CONTROL DE CALIDAD EN AGROINDUSTRIAS DEL NOA

Compendio estructurado de las clases dictadas para la carrera de Ingeniería Química

Cátedra: QUIMICA ANALITICA II

Profesor Adjunto: Profesor Adjunto: Profesor Adjunto:

Dr. Ing. Qco. Alejandro Raúl ALVAREZ Ing. Qco. Sergio Luis JORRAT Ing. Qco. Julio César AGUIRRE

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE PROCESOS Y GESTION INDUSTRIAL - FAC. DE CIENCIAS EXACTA Y TEC. - UNT

Versión 2.017

2

T E M A R I O Página Parte I: "Control de calidad en la Industria azucarera" -

Descripción del proceso de elaboración de azúcar blanco directo Extracción Clarificación Evaporación Cocimiento y Cristalización Fabricación de azúcar refinado Cristalización: fundamentos teóricos Determinación de sólidos totales Polarimetría en el análisis azucarero Sacarosa por doble polarización Azucares reductores Color en azúcar Control de calidad de azúcar (técnicas) Control de calidad de melaza

4 5 8 17 18 22 25 30 35 39 41 42 44 49

Parte II: "Control de calidad en la industria cítrica"

-

Industrialización del limón Sistema de extracción FMC Sistema de extracción Brown Línea de jugo Línea de aceite esencial Línea de cáscara Control de calidad de jugo de limón Control de calidad de aceite esencial

60 63 65 66 71 77 78 84

Parte III: “Control de calidad de alcohol” -

Preparación del mosto Fermentación Destilación Deshidratación Tratamiento de efluentes Control de calidad de alcohol Buen Gusto

86 87 90 91 92 94

Parte IV: “Análisis proximal de Alimentos” - Etiquetado, análisis proximal - Técnicas analíticas - Cálculo energético

97 98 99

Bibliografia

101

3

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR BLANCO DIRECTO

Puede dividirse el proceso en las siguientes etapas:

1- Preparación de la caña: que comprende el pesaje, lavado y troceado 2- Molienda. 3- Clarificación del jugo. 4- Evaporación. 5- Clarificación del melado. 6- Cocimiento 7- Cristalización 8- Centrifugado. 9- Secado.

PREPARACION DE LA CAÑA 4

PESAJE La caña llega al ingenio en camiones y dentro de los mismos se efectúa el pesaje mediante basculas de plataforma, y de allí se dirige al lugar de descarga.

DESCARGA Y LAVADO La descarga se efectúa en forma mecánica. La caña cae sobre cintas alimentadoras y de ahí pasa a las conductoras. En esta se encuentran los equipos de limpieza y a medida que la caña va avanzando es lavada con agua (“mesas lavadoras”).

TROCEADO Inmediatamente ante de la primera extracción de jugo la caña es troceada mediante cuchillas rotativas. Se trata que la caña quede en trozos lo mas pequeño posible, aún hasta desmenuzarse, ya que esto facilita las etapas posteriores. En ese momento ya esta lista la caña para su primera extracción.

EXTRACCIÓN o MOLIENDA La primera extracción se efectúa mediante dos rodillos superpuesto, que giran, uno en dirección opuesta al otro. Este equipo se llama desfibrador. La caña pasa a través de una pequeña abertura entre los rodillos mencionados y así se obtiene el jugo llamado de primera 5

extracción, o jugo primario. Este jugo es el mas rico en azúcar por que proviene de la parte medular de la caña debido a la presión ejercida sobre la caña troceada, rompe la célula de la medula y deja salir el jugo. Dicho jugo se escurre por las ranuras de los molinos y cae en una batea ubicada debajo de los molinos, a lo largo del trapiche. Tiene un brix de 18-19 y una pol de 15, con una pureza del orden del 80%. Después de esta primera extracción la caña continua su trayectoria trasportada mecánicamente hacia los molinos siguientes, o primer molino, que consta de tres cilindros dispuestos de la siguiente forma: los dos inferiores están al mismo nivel mientras que el tercero está ubicado sobre los otros, guardando una distancia conveniente entre si. Los dos cilindros inferiores giran en el mismo sentido mientras que el otro rota en sentido contrario. El primer cilindro inferior se denomina “cañero” ya que introduce la caña al molino, mientras que el segundo se llama “bagacero”, ya que extrae el bagazo.

El jugo se vierte en la batea y la caña pasa al molino siguiente, y así sucesivamente hasta que la caña es despojada de todo o casi todo el jugo que contiene, quedando con residuos solamente la parte fibrosa de la misma, llamada bagazo; este se usa generalmente como combustible y en la fabricación de papel. El jugo resultante de la mezcla del jugo primario con el proveniente de los molinos posteriores, se llama “jugo mixto”. En el último molino se agrega el agua de imbibición, para mejorar la extracción de azúcar. En 6

los molinos anteriores se agrega el jugo de la etapa anterior como agua de imbibición. La proporción de agua de imbibición respecto a la cantidad de caña que ingresa al trapiche es una variable a optimizar, ya que el valor óptimo dependerá fundamentalmente de la relación de precios entre el azúcar y el combustible, que empleo en las calderas, puesto que al aumentar la cantidad de agua mejora la extracción de azúcar, disminuyendo las pérdidas con el bagazo, pero aumenta la demanda de vapor en el evaporador múltiple efecto, ya que el brix del jugo mixto de entrada disminuirá conforme aumenta la proporción de agua de imbibición.

El bagazo se envía a un equipo denominado “desmedulador”, que permite separar la fibra, que se emplea para la fabricación de papel, de la médula, que se utilizará en la caldera como combustible. El vapor vivo generado se emplea en la turbina para generar energía eléctrica, y el vapor de descarga de las turbinas se emplea para calefacción en los evaporadores y cocedores.

7

El jugo extraído de las diferentes etapas del proceso, y depositado en la batea, se dirige en forma continua, impulsado por bombas, hacia la balanza de jugos donde se controla su peso. Una vez pesado se lo somete a una completa eliminación de impureza.

CLARIFICACIÓN El jugo extraído es ácido y turbio por lo que se requiere eliminar impurezas y neutralizar la acidez natural del jugo, para evitar la inversión del mismo durante el proceso de evaporación. Para esto, el jugo ya pesado inicia este proceso pasando por dos etapas: 1- sulfitado 2- encalado Sulfitado 8

Mediante hornos especiales se quema azufre, el gas resultante asciende por una torre y se mezcla con el jugo que baja, lográndose de tal manera un complejo e íntimo contacto entre ambas fases. La adición del gas sulfuroso se hace con el fin de emplear el poder antiséptico y decolorante de SO2. La acción decolorante y antiséptica del anhídrido sulfuroso es ampliamente empleada en diversas industrias (vitivinícola, de jugos de frutas, etc.). Se basa en su capacidad reductora, que disminuye el rH del medio: •

SO2 + H20

HSO3- + H+

EL ácido sulfuroso formado disminuye el pH del jugo desde 5.5 a 3 en forma paulatina , y al ir descendiendo el pH se pasa por el punto isoeléctrico de diferentes proteínas, que disminuyen su solubilidad y precipitan. El proceso de sulfitado está directamente relacionado con el color del azúcar que se obtiene finalmente en los cristalizadores. De no realizarse este proceso, no se obtiene azúcar blanco, sino cristales de color beige. Para analizar la acción del sulfito, que tiene diversas aplicaciones en Tecnología de Alimentos, analizaremos el proceso de desarrollo de color durante el calentamiento de soluciones azucaradas, comúnmente denominado “pardeamiento”.

Pardeamiento En tecnología de alimentos, aparecen dos tipos de procesos de desarrollo de color o oscurecimiento de los alimentos: 1- Pardeamiento no enzimático o reacción de Maillard. 2- Pardeamiento enzimático. El proceso que tiene lugar durante el calentamiento y la concentración de jugo de caña de azúcar es el pardeamiento no enzimático, conocido también como reacción de Maillard, puesto que este químico francés fue el primero en aclarar el mecanismo de esta reacción. El pardeamiento enzimático se produce en la concentración de jugos de frutas, y en el procesamiento de frutas y hortalizas para su conservación. Lo analizaremos durante la descripción de la industria cítrica.

Pardeamiento no enzimático o reacción de Maillard •

El pardeamiento no enzimático es un conjunto de reacciones muy complejas, que conduce a la formación de pigmentos pardos o negros, así como a modificaciones (favorables o no) del olor y del sabor.

•

El pardeamiento no enzimático también se llama Reacción de Maillard, caramelización o formación de melanoidinas. 9

•

El pardeamiento no enzimático se presenta durante las operaciones de cocción, concentración, pasteurización y deshidratación.

•

En general conduce a un oscurecimiento y degradación de propiedades nutritivas, aunque en algunos casos produce alteraciones favorables (como en la fabricación del dulce de leche, en el tostado del café, en el malteado de la cebada para cerveza, en el tostado de la corteza del pan, etc).

Las reacción que origina los polímeros coloreados se produce entre un azúcar reductor y el grupo amino de las proteínas.

Las glicosilamina y la base de shift generadas son altamente inestables, y tienden a polimerizarse originando productos coloreados por:.

10

Indicadores del pardeamiento Una de las moléculas que se originan durante el calentamiento de los azúcares, y que sirve como indicador de la degradación que se está produciendo en el alimento, es la formación de hidroximetilfurfural, comúnmente llamado HMF, y que se origina a partir de la deshidratación de la fructosa.

Efecto del sulfito sobre el pardeamiento no enzimático. La acción del sulfito en el bloqueo de la reacción de Maillard, puede explicarse a partir de la reacción del mismo con el grupo carbonilo de los azúcares, con el doble enlace C=N de las bases de shift, o con los dobles enlaces C=C, e impide así la reacción del grupo carbonilo de los azúcares con el grupo amino de las proteínas del jugo de caña de azúcar.

11

Así podemos ver como la cinética de la reacción de pardeamiento presenta un mayor período de inducción en presencia del sulfito, y por lo tanto, se reduce la intensidad de color generado en el calentamiento de las soluciones azucaradas.

Como vimos que el grupo carbonilo libre de los azúcares es el principal sustrato de la reacción de Maillard, debe cuidarse especialmente el contenido de azúcares reductores del jugo de caña. Se conoce que en el proceso de maduración de la planta, el vegetal sintetiza la sacarosa a partir de glucosa y fructosa, de modo que, si se muele caña no madura, aumentará la concentración de reductores en el jugo, y por lo tanto, se desarrollará mas el pardeamiento no enzimático y se generará mayor color en el azúcar final. También en la caña afectada por heladas meteorológicas o estacionada mucho tiempo en el campo o en el canchón del ingenio, aumenta el contenido de azúcares reductores (ARD), y por lo tanto, afectará la calidad del 12

azúcar final. En caña madura y en buen estado, el contenido de ARD está en el orden del 0.5%, y este valor puede aumentar por heladas o estacionamiento a valores superiores al 1%. En la miel final, o melaza, el contenido de ARD alcanza el 10% p/p, debido a que la mayor parte de la sacarosa ya cristalizó, y esto explicaría su coloración oscura. Encalado El jugo sulfitado cae a unos tanques cilíndricos llamados encaladores. Este paso consiste en agregar al jugo una lechada de cal hasta alcanzar un pH igual a 7, cuya finalidad principal es neutralizar el jugo para evitar su inversión en glucosa y fructosa, e insolubilizar las sales de calcio disueltas en el jugo para permitir su precipitación y así poder separarlas mediante sedimentación y filtración al vacío. •

H2SO3 + Ca(OH)2

CaSO3 + 2H2O

Mediante un bomba, se envía el jugo sulfitado y encalado por intercambiador de calor de tubos, en donde se eleva su temperatura hasta 105º C, para reducir la solubilidad de las sales de calcio y dar lugar a que la precipitación sea completa y simultáneamente eliminar bacterias y hongos que puedan acompañar al jugo causando perjuicio en etapas posteriores (existen bacterias como el leuconostoc que fermentan el azúcar y generan gomas o polímeros de alto peso molecular que luego taponan cañerías y aumentan la viscosidad de las masas cocidas afectando la operación de cristalización).

Luego de este calentamiento, el jugo pasa a unos tanques o depósitos cilíndricos con instalación especial para favorecer la sedimentación de los sólidos formados por la reacción del sulfito con el calcio, llamados decantadores o sedimentadores. El sulfito de calcio forma un precipitado floculento que “adsorbe” impurezas sobre su superficie, ayudando al proceso 13

de clarificación. También se agregan “polielectrolitos” o floculantes para favorecer este proceso.

El jugo clarificado sale por la parte superior del sedimentador para continuar su proceso, en forma constante, por unos niveles regulables. Las impurezas fangosas que se depositaron en el fondo se bombean hacia unos depósitos. Este material se llama cachaza y ante de ser desechado sufre un proceso de filtración para despojarlo de todo el resto del jugo posible. Este paso se realiza mediante unos filtros rotativos que succionan el jugo contenido y generan un residuo denominado cachaza. El residuo final es un efluente sólido del proceso de fabricación de azúcar y puede ser utilizado como abono para el suelo o como forraje para ganado ya que tiene aceptación debido a su sabor dulce. Tradicionalmente en los ingenios esta filtración se realiza con filtros rotativos al vacío llamados “filtros Olliver”, como se esquematiza en las dos figuras de abajo. El jugo filtrado se recicla al encalador de jugo. Para formar la capa filtrante en la superficie del tambor rotatorio puede agregarse bagacillo. El filtro posee una etapa de lavado de la torta filtrante, para extraerle toda el azúcar, y luego finalmente la capa de impurezas es removida del tambor mecánicamente, como puede observarse en el esquema inferior de la página siguiente. El jugo descarga de la zona de vacío a través de una pierna barométrica.

14

15

En el siguiente esquema puede visualizarse mejor la sectorización de zonas del tambor rotatorio: formación de la torta filtrante, lavado de la torta, secado y separación de los sólidos.

En la actualidad los filtros de cinta o al vacío están desplazando al filtro Olliver, ya que son más compactos y ocupan menos espacio.

16

Evaporación El jugo limpio de los decantadores tiene aproximada mente un 83% de agua, o sea un 17% de sólidos, por lo que se somete el jugo a una evaporación. Esta evaporación se realiza a presión descendente, por debajo de la presión atmosférica, es decir “al vació”. Se emplea evaporadores múltiple efecto, con cuatro o cinco efectos, y se llama de cuádruple o quíntuple efecto. El vapor producido en el primero (llamado vapor vegetal) se aprovecha del segundo, y así sucesivamente. El vacío se genera por la condensación brusca del vapor producido en el efecto final, por contacto con agua (condensador barométrico). El agua producida por la condensación se descarga por una pierna barométrica (de 10.33 metros de agua). El aire y los incondensables se extraen de los condensadores mediante una bomba de vacío.

•

Los evaporadores utilizados son los llamados “evaporadores de calandria”, que consta de un cuerpo vertical cilíndrico, cuya parte inferior tiene un fondo cónico. Sobre el fondo está la calandria, que es de forma cilíndrica, con placas para tubos en su parte superior e inferior, y un tubo central grande, y de 1,20 de altura.

•

Encima de la calandria va el espacio para la evaporación con una altura de 3m apróx. Arriba de este espacio viene el domo o cubierta superior, a la cual se fija un separador, cuyo fin es atrapar las gotas de jugo que puedan ser arrastradas por el vapor. 17

•

El jugo circula por los tubos, y el vapor por la camisa exterior, ya que se producen incrustaciones en el interior de los tubos, que al final de la zafra deben ser limpiadas, porque sino reducen la capacidad de intercambio calórico.

Durante el proceso de evaporación se elimina mas o menos el 50% del agua existente en el jugo, con lo que el producto obtenido, llamado melado, consta del 60- 65% de sólidos. Este melado se envía mediante un bombeo continuo, a unos depósitos donde se somete a una proceso de clarificación

Clarificación del melado •

El melado se suele clarificar empleando un proceso llamado “talodura”, que consiste en agregar lechada de cal, fosfatos y polielectrolitos, y se separan las impurezas por flotación.

•

El melado sufre otra etapa de concentración en la que ocurrirá la formación de los cristales de azúcar, en virtud de la precipitación de la sacarosa disuelta en el agua. Hay dos tipos de cristalización: por calentamiento o cocción y cristalización por enfriamiento.

Cocimiento El melado de los depósito es succionado mediante cañerías dispuesta para tal fin, hasta los aparatos llamados tachos de Cocimiento, que funcionan al vacío. En estos tachos se continúan evaporando el agua remanente contenida en el melado hasta que éste se sobresatura y comienza a cristalizar. El producto que resulta de los tachos de Cocimiento se designa con el nombre de Masa Cocida y tiene un brix de 93-95. Se realiza un semillado, o agregado de cristales de azúcar para inducir la cristalización, y lograr la formación de cristales grandes y uniformes. •

El tacho de cocimiento es un evaporador de calandria, de diseño especial, dotado de tubos cortos de gran diámetro y un tubo central grande, para facilitar la circulación de la masa cocida viscosa.

•

Puede estar provisto de agitación mecánica. La calefacción se logra con vapor de escape de baja presión, o con vapor vegetal del primer efecto de un múltiple.

18

•

Cristalización Se llama Cristalizadores unos recipiente en forma de “U”, que están instalados inmediatamente después de los tachos de cocimiento. Cuando la Masa cocida ha llegado a la máxima consistencia en los tachos está se descarga en los cristalizadores. La cantidad de Masa Cocida que descarga el tacho se llama templa. En el cristalizador, como su nombre lo indica, prosigue la cristalización iniciada en el tacho. Los cristalizadores están provisto de un agitador por lo que la templa se encuentra en continuo movimiento. En el tacho la cristalización se inició con la elevación de temperatura para disminuir la solubilidad y lograr la sobresaturación, en cambio el mismo efecto se continua en los cristalizadores por enfriamiento de la templa, lo que se consigue en forma pareja por la agitación de la misma. Cuando se llega al máximo de cristalización la templa está lista para el próximo paso de proceso.

Centrífugación En esta etapa se separa la miel y el azúcar que constituyen la templa. Esta operación es realizada en centrífugas, que giran a velocidades de 1.200 r.p.m. y están provistas de una canasta de tela perforada en donde debido a la fuerza centrífuga la miel sale por los agujeros del canasto, quedando solamente en él el azúcar con un poco de humedad. Los cristales deben lavarse con vapor para desprender los restos de miel. El azúcar se descarga y se envía a los secadores, y una vez seca está lista para proceder al embolsado para su comercialización. Esta es la denominada azúcar común tipo A (color hasta 200 unidades ICUMSA). La miel separada de la templa en las centrífugas se envía a uno depósitos iguales a los del 19

melado y hay recomienza el proceso. Se eleva la temperatura hasta tener una masa cocida de segunda llamada así por ser de inferior calidad. Se cristaliza y pasa por las centrífugas donde se logra el azúcar de segunda calidad, o azúcar tipo B (máximo 240 unidades ICUMSA), y la miel separada de esta templa recomienza el ciclo. Y así sucesivamente hasta que no se pueda obtener mas azúcar por cocimiento. Generalmente se obtiene hasta azúcar de tercera, que es de color beige y puede comercializarse como azúcar crudo, o enviarse a la refinería, para obtener azúcar blanco refinado, o ser empleada en el semillado de los tachos de cocimiento anteriores. El licor madre obtenido de la última centrífuga se denomina “melaza” y pasa a la destilería como materia prima para la elaboración del alcohol. La melaza tiene una pureza del 35-40 %, con un contenido de ARD de 10-11% y de ART (azúcares reductores totales) del 55-58%.

Secado •

El azúcar descargado de las centrífugas presenta alto tenor de humedad (0,5% a 2%), así como temperatura elevada (65 - 95° C), debido al lavado con vapor.

•

El enfriamiento y el secado del azúcar se realizan en un secador de tambor metálico a través del cual pasa, en contracorriente, un flujo de aire succionado por un extractor. Al dejar el secador, con una temperatura entre 35º y 40° C y la humedad en la faja de 0,03% a 0,04%, el azúcar está preparado para ser enviado al embolsado. 20

21

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR BLANCO REFINADO El azúcar refinada se obtiene por refundición deL azúcar crudo o de tercer cocimiento, y tratamiento de clarificación, decoloración, filtración y recristalización. Es el tipo de azúcar de mayor calidad, caracterizado por su color blanco (< 60 unidades ICUMSA) y su elevado contenido de sacarosa (99.9 de pol).

Separación de sólidos Se funde el azúcar, obteniendo un licor y se realiza una filtración gruesa para eliminar sólidos en suspensión en el mismo.

22

Alcalinización Se agrega ácido fosfórico, y sacarato de calcio (lechada de cal con sacarosa), lo que producirá un sólido floculento como el fosfato tricálcico, que precipita, arrastrando con él una parte importante de las impurezas del licor.

Clarificación Se agregan polielectrolitos como floculantes, y se envía el licor a un sedimentador, donde se separa el líquido claro sobrenadante. 23

Decoloración El licor clarificado se decolora en una columna de carbón activado, o mediante resinas aniónicas, que remueven el color.

Filtración

24

Evaporación Se evapora en un evaporador de calandria, obteniéndose un licor concentrado.

Cocimiento y cristalización El licor concentrado se sobresatura en el tacho de refino, y se semilla para inducir la cristalización de la sacarosa.

25

Centrifugación y secado Los cristales se separan de la miel por centrifugación, se lava el azúcar en la centrífuga y se seca, para su embolsado.

CRISTALIZACION

CRISTALIZACION Los cristales, como el de azúcar de caña, debido a sus formas regulares, y en ocasiones también a su belleza, han atraído la atención del hombre desde tiempos remotos. El conocimiento de los cristales se inició a través del estudio de la composición mineralógica y de su estructura cristalográfica. La cristalización es una de las primeras operaciones unitarias de la Ingeniería Química 26

utilizada comercialmente, ya que en la antigua China se producía sal de cocina mediante este proceso. Este interés no es sorprendente, pues la cristalización representa un proceso vital en muchas ramas de la industria de nuestros tiempos como la azucarera, química, farmacéutica, biotecnología, electrónica, etc. A pesar de este interés, la cristalización se considera en la actualidad como una ciencia y un arte. Esto es debido a la transición de fases líquido-sólidas que la cristalización supone. Este tipo de transición aún no se conoce totalmente, y la fisicoquímica la describe insuficientemente, al contrario de lo que ocurre con las transiciones gas-líquido. La cristalización se puede dividir en muchos subgrupos, tales como preparación de cristales individuales (monocristales), cristalización en masa, producción de capas delgadas, cristalización de azúcares, solidificación de metales, biomineralización, etc. Sin embargo, todos ellos están gobernados por los mismos principios y procesos: 1- nucleación, 2- crecimiento cristalino 3- cambios secundarios La importancia de la cristalización dentro de la industria azucarera es aún mayor, ya que de esta etapa del proceso depende el tamaño del producto final que son los cristales de azúcar como tales, y por consecuencia, de ello depende también la calidad, el tamaño y la forma del cristal. En una palabra, es el alma de todo el proceso productivo, desde que se recibe la caña en el canchón del ingenio hasta que emerge como producto envasado. La cristalización es la conversión de una o algunas sustancias a partir de un estado sólido amorfo, líquido o gas, al estado cristalino. Para que los cristales puedan ser formados o exista su crecimiento, se requiere de una fase líquida sobresaturada, la cual puede ser obtenida por el enfriamiento o el calentamiento de una solución. La cristalización tiene como finalidad obtener un producto que tenga una distribución de tamaño de cristal (DTC) específica, tamaño de grano y pureza definidos, en lugar de un producto aleatorio (Rawlings et al., 1993). Se puede definir un cristal como un sólido que se compone de átomos dispuestos en una configuración ordenada y repetitiva. Las distancias interatómicas en un cristal de cualquier material definido son constantes y características del material que se trata. Se puede definir un cristal como un sólido que se compone de átomos dispuestos en una configuración ordenada y repetitiva. Las distancias interatómicas en un cristal de cualquier material definido son constantes y características del material que se trata. En cuanto a consumo energético, la cristalización requiere mucho menos energía para la separación que la destilación u otros métodos de purificación que se utilizan comúnmente. Se puede realizar a temperaturas relativamente bajas, y a una escala que varía desde unos cuantos gramos a toneladas. La cristalización se puede realizar a partir de un vapor, una fusión o una solución (Perry & Green, 2001). Los factores que afectan la cristalización son: 27

• • • •

Distribución del tamaño del cristal de sacarosa (DTC) Pureza del cristal Contaminación Estabilidad

Todos estos factores interactúan fuertemente con la DTC producida y son considerados como problemas. El mecanismo principal de interacción de estos factores con la distribución de tamaño de partícula (DTP) del azúcar es el nivel de sobresaturación en el proceso (Randolph & Larson, 1971). Sobresaturación La sobresaturación en cristalizadores "batch" es usualmente generada por uno de los tres métodos siguientes: a) En cristalizadores por enfriamiento, la sobresaturación es generada por la reducción de la solubilidad con la temperatura; el volumen del sistema se vuelve aproximadamente constante. Es lo que ocurre en los cristalizadores de la industria azucarera b) En cristalizadores por evaporación, la sobresaturación es producida por la disminución del solvente con la subsecuente reducción del volumen con el tiempo; la solubilidad del soluto permanece casi constante, si la operación se asume isotérmica. Es el fenómeno que ocurre en los tachos de cocimiento. c) En cristalizadores por disolución, la sobresaturación es generada por la adición de un diluyente que reduce la solubilidad del soluto y el volumen del sistema se incrementa consecuentemente con el tiempo (Tavare, 1980) y (Grases, 2000). Una solución saturada (meladura) que tiene concentración molar [C.sup.*] o másica [ρsup.*] está en equilibrio termodinámico con una fase sólida (sacarosa) a una temperatura dada. Si la solución es líquida, la concentración de saturación depende fuertemente de la temperatura y sólo ligeramente de la presión. El proceso de cristalización puede tomar lugar solamente en fases sobresaturadas y la velocidad de cristalización es frecuentemente determinada por el grado de sobresaturación (Ley delta). La sobresaturación se expresa como una diferencia en concentración: •

ΔC = C - Csat.* (1)

•

Δρ = ρ - ρsat.*(2)

o como la sobresaturación relativa: • •

Sr= (C - Csat.*)/Csat.* (3) Sr = Δ ρ/ ρsat.* (4) 28

Nucleación El mecanismo de nucleación de cristales en solución no se conoce perfectamente. Las moléculas que forman un núcleo no sólo tienen que coagularse, resistiendo la tendencia a redisolverse sino que deben orientarse y formar una red. La nucleación ocurre con una disminución de la energía libre de Gibas, por lo tanto, ocurrirá espontáneamente en una solución sobresaturada. La velocidad de nucleación, la cual aparece como una condición frontera en L = 0 para el balance de población, es generalmente el factor dominante que in.uye en la distribución de tamaño de cristal de sacarosa. La nucleación es también el proceso menos entendido de los dos procesos involucrados en la cristalización de azúcar y el más difícil para ser descrito por expresiones cinéticas (Botsaris, 1980). Los procesos cinéticos de nucleación requieren de la sobresaturación para que los núcleos sean formados y después crezcan. El sistema intenta alcanzar el equilibrio termodinámico a través de la nucleación y el crecimiento del núcleo del cristal de sacarosa. Tipos de nucleación La nucleación puede ser primaria, si no se agregan cristales de la sustancia a cristalizar, o secundaria, cuando se agregan cristales de la misma para inducir la cristalización (semillado). La nucleación primaria puede ser homogénea (en ausencia de impurezas de otras sustancias) o heterogénea (si la nucleación se produce con presencia de impurezas de otras sustancias). Si una solución no contiene partículas sólidas extrañas ni cristales de su propio tipo, el núcleo puede ser formado sólo por nucleación homogénea. Si algunas partículas extrañas están presentes, la nucleación se facilita y el proceso es conocido como nucleación heterogénea. Ambas nucleaciones, la homogénea y la heterogénea, toman lugar en ausencia de cristales de la propia solución y son colectivamente conocidas como nucleación primaria. Esto ocurre cuando la sobresaturación es metaestable En la cristalización comercial de la sacarosa en el tacho o cristalizador, se ha observado continuamente que la nucleación ocurre hasta en niveles muy bajos de sobresaturación cuando existen cristales propios de la solución; por ejemplo, en la forma de fragmentos agotados o en el sembrado de cristales. Tales nucleaciones son conocidas como nucleación secundaria, la cual puede definirse como la nucleación que toma lugar solo por la previa presencia de cristales del material que empieza a ser cristalizado Velocidad de nucleación Se desarrolló un modelo no lineal para la cinética de nucleación: •

B = k.si

Donde B: núcleos formados por unidad de volumen y de tiempo S = sobresaturación = C-Csat 29

i= constante Velocidad de crecimiento de los cristales: Ley de delta Mc Cabe demostró que todos los cristales geométricamente similares, del mismo material, suspendidos en la misma solución, crecen con la misma velocidad. Si ΔL es el aumento de la dimensión lineal de un cristal, será igual al aumento dimensional de cualquier otro cristal. •

ΔL/ Δt = dL/dt = G = constante [mm/h]

Nucleación y crecimiento : ecuación de Randolph y Larson Randolph y Larson desarrollaron un modelo matemático para cristalizadores continuos que tiene en cuenta la velocidad de nucleación, de crecimiento y el balance de masa. Se define la densidad de población de cristales n = dN/dL, donde N es el número total de cristales hasta el tamaño L por litro, y L es la longitud característica del cristal. Balance de partículas en un cristalizador: Acumulación – entrada + salida = 0 Vdn/dt + V.d(r.n)/dL –niQi + ns.Qs = 0 Donde t= tiempo, V = volumen de suspensión. Q= caudal n = densidad de población.

Simplificaciones: • t = V/Q • G = dL/dt =cte. • Estado estacionario • No hay sólidos en la alimentación dn/dL + n/(G.t) = 0 dn/n = dL/G.t 30

Integrando desde no (densidad de población de las partículas con tamaño cero, o sea, el tamaño del núcleo): ln n = -L/G.t + ln no n = no.e(-L/Gt)

BIBLIOGRAFIA • • • • • • •

Manual del azúcar de caña, Spencer-Meade. Introducción a la bioquímica y tecnología de los alimentos, Cheftel, Ed. Acribia. Principios de Tecnología Azucarera, Pieter Honig Manual del Ingeniero Azucarero, Hugot. Manual del Ingeniero Químico, Perry. Código Alimentario Argentino. Cenicaña: www.cenicaña.org

Determinación de Sólidos Totales Introducción Los productos de fabricación de azúcar son en su gran mayoría soluciones acuosas, en donde el contenido de sólidos en las diferentes etapas experimenta cambios, y su determinación es importante en el control químico. La composición de la materia sólida es variable, depende de la caña, de la maduración y del proceso de fabricación. Las sustancias que encontramos entre los sólidos son: Azúcares, Iones de sales Inorgánicas como K+, Ca++, Mg++, Fe++, Na+, PO4 3- SO4 2- Cl -, Sílice, Acido Aconítico, aminoácidos, ceras, grasas, proteínas, polisacáridos .y materia colorante. Todos estos componentes son denominados como sólidos totales. Concentración de sólidos en término de %: es peso de sólidos secos en 100 grs. de solución: P = % sólidos = gr. de sólidos secos . 100 31

gr. de solución Es la expresión que se usa en los balances de fábrica. Cuando ésta expresión no se expresa como un valor porcentual se denomina fracción en peso o fracción másica. Concentración de sólidos por unidad de volumen : representa el peso en gramos de sólidos por centímetro cúbico de solución . C = gramos de sólido seco cm 3 de solución Expresión útil en mediciones fotométricas. Al variar el volumen con la temperatura, se debe especificar la temperatura. La temperatura de referencia es de 20 ºC por tanto una medición a otra temperatura debe transformarse a la temperatura standard de 20 ºC y recién expresar el resultado. Ambas se relacionan así:

C = P . d /100

d = densidad de la solución.

Determinación de sólidos Totales Hay tres métodos: a. Sólidos por desecación, b. sólidos por densidad, c. sólidos por refractómetría (refractómetro). a. Sólidos por desecación. Al valor obtenido con éste método se le llama “sólidos verdaderos”, y arroja los valores mas exactos pero en el caso de de la química azucarera es muy poco utilizado debido a que arroja resultados inciertos, por la tendencia de algunos productos a descomponerse, o a ocluir la humedad durante la evaporación, y además, debido a la higroscopicidad cuando están secos, por lo que se prefieren métodos que sean mas rápidos y reproducibles, métodos indirectos en donde se mide otra propiedad de la solución que varíe en forma conocida con los sólidos para calcularlos posteriormente mediante una relación adecuada, nos referimos a los métodos de “sólidos por densidad” y “sólidos por refractómetro”. b. Sólidos por densidad: En este método debe consignarse la temperatura. Dentro de estos métodos están , el método del picnómetro, el método de la balanza de Westphal, y el método del hidrómetro o brixómetro que es el mas ampliamente utilizado en la industria azucarera por lo cual será el único que describiremos. Existe una correlación entre la densidad y los sólidos totales de disoluciones de azúcares. Para soluciones de sacarosa la relación entre densidad y concentración de sólidos no es lineal, y para una temperatura de 20 º C tiene una forma polinomial: d = dw + 384.588 w + 141.971 w2 + 12.6678 w3 + 51.7884 w4 – 37.3002 w5 d = densidad absoluta de la solución de sacarosa (gramos/ cm 3). dw = densidad absoluta del agua a 20 º C en ( gramos/ cm 3 ). w = fracción en peso de sacarosa (gr. /gr.). 32

(1)

Escala Brix o grados Brix. Es la escala de concentración mas usada en trabajos azucareros. El grado Brix es el % en peso de la sacarosa en una solución acuosa se sacarosa pura. º Brix = (gr. o Kgr de sacarosa). 100 gr. o Kgr de solución Las unidades son gramos de sacarosa en 100gramos de solución. Por ejemplo, una solución de sacarosa de 10º Brix significa que contiene 10 gramos de sacarosa por 100 gramos de solución. La relación entre la densidad y el º Brix surge de la ecuación (I) en donde a la fracción en peso hay que reemplazarla por su equivalente en grados Brix que es W = º Brix/100. Es costumbre en la industria azucarera considerar a los º Brix determinados por métodos densimétricos como el % en peso de la materia sólida, se trate ésta de sacarosa pura, que en este caso sería correcto, o de una mezcla de sacarosa con otras sustancias, como es el caso de soluciones del proceso de fabricación, y en éstos casos se comete un error porque las otras sustancias pueden no tener la misma densidad relativa que la sacarosa. Los azúcares glucosa y fructosa tienen densidades muy parecidas a la sacarosa lo que significa que soluciones de éstos azúcares que tengan la misma concentración de sólidos tendrán aproximadamente la misma densidad y por lo tanto aproximadamente los mismos grados Brix. Por lo cual es posible en forma muy aproximada determinar por medio de la densidad, la concentración de sólidos de una mezcla de éstos azúcares usando la relación entre densidad y concentración de sólidos para sacarosa (º Brix), y el resultado será mas exacto en la medida que la proporción de sacarosa a los otros azúcares sea mayor. Con las sales inorgánicas no ocurre lo mismo porque éstas sales, las soluciones de estas sales de igual concentración que la solución de sacarosa, tienen una densidad relativa mas alta que los azúcares, significa que en soluciones azucaradas que contengan estas sales cometemos “error” al determinar la concentración de sólidos usando la relación entre la densidad y concentración de sólidos para sacarosa (º Brix), error que será tanto menor, cuanto menos sea la proporción en que se encuentran de éstas sales respecto a la sacarosa (ver tablas).

Influencia de distintos azúcares en la medida de ºBrix Azúcar

Conc. de Sólidos

Glucosa Fructosa Sacarosa Mezcla de los tres

10% 10% 10% 10%

Densidad (gr./cm3) 1,0377 1,0385 1,0381 1,0381

33

Abs. º Brix 9,9 10,1 10 10

Influencia de distintas sales en la medida de ºBrix Sustancia Sacarosa NaCl CaCl2

Conc. de Sólidos 20% 20% 20%

Densidad (gr./cm3) 1,08 1,15 1,17

º Brix 20 35 39

Los “no azúcares” también tienen una densidad relativa más alta que los azúcares. En las soluciones del proceso de fabricación del azúcar, donde la sacarosa está acompañada por estas sustancia, siempre los º Brix determinados densimétricamente son mas altos que los sólidos verdaderos determinados por desecación, aún asi, debido a otras ventajas como ser la rapidez en la determinación y el bajo costo entre otros, es muy usado en la industria azucarera y al valor obtenido se denomina “sólidos aparentes “. La diferencia entre sólidos verdaderos y sólidos aparentes será mas grande a medida que aumente la cantidad de sales inorgánicas y de no azúcares en la solución como por ejemplo en la melaza. Hidrómetro o Brixómetro: el grado brix se determina haciendo flotar el hidrómetro en una solución de azúcar. Los hidrómetros usados en análisis azucareros tienen la escala graduada directamente en grados brix (en lugar de densidades) y es por eso que se acostumbra llamarlos brixómetros. Si el instrumento de introduce en el seno de una solución, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del líquido desalojado (principio. de Arquímedes). En posición de equilibrio el empuje es igual al peso del higrómetro en ésa solución, (que no es lo mismo que el peso del higrómetro en el aire). Si lo introducimos en otra solución de mayor densidad, el higrómetro flotará a mayor altura, lo que indica que el empuje que recibe ahora es mayor, se debe a que la solución tiene mayor densidad. Al calibrar el brixómetro para marcar el cero se lo hace flotar en agua pura a una temperatura de 20 º C, y para marcar otros valores, con soluciones de sacarosa pura concentración conocida. Para aumentar la precisión los brixómetros se construyen para hacer mediciones en intervalos de la escala total de Brix. Los rangos más usados: de 0 a 12º Brix, de 10 a 22º Brix, de 20 a 30 º Brix, de 30 a 40º Brix, etc.

Corrección de la lectura por temperatura: Con el incremento de la temperatura, la densidad de las soluciones azucaradas se hace menor. Mediante tablas (por Ej., tabla 17, Chen) se corrige las mediciones realizadas a temperaturas diferentes a 20º C, sumándose o restándose la “corrección” a la “lectura”según la temperatura de observación esté por encima o por debajo de la temperatura standard del brixómetro (20º C). c. Sólidos por refractometría Se basa en la medida del índice de refracción. Se cumple que el índice de refracción en las soluciones azucaradas aumenta a medida que aumenta el contenido de material disuelto, razón por la cual se lo usa (al índice de refracción) en determinaciones analíticas de contenido de sólidos. 34

La relación entre el índice de refracción y el contenido de azúcar para soluciones acuosas a 20º C, long de onda de 589.3 nm y aire como referencia está dado por la relación: (2) ηR = a1 + a2 w +a3 w2 + a4 w3 + a5 w4 + a6 w5 w = concentración de azúcar (gr/100gr) Los coeficientes de esta expresión polinomial tendrá valores, de acuerdo al tipo de azúcar de que se trate, aquí también los coeficientes de la expresión (2) toma valores muy similares al de sacarosa cuando se trata de glucosa o de fructosa, y también cuando se trata de azúcar invertido, tendrán casi el mismo índice de refracción. O sea el error es casi nulo cuando usamos la medición del índice de refracción para determinar el contenido de sólidos totales en soluciones que contengan una mezcla de éstos azúcares. Resulta más conveniente usar tablas en lugar de la ecuación correspondiente. Los valores se dan para º t= 20º C, long de onda = 589.3 nm, y con referencia al aire. En las soluciones de la industria azucarera la concentración de no azúcares presentes varía con el índice de refracción en forma similar a sacarosa, por esta razón para estas soluciones (sacarosa, otros azúcares y no azúcares) es posible como método rápido el usar el índice de refracción referidos a tablas de sacarosa como una indicación del contenido de sólidos totales. El valor así obtenido no representa los sólidos verdaderos que se obtiene por desecación y para diferenciarlos se denominan “sólidos por refractómetro” o simplemente “Brix refractométrico”. Pero podemos decir que su valor se aproxima bastante ( es un poco mas alto), al contenido de sólidos obtenido por desecación, razón por la cual, el Brix refractométrico esta siendo cada vez mas utilizado. Corrección de la lectura por temperatura: La corrección de las mediciones realizadas a temperaturas distintas de 20º C se hace por tablas, y no se la hace sobre el índice de refracción, sin directamente sobre el porcentaje de sólidos (tabla 21, Chen).

35

Polarimetría en el Análisis Azucarero Por medio de varios dispositivos es posible lograr que la luz vibre solamente en un plano. Tal luz se llama polarizada. Y el único plano en el que vibra se llama plano de polarización. Se puede conseguir la polarización con una lámina de material polarizante llamada “polaroid”. La luz polarizada no se trasmite a través de dos láminas polarizantes cuyas direcciones de polarización son perpendiculares. Cuando la dirección de polarización de las dos laminas polarizantes son paralelas, la intensidad de luz trasmitida es igual a la intensidad de la luz incidente. Para cualquier otra posición entre éstas extremas la intensidad de luz trasmitida It es menor que la intensidad de luz incidente I0. En general la luz trasmitida toma el valor de: It = I0 . Cos2 ǿ ǿ = es el ángulo entre las dos láminas polarizantes. Otro elemento polarizante fue usado por Nicol para formar el prisma de Nicol, que se construye con cristales naturales de CaCO3 (espato de Islandia). Muchas sustancias incluyendo las soluciones de sacarosa y otros azúcares tienen la propiedad de hacer girar el plano de polarización y, por ello son ópticamente activas. El ángulo de rotación del plano de polarización puede ser medido con instrumentos ópticos llamados polarímetros, y el análisis cuantitativo llevado a cabo utilizando un polarímetro, se llama Análisis Polarimétrico. Un polarímetro consta de una fuente luminosa, dos prismas de Nicol (polarizador y analizador) y entre ellos un tubo portador de la sustancia que se va a analizar para determinar su actividad óptica.

36

Si ajustamos los prismas de modo que pase el máximo de luz y luego colocamos en el tubo la muestra a analizar y ésta no afecta el plano de polarización, se ve que la intensidad lumínica sigue siendo máxima, y por lo tanto esta sustancia es ópticamente inactiva. Si la sustancia desvía el plano de polarización (ópticamente. activa), se observa que la intensidad lumínica ha disminuido y debe rotarse el prisma del analizador para ajustarlo al nuevo plano, si se quiere que la intensidad lumínica sea otra vez máxima, y decimos que la sustancia es ópticamente activa. Si la rotación del plano, y por consiguiente, el giro del prisma es hacia la derecha (sentido de las agujas del reloj) la sustancia es dextrógira o dextro rotatoria. SI la rotación es hacia la izquierda (sentido contrario al de las agujas del reloj), la sustancia es levógira o levo rotatoria. Se emplean los signos (+) y (-) para indicar los giros derecho e izquierdo respectivamente. No solo podemos determinar si la sustancia es ópticamente activa, y su sentido de giro, sino además el valor del ángulo, esto es, el número de grados en que debemos rotar el prisma para restituir la intensidad de la luz. Para soluciones, el valor del ángulo de giro en grados (circulares) esta dado por la ley de Biot: α tλ = [α ]tλ . c . L

(3)

α tλ = rotación óptica observada c = concentración de la solución (gramos de muestra/ mililitros) L = Longitud del tubo de observación o camino óptico (decímetros) t [α ] λ = Rotación específica ( grados Circ./ ( (gr/ml) . dm)) La rotación específica o poder rotatorio específico es un valor numérico constante y característico de cada sustancia que expresa la capacidad para rotar el plano de polarización. El valor de la rotación específica (que es independiente de la concentración) depende de la naturaleza de la sustancia, de la temperatura y de la longitud de onda, por lo cual estos valores deben especificarse. ) La rotación específica es una propiedad tan característica de una sustancia como puede serlo su punto de ebullición o su densidad. Para la sacarosa, según la longitud de onda empleada: [α ]20º546nm = 78.369 ºcirculares / (gr./ml). dm 37

[α ]20º587nm = 67,139 ºcirculares / (gr./ml). dm [α ]20º589nm = 66,547 ºcirculares / (gr./ml . dm

Polarimetría en el análisis de azúcares - Sacarimetría Para las soluciones de sacarosa la relación entre la rotación óptica y la concentración de la solución es casi lineal como indica la ecuación de Biot, y esa linealidad es la base del análisis sacarimétrico Estandarizando todas las variables se la ecuación de Biot para una solución de sacarosa pura (solución de sacarosa pura y sin otros azúcares): tst, λst, Cst, Lst αsacarosa = [ αsacarosa ]tstλ st . Cst . Lst

(4)

Para una muestra donde este presente un dado % en peso de sacarosa que llamamos % sacarosa (no pura, o sea, una mezcla) y realizando la medición preparando la solución de la muestra en las mismas condiciones estandarizadas para la solución de sacarosa pura, la rotación óptica será función de la cantidad de sacarosa presente en la solución de la muestra (siempre que no existan otras sustancias ópticamente activas), cuya concentración de sacarosa será: %sacarosa . Cst 100 queda: αmuestra = [ αmuestra ]tst λ st . %sacarosa . Cst . Lst (5) 100 de (4) y (5) sale: %sacarosa = (αmuestra / αsacarosa). 100 Las variables para estandarizar las mediciones fueron fijadas arbitrariamente y bajo éstas condiciones se ha asignado a la “rotación” de solución Standard de sacarosa pura el valor 100 por lo que , la rotación de una muestra que contiene sacarosa , medida en condiciones standardizadas, nos dará directamente el % de sacarosa %sacarosa = (αmuestra / 100) . 100 = αmuestra

(6)

El hecho de adjudicar el valor de 100 al ángulo de rotación de una solución de sacarosa pura en las condiciones estandarizadas ha dado lugar a al escala internacional del azúcar que es lineal (por la ecuación de Biot) y la notación es ºZ (grados zeta) que son equivalentes a concentración de sacarosa expresada como % en peso en la muestra. Los instrumentos para medir la rotación del plano de la luz polarizada que tienen la graduación expresada en la escala internacional de azúcar se denominan sacarímetros, y son los que se usan en análisis azucarero. Las condiciones para establecer la escala son dos y han sido fijadas arbitrariamente: 38

Solución Normal de sacarosa : Solución de 26,0000gramos de sacarosa pura pesada en aire y disuelta en agua a 20,00 ºC y en un volumen final de 100,00 ml. Punto 100º Z de la escala Internacional de Azúcar: Es la rotación de una solución normal de azúcar a la longitud de onda de la línea verde del isótopo radioactivo del mercurio Hg198 (546,2271 nm ) , a 20 º C y analizado en un tubo de 200,00 mm. Peso normal: “Es el peso de un azúcar que al disolverse en agua hasta un volumen de 100 ml. a 20 º C y analizado en un tubo de 2 decímetros en un polarímetro en las condiciones especificadas para el instrumento, da una lectura de 100 grados Z en la escala zeta” Equivalencia de Escalas: 1º Z = 0.40777 ºcirculares (a λ = 546,227 nm standard) 1º Z = 0.34934 ºcirculares (a λ = 587,000 nm lámpara incandescente) 1º Z = 0.34626 ºcirculares (a λ = 589,440 nm luz de sodio) Polarización o pol Se llama pol al resultado obtenido en la medición sacarimétrica. Para soluciones de sacarosa pura en agua, pol es una medida de la concentración de sacarosa, expresada en gramos de sacarosa por 100 gr. de solución. Para productos que, además de sacarosa, contienen otras sustancias ópticamente activas “pol” representa la suma algebraica de las rotaciones de los constituyentes. Para un producto que contiene sacarosa, y además glucosa y fructosa, todas ópticamente activas, “pol” será la suma de las rotación de sacarosa mas la rotación de glucosa, (ambas dextrógiras) menos la rotación de fructosa (levógira). En la gran mayoría de los productos de fabricación del azúcar, el contenido de sacarosa excede ampliamente a los otros compuestos ópticamente activos, entonces, Pol da un valor bastante aproximado del contenido de sacarosa,. En aquellos productos con alta proporción de otros compuestos activos, como es el caso de mieles finales la medida de Pol tiene poco significado en lo que se refiere al contenido de sacarosa. Agentes Clarificantes y su influencia en la polarización Las soluciones a polarizar deben tener un color y una turbidez que permitan una observación nítida. En general los productos de la fabricación de azúcar son todos coloreados, por lo que es necesario clarificarlos. Todos los agentes clarificantes introducen errores en la medición que se magnifican cuando se agregan en exceso. Los más usados son: Acetato neutro de plomo, d=1,25 Acetato básico de plomo seco (subacetato) 3Pb(Ac)2.PbO.3H2O Solución de acetato básico de plomo d=1,24 En el caso de productos de alta pureza (azúcares blancos) se usa la crema de alúmina Al(OH)3. 39

Conclusión: en la práctica no hay ninguna corrección por el uso de las sales de plomo. Cada método especificará que sal de plomo usar.

Determinación de Sacarosa por doble polarización Introducción: Existen cuatro métodos analíticos para determinar el contenido de sacarosa en soluciones impuras: Método polarimétrico por doble polarización. Método químico por reducción de una sal de cobre. Método químico por cromatografía. Método enzimático por espectrofotometría UV.

Sacarosa por doble polarización Fundamento Los productos de la caña contienen 3 azúcares sacarosa (+), glucosa (+), y fructosa (-), por lo que la polarización directa será el resultado de la rotación de éstos tres azúcares. Si a una solución que contenga estos 3 azúcares, se la somete a una hidrólisis, la rotación de los azúcares diferentes a sacarosa permanecerá constante, y el cambio de polarización de la mezcla resultante se debe solamente al cambio de la sacarosa. El método de la doble polarización consiste en realizar una lectura en el sacarímetro antes de la inversión y otra después, y mediante un cálculo adecuado determinar la sacarosa presente en la solución. Inversión: La hidrólisis de la sacarosa conduce a la formación de cantidades equimolares de glucosa y fructosa en una reacción catalizada por ácidos o por acción enzimática. C12H22O11 + H2O 342 gr. 18 gr.

C6H12O6 + C6H12Oy 180 gr. 180 gr.

La mezcla de azúcares que se obtiene (glucosa y fructosa) en cantidades iguales recibe el nombre de Azúcar invertido (Ai) y como tal tiene un poder rotatorio específico propio, 40

equivalente al promedio de las rotaciones de los dos azúcares puros. Para una concentración de 10% de los azúcares e igual concentración de azúcar invertido la rotación específica es: [

α

]20

D

Ai

=

(

-93,2+52,7)/2

=

-20,25

La denominación Azúcar invertido se debe a la rotación específica negativa que se obtiene en la mezcla de azúcares. Inversión es por el cambio en la actividad óptica dextrógira a levógira o viceversa. Cálculo de la sacarosa Un azúcar con menor capacidad rotatoria específica que sacarosa necesitará mayor concentración para polarizar 100º Z Por medio de una regla de tres inversa se puede calcular el Peso Normal por ej. Para glucosa P N sacarosa ---------------► [α] 20 D SAC P N glucosa ◄---------------- [α] 20 D gluc El peso normal establecido arbitrariamente para sacarosa es de 26.016 gr al vacío. 26,016 gr sacarosa-------- +66,547 X (glucosa) --------------- +52,7 X (peso normal glucosa) = (26,016. 66,547)/52,7 = 1731,29/52,7= 32,85 gr. y en general

P N azúcar =

1731 [ α ]20 D

azúcar

Esta fórmula no tiene en cuenta el signo de [ α ]20 D azúcar , sino su valor absoluto Para el azúcar invertido (equimolar glucosa-fructosa), [ α ]20 D = -20,25 P N = 1731/20,25 = 85,48 gr A I Por definición de PN : este peso disuelto en agua a 20 º C hasta un volumen final de 100 ml y polarizado en un tubo de 20cm. Tiene que dar -100º Z Si al PN de sacarosa lo invertimos, tendremos: (26gr./100ml.) . (360/342) = 27,368 gramos Ai / 100 ml Los 27,368 gr. Ai/ 100 ml polarizados en tubo de 20 cm dará 85,48 gr. AI------------- -100º Z 27,368 gr. AI ---------- x x= -32,02 º Z El cambio total antes y después de la inversión será P – I = ΔP 100ºZ - ( -32,02) = -132,02ºZ P: lectura directa (antes de la inversión). I : lectura luego de la inversión 41

Este es el cambio de rotación que sufre 26 gramos de sacarosa pura disueltos en 100 ml. de agua. Una muestra impura de 26 gr. en 100 ml, en donde la sacarosa esta presente en un determinado porcentaje (x%) que no conocemos, producirá después de la hidrólisis un cambio de rotación (P – I) debido exclusivamente a la cantidad de sacarosa presente (x%) . Por tanto: 100% de sacarosa ------------- 132,02º Z x% de sacarosa ------------- ( P – I ) º Z x% = 100. ( P – I ) 132,02 Divisor de Clerget : 132,02 Es la diferencia algebraica entre las polarizaciones de una solución normal de sacarosa antes y después de realizar la inversión. En la práctica, el divisor de clerget no es una constante. Y adquiere diferentes valores de acuerdo a: Método de inversión. Concentración de sacarosa Temperatura En Gral. Tiene la forma: 132,63 + a. c – b. (t – 20) Donde el 2º término es debido a la concentración y el 3º debido a la temperatura. Concentración de sacarosa: Debido a que no se encuentra sacarosa pura sino que esta con otros componentes. + 0,0794 ( c – 13 ) Temperatura: el divisor está afectado por la temperatura con un decrecimiento de 0,53 por cada grado de temperatura por sobre la Standard -0,53 ( t – 20 )

El valor del divisor de Clerget según el método IV de Jackson Gillis será: 132,63 + 0,0794 ( c – 13 ) – 0,53 ( t – 20 ) queda:

100 . (P – I) Sac% = -----------------------------------------------------------132,63 + 0,0794 ( c – 13 ) – 0,53 ( t – 20 )

Métodos de inversión: Existen dos métodos para producir la inversión de la sacarosa, y estos son el de la “Inversión enzimática” y el de la “Inversión ácida”. Inversión Enzimática: Se emplea como catalizador de la reacción a “la invertasa”, que es una enzima obtenida a partir de la levadura. Es uno de los métodos más exactos en la técnica de la doble 42

polarización pero es muy lento, ya que se necesitan 24 horas para producir la inversión total, razón por la cual no se lo emplea en los análisis industriales. Inversión ácida: La velocidad de inversión con el uso de ácidos (HCl por excelencia) como agentes catalizadores depende de la temperatura y del pH. A temperatura ambiente la inversión es lenta, debiéndose realizar a mayor temperatura, con el inconveniente de que a altas temperaturas y tiempos prolongados la rotación de los azúcares varía ( sobre todo de fructosa) dando resultados inseguros. La presencia de HCl tiene una marcada influencia en la rotación de fructosa, por lo que cuando se realiza la inversión con éste ácido, el factor de Clerget 132,02 debe ser modificado, en relación en relación a la cantidad de azúcar y al modo de conducir la inversión. Para contrarrestar el efecto del ácido sobre los azúcares reductores, el método IV de Jackson Gillis prescribe el uso de sales neutras (NaCl o KCl ) en la polarización directa. El valor básico del divisor de Clerget ha sido objeto de numerosas investigaciones y todas llegaron a diferentes resultados, por lo que no existe para el divisor de Clerget, un valor general. Cada método establece un valor determinado experimentalmente, y ése debe ser el valor que debe usarse para el cálculo de la sacarosa. Azúcares Reductores por métodos químicos Los azucares reductores “son las sustancias reductoras en la caña y sus productos, interpretados como azúcar invertido”. Los componentes principales de las sustancias reductoras son glucosa y fructosa, cuando se encuentran en cantidades equimolares se llaman azúcar invertido. La importancia de su determinación radica en la importancia que tienen estos compuestos en la solubilidad de la sacarosa y por ende en el agotamiento de las mieles finales. La acción reductora se debe a la presencia de grupos aldehídos y cetonas libres a diferencia de sacarosa que los tiene bloqueados por la unión glicosídica.Los grupos aldehído y cetona reducen a los cationes Cu++ Y en esto se basan los métodos químicos para la determinación de azúcares que tengan éstos grupos libres. La sal mas usada es el sulfato de cobre que se reduce a oxido cuproso, cuando reacciona con los mencionados azúcares. El CuSO4 no se lo usa sólo sino formando parte de otro reactivo, uno de los mas usados es el de Fehling (CuSO4, NaOH, Tartrato de Na y K) El método volumétrico de Fehling se basa en la reducción total de un volumen conocido de la solución de Fehling. Se usa para determinar azúcares reductores en por Ej. Azúcar crudo y otros productos del proceso, como también para la determinación de azúcares reductores totales en mieles y jarabes después de la hidrólisis de la sacarosa. Determinación de Azúcares Reductores – Método de Eynon-Lane Es un procedimiento de volumen constante que usa como reactivo la solución de Fehling. El Cu esta como Cu++, en medio fuertemente alcalino. R-CH=O + 5 OH- + 2 Cu++

Cu2O + RCOO- + 3 H2O 43

El Cu2O es un precipitado castaño rojizo En el medio básico, los azúcares glucosa y fructosa sufren isomerización por lo que la reacción no distingue entre uno y otro. La sacarosa es muy estable en medio básico (no así en medio ácido)

Determinación de color de soluciones de Azúcar Introducción: La determinación del color constituye una medición importante, en los productos intermedios de las refinerías, y también en las fábricas de azúcar blanco directo. Resulta ser un parámetro importante para evaluar la eficiencia y optimizar procesos utilizados para la remoción de la materia colorante. En los productos terminados como azúcar crudo, azúcar blanco directo, y azúcar blanco refinado, el color es un aspecto clave que hace a su calidad. La percepción del color es un proceso complejo, en el que existen consideraciones químicas, físicas, fisiológicas y psicológicas. Desde el punto de vista químico, lo considera como la concentración de materia colorante. El punto de vista físico, considera la distribución espectral de la energía radiante de una fuente luminosa y la reflexión difusa espectral (o transmisión) del objeto iluminado, mientras que el aspecto fisiológico-psicológico hace a la sensibilidad del ojo como detector del estímulo que el cerebro interpreta como color, este último aspecto conduce a lo que llamamos “percepción visual”, es decir, lo que el observador, ve. Cuando la luz incide sobre un objeto sufre transformaciones: absorción, transmisión, dispersión, refracción, etc. El color de los productos sólidos se especifica desde el punto de vista fisiológico. En el caso de las soluciones la especificación del color se hace de una forma puramente física en función de la energía radiante absorbida. Color de las soluciones de azúcar La medición se fundamenta en la ley de Lambert-Beer que dice que la luz que transmite una solución coloreada es inversamente proporcional a las potencias del camino óptico, y de la concentración de la solución. IT= I0 /10 a.b.c T= IT / I0 A = - log T = a. b. c IT= Intensidad transmitida por la solución I0 = Intensidad que llega a la solución a=coeficiente de absorción. b= camino óptico c= concentración T= Transmitancia A = Absorbancia La ley de Lambert-Beer supone que para una determinada longitude de onda “a” es constante para todas las concentraciones, y la representación A= f ( c ) dará una línea recta. Cuando esto no ocurre se dice que la solución se desvía de la ley de Lambert-Beer. Una de las razones es la dispersión que ocurre sobre todo en las soluciones turbias, en estos casos a “a” se le llama coeficiente de extinción, y se lo representa como “a*” . Al coeficiente a* lo podemos calcular : 44

a*= A / b.c Al valor de a* multiplicado por 1000 se le llama Color ICUMSA (International Comission for uniforming methods for sugar analysis) La medición de color en azúcar (de acuerdo a ICUMSA, International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis) se basa en determinar la absorbancia de una solución de azúcar de aproximadamente 50 °Brix a 420 nm, y a este valor se le resta dos veces la absorbancia a 720 nm, siendo esta una compensación empírica por turbidez. Esta diferencia se divide en el espesor (expresado en cm) y la concentración de azúcar (en gramos por ml), y se multiplica por un factor apropiado (1000) que nos permite expresar el color en números enteros (unidades ICUMSA).

Color = 1000. [(A420 - 2 .A720)/b.c] De acuerdo al Codex Alimentarius el azúcar blanco debe tener un color menor que 150 unidades ICUMSA, y el azúcar refinado un color menor que 60 unidades ICUMSA. A su vez el Código Alimentario Argentino, en cuanto a color, especifica que el azúcar blanco refinado o azúcar blanco de primera calidad, debe tener un color menor que 60 unidades ICUMSA, el azúcar blanco de segunda calidad un color menor que 150, el azúcar común tipo A color menor que 200, y finalmente, el azúcar común tipo B un color menor que 240 unidades ICUMSA. En el caso de jugo de caña de azúcar se debe realizar una dilución al 1% aproximadamente para que los valores de absorbancia no superen el valor de 1, y se procede de manera idéntica que para azúcar.

45

CONTROL DE CALIDAD DE AZUCAR Azúcar Refinado, Primera y Crudo Pol % Pesar 26 gr. de azúcar en vaso de precipitados y pasar a un matraz de 200 ml lavando repetidas veces con agua destilada y completar a volumen. Se mezcla y se clarifica con subacetato de plomo seco. Se filtra descartando los primeros ml de filtrado y se polariza en tubo de 20 cm. Cálculo: Pol % = Pol leida . 2 Luego se hace la corrección por temperatura: Pol a 20ºC = Pol a (tº) . 0.015 . (Pol tº - 80) .( tº - 20)

Cenizas Sulfatadas: Se pesa 5 gr de azúcar en cápsula de porcelana, se añaden 5 ml de Acido sulfúricio al 50 % calentando bajo campana hasta completa carbonización. Poner en mufla a 650 ºC hasta completa calcinación. Enfriar y pesar. Cálculo: Peso Czas. .100 Czas. Sulfatadas % = Peso de muestra

Azúcares Reductores Pesar 25 gr. de azúcar, disolver con agua destilada y pasar a un matraz de 100 ml. Enjuagar el vaso con agua destilada y pasar al matraz, luego completar hasta la marca con agua destilada. Determinar los Azúcares Reductores por el método de Eynon Lane.

Cálculo: Factor (Fehling) . d AR% = ml gastados 46

Donde d es la dilución. Color (ICUMSA) Preparar una solución de azúcar al 50 % peso/peso. Determinar el Brix %. Luego en un espectrofotómetro leer la Absobancia a 720 nm y 420 nm.

Cálculo 1000 . (A420 – 2A720) C= b.C Donde: C = Color en unidades ICUMSA (UIC) A420 = Absorbancia a 420 nm A720 = Absorbancia a 720 nm b= Longitud de la cubeta en cm C = Concentración de sólidos totales en gr/cc (se calcula en función del brix y de la densidad correspondiente a dicho brix).

Determinación de cenizas conductimétricas en azúcar La determinación de cenizas conductimétricas en soluciones con concentración de azúcar de 28 g/100 g da una medida de la concentración de sales minerales presentes en el azúcar. Los factores para convertir conductividad a cenizas son elegidos de modo tal que el valor de cenizas conductimétricas corresponda aproximadamente al valor de cenizas sulfatadas. Principio Se determina la conductivdad de una solución de azúcar a una concentración de 28g/100g. La ceniza equivalente se calcula por la aplicación de un factor empírico. Procedimiento Disolver 31.3 g de azúcar en agua y enrasar a 100 ml con agua bidestilada (o disolver 28 g en agua para dar una solución de masa total igual a 100g). Luego transferir la solución a un vaso y medir la conductividad 20°C. 47

Cálculos Si C1 es la conductividad medida en μS/cm a 20°C y si C2 es la conductividad del agua a 20°C, luego la conductividad corregida (C28) de la solución de 28g/100g es: C28 = C1 – 0.35.C2 Cenizas conductimétricas % = 6.10-4 . C28 Corrección por temperatura: si la determinación no puede realizarse a la temperatura estándar de 20°C se debe realizar una corrección por temperatura: C20° = CT / [1+0.026(T-20)] CARACTERISTICAS DE LOS AZUCARES (Código Alimentario Argentino) Art 768 - (Res 1546, 12.09.90) - "Se entiende por Azúcar blanco, la sacarosa purificada y cristalizada. Responderá, según su calidad, a las siguientes exigencias: Refinado: •

Polarización: Mín 99,9°S

•

Azúcar invertido: Máx 0,02% en peso

•

Cenizas, por conductividad: Máx 0,02% en peso

•

Pérdida por desecac (3 h a 105°C): Máx 0,04 % en peso

•

Color (ICUMSA): Máx 60 unidades

•

Anhídrido sulfuroso total: Máx 2 mg/kg.

La denominación de refinado se aplicará única y exclusivamente al azúcar blanco que, además de reunir las condiciones precedentemente establecidas, haya sido obtenido por refundición de azúcar y tratamiento físico químico de clarificación, de coloración, filtración y recristalización. Primera calidad: •

Polarización: Mín 99,7°S

•

azúcar invertido: Máx 0,04% en peso

•

Cenizas, por conductividad: Máx 0,04% en peso

•

Pérdida por desecación, (3 horas a 105°C): Máx 0,10% en peso

•

Color (ICUMSA): Máx 60 unidades

•

Anhídrido sulfuroso total: Máx 20 mg/kg

Segunda calidad:

48

•

Polarización: Mín 99,5°S

•

azúcar invertido: Máx 0,10% en peso.

•

Cenizas, por conductividad: Máx 0,10% en peso

•

Pérdida por desecación (3 horas a 105°): Máx 0,10% en peso

•

Color (ICUMSA): Máx 150 unidades

•

Anhídrido sulfuroso total: Máx 70 mg/kg.

El azúcar Blanco (Refinado, Primera Calidad y Segunda Calidad) no contendrá más de: 1 mg/kg de arsénico, como As 0,5 mg/kg de plomo, como Pb y 2 mg/kg de cobre, como Cu. Estos productos se rotularán: azúcar blanco refinado; azúcar blanco primera calidad; azúcar blanco segunda calidad, con caracteres de igual tamaño, realce y visibilidad. En el rótulo principal se consignará con caracteres bien visibles el nombre del ingenio fabricante y la provincia de origen, para los de fabricación argentina. Cuando se trate de azúcar importado deberá declararse en el rótulo el país de origen".

Art 768bis - (Dec 51, 10.7.74) "Con la denominación de azúcar común tipo A, se entiende el azúcar que responda a las siguientes características: •

Polarización, Mín: 99,7°S

•

azúcar invertido, Máx: 0,05% en peso

•

Pérdida por desecación, (3 horas a 105°C), Máx: 0,10% en peso

•

Cenizas por conductividad, Máx: 0,05% en peso

•

Color (ICUMSA), Máx: 200 unidades

•

Anhídrido sulfuroso total, Máx: 40 mg/kg

Este producto se rotulará en el cuerpo del envase con caracteres de igual tamaño, realce y visibilidad: azúcar común Tipo A Con la denominación de azúcar común Tipo B, se entiende el azúcar que responda a las siguientes características:

49

•

Polarización, Mín: 99,5°S

•

azúcar invertido, Máx: 0,10% en peso

•

Cenizas por conductividad, Máx: 0,10% en peso

•

Pérdida por desecación (3 horas a 105°C), Máx: 0,10% en peso

•

Color (ICUMSA), Máx: 240 unidades

•

Anhídrido sulfuroso total, Máx: 70 mg/kg

Este producto se rotulará en el cuerpo del envase con caracteres de igual tamaño, realce y visibilidad: azúcar común Tipo B. El azúcar común Tipo A o Tipo B no deben contener Arsénico como As, Plomo como Pb, ni Cobre como Cu en cantidades superiores a las establecidas para el azúcar blanco. En el rótulo y en lugar y con caracteres bien visible se consignará: nombre del ingenio elaborador y provincia de origen, así como toda otra exigencia reglamentaria".

Art 769 - El Azúcar blanco, según su presentación, se designará: Azúcar en cuadritos o Pancitos, Azúcar de pilón o pilé (trozos irregulares mezclados con el polvo resultante del desmenuzamiento); Azúcar molido (obtenido por trituración mecánica del Azúcar en panes o también por cristalización perturbada); Azúcar cristalizado, granulado (cristales más o menos gruesos). Art 770 - Se entiende por Azúcar impalpable o Azúcar en polvo, el Azúcar blanco, finamente pulverizado, con o sin adición de antiaglutinantes de uso permitido. El Azúcar blanco de que proviene debe cumplir las exigencias de composición y de calidad del Azúcar blanco de primera calidad. Se permite el agregado como antiaglutinantes, de almidón Máx: 3% en peso o de hasta 1,5% en peso (en forma aislada o en conjunto) de los siguientes aditivos: •

Estearato de magnesio;

•

Carbonato de magnesio

•

Fosfato tricálcico;

•

Trisilicato de magnesio;

•

Silicato de calcio, sodio y alumino;

•

Silicato de calcio y gel de sílice deshidratado.

El agregado de antiaglutinantes se declarará en el rótulo con la expresión: Antiaglutinante permitido. Art 771 - Con el nombre de Azúcar rubio, moreno, terciado o negro, se entiende el azúcar sin refinar.

50

Podrá ser parcialmente soluble en agua y no deberá con tener menos del 85% de sacarosa, no más del 4% de cenizas totales a 500-550°C y un máximo de 0,5% de cenizas insolubles en ácido clorhídrico al 10%. (Res 3363, 30.10.79) "Con el nombre de Chancaca, se en tiende un Azúcar mascabado que se presenta en tabletas o envuelto en totora, constituyendo los llamados mazos o lulos de chancaca". Art 775 - Se denomina Melazas a los líquidos densos obtenidos como subproductos finales de la cristalización del Azúcar. De acuerdo a su origen se distinguen en: 1. Melazas de caña: líquidos densos, de color oscuro y olor agradable, que podrán ser destinados a la alimentación humana y animal. 2. Melazas de remolacha: líquidos densos, de color os curo, olor y sabor desagradables y reacción alcalina. Se destinarán a usos industriales. Estas melazas se comercializarán con declaración de su densidad.

ANALISIS DE MELAZA Determinación de Brix % Preparar una solución al 50 %. En esta solución determinar el Brix y la temperatura. Corregir el Brix leído con la temperatura correspondiente para obtener el Brix corregido. Brix % = Brix Corregido x 2 Determinación de Pol % De la solución al 50 %, pesar 26 gr y llevarlo a un volumen final de 200 ml en un matraz aforado. Clarificar con subacetato de plomo y filtrar. Leer en un polarímetro en tubo de 200 mm. Pol % = Pol leída x 4

Determinación de Azúcares Reductores Directos De la misma solución al 50% tomar una porción y determinar Azucares Reductores por el método de Eynon Lane. F ARD%=

.d V

Donde: ARD son los azúcares reductores directos. ‰ F es el factor de la solución Fehling. 51 ‰

‰ ‰

V son los mililitros de muestra gastados en la titulación. d es el factor de dilución.

Determinación de Azúcares Reductores Totales Pesar 10 gr de melaza, agregar 10 ml de ácido clorhídrico al 50 % y calentar en baño María a 65 ºC durante 30 minutos. Neutralizar con hidróxido de sodio y llevar a volumen final de 200 ml en matraz aforado. Determinar Azucares Reductores Totales por el método de Eynon Lane. F ART % = .d V

Donde: ‰ ‰ ‰ ‰

ART % son los Azúcares Reductores Totales %. V son los mililitros de solución gastados en la titulación. d la dilución correspondiente. En este caso es 20. F es el Factor de Fehling.

AZUCARES REDUCTORES MÉTODO DE LANE Y EYNON (Fehling, modificado Causse – Bonans)

Principio Este método se basa en que a la temperatura de ebullición los productos de resinificación de los azúcares reductores son oxidados, en medio alcalino, por el cobre, que en el reactivo de Fehling se encuentra formando un complejo cúpro – tartrato sódico – potásico. La reducción se efectúa en medio alcalino porque se exalta así el poder reductor. En el método que se describe, la solución cupro alcalina contiene ferrocianuro de potasio, que permite un punto final muy claro, pues retiene el ion cuproso formado, como ferrocianuro cuproso amarillo por unos instantes para dar luego el color castaño. Reactivos

ª Sulfato de Cobre . 5 H2O

26 gr 130 gr 110 gr

ª Tartrato de Sodio y Potasio ª Hidróxido de Sodio 52

16 gr csp 1000 ml

ª Ferrocianuro de Potasio ª Agua Destilada

Cada uno de los componentes se disuelven por separado en 180 ml de agua destilada. (se puede calentar pero se debe enfriar a temperatura ambiente antes de mezclar las soluciones). En un matraz aforado de 1 litro se mezclan las soluciones en el orden indicado y se lleva a volumen con agua destilada.

Valoración del Reactivo Fehling En un erlenmeyer de 250 ml se colocan 10 ml del reactivo Fehling y 50 ml de agua destilada calentando a ebullición. Desde una bureta se agrega solución de glucosa al 1 % a razón de 3 gotas por segundo. El líquido toma una coloración verdosa cuando se aproxima al punto final. En este momento se agregan dos gotas de azul de metileno al 1% y se sigue agregando la solución patrón de glucosa a razón de dos gotas por vez hasta que el color vira de azul a amarillo claro. Cálculo Si en 100 ml de solución de glucosa al 1 % hay 1 g de glucosa, en los x ml gastados de la solución de glucosa al 1% necesarios para reducir 10 ml de Fehling, habrá x g de glucosa. Luego el valor de x es el título o factor, referido siempre a 10 ml del reactivo Fehling Causse - Bonans. AZUCARES REDUCTORES DIRECTOS (ARD) En un erlenmeyer se agregan 10 ml de reactivo de Fehling y 50 ml de agua destilada y se calienta a ebullición, agregar desde una bureta el líquido problema a razón de 3 gotas por segundo hasta que tome coloración verdosa y entonces agregar 2 gotas de azul de metileno al 1 %. Continuar agregando luego desde la bureta el líquido hasta viraje de color al amarillo claro. Si es necesario efectuar dilución. Cálculo Factor ARD =

*d V

Donde: V son los mililitros gastados en la titulación d es la dilución

53

AZUCARES REDUCTORES TOTALES (ART) Y SACAROSA APARENTE Pesar 10 g del líquido problema y agregar 10 ml de ácido clorhídrico al 50% y calentar a 65 ºC a baño maría durante 30 minutos. Enfriar y neutralizar con hidróxido de sodio al 20% aproximadamente y transferir a un matraz de 200 ml completando a volumen con agua destilada. Determinar los azucares reductores como en el caso anterior. Cálculo Factor ART =

*d V

Donde: V = mililitros gastados d = dilución Sacarosa aparente = 0.95 . (ART – ARD)

54

55

56

57

58

59

INDUSTRIALIZACION DEL LIMON A partir del limón pueden obtenerse los siguientes productos industriales: -

Jugos concentrados: 5.8 % del total de limón procesado. (50.000 toneladas anuales) Aceites esenciales: 0.5 % del total del limón procesado (4300 ton. anuales). Cáscara deshidratada: 5.5% del total procesado. (47000 ton)

De los tres productos el más valioso es el aceite esencial cold pressed (de expresión en frío), cuyo valor está en aproximadamente 20 U$S el kg, mientras que el jugo concentrado tiene un valor de 1 U$S el kg. La cáscara deshidratada es el menos valioso de los tres productos, y su valor varía mucho en el mercado, según la demanda de las fábricas de pectina. Veamos de qué parte del fruto se extraen los productos antes mencionados. El fruto está compuesto de tres partes: -

Epicarpio: compuesto por el flavedo, o parte exterior de la cáscara, de color amarillo a verde y donde se encuentran las vesículas con el aceite esencial. Contiene además flavonoides y carotenoides. Mesocarpio: integrado por el albedo, que es la parte blanca de la cáscara. Es rico en pectinas. Endocarpio: es la parte comestible del fruto, donde se encuentra el jugo y la pulpa.

El contenido de jugo del fruto varía entre 45-55% y el de cáscara (incluyendo semillas y hollejo) también está en el mismo porcentaje 45-55%. El contenido de aceite esencial varía entre el 0.2 y 0.5 %. En el 90% de las plantas citrícolas de Tucumán se emplea el sistema de extracción “in line” FMC (Food Machinery Company), que separa en un solo paso los tres componentes del fruto: el 60

aceite, el jugo y la cáscara. Veamos el diagrama de flujo, para este sistema de extracción:

La diferencia en el diagrama de flujo para el sistema Brown, radica básicamente en que el aceite se extrae antes que el jugo, y que la etapa de calibrado, para clasificar la fruta por tamaño, se realiza después de la extracción de aceite, como puede verse en el esquema siguiente:

61

62

Describiremos a continuación cada etapa del proceso. Almacenamiento de la fruta La fruta para industria se almacena en silos de madera, que permiten una adecuada aireación del fruto, y actúa como tanque pulmón, que permite el funcionamiento continuo de la planta.

Extracción A nivel internacional se emplean dos sistemas de extracción para los cítricos: el sistema FMC y el sistema Brown. El sistema FMC separa los tres componentes del limón en un solo paso, mientras que el Brown primero separa el aceite esencial y luego los otros dos componentes del fruto (jugo y cáscara). Como decíamos, el 90% de las plantas industriales de Tucumán operan con el sistema FMC. Sistema FMC Este sistema consiste de dos copas dentadas que intercalan sus dientes cuando se cierran a presión. La fruta debe clasificarse por tamaño antes de ingresar al extractor, la fruta se coloca en el centro de la copa inferior, y la presión generada por el descenso de la copa superior rompe la glándulas oleíferas, y un potente chorro de agua micronizada arrastra el aceite generando una emulsión con cuatro componentes: agua, aceite, y restos de cáscara (comúnmente denominado “aserrín”), que tiene una concentración de 1 a 2% de aceite esencial.

63

Al mismo tiempo que se ejerce presión por la copa superior, ingresa por la parte inferior de la fruto un tubo o cánula perforada, por donde será expulsado el jugo con pulpa, mientras que la cáscara y las semillas quedan dentro de las copas, y luego son expulsadas por la parte superior. En la figura siguiente se esquematiza el proceso en cuatro etapas:

Extractor Brown 64

El extractor de aceites Brown (BOE, Brown Oil Extractor) se ubica antes de la calibradora, y consiste en una “cama” de rodillos que tiene elementos punzantes de acero inoxidable (como “agujas”), que rompen las glándulas de aceite esencial de la corteza de los limones, y con agua se arrastra el aceite. Luego de extraer el aceite recién se extrae el jugo.

Después del extractor de aceite, la fruta pasa por la etapa de calibración y de allí a la extractora de jugos, que puede ser de diferentes modelos. Uno de ellos se observa en las figuras siguientes:

Después de la extracción podemos separar el proceso en tres líneas independientes: línea de jugo, línea de aceite esencial y línea de cáscara.

Línea de jugo 1- Separación de pulpa gruesa y semillas. 65

La pulpa gruesa y la semilla se separan en un equipo llamado “finisher”, que consta de un tornillo sin fin (que puede ser cónico o cilíndrico), rodeado de una malla perforada. El jugo con pulpa es comprimido por el tornillo obligándolo a pasar a través de las perforaciones de la malla, mientras que las semillas y la pulpa gruesa son comprimidas y se obtienen semisecas al final del tornillo.

2- Separación de pulpa fina Para ajustar el contenido final de pulpa a las especificaciones del cliente, que suelen ser 1%, 2% o 8% v/v, se emplea una centrífuga.

3- Clarificación El jugo puede ser turbio o clarificado, según las especificaciones del cliente. El proceso de clarificación consiste en tratar el jugo con enzimas pectinolíticas a temperaturas entre 35 y 45°C, de modo de degradar la pectina (polímero del ácido 66

galacturónico, es decir es un polisacárido) durante el tiempo necesario para la acción despolimerizadora de la pectina. La pectina es la que permite que la pulpa permanezca en suspensión, de modo que al ser degradada se produce una sedimentación de la pulpa y la turbiedad del jugo. Una vez finalizada la acción enzimática se trata el jugo con un floculante, y el sobrenadante se filtra. 4- Ultrafiltración La filtración de los jugos clarificados se realiza con filtros de membrana, en equipos semejantes a los de ósmosis inversa. Luego el jugo pasa por resinas de intercambio aniónico que reducen el color y remueven sustancias como la hesperidina, que luego pueden producir el enturbiamiento posterior del jugo. Estas resinas se regeneran con soda cáustica.

5- Concentración Para aumentar la vida útil de los jugos y además permitir su comercialización sin necesidad de transportar elevados volúmenes de agua, el jugo es concentrado desde un brix de 7-8 a aproximadamente 55-60 ºBx. Durante esta operación también se produce la pasteurización de los jugos. Se emplean básicamente dos tipos de evaporadores múltiple efecto en la concentración de jugos de frutas: a) Evaporadores de placa: son muy compactos, por lo cual el costo de instalación es menor que para los de tubos. Su capacidad de evaporación de agua es menor que para los evaporadores de tubos, en general, puede decirse que llegan hasta 60000 lb/h. Las placas pueden desarmarse y limpieza con facilidad.

67

b) Evaporadores de tubo de película descendente (Falling film): el jugo desciende por el interior de tubos de gran longitud (de 4 a 8 metros), en forma de una delgada película, que mejora el intercambio calórico y evita sobrecalentamientos, y luego en la parte inferior se encuentra una cámara que permite la separación del vapor del jugo concentrado. Este tipo de evaporador tiene mayor capacidad de evaporación de agua que la de los de placa y conserva mejor los componentes termolábiles del jugo (como la vitamina C). Son muy empleados en la industria alimenticia en general.

68

Debido a que en los extractores, una pequeña fracción de aceite esencial es arrastrada por el jugo (la concentración de aceite en el jugo puede ser 0,1 a 0,2%), los evaporadores generalmente tienen un sistema de recuperación del aceite esencial que es arrastrado por el vapor y que aparece luego en los condensados. O bien antes del evaporador se realiza una operación de flasheo del jugo, a vacío, para desprender el aceite esencial y recuperarlo. Esta operación se denomina stripping (desnudado), y el aceite obtenido se llama stripper oil. Este aceite, de menor calidad que el “cold pressed”, se vende como tal o se readiciona al jugo concentrado para mejorar sus características organolépticas.

6- Enfriamiento, ajuste de la concentración y envasado El jugo se enfría en un intercambiador de calor hasta 5º C, y luego se ajusta su concentración con agua desmineralizada hasta alcanzar las especificaciones del cliente. El jugo concentrado suele comercializarse en concentraciones de 400 GPL o 500 GPL, refiriéndose esta concentración a gramos por litro de ácido cítrico anhidro. Los jugos se envasan en tambores de 200 litros, y para evitar el contacto del jugo con las paredes del tambor, se emplea una doble bolsa de polietileno de 100 micrones de espesor. Una vez envasados, los tambores se almacenan en cámara frigorífica a temperaturas entre 0 y 5 ºC. Para mejorar la conservación de los jugos se agrega benzoato de sodio, y en el caso de los jugos clarificados, se adiciona sulfito de sodio, para evitar el pardeamiento. Analizaremos a continuación el fenómeno de pardeamiento enzimático que se desarrolla en los jugos de frutas, profundizando en los componentes químicos del jugo.

69

Pardeamiento enzimático El pardeamiento enzimático se origina por la oxidación de los polifenoles por acción de la enzima polifenol-oxidasa.

Las quinonas se polimerizan dando lugar a compuestos policíclicos de color oscuro denominadas “melaninas”.

Vamos a analizar cuáles son los componentes del jugo que actúan como sustratos del pardeamiento enzimático. Entre los polifenoles encontramos al ácido gálico:

También el ácido clorogénico, que es una combinación del ácido cafeico con el quínico:

70

También sufren la oxidación enzimática los flavonoides, que son compuestos formados por dos anillos bencénicos, A y B, que tienen la siguiente estructura:

Estos compuestos habitualmente se encuentran en el jugo glicosidados, es decir, unidos a azúcares, generalmente disacáridos. Los más comunes encontrados en el jugo de limón son la hesperidina, la eriocitrina y la diosmina, cuya estructura puede verse abajo.

Todos estos compuestos que se degradan en el pardeamiento enzimático tienen notables efectos benéficos para la salud humana, ya que actúan como antioxidantes y neutralizadores de radicales libres, reduciendo los procesos de oxidación que ocurren en las células (envejecimiento, oxidación del colesterol bueno HDL a colesterol malo LDL, etc.). Para bloquear o reducir el pardeamiento enzimático se emplean tres herramientas: • Temperatura: escaldado, pasteurización. Por efecto de la temperatura se desactiva la enzima polifenol-oxidasa. • Reducción del pH: el agregado de ácido cítrico a algunas conservas de frutas, por ejemplo, hace que la enzima no actúe al estar fuera de su pH óptimo. • Agentes reductores: ácido ascórbico, sulfito. Reducen las quinonas a fenoles, evitando la polimerización de las mismas.

Línea de aceite esencial Antes de describir el proceso de obtención del aceite esencial de limón, analizaremos su composición química y los parámetros característicos de la misma. Tipos de aceite esencial Existen diferentes tipos de aceite esencial, y su composición varía de acuerdo al método industrial de obtención. 71

•

Aceite de expresión en frío o cold pressed: es el de mayor valor económico (20.000 U$S la ton), y cómo su nombre lo indica se obtiene por la expresión en frío de la cáscara de la fruta. Es el que se obtiene a partir del extractor FMC o Brown.

•

Esencias o stripper oil: se extrae del jugo natural, antes de su concentración, mediante un flasheo al vacío.

•

Aromas: son aceites obtenidos de los condensados que se generan durante el proceso de evaporación de los jugos.

•

Destilados: son aceites mas pobres que se obtienen por destilación por arrastre de vapor del licor de prensa de la cáscara, de la torta de tierra de diatomeas del filtrado al vacío del aceite cold pressed y del agua de descargas de las centrifugas.

Composición El aceite esencial cold pressed está formado principalmente por : • • •

Terpenos, siendo el más importante en concentración el d-limoneno, y luego, el β-pineno. Terpenoides: aldehídos y cetonas, como el citral. Son los responsables del aroma Fijadores del aroma: cumarinas y otros flavonoides no volátiles.

Los terpenos son una serie de compuestos naturales que formalmente se pueden considerar polímeros del isopreno. El isopreno (2-metil-1,3-butadieno), es un hidrocarburo doblemente insaturado de 5 carbonos.

El terpeno de mayor concentración en el jugo de limón es el d-limoneno, que es un terpeno cíclico, con la siguiente estructura

El segundo terpeno en importancia es el el β-pineno, que es un terpeno bicíclico.

72

El principal responsable del aroma del aceite esencial de limón es un aldehído denominado citral, que tiene dos isómeros ópticos: el neral y el geranial, su concentración varía entre el 2 y 4%, con la siguiente estructura:

Parámetros característicos del aceite esencial de limón

La rotación óptica se debe fundamentalmente al limoneno, que es dextrógiro, y al β-pineno, que es levógiro. La variación en la proporción entre ambos hace varia el ángulo de desviación polarimétrica. Otro parámetro importante que permite distinguir al aceite “cold pressed” es el valor de la línea CD en el espectrograma de absorción UV del aceite. Esta línea tiene una longitud que varía entre 0.25 y 0.35 unidades de absorbancia para una solución de 250 mg de aceite en 100 ml de etanol. La absorción del aceite en el UV se debe básicamente a los flavonoides presentes en la misma.

73

Analizaremos a continuación las etapas del proceso de extracción de aceite esencial, partiendo de la emulsión de aceite en agua obtenida en la extractora FMC o en la extractora Brown.

1- Purificación del aceite La emulsión de aceite en agua, proveniente de los extractores tiene una pureza de 1 a 2% de aceites. Pasa por “finishers” o “terminadores”, para separar los sólidos insolubles más grandes (aserrín). El finisher es un tornillo sin fin cubierto por una malla perforada por las que pasa el líquido prácticamente sin sólidos. Los restos de cáscara son comprimidos al final del tornillo, para obtener un producto casi seco. Es semejante al empleado para separar la pulpa gruesa en el jugo. 2- Concentración •

La emulsión es luego tratada en un primer tándem de centrífugas llamadas “concentradoras” o “deslodadoras” (desludger, porque también separan sólidos finos que pueden haber pasado el finisher) que separan agua y aceite, tal que la emulsión obtenido tiene de 40 a 60% de aceite esencial.

•

Estas centrífugas giran a 800-1000 rpm, obteniéndose la fase acuosa, mas pesada, en la parte exterior, y descargando la fase rica en aceite por el centro.

3- Pulido •

La emulsión de aceite en agua que sale de la primera centrífuga es muy viscosa, por lo 74

•

que se trata con enzimas pectinolíticas que bajan la viscosidad y ayudan al segundo juego de centrífugas, llamadas “pulidoras” o “terminadoras”, que eliminan toda el agua. Estas centrífugas giran a 15000 rpm.

Abajo puede verse el esquema de concentración o deslodado (desludger) y pulido (polisher), del aceite obtenido a partir de un extractor Brown (BOE)

4- Almacenaje en tambores, enfriado y descerado Se almacena en tambores de 200 litros y se enfría en cámara a -30°C y se mantiene durante 7 días, para que coagule la cera. Se separa el aceite por decantación o filtración con filtros al vacío tipo Olliver. Desterpenado de aceites La desterpenación es la extracción de los terpenos del aceite esencial, que permite obtener un 75

producto más estable y mas soluble en agua. Los aceites desterpenados forman emulsiones más fácilmente y significan un importante ahorro en el almacenado y transporte, debido a la disminución de volumen. La contribución mas importante a la fragancia del aceite está dada por los compuestos oxigenados (citral), mientras que los hidrocarburos terpénicos tienden a descomponerse para producir compuestos de mal gusto y aroma, cuando el aceite se calienta o se deja en contacto con el aire, debido a la oxidación de los dobles enlaces (enranciamiento) El grado de desterpenación se expresa por el grado de plegamiento o “Folding”, que se define como el cociente entre la concentración de citral en el aceite concentrado y en el aceite natural: •

F = [citral]aceite cc/[citral]aceite natural

•

En el mercado se encuentran aceites foldeados entre 5 y 20 fold.

•

Los aceites de más de 20 fold se llaman desterpenados (terpeneless)

Los métodos que pueden emplearse para desterpenar los aceites son: • • • •

Destilación por arrastre de vapor Destilación fraccionada a presión reducida Extracción con solventes Adsorción

El método más empleado es la destilación a presión reducida. En la tabla siguiente pueden verse los componentes principales a separar, su concentración, punto de ebullición y la volatilidad relativa α, respecto al componente clave: el citral Compuesto D-limoneno β-pineno. γ-terpineno Citral

concentración 68% 12% 8% 2%

PE ºC 175 166 185 230

α 14 21 9 1

En la figura de abajo, puede verse el resultado de la simulación de una columna de destilación que permite concentrar el citral en el fondo de la columna, mientras que la mayor proporción de terpenos sale con el destilado en la cabeza de la columna.

76

Línea de cáscara 1- Lavado y prensado Lá cascara (que incluye la cáscara propiamente dicha, la semilla y el hollejo) es lavada, escurrida y prensada tres veces consecutivas, hasta obtener una cáscara prensada con una humedad del 85%. El lavado es esencial pues quita los ácidos, que degradan la pectina (que se obtendrá a partir de la cáscara), y los azúcares, que si existieran durante el secado, caramelizarían dándole un color no deseable a la pectina.

77

2- Secado y embolsado La cáscara es secada en secadores de tambor rotatorio, con aire caliente, hasta una humedad del 15%. Una vez seca se compacta y se estiba en bolsas

78

CONTROL DE CALIDAD EN LA INDUSTRIA CITRICA

I- Control de calidad de jugo de limón Determinación de acidez Se realiza una valoración de neutralización, hasta viraje de la fenoloftaleína, o con medición del pH, hasta pH 8.3., empleando como valorante solución de hidróxido de sodio 0,5 N. La acidez de los jugos se expresa como gramos de ácido cítrico anhidro por 100 gramos de jugo, por lo tanto: % Acidez = V . N . mEq .100 / g = V. N . 6.404 / g Donde: V: volumen de NaOH gastados en la titulación en ml. N: normalidad del NaOH mEq: miliequivalente del ácido cítrico anhidro= 0.06404 g: peso de jugo. La cantidad de jugo a pesar variará de acuerdo a su concentración, estableciéndose que para un jugo natural de limón deberá pesarse aproximadamente 10 g de jugo, mientras que para un jugo concentrado debe pesarse 2 g. Se coloca en un vaso de precipitación de 100 ml, se agregan 40 ml de agua destilada, se coloca en un agitador manético, y se titula con NaOH hasta pH 8,3. La acidez también puede expresarse como gramos de ácido cítrico por litro de jugo (GPL). Así la industria cítrica produce jugos concentrados de 400 GPL y 500 GPL, de manera estándar. Para calcular la acidez en GPL se procede de la siguiente manera: 1- Se determina el brix del jugo por refractometría. Por ejemplo 42 ºBx 2- Se corrige el brix de acuerdo a la acidez, según tablas que dan un factor de corrección en función de la acidez % p/p. Por ejemplo, para una acidez de 31,28% el factor de corrección es 5,57. Luego el brix corregido será Bxc = 42 + 5,57 = 47,57 El factor puede calcularse con la expresión: „ F = 0.012 + 0.193.x – 0.0004.x2 Donde x es la acidez en %p/p. 3- Se ingresa a tablas de densidad en función del brix corregido y se obtiene la densidad del jugo d = 1,21889 g/ml 79

También puede emplearse la siguiente fórmula para estimar la densidad en función del brix para jugos de frutas y soluciones azucaradas: „ D (g/L) = 1008 + 4,15.Bx – 0,6.t 4- Luego el calculo de la acidez en GPL será: GPL = Acidez % p/p . densidad . 10 En el ejemplo: GPL = 31,28 . 1,21889 . 10 = 381 GPL En jugo natural la acidez varía entre 4,5 y 6,5 % (45 a 70 GPL), en jugos de 400 GPL entre 32 y 33% p/p, y en jugos de 500 GPL, la acidez varía entre 38,5 y 40% p/p.

Preparación y valoración del Hidróxido de Sodio La solución de NaOH 0,5 N se prepara pesando 20 g en un vaso de precipitación de 250 ml, se disuelve y enrasa en matraz aforado de 1 litro. Como es un patrón secundario debe valorarse con un patrón primario como el biftalato de potasio. Pesar en un erlenmeyer 1.4 gr de biftalato de potasio, agregar agua destilada para disolverlo e indicador fenolftaleína. Titular desde la bureta hasta color rosado tenue. N.V = Nro. de mEq. De biftalato N = g biftalato / (V.mEq. biftalato) = g/ (V.0,20423)

Determinación del indice de madurez o “ratio” Es el cociente entre Brix (a 20ºC) y acidez expresada en % p/p. En jugos de limón varía entre 1,20 y 1,50. El ratio corregido es el cociente entre Brix corregido y acidez. Varía entre 1,40 y 1,70.

Determinación del Nitrógeno amínico El nitrógeno amínico (o proveniente de aminoácidos) se determina empleando el método de Sörensen. Esta titulación utiliza la reacción entre un aminoácido y el formol (formaldehído) que genera iones hidrógeno en el medio que pueden determinarse por una titulación de neutralización: 80

H2-C=O

+ H3N-CH2-COO-

CH2=N-CH2-COO- + H2O + H+

El procedimiento consiste en neutralizar el formol con NaOH 0.1 N hasta pH 8.4. Se pesan 10 ml de jugo natural o 2 gramos de jugo concentrado en un vaso de precipitación de 100 ml, se diluye con 30 ml de agua destilada, y se neutraliza con NaOH hasta pH 8.4 (primero se agrega NaOH 0,5 N hasta pH 6.5-7, y luego se continúa con NaOH 0,1 N hasta 8.4). A continuación se agregan 20 ml de solución de formol al 36%. Se observa que el pH desciende, se espera 1 minuto, y luego se titula con NaOH 0.1 N hasta restablecer el pH = 8.4. El Nitrógeno amínico se exprea en mg por 100 gramos de jugo: m% de N = N . V . 0,014 .100 . 1000/g = N . V . 1400/g donde 0,014 es el miliequivalente del Nitrógeno. Los valores mínimos de nitrógeno amínico son 15 mg/100 ml para jugo natural, 110 mg/100 ml en jugo de 400 GPL y 130 mg/100 ml en jugos de 500 GPl.

Determinación de Vitamina C La determinación de ácido ascórbico o vitamina C se realiza mediante una titulación redox con yodo. Valoración del yodo Se emplea como titulante una solución de yodo 0,02 N que previamente se valora con ácido ascórbico patrón. Se pesan 40 mg de ácido ascórbico en un erlenmeyer, se agrega agua destilada y 1 ml de almidón como indicador. Se titula con la solución de yodo hasta color azul permanente. Se determina el título del yodo expresado en mg de vitamina C/ml de yodo. T = peso de ácido ascórbico/ V gastado en la titulación. Valoración del jugo Se pesan 2 g de jugo concentrado o 10 ml de jugo natural en erlenmeyer, se diluye con agua destilada, se agrega 1 ml de almidón y se titula agregando desde la bureta la solución de yodo hasta color azul permanente. Vit. C en mg/100g = T . V . 100 / g Donde g es el peso de la muestra en gramos. El valor mínimo de vitamina C es 30 mg/100 ml para jugo natural, 200 mg/100 ml para jugo de 400 GPL, y 240 mg/100 ml para jugo concentrado de 500 GPL.

81

Determinación de hesperidina en jugo de limón Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC)

por

El flavonoide Hesperidina está compuesto por la flavanona hesperitina y el disacárido rutinosa (compuesto por ranmnosa, 6-desoxi-L-manosa, y glucosa). También se lo designa como (S)-7-[[6-O-(6-desoxi-α-L-manopiranosil)-β-D-glucopiranosil]oxi]-2,3-dihidro-5hidroxi-2-(3-hidroxi-4-metoxifenil)-4H-1-benzopiran-4-ona. Está presente en limones y naranjas. Posee propiedades antioxidantes, anti inflamatorias, anti alérgicas, hipolipídicas, vasoprotectivas y acciones anticarcinogénicas. Se considera que muchas de estos efectos se deban probablemente a la acción de su aglicón hesperitina (I) el que se muestra en el siguiente esquema:

La mayoría de estas propiedades pueden explicarse por la capacidad de los flavonoides de neutralizar radicales libres, actuando como dadores de H atómico. Es decir los flavonoides le ceden un átomo de hidrógeno a los radicales que catalizan las reacciones de oxidación, neutralizándolos, y generan un radical aroxilo (estabilizado por los fenómenos de resonancia en los anillos bencénicos que conforman el flavonoide).

Condiciones cromatográficas 1- Para la determinación cromatográfica se empleará como fase móvil una mezcla de dos solventes: A) Agua con ácido acético (al 1% v/v) grado HPLC B) Metanol grado HPLC. 2-

Se

realizará

una

elución

con 82

gradiente

lineal,

que

se

inicia con 15% de B en A y continúa con 25% de B en A a los 10 minutos, 25% de B en A a los 20 minutos, 40% de B en A los 25 minutos, 50% de B en A a los 30 minutos para finalmente alcanzar 80% de B en A a los 32 minutos. El caudal de trabajo se ajusta en 1 ml/min. 3- Los solventes deben ser filtrados ( a través de membranas de Nylon de 0,45 micrones de diámetro de poro) y desgasificados. 4- La detección se realizará midiendo la absorbancia en UV a 285 nm, donde la hesperidina presenta un máximo de absorción. 5- Se eluye la composición inicial de la fase móvil durante 10 a 20 minutos, de modo de obtener una línea de base estable, y se ajusta a cero la lectura de absorbancia del detector. 6Se trabajará con inyección a loop completo (20 microlitros). Por lo tanto se inyectará como mínimo 100 microlitros de modo de asegurarse una limpieza adecuada del loop. 7- Se inyectarán patrones de 20, 50 y 100 ppm de hesperidina, previamente filtrados con filtros de jeringa tipo Millipore (de 0,45 micrones de diámetro). Se obtienen los cromatogramas. Se determina una curva de calibración con los patrones agregados. 8- Preparación de la muestra: se hará una dilución de la muestra de jugo de limón concentrado, de 5 ml en 250 ml. Se pipetean 5 ml de jugo concentrado, se agrega 200 ml de agua destilada. Para clarificar la muestra, se añade 1 ml de Carrez I (ferrocianuro de potasio al 15%), se agita, luego se agrega l ml de Carrez II (acetato de Zinc al 30%). Se agita. Se enrasa a 250 ml con agua destilada. Se agita. Se deja sedimentar 5 minutos. Se filtra con papel de filtro. Luego se filtran 5 ml con filtro de jeringa tipo Millipore (de 0,45 micrones de diámetro). 9- Se inyecta en el HPLC la muestra de jugo, se obtiene el cromatograma y se identifica el pico correspondiente a la hesperidina. Se cuantifica utilizando el área debajo del pico. 10- Se lava la columna con 100% de agua, para arrastrar los restos de ácido acético, durante 10 minutos. 11- Se lava la columna con 100% de metanol durante 10 minutos, de modo que quede en la condiciones

83

II- Control de calidad de aceite esencial de limón Determinación de aldehídos totales expresados como citral Se basa en la reacción de la hidroxilamina con los aldehídos que libera iones hidrógenos, que luego son titulados por neutralización. En un vaso de precipitación de 100 ml se pesa 5 g de aceite esencial. Se añade 20 ml de solución de clorhidrato de hidroxilamina al 3,5% (a la cual previamente se la ajusta a pH=3.4 con NaOH 0.1N), se deja en contacto 15 min. Se agita y se valora con NaOH 0,1 N hasta pH 3.4. El contenido de aldehídos totales expresados como citral será: % aldehídos totales = N . V . mEq. 100 /g El mEq. del citral es 0,152 (para naranja y pomelo se expresa en decanal y el valor del mEq es 0.154). Para aceites esenciales de limón el % de aldehído varía entre 2 y 4% p/p.

Determinación de línea CD Un aceite esencial está formado por tres tipos de componentes: 1- compuestos oxigenados volátiles: como aldehídos, cetonas, alcoholes, ácidos y ésteres, que son los responsables del aroma característico o bouquet de las esencias; 2- compuestos terpénicos y sesquiterpénicos 3- compuestos no volátiles: cumarinas, furocumarinas y flavonoides, que cumplen un rol muy importante porque actúan como fijadores de los compuestos volátiles, reteniendo de esta manera el aroma de las esencias. En general los aceites esenciales de limón pueden obtenerse por dos métodos industriales: expresión en frío y destilación por arrastre de vapor. La destilación origina esencias sin compuestos no volátiles, y por lo tanto, su aroma es más efímero, y tienen menor valor comercial. En cambio la expresión en frío logra conservar los compuestos fijadores, y por lo tanto, mantiene el bouquet o aroma característico de la esencia. A partir del espectro de absorción en el UV de la esencia puede determinarse la presencia o no de estos compuestos no volátiles o fijadores naturales del aroma, y cuantificarlos indirectamente, a través de la altura del pico característico de absorción de estos componentes, descontada la absorción de fondo, y esta altura, expresada en unidades de absorbancia, se denomina línea CD. El método consiste en determinar el espectrograma de absorción en el UV en un rango comprendido entre 240 y 400 nm de una solución que contiene 250 mg de aceite en 100 ml de etanol al 96%. Este espectro presenta un máximo característico 84

en las proximidades de los 315 nm y dos puntos de inflexión (dos valles en el espectrograma), uno en 280 nm y otro en 370 nm, aproximadamente. H. Sale encontró para todos los aceites esenciales de limón obtenidos por expresión, que uniendo los puntos de inflexión con una línea recta, y trazando una vertical desde el pico máximo hasta la recta, la altura de la misma es característica, o varía dentro de ciertos límites constantes, para las esencias genuinas. La vertical se denominó línea CD, y se expresa en unidades de absorbancia. En el gráfico de abajo puede verse el espectrograma de una esencia de limón de Tucumán.

En aceite esencial de limón con expresión en frío, el valor de la línea CD está entre 0,25 y 0,35 unidades de absorbancia.

Determinación de la desviación polarimétrica Se determina el ángulo de rotación del plano de polarización de la luz que atraviesa el aceite esencial. Se utilizan generalmente tubos de 10 cm de longitud. Se emplea una lámpara de sodio como fuente del instrumento. Se llena el tubo con aceite cuidando que no ingresen burbujas. Se anota la temperatura a la que se realiza la medición. Luego el tubo se limpia con alcohol etílico. El ángulo de rotación varía entre +60 y +68 grados.

85

PROCESO DE ELABORACION DE ALCOHOL Podemos considerar que el proceso de elaboración de alcohol etílico comprende las siguientes etapas: • • • • • •

Preparación del mosto Acondicionamiento de la levadura Fermentación alcohólica Centrifugación Destilación Deshidratación

Preparación del mosto Las materias primas más utilizadas y económicas, son las que se originan en la caña de azúcar: Jugo y melaza En Argentina el 99% de la producción de alcohol se realiza a partir de melaza. En Brasil existe un gran número de destilerías autónomas, que producen alcohol a partir de jugo. La melaza es un líquido denso de coloración oscura y su composición es muy variable de acuerdo con la variedad de la caña, la edad, maduración, quema, eficiencia de la cristalización de azúcar, etc. La melaza suele tener un Bx que varía entre 80 y 88, de 52 a 56% de azúcares reductores totales (ART), un pH de 5,5; cenizas de 8,5 a 10%. La densidad de la melaza es 1,34 g/ml. La preparación del mosto implica: •

1- Dilución de la melaza: se diluye con agua a un Brix de aproximadamente 30, lo que originta en el mosto a fermentar un contenido de ART de aproximadamente 18% p/p

•

2- Adición de nutrientes: N, P . Se agrega urea como fuente de nitrógeno y ácido fosfórico como fuente de fósforo. También puede emplearse fosfato de amonio para proporcionar ambos nutrientes simultáneamente.

Acondicionamiento de la levadura Para iniciar la fermentación se deben sembrar las cubas con levadura. Para poner en marcha el proceso se necesita generar una cierta cantidad de levadura, trabajando en condiciones aeróbicas para aumentar el contenido de células. Recordar que las levaduras en condiciones aeróbicas y con limitación de nutrientes generan biomasa, es decir, se reproducen, mientras que con exceso de nutrientes y en condiciones anaeróbicas producen alcohol. La propagación inicial de la levadura se realiza en un reactor aeróbico, también llamado propagador:

86

Luego se pasa a otro propagador aeróbico de mayor tamaño de modo de continuar con el aumento de la biomasa necesaria para sembrar luego las cubas de fermentación.

Fermentación alcohólica Las cubas se siembran con levadura, se le baja el pH hasta aproximadamente 2 con ácido sulfúrico concentrado para eliminar bacterias y otros contaminantes, y luego se le agrega la melaza y el agua, de modo de tener un brix inicial de aproximadamente 30, y que el pH esté entre 4,5 y 5, que es el óptimo para la levadura.

La fermentación batch dura aproximadamente 16 hs. Las cubas que terminan la fermentación, 87

son centrifugadas, y se separa el vino (mosto fermentado) de una suspensión de levadura en agua, que es lavada con agua y recirculada a la cuba, y sirve de “pie” para la próxima fermentación. Luego se agrega H2SO4 para reducir el pH a 2 y así eliminar las bacterias contaminantes. Eventualmente pueden agregarse antibióticos (por ejemplo penicilina). La fermentación puede realizarse en forma discontinua o continua. La diferencia entre uno y otro estriba, en que en el primer caso, en cada cuba de fermentación se produce el proceso completo de alcohogénesis (siembra, llenado, fermentación, parada de la fermentación y destilación de la cuba) desde el principio hasta el final, mientras que en el proceso "continuo" cada cuba permanece en una fase diferente del proceso de forma estacionaria, manteniendo un volumen y caudal constante de alimentación y descarga. En el proceso batch cada destilería tiene varias cubas fermentando al mismo tiempo (generalmente ocho), en diferente estado del proceso, de modo de asegurar de un flujo continuo de mosto fermentado (vino) a la destilación, que es una operación continua, que se alimenta desde un tanque pulmón de vino. El rendimiento de la fermentación alcohólica puede evaluarse a partir de la reacción: •

C6H12O6

2C2H5OH + 2CO2

• •

180 kg 1 kg

• •

Rendimiento práctico: 0,25 litros/kg melaza 0,5 litros/kg de azúcares

ΔH = - 31.200 cal

2x46 x = 0,51 kg etanol/kg azúcar = 0,64 litros

Factores que inciden en la eficiencia de la fermentación •

• •

• • •

La Concentración de Azúcares.- Esta depende de la calidad del alcohol que desea obtener, se puede ir incrementando tratando de no sobrepasar el límite donde puede convertirse en un inhibidor de la fermentación, ò que las concentración de alcohol se puedan convertir también en un factor de pérdidas de azúcar. pH.- Considerando que la levadura se desenvuelve perfectamente en medios ácidos, el mosto debe tener suficiente ácido para evitar el desenvolvimiento de las bacterias. El pH óptimo de la levadura es entre 4,5 y 5. La temperatura.- durante el proceso de la fermentación es importante el control de la temperatura, podríamos de acuerdo con la experiencia manejarlos con temperatura entre 28 y 34ºC. considerando que a temperatura más baja obtendríamos alcohol menos contaminado y a temperatura más alta tendríamos la formación de producción de sustancias contaminantes del alcohol u otros alcoholes. Elementos minerales.- Los elementos minerales son esenciales para el desenvolvimiento de la levadura, el fósforo, azufre, hierro , magnesio, calcio, como nutrientes esenciales el nitrógeno como sulfato de amonio. Vitaminas.- principalmente se ha utilizado la vitamina B1 para acelerar el curso de la fermentación. La ultima fase de la fermentación se caracteriza por que es justamente allí cuando se produce la mayor parte de las infecciones y de alcoholes superiores que constituyen la mayor parte del fusel, es por esto que esta fase debe ser la más breve posible y cuando el 88

brix se repite durante dos horas, hay que destilar la cuba. Parámetros a controlar durante la fermentación: •

Brix

•

pH

•

Temperatura

•

% alcohol en vino

• • • • • • • • • •

Compuestos que se pueden encontrar en líquidos alcohólicos obtenidos por fermentación PM D PF PE ALCOHOL Etílico 46.05 0.789 -112 78.4 Propílico 6006 0.804 -127 97.98 Isopropílico 60.06 0.780 -85. 82.5 Butílico 74.08 0.810 -79.9 117 Isobutílico 74.08 0.805 -108 107.8 Butílico sec. 74.08 0.808 99.5 Amílico 88.09 0.817 137.8 Glicerina 92.06 1.26 17.9 290

• • • • •

ALDEHIDOS Etílico Butírico Isovalérico Furfurol

• • • • • •

ESTERES Formiato de etilo Acetato de etilo Acetato de propilo Acetato de isopropilo Acetato de butilo

44.03 72.10 86.08 96.03

0.783 -123.5 20.2 0.817 73 0.803 -151 92.5 1.159 -38.7 160.5 74.05 88.06 102.08 102.8 116.90

0.906 0.901 0.886 0.877 0.882

-79 -82.4 -92.5 -73.4 -76.8

54 77.1 101.6 89.9 125.1

Destilación Se emplea generalmente un esquema con tres columnas: 89

1- Destiladora 2- Depuradora 3- Rectificadora

•

•

Columna destiladora o de agotamiento: Ingresa el vino caliente a destilar, que pasó por un intercambiador de tubos, denominado “Calentador de vino”, y salen por la parte superior, los vapores alcohólicos que se condensan (Flegma de 60º) y se envían a la columna depuradora, y por el fondo, los componentes pesados que junto al H2O conforman la mezcla conocida como vinaza (principal efluente de las destilerías). Es una columna con platos perforados, en lugar de las calotas tradicionales, para facilitar la limpieza de las incrustaciones. En esta primera columna se forman incrustaciones muy duras de sulfato de calcio. Columna depuradora: tiene la finalidad de eliminar el aldehído acético proveniente del mosto fermentado, que es más volátil que el etanol y que da un olor y un sabor desagradable al mismo. Conformada por 15 platos de agotamiento y 15 platos de

Vino

H2O

rectificación y la alimentación se realiza en la mitad de la columna. Del plato superior egresa una corriente rica en aldehídos que es condensada. La corriente líquida resultante es el llamado alcohol Mal Gusto (MG) debido a su concentración de aldehídos, y que se emplea como solvente industrial. Del hervidor egresa una corriente rica en etanol (60º) que será alimentada a la columna rectificadora. 90

•

Columna rectificadora: Posee 45 platos en la zona de rectificación y 15 en la zona de agotamiento, se alimenta a dos tercios de la cabeza de la columna. De esta manera se obtiene un vapor rico en etanol que es condensado (flegma), parte del mismo es recirculado a la columna rectificadora y parte es alimentado a la columna depuradora. El alcohol Buen Gusto (BG) obtenido de esta columna es extraído del plato número 55 y no del condensado para así evitar la contaminación con los aldehídos que puedan quedar remanentes. La corriente que sale por el hervidor es llamada flegmaza y contiene agua con baja concentración de alcohol.

Deshidratación de alcohol Para poder ser empleado como combustible el alcohol de 96º debe ser deshidratado. Pueden emplearse dos métodos: 1- Destilación azeotrópica. 2- Adsorción por tamices moleculares. •

Destilación azeotrópica: se agrega a la mezcla etanol-agua un tercer elemento para romper el azeótropo, y puede utilizarse benceno, tolueno, n-pentano o ciclohexano. Generalmente se utiliza benceno. En el caso del benceno, el esquema cuenta con una columna deshidratadora, en el plato superior de la misma se agrega el benceno, y por la parte inferior se obtiene el alcohol anhidro. Por la parte superior se obtiene el azeótropo ternario aguabenceno-etanol, que va a un separador líquido-líquido. El azeótropo ternario está en la región de inmiscibilidad de la mezcla etanol-agua-benceno, que permite separar dos fases: una rica en benceno que se recircula a la columna deshidratadora como reflujo, y otra rica en agua que se envía a una columna más pequeña denominada despojadora

1234567-

Cuba de fermentación Precalentador de agua Precalentador de vino Columna destiladora Columna rectificadora Columna deshidratadora Separador de fases de la mezcla benceno-etanol-agua 91

8- Agregado de benceno para romper el azeótropo •

Adsorción por tamices moleculares: La adsorción de agua empleando tamices moleculares es una de las tecnologías que más se ha desarrollado en el área de alcohol carburante y está desplazando a la destilación azeotrópica. Los tamices moleculares son materiales granulares rígidos de forma esférica o cilíndrica elaborados a partir de alumino-silicatos de potasio. Se clasifican de acuerdo al diámetro de poro. Para la deshidratación de etanol se emplean diámetros de poro de 3 Amgstrom. La molécula de agua tiene un diámetro menor y penetra en la estructura del tamiz, mientras que el alcohol pasa sin adsorberse. Una vez saturado el lecho debe eliminarse la sustancia adsorbida con aire o gas caliente (desorción).

Efluentes de la industria alcoholera: vinaza La vinaza es el principal efluente de la industria alcoholera, se generan aproximadamente 10 a 12 litros de vinaza por cada litro de alcohol producido. Es un líquido oscuro, con apróximadamente un 10% de sólidos, con una elevada carga orgánica (DQO de 100.000 mgO2/L y DBO de 20.000 mgO2/L). La elevada relación DQO/DBO, que es igual a 5, indica lo difícil de biodegradar de este efluente (un efluente cloacal tiene una relación DQO/DBO= 1.5 a 2). Posibles soluciones: • 1- Digestión anaeróbica en reactores UASB (upflow anaerobic sludge blanket): reactores anaeróbicos de manto de barros ascendente. Difíciles de operar, los lodos se desactivan fácilmente por la elevada carga orgánica e inorgánica de la vinaza, lo que hace necesario diluirla. Tiene un elevado costo inicial de construcción del reactor. • 2- Ferti-irrigación: aumenta la salinidad de suelos. • 3- Oxidación electroquímica: permite romper macromoléculas y aumenta la biodegradabilidad de la vinaza. La desventaja reside en el consumo de energía eléctrica.

Esquema de un reactor UASB: se muestra en la página siguiente.

92

Alternativa con recirculación de vinaza, para disminuir su volumen

93

Control de calidad de alcohol Buen Gusto de 96º El Código Alimentario Argentino establece las especificaciones del alcohol de uso alimenticio: •

• • • • • • • • • • •

Art 1109 - (Res. Conj. 86/2208 SPReI y 339/2008 SAGPyA) - Alcohol Etílico Potable de Origen Agrícola es el producto con una graduación alcohólica mínima de 95% Vol. a 20 °C, obtenido por la destilo-rectificación de mostos provenientes únicamente de materias primas de origen agrícola, de naturaleza azucarada o amilácea, resultante de la fermentación alcohólica, como también el producto de la rectificación de aguardientes o de destilados alcohólicos simples. En la denominación del alcohol etílico potable de origen agrícola, cuando se haga referencia a la materia prima utilizada, el alcohol deberá ser obtenido exclusivamente de esa materia prima. 1. Características organolépticas No deben detectarse aromas ni sabores extraños a la naturaleza del alcohol. 2. Apariencia Límpido e incoloro antes y después de dilución con agua destilada. 3. Grado alcohólico Mínimo 95% vol. a 20 °C 4. Acidez total expresada en ácido acético mg/100 ml de alcohol anhidro Máximo 3.0 5. Esteres expresados en acetato de etilo mg/100 ml de alcohol anhidro Máximo 10.0 6. Aldehídos expresados en acetaldehído mg/100 ml de alcohol anhidro Máximo 2.0 7. Alcoholes superiores expresados por la sumatoria de los mismos mg/100 ml de alcohol anhidro Máximo 3.0 8. 8.Metanol (mg/100 ml de alcohol anhidro) Máximo 50.0 9. Residuo seco (mg/100 ml de alcohol anhidro) Máximo 1.5 10. Benceno Ausencia

Tiempo de decoloración de permanganato o Tiempo Barbet • • • •

• • • • • •

1 . OBJETO Y CAMPO DE APLICACION El método sirve para determinar el tiempo que tarda un alcohol neutro en decolorar una solución de permanganato . 2 . DEFINICION El tiempo de decoloración de una solución de permanga-nato , determinado por el método especificado , es el número de minutos necesario para que la coloración de la muestra sea idéntica a la del patrón tras la adición de 2 ml de una solución de 2 ml de permanganato potásico en concentración de 0,2 g/l a 50 ml de muestra . 3 . PRINCIPIO Se determina el tiempo necesario para que el tono de la muestra , tras la adición de una solución de permanganato potásico , sea idéntica a la del patrón , y dicho tiempo se denomina tiempo de decoloración de una solución de permanganato. Es una medida del contenido de compuestos oxidables, como los aldehídos. Un buen alcohol tiene un tiempo Barbet mayor a 20 min. 4 . REACTIVOS 4.1 . Solución de permanganato potásico en concentración de 0,2 g/l : debe tenerse preparada de antemano . 4.2 . Solución de cloruro de cobalto . Pesar con exactitud 5,0 g de cloruro de cobalto ( II ) 94

•

• • •

•

• • • • • •

•

•

cristalizado ( hexahidratado ) ( CoCl2 , 6H20 ) y verterlos en un matraz aforado de 100 ml ; disolver con un poco de agua , añadir 2,5 ml de ácido clorhídrico concentrado y añadir agua hasta la marca de aforo . 4.3 . Solución de nitrato de uranilo . Pesar con exactitud 4,0 g de nitrato de uranilo hexahidratado [ UO2(NO3)2 , 6H2O ] y verterlos en un matraz aforado de 100 ml ; disolver con un poco de agua , añadir 2,5 ml de ácido clorhídrico concentrado y añadir agua hasta la marca de aforo . 4.4 . Patrón de coloración . Tomar con pipeta 5,0 ml de la solución de cloruro de cobalto ( 4.2 ) y 7,0 ml de la solución de nitrato de uranilo ( 4.3 ) y verterlos en un matraz aforado de 50 ml ; añadir agua hasta la marca de aforo . 6 . FORMA DE OPERAR 6.1 . Enjuagar un tubo de ensayo ( 5.1 ) con la muestra por analizar , llenarlo hasta el aforo con la muestra y colocarlo en un baño termostático ( 5.5 ) a una temperatura constante de 20 ° C ± 0,5 ° C . Al cabo de 20 minutos , retirar el tubo del baño , añadir 2 ml de una solución de permanganato potásico ( 4.1 ) con una pipeta ( 5.2 ) . Anotar la hora , tapar inmediatamente el tubo , agitarlo vigorosamente y devolverlo al baño termostático . 6.2 . Observar el cambio de tono de la solución y compararlo de vez en cuando con el de un segundo tubo lleno con el patrón de coloración ( 4.4 ) , extrayendo para ello el tubo del baño y colocándolo sobre un fondo blanco . No exponer la solución analizada a la acción directa de los rayos solares mientras dure el ensayo . Anotar la hora en que el tono de la solución analizada se ha igualado con el de la solución patrón . 7 . EXPRESION DE LOS RESULTADOS 7.1 . Interpretación El tiempo de decoloración es el tiempo necesario para que el tono del tubo que contiene la muestra se vuelva idéntico al del tubo que contiene el patrón . Un buen alcohol de melaza tiene un tiempo Barbet mayor a 20 min. Los alcoholes de cereal tienen tiempo Barbet mayor a 40 min. 8. OBSERVACIONES 8.1 . La presencia de trazas de dióxido de manganeso ejerce un efecto catalizador sobre la reacción ; asegurarse de que las pipetas y tubos Nessler utilizados se han sometido a una limpieza escrupulosa y sólo se han utilizado para este fin . Limpiarlos con ácido clorhídrico y aclararlos cuidadosamente con agua ; el vidrio no debe presentar ninguna traza de color pardo . 8.2 . Conviene que se controle escrupulosamente la calidad del agua utilizada para preparar la solución de permanganato diluido ( 4.1 ) , que no debe absorber permanganato . Si resulta imposible alcanzar la calidad necesaria , es conveniente hervir agua destilada y añadir una pequeña cantidad de permanganato para obtener así una leve coloración rosa . Esta solución debe a continuación refrigerarse para utilizarla en la dilución . 8.3 . Determinadas muestras pueden decolorarse sin pasar por el tono exacto de la solución de referencia

95

ACIDEZ TOTAL • • • • • • • • • • • • • •

• •

1 . OBJETO Y CAMPO DE APLICACION El método permite determinar la acidez total , expresada en ácido acético , del alcohol neutro . 2 . DEFINICION La acidez total , expresada en ácido acético , es la determinada por el método especificado . 3 . PRINCIPIO Tras desgasificación , se titula la muestra con ayuda de una solución patrón de soda cáustica y se expresa la acidez en ácido acético . 4 . REACTIVOS 4.1 . Solución de hidróxido de sodio de 0,01 mol/l , conservada en condiciones que reduzcan al mínimo el contacto con el dióxido de carbono . 5 . INSTRUMENTAL 5.1 . pHmetro de una precisión del orden de 0,1 unidades de pH . 5.2 . Electrodos : electrodo de vidrio combinado o electrodo simple más otro de referencia , además de pinzas adaptadas para sujetarlos . 6 . FORMA DE OPERAR 6.1 . Desgasificar una fracción de la muestra calentándola hasta ebullición y enfriándola bruscamente a continuación o haciendo burbujear nitrógeno a través de la misma . 6.2 . Neutralizar alrededor de 50 ml de agua previamente hervida y enfriada en un vaso o en un matraz cónico . Pipetear en ella 50 ml de muestra desgasificada y titular con una solución patrón de soda cáustica ( 4.1 ) , hasta pH 8,3 utilizando un pHmetro y electrodos ( 5.1 y 5.2 ) . Sea V el volumen de líquido. El valor deber ser menor a 30 ppm (Código Alimentario Argentino) % acidez total = N . V . mEq. 100 /v

ALDEHIDOS TOTALES •

Se basa en la reacción de la hidroxilamina con los aldehídos que libera iones hidrógenos, que luego son titulados por neutralización. • En un vaso de precipitación de 250 ml se mide 50 ml de la muestra de alcohol. Se añade 20 ml de solución de clorhidrato de hidroxilamina al 3,5% (a la cual previamente se la ajusta a pH=8.3 con NaOH 0.1N), se deja en contacto 15 min. Se agita y se valora con NaOH 0,1 N hasta pH 8.3. • El contenido de aldehídos totales expresados como acetaldehído será: % aldehídos totales = N . V . mEq. 100 /v.

96

Etiquetado Nutricional de los Alimentos El Código Alimentario Argentino establece las normas para realizar el etiquetado nutricional de los alimentos. La determinación de los principales parámetros: proteínas, grasas, fibra, hidratos de carbono, y aporte calórico se realiza a partir del denominado análisis proximal de alimentos.

ANALISIS PROXIMAL DE ALIMENTOS (Esquema de Weende) MUESTRA

Materia Seca

Proteinas Grasas Ceniza Total

Digest. Acida y Alcalina Residuo Insoluble

Cenizas l bl Residuo Insoluble – Cenizas Insolubles = Fibra

Toma de Muestra: Estas deben ser representativas para evitar errores en las determinaciones. Determinación de Materia Seca: El método corriente consiste en eliminar el agua mediante el calor. Las muestras se secan a temperaturas que aseguren un secado rápido pero sin sobrepasar los 70º C para evitar la descomposición de las proteinas y pérdidas de sustancias volátiles. Los resultados obtenidos son expresados en %. Luego se procede al molido de la muestra seca a polvo fino ya que esto 97

reduce el error al tomar una alícuota, aumenta la solubilidad y aumenta la reactividad química. Determinación de Proteínas: Se utiliza el método de Kjeldahl para nitrógeno y el dato obtenido, por un factor, convierte la información en proteína. Las proteínas vegetales tienen 16 % de Nitrógeno, por lo tanto 100/16 = 6.25, es decir que este número es el factor para transformar nitrógeno en proteínas.

Cálculo: Ml ác. Sulfúrico * Normalidad * meq nitrógeno * 100 %N = gr muestra Donde: Meq. Nitrógeno = 0.014 1 ml de ác. Sulfúrico 0.05 N equivalen a 0.7 gr de nitrógeno amoniacal % Proteínas = %Nitrógeno * 6.25 Las determinaciones deben hacerse por duplicado y un ensayo en blanco. Determinación de Grasas Se emplea el aparato de Soxhlet, y consiste en pesar alrededor de 1 o 2 gr de muestra seca y colocarla envuelta en papel de filtro. Poner en funcionamiento el aparato con 200 cc de éter de petróleo o hexano, y destilar hasta la extracción total de las grasas y aceites. Secar el papel con la muestra y pesar. Por diferencia de peso entre el inicial y el final se calcula el porcentaje de extracto etéreo. (grasas y aceites).

98

Determinación de Fibra Cruda

La muestra desengrasada y seca se digiere en erlenmeyer con 125 cc de ácido sulfúrico 1,25% durante 30 minutos. Se filtra al vacío y el residuo se coloca nuevamente en el erlenmeyer con 125 cc de hidróxido de sodio 1,25% y se somete a ebullición durante 30 minutos. Se filtra y se deja en estufa. Se pesa el residuo insoluble y se lleva a la mufla donde se incinera a 550 ºC durante una hora obteniéndose el peso de cenizas insolubles. Por diferencia entre el residuo insoluble y las cenizas insolubles, se conoce el peso de Fibra, que también se lo expresa en %.

Determinación de Cenizas Se pesa en cápsula de porcelana aproximadamente 2 gr de muestra seca y se lleva a la mufla a 600 ºC durante 1 o 2 horas. Se enfría en desecador y se pesa. El resultado se expresa en % Cenizas.

Hidratos de Carbono totales HCT= 100 - %Hum - %Proteínas - %Grasa - %Cenizas

Hidratos de Carbono disponibles o asimilables HCD = 100 - %Hum - %Prot - %Grasa - %Cenizas - %Fibra

Cálculo energético kcal = Peso porción x (%prot.x 4 + %grasasx 9 + %HCDx 4 + %alcoholx 7)

99

NITROGENO TOTAL Método de Kjeldahl Reactivos: Acido Sulfúrico concentrado. Sulfato de Sodio o Potasio Sulfato de Cobre 2 H2O Selenio Metálico Solución de Hidróxido de Sodio al 50 % Solución de Indicador Mixto. Verde de Bromocresol y Rojo de Metilo. Se disuelven en 100 ml de alcohol etílico 0.099 gr de Verde de Bromocresol y 0.066 gr de Rojo de Metilo. Solución de Acido Bórico con Indicador Mixto: se disuelve 20 gr de Acido Bórico en 800 cc de agua destilada caliente. Se deja enfriar la solución y se agrega 20 ml de Indicador Mixto. Agregar lentamente Hidróxido de Sodio hasta que la solución tome color púrpura rojizo (verde), aproximadamente pH 5 y completar con agua destilada hasta 1000 ml. Acido Sullfúrico 0.05 N valorada. Se prepara a partie del Acido Sulúrico 1N, midiendo con pipeta 50 cc y diluyendolo hasta 1000 cc con agua destilada. Solución valorada de Nitrógeno 1000 ppm. Diluir en agua destilada 4.717 gr de Sulfato de Amonio previamente secado a 55 grados durante 4 hors. Completar con agua destilada hasta 1000 cc. Técnica: Digestión: Pesar una cantidad determinada de muestra (para foliar 0.5) (para suelo 2 gr ), en un tubo de digestor. Agregar uns 10 a 30 cc de agua destilada y dejar reposar unos 30 minutos. Añadir 3 gr de Sulfato de Sodio o Potasio, 0.3 gr de Sulfato de Cobre y 0.03 gr de Selenio Metálico. Se se tiene preparada la mezcla catalítica agregar 2 gr de ésta. (La mezcla Catalítica se compone de 3 gr de Sulfato de Sodio o Potasio, 0.3 gr de Sulfato de Cobre y 0.03 gr de Selenio Metálico). Luego se agrega 10 ml de Acido Sulfúrico concentrado y se digiere a temperatura moderada y luego se puede aumentar poco a poco. Cuando se ha eliminado el agua y no hay desprendimientos de humos blancos del ácido ni espumas aumentar la temperatura hasta que el líquido tome color verde. Destilación: Para absorber el amoníaco liberado en la destilación colocar debajo del refrigerante un frasco conteniendo 10 ml de Acido Bórico con Indicador Mixto La punta del refrigerante debe quedar sumergido en el líquido. Destilar el líquido de la digestión al que previamente se diluyó con 3 partes de agua destilada. Agregar Hidróxido de Sodio con fenolftaleina como indicador hasta alcalinizar y entonces efectuar la destilación hasta tener en el frasco un volumen final de 100 ml. Titulación Una vez terminada la destilación proceder a la titulación con Acido Sulfúrico 0.05 N hasta coloración anaranjado a rojo.

100

BIBLIOGRAFIA

AOAC, Standard Method of Analysis, 20 th Edition, 2016, Maryland USA. Cheftel Jean Claude, Introducción a la bioquímica y tecnología de los alimentos, Ed. Acribia, 1999. Hugot E. , Manual del Ingeniero Azucarero, 1998. JBT Foodtech, handbook of citrus processing. 2015. Spencer Meade, Handbook of Sugar Cane, 1996.

101