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C ONTENIDOS Presentación ................................................................................................................................1 Recuperación y Reutilización de Componentes Químicos Provenientes de Pilas y/o Baterías por Vía Húmeda ......................................................................3 Pablo Bonilla, Wilson Muñoz, Patricia Velasco, Milton Villacís, Paulina Cáceres, Mónica Mediavilla y Yadira Maza

Determinación de Taninos Condensados en Sorgo y su Desactivación Utilizando Urea ....................9 Nathalia Oña, Fernando Novillo

Estudio del Efecto del Antioxidante Dietario Curcumina Sobre el Daño Neurotóxico Inducido por Yodoacetato en Neuronas Granulares de Cerebelo de Rata ...................................................19 Nadia Tarco-, Laura Reyes-, Patricio Miño, José Pedraza

Perfil de la Lluvia Ácida en la Ciudad de Quito (Ecuador) Durante los Meses de Diciembre-2008 y Enero-2009 ..................................................................27 Ronny Flores, Pablo Bonilla

La Alternativa a los Biocombustibles ...........................................................................................35 Eduardo Mayorga, Klaus Amen

Estudio de Mycobacterium Spp. en Personas en Riesgo en el Cantón Mejía...................................41 Fabricio Anchatipán, F. Proaño, R. Salazar, Isabel Fierro, P. Ponce1 y W. Benítez

Estudio Comparativo entre dos Métodos de Cuantificación por Difracción de Rayos X ..................49 María Puga y Wilson Parra

Caracterización de la Harina de Semillas de Amaranto Amaranthus Caudatus para Elaboración de Pan en Mezclas con Harina de Trigo ............................................................61 Consuelo Pérez y Óscar Luzuriaga

Determinación de Colinesterasa Eritrocitaria en Trabajadores Agrícolas Expuestos a Plaguicidas Organofosforados y Carbamatos ..........................................................71 Jennyfer Cuaspud y Beatriz Vargas

Instrucciones Para los Autores ....................................................................................................85 QUÍMICA CENTRAL Revista científica bianual de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador, Quito-Ecuador. Volumen 1, Número 1, abril 2010. El contenido de los artículos es responsabilidad exclusiva de los autores y no refleja el punto de vista de la Facultad de Ciencias Químicas. Tiraje: 2000 ejemplares. Dirección: Instituto Superior de Investigación y Postgrado, Calle Jerónimo Leyton (detrás del Hospital del Día), Ciudadela Universitaria, Quito. Teléfonos: (593 2) 3216 975 / 2523 710 / 2500 409. Apartado postal: 17-03-1369, Quito-Ecuador. Sitio Web, Publicaciones en: http://www.uce.edu.ec/facultades.php?fac=12&FN=Ciencias Químicas Correos electrónicos: • revistaquimicacentral_fcq@ac.uce.edu.ec • institutopostgrado@gmail.com ISSN: 1390-5562

CONSEJO EDITORIAL

Dr. Carlos Calderón Dr. Wilson Parra Dr. Ronny Flores Dr. Pablo Bonilla

CONSEJO TÉCNICO Química Farmacéutica

Dra. Janeth Montalvo

Química de Alimentos

Dr. Marco Morán

Bioquímica Clínica Química

Dra. Isabel Fierro Dra. Lourdes Pazmiño Dr. Fernando Novillo Dr. Washington Núñez Dr. Edgar Pazmiño

Postgrado

Dra. Beatriz Vargas Dr. Wilmer Narváez

EDITORA DIGITAL

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REVISOR DE ESTILO Y REDACCIÓN

Dr. Manuel Aguilar

Diseño e Impresión:

Pantone Impresiones 600-6163 / 600-6164


Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central

PRESENTACIÓN La Facultad de Ciencias Químicas presenta a la comunidad del país su nueva revista científica “QUÍMICA CENTRAL” la misma que aparece luego de que han transcurrido 18 años desde que dejó de editarse la anterior. En este lapso han ocurrido algunos cambios internos en la Facultad en los ámbitos académico y administrativo: se han implementado dos reformas curriculares a fin de adecuar su estructura académica al nuevo marco jurídico de la educación superior; se han ofertado por primera vez programas de postgrado; se ha ampliado significativamente la oferta de servicios, lo que ha conducido a la acreditación tanto nacional como internacional de los laboratorios; la investigación científica ha cobrado nuevo impulso como consecuencia de la introducción de los trabajos de investigación como uno de los requisitos académicos para la obtención de los títulos profesionales. A nivel externo, la sociedad ecuatoriana demanda de las universidades “la construcción de soluciones para los problemas del país, en relación con los objetivos del régimen de desarrollo”, así como la rendición de cuentas. El Plan de Desarrollo 2009-2013 prevee una nueva estrategia de generación de riqueza y redistribución para pasar de un modelo de sustitución selectiva de importaciones a un modelo terciario exportador de bioconocimiento y servicios turísticos. Para una efectiva sustitución de las importaciones se incentivará el desarrollo de las siguientes industrias nacientes: petroquímica, bioenergía y biocombustibes; metalmecánica; biomedicina, farmacéutica y genéricos: bioquímica; hardware y software y servicios ambientales. En este nuevo escenario, la Facultad debe responder y entregar al país profesionales sólidamente formados en el rigor de la ciencia y la tecnología. Para esto, es indispensable contar con un medio oficial de difusión de las investigaciones que se desarrollan a todo nivel: programas y proyectos de investigación, tesis de grado de tercero y cuarto nivel, pequeñas investigaciones de los estudiantes en las diferentes asignaturas, para dar cumplimiento a aquel axioma de la academia: “lo que no está escrito no existe”. De allí que el relanzamiento de la revista oficial de la Facultad es un desafío para todos que lo hemos cumplido con esfuerzo y compromiso, porque nos pone nuevamente en las rieles del progreso y es la ocasión propicia para renovar votos y trabajar incansablemente en la generación del conocimiento y no permitir que se vuelva a silenciar su palabra. Para esto hemos escogido el nombre de Química Central por su doble connotación: somos parte de la gloriosa Universidad Central del Ecuador; y, porque la Química es la ciencia central que se relaciona con todas las demás disciplinas de la naturaleza. En esta edición aparecen temas de distinta naturaleza de las carreras que oferta la Facultad: Bioquímica Clínica, Química de Alimentos, Química Farmacéutica y Química. La revista aparecerá dos veces por año, en versión impresa y digital, por tanto invitamos a la comunidad química de la Facultad y del país en general a presentar sus trabajos de investigación, cuyos resultados aportarán al progreso de las ciencias en el Ecuador. Consejo Editorial

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Recuperación y Reutilización de Componentes Químicos Provenientes de Pilas y/o Baterías por Vía Húmeda PABLO BONILLA*, WILSON MUÑOZ, PATRICIA VELASCO, MILTON VILLACÍS, PAULINA CÁCERES, MÓNICA MEDIAVILLA Y YADIRA MAZA Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador, Laboratorio de Coloideo química *Correspondencia autor: pablo2us@yahoo.com

Resumen El presente trabajo busca recuperar y reutilizar los componentes químicos provenientes de pilas y baterías secas, alcalinas y secundarias mediante métodos en su mayoría húmedos basados en procesos fisicoquímicos, cuantitativos y cualitativos de separación, así como métodos simples de fusión, para luego usar los mismos en procesos industriales y procesos químicos de laboratorios. Palabras Clave: reutilización, pilas, recuperación, componentes químicos.

Abstract This work attempt to recovery and reuse chemical compound from dry, alkaline and secondary cell and batteries by wet methods based in qualitative, quantitative and physical chemistry processes of separations in order to avoid dangerous wastes. In the same way this compounds will be used in industrial or chemical processes in laboratories. Key words: reuse, batteries, recovery, chemical compounds.

1. Introducción Partiendo del principio de que una pila y/o batería está formada por diversas sustancias químicas, las cuales una vez terminada su acción pueden ser útiles para otros fines; es posible recuperar estas sustancias y reutilizarlas o transformar las mismas en otras que existen en el mercado local las cuales son importadas y vendidas a costos elevados para usarlas en laboratorios químicos como reactivos para análisis o en industrias para sus procesos .Adicionalmente se evita que estos componentes de las pilas ingresen en el ambiente y lo contaminen[5][6] . En estudios cualitativos y cuantitativos iniciales se determinó los porcentajes de los diversos componentes (estudio previo realizado en la Facultad de Ciencias Químicas,

laboratorio OSP de la Universidad Central) ,se encontró que existe un mayor porcentaje de compuestos de manganeso seguido de compuestos de hierro, zinc, carbono como constituyentes principales y como secundarios, sales de amonio, potasio, litio, cobre, níquel, mercurio, cobalto, aluminio y estaño, tanto en pilas secas, alcalinas, pilas botón cuanto en pilas secundarias o recargables. Existe una amplia variedad de baterías, las cuales pueden ser clasificadas de acuerdo a su diseño básico que determina la cantidad de electricidad. Algunas pilas llamadas primarias son aquellas que luego de cumplir un tiempo dejan de trabajar luego que sus compuestos químicos han terminado una serie de reacciones químicas irreversibles.

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A diferencia de las secundarias, que pueden ser recargadas debido a que cambiando el sentido de reacción este se vuelve reversible y adquiere la fuerza electromotriz inicial[4]. También puede clasificarse las baterías de acuerdo al contenido químico (naturaleza del electrolito); muchas baterías primarias están formadas por sustancias a manera de pasta, estas son llamadas pilas secas y otras en las cuales se tiene sustancias en estado semisólido, son las llamadas pilas húmedas. La pila seca (ver figura1) está conformada por un ánodo de cinc que constituye el envoltorio de la misma. El cátodo ocupa una posición central formado por una varilla de carbón. El electrolito es una pasta formada por dióxido de manganeso (MnO2) más carbono, cloruro de amonio (NH4Cl) más cloruro de cinc y agua.

Zn+2MnO2+2H2O→Zn(OH)2+2MnOOH Zn+2MnO2+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH

(2) (3)

En cuanto a las pilas alcalinas también tienen un ánodo de cinc; pero, pulverizado y amalgamado. El cátodo es un clavo central de acero. El electrolito es una pasta formada por KOH,MnO2 y H2O. Las semi-reacciones que tienen lugar son las siguientes [1]: Zn+4OH-→ZnO22-+2H2O+2e-

(4)

Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e-

(5)

Cabe anotar que las pilas secas funcionan a pH ácido y las alcalinas a pH básico y las pilas botón (ver figura 2) son similares a las pilas alcalinas; pero, el MnO2 se sustituye por HgO o Ag2O.

Figura 2. Esquema de pila botón[8] Figura 1. Esquema de una pila seca[8]

En este caso las semi-reacciones catódicas son las siguientes:

El sistema electroquímico de una pila seca está representado por el siguiente esquema [1]:

HgO + H2O +2e-→Hg + 2OH-

(6)

MnO2 NH4Cl, aq Zn

Ag2O + H2O +2e-→2Ag + 2OH-

(7)

Adicionalmente las reacciones que suceden en el electrodo positivo son:

Por lo tanto, mediante reacciones específicas puede separarse los diversos componentes provenientes de la disolución acuosa de una mezcla de los mismos mediante marchas analíticas con lo que se van precipitando unos componentes y otros pasan al filtrado, y así al final obtener cada uno de los componentes químicos separados y listos para seguir procesos de purificación o directamente utilizados en nuevos procesos, como materia

MnO2+H2O+2e-→MnOOH+2OH-

(1)

Existen otras reacciones de termodinámica más compleja y que aproximadamente están representadas por las siguientes ecuaciones:

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Recuperación y Reutilización de Componentes Químicos Provenientes de Pilas y/o Baterías por Vía Húmeda

prima de los mismos[7].Esto podemos complementar con lo dicho por Glynn, 1999[2] “ Se dispone de diversos procesos físicos para la separación de sólidos y líquidos, entre ellos centrifugación, flotación, sedimentación y filtración”.

final, los diversos hidróxidos contenidos en una muestra pueden ir precipitando fraccionadamente. Tabla 1. Valores de pH para precipitación de hidróxidos [3]

2. Método El proceso a seguir para la obtención, clasificación y tratamiento, una vez recolectadas las pilas, es clasificarlas en secas, alcalinas y recargables. A cada tipo de pilas se las separa de sus diversos componentes, tales como: recubrimientos plásticos, carcasas metálicas, pastas húmedas con electrolitos, electrodos sean metálicos o de carbono, cartón o plástico usados como aislante, tapas de hierro galvanizado. Para los procesos de separación se usan aproximadamente 10 pilas secas de distintas marcas, 5 a 10 gramos de pilas botón y un promedio de 5 baterías de celular con un peso promedio de 23 gramos. Las partes metálicas son separadas para una posterior fundición, las pastas húmedas y secas son sometidas a lavados, para luego ser tratados químicamente con ácidos minerales, para obtener extractos donde se determina y cuantifica por absorción atómica los diversos componentes (ver tabla 3 en resultados). Adicionalmente a los procesos de tratamiento de muestras, también se realiza los procesos de separación y obtención de los diversos componentes químicos de las pilas, para lo cual a partir de muestras de 1 a 5 gramos de mezclas de sólidos pulverulentos, previamente lavados, se realiza digestiones con ácidos minerales diluidos con lo que se asegura la digestión total de materia orgánica e inorgánica oxidable. Al realizar la digestión se obtiene disueltas tanto las sales ácidas solubles en medio acuoso, cuanto los componentes no solubles, los cuales son separados por filtración simple; de esta forma a la solución filtrada se la trata en medio básico para separar las diversas sustancias, según el pH de precipitación y sus respectivos Kps (producto de solubilidad) y obtenerlos como hidróxidos; la tabla 1 nos muestra que a un pH determinado y en una concentración determinada, que para el caso de los diversos componentes de la tabla, es de 1x10-2 M como concentración a pH inicial y 1x10-6 M para pH

En otras palabras, de la concentración de iones OH− depende que el hidróxido precipite o no. Mientras más soluble sea el hidróxido mayor será la concentración de los iones OH- necesarios para sobrepasar su producto de solubilidad; es decir, tanto menor deberá ser el valor del pH para que comience esta precipitación [3]. A partir del producto de solubilidad, puede calcularse el valor de pH en que empieza y termina la precipitación de un hidróxido y por esta misma razón al tener una mezcla de componentes químicos con diversos metales, como es el caso de las pilas, podemos precipitar los mismos para separarlos de los demás sólo variando la concentración de hidróxido y midiendo el pH; ver tabla 2.

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

Tabla 2. Potencial hidrógeno (pH) de precipitación de diversos hidróxidos de acuerdo con la cantidad de NaOH añadido a soluciones digeridas de componentes sólidos de las pilas (datos obtenidos del estudio).

3. Resultados A continuación se detalla los componentes encontrados por absorción atómica en los diversos tipos de pilas. Tabla 3. Resultados promedio de análisis de absorción atómica para los diversos tipos de pila.

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Todos estos datos fueron obtenidos al tratar sólo las partes internas de las pilas; es decir, los sólidos pulverulentos y pastosos. En la tabla 4 se resume el porcentaje: peso /peso que representan estos componentes en el total de las pilas, así como los porcentajes de los otros componentes metálicos de carcasas y cubiertas.

Tabla 4. Porcentaje promedio peso-peso de los diversos elementos que componen las pilas.

En base a los resultados preliminares (tablas 3 y 4) puede establecerse los rendimientos de los diversos componentes de las pilas, según su tipo como consta en las tablas 5,6, 7 y 8.

Tabla 5. Rendimiento de compuestos químicos por tonelada de pilas secas.

Tabla 6. Rendimiento de compuestos químicos por tonelada de pilas alcalinas.

Tabla 7. Rendimiento de compuestos químicos de pilas botón.

Tabla 8. Rendimiento de compuestos químicos de pilas recargables.

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

Figura 3. Sales de manganeso y cinc provenientes de pilas secas y alcalinas.

Figura 4. Compuestos de cobalto, manganeso y cobre obtenidos de las pilas recargables o de celular.

4. Conclusiones Por tanto puede concluirse que controlando adecuadamente el proceso de digestión, puede separarse componentes insolubles de aquellos solubles de una mezcla de componentes de pilas, para luego mediante un seguimiento adecuado del pH ir precipitando de forma fraccionada el compuesto solubilizado y de esta forma obtener las diversas sustancias químicas que las componen. Además podemos de esta forma producir o proveer de sustancias químicas básicas para industria y

laboratorios del país, la mayoría de las cuales son importadas y sus costos elevados. 5. Agradecimientos Queremos dejar constancia de agradecimiento al personal del laboratorio OSP de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central, por colaborar con el análisis de absorción atómica. También agradecemos a las autoridades de la Facultad por permitirnos realizar este trabajo en los laboratorios de la misma.

6. Referencias 1. Bagotsky V.S. Fundamentals of Electrochemistry, 2nd ed.; John Wiley & Sons. Inc., Hoboken New Jersey, 2005; pp 350-353. 2. Glynn,H, Ingeniería Ambiental, segunda edición ,Ed. Prentice Hall, 1999,pp 645-654. 3. León, C, Química Analítica Cualitativa, 1ra.ed., 1984,pp 61-64,144,164. 4. http:/www. wasteonline.org.uk/resources/Information Sheets/Batteries.htm 5. http:://www.accurec.de/englisch/leistungen.html 6. http:// www.epa.gov 7. http://www.batteryuniversity.com/partone-20.htm 8. http://www.arbolesymedioambiente.es/Imagenes/pilas3.gif

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Determinación de Taninos Condensados en Sorgo y su Desactivación Utilizando Urea NATHALIA OÑA

a*

FERNANDO NOVILLOb

a. Química de Alimentos, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador, Quito b. Químico, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador, Quito *Correspondencia: nathyru@hotmail.com

Resumen El sorgo es una gramínea de origen vegetal que se cultiva en zonas de climas tropicales y subtropicales, y crece en lugares donde los cultivos de maíz no son favorables. Su valor nutritivo es bueno, en comparación con el maíz, en especial por el contenido de proteína. Es por estas razones, que se busca utilizar el sorgo como materia prima para la elaboración de alimentos balanceados para aves, vacunos y cerdos; pero, una limitante es la presencia de taninos condensados en su estructura externa. Estos taninos son polifenoles que forman un complejo con la proteína; así, de esta manera no permite su asimilación y aprovechamiento por parte del animal, para la ganancia de peso. Se puede tratar al sorgo con urea para minimizar este efecto para lo cual se toma en cuenta la influencia de tres variables con dos niveles cada una. Estas variables son el porcentaje de urea al 3 y 6, el porcentaje de humedad al 13 y 25, y el tiempo al que se somete el tratamiento 7 y 15 días. Después de haber aplicado cada uno de estos tratamientos, los resultados fueron evaluados de acuerdo al diseño factorial 23, y de esta manera se obtuvo que las variables que tienen mayor efecto sobre la disminución del contenido de taninos son urea 6% y el tiempo de contacto 15 días. A mayor concentración de urea y mayor tiempo de contacto, el contenido de taninos disminuye en un 99,7%. Palabras Claves: sorgo, taninos, alimentos balanceados, desactivación.

Abstract Sorghum grain is a vegetable that is cultivable in tropical and subtropical climate zones, and grows in places where the corn crops are not favorable. Its nutritive value is good, in comparison with the corn, is good, especially because the protein contain. It is for these reasons that we wanted use the sorghum as raw material for the creation of feed for poultry, cattle and pigs, but a limiting factor is the presence of condensed tannins in its exterior structure. These tannins are polyphenols that create a complex with the protein, in that way it does not allow its assimilation and use by animals, for the weight gain. Sorghum can be treated with urea to minimize this effect which is taken in account three variables with two levels each. These variables are the percentage of urea at 3 and 6, the percentage of humidity at 13 and 25, and time that which is referred to the treatment 7 and 15 days. After have applying each on of these treatments, the results were evaluated according to the factorial design 23, and in this way was obtained that the variables that have the greatest effect over the reduction of the tannins content is the urea 6% and the contact time of 15 days. A higher concentration of urea and increased contact time, the tannins content will decline by 99,7%. Keywords: sorghum, tannins, balanced food, deactivation.

1. Introducción El sorgo es una gramínea similar al maíz, y por lo tanto puede aprovecharse su valor nutricional. Tal es el caso que por el contenido de proteína, el sorgo se puede utilizar en

la elaboración de alimentos balanceados para aves, cerdos y rumiantes, siendo una limitante para su uso el porcentaje de taninos condensados, ya que estos forman

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complejos con la proteína y no permiten que el animal la pueda asimilar en su organismo dando como resultado que no haya ganancia de peso. El uso del sorgo en la elaboración de balanceados no solamente se centra en el beneficio nutricional que este presenta sino también debido a que su costo es menor en relación al del maíz ya que puede ser cultivado en zonas de condiciones no tan favorables para los sembríos de maíz, resistiendo al ataque de plagas debido a los taninos condensados. Es posible lograr que los taninos condensados presentes en el sorgo se desactiven utilizando urea, ya que el tratamiento físico que recibe durante la molienda no es suficiente para este fin. Este tratamiento químico no solamente disminuiría el contenido de taninos condensados sino que favorece a la preservación de los granos protegiéndolos del ataque por hongos durante el almacenamiento; tomando también en consideración su bajo costo y disponibilidad de este producto. A nivel mundial, el sorgo granífero (Sorghum bicolor (L) Moench) constituye uno de los cereales que experimenta cada día mayor relevancia agronómica, dadas sus características genotípicas que le permiten ser cultivado incluso bajo condiciones climáticas adversas en las cuales difícilmente podrían desarrollarse otros cultivos de cereales. Tales características han sido asociadas con la presencia de compuestos fenólicos siendo los flavonoides el grupo polifenol más grande presente en este cereal. La producción mundial de sorgo promedio de los años 2002-2003 y 2006-2007 se muestra en el Gráfico 1. El objetivo de este trabajo es determinar el contenido de taninos condensados utilizando el método colorimétrico Vainilla – Ácido Clorhídrico y desactivar los taninos condensados utilizando urea, para lo cual primero debemos determinar el porcentaje de humedad inicial de las muestras y el porcentaje de taninos condensados, para luego ir evaluando la variación de este contenido en función de la concentración de humedad 13 y 25%, adición de urea 3 y 6%, y el tiempo de tratamiento 7 y 15 días.

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Gráfico1. Producción Mundial de Sorgo

(2002/03-2006/07) Fuente: www.sagpya.mecon.gov.ar

Un sorgo con alto contenido de taninos condensados tendrá la capacidad de precipitar o fijar más proteína de la existente en los mismos; siendo así que aquellos sorgos sin taninos o con un porcentaje bajo tienen un valor nutritivo equivalente al del valor nutritivo del maíz, pudiendo sustituirlo completamente en la formulación nutricional. En la formulación de balanceados el sorgo se ubica como un cereal de preferencia en la alimentación animal de pollos, cerdos y rumiantes debido a su disponibilidad; además, se incrementa su valor nutritivo cuando está debidamente procesado. Busca aplicarse el método químico de desactivación de taninos condensados con urea, con el propósito de conseguir los beneficios nombrados anteriormente sobre todo en relación a que hay menor gasto de recursos en comparación a una desactivación con vapor donde se consume más energía. 1.1 Sorgo El sorgo o zahína (Sorghum bicolor) es una hierba perteneciente a la familia de las gramíneas (Poaceae), cuyas semillas se utilizan para hacer harina y como forraje. Su clasificación científica la podemos ver en la Tabla 1. El género Sorghum bicolor se caracteriza por presentar espiguillas que nacen de a pares. El sorgo tiene una


Determinación de Taninos Condensados en Sorgo y su Desactivación Utilizando Urea

altura de 1 a 2 metros. Tiene inflorescencias en panojas y semillas de 3 mm, esféricas y oblongas, de color negro, rojizo y amarillento. Tiene un sistema radicular que puede llegar en terrenos permeables a 2 m de profundidad. Las flores tienen estambres y pistilos; pero, se han encontrado en Sudán sorgos dioicos. El sorgo se utiliza para producir grano que sirve para la alimentación del ganado [1].

El sorgo tiene más proteína y menos aceite que el maíz, lo cual se traduciría en un contenido de energía metabolizable ligeramente inferior. Los sorgos graníferos sin taninos condensados tienen un valor nutritivo equivalente al 95-98% del valor nutritivo del maíz [2]. Para obtener el máximo de eficiencia alimenticia, los granos del sorgo deberán ser procesados (silaje de grano húmedo, molido, aplastado, etc.).

Tabla 1. Clasificación Científica del Sorgo [1].

En los sorgos de alto tenor de taninos, la testa (porción externa del tegumento exterior) se presenta prominente y coloreada, violácea a marrón rojiza, por la presencia de estas sustancias, constituyendo un rasgo diferencial respecto de aquellos que no presentan taninos (testa incolora) [3]. Valores de referencia para taninos condensados en sorgo se presentan en la Tabla 3. Tabla 3. Contenido de Taninos en Sorgo [3].

Alrededor del 90% de almidón y 80% de proteína total están localizados en el endospermo; el germen contiene a su vez el 70% de extracto etéreo. En conjunto el sorgo posee una composición similar a la del maíz, excepto por un menor contenido de aceite. La composición química aproximada del grano de sorgo se indica en la Tabla 2. Tabla 2. Composición Química del Grano de Sorgo [2].

1.2 Taninos De la palabra inglesa tanning (curtido), el término tanino fue originalmente usado para describir la sustancia de los extractos vegetales usados para curtir cueros animales. Se define a los taninos como compuestos fenólicos de alto peso molecular y con una cantidad adecuada de grupos hidroxi-fenólicos y otros grupos sustituibles como grupos carboxilos, para formar complejos resistentes con proteínas y otras macromoléculas. La palabra fenol es referida a todos aquellos compuestos que poseen uno o más radicales hidroxilo, sustituyentes unidos a un anillo aromático [4]. La principal característica de los taninos es que pueden ligarse a las proteínas. Históricamente se creía que los taninos ligaban y precipitaban todas las proteínas de

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manera no específica; pero, ahora se reconoció que las interacciones tanino-proteína son específicas y dependen de la estructura de la proteína. Una proteína de cadena más larga es favorable para la formación del complejo; esta interacción se intensifica con la movilidad conformacional y el peso molecular de los taninos [5]. La incidencia de los taninos en aves, cerdos y rumiantes puede tener efectos benéficos y perjudiciales. Entre estos últimos se destacan: • Inhibición microbiana y enzimática debido a un exceso de ácido tánico en la dieta. • Colores indeseables en el alimento. • Insolubilización y precipitación de las proteínas. • Depresión de la digestibilidad de la materia seca y la utilización del nitrógeno. • Depresión de la energía. • Provocan carcinogénesis. • Disminución de la palatabilidad [6]. Pero, estas sustancias presentan algunas aplicaciones tanto en medicina cuanto en la industria. A continuación se nombra algunas de estas ventajas: • Curación de heridas y cuidados de la piel. Los taninos cumplen una función cicatrizante al acelerar la curación de las heridas y hemostática al detener el sangrado. • Antioxidantes. Se los considera así por su capacidad para eliminar los radicales libres, previniendo la aparición de numerosas enfermedades degenerativas, entre ellas el cáncer. • Antibacterianas. Esta función se da al privar a los microorganismos del medio apropiado para que puedan desarrollarse. • Colesterol. Los taninos reducen el colesterol al inhibir su absorción y expulsarlos a través de las heces. • En la industria vinífera los taninos son de gran importancia, sirven como conservantes, es decir, que determinan la capacidad de envejecimiento de un vino [7]. 1.3 Determinación de Taninos Condensados Existen algunos métodos para determinar compuestos fenólicos como son los taninos condensados. Entre estos pueden tomarse en cuenta los colorimétricos que son usados para medir sorgos con taninos, estos incluyen

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la prueba de Vainillina/HCl [8] y la prueba de HCl/Butanol, ambos son rápidos y económicos para estimar el contenido de taninos. El método vainillina-HCl es el más utilizado para la determinación cuantitativa de los taninos condensados en frutas, sorgo y leguminosas forrajeras. Este análisis es específico para determinar flavan-3-ol, dihidrochalconas y proantocianidinas [9]. 1.4

Desactivación de Taninos Condensados

La desactivación de los taninos condensados consiste en disminuir su contenido en el grano de sorgo; sea cual fuera el método aplicado siempre el fin es buscar un mejor rendimiento, bajos costos y que el efecto que tiene sobre el valor nutricional del grano no se vea afectado y así poder aprovechar la proteína que este presenta. Muchos esfuerzos han sido dirigidos a tratar de mejorar la calidad nutritiva del grano de sorgo, para lo cual algunos estudios han evaluado distintas técnicas de tratamiento basadas en la utilización de métodos físicos y/o químicos dirigidos a disminuir el contenido de taninos [10]. Entre los métodos químicos, se destaca el que utiliza la urea, consiste en agregar la urea en una proporción del tres por ciento de la cantidad de grano, y la cantidad necesaria de agua para reconstruir el grano a un nivel entre el veinticinco por ciento de humedad. Debe cuidarse que la urea no contenga nitratos o nitritos, ya que son tóxicos para los animales [11]. Los taninos condensados pueden ser desactivados rápida y completamente por la reconstitución con soluciones acuosas de urea, siendo también un buen preservante para las muestras. La temperatura tiene efecto sobre la desactivación de los taninos con urea según se demuestra en un experimento realizado, donde se utilizó soluciones de dos, tres y cuatro por ciento de urea que se mantuvieron a 25o C; hubo disminución en el porcentaje de taninos; pero, no mayor diferencia entre una concentración y la otra. Luego se varió la temperatura, se subió a 60o C a todas las muestras obteniéndose una mayor disminución en los valores de taninos a esta temperatura [12].


Determinación de Taninos Condensados en Sorgo y su Desactivación Utilizando Urea

2. Materiales y Métodos

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2.1 Determinación de Taninos Condensados

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2.1.1 Materiales y Equipos -

Espectrofotómetro (Milton Roy Company) Baño térmico con control de temperatura 100+/0,5oC (MEMMERT) Agitador magnético Centrífuga (DYNAC)

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2.1.2 Reactivos − Solventes: Metanol grado reactivo (Merck), ácido clorhídrico concentrado comercial (Merck) − Estándar primario al 98% de Hidrato de Catequina grado vainillina (Sigma Chemical). − Solución de vainillina al 1% p/v.- Se pesa 1,0 gramos de vainillina y se llevan a 100 mL con metanol. Se guarda la solución en un recipiente oscuro a 0oC − Solución de ácido clorhídrico al 8% v/v.- Se toman 8 mL de ácido clorhídrico concentrado y se completa con metanol hasta 100 mL. − Solución de ácido clorhídrico al 4% v/v.- Se toman 4 mL de ácido clorhídrico concentrado y se completa con metanol hasta 100 mL. − Solución patrón de catequina.- se prepara una solución cuya concentración sea de 3 mg/ mL de catequina en metanol. − Reactivo de vainillina.- Debe prepararse el mismo día del análisis mezclando partes iguales de la solución de vainillina y HCl al 8%. 2.1.3

% Taninos =

-

-

(1)

2.2 Desactivación de Taninos Condensados 2.2.1 Reactivos -

Urea grado técnico

2.2.2

Procedimiento

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-

Procedimiento

Se toma una alícuota de 1 mL de extracto (por duplicado) en tubos de ensayo y se colocan en un baño de agua a 30° C Después de que las muestras se han atemperado se agregan 5 mL de reactivo de vainillina a uno de los tubos y 5 mL de HCl 4% a otro tubo (blanco) a intervalos de 1 minuto entre una muestra y la siguiente. Las muestras con sus respectivos blancos se dejan en un baño de agua a 30o C por espacio de 20 minutos exactos.

(mgCatequinax10mLx100) (1mLxPM (mg))

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La absorbancia del blanco corresponde a la absorbancia de la muestra que contiene la vainillina La diferencia en absorbancia se compara con la obtenida en la curva patrón para hallar el equivalente en catequina. Si la absorbancia de la muestra no cae dentro del intervalo de absorbancia de la curva, se diluye la muestra de tal forma que su nuevo valor de absorbancia pueda interpretarse en la curva de la calibración. Para la cuantificación se interpreta la absorbancia de la muestra en la curva patrón y se obtienen los mg de catequina equivalente y los mililitros de extracto. Ecuación (1).

-

Determinar el porcentaje de humedad de las muestras de sorgo según la Norma INEN 518 [13]. Determinar el porcentaje de taninos de acuerdo con la técnica descrita anteriormente. Realizar los cálculos de balance de materia y humedecer las muestras con las soluciones acuosas de urea al 3 y 6% para obtener el 13 y 25% de humedad. Conservar las muestras durante 7 y 15 días a temperatura ambiente en los frascos de plástico bien tapados, para evitar la pérdida o ganancia de humedad. Determinar el pH de la muestra agregada urea. Analizar el porcentaje de taninos después del tiempo indicado para cada tratamiento según la técnica descrita anteriormente.

El resumen de los tratamientos realizados se indica en la Tabla 4.

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Tabla 4. Combinaciones para cada tratamiento.

D = 3,17g total A = 3g B = 0,09g C = 0,08g Los cálculos se realizan de acuerdo al porcentaje de urea y de humedad con las que van a trabajarse. 3. Resultados y Discusión 3.1 Determinación de Humedad

2.2.2.1 Balance de Materia Para poder llegar a las condiciones adecuadas y llevar a cabo la desactivación de los taninos condensados es necesario realizar un balance de materia para conocer en qué cantidades va a intervenir cada elemento. Cálculos A = sorgo (g) B = urea (%P/V) C = agua (g) D = producto final (% de humedad)

En la Tabla 5 se indica el porcentaje de humedad para cada una de las muestras. Tabla 5. % Humedad Muestras.

El valor medio de humedad de las muestras es de 11,29%, de acuerdo a valores de referencia de la Norma del CODEX para el sorgo en grano CODEX STAN 172-1989 es de 14,5% como valor máximo, lo que indica que cumple con la misma. 3.1.1 Determinación de Taninos Condensados. En la Tabla 6 se indica el porcentaje de taninos condensados inicial para cada una de las muestras.

Ejemplo de cálculo: • 3% de urea y 13% de humedad del producto final

Tabla 6. % Taninos Condensados Muestras a y b

A + B + C→D 3+0,09+C=D 3,09+C=D (1) Balance de masa H2O (0.11)(3)+0+C = 0,13D

El contenido promedio de taninos condensados de las muestras es de 2,20%, y de acuerdo al Manual Técnico del sorgo que lo clasifica según se indica en la Tabla 3,

D A+X B+X C=X H2OB H2OC H2OD H2OA

X

0,33+C = 0,13D (2) (1) y (2) -3,09 - C = - D (1) 0,33+C = 0,13D (2) - 2,76 = - 0,87 D

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las muestras tienen un contenido alto de taninos. El diseño estadístico utilizado es el Diseño Factorial, donde intervienen 3 variables con dos niveles cada una utilizándose el modelo 23, con lo que se determina que va a tenerse ocho tratamientos donde se combinan cada una de las variables.


Determinación de Taninos Condensados en Sorgo y su Desactivación Utilizando Urea

Se trabaja con dos muestras a y b, con cuatro réplicas para cada uno de los tratamientos que se aplican, los mismos que resultan de la combinación del porcentaje de humedad (13 y 25), porcentaje de urea (3 y 6) y el tiempo en días al que se somete cada tratamiento (7 y 15). Las lecturas se realizan en el espectrofotómetro a 500 nm, se obtienen los valores de absorbancia los mis-

En las Tablas 7 y 8 tenemos el porcentaje de taninos condensados después de aplicar cada uno de los tratamientos para la Muestra a y la Muestra b respectivamente. En los Gráficos 2 y 3 podemos observar la disminución del porcentaje de Taninos en función de la concentración de urea (3 y 6%), el porcentaje de humedad (25%) y el tiempo de contacto (15 días).

mos que se transforman a mg de catequina con ayuda de la ecuación que se obtiene en la curva de calibración de acuerdo con la Norma Venezolana COVENIN3179:1995 [8]. De acuerdo con esto se hace el cálculo del contenido de taninos inicial y final.

En los gráficos para cada uno de los tratamientos se ve la tendencia que tiene el contenido de taninos condensados en ir disminuyendo a medida que aumenta la cantidad de urea añadida, teniendo también influencia el porcentaje de humedad y el tiempo de contacto de cada tratamiento.

Tabla 7. %Taninos para cada tratamiento Muestra a.

Tabla 8. % Taninos para cada tratamiento Muestra b.

Gráfico 2. Disminución de taninos a 3 y 6% de urea a 15 días 25% humedad.

Gráfico 3. Disminución de taninos a 3 y 6% de urea a 15 días 25% humedad.

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3.1.2 Análisis de Varianza El tratamiento estadístico se realiza de acuerdo a las fórmulas indicadas para el diseño factorial 23. Para la aceptación se utiliza la Prueba F al 95%, F para 1 y 24 grados de libertad el valor en tablas es de 4,26. Los tratamientos son: A = % humedad B = % urea C = días Los demás resultan de la combinación de estos tres. Tabla 9. F calculada para cada tratamiento Muestra a.

porcentaje de urea va aumentando y los días también nos vamos acercando más al cero por ciento de taninos; esto se observa por los cambios de color que se ve en la superficie. El color rojo corresponde a mayor concentración de taninos y el color verde a una menor concentración. Los gráficos de superficie de respuesta se realizaron con el programa STATISTICA 7. La ecuación que se obtiene con el gráfico de superficie de respuesta permite calcular el porcentaje de taninos que se obtienen al variar la concentración de urea (x) y los días (y), es decir, que permite conocer con qué valor de urea y en qué tiempo puede obtenerse una total disminución del contenido de taninos. x = % urea y = días

Tabla 10. F calculada para cada tratamiento Muestra b.

Gráfico 2. 3D Muestra a.

En las Tablas 9 y 10 puede verse que de acuerdo al valor de F calculado en comparación al F tabulado al 5%, se aceptan los tratamientos B (%urea), C (días) y la combinación de ambos BC, lo que indica que estas son las variables que tienen mayor influencia sobre la disminución de taninos. Después de haber concluido cuales son las variables que influyen sobre la disminución del porcentaje de taninos, se crea una gráfica de superficie de respuesta (Gráfico 2 y 3), la que nos indica que a medida que el Gráfico 3. 3D Muestra b. 16


Determinación de Taninos Condensados en Sorgo y su Desactivación Utilizando Urea

Para poder confirmar si el porcentaje de taninos va disminuyendo a medida que aumenta el porcentaje de urea, se realizó pruebas experimentales fuera de lo propuesto en el trabajo, donde se trabajó con concentraciones de 1,5 y 9% de urea en las mismas condiciones en las que se trabajó los demás tratamientos. De acuerdo a la tendencia de disminuir el contenido de taninos en función del tiempo se realizó una determinación a los 10 días de tratamiento bajo las mismas condiciones. Para conocer si la temperatura tiene influencia sobre la disminución de taninos condensados se realizó las determinaciones a 35o C. los resultados los podemos observar en la Tabla 11. Tabla 11. Influencia una variable a la vez.

De acuerdo con la influencia que tiene la urea sobre el contenido de taninos, se decidió aumentar dos valores de urea 1,5 y 9%, y determinar si dicha tendencia se mantiene. Con el nivel inferior utilizado se observa una disminución del 60,45% valor promedio de ambas muestras, y con el nivel superior tenemos una disminución del 94,06% valor promedio de ambas muestras. Con los resultados que se obtienen, se confirma el efecto de la urea sobre la disminución del contenido de taninos. Otra de las variables que afecta al contenido de taninos es el tiempo de contacto al que se somete las muestras, se incluyó un tiempo medio de 10 días, que va dentro de los valores utilizados para confirmar la disminución de taninos en función del tiempo. De acuerdo con los valores que se obtienen a los 10 días puede determinarse que hay una relación directa en el tiempo de contacto y la disminución de taninos. Para conocer sí la temperatura tiene influencia sobre la concentración de taninos se probó a 35o C a las condiciones establecidas. La temperatura reduce en un 99,9% el porcentaje de taninos. Confirmando así lo que indicaron Russel y Lolley en su artículo [14],

determinaron que la temperatura tiene efecto sobre la disminución de taninos condensados. 4. Conclusiones • El porcentaje de humedad que presenta cada muestra es de 11,25% para la muestra a y 11,37% para la muestra b. Este dato sirvió de referencia para saber cuánto de agua debía aumentarse para poder llegar a las humedades 13 y 25%, requeridas para cada uno de los tratamientos. • La determinación de taninos condensados en el sorgo procedente de Quevedo, de la zona de Balzar, realizada por el método colorimétrico HCl-vainillina dio como resultado para la muestra a 1,92% TC; y de la muestra b 2,47% TC. • La desactivación de los taninos condensados se dio con cada una de las posibles combinaciones de las variables de humedad al 13 y 25%; soluciones acuosas de urea al 3 y 6%; y el tiempo de tratamiento 7 y 15 días. Obteniéndose como mejor resultado que a mayor concentración de urea y mayor tiempo de contacto el valor de taninos disminuye, la Muestra a disminuye en un 99,4% y la Muestra b disminuye en un 99,9%. • La urea por el tiempo que está en contacto con el sorgo produce un álcali debido a su hidrólisis, la misma que se favorece por la presencia del agua añadida. El pH del medio se eleva a un valor de 8,3 aproximadamente lo que impide el desarrollo de hongos, que son los principales microorganismos que atacan al grano. • Del análisis estadístico de todos los posibles tratamientos se concluye que la concentración de urea y el tiempo de contacto y también una combinación de ambos, tienen mayor influencia sobre la desactivación de los taninos. Esto pudo ser determinado mediante la prueba F al 5% en donde F tabulado para 1 y 24 grados de libertad es de 4,26. Se acepta la hipótesis nula para la humedad lo que indica que la variación de esta no tiene mayor efecto sobre el contenido de taninos con los niveles investigados en este trabajo. Se acepta la hipótesis alternativa para el porcentaje de urea y su combinación, que indica que un valor diferente a cero disminuye el contenido de taninos. • De acuerdo con los gráficos 2 y 3, porcentaje de urea vs. porcentaje de taninos, puede observarse una disminución progresiva de taninos a medida que aumenta la concentración de urea, y la influencia de la humedad no es muy notoria.

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5. Referencias 1. Wikipedia, Sorghum, http://es.wikipedia.org/wiki/Sorgo. 2. Alberto Chessa, www.ergomix.com.ar., 2007. 3. Elkin Robert G., Freed Marisue B., Hamaker, Bruce R. Condensed Tannins are only partially responsible for variations in nutrient digestibilities of sorghum grain cultivars, Journal of Agricultural and food Chemistry, 1996, 44, 848-853. 4. Roberto Belmar Casso, 1994 www.sian.info.ve/porcinos/publicaciones/encuentros/viii_encuentro/roberto.htm. 5. Claudia Romero, Efecto del pastoreo con bovinos sobre la concentración de taninos condensados en Gliricidia sepium (Jacq) Walp en el trópico seco, 2000, Colima. 6. Maureen Hernández Ángel, Almendro de la India: Potencial biológico valioso, Revista cubana de investigaciones médicas, marzo 2003, 22, 1. 7. Maureen Hernández Ángel, Almendro de la India: Potencial biológico valioso, Revista cubana de investigaciones médicas, marzo 2003, 22, 1. 8. NORMA VENEZOLANA COVENIN3179:1995; Alimentos Para Animales. Determinación De Taninos Condensados. 9. Josephs Wall, Traducido del inglés por Andrés Bottaro; Producción y usos del sorgo. 10. William Benett, Producción moderna sorgo granífero, Noviembre 1991. 11. AGCONNECT, Manual técnico del sorgo, www.viarural.com.ar, marzo 2009 12. W. Russel, Deactivation of tannin in high tannin milo by treatment with urea, Journal Dairy Sci., 1989, 72, 2427-2730. 13. Instituto Ecuatoriana de Normalización (INEN); www.inen.gov.ec/normas/norma.php?COD COD_NORMA=518 14. Luis Romero; Silaje de grano húmedo de sorgo: Efecto del contenido de tanino y el tratamiento con urea en la respuesta de vacas lecheras, 2002, EEA INTA.

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Perfil de la Lluvia Ácida en la Ciudad de Quito (Ecuador) Durante los Meses de Diciembre-2008 y Enero-2009 RONNY FLORES1*, PABLO BONILLA2 Laboratorio de Química Ambiental, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador, Quito 2 Laboratorio de Química Analítica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador, Quito

1

*Correspondencia: ronnyflores@correo.unam.mx

Resumen El presente trabajo de investigación analizó la composición de la lluvia en la ciudad de Quito, capital del Ecuador, durante los meses de diciembre de 2008 y enero de 2009. Se distribuyeron 17 sitios de muestreo a lo largo de la ciudad. Se midió en el agua de lluvia el pH, conductividad, calcio, nitratos y sulfatos. Se encontró que aproximadamente el 50 % de superficie de la ciudad está afectada por lluvia ácida, es decir, con lluvia con un pH menor a 5,6. Lo que indica que la atmósfera de Quito está contaminada de óxidos de azufre y nitrógeno, provenientes de las plantas termoeléctricas y del tráfico vehicular, que por oxidación se han convertido en ácido sulfúrico y nítrico, respectivamente, que han acidificado el agua de lluvia. La lluvia ácida es perjudicial para los ecosistemas acuáticos y terrestres. Palabras claves.- Lluvia ácida, contaminación, ciudad de Quito, pH, atmosfera.

Abstract The present work analyzed Quito city rain´s composition during December 2008 and January 2009 months. Seventeen sampling places were distributed along in the city. In rainwater were analyzed: pH, conductivity, calcium, nitrates and sulfates. Approximately 50% of surface in the city is affected by acid rain (rain with minor pH of 5,6). What indicates that the atmosphere of Quito is contaminated with sulfur and nitrogen oxides, coming from thermoelectric plants and traffic. They become sulfuric and nitric acids, respectively, and they acidified rainwater. The acid rain is harmful for aquatic and terrestrial ecosystems. Key words: Acid rain, contamination, Quito city, pH, atmosphere.

1. Introducción Conocer la calidad del aire de la ciudad es importante para garantizar el bienestar de los ciudadanos y para que las autoridades tomen decisiones para mejorarlo. La lluvia es un mecanismo natural de limpieza de la atmosfera que remueve gases atmosféricos, aerosoles, partículas y todos aquellos compuestos que han sido introducidos a la atmósfera por diferentes fuentes de emisión naturales (erupciones volcánicas, incendios forestales) o antropogénicas (plantas de energía, industria y transporte). Por lo tanto, la lluvia es un indicador útil de los niveles de contaminación ambiental, que aporta datos valiosos acerca de entradas de compuestos tóxicos a los sistemas terrestres y

acuáticos [1]. La precipitación en el Distrito Metropolitano de Quito (DMQ) observa un régimen bimodal, presentando el primer periodo lluvioso entre febrero y mayo y el otro durante octubre y diciembre. Precipitaciones mínimas se observan principalmente entre junio a agosto. En la ciudad de Quito, capital del Ecuador, el aire puede estar contaminado por las emisiones de los vehículos livianos y pesados, seguidas por las fuentes fijas, principalmente las centrales termoeléctricas, y por las fuentes aéreas, como las canteras y la vegetación [2]. Una de las consecuencias de la contaminación atmosférica es la formación de la lluvia ácida. El agua de lluvia en ausencia de contaminantes

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atmosféricos es ligeramente ácida, tiene un pH de 5,6, debido a la disolución del CO2 atmosférico de acuerdo a las siguientes reacciones [3]: CO2 + H2O = HCO3– + H+ HCO3– = CO32– + H+

Ka1 = 4,45x10–7 Ka2 = 4,69x10–11

(1) (2)

Si además en el aire están presentes gases contaminantes como SO2 y NO estos se disuelven en el agua y bajan aún más el pH del agua lluvia por la formación de ácido sulfúrico y nítrico, por oxidación de los óxidos respectivos. Se conoce, entonces, como lluvia ácida a la lluvia que tiene un pH inferior a 5,6. La medición del pH de las precipitaciones ayuda a determinar el efecto de la lluvia sobre el suelo, la vegetación y los lagos [4]. La especie principal que inicia la secuencia de reacciones es el radical hidroxilo [5], formado por reacciones fotoquímicas en la atmósfera: SO2 + HO• = HSO3•

(3)

HSO3• + O2 = SO3 + HO2•

(4)

SO3 + H2O = H2SO4

(5)

2NO + O2 = 2NO2

(6)

NO2 + HO• = HNO3

(7)

Los contaminantes primarios de la atmósfera son los óxidos de azufre y nitrógeno formados directamente de las fuentes de combustión y estos contaminantes al trasformase en la atmósfera a los ácidos respectivos se convierten en contaminantes secundarios. El petróleo contienen pequeños porcentajes de compuestos de azufre, en consecuencia, los óxidos de azufre aparecen como subproductos indeseables de la combustión de combustibles fósiles. Los óxidos de azufre se eliminan del aire mediante conversión en ácido sulfúrico y sulfatos. Y terminan depositándose en la tierra [6]. La mayor fuente de óxidos de azufre la constituyen las fuentes fijas (rellenos sanitarios, termoeléctricas e industrias) con 85,5 % y en menor porcentaje las fuentes móviles 14,5 %. En las fuentes fijas el 42,8 % corresponde a las centrales termoeléctricas y el 27,3 % a hornos y calderos industriales. Las fuentes móviles (buses y vehículos pesados a diesel y vehículos livianos a gasolina aportan el 10,5% [7]. La quema de combustibles fósiles se realiza en presencia de aire que está formado aproximadamente de un 78% de nitrógeno y un 21% de oxígeno

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[3]. Durante la combustión el nitrógeno del aire se oxida y forma óxidos debido a la alta temperatura de la combustión. En la atmósfera, los óxidos se convierten en ácido nítrico y nitratos que se depositan en el suelo [6]. La mayor parte de los óxidos de nitrógeno artificiales NOx (NO + NO2) se derivan de las fuentes móviles (tráfico vehicular y aéreo) con 53,8 %, de estos los buses y vehículos pesados a diesel aportan el 28,6%, particulares, taxis y camionetas a gasolina el 21,6 %. Las fuentes fijas generan el 44,5 % siendo las centrales termoeléctricas las principales con el 37,8 % [7]. Por lo tanto, la lluvia ácida tiene su origen en centros urbanos e industriales, que son las principales áreas de emisión de sus precursores: óxidos de azufre y nitrógeno. Los cuales son trasportados a cientos o miles de kilómetros de sus fuentes [1]. La lluvia ácida tiene efectos negativos sobre los ecosistemas terrestres y acuáticos. Para la salud, los riesgos potenciales se relacionan con la exposición continua de los óxidos de azufre y nitrógeno como efectos respiratorios en animales y humanos. La lluvia ácida puede producir efectos indirectos, ya que las aguas acidificadas pueden disolver metales y sustancias tóxicas del suelo, rocas, conductos y tuberías. La lluvia ácida acelera el deterioro de los materiales de construcción y pinturas incluyendo construcciones históricas, estatuas y esculturas. Los efectos en el suelo por la lluvia ácida depende de la cantidad total de lluvia en el área y de sus características. Algunos suelos contienen compuestos neutralizantes de ácidos como carbonatos de calcio. La lluvia ácida puede provocar la pérdida de los compuestos alcalinos calcio y magnesio, que son nutrientes importantes para la biota, lo cual origina empobrecimiento por la disminución de la fertilidad y la productividad. La lluvia ácida puede liberar el aluminio del suelo que es tóxico para las plantas y daña las raíces de los árboles. En la vegetación sensible es frecuente el daño en el follaje, con la caída prematura de las hojas, aumentando la susceptibilidad a plagas y enfermedades por excesiva concentración de ácido o de los gases SO2 y NOx. Las plantas se debilitan haciéndose más susceptibles al frío y la sequía. La lluvia ácida, también, causa la acidificación de lagos y corrientes que genera serios efectos en la constitución química del agua, provocando un aumento en la concentración de elementos tóxicos como los iones aluminio que pueden afectar a muchos tipos de peces; además, de interrumpir ciclos reproductivos de plantas acuáticas y animales [1], [3] y [4].


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No existe un estudio formal en la ciudad de Quito sobre la lluvia ácida. Desde el año 2004 la Corporación Municipal para el Mejoramiento del Aire de Quito (CORPAIRE: www.corpaire.org) se encarga del monitoreo de los contaminantes primarios como los óxidos de azufre y nitrógeno [7]; pero, no de los contaminantes secundarios como los componentes de la lluvia ácida; tampoco, la normativa ecuatoriana para la calidad del aire ambiente incluye dentro de sus parámetros de control a la lluvia ácida [8]. El presente estudio investiga si la ciudad de Quito tiene problemas de lluvia ácida. Además, busca involucrar a la ciudadanía en cuestiones ambientales con la participación activa de estudiantes.

Este estudio servirá de base para un proyecto mayor que involucrará a una población más amplia y durante un periodo mucho más largo. 2. Materiales y Métodos 2.1. Toma de muestras La recolección de las muestras de agua lluvia la realizaron 17 alumnos de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador, distribuidos en diferentes sectores de la ciudad de Quito, de acuerdo con las parroquias en donde viven (ver Figura 1).

CLAVE: MM: MITAD DEL MUNDO CA: CARCELÉN EC: EL CONDADO PO: PONCEANO CT: COTOCOLLAO BQ: BELISARIO QUEVEDO SJ: SAN JUAN CE: CENTRO HISTÓRICO CH: CHIMBACALLE SB: SAN BARTOLO LM: LA MENA CO: CONOCOTO GU: GUAMANÍ

Figura 1. Foto satelital de la ciudad de Quito con los 17 sitios de muestreo. (Foto modificada del Google Earth)

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El perfil de la lluvia puede variar significativamente de un lugar a otro en distancias menores a 10 km; una lluvia puede ser grande y cubrir toda una región mientras que otras son pequeñas de sólo 10 km o menos; entonces, para obtener una visión real hay que tomar mediciones en diferentes lugares, ya que el pH puede variar de un sitio a otro o puede cambiar durante el curso de una tormenta [4]. Con la ayuda del programa informático Google Earth 5 (http://earth.google.es) se determinaron las coordenadas de los sitios de muestreo. A cada voluntario se le proveyó de cinco frascos de vidrio color ámbar de 100 mL de capacidad, un embudo de plástico grande y una probeta de plástico de 100 mL. Y, tiras de papel indicador de pH que cambian de color marca Precision pH 4070 Test Strip con un rango de pH de 4,0 a 7,0 con intervalo de 0,4 unidades de pH. Para la toma de muestras se utilizó el protocolo del Programa Global Learning and Observations to Benefit the Environment [4]. Se les instruyó para que colocaran la probeta con el embudo en un lugar abierto y despejado alejado por lo menos tres metros de cualquier construcción y a 50 cm del suelo. Luego de finalizada la lluvia debían medir el volumen recolectado y el pH de la muestra. Las muestras se guardaban en la refrigeradora, dentro del frasco ámbar etiquetado, hasta ser enviadas al Laboratorio de Química Ambiental de la Facultad de Ciencias Químicas para el resto de análisis. Las muestras de agua lluvia se recolectaron durante los meses de diciembre de 2008 y enero de 2009. La superficie de la ciudad de Quito analizada comprende aproximadamente un rectángulo de 33,85 por 13,69 km de lado, es decir, un área de 463,4 km2. 2.2. Análisis de muestras Durante el tiempo que duró el análisis, las muestras estuvieron almacenas a 4 °C de temperatura. La conductividad se midió con un equipo SevenEasy Conductivity de Mettler Toledo, Los sulfatos se determinaron por el método turbidimétrico 4500-SO42– E [9] en un equipo espectrofotométrico Genesys 10UV de Thermo Electron Corporation y, los nitratos por el método de reducción de la hidracina 4500-NO3 - H, [9] en un equipo espectrofotométrico Genesys 10UV de Thermo Electron Corporation. Todos los reactivos utilizados fueron grado PA. Calcio, magnesio y hierro se determinaron por espectroscopia de absorción atómica en un equipo Perkin Elmer modelo AAnalyst 200.

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Para los gráficos de contorno se utilizó el programa Surfer versión 8,01 Surface Mapping System de Golden software. Los límites de la ciudad de Quito y sus parroquias se obtuvieron de la base de datos del Sistema de Información Geográfico SavGIS versión 9 (http://www.savgis.org/es) desarrollado por el Institut de Recherche pour le développement (IRD) utilizado por la Dirección Metropolitana de Planificación Territorial de Quito. Y, la fotografía satelital de la ciudad de Quito con los lugares de muestreo se realizó con el programa Google Earth 5. 3. Resultados y Discusión Las muestras de lluvia se recolectaron a lo largo de la ciudad de Quito desde Guamaní al sur hasta la Mitad del Mundo al norte. Fueron 17 sitios de muestreo lo que permitió obtener una visión amplia de la composición de la lluvia en Quito. Los datos recolectados durante un mes fueron promediados y el valor promedio junto con la longitud y latitud del sitio de muestreo correspondiente se ingresó en el programa Surfer para construir los gráficos de contorno o isolíneas. Para el análisis espacial se utilizó el modelo de interpolación kriging [10]. Los resultados para los diferentes analitos se muestran en las figuras 2, 3, 4, 5 y 6. La interpretación de los gráficos obtenidos se dificulta toda vez que los contaminantes pueden viajar muchos kilómetros del lugar de la emisión acarreados por el viento; sin embargo, sí se puede obtener información útil para determinar la magnitud de la contaminación en la ciudad de Quito. Se consideran desfavorables para la dispersión atmosférica de los contaminantes en Quito, a la topografía que puede favorecer el atrapamiento de contaminantes en rincones, al régimen de los vientos que poco contribuye a la circulación del aire sobre todo en el Centro Histórico, a la insolación que propicia la formación de contaminación fotoquímica y a las inversiones térmicas que contribuyen a bloquear el aire a nivel del suelo. En cuanto a los vientos, en Quito, se ha establecido que las direcciones dominantes y velocidades promedio son muy variables según las estaciones y el espacio. De manera general, no hay vientos fuertes. Cuando soplan hacia el norte, en el sentido del valle, permiten ocasionalmente una buena dispersión de los contaminantes por un efecto de barrido. Sin embargo, las condiciones atmosféricas más comunes provocan el encuentro de masas de aire provenientes del sur con otras provenientes del norte a nivel del Panecillo, produciéndose remo-


Perfil de la Lluvia Ácida en la Ciudad de Quito (Ecuador) Durante los Meses de Diciembre-2008 y Enero-2009

linos, fricciones de masas de aire y finalmente la permanencia de los contaminantes en esa zona del Centro Histórico [11]. En general, la conductividad, nitratos y sulfatos mostraron valores más altos durante el mes de diciembre en comparación con el mes de enero. Esto podría ser debido al fenómeno de la inversión térmica que se produce a una altura de aproximadamente 500 m por encima del suelo. Esta situación es visible principalmente en el centro y en la parte noroccidental de la ciudad y se revela más frecuentemente en la madrugada hasta las 10 o11 a.m. Las condiciones atmosféricas estables que caracterizan a estos períodos impiden una buena dispersión de los contaminantes y favorece el estancamiento temporal de los contaminantes en el aire, principalmente en los meses de verano (julio, agosto y septiembre) y en el Veranillo del Niño en noviembre y diciembre [7], lo que podría explicar porque la contaminación fue mayor en diciembre que en enero. El pH es considerado como el principal indicador de la lluvia ácida, depende de la cantidad de lluvia y la presencia de polvo atmosférico. Los datos fueron

obtenidos in situ en los meses de diciembre de 2008 y enero de 2009 (ver Figura 2) allí se aprecia que aproximadamente el 50 % de la superficie en estudio tiene un pH menor a 5,6; es decir, hay presencia de lluvia ácida con un mínimo de 4,6 unidades en la región oriental de la ciudad. El pH es más básico al occidente de Quito en comparación con el oriente que se podría explicar porque la vegetación de la ladera del Pichincha al occidente ayuda a neutralizar los contaminantes [11] haciendo la lluvia más básica. La conductividad del agua lluvia está directamente relacionada con la presencia de iones disueltos en la misma. En la Figura 3 se aprecia que los valores más altos están hacia el norte de la ciudad que se explicaría por la presencia de canteras en la zona norte de Quito que generan material particulado, además, de la erosión del suelo y la poca vegetación que generan polvo que contribuye a aumentar la conductividad. También influye la escasez de lluvias del lugar, pues se conoce que en la ciudad de Quito hay una disminución de la precipitación de sur a norte y de las pendiente más elevadas del Pichincha hacia las más bajas [11].

Figura 2. Gráfico de contorno para el pH del agua de lluvia en la ciudad de Quito durante los meses de diciembre de 2008 y enero de 2009. Datos promedio de cada mes.

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Figura 3. Gráfico de contorno de la conductividad, en uS/cm, del agua de lluvia en la ciudad de Quito durante los meses de diciembre de 2008 y enero de 2009. Datos promedio mensuales.

El calcio es el principal elemento neutralizador de los compuestos ácidos de la lluvia y tiene su origen en las rocas que son utilizadas para la construcción [1]. El calcio está directamente relacionado con la presencia de partículas aéreotransportadas provenientes de los

suelos erosionados, áreas sin cubierta vegetal, calles sin pavimentar y canteras por lo que, al igual que la conductividad, presenta los valor más altos en la zona norte de la ciudad Quito (ver Figura 4).

Figura 4. Gráfico de contorno de la concentración de calcio, en ppm, durante los meses de diciembre 2008 y enero 2009 en la ciudad de Quito. Datos promedio de cada mes.

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Perfil de la Lluvia Ácida en la Ciudad de Quito (Ecuador) Durante los Meses de Diciembre-2008 y Enero-2009

El ion nitrato es un indicador de la neutralización del ácido nítrico. Su aparición en el agua lluvia se explica por la presencia de un alto flujo vehicular y de centrales termoeléctricas que emiten grandes cantidades del precursor NOX. El 33% de las emisiones anuales de NOX se producen dentro del límite urbano del DMQ y el 29% se origina en Guangopolo sitio de las centrales termoeléctricas. A pesar de la distancia, también son fuentes

de NOX, al sur la central de Santa Rosa y al norte la productora de cemento Selva Alegre [7]. De acuerdo a la figura 5 la mayor concentración de nitrato está hacia el centro y sur de la ciudad que se relaciona con áreas industriales y un intenso tráfico vehicular. Además, los contaminantes son acarreados por los vientos que los concentran en el centro de la ciudad.

Figura 5. Gráfico de contorno para el ion nitrato, en ppm, en la ciudad de Quito durante los meses de diciembre de 2008 y enero de 2009. Datos promedio mensuales.

Figura 6. Gráfico de contorno de la concentración de sulfatos, en ppm, para la cuidad de Quito durante los meses de diciembre de 2008 y enero de 2009. Promedio mensual.

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El ion sulfato es el producto de la neutralización del ácido sulfúrico. Los sulfatos se encuentran en la alta densidad industrial y el viento es un factor determinante en la dispersión de los mismos. La fuente primaria para la formación de sulfatos, el óxido de azufre, se emite principalmente de las empresas generadoras de termoelectricidad. El 37,8 % de SO2 se origina dentro del límite urbano del DMQ [7]. La mayor concentración de sulfatos se encontró al norte y al sur de la ciudad (ver Figura 6) que corresponde, al norte, a áreas erosionadas que contribuyen a la neutralización y al sur a zonas de alta densidad industrial. 4. Conclusiones 4.1. Los estudios referentes a la composición química de la lluvia son realizados en tiempos prolongados para detectar modificaciones causadas por el incremento de la actividad humana. Este trabajo no busca dar un diagnóstico de la calidad del aire en Quito, ya que para ello es necesario mayor tiempo de estudio. 4.2. La información obtenida, sin embargo, servirá para impulsar un nuevo trabajo mucho más amplio, con mayor número de sitios de muestreo y durante periodos más largos que permitirá observar la evolución de la lluvia ácida en Quito y determinar los correctivos necesarios para evitar su formación.

4.3. Uno de los propósitos de esta investigación fue también involucrar a la ciudadanía en problemas ambientales que les afecta. Esta vez se trabajó con estudiantes universitario para la recolección de las muestras y la medición del pH. En una segunda etapa se trabajará con estudiantes de secundaria para interesarle en la ciencia y en el cuidado del ambiente. 4.4. Se empleó una metodología simple y económica; pero, que brindó datos confiables, lo que permitirá a la ciudadanía participar directamente en problemas ambientales y no ser solamente observadores. 4.5. En el presente estudio pudo apreciarse que aproximadamente el 50% de la superficie de la ciudad de Quito se encuentra afectada por la lluvia ácida, lo que justifica una investigación mucho más amplia sobre el tema. 5. Agradecimientos Los autores desean agradecer a las autoridades de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador por el apoyo prestado para la realización del proyecto. También, quieren agradecer a todos los estudiantes que voluntaria y desinteresadamente participaron en el proyecto recolectando las muestras y en especial a los estudiantes Diego Lucero, Lenin Vaca y Ximena Vergara por realizar los análisis de las muestras.

6. Referencias 1. Secretaría del Medio Ambiente. (2000). Programa de precipitación ácida de la ZMCM, Informe anual 1999. México: Dirección general de prevención y control de la contaminación. 2. Red Metropolitana de Monitoreo Atmosférico de Quito. (2009). La calidad del aire en Quito Informe anual 2008. Quito: CORPAIRE. 3. Manahan, S. E. (2005). Environmetal chemistry (8 ed.). Florida: CRC Press. 4. GLOBE. (2005). Atmosphere Investigation. Recuperado el 01 de marzo de 2010, de Sitio web del programa GLOBE: www.globe.gov 5. Clarke, A. G., & Tomlin, A. S. (1999). Chapter 2: The Atmosphere. En R. M. Harrison (Ed.), Understanding Our Environment an Introduction to Environmental Chemistry and Pollution (3 ed.). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 6. Dickson, T. R. (1999). Química enfoque ecológico. (H. Corona, Trad.) México: Editorial Limusa. 7. Red metropolitana de monitoreo atmosférico de Quito. (2009). Inventario de emisiones atmosféricas 2007. Quito: CORPAIRE. 8. Ministerio del Ambiente. (2003). Texto unificado de la legislación ambiental secundaria, Libro VI, Anexo 4. Recuperado el 03 de marzo de 2010, de Sitio Web del Ministerio del Ambiente del Ecuador: www.ambiente.gov.ec 9. Clesceri, L. S., Greenberg, A. E., & Eaton, A. D. (Edits.). (1998). Standard Methods for the Examination of water and Wastewater (20 ed.). Maryland: APHA, AWWA, WEF. 10. Yasrebi, J., Saffari, M., Fathi, H., Karimian, N., Moazallahi, M., & Gani, R. (2009). Evaluation and Comparison of Ordinary Kriging and Inverse Distance Weighting Methods for Prediction of Spatial Variability of Some Soil Chemical Parameters. Research Jomal of Biological Sciences , 4 (1), 93-102. 11. Metzger, P., & Bermúdez, N. (1996). El Medio Ambiente Urbano en Quito. Quito: Municipio del Distrito Metropolitano de QuitoORSTOM.

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La Alternativa a los Biocombustibles

1

EDUARDO MAYORGA1*; KLAUS AMEN2 Facultad de Ciencias Químicas Universidad Central del Ecuador 2 Investigador Científico *contacto: edmayorga@alafar.com

Resumen El desarrollo del ser humano ha llevado a la utilización y dependencia de la energía en base casi exclusiva de procesos de combustión de fuentes NO renovables; la problemática del presente milenio se complica con las evidencias actuales del calentamiento global; se ha propuesto como mecanismo alternativo los biocombustibles; sin embargo, el uso de combustibles de fuente renovables se encuentran cuestionados por la sustitución y el uso del suelo con fines agrícolas. El presente escrito expone los mecanismos existentes de la Química que constituyen alternativa a los biocombustibles y que evidentemente deben desarrollarse e investigarse como política estratégica de los países en desarrollo. Palabras claves: biocombustibles, carburíferos, carboquímica.

Abstract The human being development has led to the use and reliance on energy almost exclusively based on combustion processes of non-renewable sources, the problems of this millennium is complicated by current evidence of global warming, has been proposed as the alternative mechanism Biofuels, however, the use of renewable fuels are dispute by substitution and land use with agriculture goal. This article exposed alternative mechanisms existing chemistry that are alternative to biofuels, which obviously must be developed and investigated as a strategic policy of developing countries. Key words: biofuels, carburifer, carbochemical.

1. Introducción En el siglo anterior y en especial desde los años cincuenta hasta hoy, la principal materia prima para producción de energía y sus productos derivados de la industria química ha sido y sigue siendo el petróleo; hasta el extremo que la mayor parte de plantas europeas de la hulla, alquitrán y lignita que se desarrollaron conjuntamente con la revolución industrial se cerraron, por no poder competir por el precio del crudo de petróleo barato, por lo que actualmente un gran porcentaje de la ENERGÍA ELÉCTRICA se obtiene por combustión del material fósil. El consumo energético aproximado en América del Sur per cápita es 25 gigajulios [1], lo que correspondería a una necesidad energética del Ecuador de: 334 millones de gigajulios, (Julio (J) = 9,28 x 1010 kW/h).

En el Ecuador, la capacidad instalada en el año 2002 asciende a 3190 MW ( 3,19 x 106 kW = 2,79 x1010 kW/h.), el 54% (1722,6 MW) corresponden a plantas hidroeléctricas [2], de las cuales pertenecen a la central hidroeléctrica Paute 1075 megavatios; es decir, 33,7 del total y 62,4 % de las hidroeléctricas instaladas; mientras que la producción energética restante corresponde a plantas termoeléctricas que requieren de combustible fósil, lo que significa 1467,4 MW obtenidos por consumo de combustible fósil; valores de generación de energía que corresponde a una elevada cantidad de CO2 [3], los valores de producción de CO2 por combustible fósil se detallan en la tabla 1.

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Tabla 1. Conversión de kilovatio/hora a desprendimiento de CO2 por consumo de combustibles.

La energía térmica que requiere el país, es decir, los 1467,4x106 kW/h requeridos generarían aproximadamente la combustión de 300 000 toneladas de CARBÓN (por hora) de acuerdo a la ecuación: C + O2→CO2 (1) Si bien los residuos resultan menos eficientes que el carbón, la combustión de residuos genera [3]:

Lo que significa que por cada kilo de residuo seco de MATERIA ORGÁNICA se generaría de 3 hasta un óptimo de 4 kW/h. En el Ecuador, se genera desechos industriales que en su mayoría corresponden a la producción agrícola; así la producción de caña de azúcar y bagazo se resume en la tabla 2.

1 kg de residuos: 3 kg de CO2

Tabla 2. Producción de bagazo en Ingenio San Carlos Periodo 1998 al 2002 [4].

* Papelera Nacional no consume. ** No hay datos de bagazo para los Canteros.

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La Alternativa a los Biocombustibles

La producción de arroz igualmente se detalla en la tabla 3[5] Tabla 3. Producción de arroz (INEC) y estimado de cascarilla. 1

En el caso del bagazo de caña, se estima un promedio de 460 000 t de desecho que corresponde a un 23 % de Carbono; es decir 105 800 t de C (carbono), lo que corresponde por combustión de dichos desechos a 387 900 t de CO2, y en el estimado cauteloso de consumo de carbón; es decir, con un rendimiento pobre de 0,75 kg de CO2 generan 0,517x 106 kW/h, se tiene una potencial producción de energía que permitiría reducir en un 0,035% (de 1467,4x106 kW/h como 100%) la dependencia del combustible fósil. De igual forma, en el caso de la cascarilla de arroz, se estima un promedio de 167 900 t de desecho que corresponde aproximadamente a un 20 % de Carbono; es decir, 33 580 t de C, lo que corresponde por combustión de dichos desechos 123 127 t de CO2, y en el estimado cauteloso de consumo de carbón; es decir, con un rendimiento pobre de 0,75 kg de CO2 generan 0,16x106 kW/h, se tiene una potencial producción de energía que permitiría reducir en un 0,01% (1467,4x106 kW/h como 100%) la dependencia del combustible fósil. 2. Características Carburíferas de la Materia de Origen Biológico Si bien, todas las formas de vida existentes en la tierra dependen de la radiación proveniente del sol, la misma

que se estima alrededor de un valor de 8,1 J cm-2 min-1, y que corresponde a 120 000 kJ m-2d-1 [6] una gran parte se absorbe por el ecosistema acuoso (mares) y es también asimilada por las plantas especialmente en el trópico y sub-trópico; la radiación restante se refleja; el equilibrio del flujo energético y conversión de la energía lumínica en energía potencial (materia) se realiza a través del proceso fotosintético que efectúan las células autotróficas (plantas, algas, plantón, cianobacterias) como productores primarios y que se inició hace aproximadamente 4 000 millones de años, constituye un modelo sostenible; es decir, permite el ingreso de energía y la formación de materia, la misma que almacena la energía potencial (por ejemplo los carbohidratos). La materia es utilizada como fuente energética para la cadena del consumidor primario (cadena de pastoreo) y posteriormente por el consumidor secundario hasta los descomponedores. La relación de los microorganismos como integradores del sistema sostenible (hongos y bacterias) tiene grandes efectos en la línea del productor primario, la de los fotosintetizadores o autotróficos. Todos cumplen el principio fundamental de entropía, es decir, un aumento de posibilidades de distribución de la materia y liberación de energía como calor, generando los ciclos biológicos que permiten el reciclaje de elementos como el oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, azufre, fósforo,

1. Dato tomado del III Censo Nacional Agropecuario desde el primero de octubre de 1999 hasta el 30 de septiembre del 2000.

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ya sea como elementos puros en el aire, suelo, y como elementos complejos y conjugados en la vida como por ejemplo en el material genético DNA, carbohidratos, lignina, celulosa, etc.

CO2 en la atmósfera (2 600x109 toneladas de CO2) [8], por lo que el intercambio en el suelo y la alteración de la rapidez de conversión fotosintética de las plantas constituyen los parámetros de importancia en el ciclo del carbono.

2.1. Ciclo de los elementos Se denomina ciclo biogeoquímico al proceso de reciclaje de los elementos, como se esquematiza en la figura 1.

Existen tres principales fuentes de carbono en el suelo: solubles, insolubles y microbianas; el carbono insoluble incluye la celulosa, lignina, quitina y representa un 60% del carbono fijado por las plantas en la tierra, que puede almacenarse en forma de turba; el humus forma parte del carbono insoluble, es difícil de degradar y su tiempo de permanencia se estima entre 250 y 1500 años. El carbono soluble está disponible en todos los organismos, en el suelo es liberado por las plantas por exudación en las zonas de alargamiento y pelos radicales; se incluyen monosacáridos (hexosas y pentosas), aminoácidos, ácidos orgánicos, vitaminas, nucleótidos, flaconas, auxinas, etc. 3. Fuentes de Energía Biocarburíferas

Figura 1. Ciclo Biogeoquímico.

La materia y el flujo energético deben estar en equilibrio, pues de lo contrario se inicia un proceso de acumulación a largo plazo, es decir, que se aumenta la conversión de la materia almacenada a largo plazo en detrimento de la destrucción de la materia orgánica. 2.2. Ciclo del Carbono Las fuentes de carbono en su mayor parte no están en circulación sino en almacenamiento a largo plazo como carbonatos, carbón (turba) y petróleo, el carbón formado por influencia del calor, presiones y, el petróleo originado posiblemente por degradación microbiana de la materia orgánica en altas presiones y escaso contenido de oxígeno[7]. La capacidad de disolución del dióxido de carbono en el agua de los océanos (130 000x109 toneladas de CO2) permite una amortiguación de los efectos en el ambiente por cambios bruscos de concentración del

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Es importante explicar que las formas alternativas de producción de energía eléctrica a partir de productos combustibles se desarrollaron a inicios del siglo anterior específicamente antes y durante la Primera y Segunda Guerra Mundial a partir de carbono soluble e insoluble; desde el punto de vista químico, la diferencia mas llamativa en estas materias primas es el contenido de hidrógeno, relación que se resume en la tabla 4.

Tabla 4. Relación porcentual carbono-hidrógeno de materia orgánica.


La Alternativa a los Biocombustibles

En la revolución industrial fue atractiva la idea de saturar la hulla con hidrógeno para obtener una especie de petróleo (como hoy es atractivo convertir con el mismo proceso el crudo pesado y el crudo liviano); los primeros ensayos hizo Berthelot en 1869 comprobando en principio que es posible obtener productos líquidos vía hidrogenación de carbón de piedra; en 1910 Bergius construyó la primera planta grande (100 000 t/ año) en LEUNA, hasta 1945 se desarrollaron veinte y seis plantas y produjeron en Alemania bajo bombardeo 4 000 000 de toneladas por año de combustibles líquidos sintéticos; en esta tecnología se encuentra el proceso FISCHER TROPSCH desarrollado en el Instituto Múhlheim, que por procesos catalíticos durante el periodo 1941- 1945 llegó a producir 600 000 t/año [9], procesos denominados en la actualidad Carbo-químicos que constituyen la alternativa energética no sólo por la no dependencia del petróleo, sino también por la gran gama de productos que como materia prima pueden partirse; así, según las respectivas modificaciones del proceso permitiría que casi toda la materia prima fuente de carbono, de la cual dispone el país puedan ser canalizados a la obtención de gases carbónicos y vapor de agua, por ejemplo: tierras altamente contaminadas, breas, crudo pesado, gas de teas, deshechos de arroz, caña, cacao, café, e inclusive el dióxido de carbono de la fermentación de etanol. Como se mencionó, el proceso de Bergius consiste en la hidrogenación de carbón y lignita para la obtención de gasolina en presencia de catalizadores bajo condiciones de presión entre 200 a 300 bares (1 atmósfera = 1,01325 bares). Con un total de 4 millones de toneladas métricas de combustible en el período 1943-1944. El proceso Mittasch consiste en la síntesis de metanol a partir de la oxidación parcial de la hulla y carbón vía, lo que se denomina, Gas de Síntesis (mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno). La implementación posterior de estos tipos de procesos no se desarrolló principalmente por el bajo costo del petróleo de los años 1950 hasta 2000 (con excepción de la crisis de los 70 y que conllevó a estudios pilotos por parte de Alemania, Polonia, Inglaterra, Japón y Sudáfrica). Prueba de ello lo expone el Premio Nobel George A. Olah en la revista C&EN [11] que textualmente dice:

“I am not saying methanol is the only solution to the World`s energy problems”,Olah emphatizes . “ We should use everything that is feasible. But in this Big mix, methanol has a significant role” En la actualidad los procesos de FISCHER TROPSCH, BERGIUS y MITTASCH retoman importancia no solo por la insuficiencia energética que sufre el mundo, sino también por la necesidad de obtener fuentes diferentes de carbono y de reciclar el dióxido de carbono que se emana al ambiente y que genera el efecto invernadero con sus graves consecuencias en la calentamiento del planeta. Datos del año 2007 [10] reportan que el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) destinó 385 millones de dólares para 6 Biorefinerías que producirían en conjunto más de 130 millones de etanol/año; así como también 76 millones de dólares para la gasificación de biomasa y desarrollo de gas de síntesis con un estimado de producción de 20 millones de galones por año de combustible variado. De igual manera, la planta Alico, a La Belle, la Land Management Company recibió 33 millones de dólares del proyecto DOE para construir una planta que generará 7 millones de galones de etanol por año de desechos de madera y vegetales tales como cáscaras de cítricos. La Empresa Alemana CHOREN que opera desde 2003 espera producir 4,7 millones de combustible por gasificación de la madera [10]. Es inminente la implementación de políticas que permita investigar, desarrollar a nivel piloto e implementar a nivel industrial nuevas fuentes de energía disponibles para el hombre en base a materias primas orgánicas e inorgánicas , proceso conocido como Biocarburífos, para lo cual se requiere acoplar, generar energía y obtener la temperatura requerida para los procesos químicos; así como también obtener la materia prima de monóxido de carbono e hidrógeno de acuerdo a las siguientes reacciones: Reacción de Gas de Aire 2C + O2 (aire-N2) → 2CO + N2

(2)

1000oC

Reacción de Gas de Agua CO + H2O → CO2 + H2

(3)

1000oC

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la reacción:

Reacción de Fischer Tropsch nCO

+ 2nH2 → -(CH)n- + nH2O o

(4)

250 C presión normal

Se obtiene como producto hidrocarburos a partir de carbón, agua y oxígeno como materias primas. El objetivo principal de los anteriores procesos constituye la producción de METANOL de acuerdo a

2H2 + CO → CH3OH

(reacción Mittasch)

4. Conclusiones Los procesos definidos como carboquímicos se presentan como alternativa futura para el problema energético, los que por ahora se encuentran en investigación para optimizar su tecnología.

5. Referencias 1. 2. 3. 4.

http://noticias24horas.buenosdiasplaneta.org/descargas/diaps/40.pdf http://www.lagaceta.com.ec/site/html/dominical.php?sc_id=12&c_id=113&pg_id=25955 http://matespai.blogspot.com/ Entrevista personal: Sr. Russell Crawford, Sociedad Agrícola e Industrial San Carlos, Junio 16 de 2003. Gualpa,Fernando. 2005. Tesis Doctoral Facultad de Ciencias Químicas, UCE 5. Aucatoma, Bolívar. 2005. Tesis Doctoral Facultad de Ciencias Químicas, UCE 6. B.Streit.,ÔKOLOGIE. Georg Thieme Verlag. Stuttgart.1980.Pag. 110 7. R.Cambell.,. ECOLOGIA MICROBIANA. Ed. Limusa. México.Pag. 25 8. HG. Schlegel. Algemaine microbiologie. Georg Thieme Verlag. Stuttgart.1985.Pag. 4 9. Uhllmann.-Enciclopedie.1980 Band 14. Pag. 476 10. C&EN.- November 26. 2007. Pag. 29 11. C&EN.- December 3. 2007. Pag. 55

40

(5)


Estudio de Mycobacterium spp. en Personas en Riesgo en el Cantón Mejía FABRICIO ANCHATIPÁN 1, 2, F. PROAÑO 1, R.SALAZAR3, ISABEL FIERRO 2, P. PONCE1 y W. BENÍTEZ1, 4* 1 Centro Internacional de Zoonosis, Universidad Central del Ecuador, Quito-Ecuador; 2 Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador, Quito-Ecuador; 3 Hospital Carlos Andrade Marín, Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social, Quito-Ecuador; 4 Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad Central del Ecuador, Quito-Ecuador * Correspondencia: wbenitez–ciz@ac.uce.edu.ec Centro Internacional de Zoonosis (CIZ), 3er piso Hospital del Día, Universidad Central del Ecuador Apartado 17–03–100. Telefax (539 2) 2904–801. Quito Ecuador

Resumen La Tuberculosis (TB) bovina es una importante zoonosis causada por Mycobacterium bovis, la cual puede producir TB extra-pulmonar en el ser humano, afectando principalmente al aparato genitourinario. Este estudio se realizó en el cantón Mejía, provincia de Pichincha, una importante zona lechera en el norte del Ecuador. El grupo de estudio estuvo integrado por 56 personas con reacción positiva a la prueba de tuberculinización (≥ 5 mm). En total se tomaron 197 muestras de orina, procedentes de 34 trabajadores de haciendas y 22 trabajadores de Camal. El análisis de laboratorio consistió en un examen elemental y microscópico de orina (EMO) y cultivo in vitro en los medios Löwenstein-Jensen y Stonebrink. El análisis de las muestras permitió identificar 14 casos de piuria (25,0%) y 1 caso de hematuria (1,8%), mientras que el cultivo in vitro no detectó el desarrollo de Mycobacterium spp. Este estudio pone en evidencia la necesidad de mejorar los protocolos de muestreo para la aplicación de pruebas diagnósticas (EMO, cultivo in vitro y PCR), además de la importancia de la aplicación de una prueba screening, como la tuberculinización a las poblaciones en riesgo de desarrollar TB genitourinaria y/o pulmonar. Palabras clave: Mycobacterium bovis, Stonebrink, tuberculosis genitourinaria.

Abstract Bovine tuberculosis (TB) is an important zoonotic disease caused by Mycobacterium bovis, which can produce extra-pulmonary TB in human beings, affecting mainly genitourinary organs. This study was performed in the Mejía canton, Pichincha province, an important dairy region in the north of Ecuador. The studied group comprised 56 people with a positive tuberculin skin reaction (≥ 5 mm). In total, 197 urine samples were taken from 34 field workers and 22 abattoir workers. The laboratory analysis allowed identifying 14 cases of pyuria (25,0%) and 1 case of hematuria (1,8%), whereas in vitro culture could no detect Mycobacterium spp. This study show the need to improve the sampling procedures to apply laboratory tests (EMO, in vitro culture and PCR); furthermore, it has been demonstrated the importance of the tuberculin skin test as screening test in populations at risk to develop renal TB. Key words: Mycobacterium bovis, Stonebrink, genitourinary tuberculosis.

1. Introducción La Tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa de evolución crónica acompañada de procesos inflamatorios, causada por bacterias pertenecientes al complejo Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, M. microti, M capare, M. canettii, y M. pinnipedii)

[28], de las cuales M. bovis se caracteriza por ser patógeno para un amplio rango de hospederos, siendo el ganado vacuno principalmente afectado, el ser humano [2], los animales domésticos y silvestres [30] [11], y además puede transmitirse entre ellos [1]. 41


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Una de las principales diferencias entre M. tuberculosis y M. bovis se describe a nivel metabólico; M. tuberculosis utiliza glicerol como principal fuente de carbono en condiciones in vitro, no así M. bovis debido a una mutación en el gen de la glicerol quinasa y requiriendo en su lugar piruvato de sodio [14]. Personas que trabajan en contacto con animales infectados están en riesgo de contraer la infección tuberculosa por M. bovis y posteriormente desarrollar la enfermedad; tales como: agricultores, granjeros, personal de ordeño, cuidadores de ganado, veterinarios, trabajadores de camal, inspectores de carne, comerciantes de animales, entre otros [21]. La patogenia de la enfermedad humana así como la sintomatología no difieren entre la debida a M. tuberculosis y M. bovis [13] [33]; sin embargo, se ha notado una gran tendencia al desarrollo de lesiones extrapulmonares en infecciones por M. bovis, muy particularmente en la producción de TB renal [18]. De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS) para el año 2007 a nivel mundial, la TB fue responsable de aproximadamente 9,27 millones de nuevos casos humanos [29], de los cuales M. bovis es responsable de cerca del 3,1% [12]. En Ecuador, de acuerdo al Ministerio de Salud Pública (MSP) el número total de casos nuevos de TB en todas sus formas fue de 4,431, para el año 2007 [3], sin existir reportes de los casos de TB humana debida a M. bovis por parte de las instituciones oficiales de salud. Se estima que a nivel mundial aproximadamente 50 millones de bovinos se encuentran afectados por M. bovis [16], causando grandes pérdidas económicas, además del impacto en la Salud Pública; en nuestro contexto, la información referente a la situación de la infección en el ganado es limitada con estudios aislados en ciertas regiones del país. En el cantón Mejía la prevalencia aparente de tuberculosis bovina es de 3,85%, confirmando la presencia de la enfermedad en esta importante región productora de leche [31]; sin embargo, la prevalencia estimada en fincas medianas y grandes se ha calculado en 5,68% para el año 2007, determinando un mayor riesgo de contraer la enfermedad especialmente en las personas que se encuentran en contacto con dichos animales [32].

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En el año 2007, mediante la aplicación del derivado proteico purificado (PPD) en trabajadores de camal y fincas lecheras situadas en el cantón Mejía, considerados en riesgo de poseer la infección tuberculosa, se determinó una reacción positiva al PPD en un 29% [7], lo que indica que buena parte de esa población humana se encuentra expuesta a Mycobacterium spp. El análisis elemental y microscópico de orina (EMO), que evidencia piuria y/o hematuria como posibles indicadores de una TB genitourinaria, el cultivo in vitro en medios adecuados para el desarrollo de bacilos tuberculosos [17], y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) son aplicables en el diagnóstico de la TB [8]. El objetivo de este trabajo fue identificar M. bovis en personas en riesgo y con reacción positiva al PPD en el cantón Mejía, a través del aislamiento microbiológico del agente patógeno, así como por el EMO. 2. Materiales y Métodos En este trabajo participaron un total de 56 individuos provenientes del cantón Mejía, de los cuales el 41,1% (22/56) fueron personas que laboran en el camal Municipal del cantón Mejía, mientras que el 58,9% (34/56) restante estuvo constituido por trabajadores de 9 fincas lecheras con antecedentes de bovinos afectados por M. bovis. ubicadas en la misma región. El grupo de estudio fue seleccionado de un total de 157 personas que mostraron reacción de hipersensibilidad al PPD en una investigación previa, se consideró a todos los sujetos con una reacción (≥ 5 mm de induración) como reactores positivos y con la probabilidad de haber desarrollado la enfermedad renal; para poder apreciar el comportamiento del PPD en los estratos de trabajadores del Camal Municipal y trabajadores de las fincas participantes del estudio, referirse a la Tabla 1. Tabla 1. Distribución de la reacción a la prueba de la tuberculina en trabajadores de finca y camal del Cantón Mejía.


Estudio de Mycobacterium spp. en Personas en Riesgo en el Cantón Mejía

De los participantes que mostraron una reacción ≥ 5 mm se recolectó 3 muestras de orina (en días consecutivos), y de manera adicional se aplicó la condición de que si tras la aplicación de un examen elemental y

microscópico de orina se llegase a notar rasgos citológicos sugestivos de una TB renal (piuria y/o hematuria), se recolectarán dos muestras adicionales. El número de muestras de orina por persona se describe a continuación:

Tabla 2. Número de muestras de orina por persona.

* Fue posible únicamente la recolección de cuatro muestras debido a la colaboración de la persona.

Se recolectó un total de 197 muestras con la finalidad de aplicar pruebas de laboratorio tales como el análisis elemental y microscópico así como el cultivo in vitro tanto en el medio de Löwenstein-Jensen cuanto en el de Stonebrink por muestra de paciente, con el objetivo de obtener resultados positivos a este último se conservaron los medios de cultivo en incubación hasta por 5 meses y de manera adicional se aplicó una PCR (reacción en cadena de la polimerasa) en sedimentos de orina (seriados), provenientes de los pacientes sospechosos ante el EMO de poseer tuberculosis renal. 3. Resultados y Discusión 3.1. Resultados 3.1.1. Examen elemental y microscópico de Orina (EMO)

El EMO detectó 14 personas positivas a piuria, es decir, al 25% de la población y 1 caso de hematuria aislada (1,8% del total de participantes); en cuanto al hallazgo de piuria y hematuria de acuerdo al género y la procedencia se pudo estimar que, el número de casos de piuria fue similar tanto en mujeres (n = 7) como en hombres (n = 7); pero, considerando la procedencia de los mismos se pudo evidenciar que los casos fueron mayores en las personas de las fincas (n= 9) que en los trabajadores de camal (n= 5); finalmente la hematuria se presentó en una persona del género masculino y procedente de una de las fincas lecheras consideradas en este trabajo tal como se observa en la tabla 3. Pudo estimarse que los casos de piuria fueron mayores en un grupo de personas con reacción al PPD en el rango comprendido entre los 5 y 10 mm de induración (n = 10); la hematuria se ubicó en un punto de corte al PPD mayor a 15 mm de induración (n = 1) como puede observarse en la Tabla 4.

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

Tabla 3. Hallazgo de piuria y hematuria de acuerdo al género y la procedencia.

Tabla 4. Comparación de resultados del EMO y el TST.

Se consideró como positivo al hallazgo de piuria, cuando se observó una cantidad mayor a (1-2) piocitos por 40 aumentos, al examen microscópico del sedimento urinario.

a

Se consideró como positivo al hallazgo de hematuria microscópica, cuando se observó una cantidad mayor a (1-2) hematíes por 40 aumentos, al examen microscópico del sedimento urinario.

b

TST = Test Skin Test

EMO = Examen elemental y Microscópico de Orina

La proporción de casos de piuria en relación al consumo de leche cruda fue mayor en aquellas personas que mencionaron consumir leche proveniente de hacienda (n = 7); en el caso del queso los hallazgos fueron mayores en las personas que aludieron alimentarse de quesos elaborados de manera artesanal (n = 4).

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3.1.2. Cultivo in vitro De un total de 394 cultivos (197 x 2 = 394) aplicados a todas las muestras, no se obtuvieron resultados con crecimiento alguno; los cultivos fueron revisados una vez por semana por 5 meses y se obtuvo una proporción de cultivos contaminados del 0,50% (2/394).


Estudio de Mycobacterium spp. en Personas en Riesgo en el Cantón Mejía

3.2. Discusión En nuestro contexto es desconocido el impacto que tiene como zoonosis el patógeno M. bovis, el presente es uno de las primeros trabajos de campo que ha pretendido detectar casos de TB zoonósica en personas consideradas en riesgo de desarrollar la forma extrapulmonar, ya sea porque consumen leche o quesos contaminados por el patógeno. Se menciona que toda persona catalogada como reactora al PPD debe ser considerada como un caso potencial de enfermedad [10], si bien suele determinarse en la mayor parte de los estudios a una reacción de 10 o más mm de induración como positiva, hay que tomar en cuenta que este punto de corte constituye un límite estadístico y que por lo tanto no es adecuado en todos los casos [6], especialmente cuando se pretende identificar casos de enfermedad, ya que así lo han demostrado Rodríguez et al [34], al reportar que de un total de 16 observaciones clínicas de pacientes con TB renal, la reacción a la prueba del PPD fue mayor a 10 mm sólo en 4 pacientes; razón por la cual, en nuestro estudio para evitar este tipo de sesgo, se consideró como posible caso de enfermedad a todo individuo con una reacción tuberculínica ≥ 5 mm de induración. La principal meta de este trabajo fue la detección de Mycobacterium bovis como posible implicado en casos de infección extrapulmonar; específicamente genitourinaria, ya que como lo mencionan Ayele et al; Gallagher & Jenkins; Arce et al [5] [18] [4], el tracto genitourinario humano es un sitio común de TB extrapulmonar debida a M. bovis y debido a que la principal sintomatología en la población de estudio así lo manifestaba. En nuestra investigación, los principales hallazgos determinados por el EMO fueron la piuria y la hematuria y comparándolos con un estudio de TB genitourinaria efectuado por Najar y sus colaboradores [27], puede determinarse que los principales hallazgos son la piuria en la mayor parte de los pacientes seguida de la hematuria, determinando entonces que dichos signos constituyen una muy buena referencia, en cuanto a la orientación de casos de TB genitourinaria en pacientes sospechosos. Pudo determinarse además el caso de una persona del género masculino en la cual se observó la presencia de

hematuria sin piuria, lo cual se asemeja con un reporte presentado por Lewis et al [23], quienes refirieron el hallazgo de M. bovis en un paciente con infección urogenital para el cual el único hallazgo fue la hematuria; entonces es posible la presencia de casos de enfermedad tuberculosa genitourinaria en los cuales puede estar presente la hematuria como principal hallazgo. Para obtener resultados positivos al cultivo in vitro en cuanto al desarrollo de Mycobcaterium spp., los medios deben mantenerse en incubación hasta por 8 semanas [35]; sin embargo, para M. bovis el tiempo de incubación es mayor [9]; en nuestro trabajo los medios de cultivo fueron incubados hasta por 5 meses realizándose revisiones semanales; pese a lo mencionado no se evidenció crecimiento micobacteriano, esto podría explicarse por las siguientes razones: Mangiapan et al [25] mencionan que con mucha frecuencia los resultados al cultivo in vitro son negativos especialmente en las formas paucibacilares de la enfermedad, así en nuestro caso, la eliminación de los bacilos en orina es intermitente, es decir, posee un comportamiento paucibacilar. Acerca del numero de muestras recolectadas, tal como lo reportaron Rodríguez et al [34] en cuanto a resultados bacteriológicos positivos en muestras de orina, esto fue posible entre el tercer y quinto intento de cultivo (en la mayor parte de pacientes), mientras que en una persona sólo fue posible en el séptimo ensayo, con lo cual es evidente que una sola serie de estudios bacteriológicos con resultados negativos, considerando una recolección mínima de tres y máxima de cinco muestras, no descarta la ausencia de la enfermedad. Otro aspecto a considerar es el límite de detección que posee el método de cultivo para bacilos tuberculosos, así de Waard & Robledo [15], mencionan que este es de 10 a 1000 micobacterias viables por ml de muestra, y además de esto lógicamente, se requiere que los bacilos se encuentren viables para su desarrollo, sospechando entonces que en nuestro caso la cantidad de micobacterias en las muestras de orina no fue la ideal para el desarrollo in vitro o que lo fue; pero, que durante el transporte y/o el procesamiento de la muestra [26] perdieron viabilidad y que su número se redujo aún más.

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

Por otra parte, tal como lo mencionan Llaca et al [24], existe una clara diferencia en cuanto a la cantidad de bacilos que contienen tanto las muestras de origen pulmonar (esputo) cuanto las de origen extrapulmonar, siendo mayor en las pulmonares que en las extrapulmonares, hecho por el cual la metodología del cultivo in vitro brinda mejores resultados en especímenes pulmonares que en extrapulmonares. Si bien el cultivo in vitro ha demostrado ser un método con sensibilidad adecuada para muestras de origen pulmonar, el inconveniente se suscita al momento de determinar el número de muestras necesarias para aplicarlo en casos extrapulmonares y poder descartar acertadamente los resultados negativos; es entonces que tal como lo describen Golden & Vikram [19], una falla en el cultivo in vitro en muestras extrapulmonares no excluye el diagnóstico, requiriendo tal vez en su lugar de pruebas con una mejor sensibilidad y que no presente los inconvenientes ya mencionados. Entonces al menos en la forma extrapulmonar contemplada en este estudio, el cultivo in vitro no representó un método ideal para la detección de Mycobacterium spp., debido a que probablemente la cantidad de micobacterias en las muestras no fue suficiente para llevar a cabo la detección por cultivo y que además los procesos de decontaminación y concentración las redujeron aún más y perdieron su viabilidad; este hecho pudo ser determinado ya que al aplicar de manera adicional una PCR en sedimentos de orina provenientes de pacientes sospechosos ante el EMO, fue posible la detección de dos casos, permitiendo determinar la presencia de Mycobacterium spp. Este hallazgo podría explicarse por las siguientes razones:

Existe la posibilidad de que las bacterias presentes en las muestras de orina perdieron su viabilidad durante el procesamiento previo al cultivo [26] alterando los resultados; sin embargo, esta situación no afecta los resultados que puede ofrecer la PCR ya que por medio de esta metodología se detecta al DNA y no a la viabilidad de la micobacteria. Además, si contrastamos que la técnica de cultivo empleada cuenta con una capacidad de detección mínima de 10 a 1000 micobacterias viables por ml de muestra [21] y que la PCR utilizada en esta investigación detecta a una cantidad menor a 10 micobacterias [8]; podría entonces determinarse que al menos en los dos casos detectados, la cantidad de micobacterias no fue la ideal para el desarrollo en el cultivo; pero, sí para la prueba de PCR. 4. Conclusión De acuerdo a los resultados obtenidos en el presente trabajo, pudo establecerse que los trabajadores de las fincas lecheras se encuentran en mayor riesgo que los trabajadores de camal para desarrollar la enfermedad tuberculosa debida a Mycobacterium spp. ya que así lo demostraron tanto la prueba que determino la exposición micobacteriana mediante el TST así cuanto las pruebas de caracterización tales como la microscopía, cultivo in vitro y la PCR. 5. Agradecimientos Los autores agradecen al Centro Internacional de Zoonosis y al laboratorio de Tuberculosis del Hospital Carlos Andrade Marín por el apoyo prestado para le realización de la investigación.

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Estudio de Mycobacterium spp. en Personas en Riesgo en el Cantón Mejía

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Estudio Comparativo entre dos Métodos de Cuantificación por Difracción de Rayos X MARÍA PUGA1*, WILSON PARRA2 Laboratorio de Química del Instituto Nacional del Patrimonio Cultural, Quito 2 Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador, Quito

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*Correspondencia: mpuga@minasypetroleos.gov.ec

Resumen En el Laboratorio de Química del Instituto Nacional del Patrimonio Cultural (INPC) se realizan estudios mineralógicos de muestras arqueológicas mediante análisis por Difracción de Rayos X (DRX). La cuantificación mineralógica por DRX debe realizarse por el Método del Estándar Interno mediante curvas de calibración con estándares, inaccesibles para el laboratorio, y mediante la integración de las áreas de los picos principales de cada mineral lo cual, por las características del equipo, retrasa el trabajo en el laboratorio, además de existir la probabilidad de sobreposición de picos anulando una cuantificación por este método. El presente trabajo se realizó con el afán de estudiar un nuevo método de cuantificación, el cual ahorra tiempo, dinero y esfuerzo denominado “Método por Cuentas”; y, compararlo estadísticamente con el método anteriormente descrito, determinando que este método es significativamente igual al del Estándar Interno y que presenta una muy alta precisión; sin embargo, posee una exactitud seis veces menor. Con estos resultados pudo concluirse que no existe diferencia significativa entre los dos métodos de cuantificación por DRX y que el método puede ser empleado en el análisis mineralógico de esta clase de muestras. Con esta conclusión, se realizó un análisis elemental y mineralógico de muestras del proyecto arqueológico El Qhapaq Ñañ, obteniendo resultados valiosos para la reconstrucción de este sitio patrimonial ecuatoriano. Palabras Claves: Difracción de Rayos-X; El Qhapaq Ñan; Minerales; Separación por tamaño de partícula.

Abstract In the Chemistry Laboratory of the National Institute of Cultural Patrimony (INPC) mineralogical studies are carried out through analysis of archaeological samples by X-ray diffraction (XRD). The XRD mineralogical quantification must be performed by Internal Standard Method using calibration curves with standards, inaccessible to the laboratory, and by integrating the areas of the main peaks of each mineral which, for the equipment characteristics, delays work of the laboratory, also exists the over position probability of peaks annulling a quantification by this method. The experiment was realized with the purpose of studying a new quantification method, which saves time, money and effort called “Method by Counts”, and compared statistically with the method described above, determining that this method is significantly equal to the Internal Standard one and it presents a very high accuracy, however it has six time less accurate. With these results, we may conclude that there is no significant difference between the two quantification methods by XRD and that this method can be used in the mineralogical analysis of these kinds of samples. With this conclusion, an elemental and mineralogical analysis was performed to the samples of the archeological project El Qhapaq Ñañ of the Carchi province, getting valuable results for the reconstruction of this Ecuadorian patrimony site. Keywords: X-Ray Diffraction; El Qhapaq Ñan; Minerals; Separation by particle size.

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1. Introducción El análisis por Difracción de Rayos X proporciona la composición mineralógica de piezas cerámicas y muestras arqueológicas empleada para la distinción de sitios prehistóricos mediante un análisis cualitativo y cuantitativo. La cuantificación mineralógica de esta clase de muestras se emplea para la reconstrucción de sitios arqueológicos y estudios de procedencia de piezas cerámicas.

El Qhapaq Ñañ y al Laboratorio de Química del INPC y posteriormente a los demás laboratorios interesados; nacionales o internacionales. Una vez conocido el mejor método de cuantificación, se procedió a hacer un estudio elemental y mineralógico de una serie de muestras del sitio arqueológico El Qhapaq Ñañ de la provincia del Carchi. 2. Materiales y Métodos

Este análisis se realiza por el método de polvos para muestras policristalinas, obteniendo excelentes resultados cualitativos, mediante comparación con patrones en bases de datos Hanawalt y PDF. El análisis cuantitativo puede realizarse por diversos métodos de alta complejidad siendo el Método del Estándar Interno el más empleado para esta labor. Para el uso de este método debe elaborarse curvas con estándares, los cuales son de difícil adquisición y en la mayoría de casos inexistentes; además debe integrarse los primeros picos del difractograma de cada mineral encontrado, así como del estándar interno empleado para introducirlos en la curva de calibración, habiendo una alta posibilidad de sobreposición de picos anulando una posible cuantificación por este método. El equipo de difracción reporta los resultados en difractogramas, dando la intensidad de los picos en cuentas1; esta intensidad se presume es directamente proporcional a la concentración del mineral en la muestra, con lo cual un análisis cuantitativo se vuelve sencillo. El presente trabajo investigativo desarrolla este novedoso método de cuantificación, “Método por Cuentas”, y lo estudia comparativamente con el “Método del Estándar Interno” para observar la posibilidad de emplear este nuevo método en el estudio mineralógico de piezas cerámicas y muestras arqueológicas, beneficiando en primera instancia al proyecto arqueológico

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2

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Para este estudio se emplearon muestras de estándares certificados por el NIST2para la elaboración de curvas de calibración: ZnO 95,28% ± 0,64%; TiO2 89,47% ± 0,62% y CeO2 91,36% ± 0,55%. Además se utilizaron suelos arcillosos para la elaboración de estándares con el objetivo de crear curvas con materiales más apegados a la realidad diaria de un laboratorio, estos suelos son: 1. Arcilla roja-morada de código 1-5 de la provincia del Carchi del proyecto El Qhapaq Ñan 2. Arcilla amarilla de código 9-2, de la provincia de Loja del proyecto El Qhapaq Ñan 3. Arcilla tomate-roja de código 12 de la provincia de Loja del proyecto El Qhapaq Ñan. Estas muestras fueron sometidas a una separación por tamaño de partícula por centrifugación controlada siguiendo la Ley de Stokes, en una centrífuga marca MLW, modelo T 521, con distancia de 15 cm contados desde el eje hasta el fondo del tubo de centrífuga y de 400 ml de capacidad para concentrar la fase arcillosa (fracción menor a 0,002 mm), las muestras fueron dispersadas por medios químicos y físicos, esto es mediante el uso de una solución diluida (1x10-3 a 1x10-5 M dependiendo de cada muestra) de fosfato de sodio (Na3PO4) y de un ultrasonido respectivamente, una vez dispersada la muestra (por los dos métodos) se centrifugó a 750 rpm por 3 minutos para separar la fracción deseada; este procedimiento se realizó hasta la

Las radiaciones X son difractadas desde los planos reticulares y recogidas por un revelador constituido por un contador de centello que transforma la energía absorbida en energía luminosa. Ésta a través de un fototubo multiplicador es transformado en energía eléctrica. Una serie de circuitos electrónicos amplifica, después de un momento dado, el impulso de corriente transmitiéndole a un sistema de revelación y registro que marca el nú mero de impulsos o cuentas por segundo. National Institute of Standards and Technology.


Estudio Comparativo entre dos Métodos de Cuantificación por Difracción de Rayos X

obtención de un sobrenadante claro considerando una densidad relativa de partícula de 2,65 g/ml. Esta técnica produce una cantidad abundante de suspensión de arcilla en agua por lo que es necesario flocular con 0,5g de cloruro de calcio (CaCl2 ) debiendo sifonar el sobrenadante; todo este procedimiento se realizó después de la eliminación de materia orgánica mediante oxidación con peróxido de hidrógeno (H2 O2 ) al 30% y calentamiento leve, haciendo uso de una solución amortiguadora de acetato de sodio pH 53.

Tabla 1. Listado y descripción de muestras a caracterizar

La muestra fue elaborada con una matriz real y después de la selección de la curva de calibración adecuada. La cuantificación mineralógica de la muestra se realizó por los dos métodos señalados, en el caso del Método del Estándar Interno se interpoló los valores obtenidos de la medición de la muestra en la curva,

X

I (hkl) I (hkl)

vs

X

donde Xβ es una cantidad

conocida de estándar interno (20% de α-Al2O3 también conocido como corindón), Xα es una cantidad conocida del mineral (de los estándares certificados o las arcillas), I(hkl)α y I(hkl)β son el área bajo la curva de los primeros picos tanto de la fase α cuanto de la fase β. La cuantificación por el Método de Cuentas se realiza haciendo el 100% a la suma de las cuentas obtenidas de los primeros picos del difractograma y relacionando el número de cuentas de cada pico con este porcentaje. Los datos obtenidos fueron tratados estadísticamente mediante un análisis de t pareada para determinar la semejanza o diferencia entre grupos dependientes, además se realizó un estudio de precisión y exactitud de cada método. Se analizaron 21 muestras (en su mayoría fuentes de materia prima) de la provincia del Carchi del proyecto arqueológico El Qhapaq Ñañ, las mismas que se detallan en la tabla 1.

3

Estas muestras fueron analizadas elemental y mineralógicamente. Para el análisis elemental las muestras fueron trituradas hasta polvo fino y tratadas con agua regia, ácido fluorhídrico y ácido nítrico para su total disolución; la lectura se realizó en un equipo de Absorción Atómica marca HITACHI, modelo Z-6100, con lámparas de cátodo hueco, el cual emplea acetileno como combustible y aire como oxidante, previa lectura de las respectivas curvas de calibración. Los análisis mineralógicos tanto de las muestras cuanto de los suelos arcillosos y de los estándares se realizaron por el método de polvos para muestras policristalinas en un Difractómetro de Rayos X marca RIGAKU, modelo GEIGERFLEX D/MAX-IIC, el cual emplea una lámpara de Cobre y un Contador de Centello como detector. Las muestras fueron pretratadas eliminando la materia orgánica mediante oxidación con peróxido de hidrógeno

El tratamiento con peróxido de hidrógeno puede resultar en pHs muy bajos de hasta 2.0 lo cual puede provocar la degradación de los minerales arcillosos.

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

y trituradas en un mortero de ágata hasta poder ser tamizadas por malla 325; además, fueron mezcladas con un 20% de corindón como estándar interno, y evitando cualquier tipo de orientación preferencial al momento de la monta de la muestra en las placas de difracción, las cuales fueron medidas en el equipo de Difracción con 45 kV y 35 mA y con una velocidad de escaneo (scan speed) de 1. 3. Resultados y Discusión 3.1 Análisis elemental y mineralógico de las arcillas utilizadas en la separación por tamaño de partícula Estos resultados se muestran en las tablas 2 y 3 respectivamente. Tabla 2. Resultados del análisis elemental de las arcillas.

En la tabla anterior se puede observar que las tres muestras poseen Cuarzo (SiO2), Hematita (Fe2O3) y Halloysita (Al2Si2O3(OH)4) que es la arcilla predominante en estas tres muestras y la cual se esperaba poder separar. 3.2 Arcillas después de la separación por tamaño de partícula 3.2.1 Arcilla roja-tomate. La arcilla presentó tres fracciones al momento de la centrifugación: una suspensión fina en la parte superior, una suspensión intermedia y mayoritaria y un sedimento que queda fuertemente adherido a la parte inferior del tubo después de la centrifugación. Cada fracción fue separada y analizada individualmente por difracción de rayos X para determinar su nueva composición mineralógica, obteniendo los siguientes resultados: Tabla 4. Resultados del análisis mineralógico de la arcilla 60-12 después de la separación por tamaño de partícula.

Tabla 3. Resultados del análisis mineralógico de las arcillas.

* I/I0 es la intensidad relativa de cada mineral.

En las figuras 1, 2 y 3 se muestran los minerales de cada fracción correspondiente a la arcilla separada. Fracción más fina

* I/I0 es la intensidad relativa de cada mineral.

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Figura 1. Picos de los minerales de la fracción más fina de la arcilla.


Estudio Comparativo entre dos Métodos de Cuantificación por Difracción de Rayos X

Fracción intermedia

decidió no seguir con la separación de las dos arcillas restantes. Esta técnica puede ser mejorada con el uso de muestras exentas de cuarzo y usando técnicas de disgregación adecuadas para no modificar las características físicas de los minerales. 3.3. Análisis de Difracción de Rayos X de los estándares puros

Figura 2. Picos de los minerales de la fracción intermedia de la arcilla.

Se realizó este análisis para conocer el estado cristalino en el que se encuentran los estándares ya que el TiO2, ZnO y CeO2 presentan diversos estados cristalinos. Los resultados pueden ser observados en las figuras 4, 5 y 6.

Sedimento

Figura 3. Picos de los minerales del sedimento de la arcilla.

Figura 4. Picos del estándar certificado TiO2.

La poca cantidad de albita presente en la muestra original, se fraccionó de tal manera que no es reconocida por el equipo en las fracciones separadas. El análisis de la primera arcilla separada no arrojó los resultados esperados, ya que cada fase presenta una mezcla de diversos minerales, lo cual es desfavorable para el análisis posterior. La presencia de cuarzo en las fracciones más finas, se debe a que este mineral presenta un rango de tamaño muy amplio, desde los 2µm, constituyendo un gran interferente en la concentración de arcillas, en especial, cuando no existe una adecuada técnica de disgregación de muestras. El tiempo empleado en la separación de esta primera arcilla llegó a sobrepasar el mes, razón por la cual se

Figura 5. Picos del estándar certificado ZnO.

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Cada punto fue medido con tres repeticiones para obtener una media, la cual iba a ser graficada. En la práctica, el primer pico de la zincita y el tercer pico del rutilo no fueron separados por el equipo, lo que presentó un problema grave, que puede ser observdo en la figura 7, razón por la cual la curva fue descartada del análisis.

Figura 6. Picos del estándar certificado CeO2.

El análisis del TiO2, ZnO y CeO2 dio como resultado que se trata de los minerales conocidos como Rutilo, Zincita y Cerianita respectivamente. 3.4. Curva de calibración Nº 1: Rutilo +Zincita Los picos teóricos de la Zincita son: 2.4759x – 2.81457 – 2.60344 – 1.624732 – 1.477129 – 1.911123 – 1.378223 – 1.40724; Los del Rutilo son: 3.247x – 1.6960 – 2.4550 – 2.1930- 1.623720- 2.2978; Y los picos del Corindón son: 2.085x – 2.55290 – 1.60180 – 3.47975 – 1.74045 – 2.37940 – 1.40430 – 1.5108 – 1.5146 – 1.5464 – 1.9672. Tomando en cuenta la pureza de los óxidos se realizó la curva con los puntos que muestra la tabla 5: Tabla 5. Concentración de los puntos de la curva Rutilo + Cerianita.

Figura 7. Dendograma de uno de los puntos de la curva N°1 Zincita + Rutilo (puede observarse la sobreposición de los picos).

Este resultado evidencia la resolución inestable del difractómetro de rayos x empleado, el cual ha podido separar picos con distancias (d) más cortas en análisis anteriores. 3.5. Curva de Calibración Nº 2: Zincita + Cerianita Los picos teóricos de la Cerianita son: 3.1234x – 1.913452 – 1.631842 – 2.705630 – 1.56228; Los picos teóricos de la Zincita son: 2.4759x – 2.81457 – 2.60344 – 1.624732 – 1.477129 – 1.911123 – 1.378223 – 1.40724; Y los picos del Corindón son: 2.085x – 2.55290 – 1.60180 – 3.47975 – 1.74045 – 2.37940 – 1.40430 – 1.5108 – 1.5146 – 1.5464 – 1.9672.

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Estudio Comparativo entre dos Métodos de Cuantificación por Difracción de Rayos X

Después de comprobar que la curva resultó óptima para el trabajo, se escogió la Cerianita como mineral idóneo para el análisis, ya que la Zincita pura presenta una interferencia con el pico principal del corindón, haciendo difícil su integración. La concentración de cada punto de la curva se muestra en la tabla 6. Tabla 6. Puntos y concentraciones de la curva de CeO2.

Figura 9. Integración del pico principal del Corindón.

Cada punto fue medido con 3 repeticiones obteniendo 3 áreas integradas (NET) en cada punto para cada óxido (ver figuras 8 y 9). Se trabajó con la media de cada punto; este resultado se muestra en la tabla 7. Tabla 7. Área integrada bajo las curvas de los picos principales de la cerianita y el corindón.

La curva realizada puede observarse en la figura 10. Donde la ecuación de la curva obtenida es: y = 7.5416x + 0.5161 (1) 3.6. Medición de la concentración experimental de una muestra por los dos métodos de cuantificación. Se realizaron 12 repeticiones de una muestra que contenía 65% de CeO2 y 20% de α-Al2O3 y se integró el área bajo la curva del primer pico de cada óxido arrojando los resultados expuestos en la tabla 8.

Tabla 8. Concentraciones experimentales de CeO2 en la muestra, calculadas con el método del estándar interno.

Figura 8. Integración del pico principal de la Cerianita.

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XexpCeO2 es la concentración experimental de Cerianita obtenida por el Método del Estándar Interno. La misma muestra analizada por el método de cuentas arrojó los valores que se indican en la tabla 9. Tabla 9. Concentraciones experimentales del CeO2 en la muestra, calculadas con el método de cuentas.

Como puede observarse el resultado es menor al de tablas al 1% lo cual es un resultado altamente significativo, es decir, que no existe diferencia significativa entre los dos métodos de cuantificación por Difracción de Rayos X. 3.7.2 Estudio estadístico de medidores de dispersión. Este análisis se realizó con las ecuaciones 3, 4 y 5 para obtener datos sobre varianza, desviación estándar y coeficiente de variación respectivamente, obteniéndose los resultados expuestos en la tabla 10.

(3)

(4)

(5)

Tabla 10. Resultados de Medidores de precisión.

Xexp CeO2 es la concentración experimental de Cerianita obtenida por el Método de Cuentas. 3.7. Estudio estadístico 3.7.1 Prueba de t pareada. La prueba de t pareada se la realizó mediante la ecuación 2 con 12 repeticiones de la muestra y con n-1 grados de libertad:

(2)

El cálculo de t pareada dio como resultado: t experimental = 2.5073; t de tablas al 1% = 3.1058 t de tablas al 5% = 2.2010

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Podemos observar que el método del Estándar Interno presenta una menor precisión en relación al Método de Cuentas. La integración de los picos en el Método del Estándar Interno depende en gran medida de la apreciación del analista al momento de escoger el rango óptimo de integración en cada pico, contribuyendo con un aumento del error aleatorio, lo cual afecta a la precisión del método. 3.7.3 Estudio estadístico de exactitud. El estudio de exactitud se realizó mediante las ecuaciones 6 y 7 para obtener datos sobre el error absoluto y relativo respectivamente, tomando como valor experimental la media de cada método y como valor teórico la cantidad de estándar de concentración conocida.


Estudio Comparativo entre dos Métodos de Cuantificación por Difracción de Rayos X

(6)

Tabla 12. Resultados del Análisis Elemental.

(7) Estos resultados pueden observarse en la tabla 11:

Tabla 11. Resultados del análisis de exactitud.

Como podemos ver, el Método del Estándar Interno es más exacto que el Método de Cuentas, lo cual es lógico puesto que el Método del Estándar Interno fue diseñado matemáticamente, mientas que el Método de Cuentas es aproximado. A pesar de que el análisis estadístico nos da como resultado que el Método de Cuentas es significativamente igual al Método del Estándar Interno, el primero tiene un error seis veces mayor al segundo; sin embargo, posee una muy alta precisión. A pesar de su alto error, el Método de Cuentas, es el más recomendado en el análisis mineralógico por Difracción de Rayos X de muestras arqueológicas y posibles fuentes de materia prima. Un error absoluto de 0,06 no es significativo para una diferenciación entre cerámicas o áreas fuentes, razón por la cual, en el siguiente análisis de muestras y en las futuras muestras analizadas en el Laboratorio de Química del INPC va a utilizarse este método de cuantificación. 3.8. Resultados de los análisis de las muestras de El Qhapaq Ñañ 3.8.1 Análisis Elemental. El análisis elemental por Absorción Atómica arrojó los resultados de la tabla 12.

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3.8.2 Análisis Mineralógico. Los resultados del análisis mineralógico se muestran en la tabla 13. Tabla 13. Análisis Mineralógico.

Magnesiohorblenda

4. Conclusiones 4.1.No fue posible generar un estándar confiable de arcilla mediante la técnica de separación por tamaño de partícula con centrifugación controlada, ya que se obtuvo una mezcla de minerales en cada fracción. El cuarzo es el mayor interferente por encontrarse en un tamaño de partícula variable, desde los 2µm, esto sumado a la inexistencia de

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Estudio Comparativo entre dos Métodos de Cuantificación por Difracción de Rayos X

una adecuada técnica de disgregación de muestras aumenta la presencia de minerales no deseados en la fracción más fina. 4.2.Los minerales pueden encontrarse en diversos estados cristalinos. En el caso de los estándares certificados TiO2, ZnO, CeO2 se llegó a la conclusión de que pertenecen a los minerales conocidos como Rutilo, Zincita y Cerianita respectivamente. 4.3.El Difractómetro de Rayos X empleado no tiene una resolución de picos estable; el equipo puede separar picos cercanos de ciertas muestras; pero, no de otras. Además existe desplazamientos en las ubicaciones de los picos. Este desplazamiento debe ser conocido para poder realizar la identificación correcta de los diversos minerales (análisis cualitativo). Para conocer este desplazamiento debe seguirse adicionando a las muestras una cantidad conocida de un estándar (20% de corindón) el cual posee picos conocidos (2,085x-2,55290-1,60180), observando la desviación de estos picos conocidos puede obtenerse el desplazamiento del resto de picos, ayudando en gran medida a la correcta identificación de los minerales en las muestras. 4.4.Con el análisis estadístico de t pareada, se llegó a la conclusión de que no existe diferencia significativa entre los dos métodos de cuantificación por Difracción de Rayos X. Con este mismo análisis estadístico, se concluye que los resultados obtenidos por el Método de Cuentas son altamente significativos, esto es al 1%. 4.5.El Método de Cuentas posee una muy alta precisión en comparación al Método del Estándar Interno; teniendo el primero un coeficiente de variación de 0,6% y el segundo de 10,68%; sin embargo, este último es 6 veces más exacto con un porcentaje de error relativo de 1,54% mientras que el error relativo del Método de Cuentas es 9,23%. 4.6.Con estos análisis estadísticos realizados se llega a la conclusión de que el método más adecuado para el análisis mineralógico por Difracción de Rayos X de muestras arqueológicas y posibles fuentes de

materia prima, es el Método de Cuentas. A pesar de la menor exactitud de este método, la alta complejidad del Método del Estándar Interno y los problemas que presenta lo excluye del análisis rutinario en el Laboratorio de Química del INPC. Además, este error del 9% no producirá interferencias en la división de grupos al realizar el análisis estadístico multivariado, usado para determinar la procedencia de cerámicas y piezas arqueológicas. 4.7.Este nuevo método de cuantificación provee al Laboratorio de Química del INPC, una herramienta primordial para el estudio de procedencia de piezas arqueológicas y puestas en valor de sitios prehistóricos, favoreciendo, en primera instancia, al proyecto arqueológico nacional El Qhapaq Ñan. 4.8.No puede realizarse un estudio mineralógico a profundidad sin un análisis elemental previo. La existencia de minerales con distancias de picos similares es común en muestras policristalinas, donde hay la presencia de minerales isomorfos, es decir, cuando iones de un elemento se sustituyen por iones de otro, dejando la misma estructura cristalina; pero formando algo que puede considerarse como una serie de disoluciones sólidas constituyendo familias de minerales con picos de difracción similares, en estos casos la única forma de determinar con mayor exactitud el mineral es con un análisis elemental previo. 4.9.Del análisis mineralógico por Difracción de Rayos X de las muestras, puede llegarse a la conclusión de que las muestras de suelos (posibles fuentes de materia prima) están estrechamente relacionadas con las estructuras encontradas en la zona, esto es casas, bohíos y formaciones como en el segmento El Tambo, es decir, que la materia prima es local, esto puede ser detallado a futuro mediante un análisis estadístico multivariado. Esta información, sumada con la extensa información recolectada por los miembros del Instituto Nacional del Patrimonio Cultural, dará pautas valiosas para la reconstrucción y la puesta en valor de este sitio patrimonial ecuatoriano.

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5. Referencias 1. Baños Leticia. Caracterización mineralógica de cerámica arqueológica con difracción de rayos X por el método de polvos. Primera edición. Quito: Instituto Nacional de Patrimonio Cultural 2007 2. Buhrke Victor, Jenkins Ron, Smith Deane. A practical guide for the preparation of specimens for X-ray Fluorescence and X-ray Diffraction analysis. New York. 1998 3. Ciro Bencardino. Estadística y muestreo. Décima edición. Bogota 2000 4. Cisneros Pablo. Caracterización de material cerámico en los sitios arqueológicos “La Florida” y “Rumipamba” por las técnicas de Absorción Atómica y Difracción de Rayos X. Universidad Central del Ecuador. Quito 2008 5. De Paepe Paul, BUYS Jozef. Análisis mineralógico y químico de la cerámica del sitio arqueológico “Jardín del Este” Cumbayá, Provincia de Pichincha, Ecuador. Proyecto de cooperación técnica ecuatoriano-belga. Preservación y promoción cultural del Ecuador. Volumen 4. 1990 6. Gómez, Francisca. “Examen científico de los Bienes Culturales”. “CASPICARA”. Publicación especializada en Museología, Restauración del Banco Central del Ecuador historia del arte. Año 2. N° 6. Tercer trimestre 1994 7. International Center for Diffraction Data. Mineral Powder Diffraction File Search Manual. Powder Diffraction File PDF. Sets 1-50. Newtown Square, Pennsylvania, USA. 2001 8. International Center for Diffraction Data. Hanawalt Search Manual for Experimental Patterns. Inorganic Phases. Powder Diffraction File PDF. Sets 1-57. Newtown Square, Pennsylvania, USA. 2007 9. International Center for Diffraction Data. Alphabetical Index for Experimental Phases. Powder Diffraction File PDF. Sets 1-57. Newtown Square, Pennsylvania, USA. 2001 10. International Center for Diffraction Data. Data Book. Mineral Powder Diffraction File PDF. Sets 1-50. Newtown Square, Pennsylvania, USA. 2001 11. Jenkins & Snyder. Introduction to X-ray Powder Diffractometry. Volumen 138. Unites States of America. 1996 12. Moore Duane, REYNOLDS Robert. “X-RAY Diffraction and the identification and analysis of clay minerals”. 1989. Oxford New York. Cap. 5 13. Skoog Douglas. Principio del análisis instrumental. Quinta edición. Madrid 2001 14. Skoog Douglas. Principio del análisis instrumental. Séptima edición. Madrid 2003 15. Técnicas. Difracción de Rayos X en muestras policristalinas. [en línea] [Actualización 28 de Septiembre 2006]. Archivo disponible en la Web: http://www.ehu.es/imacris/PIE06/web/DRXP.htm 16. Ximénez, Luís. Espectroscopia de Absorción Atómica. Vol. 1. Madrid 1980.

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Caracterización de la Harina de Semillas de Amaranto Amaranthus Caudatus para Elaboración de Pan en Mezclas con Harina de Trigo

CONSUELO PÉREZ1*, ÓSCAR LUZURIAGA1 Química de Alimentos, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador

1

*Correspondencia: consuenov81@yahoo.com

Resumen Amaranthus caudatus es un pseudocereal introducido en el Ecuador a partir de 1988 y ha demostrado adaptabilidad en suelos andinos, obteniéndose cultivos promisorios; sin embargo, los avances agronómicos desarrollados hasta la fecha no han sido suficientes para poner de manifiesto el cultivo frente a una población consumidora de productos elaborados. Considerando la cultura de alimentación ecuatoriana, la realización y estudio de harina de semilla de amaranto es una de las alternativas alimentarias a ser puesta en marcha, que junto a la introducción de producto de panificación son un aporte a la estimulación de dicho cultivo e indagación de posteriores investigaciones. Siendo el pan el principal representante de los productos de panificación y un producto alimenticio de primera necesidad, se evaluó a condiciones medioambientales la estabilidad de panes realizados con 5%, 10% y 15% de harina de semilla de amaranto frente a un blanco (pan común). Los resultados obtenidos de las formulaciones evaluadas respecto al blanco demostraron no existir diferencia entre los tiempos de vida útil, así como tampoco en cuanto al sabor; lo que indica que dichas formulaciones pueden ser introducidas en el mercado sin mostrar variabilidad en cuanto a estos parámetros. Palabras clave: Amaranto, pan – amaranto, análisis alimentos, conservación de alimentos, tecnología de alimentos.

Abstract Amantanthus caudatus is a type of pseudocereal which has been used in Ecuador since 1988. It has show a good adaptability in the Andean region, at the same time obtaining promising crops. However, the latest agricultural achievements haven´t been enough to place the mentioned crop in front of a consumer population of elaborated products. Considering the Ecuadorian food habits the realization, and studies of flour of the Amaranthus caudatus seed, it can be concluded that the flour is one of the best food supplies. Together with the introduction of bakery products these are reasons to encourage its cultivation. Talking about bread as the principal representative of baked goods and are of our needed food supplies, under the environmental conditions, its stability has been evaluated using 5%, 10% and 15% of the flour of Amaranthus caudatus compared to a while bread. The obtained results of the evaluated formulas considering the white bread, demonstrate no difference en the lasting time and flavor. It indicates that the mentioned formulas can be brought to the market without showing variability en these parameters. Key words: Amaranto, amaranto – bread, food analysis, food conservation, technology of foods.

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1. Introducción Las características climatológicas que tiene la Sierra ecuatoriana son fundamentales para el cultivo y evaluación de potenciales especies promisorias introducidas como Amaranthus caudatus, que ha sido reconocida por organismos internacionales, como la FAO y UNICEF, comprometidos en el mejoramiento nutricional de las poblaciones de escasos recursos económicos de países en vías de desarrollo, asimismo la NASA interesada en la obtención de productos que garanticen la alimentación de las tripulaciones en el espacio, han brindado su contingente para evaluar a tan preciado pseudocereal dentro de diferentes ámbitos. Dentro de las variedades de amaranto existentes a nivel del mundo entero, Amaranthus caudatus corresponde a una de las especies productoras de grano, que ha logrado reconocimiento en base a sus características, contenidos de proteína, almidón y grasa presentes en la semilla.

La sustitución de porciones de estas harinas por harina de semilla de amaranto en la elaboración de pan común serían factibles de ser evaluadas, física, química y sensorialmente en los productos elaborados; no obstante, estos parámetros se han enfocado hacia el estudio de estabilidad de los mismos con la finalidad de que el presente aporte sea un preámbulo hacia estudios químicos y nutricionales más profundos en caso de ser meritorios. 2. Materiales y Métodos Determinación del tamaño de la semilla

En países como México, Bolivia y Perú el amaranto mantiene equidad de consumo frente a los cereales; en Ecuador, Amaranthus caudatus es una especie introducida cuyas primeras evaluaciones se emprenden en 1988, lográndose semillas agrícolamente adaptadas, a partir de las que se han incentivado planes de cultivo en localidades andinas.

Método: Métrico Materiales: Tornillo calibrador semilla de Amaranthus caudatus

En la actualidad, el interés de pequeñas masas productoras radica en la exportación del grano para introducirlo en formulaciones de productos extrusados como ingrediente en cereales para desayuno; la característica de reventar como palomita de maíz con ligero sabor a nuez es otro de sus llamativos para integrarlo a productos afines a los anteriores; la utilización en embutidos como texturizadores, son las aplicaciones que más han llamado la atención; lograr novedosas presentaciones de frutas confitadas recubiertas con almidón de amaranto, así como también la utilización en pastas frías son otras de las aplicaciones que se han otorgado al almidón a nivel internacional.

Semillas de Amaranthus caudatus

La presente investigación anhela contribuir al conocimiento, difusión y evaluación del amaranto presente en el país para lograr el desarrollo de productos que probablemente podrían formar parte de la dieta ecuatoriana.

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Si bien, la harina de amaranto es factible de ser utilizada individualmente en preparaciones culinarias caseras, los derivados de cereales, cuyo principal representante es el pan, cumple con la característica de ser un alimento de primera necesidad, que sólo es factible de ser realizado con harinas de trigo o centeno.

X = Diámetro medio de la semilla Xi= Diámetro individual de cada semilla medida Ni= Número total de semillas medidas Análisis granulométrico A un molino CORONA se le redujo el tamaño de las estrías, se acoplaron sistemas de poleas y eléctrico para la optimización del trabajo. Método: Tamización Materiales y equipos: Serie de tamices Motor vibrador (Ro - Tap) Balanza sensible a 100 mg Espátula Escobilla de cerdas suaves


Caracterización de la Harina de Semillas de Amaranto Amaranthus Caudatus para Elaboración de Pan en Mezclas con Harina de Trigo

Diámetro final de la partícula

D = Diámetro final de la partícula, mm Xi = Fracción en peso retenida en cada tamiz g/g dp = Diámetro medio de tamices en cm Determinación de pH Método: Potenciométrico Materiales y Equipos: Potenciómetro Soluciones buffer de pH (7, 4, 10) Vaso de precipitación de 250 ml Solución de KCl 3M Papel absorbente delicado Piceta Agua destilada Determinación de Acidez Titulable Método: Volumétrico Materiales y Equipos: Erlenmeyers de 50 ml y 250 ml. Pipeta volumétrica de 10 ml Bureta de 25 ml Hidróxido de sodio 0,02 N Solución de fenolftaleína 0,1% Alcohol etílico de 90% neutralizado Papel filtro de poro amplio

A = contenido de acidez expresado en porcentaje de masa de ácido sulfúrico N = normalidad de la solución de hidróxido de sodio V = volumen de la solución de hidróxido de sodio empleado en la titulación, ml V1= Volumen de alcohol empleado, ml V2= Volumen de la alícuota, ml m = masa de la muestra, g h = porcentaje de humedad en la muestra

Determinación de humedad Método: Gravimétrico Materiales y Equipos: Desecador con deshidratante Pinza para cápsulas Cápsulas de aluminio de fondo plano de 6 cm de diámetro y 1,5 cm de profundidad Estufa Balanza analítica son sensibilidad a 0,1 mg

Pc = Perdida por calentamiento, en porcentaje de masa. m1 = masa de la cápsula de aluminio tarada, g m2= masa de la cápsula de aluminio con la muestra sin secar, g m3 = masa de la cápsula de aluminio con la muestra seca, g Determinación de grasa bruta Método: Hidrólisis ácida - Soxhlet Reactivos Ácido clorhídrico concentrado Éter de petróleo Materiales y Equipos: Erlenmeyer de 500 ml Papel filtro de poro amplio Embudo Agua caliente Estufa Cajas de aluminio Algodón (libre de grasa) Equipo automático de extracción Soxhlet Sorbona Vasos de extracción adaptables al equipo, previamente tarados Pinza para vasos Desecador provisto con deshidratante adecuado

G= m 1= m 2= m 3=

contenido de grasa en porcentaje de masa masa del vaso tarado, g masa del vaso con grasa, g masa de muestra seca, g

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Determinación de fibra bruta

Determinación de proteína bruta

Método: Digestión ácido – básica (Método WEENDE)

Método Kjeldahl

Materiales y Equipos: Papel filtro cualitativo Papel filtro cuantitativo Embudos de vidrio Matraces erlenmeyers 500 ml Guante de calor Agua destilada Acido sulfúrico 1,25% v/v Hidróxido de sodio 1,25% p/v Cocineta eléctrica Balanza analítica sensible al 0,1 mg Desecador provisto con deshidratante adecuado Núcleos de ebullición Pinza para erlenmeyers

Materiales y Equipos: Unidad de digestión y destilación Kjeldahl. Balones Kjeldahl Núcleos de ebullición Papel celofán, libre de nitrógeno Catalizador Kjeldahl Ácido sulfúrico concentrado Agua destilada Probeta graduada con capacidad para 10 ml Ácido bórico con indicador mezcla (rojo de metiloverde de bromocresol) Matraz volumétrico de 250 ml Hidróxido de sodio 50% p/v. Ácido clorhídrico/ sulfúrico 0,1N Bureta automática

F = P1 = P2 = m=

contenido de fibra en porcentaje de masa masa del papel filtro libre de humedad, g masa del papel filtro con la fibra, g masa de muestra, g

Determinación de cenizas Método: Gravimétrico Materiales y Equipos: Mufla ajustada a 550°C Crisoles de porcelana Pinza para crisoles Desecador provisto con deshidratante adecuado Cocineta eléctrica Espátula Balanza analítica al 0,1 mg

Pc = m1 = m2 = m3 =

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Porcentaje de ceniza masa del crisol tarado, g masa del crisol con la muestra sin secar, g masa del crisol con la muestra seca, g

N = Normalidad del ácido V = Volumen de ácido utilizado en la titulación, ml pmeq = peso mili equivalente del Nitrógeno 6,25 = factor para conversión de proteína m = gramos de muestra Determinación de aminoácidos Método Cromatografía Líquida de Alta Presión HPLC (INIAP) Materiales y Equipos: Balanza analítica con sensibilidad al 0,1 mg Microespátula Viales para digestión de muestra Gradilla metálica Estufa regulable Rotavapor Membranas para filtración de 0,45 mesh Equipo para análisis de aminoácidos Shimadzu modelo LC – 10 AD Columna Shim – pack AMINO – Na Reactivos: HCl 6N Solución reguladora de pH 2,2


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Determinación de triptófano

Determinación del contenido de almidón

Método Colorimétrico

Método Polarimétrico Materiales y reactivos Balón volumétrico de 100 ml. Baño de agua hirviente Polarímetro Tubo de polarímetro de 200 mm Balanza analítica con aprox. 0,1 mg Piceta Acido clorhídrico 1,124% Papel filtro Termómetro Reactivos Solución de Carrez I Solución de Carrez II

Materiales y Equipos: Balanza analítica con sensibilidad al 0,1 mg Estufa incubadora Centrífuga Pipetas volumétricas Gradilla para tubos de ensayo Tubos de ensayo de 13 x 100 mm con tapón de rosca. Tubos de ensayo de 16 x 150 mm Tubos para colorímetro Espectrofotómetro Reactivos: Solución ferroacética Solución de papaína Solución estándar de triptófano (100 mg/l) Azúcares reductores Método: Volumétrico (LUFF - SCHOORL) Materiales y reactivos: Cocineta eléctrica Equipo de reflujo Núcleos de ebullición Pipeta volumétrica de 10 ml. Pipeta volumétrica de 25 ml. Balones aforados de 100mL Agua destilada Solución de hidróxido de sodio 35% p/v Ácido sulfúrico 3M KI (s) Papel filtro Soluciones de Carrez I y II Solución de Na2S2O3 0,1N Reactivo de Luff Solución de almidón 1% Bureta Pipetas graduadas Papel filtro C (ml) = b – av b = consumo de la solución de Na2S2O3 0,1N en el blanco av = consumo de la solución de Na2S2O3 0,1N en la muestra antes de la inversión C = valor para obtener la cantidad de azucares totales según la tabla de equivalencia

α = ángulo de desviación observado en el polarímetro [a]D= rotación específica del almidón l = longitud del tubo del polarímetro en decímetros Determinación de almidón como azúcares totales Método Volumétrico (LUFF - SCHOORL) Materiales y reactivos: Cocineta eléctrica Equipo de reflujo Núcleos de ebullición Pipeta volumétrica de 1 ml Pipeta volumétrica de 25 ml Balones aforados de 100ml Baño de agua hirviente Termómetro Agua destilada Ácido clorhídrico concentrado Solución de hidróxido de sodio 35% p/v Acido sulfúrico 3M KI (s) Papel filtro Soluciones de Carrez I y II Solución de Na2S2O3 0,1N Reactivo de Luff Solución de almidón 1% Bureta

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

Pipetas graduadas de 5 ml Papel filtro de poro amplio C (ml) = b – a b = consumo de la solución de Na2S2O3 0,1N en el blanco a = consumo de la solución de Na2S2O3 0,1N en la muestra C = valor para obtener la cantidad de azúcares totales según la tabla de equivalencia Extracción de almidón

Análisis físico – químicos del pan Se reemplazó la harina fortificada para panificación por harina de amaranto en los siguientes porcentajes 5%, 10% y 15%; se mantiene sin alteración los restantes ingredientes. Las formulaciones a evaluarse de acuerdo a la maquinaria disponible para un Kilogramo de harina y sus equivalentes fueron las siguientes: 1. Formulación del blanco

Método Sedimentación Materiales y Equipos: Molino Agua Recipientes hondos que permitan la sedimentación Recipientes planos que permitan la evaporación Estufa regulada no mayor a 50°C Fundas plásticas Porcentaje de Amilosa

2. Formulación al 5%

Método Colorimétrico Materiales, Equipos y Reactivos: Balones aforados de 50 ml Balones aforados de 100 m Balanza con aproximación al 0,1mg Espátula Agua destilada Piceta Etanol 95% v/v Hidróxido de sodio 1N Estándar de amilosa Estándar de amilopectina Hidróxido de sodio 0,09N Acido clorhídrico 30% v/v Solución de yodo 2% Espectrofotómetro Amilograma Método Amilograma de cocción Materiales y Equipos: Balanza monoplano sensible al 100 mg Espátula Agua destilada Amilógrafo Brabender con termorregulador y compresor Licuadora

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3. Formulación al 10%

4. Formulación al 15%


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Metodología Las determinaciones se llevaron a cabo durante cuatro semanas consecutivas en las que se realizaron cuatro horneadas correspondientes a los días lunes y se analizaron por cuatro días seguidos, es decir, hasta los días jueves. Se tomó en consideración la temperatura ambiental y la humedad relativa a la que se encontraban los panes en el laboratorio. Determinación de acidez

Materiales y Equipos: Cajas de aluminio de 10 cm. de diámetro de fondo plano y 2 cm. de profundidad Mortero y pistilo Espátula Desecador provisto con desecante adecuado Pinza para cápsulas Cápsulas de aluminio de fondo plano de 6 cm. de diámetro y 1,5 cm de profundidad Estufa regulada a 130°C Balanza analítica son sensibilidad a 0,1 mg

Método: Volumétrico Materiales y Equipos: Vasos de precipitación 400 ml Varilla de agitación Espátula Balanza analítica con sensibilidad al 0,1mg Pipeta graduada de 5 ml Probeta graduada de 100 ml Agua destilada hervida y fría Embudos de vidrio Papel filtro de poro amplio Pipeta volumétrica de 25 ml Balón aforado de 100 ml Matraces erlenmeyer de 250 ml de capacidad Bureta 0,1 ml Fenolftaleína 1% Hidróxido de sodio 0,02N

I.A. = Índice de acidez expresado en porcentaje de ácido sulfúrico N = normalidad de la base V = volumen de la base, ml FD = factor de dilución p meq = peso miliequivalente del ácido sulfúrico. g. muestra = peso de muestra expresado, g Determinación de humedad Método: Pérdida por secado (Guía Lab. Análisis de Alimentos)

W1 = Promedio de las humedades determinado en 15 g de muestra W2 = Promedio de las humedades determinado en 5 g de muestra. Determinación de aw Materiales y Equipos: Equipo medidor de actividad de agua Soluciones patrón de concentración molal conocida Determinación de los tiempos de vida útil Para la determinación del tiempo de vida útil se consideró a todas las determinaciones realizadas en el pan, según su variabilidad; sólo se trabajó con las que se consideran parámetros de calidad para el producto, se aplicó el método matemático de correlación y se comparó entre la reacción de orden cero y la reacción de primer orden. Para la ecuación de orden cero se tienen:

Para la ecuación de primer orden se establece:

Análisis sensorial del pan Descripción de los jueces: El análisis sensorial se realizó los días lunes luego de ser horneado. Se contó con jueces no entrenados.

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Procedimiento de degustación A cada degustador se le presentó una bandeja con cuatro panes que estuvieron rotulados utilizando una tabla de números aleatorios de tres dígitos, un vaso con agua fresca, un esfero y cuestionario; a cada juez se le ubicó en lugares separados y se le pidió que evaluara en el siguiente orden: color, olor, sabor, textura.

Tabla 1. Caracterización de harina de amaranto

Evaluación sensorial Las evaluaciones sensoriales que se llevaron a cabo fueron: Color Olor Sabor Textura Los datos recopilados se transformaron de acuerdo a los valores asignados en la escala hedónica, la misma que tiene un rango de valores de 1 a 7; los mismos que son crecientes de acuerdo al gusto o disgusto del consumidor. Se utilizó un diseño de bloques completamente al azar y para cuya interpretación se utiliza la prueba de Friedman en el análisis de varianza y las pruebas de significancia de Tukey al 5%. 3. Resultados y Discusión

Vista al estereomicroscopio.

Figura 2. Análisis granulométrico: Diagrama diferencial Tabla 2. Aminoácidos presentes en harina de amaranto

Vista al microscopio.

Determinación en base seca (g/100g) Tabla 3. Características del almidón

Figura 1. Semilla de amaranto Fuente: BECKER Robert p.2 68

* Determinación en base seca

** Por comparación


Caracterización de la Harina de Semillas de Amaranto Amaranthus Caudatus para Elaboración de Pan en Mezclas con Harina de Trigo

Análisis realizados en pan Tabla 4. Determinación de pH

12. Evaluación de olor

Tabla 10. Evaluación de sabor

Tabla 5. Determinación de acidez

6,99 6,99

Tabla 6. Determinación de humedad

Tabla 7. Determinación de actividad acuosa aw

14. Evaluación de textura

4. Conclusiones 4.1. Análisis físico – químicos de la harina

Tabla 8. Tiempo de vida útil de los productos

Tabla 9. Evaluación de color

La harina de semilla de amaranto Amaranthus caudatus elaborada utilizando un molino de disco sencillo debe pasar por una malla 32 equivalente a 0,495mm de diámetro en un porcentaje de 97%. La harina de amaranto obtenida es de apariencia homogénea y finura ligeramente granulosa, su color ligeramente pardo, olor y sabor característicos. El principal componente de la harina son los carbohidratos; de los que aproximadamente el 88% corresponden al almidón. El almidón está integrado por 96% de amilopectina, de gránulos redondos, diámetro de 0,9 µm y su máxima gelificación a 55°C con 510 U.B. Por el contenido de fibra presente es una harina integral ya que posee niveles iguales y superiores al de las harinas integrales. El mayor contenido de grasa en comparación a las harinas obtenidas de los cereales tradicionales incrementa el valor energético del producto. 4.2. Análisis físico – químicos del pan Al evaluar entre sí los valores de pH y acidez de las cuatro formulaciones de pan elaboradas, se determina

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

que no existe diferencia entre ellas y los valores oscilan alrededor de una media de 5,60 para el pH y de 0,0675% para la acidez, expresado en ácido sulfúrico. Se concluye por tanto que pH y acidez no son parámetros de calidad para la determinación del tiempo de vida útil de los productos elaborados. A diferencia de las determinaciones de pH y acidez, la humedad no oscila alrededor de un valor medio sino que desciende en función del tiempo, por lo que es el parámetro de calidad que define el tiempo de vida de los productos elaborados. La evaluación de la actividad de agua en las formulaciones analizadas confirma que existe mayor disponibilidad de agua durante los primeros días analizados y desciende a medida que la humedad disminuye; pero, no se observa relación de tipo lineal por lo que sus resultados no pueden extrapolarse. El análisis de volumen manifiesta la diferencia de tamaño entre las formulaciones evaluadas. A menor concentración de harina de semilla de amaranto mayor volumen del pan. El valor promedio de la densidad de los panes elaborados es de 0,249g/ml, lo que indica que el tiempo de amasado fue normal y no intensificado. Los panes elaborados poseen mayor cantidad de miga en relación a la corteza.

4.3. Tiempo de vida útil y análisis sensorial del pan El color de los panes de las formulaciones del 0%, 5% y 10% son iguales entre sí y entre las formulaciones de los panes del 5%, 10% y 15%, no se visualiza diferencia alguna. La evaluación respecto al olor revela que el consumidor no logra diferenciar entre el blanco y la formulación del 5%; así como tampoco logra diferenciar entre las formulaciones del 5%,10% y 15% elaboradas con harina de amaranto. El olor que presentan las formulaciones del 10% y 15% es francamente distinto al olor del blanco. El sabor de todos los panes es igual y no hay diferencia entre ellos. El consumidor no logra distinguir entre la textura del blanco y las formulaciones del 5% y 10%; la textura de las formulaciones del 5%,10% y 15% son iguales. La textura de los panes preparados con 15% de harina de amaranto difieren notablemente del blanco. En virtud de la presente investigación, se acepta la hipótesis alterna; la harina se semilla de amaranto es factible de ser utilizada en la elaboración de pan en mezclas con harina de trigo. Las cantidades de 5%, 10% y 15% utilizadas de harina de amaranto para la elaboración de pan no afectan el desarrollo del gluten, leudado, así como tampoco la formación de la miga.

5. Referencias 1. 2. 3. 4. 5.

Anzaldua Morales, Antonio. La evaluación sensorial de los alimentos en la teoría y la práctica. Zaragoza: Acribia. 1990. Badui Dergal Salvador. Química de los alimentos. 3 ed. México: Pearson educación. 1993. Helmant, José. Farmacotecnia teórica y práctica. México: Continental. 1981. t IV. Kirk, Ronal. Composición y análisis de alimentos de pearson. 2 ed. México: Continental. 1999. Youfera, Primo. Química de los alimentos. Madrid: Síntesis. 2003.

5.2. Revistas: 6. Becker, Robert y Sauders, Robert. El amaranto: su morfología composición y usos como alimento y forraje. En: El amaranto y su potencial. Boletín Nº1 (marzo 1984). 7. Cavagnaro, J y Jain, S. Breve informe de una serie de estudios del amaranto de semilla. En: El amaranto y su potencial. Boletín Nº 3 (septiembre 1985). 8. Early, Daniel y Capistran de Early, Julia. Transferencia de tecnología indígena para la preparación de kiwicha (Amaranthus) primera parte. En: El amaranto y su potencial. Boletín Nº4 (diciembre 1987). 9. Monteros, Cecilia. Primera variedad mejorada de amaranto para la Sierra ecuatoriana. En: Boletín divulgativo. Nº 246 (abril 1994). 10. Pacheco de Delahaye, Emperatriz. Efecto de la temperatura sobre las propiedades funcionales de la harina de semilla de amaranto En: El amaranto y su potencial. Boletín Nº 1 (marzo 1987). 11. Vietmeyer, Noel. Cultivos incas, alimentos redescubiertos. En: Selecciones. (Agosto 1987). 12. Villegas, Evangelina. Determinación de triptófano. En: Métodos químicos usados en el centro internacional de mejoramiento de maíz y trigo para determinar la calidad de proteína de los cereales. 1985. Otras Fuentes: 13. Morán, Marco. Análisis del pan. En: Prácticas de laboratorio de análisis de alimentos. Quito: Facultad de Ciencias Químicas. 14. Morán, Marco. Determinación de almidón. En: Prácticas de laboratorio de análisis de alimentos. Quito: Facultad de Ciencias Químicas. 15. Morán, Marco. Determinación de fibra cruda. En: Prácticas de laboratorio de análisis de alimentos. Quito: Facultad de Ciencias Químicas. 16. Norma INEN 95. Pan común requisitos. 1979-06. 17. Norma INEN 521. Harina de origen vegetal. Determinación de la acidez titulable.1980-12. 18. Norma INEN 526. Harina de origen vegetal. Determinación de la concentración de iones hidrógeno. 1980-12. 19. Norma INEN 616. Harina de trigo requisitos. Segunda revisión. 1998 – 03

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Determinación de Colinesterasa Eritrocitaria en Trabajadores Agrícolas Expuestos a Plaguicidas Organofosforados y Carbamatos

JENNYFER CUASPUD1*, BEATRIZ VARGAS1 Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Central del Ecuador

1

*Correspondencia: jennyferjepano@yahoo.es

Resumen La enzima colinesterasa constituye el biomarcador de elección para el monitoreo biológico de la población laboral expuesta a plaguicidas organofosforados y carbamatos, los cuales afectan a la salud, por la combinación con la enzima en las terminaciones nerviosas del cerebro y el sistema nervioso impidiendo la transmisión de impulsos nerviosos, provocando una intoxicación. La disminución de los niveles de la enzima colinesterasa en la sangre acarrea varios efectos en el organismo, por esta razón, se ha motivado a realizar esta investigación que permite evaluar el riesgo a la salud por la exposición a plaguicidas inhibidores de colinesterasa. Se realizó la determinación de la actividad de la enzima Colinesterasa Eritrocitaria en 145 muestras biológicas, 95 muestras de agricultores de papa que trabajan con plaguicidas organofosforados y carbamatos inhibidores de la enzima colinesterasa y 50 muestras de un grupo de personas con diversas labores a excepción agrícolas; no expuesto a los plaguicidas para establecer el Valor de Referencia de la zona en la parroquia de Julio Andrade, cantón Tulcán (Carchi- Ecuador). La cuantificación de la actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria se realizó empleando el método de Ellman modificado mediante espectrofotometría de luz ultravioleta. El valor promedio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria en los agricultores que trabajan con plaguicidas organofosforados y carbamatos fue de 3154,99 U/L D.E. +/- 413,23 (valor máximo: 4199 U/L: valor mínimo: 2320,5 U/L) y en el grupo no expuesto fue de 3625,41 U/L, D.E. +/360,46 3081; valor normal de la Colinesterasa Eritrocitaria de la zona: 3081 – 4745 U/L. El 42 % de los agricultores que trabajan con los plaguicidas reportaron valores por debajo de los niveles normales de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria. El plaguicida más utilizado por la mayoría de los agricultores de papa (95 %) es Furadán, plaguicida del grupo de los carbamatos. Palabras Clave: Colinesterasa Eritrocitaria, Método de Ellman, Plaguicidas, Organofosforados, Carbamatos

Abstract The cholinesterase enzyme, establishes the biomarker of choice for the biological vigilance of the work population exhibit to organophosphates and carbamates pesticides that which affect the human health for the combination with the acetyl cholinesterase enzyme in the nervous ends of brain and Nervous system impeding the transmission of nervous pushes causing a poison, for that reason, to determined of the activity of erythrocyte cholinesterase in 145 biological samples, 95 samples of farmers that work with cholinesterase inhibitor pesticides and, 50 samples of a group non exposed to pesticides for establish the reference value of the zone in people proceeding from Julio Andrade Parish, Tulcan canton (Carchi- Ecuador). Quantification of Erythrocyte Cholinesterase activity was realized applying the Ellman modified method by ultra violet light spectrophotometry. The average value of activity of Erythrocyte Cholinesterase in the farmers that work with

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

organophosphates and carbamates pesticides was 3154,99 U/L D.E. +/- 413,26 (maximum value: 4199 U/L, minimum value:2320,5 U/L) and in the non exposed group was 3625,41 U/L D.E. +/- 360,46; Normal level of activity of erythrocyte cholinesterase in the zone: 3081 - 4745 U/L. The 42 % of the farmers that work with pesticides presented values under normal levels of activity of Erythrocyte Cholinesterase . The pesticide more utilized for the majority of potatoes farmers (95 %) is Furadán (carbamate). Key Words: Erythrocyte Cholinesterase , Ellman method, Pesticides, Organophosphates, Carbamates

1. Introducción Los agricultores, que trabajan con plaguicidas, están frecuentemente expuestos y pueden sufrir algún tipo de intoxicación por el uso incorrecto de los mismos causando graves secuelas con el pasar del tiempo. Además, la falta de control de las autoridades sanitarias en el uso de plaguicidas, incluyendo las prácticas inadecuadas de los agricultores como la mezcla de las sustancias con las manos, falta de uso de equipo de protección, equipo de fumigación en mal estado, almacenamiento de plaguicidas dentro de la vivienda, y la eliminación insegura de plaguicidas, contribuyen a una intoxicación por dichas sustancias. Los plaguicidas son sustancias químicas o mezcla de sustancias destinadas a prevenir, eliminar o controlar cualquier plaga incluyendo los vectores que causan enfermedades humanas o de animales. Se clasifican según el tipo de organismo que controlan, según el grupo químico y según la toxicidad. Según el grupo químico, consideramos en nuestro estudio a los crganofosforados y carbamatos que afectan al ser humano por la fosforilación de la enzima acetilcolinesterasa en las terminaciones nerviosas del cerebro y el sistema nervioso dando lugar a una disminución de la actividad de la enzima que produce los síntomas de intoxicación. La acción tóxica de los organofosforados se caracteriza por uniones frecuentemente irreversibles de los radicales

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fosfatos a los sitios activos de la enzima creando enzimas fosforiladas. El resultado es una pérdida de la acetilcolinesterasa disponible por lo que la terminal sináptica permanece hiperestimulada por un exceso de acetilcolina. Dependiendo de la actividad de los compuestos organofosforados, a nivel de los receptores muscarínicos o nicotínicos del cuerpo, los signos y síntomas de la intoxicación pueden agruparse, a su vez, en tres síndromes de base colinérgica y son: el Muscarínico, el Nicotínico y el del Sistema Nervioso Central. Los carbamatos actúan igual que los organofosforados como inhibidores de la colinesterasa, con la única diferencia de que la estabilidad de la unión enzima tóxico es inferior, por lo que se clasifica como inhibidor reversible de la colinesterasa. Los plaguicidas organofosforados y carbamatos se absorben fácilmente por inhalación, ingestión y a través de la piel. La Colinesterasa es una enzima del grupo de las esterasas situada en las hendiduras sinápticas, cuya función es hidrolizar a la Acetilcolina un neurotransmisor que mediante la unión a sus receptores, permite que las sinapsis colinérgicas transmitan los impulsos nerviosos. La colinesterasa produce la inactivación de la acetilcolina, con la consiguiente disminución de la transmisión del impulso nervioso.


Determinación de Colinesterasa Eritrocitaria en Trabajadores Agrícolas Expuestos a Plaguicidas Organofosforados y Carbamatos

Los seres humanos poseen tres tipos de colinesterasa: • Colinesterasa Eritrocitaria. • Colinesterasa Cerebral. • Colinesterasa Plasmática. La Colinesterasa Eritrocitaria, considerada en nuestro estudio, llamada también Acetilcolinesterasa o Colinesterasa verdadera, es una enzima que hidroliza a su sustrato la Acetilcolina, en forma específica. Se trata de una glicoproteína extracelular con un peso molecular de aproximadamente 80,000 Da que se encuentra presente en los eritrocitos, tejido nervioso, en las sinapsis ganglionares de la estructura neuromuscular, músculo esquelético y placenta. La presente investigación permitió conocer los niveles de actividad de Colinesterasa Eritrocitaria utilizando un método cinético – espectrofotométrico, modificado de ELLMAN, empleando el ácido 6,6 -ditiodinicotínicoDTNA. Según el método, la tiocolina producto obtenido de la hidrólisis por acción de la enzima Colinesterasa, reduce al DTNA liberando ácido tionicotínico, permitiendo la determinación de la enzima mediante el monitoreo continuo del aumento de absorbancia a 340 nm debido a que el pico de absorbancia máxima del ácido tionicotínico se presenta a 340 nm.[1] El aumento de absorbancia a 340 nm es directamente proporcional a la actividad de la enzima

se calculó a través del programa EPI INFO donde se obtuvo los siguientes resultados:

Fuente: La autora.

Se tomaron al azar 95 muestras de agricultores de papa de ambos sexos para lo cual se tuvo en cuenta los siguientes criterios de elección: Individuos mayores de 18 años que declararon haber trabajado con plaguicidas en un período no mayor de 20 días antes de la toma de muestra. No se consideró mujeres embarazadas o en período menstrual, ni individuos que declararon tener una enfermedad controlada o que tomen medicamentos. Para el grupo control se tomaron 50 muestras de sangre de individuos de ambos sexos mayores de 17 años aparentemente sanos, no expuestos a plaguicidas con labores diferentes a las agrícolas (amas de casa, conductores, obreros, comerciantes, estudiantes, profesionales) de la zona de estudio. 2. MATERIALES Y MÉTODOS

Además, a través de una encuesta ocupacional en la que se consultó variables como sexo, edad, tiempo de exposición, lugar de almacenamiento de plaguicidas, equipo de protección usado, capacitación en el manejo de plaguicidas, tipo de plaguicida utilizado, signos y síntomas clínicos a los agricultores seleccionados, se conoció en cierta forma el grado de relación entre sus niveles de actividad de Colinesterasa Eritrocitaria y algunas de sus características, hábitos y costumbres. De acuerdo a la técnica de muestreo probabilístico aleatorio simple, el tamaño de la muestra que se investigo

2.1 EQUIPOS: • Baño María calibrado a 30o C • Espectrofotómetro de luz UV visible. • Congelador de -20o C 2.2 MUESTRAS: Sangre total recogida con heparina o EDTA. La Colinesterasa presente en los eritrocitos es más parecida químicamente a la Colinesterasa presente en el tejido nervioso, de ahí la importancia de su evaluación en sangre total.

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

2.3 REACTIVOS

3. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Solución amortiguadora de fosfato, 100 mmol/ L, pH 7,6.

Después del análisis de las 95 muestras tomadas a agricultores de papa que trabajan con plaguicidas inhibidores de la actividad de la enzima Colinesterasa Eritrocitaria (Grupo expuesto) y de las 55 muestras tomadas a personas no expuestas a los plaguicidas (Grupo Control) se observó lo siguiente:

• Disolver 2,33 g de Na2HPO4 y 0,831 g de KH2PO4 en 800 ml de agua destilada. • Ajustar el pH a 7,6 con NaOH 0,02M y trasvasar a un matraz volumétrico de un litro. • Aforar hasta la marca con agua destilada y mezclar. Solución de trabajo. • En un matraz volumétrico de un litro colocar: 61,66 mg de ácido 6,6‘ditiodinicotínico (DTNA), 25,8 mg de hidrocloruro de quinidina y 1 ml de Tritón X-100. • Aforar hasta la marca con solución amortiguadora de fosfatos (100 mmol/l, pH 7,6) y mezclar. • Almacenar en botella ámbar. • Esta solución es estable por lo menos durante 6 meses en refrigeración (4 a - 8o C).

Parámetros estadísticos comparativos de la actividad de la enzima Colinesterasa Eritrocitaria del grupo de personas no expuestas y del grupo de agricultores expuestos a plaguicidas Zona Analizada: Parroquia Julio Andrade, Cantón Tulcán. Número de muestras totales: 145 Cuadro Nº 1

Sustrato, yoduro de acetiltiocolina, 0,5 mmol/ l. Disolver 30,40 mg de yoduro de acetiltiocolina en 10 ml de agua destilada. Esta solución es estable por lo menos 3 meses en congelación a -20o C. 2.4 MÉTODO Antes de realizar el análisis para la determinación de la actividad de la enzima, los reactivos deben encontrarse a temperatura ambiente.

Fuente: La autora.

1. Colocar 2,0 ml de la solución de trabajo en un tubo de vidrio. 2. Agregar 5 µl de muestra (sangre total). Mezclar e incubar a 30o C por dos minutos. 3. Agregar 100 µl de sustrato. Mezclar, esperar 30 segundos y determinar el cambio de absorbancia por minuto a 340 nm ajustando previamente el cero de absorbancia con agua destilada. 2.4.1 CÁLCULOS Bajo las condiciones de la prueba, el coeficiente de absortividad milimolar del ácido tionicotínico a 340 nM y 30o C es 10,80 L mmol-1 cm-1.

Gráfica Nº 1 Fuente: La autora.

Debido al amplio rango de valores en los niveles de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria, existe una alta

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Determinación de Colinesterasa Eritrocitaria en Trabajadores Agrícolas Expuestos a Plaguicidas Organofosforados y Carbamatos

variabilidad tanto en el grupo de agricultores expuestos a plaguicidas como en el grupo control; pero, según los coeficientes de variación (C.V.) la variabilidad es mayor en el grupo de los agricultores expuestos (C.V.: 0,131) que en el grupo de control (C.V.: 0,099). (Cuadro Nº 1) debido a que se tomaron en cuenta, para el grupo expuesto, variables que pueden afectar la medición tales como: edad, tiempo de exposición, signos y síntomas, etc. Además, para el valor medio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria de los agricultores expuestos a plaguicidas (3154,99 U/L) y del grupo de control (3625,41 U/L) existe una diferencia de medias estadísticamente significativa ( p < 0,05 ), valor obtenido a través de la prueba de t de student, indicando que la exposición a plaguicidas Organofosforados y Carbamatos afecta los niveles de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria en los agricultores expuestos.

El 44,21 % del total de agricultores expuestos, (42 casos) tienen sus niveles de actividad de Colinesterasa Eritrocitaria por debajo de los valores de referencia de la zona (3081 – 4745) U/L mientras que el 55,79 % (53 casos) de agricultores tienen sus niveles dentro del valor de referencia. (Cuadro Nº 2). Niveles promedio de la actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria y distribución de agricultores expuestos a plaguicidas según el sexo Valores Normales: 3081 – 4745 U/L Cuadro Nº 3

Distribución de agricultores expuestos a plaguicidas de acuerdo a la normalidad de sus niveles de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria Cuadro Nº 2

Fuente: La autora.

Fuente: La autora.

Gráfica Nº 3

Gráfica Nº 2

Aunque el valor medio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria en mujeres (3270,15 U/L) es mayor que el valor medio de los hombres (3182,80 U/L). (Cuadro Nº 3), no existe una diferencia de medias estadísticamente significativa de acuerdo al nivel de significancia (p<0,05), por lo que no puede afirmarse que las mujeres tienen niveles de actividad superiores al de los hombres.

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Niveles promedio de la actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria y distribución de agricultores expuestos a plaguicidas según la edad Cuadro Nº 4

mayor exposición a los plaguicidas organofosforados y carbamatos. En agricultores con edades de 18 a 24 años (13 casos) el nivel promedio fue de 3207,89 U/L, mientras aquellos con edades mayores a los 60 años (4 casos) el nivel promedio fue de 3045,93 U/L (Cuadro Nº 4). Esto se debe que a mayor edad, mayor es el tiempo de exposición y en consecuencia menor es el nivel de actividad de Colinesterasa Eritrocitaria. Se apreció que el intervalo de edad de mayor incidencia fue entre 25 a 31 años, se encontraron 15 casos (Cuadro Nº 4). Niveles promedio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria y distribución de agricultores expuestos a plaguicidas según tiempo de ocupación Cuadro Nº 5

Fuente: La autora.

3281,5

Gráfica Nº 4

En cuanto al nivel promedio de actividad de Colinesterasa Eritrocitaria según la edad de los agricultores se observó un cierto grado de correlación, es decir, a mayor edad, menor nivel promedio a excepción del intervalo de edad de 25 a 31 años en que se evidenció una mayor disminución del nivel de actividad de la enzima 2993,6 U/L con respecto al intervalo de 60 a 66 años 3045,9 U/L y de igual forma, se observó con el intervalo de edad de 32 a 38 años en el que se evidenció una ligera disminución del nivel de actividad de la enzima con respecto al intervalo de 39 a 45 años. La explicación de este hecho se debe a que los agricultores de papa, cuyas edades comprenden entre dichos intervalos, son la mayor fuerza laboral por lo que tienen una

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Fuente: La autora.

Gráfica Nº 5


Determinación de Colinesterasa Eritrocitaria en Trabajadores Agrícolas Expuestos a Plaguicidas Organofosforados y Carbamatos

En cuanto al nivel promedio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria según el tiempo de ocupación de los agricultores se presentó que a partir de los 9 años de tiempo de ocupación, los niveles promedio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria disminuyen por debajo de los niveles normales de la actividad de la enzima, es decir, que a mayor tiempo de ocupación menor es el nivel promedio. En agricultores con tiempo de ocupación menor de 9 años (15 casos) el nivel promedio fue de 3257,2 U/L, mientras que en aquellos con tiempo de ocupación mayor de 9 años (80 casos) el nivel promedio fue de 2994,3 U/L. (Cuadro Nº 5). Niveles promedio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria y distribución de agricultores expuestos a plaguicidas según el lugar de almacenamiento de los plaguicidas Cuadro Nº 6

El valor promedio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria de agricultores que almacenan los plaguicidas dentro de la casa 3066,9 U/L es menor que el de los agricultores que almacenan fuera de la casa 3180,4 U/L, mientras que los agricultores que almacenan los plaguicidas en un área exclusiva (52 casos) el valor promedio de la actividad de la enzima 3212,75 U/L es mayor que de aquellos que almacenan fuera de la casa. (Cuadro Nº 6). Es posible que estos datos se deban a que los agricultores que almacenan los plaguicidas lejos del lugar donde habitan están menos expuestos a estos, cuando no están aplicando los plaguicidas. Distribución de los agricultores expuestos a plaguicidas según los signos y síntomas presentados En cuanto a los signos y síntomas más resaltantes mencionados por los agricultores tenemos: Síntomas Muscarínicos: El 69,39 % (68 casos) de ellos presentaba ardor ocular siendo este el grupo de mayor incidencia; 37,76 % (37 casos) de ellos presentaba visión borrosa; 31,63 % (31 casos) de ellos presentaba sudoración; 31,63 % (33 casos) de ellos presentaba dolor abdominal; 18,37 % (18 casos) de ellos presentaba dificultad respiratoria, siendo este el grupo de menor incidencia. (Gráfica Nº 7). Síntomas Nicotínicos: El 57,14 % (56 casos) de ellos presentaba mareos, siendo este el grupo de mayor incidencia; 54,08 % (53 casos) de ellos presentaba cefaleas; 50 % (49 casos) de ellos presentaban debilidad, cansancio o fatiga; 15,31% (15 casos) de ellos presentaban calambres, siendo este el grupo de menor incidencia. (Gráfica Nº 8).

Fuente: La autora.

Síntomas Neurológicos: El 40,82 % (40 casos) de ellos presentaba somnolencia, siendo este el grupo de mayor incidencia; 20,41 % (20 casos) de ellos presentaba irritabilidad; 15,31% (15 casos) de ellos presentaban calambres; 10,2 % (10 casos) de ellos presentaba confusión; 7,1 % depresión, ansiedad, siendo este el grupo de menor incidencia. (Gráfica Nº 9).

Gráfica Nº 6

Debe mencionarse aquí que si bien estas variables juegan un papel primordial en el diagnóstico de una

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intoxicación aguda y crónica, no sucede lo mismo en una intoxicación sub – clínica o sub – aguda como la llaman algunos autores, los síntomas son muy relativos y pueden ser enmascarados por cuadros tan comunes como lumbalgias por el esfuerzo, estado gripal, edad, estrés, etc.

Distribución de los agricultores expuestos a plaguicidas según los signos y síntomas Neurálgicos presentados

Distribución de los agricultores expuestos a plaguicidas según los signos y síntomas Muscarínicos presentados

Gráfica Nº 9

Distribución de agricultores expuestos a plaguicidas según el elemento de protección que utiliza al fumigar

Cuadro Nº 7

Gráfica Nº 7

Distribución de los agricultores expuestos a plaguicidas según los signos y síntomas Nicotínicos presentados

Fuente: La autora.

Gráfica Nº 8 Gráfica Nº 10

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Determinación de Colinesterasa Eritrocitaria en Trabajadores Agrícolas Expuestos a Plaguicidas Organofosforados y Carbamatos

Cuadro Nº 8

Se observó también en cuanto al uso de equipo de protección personal al momento de fumigar que tan sólo el 8,42 % (8 casos) usaban el equipo adecuado; el 70,53 % (67 casos) usaban el equipo inadecuado y el 21,05 (20 casos) no utilizaban ningún equipo. (Cuadro Nº 7). Se evidenció que 8,2 % (8 casos) de ellos trabajaban con el equipo de protección personal completo (botas, guantes, gorra, mascarilla, delantal u overol) siendo el grupo de menor incidencia; el 3,6 % (31 casos) de ellos trabajan con el equipo de protección incompleto (botas y gorra) siendo este el grupo de mayor incidencia; el 9,2 % (9 casos) utilizaba botas y guantes; el 5,1 % (5 casos) utilizaba bota,s guantes y gorra y el 20,4 % (20 casos) no utilizaba ningún equipo. (Cuadro Nº 8). El poco cuidado que tenían los agricultores al momento de realizar la aplicación, explicaría el bajo nivel de actividad de Colinesterasa Eritrocitaria en sus muestras de sangre. Distribución de los agricultores expuestos a plaguicidas según el tipo de plaguicida utilizado

Fuente: La autora.

Cuadro Nº 9

Gráfica Nº 11

Fuente: La autora.

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Finalmente se evidenció que el 23,15 % (22 casos) de los agricultores han recibido capacitación sobre el manejo seguro de plaguicidas, mientras que el 76,85 % (73 casos) no han recibido debido a la falta de interés por parte de las autoridades y de los mismos agricultores que al no estar motivados no son partícipes del cuidado de su salud y mejoramiento de la producción de papa con el cuidado al medio ambiente. (Cuadro Nº 10). 4. CONCLUSIONES Gráfica Nº 12

En cuanto al tipo de plaguicida utilizado: el 96,9 % (95 casos) de ellos utilizan Furadán que es un plaguicida del grupo de los Carbamatos siendo este el de mayor incidencia; 70,4 % (69 casos) de ellos utilizan Eltra que es un plaguicida del grupo de los Organofosforados; 45,9 % (45 casos) de ellos utilizan Monitor que es un compuesto Organofosforado y en menor proporción utilizan Carbamatos como Curzate (14,3 %), Dithane (11,2 %), etc. Debe señalarse que la mayoría de los agricultores mezclan los plaguicidas formando cócteles sin conocer su principio activo. (Cuadro Nº 9). Distribución de los agricultores expuestos a plaguicidas según su capacitación sobre manejo seguro de plaguicidas Cuadro Nº 10

Fuente: La autora.

Gráfica Nº 13

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4.1 De las 95 muestras tomadas a trabajadores agrícolas expuestos a plaguicidas Carbamatos y Organofosforados de la parroquia Julio Andrade del cantón Tulcán se encontró que un 42 % de ellos presentaron niveles de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria por debajo de los valores normales. 4.2 Aunque no se evidenció una marcada disminución de los valores de la actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria en el grupo expuesto, la mayoría de agricultores de papa presentaron los signos y síntomas que caracteriza una sobreexposición a plaguicidas y probable intoxicación crónica. 4.3 El nivel promedio de actividad de la Colinesterasa Eritrocitaria de los agricultores de papa expuestos a plaguicidas Organofosforados y Carbamatos fue de 3154,99 U/L por debajo del nivel promedio del grupo no expuesto que fue de 3625,41 U/L, por lo que los compuestos inhibidores de la enzima (Organofosforados y Carbamatos) presentes en los productos que ellos utilizaban, afectó el nivel de actividad de dicha enzima, confirmándose la hipótesis propuesta. 4.4 El nivel promedio de actividad de la enzima Colinesterasa Eritrocitaria del grupo de personas no expuesto a plaguicidas fue de 3625,41 U/L (valor máximo: 4745 U/L; valor mínimo: 3081 U/L) por lo que, el valor de referencia de la zona de estudio fue de 3081 a 4745 U/L. 4.5 Según la encuesta ocupacional realizada a cada trabajador, el plaguicida más utilizado por los trabajadores agrícolas en el cultivo de papa fue el Furadán (del grupo de los Carbamatos) en un 95 % de los casos; sin embargo, no se evidenció el efecto que produce sobre la actividad de la enzima debido a que cada muestra fue procesada


Determinación de Colinesterasa Eritrocitaria en Trabajadores Agrícolas Expuestos a Plaguicidas Organofosforados y Carbamatos

a las 15 horas siguientes concluyendo que la medición de la Colinesterasa Eritrocitaria no es un marcador adecuado para la intoxicación por plaguicidas Carbamatos. 4.6 A través de una charla de información sobre el manejo seguro de plaguicidas se incentivó a los agricultores de papa a utilizar elementos de protección personal alternativos al momento de

fumigar, y se logró comprometer a las autoridades sanitarias de la zona a realizar capacitaciones continuas a los agricultores, regular los productos de venta en almacenes agrícolas y sobre todo proveer a estos almacenes de equipos de protección personal adecuados y de bajo costo para los trabajadores agrícolas.

5. Referencias 1. Barrera, V.; Escudero, L.; Norton, G. y Alwang, J. 2004. Encontrando salidas para reducir los costos y la exposición a plaguicidas en los productores de papa: Experiencia de la intervención en la provincia del Carchi, Ecuador. INIAP, IPM- CRSP, CROPLIFE, FAO. Quito, Ecuador. Pág. 10 a 18. 2. Comba, Pietro, Harari, Raul, El ambiente y la salud, Epidemiología ambiental, 1ra edición, ediciones ABYA – YALA, Quito Ecuador, 2004, Pág. 63 a 77. 3. García Fernández, Juan Carlos.- "Plaguicidas" ("El laboratorio en la Clínica") - Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires-1.985Pág.1.323 a 1.341. 4. Henry, Richard, Química Clínica, bases y principios, Edit jims, Barcelona, España, 1969, Pág. 901 – 902, 600 – 608. 5. INEN, Asociación de la Industria de Protección de Cultivos y Salud Animal, Normas INEN referentes a plaguicidas, primera edición, Quito – Ecuador, 1992, Pág. 85-86 6. INEN, Norma Ecuatoriana obligatoria en Plaguicidas, Clasificación, Nombres comunes, comerciales y químicos, Quito – Ecuador, 1990, Pág. 1 a 60. 7. Vademecum Agrícola Edifarm, Tercera edición, Editorial EDITHAR, Quito – Ecuador, 1994, Pág. 101 a 392 8. Varios Autores, Manual De Técnicas Analíticas En El Laboratorio de Toxicología, Editorial LEDA, Buenos Aires, Argentina, capítulo 7, PESTICIDAS. 9. Pineda, B, Alvarado, E, Canales, F. Metodología de la Investigación, Manual para el desarrollo de personal de salud, 2da edición, Serie PALTEX, OPS, 1994, Pág. 80-87 10. Vargas Beatriz, Ensayos de Toxicología General, Clínica, Farmacéutica y forense de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador. Quito. 2006. Pág. 186,187. 11. Vallejo, María del Carmen, Toxicología analítica, Departamento de toxicología y farmacia, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, 1985, Pág.107-111 12. Yanggen, D.; Crissman, C.; Espinosa, P. 2003. Los plaguicidas: Impactos en producción, salud y medio ambiente en Carchi, Ecuador. Quito, CIP/INIAP. Pág. 199. Artículos Relacionados: 13. Carmona, Jaime, Colinesterasas eritrocitaria y plasmática en trabajadores con enfermedades crónicas controladas y en usuarios de medicamentos, IATREIA nº 1, volumen 19, UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA, Medellín- Colombia, 2006, pág 17-18 14. Cepis/OPS, Curso de Autoinstrucción en Diagnóstico, Tratamiento y Prevención de Intoxicaciones agudas causadas por plaguicidas, unidad I. Plaguicidas de tipo Organofosforados y Carbamatos, Ecuador, 2002 15. Health and Safety Executive del Reino Unido. NTP-512 Plaguicidas organofosforados http://www.mtas.es/insht/ntp/ntp_512.htm 16. Huerta, Antonio, Delgado Pedro, Plaguicidas: Neurotoxicidad y vigilancia de la salud, Centro Nacional de Medios de Protección. Sevilla-INSHT, artículo publicado en el número 8-2000, siguiendo la línea de la página Web del INSHT, páginas 4 a 14, 17. Instituto Nacional de Salud Pública de México, Sintomatología persistente en trabajadores industrialmente expuestos a plaguicidas organofosforados, 1999, Vol. 41, número 001, Cuernavaca, México, Pág. 55- 61. 18. Jiménez, Manuel, Martínez, Viria, Validación de la determinación de acetilcolinesterasa eritrocítica humana a 340 nm, REVISTA BIOMED 2000, VOLUMEN 11,San José, Costa Rica,2000 pág 161-168. http://www.uady.mx/~biomedic/rb001132.pdf 19. Milla, O, Palomino, W. “Niveles de colinesterasa sérica en agricultores de la localidad de Carapongo (Perú) y determinación de residuos de plaguicidas inhibidores de colinesterasas en frutas y hortalizas cultivadas, “Tesis para optar el título profesional de Químico farmacéutico, Lima- Perú, 2002, pág 5-6-7. 20. Organización Mundial De La Salud. Directrices para la lucha contra las intoxicaciones. Programa Internacional de Seguridad de Sustancias Químicas. Ginebra, 1998 21. OPS/OMS. Plaguicidas y salud en las Américas. Serie Ambiental 2. Washington, OPS, 1993

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Revista de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central • Vol. 1 N° 1

22. Repetto, Robert y Baliga, Sanjay S.: Los Plaguicidas y el Sistema Inmunológico: Riesgos para la Salud Pública. World Resources Institute, marzo de 1996. 23. Sociedad De Medicina Del Trabajo, Valores Referenciales de Colinesterasas Sérica y Eritrocitaria para una población clínicamente sana de la Ciudad de Gualeguaychú, Determinación de Valores de Colinesterasa sérica y Eritrocitaria en Personas expuestas laboralmente a Plaguicidas Organofosforados, Facultad de Bromatología, Universidad Nacional de Entre Ríos, Chaco, Argentina. 24. Workshop on Epidemiological Toxicology of Pesticide Exposure (Amsterdam). Comité Científico de Pesticidas del ICOH, HUERTA, Antonio, DELGADO Pedro, PLAGUICIDAS: Neurotoxicidad y vigilancia de la salud, Centro Nacional de Medios de Protección. Sevilla-INSHT, artículo publicado en el número 8-2000, siguiendo la línea de la página Web del INSHT, páginas 4 a 14, Relatos de: Ingeniero agrónomo Ángel Pozo, Funcionario del Servicio Ecuatoriano de Sanidad Agropecuaria, SESA, Carchi- Ecuador. 25. Páginas Web Investigadas: http://www.monografias.com/trabajos10/inhi/inhi.shtml http://www. Farm Chemicals Hanbook' 97. Pesticide Diccionary. USA. http://www.Hemoliss con triton XIII Congreso Español de Toxicología. Granada, 22-24 de Septiembre, 1999. Rev. Toxicol. 16: 157 (1999) http://www.medilegis.com/BancoConocimiento/O/Obst- Gin_V54_N3_inv/inv2.htm http://www.chaco.gov.ar/SociedadMedicina/JornadasSobrePlaguicidas facultad%20de%20bromatologia.htm http:// www. NTP-512 Plaguicidas organofosforados.htm. http://www.webmaster@estrucplan.htm http://www.olca.cl/oca/index.htm

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Instrucciones Para los Autores La revista científica QUÍMICA CENTRAL publica artículos originales de investigación o de revisión en el área de las ciencias químicas. Recepción de artículos. Los artículos se reciben por vía electrónica, en formato de Microsoft Office Word para Windows, al correo del Consejo Editorial (revistaquimicacentral_fcq@ac. uce.edu.ec o institutopostgrado@gmail.com), máximo 5 MB por archivo. Los artículos para ser evaluados no deben haber sido anteriormente publicados en ningún medio físico o electrónico. El artículo debe ir acompañado de una carta o un texto de correo electrónico solicitando su publicación e indicando que el mismo no ha sido publicado previamente, ni está siendo evaluado para su publicación en otra revista y que todos los autores conocen y aceptan el contenido del mismo. Formato del artículo. El artículo debe ser redactado en tamaño de papel A4 (21x29.7 cm), márgenes derecho, izquierdo, superior e inferior de 2.0 cm. Todo el texto debe estar escrito a doble espacio y alineado a la izquierda. El tamaño de letra debe ser 12 Times, estilo de fuente normal, usar cursiva para los nombres en latín de organismos vivos. No sangrar la primera línea de cada párrafo luego de punto aparte o de un título. Los títulos van en negrita y alineados a la izquierda. El límite es de 10 páginas por artículo o 5000 palabras. Titulo principal. El titulo principal debe ser claro y conciso y reflejar el contenido del artículo. Debe explicarse por sí solo. Nombre(s) del autor(es) y afiliación(es). Poner el primer nombre y el/los apellido(s) de todos los investigadores que han hecho una sustancial contribución al trabajo. El nombre del autor principal irá en primer lugar y al final el nombre del tutor, jefe de laboratorio o director de proyecto. Deben omitirse todos los títulos, ocupaciones y grados académicos (Prof., Coord., Dr., Lcdo., MSc, PhD). Después de los autores poner la afiliación (nombre y dirección de la institución) de cada uno y con superíndices relacionar la afiliación con los autores. Señalar el contacto o a quien va dirigida la correspondencia con un asterisco sobre el apellido y agregar el correo electrónico. Resumen y palabras claves. Poner la palabra “Resumen” como título. El resumen debe estructurarse en un solo párrafo de no más de 150 a 200 palabras, no debe incluir ecuaciones ni referencias. Contiene el sumario del artículo, una clara indicación del objetivo, el alcance, los resultados más importantes y las conclusiones para que los lectores puedan determinar si el texto completo será de su interés. Luego colocar las palabras “Palabras Claves:” y a continuación de tres a cinco palabras claves. Title: Poner el título del artículo en inglés. Abstract y key words. A continuación colocar la palabra “Abstract”. Escribir el contenido del resumen; pero, en inglés. Luego del contenido del abstract escribir “Key words:” en negrita y a continuación las palabras claves; pero, en inglés. Títulos de primer orden. Son títulos de primer orden: 1. Introducción, 2. Materiales y Métodos, 3. Resultados y Discusión, 4. Conclusiones, 5. Agradecimientos (opcional) y 6. Referencias. Deben estar en negrilla Times 12, la primera letra con mayúscula alineado a la izquierda. Después del número va punto y espacio. Títulos de segundo orden. Continúa la numeración y el formato del título de primer orden. Títulos de tercer orden. Son poco usados, continúan la numeración del título de segundo orden. Títulos de Figuras y Tablas. Va con mayúscula sólo la primera letra de Tabla o Figura y en negrita. Las figuras y tablas se enumeran independientemente con números arábigos, después del número va punto y luego el texto sin negrita. Los nombres de las figuras van justificados y debajo de ellas y los títulos de las tablas encima de ellas y justificados. Los nombres y títulos deben ser auto-comprensibles. Las figuras y tablas se intercalarán en el texto después de su primera mención. Las figuras

pueden ser gráficos realizados en Microsoft Office Word o Excel o fotografías en blanco y negro o a color digitalizadas en alta resolución (300 dpi). Las Tablas estarán en formato de Word y no insertadas como imagen Para las Tablas utilizar sólo bordes horizontales (superior, inferior y títulos). Diseñar las tablas y figuras para que se ajusten al ancho de una (aprox. 8 cm) o dos (aprox. 17 cm) columnas de la revista y comprobar que las leyendas sean legibles. Texto principal. Tamaño Times 12, doble espacio, alineado a la izquierda. No van espacios en blanco entre los párrafos. Deberá emplearse el Sistema Internacional de Unidades (SI), tanto en el texto, cuanto en las figuras y tablas. No utilizar división automática de palabras para separar silabas. En lo posible no emplear notas al pie de página. Ecuaciones. Las ecuaciones deben estar enumeradas consecutivamente, con el número entre paréntesis y alineado a la derecha. Materiales y Métodos. La sección debe proveer una descripción clara y sin ambigüedades de los materiales, métodos y equipos utilizados con suficiente detalle que permita la repetición del trabajo por otros investigadores. Debe evitarse descripciones repetitivas de un procedimiento general. La sección debe estar dividida en subsecciones. Debe indicarse explícitamente las precauciones de manejo de material peligroso o de procedimientos peligrosos. Debe indicarse, en caso de uso de animales, la aprobación correspondiente por el comité ético local. Resultados y discusión. La función de esta sección es presentar objetivamente los principales resultados en una secuencia lógica. Redactar en tiempo pasado y utilizar texto y material ilustrado como tablas y figuras para presentarlos. No repetir el mismo resultado en tablas y en figuras. Indicar el procedimiento estadístico empleado para analizar los resultados y reportarlos con el nivel de significancia utilizado. La función de la discusión es interpretar los resultados. Relacionar los resultados del artículo con lo encontrado en otros estudios. Conclusiones. El propósito de la conclusión es poner la interpretación dentro del contexto del problema original. No repetir puntos de la discusión. La conclusión debe estar basada en la evidencia presentada. Referencias. Listar y enumerar todas las referencias bibliográficas en el orden en que aparecen en el artículo. En el texto, la referencia se cita por el número entre corchetes [1]. No deberá incluirse en la lista material bibliográfico que no haya sido señalado explícitamente con un número en el texto. Los nombres de revistas deben ir completos y no abreviados. Para las referencias utilizar el estilo APA (American Psychological Association) del administrador de fuentes de Microsoft Office Word 2007. Revisión y publicación. Cada artículo recibido será sometido a un proceso de evaluación por revisores calificados. Los resultados de las evaluaciones se notificarán por correo electrónico a la persona de contacto de cada artículo junto con el informe de los revisores para que se hagan las correcciones necesarias. Bibliografía Recomendada: • Anderson, G. (2004). How to write a paper in scientific journal style and format. Recuperado el 15 de enero de 2010, de sitio Web de Bates College: http://abacus.bates.edu/~ganderso/biology/resources/writing/HTWtoc. html • Coghill, A. M., & Garson, L. R. (Edits.). (2006). The ACS Style Guide: Effective Communication of Scientific Information (Third ed.). New York: Oxford University Press. • Day, R. A. (2005). Cómo escribir y publicar trabajos científicos (Tercera ed., Vol. 598). (M. Sáenz, Trad.) Washington, DC: Organización Panamericana de la Salud.


Revista Quimica Central N° 1 - Rev  

REVISTA QUIMICA CENTRAL VOL N°1, N° 1, ABRIL 2010

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