INTRODUCCIÓN
- FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Se sabe, por lo general, que hay algunas pérdidas de sacarosa en el jugo de caña desde el momento de su extracción en los molinos hasta que llega a la sala de cocimiento. Esta pérdida es debida a la inversión durante el proceso de fabricación pero el monto de la pérdida, su importancia económica y cómo lo puede corregir, son factores no entendidos por todos. A medida que el jugo de la caña no tratada químicamente salpica sobre las panes del molino expuestos al jugo y pasa luego por las canaletas y cañerías durante la recirculación, entra en contacto directo con billones de microorganismos que están adheridos a las superficies del metal y del cemento.
La multiplicación de los microorganismos en los jugos diluidos extraídos de la caña de azúcar y su acumulación en la superficie de los molinos, dan como resultado una pérdida considerable de la sacarosa. Por lo tanto, los microorganismos contribuyen a la pérdida de rendimiento de azúcar de dos maneras:
- Incuestionablemente son la principal fuente de invertasa en el jugo de caña.
- La transferencia de energía requerida para que la reacción siga avanzando hacia la destrucción de azúcar y pérdidas para el ingenio, es generada por microorganismos que utilizan la energía obtenida de la inversión de sacarosa para su crecimiento y reproducción.
Se sabe que ciertas especies de bacterias producen una enzima, la invertasa y que concentraciones bien pequeñas de ésta enzima transforma rápidamente a la sacarosa en glucosa y fructosa. Los fangos que se acumulan en los molinos constituyen la fuente más importante de invertasa, y aunque la limpieza frecuente de los fangos ayuda a reducir las pérdidas de sacarosa no hay duda que la rápida multiplicación de los microorganismos en un nutriente tan rico como el jugo de caña hace impracticable la eliminación de los fangos que se forman en los molinos y por consiguiente la pérdida de sacarosa. Además de la invertasa producida por los microorganismos en algunas ocasiones hay también cantidades apreciables de esta enzima en el jugo, tal como se extrae de la caña.
Precisando la problemática, presente y teniendo en cuenta la acción de bactericidas en el jugo de caña se considero como definición del problema.
¿Es posible evitar la inversión de la sacarosa utilizando el bactericida Bactol Q en el jugo de caña de la Empresa Agroindustrial Pucalá SA?
En la presente investigación, la hipótesis queda definida de la siguiente manera:
"La dosis adecuada del bactericida Bactol Q inhibe la inversión de la sacarosa en mayor porcentaje que la limpieza con agua caliente"
H0= No hay efecto del bactericida sobre el promedio de índice de inversión de la sacarosa.
Ha= Hay un efecto del bactericida sobre el promedio de índice de inversión de la sacarosa.
- FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS
- FORMULACIÓN DE OBJETIVOS
- Objetivos Generales
- Minimizar las perdidas por microorganismos en los molinos de caña de azúcar, empleando agua caliente y/o uso de bactericida.
- Encontrar la metodología a realizar limpieza y desinfección de los molinos, mediante el uso de bactericida a una determinada dosis adecuada influye favorablemente en el rendimiento de la sacarosa.
- Objetivos Específicos
- Determinar la dosis adecuada de bactericida Bactol Q que influya favorablemente en el rendimiento de la sacarosa.
ANTECEDENTES AL SEGUIMIENTO:
- El ingenio azucarero de industrial Pucalá SAC. cuenta en la actualidad con un tanden de cuatro molinos con una capacidad promedio de 200 TCH.
- En la actualidad no se dosifica ningún bactericida, así como no se realiza ningún tipo de limpieza periódica con vapor o agua caliente en los molinos de caña.
- El jugo extraído ofrece un medio ideal para la propagación de microorganismos que causen destrucción de sacarosa; McCleery En estudios realizados sobre estas perdidas reporta que pueden alcanzar hasta el 1.0% de la sacarosa en el jugo.
- Los limos o fangos que se acumulan en los molinos constituyen la fuente mas importante de invertasa, y aunque la limpieza frecuente de los molinos, ayuda a reducir las perdidas de sacarosa no hay duda que la rápida multiplicación de los microorganismos hace impracticable la eliminación de los fangos que se forman en los molinos y por consiguiente la perdida de sacarosa.
Para estimar el mayor rendimiento de sacarosa como resultado del uso de bactericidas en cualquier ingenio se requirió contar con datos exactos sobre la pureza, y las cantidades de azúcar invertido de los jugos del trapiche; jugos mixtos durante periodos sin tratamiento y periodos con tratamiento.
Con los promedios de los datos obtenidos durante el periodo sin tratamiento y con contaminación. Se sugirió determinar el contenido de azúcares reductores de ser posible por muestreo continuo de jugo del trapiche y del jugo mixto debiendo evaluarse las muestras.
- EVALUACIÓN DEL PROBLEMA
- IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO
La pérdida de azúcar por inversión de la sacarosa en glucosa y fructosa durante el proceso de elaboración de azúcar, es mucho mayor de lo que generalmente se piensa; es por esta razón que es muy importante el empleo de bactericidas para solucionar dicho problema.
El uso de bactericidas no afecta el proceso de fabricación del azúcar por el contrario, previene fermentaciones responsables de los malos olores; no es corrosivo para el equipo de la planta y cuando es aplicado según recomendaciones no deja residuos detectables en el azúcar ni en las melazas.
Los resultados de esta investigación contribuyeron a solucionar los problemas referentes a la inversión de la sacarosa en la Empresa Agroindustrial Pucalá SA
Los residuos bioquímicos segregados representan un peligro permanente. Hay demasiada superficie en la instalación en la que se trata el jugo, que es inaccesible al vapor y al agua caliente durante el tiempo suficiente para que sea posible una eliminación efectiva de los microorganismos. Por otra parte una buena limpieza es esencial para una represión efectiva de los microorganismos en el trapiche y ninguna represión de este tipo puede ser adecuada sin una limpieza frecuente y cuidadosa de las áreas accesibles. Sin embargo, combinando con el uso del Bactericida en el jugo de caña, con un tratamiento regular y cuidadoso con vapor y/o agua caliente de los transportadores, piletas y otras áreas accesibles, se logra una operación esencialmente libre de fango.
6. LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN
Los periodos analizados con o sin tratamiento fueron un mes, porque frecuentemente se requieren de una semana de tratamiento para que los datos químicos entren en estado de régimen.
MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
Las pérdidas de sacarosa es un tema de mucho interés en la industria azucarera. Estas pérdidas ocurren en las diversas operaciones y procesos durante la elaboración del azúcar y suelen ocurrir también en los molinos y sus instalaciones auxiliares sobre todo cuando es escasa la limpieza y el saneamiento de manera periódica.
El jugo extraído ofrece un medio ideal para la propagación de microorganismos que causan destrucción de sacarosa. Cuando se procesa caña deteriorada o caña quemada atrasada el desarrollo de la bacteria Leuconostoc mesenteroides es muy pronunciada tanto en los molinos, conductores de bagazo, coladores de jugo, tanques y canales de jugo, etc.
Esta bacteria destruye la sacarosa generando pérdidas económicas produciendo dextrana que es un polímero de consistencia gomosa que tiene la apariencia de los huevos de rana, generando también efectos perjudiciales al proceso de fabricación de azúcar.
A medida que el jugo de la caña no tratada químicamente, salpica sobre los puntos del molino expuestos al jugo y pasa luego por las canaletas y cañerías durante la recirculación, entra en contacto directo con billones de microorganismos que están adheridos a la superficie del metal y del cemento. La multiplicación de los microorganismos de lo jugos diluidos extraídos de la caña de azúcar y su acumulación en la superficie de los molinos, dan como resultado una perdida considerable de la sacarosa por lo tanto lo microorganismos contribuyen a la pérdida de rendimiento de azúcar.
Cuando el Leuconostoc y otras bacterias formadoras de ácido se desarrollan en la caña de azúcar recolectada, ésta se vuelve ácida. Se produce azúcar invertido, ácidos láctico y acético y, con frecuencia, dextrana. Con este crecimiento microbiano puede producirse un olor "agrio". En climas húmedos y calurosos, puede perderse cada día, entre la zafra y el triturado, 1-5 % del azúcar total.
El jugo mixto es un medio ideal para el crecimiento de muchos microorganismos, si bien sólo unos cuantos lo logran con éxito ya que el jugo tiene un grado Brix de 10-18, un pH de 5,0-5,6, abundantes sales orgánicas e inorgánicas, aminoácidos y otros nutrientes y una temperatura media entre 25 y 30 °C. En este medio, el Leuconostoc mesenteroides, formador de dextrana, está especialmente adaptado para competir, si bien otros microorganismos microaerófilos catalasa-negativo crecen igualmente produciendo ácido, invertasa y dextrana. En algunos rodillos predominan los Enterobacter spp.; en otros son buenos competidores las levaduras productoras de alcohol. Afortunadamente la destrucción del azúcar por los microorganismos se reduce durante la fase de clarificación, que normalmente se lleva a cabo con rapidez, si bien, en ocasiones, se ve retrasada por paradas programadas o sin programar.
Entre los efectos perjudiciales de Leuconostoc mesenteroides esta la formación de cristales de azúcar en forma de aguja que retarda la cristalización en los tachos, disminuyendo su eficiencia y generando la formación de falso grano que ocasiona problemas en la centrifugación de las masas cocidas por su facilidad para pasar por las perforaciones de la tela de la centrifuga; incrementando la pureza de la miel final.
Además de la deterioración microbiológica ocurre también deterioración por acción química y térmica.
La deterioración microbiológica, sea en el campo, ingenio o refinería produce polisacáridos que reducen los rendimientos de extracción y cristalización aumentan la viscosidad y disminuyen los niveles de producción mientras producen así mismo componentes coloreados y formadores de
Ácidos.
La descomposición química, que incluye la descomposición térmica disminuye así mismo el pH y produce componentes coloreados y precursores de la presencia de color. Todos estos componentes no azucarados tienen que eliminarse durante el procesamiento, ya que arrastran sacarosa con ellos a las melazas disminuyendo la cantidad de sacarosa recuperada.
Es esencial un análisis crítico de las causas de las pérdidas de sacarosa Para identificar las áreas donde se pueden evitar dichas pérdidas aumentando el rendimiento de sacarosa. Las pérdidas físicas debido a las pobres técnicas de corte de la caña, almacenamiento o transporte de la caña de azúcar, dispersión, pérdida de la Sacarosa en aguas y productos residuales y adsorbentes. Las causas y los medios de eliminación de éstas pérdidas son bien conocidas aunque si se llevaran a cabo en mejores condiciones, los niveles, de pérdidas en algunas áreas se podrían reducir a una cifra más aceptable.
Los diversos tipos de pérdidas químicas, térmicas y microbiológicas se exponen a continuación:
Formación de Dextrana.
La principal causa microbiológica de pérdidas de sacarosa es la formación de dextranas, principalmente por la bacteria Leuconostoc mesenteroides, así como la Leuconostoc dextraricum y por otras bacterias formadoras de légamo. La dextrana provoca la prolongación de cristal de sacarosa a lo largo del eje "C" (el llamado grano "de aguja").
Esta prolongación hace difícil el purgado de las centrifugas, incrementando las pérdidas en melazas y agua de lavado. La dextrana, da lugar así mismo a unos niveles de prolongación artificialmente altos debido a su carácter dextrorrotatorio.
La dextrana es el nombre genérico para los polisacáridos que son polímeros de la glucosa.
No todos los tipos de Leuconostoc mesenteroides crecen en una solución, de sacarosa y entre los que lo hacen ninguno sintetiza dextrana por encima de los 60°C o con un alto Brix.
Por cada molécula de sacarosa consumida solamente la porción de glucosa se utiliza en la formación de dextrana, permaneciendo un núcleo de fructosa. Es la fructosa se descompone subsiguientemente en ácidos orgánicos y componentes colorantes, dando lugar a una disminución en el pH, que a su vez, aumenta el nivel de inversión, llevando a una pérdida adicional de ácidos y colorantes a partir del azúcar invertido así formado. Son subproductos de la formación enzimática de dextrana. Los ácidos lácticos y acético, el manitol y el etanol, los cuales destacan el problema de caída de pH la formación de colorante y aumento de las pérdidas de sacarosa en melazas.
La caña dañada, incluyendo la dañada que va junto con la caña quemada y la troceada en el corte es particularmente susceptible al crecimiento de levaduras y bacterias. Son especialmente notables debido a los productos a que dan lugar hallados en los azúcares, las levaduras de la especie Sacharomyces, que produce etanol y la Clostridium thermosaccharolyticum, productora de ácido butírico. Además de consumir sacarosa, estos organismos producen sustancias que crean más problemas de procesamiento y comercialización.
Las pérdidas de sacarosa debidas a la acción microbiana se pueden eliminar o minimizar mediante la manipulación e higiene a temperatura adecuada.
El descenso de la polarización puede ser una medida errónea de las pérdidas de sacarosa.
Si en primer lugar se invierte la sacarosa reaccionando a continuación la fructosa y la glucosa así formadas en proporciones desiguales la polarización puede ser artificialmente alta si la fructosa desaparece más rápidamente que la glucosa o puede ser artificialmente baja si la glucosa, desaparece más rápidamente que la fructosa.
- Causas microbiológicas de la pérdida de sacarosa:
- Pérdidas químicas de sacarosa
La descomposición química de la sacarosa incluye la descomposición térmica en productos acaramelados. Hay dos divisiones generales de las reacciones de descomposición química:
Las que se realizan bajo condiciones ácidas y las que lo hacen bajo condiciones básicas. El pH óptimo para la estabilidad de la, sacarosa se sitúa entre 8 y 8.5.
b.1. Condiciones ácidas
La reacción inicial es la inversión de la sacarosa en glucosa y fructosa. En el jugo, esta reacción puede resultar catalizada por la enzima invertasa y, en cualquier medio ambiente, por un bajo pH.
La enzima invertasa se inactiva por un aumento de la temperatura a' 80°C o más, y la inversión ácida se inhibe mediante la elevación del pH por encima de 6,0.
b.2. Condiciones básicas
Desde el punto de vista de la pérdida directa de sacarosa, la descomposición de la misma bajo condiciones básicas no es tan seria como la que se produce bajo condiciones ácidas, pero es más seria desde el punto de vista de la formación de color, la que da lugar a un mayor procesamiento y pérdidas en melazas. Los principales productos de la descomposición alcalina son los ácidos orgánicos, especialmente en el ácido láctico que tienden a disminuir el pH y los productos coloreados poliméricos, bien sean melanoidinas o compuestos formados mediante una serie de reacciones catalizadas por iones de calcio.
Esta situación aparece cuando se permite que el jugo se mantenga con un pH ácido durante cierto tiempo antes de la elevación del mismo. En este caso se dice que la cal destruye el azúcar invertido; pero las reacciones de destrucción generan color.
Sin embargo el rápido crecimiento de los microorganismos en el jugo de caña que es altamente nutritivo, hace poco práctico el control adecuado de microorganismos por medio de la limpieza con vapor, ya que el vapor puede controlar los microorganismos en el tiempo en que está en contacto con ellos, pero no puede actuar durante el proceso de molienda, ya que no se aplica vapor al jugo.
Hay diferentes productos químicos que controlan los microorganismos presentes en el jugo de caña, pero hay muy pocos que puedan proveer el control de ellos a la vez que proveen control de la enzima invertasa bajo las condiciones prácticas de la manufactura de azúcar en el control.
Una de las ventajas que se debe señalar en el uso de agentes sanitarios es el control de la acumulación de dextrana. Como resultado del incremento de la población de Leuconostoc mesenteroides en el jugo de caña durante la extracción en el molino. La dextrana induce la elongación del cristal de azúcar, no solo reduce el tiempo de crecimiento de éste sino también aumenta la formación de grano falso.
El control de esta goma también se podría correlacionar con un mejor agotamiento de las mieles finales.
Para controlar la pérdida de la sacarosa inducida por microorganismos contaminantes de jugo de caña, se han hecho estudios para demostrar el valor de los agentes sanitarios, como el bactericida Bactol Q . Además, se sabe, que a parte del uso de agentes sanitarios, se requiere la limpieza frecuente, minuciosa del equipo de molienda para reducir la fuente , de inoculo de microorganismos en áreas que no estén en contacto con el agente sanitario.
El catalizador invertasa presente en el jugo de caña, proviene de dos fuentes:
Invertasa naturalmente presente en los procesos fisiológicos inherentes al crecimiento de la caña. Su proporción varia de acuerdo con los requerimientos energéticos para la nutrición ce la planta en el crecimiento.
Invertasa segregada por microorganismos en etapa de rápida reproducción en el jugo en proceso, microorganismos tales como levaduras, varias especies de hongos y muchas especies, de bacterias.
El cambio energético requerido para activar la reacción:
viene de las bacterias, hongos y levaduras en rápida proliferación.
Por lo tanto los microorganismos contribuyen en la pérdida de rendimiento de azúcar de dos maneras:
- Incuestionablemente son la principal fuente de invertasa en el jugo de caña.
- La transferencia de energía requerida para que la reacción siga avanzando hacia la destrucción de azúcar y pérdidas para el ingenio es generada por microorganismos que utilizan la energía obtenida de la inversión de la sacarosa para su crecimiento y reproducción.
Los bactericidas son productos químicos resultantes de un inmenso programa de investigación y experimentación industrial.
Estos insecticidas usados en los ingenios azucareros, son efectivos contra una amplia gama de microorganismos encontrados en sistemas-industriales.
En el proceso de fabricación de azúcar, los microorganismos presentes en los jugos, tienden a ser eliminados sucesivamente por los métodos de clarificación y por las variaciones de las temperaturas que prevalecen durante el proceso.
- Presencia de microorganismos y su efecto durante la fabricación de azúcar
De acuerdo con estudios realizados, Bevan y Bond aislaron aproximadamente 50 diferentes microorganismos,' de la caña verde y 17 de la superficie de la caña quemada. Además de la bien conocida especie productora de polisacaridos, Leuconostoc mesenteroides, hay géneros de levaduras (Saccharomyces, Torula y Píchia) que también se encuentran luego en el jugo y no contienen invertasa, otras que causan una destrucción activa de los azúcares reductores, bacterias (Pseudomonas) y bacilos del suelo (Bacillus cereus) así como Penicillium y otros hongos (Actinomyce),el hongo productor de ácidos Streptomycesk y otros que causan fuerte inversión, activas tanto en los jugos como en las meladuras y los que constituyen agentes mas activos de la deteriorización de los azúcares crudos.
Los microorganismos crecen rápidamente en la superficie de la caña quemada, incluso tan pronto como 10 minutos después de la quemadura.
Estos organismos son principalmente bacilos tales como Xanthomonas, Bacterium, Corynebacterium y Bacillus. Después de 24 horas de la quema, en la caña en pie se encuentran otros organismos tales como los hongos Rhizopus
y Aspergíllus, y las levaduras coloreadas Rhodotorula y Candida. Leuconostoc mesenteroides es muy común en la caña quemada y su número aumenta considerablemente después del quemado.
En la caña cortada se han encontrado infecciones masivas hasta de 6 pulgadas a partir del extremo cortado después de 2 horas de almacenamiento. Los organismos productores de material muciforme como Leuconostoc mesenteroides Xanthomonas y Aerobacter, predominan y producen ácidos y materiales semejantes a las dextranas.
Aún en condiciones de cosecha y almacenamiento favorables ocurre un deterioro importante en tan poco tiempo como 24 horas.
Un amplio estudio realizado en 1960 llevó a concluir que no existe medio práctico para controlar la descomposición, excepto el de reducir al mínimo el tiempo entre la cosecha y la molienda.
- Microorganismos de la caña de azúcar
- Constituyentes anormales de los productos de caña
- GOMAS
- Dextrana (C6H10O5)n
Esta goma, que es un enemigo muy molestoso para el fabricante de azúcar, es el producto de varias fermentaciones (como la producida por el Leuconostoc), y ocurre con frecuencia en cañas dañadas por heladas o por ataques de insectos. La formación de está goma viscosa, convierte rápido la cana en inservible para la molienda. Su alta rotación especifica (+200), tres veces mayor que la de la sacarosa, introduce un serio error en la polarización de los productos, de caña, a menos que la goma se elimine previamente tratándola con alcohol.
- Levan
Esta goma la encontró Smith y Steel en productos de caña de Australia, y era producido por la bacteria Levaniformans. Este organismo es, según las investigaciones, muy destructor de los azúcares crudos, causando rápidas inversiones de la sacarosa y produciendo la goma mucilaginosa levan, que tiene una rotación especifica de -40, y que, hidrolizada con ácidos rinde
- Cellulan
Una goma encontrada por Brawne. Se forma por ciertas fermentaciones de jugos y de meladuras, y consta de grumos correosos grandes, que son insolubles en álcalis cáusticos.
- Mannan
Esta goma se encuentra a veces en los depósitos sedimentarios de jugos y mieles fermentadas, y el cual, hidrolizada por ácidos produce Manosa.
- Chitina
Esta sustancia, que estrictamente hablando no pertenece a las gomas, ha sido encontrada por Brawne en grandes cantidades en las espumas de las mieles de tanques de almacenamiento, la cual hidrolizada con ácido hidroclórico da un azúcar amina, la glucosa – amina.
El número y la clase de microorganismos encontrados en los jugos de la caña, depende en gran parte de la cantidad y naturaleza de las sustancias adheridas a la corteza de la caña, las , cuales a su vez infectan al jugo en el momento de la extracción. La simple filtración mecánica del jugo de caña recién extraído, elimina, según pruebas en promedio, aproximadamente el 75% de los microorganismos originalmente presentes.
Debido a que el jugo extraído se infecta rápidamente de microorganismos, los cuales causan una inversión rápida de la sacarosa se recomienda evitar exponerles a la acción de éstos el menor tiempo posible, y además mantener los equipos limpios de material en deterioro, como los molinos que tienen residuos de bagazo impregnados. Se sabe que el uso de vapor para la limpieza de los molinos reducen grandemente la proliferación de microorganismos, incluso se recomienda como práctica corriente el use de antisépticos o germicidas para los molinos en combinación con los lavados y la limpieza de los molinos.
La infección del jugo de cañas sanas, en el momento de su extracción, será sujeta a poca variación, sin embargo, el tipo de fermentación predominante, en distintos momentos, es la que varia considerablemente. Uno de los principales factores que determinan el curso de la fermentación espontánea del jugo de caña, es la temperatura a la cual está expuesto. Estudios han determinado que para temperaturas inferiores de 20°C parece predominar el tipo viscoso de fermentación con mayor frecuencia que de temperaturas entre 20 y 30°C.
Los limites de temperatura de los grupos mas importantes de bacterias productoras de gomas, que se encuentran en los jugos de cana son los siguientes:
Límites de Temperatura de las Principales Bacterias Productoras de Gomas
GRUPO
TEMPERATURA
mínima
óptima
máxima
Leuconostoc mesenteroides
11 – 14
30 – 35
40 – 43
Bacillus mesenteroides (levan)
15 – 22
37
45
Cuadro N° 1: Fuente: SPENCER, Guilfor; "Manual de Fabricación de Caña de Azúcar"
La fermentación viscosa esta asociada con una notable acción reductora, con el resultado de que los jugos fermentados presentan un aspecto blanquecino. Esta fermentación da origen a varios productos de oxidación, entre los cuales la manita es la más frecuente. Otra fermentación que se realiza es la celulósica, en cuyo curso la sacarosa se asimila por ciertas formas de bacterias, como el Bacterium xylinium, con formación de celulosa, este organismo forma grupos de vainas gelatinosas, y Brawne encontró que el producto de esta fermentación constaba de celulosa, y representaba aproximadamente el 7% de los azúcares totales fermentados.
Otros factores que determinan el tipo de fermentación que Los jugos de -caña experimentan son el pH de los jugos, y la' cantidad y clase de material contaminante que tiene acceso al jugo. El rendimiento óptimo de dextrana ocurre en el intervalo de pH de 7 a 8 . Las bajas temperaturas y el pH alto, de 8 favorecer; al Leuconostoc, mientras que para una acidez ligera (pH de 6.5) y una temperatura alta mas de 65°C SON LAS condiciones menos favorables para su crecimiento.
- Factores que afectan el número de microorganismos
- Definición de términos usados
- CAÑA DE AZÚCAR
La caña de azúcar es una hierba gigante que pertenece al género Saccharum:
Las amplias variaciones en el tamaño, el color y el aspecto son resultado de las diversas condiciones del terreno, del clima, de los métodos de cultivo y de la selección local.
Desde el punto de vista industrial, podemos considerarla como la materia prima que se somete a un complejo de operación, obteniéndose como resultado azúcar de caña.
Composición:
El jugo que se extrae durante la molienda, el guarapo constituye la verdadera materia prima para producir azúcar en la fábrica.
Es necesario reconocer la variabilidad de la composición del guarapo, tanto respecto a sus constituyentes minerales como a sus constituyentes orgánicos, ello es cierto aún en guarapos procedentes de una sola localidad.
Las diferencias de clima, en los terrenos, y de otros factores ambientales, hacen que exista una variación más amplia de los porcentajes de diferentes zonas de producción; sin embargo, estas variaciones son mas bien cuantitativas que cualitativas y todos los jugos contiene aproximadamente los mismos constituyentes pero en proporciones variables.
Composición de la caña de azúcar y los sólidos del guarapo.
Cuadro N° 2: Fuente: SPENCER, Guilfor; "Manual de fabricación de azúcar "
Los valores pueden variar de acuerdo a:
- La variedad de caña
- El tipo de suelo
- Los fertilizantes
- Sacarosa
- Condiciones climatológicas y otros
El azúcar (sacarosa, azúcar de caña, azúcar de remolacha), es un carbohidrato de formula general C12H22O11 ; Es un disacárido que consiste de dos compuestos monosacáridos: D- glucosa y D- fructosa con perdida de una molécula de agua.
Los componentes monosacáridos se condensan en grupos glicósidicos:
- El nombre químico exacto de la sacarosa es : α-D-glucopiranosii-ί-D-fructofuranósido.
- El peso molecular de la sacarosa es 342.296.
- La entropía normal (la entropía a 25°C y 760 mmHg de presión) de la sacarosa es de 86, 1 (86, 1 cal/0 absoluto por mol)
La sacarosa se encuentra también en los tallos, en las raíces y en los frutos.
En la savia de la. caña de azúcar se encuentra más de 17% de sacarosa, el mismo que en la savia de la remolacha.
Se caracteriza por desviar la luz polarizada hacia la derecha
Figura N° 1: Estructura De Una Molecula De Sacarosa
- DEXTRANA
Las dextranas Polisacáridos de cadena lineal formada por unidades de alfa D glucosa, unida por enlace alfa 1,6. No son verdaderos productos naturales, se descubrieron en la fabricación del azúcar al observar masas que obturaban los filtros. Se forman por fermentación de la sacarosa en presencia de bacterias, que tienen un contenido de encima específico: Leuconostoc mesenteroides. Esta rompe el enlace entre glucosa y fructosa de la sacarosa, uniéndose las unidades de glucosa, polimerizándola y dando dextranas. Las dextranas que se obtienen por fermentación de la sacarosa son de peso molecular mayor de 75000, 40000 y 10000.
La dextrana exhibe un poder rotatorio mucho mayor que la sacarosa.
Figura N° 2: Estructura De Una Dextrana
- REDUCTORES
Se llaman reductores a todos los monosacáridos que se encuentran, disueltos en el jugo de la caña. Se calcula como azúcar invertido. Anteriormente, se le conocía con el nombre de glucosa, como sinónimo de azúcares reductores. Tienen la propiedad de desviar la luz polarizada hacia la izquierda por le que se les llaman azúcar levógiros.
- POL
Por Pol se entiende todos los azúcares solubles existentes en el jugo de la caña que tienen la propiedad de desviar la luz polarizada hacia la derecha
(dextrógiro) y hacia la izquierda (levógiro).
Se entiende por "polarización", al procedimiento seguido y por "pol" al resultado obtenido.
- BRIX
A los sólidos disueltos que se encuentran en el jugo tales como: sacarosa, reductores y no azúcares se les conoce con el nombre de Brix y se expresa en porcentaje.
Se determina por medio de aerómetro (brixómetro), refractómetro y por desecación.
- JUGO PRIMARIO
El jugo primario es el jugo extraído por el primer molino, antes de comenzar la dilución por efecto de la inhibición. También se le conoce con el nombre de jugo crusher.
- JUGO MEZCLADO
Es el jugo absoluto mezclado con los jugos procedentes de los molinos y el agua de dilución.
- PUREZA
Es la relación en porcentaje que existe entre el pol contenido y los sólidos totales disueltos en el jugo.
Cuando los sólidos totales solubles se expresan en grados API, Brix, y/o en sólidos refractométricos o por desecación/ las purezas reciben los nombres de pureza aparente refractométrica y verdadera.
- INVERSIÓN
La sacarosa se hidroliza con facilidad en soluciones ácidas a velocidades que aumentan notablemente según el aumento de la temperatura y la disminución del pH, con liberación de los monosacáridos constituyentes, según la reacción:
a esta reacción hidrolítica se aplica generalmente el nombre de inversión, ya que produce un cambio de la actividad óptica dextrógira propia de la sacarosa a una actividad neta levógira, equivalente a [α] D20 – 39.70°, de los productos de la reacción. .
La invertasa es un catalizador orgánico que acelera la reacción de inversión de la sacarosa, desdoblándola por su acción hidrolítica, en otras formas de azúcares más simples, usados para la nutrición de los microorganismos, que de este modo encuentran medios favorables de crecimiento.
- LEUCONOSTOC MESENTEROIDES
Las especies de Leuconostoc, especialmente Leuconostoc mesenteroides se establece en el ingenio azucarero.
Esta especie particular de bacteria es capaz de crecer muy rápidamente en
las condiciones favorables que existen habitualmente en el jugo de caña antes del encalado y del calentamiento. Aunque el Leuconostoc produce en el jugo de caña grandes cantidades de dextrana, la cantidad de sacarosa hidrolizada en azúcar invertida y convertida en dextrana es varias veces mayor. La dextrana disuelta en el jugo ocasiona mayor valor en sacarosa aparente (pol) del que debiera obtenerse del, contenido de sacarosa.
Figura N° 3: Vista De Leuconostoc Mesenteroides
METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO
- MÉTODO EMPLEADO EN LA INVESTIGACIÓN
El método utilizado en el desarrollo de este proyecto de investigación es experimental porque se lleva el proceso a nivel de laboratorio para evaluar variables, productos, y operaciones que optimizan y certifican el desarrollo del proceso a nivel industrial.
- TIPO DE INVESTIGACIÓN
Es de carácter experimental
- DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
Para la contratación de la hipótesis se aplicó según comparaciones estadísticas el diseño con estimulo creciente, variación del diseño clásico pues la variable estimulo se aplicó en diferentes dosis, el grupo testigo no recibió estimulo.
- UNIVERSO O POBLACIÓN
Jugo de caña de la Empresa Agroindustrial Pucalá SA
- MUESTRA
Muestreo al azar
- VARIABLES DE ESTUDIO
- Variable Dependiente (Vd):
Pérdida de azúcar (Porcentaje de inversión de la sacarosa en el jugo de caña).
- Variable Independiente (Vi):
Tipo de Limpieza Factor A: Agua caliente.
Concentración del bactericida Factor B: con los niveles 5ppm 10 ppm, 15 ppm y 20 ppm.
- TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RELACIÓN DE DATOS
- Brix
En una probeta de 250 ml se dejo reposar para luego leer el Brix con el hidrómetro. A esta muestra se le toma la temperatura la cual sirve para hallar el Brix corregido mediante el uso de tablas.
- Lectura Polar
En un frasco se agrega 100 ml de muestra añadiéndole 3 gramos de sub acetato de plomo agitándolo durante 1 minuto.- Después de esto se filara y se procede a leer en el polarimetro.
Con la lectura obtenida y con el uso de tablas se determina el pol.
- Azúcares Reductores
En un frasco kohlrausch de 100 mi se colocó 25 mi de muestra filtrada, posteriormente se le agregó 4 ml de solución deplomadora EDTA, se afora con agua destilada, luego se agita por 1 o 2 minutos. Después se filtra.
En un matraz se agregan 5 ml de fehling A y 5 ml de fehling B. Con la solución filtrada y la solución anterior se aplica el método de Lane Eynon.
Con el gasto de la titulación y con las tablas se determina el porcentaje de azucares reductores.
- TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO DE ANÁLISIS DE DATOS
Los datos obtenidos se agruparon, procesaron y evaluaron mediante pruebas estadísticas:
Prueba F para varianzas
Comparaciones múltiples: pruebas de Tukey
- MATERIAL, EQUIPOS Y REACTIVOS EMPLEADOS.
Los materiales, equipos y reactivos empleados durante todos los análisis realizados son:
- Materiales
- Probeta de 25 ml
- Vaso de precipitación
- Pinzas
- Pipetas de 50 ml
- Brixómetros
- Termómetros
- Balón Kohlrausch
- Matraces
- Equipos
- Cocina eléctrica
- Polarímetro
- Reactivos
- Solución de Fehling A
- Solución de Fehling B
- Subacetato de Plomo
- Acetato de Plomo neutro
- Solución deplomadora
- Azul de metileno
- PREPARACIÓN DE REACTIVOS
- ACETATO DE PLOMO
Acetato de plomo es un polvo blanco certificado que se usa para clarificación de azúcar, jugos, jarabes en la determinación de sustancias reductoras y polarizacion.
- SOLUCIÓN DE AZUL DE METILENO
Pesar 1,0 gramos de azul de metileno y transferirlo a un frasco volumétrico de 100 cc.
Llenar el frasco hasta la mitad con agua destilada y disolver totalmente. Enrasar 'en la marcha con agua destilada y mezclar, se usa como indicador para análisis de sustancias reductoras.
- SOLUCIÓN DEPLOMADORA
Disolver 30 gramos de oxalato de potasio, K2C204 . H2O en cerca de 200 cc de agua destilada y en otro vaso disolver 70 gramos de fosfato de sodio dibásico, Na2HP04 12 H20 en aproximadamente 500 cc de agua destilada, colocar las dos soluciones en un frasco volumétrico de 1000 cc y completar el volumen a la marca con agua destilada; se usa Clarificación de muestras para
determinación de sustancias reductoras.
- SULFATO DE COBRE (Solución Fehling A)
Pesar 69,5 gramos de sulfato de cobre cristalizado, CuS04.5 H2O y transferir a un vaso volumétrico de 1000 cc. Llenar mas o menos a la mitad con agua destilada y mezclar hasta que todos los cristales estén disueltos. Completar el volumen a la marca con agua destilada y mezclar bien.
Estandarización
Pipetear 50 cc de una solución estándar de azúcar invertida dentro de un frasco volumétrico de 250 ce. Agregar 5 gotas de solución de fenolftaleina y
mientras se agita el frasco, agregar suavemente una solución diluida de hidróxido de sodio (0,1 N) hasta que aparezca una débil coloración rosada permanente completar el volumen a la marca y mezclar bien.
Pipetear 5 ce. de solución de tartrato de sodio y potasio a un frasco erlenmeyer de 250 cc. Pipetear exactamente 5,0 cc de solución de sulfato de cobre dentro del frasco y mezclar con un suave movimiento.
Usando una bureta agregar 24 cc de la solución de azúcar invertida y neutralizada como se preparó anteriormente y depositarla en el frasco erlenmeyer, el cual contiene la mezcla de las soluciones de sulfato de cobre y tartrato de sodio y potasio.
Colocar el frasco erlenmeyer sobre una hornilla eléctrica calentar hasta ebullición.
Continuar hirviendo exactamente dos minutos usando un cronómetro y luego agregar 5 gotas de solución indicadora de azul de metileno.
La solución mostrará un color azul preciso, sostener la bureta conteniendo la solución de azúcar invertida a 1 ó 2 cm del cuello del frasco mientras el contenido de él hierve vigorosamente, agregar la solución de azúcar invertida gota a gota hasta que el color azul desaparezca, mezclar la solución con un rápido movimiento rotatorio después de la adición de cada gota pero evitando que cese de hervir. Si la titulación requiere menos de 25, 64 cc de solución, significa que la solución de cobre está demasiado concentrado y que debe ser diluida con agua destilada, en todo caso, se podrá operar encontrando el factor que corresponda a la solución, el cual debe ser anotado para futuras determinaciones, esto es multiplicando el gasto por el factor encontrado; se usa para la determinación de sustancias reductoras.
- TARTRATO DE SODIO Y POTASIO (Solución Fehiing B)
Pesar 346 gramos de tartrato de sodio y potasio KNaC4H4O6 4H2O y colocarlos en un vaso de 500 cc, agregar aproximadamente 100 gramos de NaOH en 250 cc de agua destilada hasta disolución total.
Transferir las dos soluciones a un frasco volumétrico de 1000 cc cuidando de
lavar bien los dos vasos con agua destilada.
Mezclar ambas soluciones, enfriar a temperatura ambiente y aforar a la marca con agua destilada, se usa determinación de sustancias reductoras.
- PROCEDIMIENTOS ANALÍTICOS
- AZUCARES REDUCTORES
- Método de Lane Eynon
- Aparatos
- Bureta
- cocina eléctrica
- Pipeta
- Pipeta de 10 cc para transferir
- las soluciones fehling.
- Matraz
- Frasco volumétrico Kohlrausch de 100 cc
- Reactivos
- Solución azul de metileno al 1%.
- Solución de acetato de plomo neutro.
- Solución deptomadora (precipitante del exceso de plomo soluble)
- Solución Fehling "A".
- Solución Fenling "B".
- Aplicaciones de método
El método volumétrico de Lane Eynon para la determinación de azúcares reductores, es aplicable a todos los jugos de caña, incluyendo aquellos de caña de campos de los molinos, jugo clarificado y también para jarabe diluido. La única condición que se requiere es que la dilución a que previamente se deje someter el jugo para su análisis por el método estándar, sea hecha en tal proporción, que su consumo, al titularlo contra 10 cc de liquido Fehling (5 cc. De solución "A" mas 5 cc de solución "B")
está comprendido entre 15 y 50 cc. Por lo general, en la práctica, soluciones de un volumen de jugo y 2 0 3 volúmenes de agua, darán al titular consumos comprendidos dentro de los limites indicados.
- Procedimiento
En realidad el método implica efectuar dos determinaciones sucesivas de azúcares reductores en cada muestra de jugo. La primera determinación podríamos llamarla de tanteo y se realiza con el jugo puro, sin dilución.
Es un método rápido que da sólo resultados aproximados.
Sin embargo, apañe de que da la pauta para el método estándar el método rápido se le considera, en ciertos casos de suficiente exactitud para fines prácticos, como en el análisis de ciertos jugos en los que no se requiere mayor precisión; por ejemplo en jugos de caña de campo.
- Método Estándar
Se requiere que el consumo final de la titulación sea de 1-50 cc del jugo preparado, ya que éstos son los limites de la tabla, que se usará para el cálculo del azúcar reductor %.
Preparación y Clarificación del Jugo
- Determinar porcentaje de Brix y Pol en una porción separada de una muestra.
- Pipetear 50 cc del jugo en un frasco Kohlrausch de 100 cc.
- Añadir 1 a 1,5 cc de solución de acetato de plomo y mezclar.
- Añadir 10 cc de solución "deplomadora"(EDTA) y mezclar otra vez.
- Completar el volumen con agua.
- Agitar bien y proceder a titular.
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