropecuaria , 3-12. Moralez, J. P. (1995). Cultivo del cilantro. Republica Dominicana: Fundacion de Desarollo Agropecuario, Inc. Olguin, S. (2010). Composicion del cilantro. Cuidad de Mexico: Plantas para curar. Ortiz, G. (2015). cultivo por medio del metodo pre-germinacion . ecologia. Ramirez, E. (2006). Cilantro, propiedades y usos. puebla: Ella sabe. Troxler, S. (1999). North Carolina Department of Agricultureand Consumer Services. Carolina USA: Food and drug protection division.
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