Parámetros físicos, físicos-químicos y químicos de extractos de Origanummajorana l. cultivado utilizando agua magnetizada

Physical, chemical-physical and chemical parameters of extracts origanummajorana L. cultivated using magnetized water

MSc. Annarli Olivia Rodríguez-Ferreiro^I, Dra.C. Yilan Fung-Boix^II, Dra. C. Ania Ochoa-Pacheco^III, MSc. Emilia Ortiz-Beaton, Lic. Usnavia Díaz-Fernádez^IV

^IDepartamento de Ingeniería Biomédica, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Oriente, Cuba, anmarliolivia@uo.edu.cu ]]> ^IIDepartamento de Investigaciones, Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado, Universidad de Oriente, Cuba
^IIILaboratorio de Tecnología Farmacéutica, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad de Oriente, Cuba
^IVFacultad de Medicina II, Instituto Superior de Ciencias Médicas, Cuba

RESUMEN

Origanummajorana L. es una planta cultivada y utilizada en Cuba por sus propiedades carminativa, expectorante y sedante. Esta especie presenta dificultad en su propagación, por lo que se emplea el agua de riego tratada con campo magnético estático (CME), con un rango de inducción de 100 y 150 MT, debido a su acción positiva en el crecimiento y desarrollo de otras plantas. Esta investigación tiene como objetivo evaluar el efecto del agua tratada con campo magnético estático, sobre parámetros físicos, físico-químicos y químicos de los extractos de la planta. Los extractos resultantes de n-hexano, etanol y acuoso, mantuvieron las mismas características organolépticas, con un incremento de su pH que osciló entre 4,12-5,27. Se demuestra la mayor concentración de sólidos totales 20,19 g/100 mL; fenoles, flavonoides y carbohidratos, en el extracto acuoso, lo que constituye el primer reporte para la especie cultivada utilizando CME.

Palabras clave: Origanum majorana L., campo magnético estático, extractos.

ABSTRACT

Origanum majorana L. is a plant cultivated and used in Cuba for its carminative, expectorant and sedative properties. This species has difficulty in its propagation, so it was used irrigation water treated with static magnetic field (SMF), with an induction range of 100 and 150 MT, due to its action positive in the growth and development of other plants. The objective of this research is to evaluate the effect of water treated with a static magnetic field on physical, physical-chemical and chemical parameters to the extracts. As result, the n-hexane, ethanol and aqueous extracts maintained the same organoleptic characteristics, the pH oscillated in the range 4,12-5,27. The aqueous extract obtained from the plants grown with water treated with SMF, presented a higher concentration of total solids 20,19 g/100 mL, phenols, flavonoids and carbohydrates, the first report for the species cultivated with irrigation with SMF.

INTRODUCCIÓN

Las plantas medicinales se emplean en el tratamiento de numerosas enfermedades, esta práctica se transmite de generación en generación y constituye el rescate de parte de nuestro acervo cultural. El empleo de la fitoterapia continúa es objeto de investigación científica y en la actualidad se garantiza su calidad tecnológica, eficacia terapéutica e inocuidad de las mismas, como una alternativa de solución a los problemas de salud [1].

Origanum majorana L. se emplea para tratar casos de insomnio y nerviosismo. También se utiliza en las afecciones digestivas, como antiespasmódico, anticatarral, antimicrobiano, antiséptico, antioxidante, diurético, sedante, antihipertensivo, antiplaquetario y antiviral [2]. El aceite esencial presenta actividad inhibidora sobre la acetilcolinesterasa y la butirilcolinesterasa [3].

Las bases teóricas de la acción de los campos magnéticos en el crecimiento de las plantas son complejas. Maffei en el año 2014 demostró efectos estimuladores en la morfología, fisiología y bioquímica vegetal. Estos efectos pueden atribuirse a su acción en los procesos relacionados con el crecimiento, división y diferenciación celular, todo lo cual induce cambios significativos a nivel celular [4].

Al tratar el agua con un campo magnético estático, se tienen varios resultados que se fundamentan en el mecanismo de magnetización del agua. Este proceso se sustenta en los resultados teóricos propuestos por Pang, donde se confirmaron variaciones en las propiedades físico-químicas del agua, generalmente se reduce la tensión superficial, la viscosidad y las vaporizaciones son más rápidas. Estos tres fenómenos son consecuencias de las modificaciones en su estructura molecular, como es la transferencia de protones en los enlaces por puentes de hidrogeno [5]. Los cambios en estos parámetros favorecen los fenómenos difusivos del agua en la planta, debido a las variaciones en el potencial de membrana de los tejidos [6].

La investigación se desarrolló en el Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado (CNEA), de conjunto con el Laboratorio de Tecnología Farmacéutica, del Departamento de Farmacia de la Universidad de Oriente, Santiago de Cuba; en el período de tiempo comprendido entre el 3 de enero y el 30 de mayo del 2017.

Identificación taxonómica

La especie se identificó taxonómicamente y se depositó un ejemplar con el número 21723 en el herbario BSC "Dr. C. Jorge Sierra Calzado", del Centro Oriental de Ecosistema y Biodiversidad (BIOECO), en la ciudad de Santiago de Cuba.

El material vegetal utilizado fueron posturas (plantas en estadío juvenil) de la especie Origanum majorana L. adquiridas en la finca "El Olimpo", situada en la localidad de la Gran Piedra, de la ciudad de Santiago de Cuba. Las mismas se sembraron en el umbráculo de la parcela de experimentación del CNEA y fueron aclimatadas por un mes bajo las condiciones que se describen a continuación.

Condiciones experimentales

Para la realización del experimento se diseñaron dos grupos experimentales de 15 plantas cada uno. Grupo experimental 1: plantas cultivadas con agua sin tratamiento magnético (control). Grupo experimental 2: plantas cultivadas con agua tratada con CME. Los parámetros físicos, físicos-químicos y químicos de los extractos derivados, fueron determinados a ambos grupos experimentales.

Para el tratamiento magnético del agua de riego, se utilizó un dispositivo exterior de imanes permanentes no homogéneos, con gradiente medio en un rango de inducción de 100–150 mT. Estos fueron diseñados, construidos y estandarizados en el CNEA [8]. El riego fue por un sistema microjet que se caracteriza por tener entre sus accesorios una bomba ITUR, un sistema distribuidor, controlado por válvulas que garantizaron que el riego se realice por secciones, con una velocidad de 1,4 – 1,6 m.s^-1 y un caudal de la bomba: 2,54 – 2,91 m³.h^-1.

La investigación se desarrolló en la parcela de experimentación del CNEA. El riego se realizó una vez al día, en el horario comprendido entre 8:00 y 9:00 A.M, por 30 min, facilitando así el proceso de transpiración. En este mismo horario se midió la iluminación natural con un fotómetro y fue del 60 %, la temperatura de 28 ± 2 ºC y humedad relativa entre 55 y 60 %.

El sustrato utilizado estaba compuesto por una mezcla de tierra y el 4,3 % de materia orgánica. El mismo se caracterizó por la presencia de trióxido de difosforo (P₂O₃): 49 mg.L^-1, óxido de potasio (K₂O): 55,2 mg.L^-1, óxido de magnesio (MgO): 12,09 mg.L^-1. El agua de riego se analizó en el Laboratorio de Química del CNEA y mostró una dureza cálcica de 144,6 mg.L^-1; dureza magnésica: 79,95 mgL^-1; dureza total: 224,5 mgL^-1. La composición mineral fue: hidrógenocarbonato (HCO_-3): 261,2 mg.L^-1; iones cloruro (Cl): 33,18 mg.L^-1; con un pH de 7,5 y una conductividad eléctrica de 0,25mS.cm^-1.

El material vegetal recolectado fueron plantas adultas que estaban en la fase final de su crecimiento antes de iniciar su etapa de floración [7]. Se recogieron en el horario comprendido entre las 9:00 y 10:00 AM.

Se escogió el método de secado a la sombra porque en estudios anteriores se demostró que no existen diferencias significativas entre el secado en estufa hasta 60 °C, secado al sol y a la sombra [9]. La misma se realizó según la guía metodológica para el estudio de secado de plantas medicinales [10]. Una vez seca la droga (hojas secas), fue triturada en un molino de cuchilla previamente tarado, modelo ERWEKA KM-700- KNIFE, Rusia, y se obtuvo un tamaño de partícula aproximadamente de hasta 3 mm.

Para la preparación de los extractos se pesaron 20 g de droga seca, fraccionada y se disolvió en un volumen de menstruo, equivalente a diez veces el peso de la droga (200 mL). El esquema de trabajo que se propone utiliza la extracción sucesiva con solventes de polaridad creciente (n-hexano, etanol y agua), con la finalidad de lograr el mayor agotamiento de la droga, determinándose para cada extracto (n-hexánico, etanólico y acuoso) los metabolitos que de acuerdo a su solubilidad puedan ser extraídos [10]. Al extracto en el que se obtuvo un mayor valor de sólidos totales, se le realizó una determinación cuantitativa de parámetros químicos como: fenoles, flavonoides y carbohidratos totales.

Determinación de requisitos organolépticos

Determinación del olor: Se tomó una tira de papel secante de aproximadamente 1 cm de ancho por 10 cm de longitud y se introdujo un extremo en la muestra de ensayo. Se olió y se determinó si correspondía con las características del producto [10].

Determinación del color: Se tomó un tubo para ensayos bien limpio y seco, se llenó hasta las tres cuartas partes con la muestra de ensayo y se observó el color, la transparencia, la presencia de partículas y la separación en capas [10].

Determinación de sólidos totales

De la muestra de ensayo previamente homogenizada, se transfirieron 5 mL a una cápsula de porcelana limpia, seca y previamente tarada. Se colocó en un baño de agua y se evaporó hasta que el residuo estuviera aparentemente seco. Posteriormente se calentó en estufa a 105 ± 2º C, durante 3 h. Se retiró la cápsula de la estufa, se colocó en una desecadora hasta que alcanzó la temperatura ambiente y se pesó. El proceso anterior se repitió, pero empleando solo 60 min de secado, hasta obtener una masa constante. El ensayo se realizó por triplicado según establece la Norma Ramal de Salud Pública 312/91 [11].

Los sólidos totales (St) se calcularon mediante la ecuación 1:

Determinación del pH

Se determinó según la Norma Ramal de Salud Pública 312/91 [11].

Determinación de fenoles totales

Para la cuantificación química de fenoles totales se empleó método colorimétrico, con el reactivo de Folin-Ciocalteau, registrando los valores de absorbancia a 760 nm. Se utilizó un Espectrofotómetro Genesys 10 UV, de procedencia estadounidense. Los resultados se expresaron en base a ácido gálico, utilizando una curva de calibración en el rango 0,004 a 0,024 mg.mL^-1 y la ecuación 2 [12].

La concentración de los extractos, expresada como equivalente de ácido gálico, se calcula a partir de la ecuación del modelo ajustado obtenido de la curva de calibración y se calcula a través del STATGRAPHICS Plus, para Windows versión 5.1.

Determinación de flavonoides totales

La determinación de los flavonoides totales se realiza por método colorimétrico. Se tomó 250 µL de los extractos acuoso y etanólico, los cuales fueron mezclados con 1 mL de agua destilada y 75 µL de nitrito de sodioal 5 %. Luego se le añadió 150 µL de cloruro de aluminio (III) y después de transcurridos 6 min, se le añadió 500 µL de hidróxido de sodio 1 Mol/L y 275 µL de agua destilada. La disolución se mezcló bien y se leyó a 510 nm en un espectrofotómetro T60-U UV visible, de procedencia alemana. Los resultados se expresaron como µg catequina por mL del extracto, a partir de curva de calibración obtenida para dicho compuesto, en el intervalo de 0,1 a 1 µgmL^-1 [13].

La concentración de los extractos, expresada como equivalente de catequina, se calcula a partir de la ecuación del modelo ajustado obtenido de la curva de calibración y se calcula a través del STATGRAPHICS Plus, para Windows versión 5.1.

Se realizó empleando el método colorimétrico con fenol-sulfúrico. Se mide la absorbancia a 485 nm, en un espectrofotómetro Genesys 10 UV. Los resultados se expresaron como D-glucosa, utilizando curva de calibración en el intervalo entre 12,5 y 50,0 µg.mL^-1 [14]. La concentración de los extractos, expresada como equivalente de D-glucosa, se calcula a partir de la ecuación del modelo ajustado obtenido de la curva de calibración y se calcula a través del STATGRAPHICS Plus, para Windows versión 5.1.

Procesamiento de los resultados y análisis estadístico

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la tabla 1 se exponen los resultados alcanzados para los extractos objeto de análisis. Las características organolépticas de los extractos acuosos, etanólicos y de n-hexano, obtenidos de plantas cultivadas con agua tratada con CME y el control, son homogéneos. Todos mantuvieron color verde oscuro y olor característico. Los valores de pH de todos los extractos se mantuvieron ligeramente ácidos.

TABLA 1. VALORES MEDIOS DE LOS PARÁMETROS DE CALIDAD FÍSICOS Y FÍSICO-QUÍMICOS

Control: extracto de plantas cultivadas con agua sin tratamiento magnético; (CME): extracto de plantas
cultivadas con agua tratada con campo magnético estático. Valores medios ± DS. (*) denotan ]]> diferencias estadísticamente significativas (p < 0,05. Prueba Anova simple, test-Tuckey).

Al analizar los resultados de pH obtenido para cada grupo del mismo solvente se observó similar comportamiento, por lo que no existieron diferencias significativas en el carácter ácido –básico de los extractos del mismo solvente para un p < 0,05. Sin embargo en relación a los valores de pH obtenidos entre los grupos con diferentes solventes, existieron diferencias estadísticamente significativas para un intervalo de confianza del 95 %. Siendo los valores del solvente acuoso superiores, seguidos por los valores del extracto etanólico y n-hexánico.

En todos los casos, los extractos de plantas cultivadas con agua tratada con CME tuvieron mayor valor de pH, que las del tratamiento control. Se debe señalar que los valores de pH fueron disminuyendo, según fue aumentando la polaridad del solvente, lo que confirma la extracción de diferentes sustancias.

Los valores de pH ligeramente ácidos, indican la existencia de cierto balance entre las cantidades de compuestos ácidos y básicos, o que la mayoría de estos poseen un comportamiento neutro, lo que provoca una reducción de la catálisis ácida o básica que, habitualmente, es la principal causa de la degradación hidrolítica de los principios activos.

Esta ligera acidez en el caso de los extractos n-hexano y etanólicos, permite una mejor estabilidad y conservación en el tiempo, lo que constituye una garantía de la calidad y seguridad del producto, con vista a investigaciones dirigidas a la comprobación de sus propiedades biológicas.

Para los sólidos totales de los extractos obtenidos con el solvente n-hexano, a partir de las plantas cultivadas con agua tratada con CME y para el tratamiento control, presentaron diferencias estadísticamente significativas (p = 0,05), siendo el menor valor de 9,64 g/100 mL y para el control de 8,48 g/100 mL, respectivamente. Seguido de los extractos etanólicos obtenidos de las plantas cultivadas con agua tratada (14,85 g/100 mL) y control (11,75 g/100 mL).

Los extractos acuosos presentaron los valores más altos en las concentraciones de los sólidos totales, para el tratamiento control fueron de 15,99 g/100 mL y para el tratamiento con campo magnético fueron de 20,19 g/100 mL. El análisis estadístico arrojó que existen diferencias estadísticamente significativas entre todos los extractos, obteniéndose el mayor valor para el extracto acuoso obtenido de plantas cultivadas con agua tratada con CME, existiendo una diferencia de 4,20 g/100 mL, con respecto al extracto acuoso obtenido del tratamiento control (tabla 1). Se demuestra que el agua tratada con CME favorece la extracción de los sólidos totales para los tres solventes, aunque para el extracto acuoso se observó la mejor extracción, lo que demuestra la naturaleza polar de los compuestos extraídos. Este resultado está en correspondencia con los obtenidos en el ensayo de sustancias solubles para la droga vegetal.

Fenoles totales

En la tabla 2 se exponen los resultados de la concentración de fenoles, flavoniodes y carbohidratos totales obtenidos a partir del extracto acuoso de Origanum majorana L. cultivado con agua tratada con CME y control.

TABLA 2. CONCENTRACIÓN DE FENOLES, FLAVOLOIDES Y CARBOHIDRATOS TOTALES DEL EXTRACTO ACUOSO ]]> DERIVADO DE Origanum majorana L. CULTIVADA CON AGUA TRATADA CON CAMPO MAGNÉTICO ESTÁTICO

Control): extracto acuoso de plantas cultivadas con agua sin tratamiento magnético;
(CME): extracto acuoso de plantas cultivadas con agua tratada con campo magnético estático.
Valores medios ± DS. (*) denotan diferencias estadísticamente significativas (p < 0,05. t Student).

Para la concentración de los fenoles totales el análisis estadístico precisó que existen diferencias estadísticamente significativas entre ambos tratamientos (p < 0,05). El mayor valor se obtuvo en las plantas cultivadas con agua tratada con CME con 7,25 µg/100 mL, siendo superior en 1,6 µg/100mL al control. En plantas de Triticun sp. (trigo) tratada con campo magnético, se favorece un incremento significativo del contenido del indol y fenol; en comparación con las plantas control [15].

Similar comportamiento se reportó para la especie Solanum lycopersicum L., donde se demuestra un incremento de la concentración de fenoles en los extractos acuoso, derivado de las plantas irrigadas con agua tratada con CME, en un rango de inducción de 50 - 150 mT [17].

Estos resultados evidencian, que el empleo del campo magnético en el agua de riego, puede estimular la producción de los compuestos fenólicos bioactivos, lo que podría potenciar su actividad antioxidante [16-17].

Las bases teóricas de la acción de los campos magnéticos en el crecimiento de las plantas son complejas. Sin embargo, se ha demostrado su acción en la estimulación de la morfología, fisiología y bioquímica vegetal [18].

Esto puede estar relacionado con lo reportado para la especie Solanum lycopersicum L. donde se demostró que los campos magnéticos pulsantes generan estrés físico, ya que pueden influenciar a las plantas para que sinteticen mayor cantidad de metabolitos secundarios; a través de la expresión de la enzima fenilamonioliasa (PAL), la cual es la encargada de la síntesis de fenoles y flavonoides de interés biológico y medicinal [19].

Diversos investigadores han reportado la presencia de compuestos fenólicos en el extracto hidroetanólico de la especie Origanum majorana L como son: ácidos vanílico, gálico, ferúlico, cafeico, jerárquico, hidroxibenzoico, cumárico, eoclorógeno, protocatequídico, clorogénico, criptoclorógeno y caftárico [20].

Estudios realizados por diferentes autores reportaron la presencia de la arbutina, metilarbutina, vitexina y orientinimonina, como los glicósidos fenólicos más predominantes en el aceite esencial de la mejorana. También se han reportado la presencia de otros compuestos en el aceite esencial, por ejemplo los ácidos:rosmarínico, sinápico, vanílico, ferúlico, caféico, jerárquico, p-hidroxibenzoico y m-hidroxibenzoico y cumarínico [21, 12]. Todos estos compuestos demostraron la significativa actividad antioxidante que poseen los extractos acuosos, etanólicos, de n-hexano y del aceite esencial obtenido a partir de los órganos vegetativos de la especie.

Flavonoides totales

Los resultados obtenidos de la concentración de flavonoides totales del extracto acuoso, derivado de las plantas cultivadas con agua tratada con CME fue de 59,33 µg/100 mL y de 49,25 µg/100 mL para el extracto acuoso obtenido del tratamiento control. El análisis estadístico arrojó que existieron diferencias estadísticamente significativas entre ambos tratamientos (p < 0,05) (tabla 2).

En estudios realizados por Vallverdu en 2015 reportaron la presencia de compuestos como el kaempferol y la naringinina en los extractos acuosos obtenidos de plantas de Origanum majorana L. [20]. También se notificaron la presencia de la luteolina y apigenina en el aceite esencial. Todos estos compuestos poseen propiedades antimicrobianas, anticancerígenas y disminuyen el riesgo de enfermedades cardíacas [20, 2].

Si comparamos los resultados obtenidos para la especie cultivada con agua tratada con CME, con los determinados para la especie Solanum l yc opersicum L. se observó similar comportamiento. Se obtuvo un incremento en la concentración de los metabolitos secundarios como: polifenoles, flavonoides y ácidos orgánicos; en los extractos de las plantas irrigadas con agua tratada con campo magnético estático, en un rango de inducción magnética de 20 - 200 mT, con respecto al extracto obtenido de las plantas control, lo que incidió positivamente en sus propiedades antioxidantes, y potenció su actividad nutracéutica [17].

Resultados similares se reportaron para las plantas de Soja sp. irrigadas con agua tratada magnéticamente, donde se obtuvo un aumento en las concentraciones de las proteínas, fenoles y flavonoides [19].

Varios estudios reflejan que la actividad inhibidora contra diversos microorganismos patógenos como Beneckea natriegens, Erwinia carotovera, Moraxella sp., Aspergillus sp, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Bacillus cereus, Escherichia coli se debe a la presencia de los fenoles, flavonas y flavonoides. Los flavonoides y fenoles aislados en los diferentes extractos en conjunto con lo monoterpenos aislados del aceite esencial de la especie Origanum majorana L. son los encargados de la fuerte actividad antimicrobiana reportada [24, 23, 25, 26].

Carbohidratos totales

Los carbohidratos y proteínas participan en la síntesis de productos químicos y proporcionan la formación de estructuras a nivel celular dentro del metabolismo primario [27].

En la tabla 2 se exponen los resultados obtenidos en la determinación de la concentración de los carbohidratos totales para los extractos acuosos de plantas de la especie Origanum majorana L cultivada con agua tratada con campo magnético estático. El análisis estadístico demostró que existieron diferencias estadísticamente significativas con respecto al tratamiento control para un nivel de confianza del 95 %, donde el valor mayor se obtuvo en las plantas cultivadas con agua tratada con campo magnético estático, con un aumento de 10,08 µg/100mL.

Resultados similares fueron reportados en la especie Coffea arabicaL. var. (Caturra rojo), con la aplicación de un tratamiento electromagnético a embriones durante su establecimiento in vitro. Se obtuvo un incrementó de forma significativa en el contenido de carbohidratos totales con respecto a los embriones que no fueron tratados [28].

Estudios realizados para la especie Vicia faba L. mostraron el mismo comportamiento ya que las concentraciones de los carbohidratos totales aumentaron considerablemente al tratar el agua de riego de las plantas con campo magnético. Esto indujo un efecto positivo que favoreció cambios fisiológicos en la raíz de la especie, lo que se tradujo en una mayor asimilación de los nutrientes por la planta, una mejor eficiencia fotosintética y contenido nutricional en la especie [29].

Gómez en el año 2011, reportó que el uso del campo magnético puede inducir una elevada tasa de asimilación del nitrógeno y del carbono total, produciendo una mayor concentración de estas macromoléculas en los extractos de Chlorella vulgaris, lo que permitió favorecer el mantenimiento de la viabilidad y el crecimiento celular [30].

En diferentes especies de Cyanobacterias se demostró que los campos magnéticos tienen efecto positivo sobre el metabolismo e influyen en los procesos, como la síntesis de carbohidratos, pigmentos, acumulación de aminoácidos esenciales y actividad fermentativa [32].

Si se comparan los resultados obtenidos en la determinación de la concentración de carbohidratos presentes en el extracto acuoso de Origanum majorana L. cultivada con agua tratada con CME, con los reportados para diferentes especies herbáceas, existe un comportamiento similar. Esto podría estar relacionado además, con el efecto del agua de riego y con la composición del sustrato donde se desarrollaron las plantas [33].

CONCLUSIONES

Los extractos n-hexano, etanólico y acuoso obtenidos de cada grupo experimental (Control y CME) mostraron semejantes características organolépticas. La mayor concentración de los sólidos totales se alcanzó para el extracto acuoso obtenido de las plantas cultivadas con CME. El empleo de los campos magnéticos estáticos constituye una alternativa para potenciar las propiedades etnofarmacológicas de los extractos derivados de la especie Origanum majorana L., ya que se demostró la influencia positiva de los mismos en la concentración de sus metabolitos secundarios biológicamente activos. Este estudio farmacognóstico constituye un paso importante para arribar a conclusiones respecto a la factibilidad biológica y económica de esta tecnología.

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MSc. Annarli Olivia Rodríguez-Ferreiro, Departamento de Ingeniería Biomédica, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Oriente, Cuba, anmarliolivia@uo.edu.cu