Autores
Fredy Castañeda Gomez, J. (UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA) ; Silva de Oliveira, A. (INSTITUTO FEDERAL D CIENCIA E TECNOLOGIA -ANAPOLIS) ; Javier Rodriguez Gilombo, F. (UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA) ; Julián Cuy Martinez, C. (UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA)
Resumo
En este trabajo de investigación se aislaron los aceites esenciales (AE) de las
partes aéreas de la curuba india (Passiflora tarminiana) y se identificó su
composición química por cromatografía de gases y espectrometría de masas. Los
aceites esenciales se extrajeron mediante tres métodos: destilación simple, por
arrastre con vapor y asistida por radiación con microondas. Los compuestos de
los aceites esenciales se identificaron por cromatografía de gases acoplado a
espectrometría de masas. Para el diseño del simulador de laboratorio virtual
sobre AE se empleó el motor de videojuegos Unreal Engine 4, con la versión 4.24.
Los resultados permitieron el diseño del simulador para fortalecer el
aprendizaje sobre la extracción de aceites y educación ambiental de la
Universidad Surcolombiana.
Palavras chaves
: Aceites esenciales; Enfoque ABI; simulador de laboratorio.
Introdução
En la actualidad, el gran reto de los países megadiversos como Colombia y Brasil
es la aplicación de mejores prácticas para el aprovechamiento de los recursos
naturales, por ejemplo, las especies aromáticas producen aceites esenciales, que
pueden considerarse como una alternativa para el diseño de nuevos productos en
la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria (CASTAÑEDA, 2016).
Frecuentemente, los aceites esenciales son los responsables de las fragancias de
muchas plantas, produciéndose en cantidades estimables de 0.5 a 5.6% (STASHENKO,
2009), dentro de este grupo se ubican especies pertenecientes a la familia
Passifloraceae, tal es el caso de la planta Passiflora tarminiana o curuba india
registrada recientemente como una nueva especie (COPPENS et al., 2001). Autores
como (CAMPOS, 2001), indican que cada vez más los productores la están
explotando por las propiedades organolépticas y nutracéuticas de su fruto
(CAMPOS et al., 2012). Es relevante mencionar, que no hay reportes en la
literatura sobre los usos relacionados con el resto de los órganos de la planta
y se sospecha que estos subproductos sean desechados. No obstante, los estudios
descritos sobre esta pasiflora, están enfocados a describir su variación
morfológica con otras especies del mismo género y sobre el efecto de los rayos
UV para su fotoenvejecimiento (PRIMOT et al., 2005; BRAVO et al., 2017). Por
otra parte, para la familia Passifloraceae se ha reportado actividad
antiinflamatoria, alucinógena, tranquilizante y antimicrobiana. Este último, es
uno de los efectos más importantes que poseen los aceites esenciales.
En este estudio se realizó la extracción de los aceites esenciales de la especie
Passiflora Tarminiana, mediante las técnicas de destilación simple, destilación
por arrastre con vapor y destilación asistida por radiación con microondas.
Estos aceites se analizaron a través de cromatografía de gases acoplado a
espectrometría de masas.
Adicionalmente, se hace imprescindible enseñar en escuelas, colegios y
universidades la importancia de los aceites esenciales en los países como
Colombia y Brasil con un alto potencial de plantas aromáticas. Para esto se
diseñó e implementó un simulador virtual sobre la extracción de aceites
esenciales, para fortalecer el aprendizaje de esta temática. Para determinar la
eficacia del simulador en el aprendizaje sobre AEs, se empleó una muestra de
estudiantes de la Licenciatura en Ciencias Naturales y Educación Ambiental de la
Universidad Surcolombiana conformado por 13 estudiantes. De acuerdo con lo
mencionado anteriormente, para esta investigación se planteó analizar la
composición química del aceite esencial de las partes aéreas de la planta por
GC-MS y estimar la eficacia de la aplicación de un nuevo simulador virtual para
el aprendizaje sobre la extracción e identificación de aceites esenciales.
Material e métodos
La colecta del material vegetal correspondiente a la especie Passiflora
tarminiana se realizó en la Serranía “Las Minas” a 2.430 m.s.n.m., área ubicada
en la vereda la Península del Municipio de Tarqui (Huila). El Municipio del
centro sur del departamento del Huila entre la cordillera Central y el costado
izquierdo del río Magdalena. Las hojas se separaron de los tallos y las flores,
posteriormente, se realizó el proceso de secado en un horno Memmert modelo 30-
750, durante 24 horas a una temperatura de 40 °C. Los aceites fueron obtenidos
mediante hidrodestilación, destilación por arrastre con vapor de agua y
destilación asistida por microondas, empleándose 50 g de cada órgano de la
planta y 1 hora destilación.
Para la caracterización química de los aceites esenciales obtenidos se empleó la
técnica de cromatografía de gases.
El laboratorio virtual se desarrolló utilizando el motor de videojuegos Unreal
Engine 4, en la versión 4.24 y actualizado a las nuevas versiones. El diseño y
desarrollo del laboratorio virtual tuvo una duración de aproximadamente un año.
Se usó el framework que propone Epic Game para la creación de videojuegos y el
uso de blueprints, que usa el lenguaje de programación C ++ como base. De
acuerdo con lo anterior, el diseño y desarrollo se enmarcó en cinco etapas, como
son: Prototipado del nivel, Modelado y simulación de assets, Ambientación e
iluminación del escenario, Programación de la simulación, Optimización del
simulador. Para la intervención didáctica se aplicó un cuestionario tipo likert,
el cual permitió cuantificar el nivel de acuerdo o desacuerdo con las
afirmaciones a un grupo de 15 estudiantes de la Licenciatura en Ciencias
Naturales y Educación Ambiental de la Universidad Surcolombiana. En la etapa
inicial se realizó el registro de las concepciones previas que presentaba el
estudiantado con respecto al tema, así como el reconocimiento de la estructura
cognitiva a través del cuestionario (pretest). En la segunda etapa se llevó a
cabo la interacción de los estudiantes del grupo con las sesiones guiadas con el
simulador. Para la última etapa, se realizó la recolección de la estructura
cognitiva final a través del respectivo instrumento (postest) con el objetivo de
identificar la resignificación de los conceptos establecidos. Para la
identificación anterior se desarrolló una prueba Z est para estimar la
significancia de la estrategia didáctica. En un primer momento de esta fase, se
realizó la entrega de la guía del estudiante (Anexo C), que se elaboró con el
fin de mostrar al estudiante como se instala el laboratorio, ventanas que
contiene la interfaz del simulador, controles y botones, el modo de juego y cada
uno de los logros que deben superar. Se llevaron a cabo 5 sesiones de 2 horas
cada una, estas se realizaron de manera virtual a través de la herramienta
google Meet y pretendían fundamentalmente que el estudiante desarrollara el
simulador virtual con el acompañamiento de los investigadores.
Resultado e discussão
La técnica mediante el cual se obtuvo el mayor rendimiento en la obtención del
aceite esencial de las partes aéreas de la especie Passiflora tarminiana fue la
destilación asistida por microondas, con un porcentaje de 1,756% frente a 0,88%
y 0,79% correspondiente a las técnicas de destilación por arrastre con vapor y
destilación simple, respectivamente.
El cromatograma CG-MS correspondiente al aceite esencial de las partes aéreas de
la curuba (tallos, flores, hojas y semillas) que se obtuvo por el método de
hidrodestilación, mostró 16 picos, con tiempos de retención desde 0 hasta 70
minutos aproximadamente.
El espectro de masas permitió identificar la composición química del aceite
esencial, en su mayoría compuesto por hidrocarburos alifáticos, tales como:
alcanos y alquenos de cadena corta y de cadena larga, alcoholes, cetonas y
aldehídos.
El prestest para el grupo control alcanzó un valor de 431 puntos de 630
posibles, traducido en un porcentaje de acierto del 68,41%, estos resultados
pueden estar relacionados a la interacción que han tenido los estudiantes con
diferentes asignaturas desarrolladas en el área de química en la licenciatura en
Ciencias Naturales y Educación Ambiental de la Universidad Surcolombiana. En
este primer test se encontró mínimos de acierto del 39% y máximos de 56%. El
grupo control, posterior a la interacción de la estrategia convencional alcanzó
445 puntos de 630 posibles, esto muestra un aumento de 14 puntos con respecto al
valor obtenido en el pretest. Estos 445 representan un nivel de acierto del
70.63 %, lo que evidencia un aprendizaje en la estructura cognitiva final.
Además, se resalta un decremento en los mínimos de acierto de 39% en el pretest
a un 38% en el postest y un aumento de los máximos de 56% en el pretest a un 61%
en el postest, lo que permite reconocer que la estructura cognitiva tuvo un
aumento durante la experiencia. En cuanto a la estructura cognitiva inicial, el
grupo experimental presentó un nivel de acierto del 67,50%, alcanzando 189
puntos de 280 posibles. Se resalta que este grupo obtuvo una menor estructura
cognitiva comparada a la del grupo control, el cual alcanza un puntaje de
68,41%. En estos resultados estadísticos descriptivos se aprecian valores
mínimos de 38 y máximos de 61. Respecto a la estructura cognitiva final
alcanzada por el grupo experimental, se logró consolidar un nivel de acierto del
83,92%, lo que se traduce en 235 puntos de 280 posibles. Este porcentaje de
acierto final, comparado al porcentaje de acierto inicial, demuestra una
diferencia significativa del 16,42%, que de acuerdo con lo mencionado por
(RUNYON, 1986) es un resultado responsable de la intervención didáctica donde se
utilizó el simulador sobre extracción de aceites esenciales.
El porcentaje de acierto obtenido en la encuesta final del grupo experimental
(83,92%), aumentó considerablemente, en comparación con el porcentaje de acierto
registrado en la encuesta del grupo control (70,63%). El valor obtenido para Z
entre los resultados obtenidos para el grupo control y el grupo experimental, se
ubica en la zona de alta significancia de la curva binomial, además presentó un
intervalo menor a 0.10 y 0.05. Este valor se localiza en la zona de rechazo de
la hipótesis nula (H_0), por este motivo se procede a aceptar la hipótesis
alterna (H_A), donde se planteó que la estrategía didáctica del aprendizaje de
aceites esenciales con el simulador en el grupo experimental incide de manera
significativa en el aprendizaje de los conceptos de fitoquímica asociados a
aceites esenciales.
Conclusões
La destilación asistida por radiación con microondas fue la técnica que permitió
el mayor rendimiento de aceite esencial de las partes aéreas de la especie
Passiflora tarminiana con un porcentaje de 1,76% en comparación con 0,88% y 0,79
que corresponden a las técnicas de destilación por arrastre con vapor y
destilación simple, respectivamente. Se analizó la composición química de cada
uno de los aceites esenciales por cromatografía de gases acoplado a
espectrometría de masas, donde se encontraron 46 compuestos volátiles en el AE
de los tallos, 17 para los aceites de las flores y 35 para el de las hojas,
donde los compuestos más abundantes fueron hidrocarburos. Se logró determinar
que la estrategia didáctica que se realizó con el grupo experimental donde se
utiliza el simulador virtual, genera un mayor aprendizaje que la estrategia
convencional, esto se afirma debido a que se encontró una diferencia
significativa en el grupo experimental del 16.42%. Por otra parte, para el grupo
control se obtuvo un valor del 2,22% de diferencia entre el pretest y el
postest, en la construcción de los significados establecidos en la
investigación. En las pruebas de hipótesis, la ubicación de Z calculado se
encuentra en el valor de 2,22, como una zona de alta significancia de la curva
binomial para el grupo experimental, en lo que se concluye que la estrategia
utilizada para este grupo facilita el aprendizaje de la temática. La ubicación
de Z calculado de 0,67 en la zona de baja significancia de la curva binomial,
permite indicar que la estrategia didáctica convencional es responsable del
incremento bajo de conceptos observados en el grupo control. Por otra parte, se
debe destacar que el uso del laboratorio virtual para la extracción de aceites
esenciales permitió que los estudiantes lograran realizar esta práctica, de
manera similar a una práctica real, además de ello utilizar materiales, equipos
y reactivos que en la mayoría de las veces no son accesibles para el estudiante.
Agradecimentos
A la Vicerrectoría de Investigaciones y Proyección Social de la Universidad
Surcolombiana
Referências
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