1. FORMATO ANTEPROYECTO
INFORMACIÓN GENERAL
Título del proyecto:
Extracción del pigmento de una bacteria para la obtención de colorantes orgánicos.
GRADO: 10
GRUPO: 1
Nombre de los investigadores
Roles
Dirección electrónica
Laura Elena Díaz López
Juan Pablo Cadavid Aguirre
Nicolas Acosta Saldarriaga
David Ospina Boada
Líder - Relatora
Comunicador
Utilero
Vigía del tiempo
lauraelena.diazlopez01@gmail.com
Aleg-jpca@gmail.com
Nico.acosta1996@gmail.com
Davidospina123@gmail.com
- Nombre del profesor asesor: Paola Andrea Vallejo Uribe y William Pérez Ocampo
CATEGORÍA
Innovación y desarrollo tecnológico
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
Biotecnología
ÁREA TEMÁTICA
Ciencias Naturales y Química
- Tutor (asesor externo- adulto responsable administrativo para el manejo de recursos financieros y
físicos): ---
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Duración del proyecto
3 Años
Valor del proyecto
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Aporte externo
---
Aporte Institucional
---
- ¿El proyecto es continuación de una propuesta presentada anteriormente?:
SI
NO
¿Cuál es la innovación?
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TÍTULO
3. RESUMEN
Esta investigación será realizada para obtener
un colorante orgánico a partir del
pigmento extraído de una bacteria de tal modo que el colorante obtenido sea
mínimamente tóxico y además de ello amigable con el ambiente.
Antes de la realización metodológica de este proyecto, y como primer paso, se realizará
un protocolo mediante el cual podremos establecer cuáles son las opciones de
bacterias más viables, para ello se hará una pequeña caracterización de las bacterias
ya conocidas por generar un pigmento. A continuación de lo anterior se procede a hacer
la extracción del pigmento por métodos químicos, en el caso solventes, para culminar
se elabora el colorante, mediante la unión del pigmento anteriormente extraído y un
vehículo o matriz neutro.
4. ABSTRACT
This investigation will be realized to obtain a natural coloring from the pigment extracted
from a bacterium in such a way that the obtained coloring is minimally poisonous and in
addition to friendly it with the ambience.
Before the methodological achievement of this project, and like the first step, there will
be realized a protocol by means of which we will be able to establish which the most
viable bacteria options are, for it a small characterization(description) of the bacteria will
do already known for generating a pigment. Next of the previous thing one comes to do
the extraction of the pigment for chemical methods, in the case settle, to culminate the
coloring is prepared, by means of the union of the pigment previously abstracted and a
neutral vehicle or counterfoil.
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Los colorantes artificiales son utilizados como aditivos en los alimentos con el fin de
darles una imagen más llamativa, un buen sabor e incluso utilizarlos como
preservativos, pero lo que la mayoría de personas ignora es que los colorantes
artificiales son veneno para el organismo.
Debido a su composición química, estos colorantes causan graves problemas, tales
como Urticaria crónica, reacciones alérgicas, dolores de cabeza e incluso hiperactividad
en los niños a causa de los altos niveles de glucosa.
Algunos de los componentes más tóxicos presentes en los C.A son el cobre, plomo y
arsénico, elementos que afectan la sangre y el sistema nervioso, por ejemplo lo que
sucede con el arsénico es que cuando un ser humano ingiere una gran cantidad de
arsénico, en una forma que se absorba fácilmente, puede provocar un envenenamiento
rápido y la muerte. El intestino, el corazón y el sistema nervioso se ven afectados, el
cobre por su parte es un elemento muy tóxico para el cuerpo humano, ya que contiene
una sustancia llamada cobrina que actúa sobre las terminales nerviosas haciendo que
estas se deterioren y por lo tanto causando complicaciones, incluso la muerte.
Por otra parte las industrias en las cuales se ve involucrado el proceso de tinción
generan desechos que van a dar a las aguas residuales generando no sólo un
problema estético, sino que también interfiere en el proceso fotosintético que realizan
algunos microorganismos presentes en el agua.
ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
Hasta este momento solo se encuentran información de la caracterización de las
plantas, hongos y bacterias a las cuales también se les puede extraer pigmento natural,
pero no se ha encontrado un proyecto concreto de que vayan a elaborar un tinte con el
pigmento de una bacteria.
6. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN
¿Cuál es la relación existente entre la bacteria y las características que determinan que
un pigmento es útil para la elaboración de colorantes?
7. JUSTIFICACIÓN
Actualmente, la producción de colorantes artificiales se ha caracterizado por generar un
gran número de inconvenientes a nivel ambiental y de salud; en primer lugar están los
desechos generados por las industrias que emplean colorantes, quienes arrojan los
sobrantes a las aguas residuales, no sólo generando un problema estético, sino que
además estos hacen interferencia en el proceso fotosintético que realizan algunos
organismos.
Por otra parte la presencia de los colorantes como aditivos en los alimentos tienen una
alta toxicidad en el organismo debido a su composición (cobre, plomo y arsénico),
generando en las personas reacciones alérgicas, dolores de cabeza, comezón,
irritabilidad e incluso urticaria crónica y asma entre quienes son sensibles a sus
componentes.
Teniendo en cuenta la problemática anteriormente planteada, lo que se hará es realizar
un colorante natural a partir del pigmento extraído de una bacteria, logrado crear un
producto amigable con el organismo y medio ambiente.
9. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
-Elaborar un protocolo para las condiciones de la bacteria.
-Realizar el cultivo in vitro de la bacteria
- Extraer el pigmento de la biomasa mediante procesos químicos
-Caracterizar física y químicamente el pigmento obtenido a partir de la bacteria.
10. MARCO TEÓRICO
Los colorantes son sustancias de origen químico o biológico, generalmente tintes,
pigmentos, reactivos u otros compuestos, empleados en la coloración de tejidos,
debiendo tener al menos, un grupo cromóforo que le proporcione la propiedad de teñir.
Un colorante es capaz de absorber determinadas longitudes de onda de espectro
visible, estos se fijan en otras sustancias y las dotan de color de manera estable ante
factores físicos/químicos como por ejemplo: luz, lavados, agentes oxidantes, etc.
Los términos colorantes naturales y tintes naturales hacen referencia a colorantes o
tintes derivados de plantas, invertebrados o minerales. La mayor parte de los colorantes
naturales son colorantes vegetales provenientes de plantas –raíces, bayas, cortezas,
hojas y madera-, y otras fuentes orgánicas como, por ejemplo, los hongos y los
líquenes.
Los colorantes están clasificados químicamente en ácidos, básicos, neutros e
indiferentes; los ácidos son colorantes cargados en forma negativa, que se une a
componentes celulares cargados positivamente. Estos componentes cargados
positivamente se denominan acidófilos, porque tienen afinidad por los colorantes
ácidos; los colorantes básicos, son colorantes cargados positivamente que se unen a
componentes celulares cargados negativamente. Estos componentes cargados
negativamente se denominan basófilos, porque tienen afinidad por los colorantes
básicos; los neutros son colorantes en los que la porción ácida y la básica colorean.
Tiñen las partes básicas de una célula de un color y las partes ácidas de otro. Tiñen el
núcleo de un color y el citoplasma de otro; y por último los colorantes indiferentes son
los que tiñen aquellas estructuras o sustancias que los disuelven más fácilmente que el
líquido en que están preparados.
Cuando hablamos de pigmentos, hablamos de algo totalmente diferente, un pigmento
es un material que cambia el color de la luz que refleja como resultado de la absorción
selectiva del color. Este proceso físico es diferente a la fluorescencia, la fosforescencia
y otras formas de luminiscencia, en las cuales el propio material emite luz. Muchos
materiales selectivamente absorben ciertas ondas de luz, dependiendo de su longitud
de onda. Los materiales que los seres humanos han elegido y producido para ser
utilizados como pigmentos por lo general tienen propiedades especiales que los
vuelven ideales para colorear otros materiales. Un pigmento debe tener una alta fuerza
teñidora relativa a los materiales que colorea. Además debe ser estable en forma sólida
a temperatura ambiente.
Los pigmentos son utilizados para teñir pintura, tinta, plástico, textiles, cosméticos,
alimentos y otros productos. La mayoría de los pigmentos utilizados en la manufactura y
en las artes visuales son colorantes secos, usualmente en forma de polvo fino. Este
polvo es añadido a un vehículo o matriz, un material relativamente neutro o incoloro que
actúa como adhesivo. Para aplicaciones industriales, así como artísticas, la
permanencia y la estabilidad son propiedades deseadas. Los pigmentos que no son
permanentes son llamados fugitivos. Los pigmentos fugitivos se desvanecen con el
tiempo, o con la exposición a la luz, mientras que otros terminan por ennegrecer.
11. Los pigmentos naturales tienen una amplia aplicación en diversas industrias,
(alimentaria, textil, cosméticos, etc.). Por esto, se estudian aquellos organismos que los
producen. Los pigmentos microbianos, tienen ventajas sobre otros pigmentos; tales
como, mayor estabilidad a la luz, al pH, a la temperatura, entre otras.
La presencia de pigmentos en las bacterias que medran en hábitats sometidos a la luz
les confiere un efecto protector frente a la luz visible y el ultravioleta cercano. Los
carotenoides se localizan en la membrana plasmática y protegen a la célula de la
fotooxidación, su presencia confiere a las bacterias colores que van desde el tono
amarillo al rojo.
Entre estas tenemos las bacterias psicotrópicas, estas bacterias crecen a 5°C y
temperaturas menores, pero se multiplican más rápidamente de 10°C a 25°C e inclusive
a temperaturas superiores; estas bacterias se dividen en aeróbicas y anaeróbicas:
Bacterias psicotrópicas aeróbicas: Pseudomonas fluorescens, Pse. Fragi, otras
pseudomonas species, Acinetobacter, Moraxella, y Flavobacterium.
Bacterias psicotrópicas anaeróbicas: Estas incluyen Bro. Thermosphacta, Lactobacillus
viridescens, Lab. Sake, Lab. Curvatus, bacterias no identificadas de Lactobacillus spp.,
Leuconostoc carnosum, Leu. Gelidum, Leu. Mesenteroides, bacterias no identificadas
de Leuconostoc spp., algunas Enterococcus spp., Alcaligenes spp., Enterobacter spp.,
Serratia liquifaciens, some Hafnia y Proteus spp., y Shewanella putrefaciens (y algunas
levaduras Microaerobicas).
La pintura es un producto fluido que, aplicado sobre una superficie en capas
relativamente delgadas, se transforma al cabo del tiempo en una película sólida que se
adhiere a dicha superficie, de tal forma que recubre, protege y decora el elemento sobre
el que se ha aplicado.
Y las bacterias fotosintéticas que para crecer obtienen su energía de la luz mediante
fotosíntesis y a su vez realizan su propia alimento mediante la misma, facilitan la
producción de pigmentos debido a la presencia de fotosíntesis, es decir clorofila.
Los métodos de separación u obtención de pigmentos lo más utilizados son realizados
mediante procesos químicos, entre ellos están:
Solventes orgánicos: Los solventes son compuestos orgánicos basados en el elemento
químico carbono. Producen efectos similares a los del alcohol o los anestésicos.
A los inhalantes de uso industrial se les llama solventes por su capacidad de disolver
muchas sustancias.
Reactor químico: es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reacción química,
estando éste diseñado para maximizar la conversión y selectividad de la misma con el
menor coste posible. Si la reacción química es catalizada por una enzima purificada o
por el organismo que la contiene, se habla de biorreactores. El diseño de un reactor
químico requiere conocimientos de termodinámica, cinética química, transferencia de
12. masa y energía, así como de mecánica de fluidos; balances de materia y energía son
necesarios. Por lo general se busca conocer el tamaño y tipo de reactor, así como el
método de operación, además en base a los parámetros de diseño se espera poder
predecir con cierta certidumbre la conducta de un reactor ante ciertas condiciones, por
ejemplo un salto en escalón en la composición de entrada.
Cromatografía: es un método físico de separación para la caracterización de mezclas
complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia. Es un conjunto de
técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los
distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las
cantidades de dichos componentes. Diferencias sutiles en el coeficiente de partición de
los compuestos da como resultado una retención diferencial sobre la fase estacionaria y
por tanto una separación efectiva en función de los tiempos de retención de cada
componente de la mezcla.
.
13. MARCO CONTEXTUAL
El anteproyecto que se presenta a continuación es desarrollado en la ciudad de
Medellín, concretamente en la Institución Educativa Colegio Loyola para la Ciencia y la
Innovación, ubicada en la Carrera 64AA Nº113A-04 del barrio toscana (AUTOPISTA
MEDELLÍN - BELLO). El establecimiento anteriormente mentado es una instalación
cerrada que cuenta con amplios espacios para la estadía diaria de la comunidad
educativa, cuenta con grandes zonas verdes, y de igual forma salones suficientemente
amplios para la realización de las labores diarias de los alumnos. La institución
educativa cuenta con una metodología totalmente diferente e innovadora que ayuda a
desarrollar la autonomía y sentido de la responsabilidad en sus alumnos, puesto que
su forma de trabajo rompe esquemas, siendo colectiva en vez de individual, es decir,
cada uno de los grados de la institución está compuesta por 5 o 6 equipos de trabajo
que están conformadas con máximo 5 estudiantes y mínimo 2. En estás cada uno los
integrantes cumple con un rol bastante importante y que entre los mismos miembros
son asignados, estos son: Líder, Comunicador, Relator, Utilero Y Vigía de tiempo y
calidad. Otro aspecto novedoso dentro de la institución es el trabajo con las TIC, ya que
la tecnología está presente en la mayoría de las actividades diarias , para facilitar ello
la institución dota de un computador portátil a cada uno de los alumnos durante el
tiempo que requiera de ellos (dentro del establecimiento) y además trabaja con la
plataforma virtual llamada “ Webnode” , dicha plataforma es utilizada tanto por
estudiantes como por docentes para subir trabajos e informaciones importantes para la
comunidad educativa.
La institución cuenta con laboratorios totalmente dotados por aparatos y utensilios
científicos y en los cuales existe acompañamiento de los instructores del SENA,
quienes están totalmente capacitados para transmitir a los jóvenes altos conocimientos
sobre las áreas de Nanotecnología, Biotecnología y Química. Ellos no sólo se limitan a
brindar conocimientos, también brindan un gran apoyo a los estudiantes con el avance
de sus proyectos de investigación.
Al igual que los instructores y los implementos, también cuentan con los mejores
docentes de la ciudad de Medellín, que para ingresar a trabajar en el colegio, primero
deberían de pasar por una prueba ardua que determinaría si eran idóneos para trabajar
con este nuevo proyecto.
14. MARCO METODOLÓGICO
-Elaborar un protocolo para las condiciones de la bacteria mediante investigaciones que
nos permitan determinar qué características requiere una bacteria para poder ser
utilizada como biomasa en la extracción del pigmento.
-Realizar el cultivo in vitro de una bacteria, para ello deberá de realizarse un protocolo
en el cual se establezcan cuáles con las condiciones óptimas físicas y químicas de la
bacteria además de sus necesidades proteicas y nutricionales.
-Extraer el pigmento de la biomasa mediante procesos químicos.
-Caracterizar física y químicamente el pigmento obtenido a partir de la bacteria.
15. HIPÓTESIS
Tanto el pigmento como el colorante que se obtendrá de este cumplirán con cada una
de las características necesarias para poder ser empleadas en lo que el proyecto
pretende.
Una de las principales metas de este proyecto de investigación será lograr a partir de la
creación de un producto natural disminuir en cierta cantidad la contaminación de la
industria y las aplicaciones que los colorantes generan.
16. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
-Wikipedia (2013). Colorantes. En Wikipedia [En línea]. Recuperado el 28 sep 2013, a
las 01:07., de http://es.wikipedia.org/wiki/Colorante
-Wikipedia (2013) Colorantes naturales. En Wikipedia [En línea] Recuperado el 29 jul
2013, a las 14:15. de http://es.wikipedia.org/wiki/Colorantes_naturales
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URL:http://es.wikipedia.org/wiki/Pintura_(material)
-Wikipedia (2013) Reactor químico. En Wikipedia [En línea]. Recuperado el 3 ago 2013,
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-Promolux. Bacterias psicotrópicas.[En línea]. Recuperado el día 8 de septiembre de
2013.
URL: http://www.promolux.com/espanol/retail_meat_beef_bacteria_es.php
-Revista de divulgación científica “Cienciacierta”, articulo pigmentos naturales: un futuro
prometedor, publicado por Vladimir E. Parra Elizondo y Leticia Barajas Bermúdez,
octubre - diciembre 2011, recuperado el dia 8 de septiembre de 2013
URL: http://www.postgradoeinvestigacion.uadec.mx/CienciaCierta/CC28/6.html
-Biología.Pigmentos.[En línea]. Recuperado el día 10 de septiembre de 2013.
URL: http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro9.htm
-codex.colmex.mx Artículo “La busqueda de colorantes” Jacques Heers
http://codex.colmex.mx:8991/exlibris/aleph/a18_1/apache_media/M8Q31R7QE8SCNX3
KDLKQGXAHKDB8QR.pdf recuperado el día 06 Sep 2013
-Artículo biodegradación de colorantes azo, Recuperado el día 01 de octubre 2013
http://www.cnea.gov.ar/xxi/ambiental/CYTED/20cap13.pdf
