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Jesus Larrahondo ATACORI 2017 0111134322
Jesus Larrahondo ATACORI 2017 0111134322
Jesus Larrahondo ATACORI 2017 0111134322
de azúcar y determinación de la
sacarosa en el proceso azucarero
Características: alta tasa
Planta tipo C‐4 de fotosíntesis y alta
producción de biomasa
Familia: Gramineae
Principales componentes de la
caña de azúcar
Sacarosa (S)
(POL)
PC: 13%
PJ: 15.3%
Sólidos solubles
Jugo (J): 85% (Brix) Otros (no pol) (N)
BC: 15, BJ: 17,6
Caña NC: 2%
NJ: 2.3%
Fibra (F): 15%
Materiales coloreados
Polisacáridos
Azúcares Reductores (AR)
Impurezas
Constituyentes de los jugos
Azúcares Sencillos: Glucosa,
fructosa
• Disacáridos: Sacarosa
• Oligosacáridos • Sales de potasio, fosfato,
• Polisacáridos silica, calcio, magnesio,
• Colorantes (fenoles, hierro, etc.
flavonoides, etc.)
• Aminoácidos, proteínas,
• Ácidos orgánicos
ORGÁNICOS INORGÁNICOS
Azúcares sencillos
(azúcares invertidos o reductores)
Son monosacáridos como por ejemplo glucosa y fructosa
G OH F OH
O
O
OH
Glucosa
Fructosa
Disacáridos
Son azúcares que se forman a partir de dos monosacáridos,
por ejemplo sacarosa
G OH F OH G O F
sacarosa
Acumulación de sacarosa
un proceso simple?
R1
Sacarosa Hexosa Azúcar
R2
Hexosas
Respiración
Fuente: SASRI. Sudáfrica. 2005
10%
Polímeros 32% Sacarosa
Hexosas 21%
/ proteínas
T. Joven
30 %
Sacarosa
Otros
Triosas compuestos
Distribución del carbono
15 %
en la caña de azúcar
Otros
compuestos Fuente: SASRI. Sudáfrica, 2005
Polisacáridos de la caña
ISP
(Indigenous Sugarcane Polysaccharide) – arabinogalactanos +
xylomannanos – constituyente normal de la caña
Almidón
Constituyente normal de la caña
Glucana
Constituyente normal de la caña
Dextrana
Producto microbial; indica degradación de azúcar
Compuestos fenólicos
(Precursores del color)
Forman colorantes de origen enzimático y
no‐enzimático (browning pigments)
azucarera
Reacciones de la condensación de fenol‐aldehído
Reacciones fenoles‐aminas
Reacción con hierro y cobre que forman
complejos colorados
Reticulación de polisacáridos
Naturaleza y concentración de los aminoácidos en
jugos de caña de azúcar
Compuesto Libre % Materia seca
Asparagina 0.71
Glutamina 0.19
Aspártico 0.11 0.06
Amidas
Glutámico 0.05 0.08
Alanina 0.06 0.05
Valina 0.03 0.03
Azúcares Reductores
+ 66,53 + 52,70 ‐90,40
Dextrana (+)
(?)
POL
Relación: Pol / sacarosa = P/S
• En soluciones puras = 1.0
• En jugos mixtos = 0.98 – 1.00
• En mieles = 0.80 – 0.97
• Esto ilustra la dificultad para interpretar un balance de pol en la fábrica
Pol derivado (Pold)
Concepto de Morel du Boil y Schäffler
• Donde: % S, % G, % F son las concentraciones en: masa/100 masa
(material) de sacarosa, glucosa y fructosa
20 = 52.5 + 0.0188 % G + 0.00517 % G2
DG
Si se conocen las concentraciones de sacarosa, glucosa y fructosa
es posible estimar Pold
Buena relación y acuerdo entre Pol y Pold
• Sugiere que las mayores sustancias ópticamente activas: son sacarosa,
glucosa y fructosa.
• Pol > pold Sugiere presencia de otras sustancias dextro‐rotatorias tales
como dextranas.
Concentración de la
sacarosa
Temperatura
Factores que afectan la
rotación específica
Concentración de impurezas
ópticamente activas
Concentración
de sales
Efecto de la concentración de sacarosa
• La rotación específica (20) de la sacarosa se incrementa en soluciones de
D
5% al 15% y luego disminuye.
Efecto de la concentración en una rotación específica de sacarosa
69.9
66.5
66.4
20
D
66.3
66.2
66.1
0 10 20 30 40 50
66.0
% sacarosa
Corrección por temperatura para soluciones puras de sacarosa
P20 = P΄1 + 0.0003 (t‐20)]
Donde: P20 = Valor corregido
P΄= Valor observado
Corrección por temperatura para otras soluciones de sacarosa
(azúcares crudos)
P20 = P΄+ 0.0015 (P΄‐80) (t‐20)
Efecto de sustancias
ópticamente activas y sales
Almidones 100 mg/L incremento
Pol 0.06 (%)
ATR 0.14 kg / t caña
Dextranas 100 mg/L incremento
Pol 0.07 (%)
ATR 0.36 kg / t caña
Análisis de Caña
Brix, Pol, ARJ Brix, Pol,
ARTJ, pH, Cálculos Humedad,
Acidez ARC, ART
Fibra % caña
ATR (PCTS)
Ecuación general para el cálculo del
ARE (Rendimiento en fábrica)
Donde:
S Sacarosa % caña
N No sacarosa % caña
F Fibra % caña
Factores que afectan la determinación de sacarosa o
del azúcar recuperable
La recuperación final de azúcar (ARE) se basa en:
Contenido de sacarosa (Sac % caña, Sc)
Contenido de fibra (Fibra % caña, Fc)
Retención de sacarosa en el bagazo
Desfibrado
Prensado
(Prensa Hidráulica)
Obtención de un jugo primario
Peso y lavado
Tablas de Schmitz
Fibra % caña
(Método directo) (Fc) Pol (%) del jugo (Sj)
Determinación del Pol % caña,
Brix % caña y CCS (Método Australiano)
• Brix % caña (Bc) = Bj x
• Pol % caña (Sc) = Sj x
CCS = Sc – 0.5 x Nc
Desventajas del método basado en jugos primarios
El brix, la pureza y la sacarosa No se tiene en cuenta el efecto de la
del jugo depende del fibra y en otros no se determina y se
porcentaje de jugo extraído asume un valor constante (promedio)
(presión aplicada) para un determinado período
Evaluación de la calidad tecnológica de la
caña de azúcar
Método de Prensa
Fuente: Antonio Carlos Fernandes
acf.conaf@gmail.com
Método de Prensa Caña desintegrada
Tanimoto (1956)
Extracción de jugo Prensa
Peso (PBU)
Secado Jugo extraído
Clarificación
Peso (PBS)
Lectura Sacarimétrica
sacarimétrica
Fibra % Caña
Métodos
Sistema Tanimoto
• Fibra calculada en función del brix, PBU y PBS
Sistema PCTS
• Fibra estimada utilizando la regresión lineal de
acuerdo con la PBU
Datos Método Prensa
Sistema Tanimoto
• PBU = Peso de bagazo húmedo (g)
• PBS = Peso de bagazo seco (g)
• BJ = Brix de jugo extraído
• SJ = Pol de jugo extraído
Fibra % Caña (FC)
m = caña prensada (g)
PBU = peso de bagazo húmedo (g) ∗ ∗
PBS = peso de bagazo seco (g) FC =
, ∗ ∗
BJ = brix de jugo extraído
m = 500 g
∗ ∗
FC =
∗
Pol Caña (PC)
JA = jugo absoluto
SJA = pol jugo absoluto SJA 100 g de JA
SJ = pol jugo extraído PC (100 – FC)
FC = fibra % caña
(100 – FC)= jugo absoluto % caña PC = SJA * (1 – 0,01 * FC)
PC = SJ * (1 – 0,01 * FC) *c
Sistema Consecana – JP c = (1,0313 – 0,00575 * FC)
Resumen
FC = fibra % caña
SJ = pol % jugo
PC = pol caña
ARJ = azúcares reductores % jugo
ARC = azúcares reductores % caña
ARTJ = azúcares reductores % jugo
ART = azúcares reductores totales % caña
ART = PC / 0,95 + ARC
¿Cómo mejorar la confiabilidad de los resultados de PC y ARC?
Muestreo
• Sonda horizontal u oblicua: muestra el máximo posible de carga
• Molienda: solo para “índice de preparación”
Análisis de caña
• Utilizar método de la prensa (sonda de muestreo)
• Método de digestor para la caña preparada (IP) y bagazo
Determinaciones paralelas opcionales
• Secar el residuo de la prensa
• Calcular método fibra Tanimoto
• Comparar muestra de jugo por AR (Lane y Eynon)
Evaluación de la calidad tecnológica de la
caña de azúcar
Método ICUMSA
Caña
Caña + agua
Humedad
Extracto
Determinaciones
analíticas
Base del análisis directo (DAC)
Aproximación para el cálculo del rendimiento teórico vía el método Sudafricano
(Van ‐ Hengel)
Sacarosa Sacarosa
Sacarosa menos
pérdida en pérdida en
menos
fibra mieles
aS ‐ cF ‐ bN = ARE
Fuente: Antonio Carlos Fernandes
acf.conaf@gmail.com
Digestión vs. Prensa
Digestión: Ventajas Digestión: Desventajas
Menor inicial más bajo Lento → Menor representación
Depende del grado de la muestra Dilución de muestra → más errores
de preparación de lecturas
Resultados sin el uso de factores Mayor costo operacional por muestra
EL método prensa requiere determinar el
factor C para determinar el Pol % Caña
Factor C Nicaragua
Pol CAÑA= 0.971 P1 ‐ 0.00107 P2
= 0.971(Pol Jugo) (Jugo absoluto) ‐ 0.00107 (Pol Jugo) (Jugo absoluto) Fibra
= (Pol Jugo) (Jugo absoluto) (0.971 ‐ 0.00107* Fibra) R2= 0.981
Factor C
BRIX CAÑA= 0.972 P1 + 0.00112P2
= 0.972 (Brix Jugo) (Jugo absoluto) + 0.00112 (Brix Jugo) (Jugo absoluto) Fibra
= (Brix Jugo) (Jugo absoluto) (0.972+ 0.00112* Fibra) R2= 0.974
Factor C
Cálculo de sac % caña (Sc)
Sc = Sj x (1‐0.01 F) x C
Donde C = 0.9325 – 0.000485 x F
F = Fibra % caña
Sj = Sac % jugo del primer molino
Resultados de un Ingenio Colombiano
(DAC vía seca. Determinación del factor C)
Sc = Sj x (1‐0.01 F) x C
Donde C = 1.1409 – 0.0102 x F
C (Promedio) = 0.964
R2 = 0.995
Ecuación general para el cálculo del
ARE en el Valle del Cauca
Donde:
S Sacarosa % caña
N No sacarosa % caña
F Fibra % caña
Revisión General
La calidad de la caña y sus
efectos en la eficiencia y
procesamiento fabril
Algunos indicadores o parámetros de mayor aplicación
Tradicional Menos comunes
Tiempo entre corte y
Pol, pureza, fibra, molienda, contenido
Azúcares reductores, de materia extraña,
ARE contenidos de
no ‐ sacarosas
Pérdidas entre cosecha y molienda
RUTA DE LA SACAROSA
Químico
13 %
Bioquimico / Inversión
25 %
Microbiológico
62 %
Principales factores que afectan la calidad y contenido de
sacarosa, después del corte o cosecha
Grado de quema (Reducción
Altura de corte aprox. 3% de la sacarosa
% caña)
Contenido de materia
Tiempo entre quema, corte,
extraña (Reducción
alce y molienda (promedio
promedia de 0.14 (%)
de 0.02 unidades por hora)
de sacarosa por unidad
Efecto Quema
• Pérdidas promedias: 3% de la sacarosa % caña
• Ej: 0.45 unidades para sacarosa % caña de 15%
Pérdidas bioquímicas
C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6
Sacarosa Glucosa + Fructosa
Facilitado por la acción de las invertasas endógenas de la caña de azúcar
pH optimo 4.8‐5.2 (Invertasa ácida); 7.0 (invertasa Neutra)
Bajo condición normal, la actividad de la invertasa ácida aumenta
rápidamente después de 72 horas de almacenaje
Principales microorganismos involucrados
en las pérdidas de sacarosa
Bacterias Levaduras
Lactobacillus spp. Saccharomyces cerevisiae
Pseudomonas spp. Candida spp.
Micrococcus Pichia
Bacillus spp. Hansenula
Acetobacter Rhodotorula
Enterobacterias
Dextranas en jugos de caña a las 24 horas
(Fuente: Cenicaña)
Variedad CC 85‐92
Corte Manual Verde (VE), Quemada (QE)
Corte Mecánico Verde (TV), Quemada (TQ)
Las mediciones de etanol en jugos como indicador
de deterioro y pérdidas de sacarosa
1000 ppm (base brix) de etanol ≈ Pérdidas de sacarosa: 1 ‐ 3%
Impacto general de la materia extraña (%)
M. Extraña Sac % caña A.R.E % Fibra % caña
0 14.60 13 17
1 ‐ 0.14 ‐ 0.2 0.5
5 ‐ 0.70 ‐ 1.0 2.5
10 ‐1.40 ‐2.0 5.0
1 % de materia extraña (mezcla) = 1.5% pérdida ARE
Efectos de la materia extraña (Experiencias Sudáfrica)
Adiciona 0.22 ‐ 0.28
1% de cogollos o unidades de cenizas
materia extraña en la caña
Afecta la relación
Reduce la pureza del
AR / Cenizas
jugo en 0.35%
1% de cogollos y
Incrementa los AR en 1%
materia extraña
Incrementa el color
1 ‐ 4%
Reduciendo los cogollos Reduciendo el contenido
Disminuyendo 1% de
y materia extraña en de cogollos y materia
materia extraña
caña en 3% extraña en un 3%
Incrementa la capacidad
Se incrementa la
de molienda en 9%, con Reduce los costos de
recuperación de sacarosa
la misma capacidad transporte en un 3%
en 0.3%
instalada
La recuperación
El color de los jugos se disminuye en 6% con la
incrementa 50 – 100% materia extraña (hojas
con materia extraña y cogollos)
(hojas) y cogollos
Cinética del deterioro
‐ d[S] = K [S]
dt
Lo cual mediante integración se transformaría en la
ecuación: St = So e ‐kt
G O F G + F
Sacarosa (S) Azúcares reductores
Constantes de hidrólisis (k) y pérdidas de sacarosa por hora de
apilamiento de la caña en el campo ‐ Temperatura 25 – 30 °C
Variedad k Pérdidas de sacarosa % Disminución en sac % 1
sacarosa en caña por hora caña por hora
MZC 74 ‐ 275 0.0014 0.14 0.023
V7151 0.0010 0.10 0.014
CC 87 – 434 0.0010 0.10 0.015
PR 61‐632 2 0.0014 0.14 0.015
CC 85 ‐ 92 0.00089 0.089 0.014
CC 85 ‐ 68 0.00093 0.09 0.013
CC 91 ‐ 1999 0.0008 0.08 0.011
CC 84 ‐ 75 0.0008 0.08 0.011
CC 93 ‐ 3895 0.0008 0.08 0.014
CC 93 ‐ 38952 0.00072 0.07 0.011
CC 92 ‐ 2804 0.0013 0.13 0.020
Promedio 0.0010 0.10 0.015
1 Reducción estimada en unidades de sacarosa % caña / hora
2 Variedad evaluada después de quema
Impacto del tiempo de permanencia
(Ref. Cenicaña)
Pérdidas Sac / Hora Tiempo Permanencia
Tiempo de permanencia:
Desde el corte
Hasta el Molino
Variaciones de la sacarosa % caña (S) durante 72 horas
Variedad CC 85‐92
S = 15.0 ‐ 0.020 x t (h)
Corte R2 0.99
VE
Manual QE S = 14.2 ‐ 0.040 x t (h)
R2 0.76
S = 14.1 ‐ 0.060 x t (h)
Corte R2 0.75
TV
Mecánico TQ S = 14.3 ‐ 0.060 x t (|h)
R2 0.85
Dextranas en jugos de caña
a las 24 horas
1600
1400
1200
Dextranas (mg/L)
1000
800
600
400
200
0
VE QE TV TQ
Tratamiento
Corte Manual Verde (VE), Quemada (QE)
Corte Mecánico Verde (TV), Quemada (TQ)
Variedad CC 85‐92
Relaciones encontradas
Donde:
ME = materia extraña
T = tiempo de permanencia
Se = Sacarosa (%) caña entregada en ingenio Pérdidas x ME y Pérdidas Entregado
Sc = Sacarosa(%) caña en campo Tiempo permanencia Totales
ME = materia extraña Corte manual M. Ext = 3%
Se = 13,4%
T = tiempo de permanencia ‐ 0,4 -1,6
- 1,1
T. P. 35 h
Quema ,
‐ 0,7
14,5 %
M. Ext = 3%
-0,5
‐ 0,4 -1,4 Se = 13,6 %
Corte mecánico - 0,9
T. P. 8 h
Campo ,
‐ 0,5
Sc = 15% M. Ext = 5%
Corte manual ‐ 0,7 -1,4
- 1,4 Se = 13,6 %
T. P. 35 h
,
‐ 0,7
15 % M. Ext = 10%
No quema ‐ 1,4 -1,9
-1,9 Se = 13,1 %
Corte mecánico T. P. 8 h
‐ 0,5
0,5
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