Monitoreo Continuo de Procesos Azucareros por Cromatografía Liquida de Alta Eficiencia (HPLC) en Ingenio El Ángel, El Salvador

Experiencias 2010

Ing. Cony de Pastore – Jefa de Laboratorio Ing. Estuardo Monroy - Asesor

EL PROGRAMA HPLC

Desde la zafra 2004-2005, aproximadamente hace 6 años, Ingenio El Ángel implementó el control sistemático de Calidad de Procesos Azucareros con la metodología HPLC como herramienta de medición exacta y primaria de Sacarosa, Glucosa, Fructosa y Dextrana

El procedimiento o protocolo analítico de laboratorio sigue siendo el mismo diseñado en los años 80-90 por la Dra.

Margareth Clarke y su personal en S.P.R.I. (Sugar Processing Research Institute,Inc) de Lousiana, USA, y referenciados en ICUMSA, pero utilizando equipos de nueva tecnología electrónica operados por Software especializados que hacen más fácil su utilización, y cálculos .

El HPLC es una de las soluciones para investigar situaciones típicas como “Caídas de Rendimiento Industrial o Agrícola” o “Dudosas Perdidas Totales o de Indeterminados” que suceden en todas las temporadas de zafra, que en muchas ocasiones son causa de desconfianzas entre diferentes áreas o departamentos de los ingenios azucareros

LA SACAROSA H l C l OH CH 2 O H OH l C l H H l C l OH O H l C O CH 2 O H C H l C l OH O OH l C l H H l C CH 2 O H  - D – glucopiranosil  - D – fruotofuranosido Es un carbohidrato disacárido, compuesto por la síntesis de dos hexosas: D - glucosa y D – fructosa FÓRMULA EMPÍRICA: C 12 H 22 O 11 Dextrógira y rotación específica de 66.53º

Conceptos

LECTURA POLARIMETRICA: .... LECTURA DE LA ROTACION OPTICA DE UNA SOLUCION DE SACAROSA (+66.53º) ROTACIONES OPTICAS: GLUCOSA .......... + 52.7

o FRUCTOSA ........ –92.5

o EQUILIBRIO OPTICO UNIMOLAR.... G/F = 1.6

(Dra. Margareth Clarke, SPRI, USA) G/F > 1.6 Falsa Alta Pol en lecturas polarimétrica = 1.6 Ningún efecto en lecturas polarimétrica < 1.6 Falsa Baja Pol en lecturas polarimétrica 6

PROCESO DE INVERSIÓN C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 SACAROSA [] = 66.53º AGUA GLUCOSA [] = +52.7º FRUCTOSA [] = -92.4º MEZCLA [ ] = - 39. 7º •INVERTASA •DEXTRANASA •LEUCONOSTOC MESENTEROIDES

OBJETIVO DEL PROGRAMA HPLC

1. EVALUAR CALIDAD DE CAÑA 2. EVALUAR PROCESO (JUGOS, BAGAZO, CACHAZA, MIEL FINAL 3. EVALUAR PERDIDAS EN AGUAS RESIDUALES

HPLC

Cromatografía Liquida de Alta Eficiencia

Método de análisis cualitativo y cuantitativo, basado en la separación por métodos físico químicos y posterior determinación de los componentes de una solución.

“La Calidad de un método analítico esta altamente asociada a la precisión y exactitud de los resultados que logran una gestión eficaz”

VALIDACION Y VERIFICACION QUINCENAL DEL METODO

Estándar 1

Dif Abs Pza% Desv STD

%RSD(Curva Int)

DIFERENCIAS TEORICA - REAL (EXACTITUD) -0.4038

0.0774

0.9239

-0.0950

0.2855

0.4201

0.0547

0.5605

0.6533

5.6465

0.0672

0.6134

Estándar 2 Dif Absoluta % Desv STD %RSD(Curva Int)

DIFERENCIAS TEORICA - REAL (EXACTITUD) 0.088

-0.104

0.361

0.0626

0.1117

0.0732

0.6142

0.2551

1.5894

0.110

0.0780

0.4803

Estándar 3 Dif Absoluta % Desv STD %RSD(Curva Int)

DIFERENCIAS TEORICA - REAL (EXACTITUD) -0.3093

0.1077

0.2799

-0.1150

0.2187

0.4300

0.0761

0.5471

0.1979

1.1031

0.0813

0.4713

Evaluaciones de Calidad de Caña – Core Sampler -

1. Sólidos Sacarosa vrs Pol 2. Pureza Real y Aparente de Jugos Core Sampler 3. % Azucares Reductores 4. % Sólidos Solubles Totales (Brix)

16,00 15,00 14,00 13,00 12,00 11,00 10,00 22,00 21,00 20,00 19,00 18,00 17,00 Calidad de Caña

INGENIO EL ANGEL Comparativo Solidos Sacarosa Calidad de Caña en CORE SAMPLE Zafra 2009-2010 Vrs 2008-2009

Sacarosa 2008-2009 Sacarosa 2009-2010

2009-2010 2008-2009 Fechas de evaluacion Линейная (2009-2010) Линейная (2008-2009)

92,00 90,00 88,00 86,00 84,00 82,00 80,00 78,00 76,00 74,00 72,00 70,00 Calidad de Caña (Jugo en el Core Sample)

INGENIO EL ANGEL Comparativo Pza Real y Aparente en Jugo Core ZAFRAS 2009-2010 TENDENCIA PZA REAL TENDENCIA PZA APARENTE

REAL APARENTE

Fecha Muestreo

Линейная (REAL) Линейная (APARENTE)

Calidad de Caña (Azucares Reductores)

INGENIO EL ANGEL AR HPLC Jugo Core COMPARATIVO ZAFRA 2009-2010 Y 2008-2009

2,75 2,50 2,25 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 2008 2009 2009-2010 2008-2009 Линейная (2009-2010) 2009-2010

25,00 24,00 23,00 22,00 21,00 20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 15,00 14,00 Calidad de Caña (Sólidos Brix)

INGENIO EL ANGEL Comparativo Solidos Brix Calidad de Caña en CORE SAMPLE Zafra 2009-2010 Vrs 2008-2009 2008-2009 2009-2010 2009-2010 2008-2009 Fechas de evaluacion Линейная (2009-2010) Линейная (2008-2009)

Evaluaciones de Calidad de Proceso

1. Pureza Real y Aparente de Jugo Desmenuzado (Primer Molino) 2. Pureza Real y Aparente de Jugo Mezclado (Jugo a Fabricación) 3. Azucares Reductores en Desmenuzado y Mezclado 4. Perdidas estimadas por Inversión en Molinos 5. Pureza Real y Aparente de Miel Final 6. Sacarosa Real en Bagazo 7. Sacarosa Real en Cachaza

84,00 82,00 80,00 78,00 76,00 74,00 72,00 70,00 98,00 96,00 94,00 92,00 90,00 88,00 86,00

TENDENCIA PZA

Calidad de Jugo Desmenuzado

INGENIO EL ANGEL Comparativo Pureza Real y Aparente en Jugo Desmenuzado Zafras 2009-2010 TENDENCIA PZA REAL

REAL APARENTE Линейная (REAL) Линейная (APARENTE)

24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 Calidad de Jugo Desmenuzado

INGENIO EL ANGEL COMPARATIVO SACAROSA REAL EN JUGO DESMENUZADO ZAFRA 2009-2010 Vrs 2008-2009

SACAROSA 2009-2010 SACAROSA 2008-2009 2009-2010 2008-2009 Линейная (2009-2010) Линейная (2009-2010) Линейная (2009-2010)

20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 15,00 27,00 26,00 25,00 24,00 23,00 22,00 21,00 Calidad de Jugo Desmenuzado

INGENIO EL ANGEL Comparativo Brix Jugo Desmenuzado Zafra 2009-2010 Vrs 2008-2009

BRIX 2009-2010 BRIX 2008-2009 2009-2010 2008-2009

2,40 2,20 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Calidad de Jugo Desmenuzado

INGENIO EL ANGEL Comportamiento AR (Azucares Reductores) Jugo Desmenuzado 2009-2010

2009-2010 Полиномиальная (2009-2010)

93,00 91,00 89,00 87,00 85,00 83,00 81,00 79,00 77,00 75,00 73,00 71,00 69,00 67,00 65,00 63,00 Calidad de Jugo Mezclado

INGENIO EL ANGEL Comparativo Pureza Real y Aparente en Jugo Mezclado Zafra 2009-2010 PZA REAL PZA APARENTE

PZA REAL APARENTE Линейная (PZA REAL) Линейная (APARENTE)

Calidad de Jugo Mezclado

INGENIO EL ANGEL Comportamiento AR (Azucares Reductores) Jugo Desmenuzado y Jugo Mezclado 2009-2010

1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 2,80 2,60 2,40 2,20 2,00 1,80 1,60 1,40

Desmenuzado Mezclado

ARD ARM Полиномиальная (ARD) Полиномиальная (ARM)

25,00 23,00 21,00 19,00 17,00 15,00 13,00 11,00 9,00 7,00 5,00 3,00 1,00 -1,00 -3,00

Perdidas Azúcar por Inversión en Molinos

INGENIO EL ANGEL ESTIMADO DE PERDIDAS DE AZUCAR POR INVERSION EN MOLINOS (Libras /T.C) Zafra 2009-2010

56,00 54,00 52,00 50,00 48,00 46,00 44,00 42,00 40,00 38,00 36,00 34,00 32,00 30,00 28,00 26,00 24,00

Miel Final INGENIO EL ANGEL Comparativo Purezas Real y Aparente en MIEL FINAL Zafra 2009-2010 TENDENCIA PZA APARENTE TENDENCIA PZA REAL REAL APARENTE Полиномиальная (REAL) Полиномиальная (APARENTE)

44,00 42,00 40,00 38,00 36,00 34,00 32,00 30,00 28,00

Miel Final INGENIO EL ANGEL Comparativo Sacarosa Real en MIEL FINAL Zafra 2009-2010 vrs 2008-2009 2008-2009 2009-2010

2009-2010 2008-2009 Полиномиальная (2009-2010)

20,00 17,00 14,00 11,00 8,00 5,00

Miel Final INGENIO EL ANGEL AZUCARES REDUCTORES EN MIEL FINAL HPLC Zafra 2009-2010 y 2008-2009 2008-2009 2009-2010

2009-2010 2008-2009 Линейная (2009-2010) Линейная (2008-2009)

2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 3,00 2,80 2,60 2,40 2,20

BAGAZO

INGENIO EL ANGEL ZAFRA 2009-2010 COMPARATIVO SACAROSA REAL Y POL EN BAGAZO

Tendenc ia Sacarosa Tendencia Pol SACAROSA POL Полиномиальная (SACAROSA) Полиномиальная (POL)

4,90 4,70 4,50 4,30 4,10 3,90 3,70 3,50 3,30 3,10 2,90 2,70 2,50 2,30 2,10 1,90 1,70 1,50 1,30 1,10 0,90 0,70 0,50

CACHAZA

INGENIO EL ANGEL ZAFRA 2009-2010 COMPARATIVO SACAROSA REAL Y POL EN CACHAZA

Tendenc ia Tendencia Pol SACAROSA POL Линейная (SACAROSA) Линейная (POL)

Recomendaciones relacionadas a la interpretación de los resultados del HPLC en el proceso agroindustrial

• • En el último mes, la calidad del jugo de la caña, observada y medida desde el Core Sampler, primer molino (desmenuzado), Jugo Mezclado, etc., tendió a la baja, como puede verse, menor Pureza, mayores AR, que generó menores rendimientos industriales y mayor producción de miel final.

Es importante observar que se mantiene una adecuada asepsia en molinos, analizado a través de la calidad del Jugo Mezclado, que ha mantenido menores nivel de Azucares reductores que el desmenuzado (comparativo a Desmenuzado), cuantificándose menores perdidas por inversión.

• • Desde inicios de zafra, en los análisis de resultados en Miel Final, existió tendencia importante a menor Sacarosa y pureza real, que infiere un mejor agotamiento, pero en este último mes de zafra, se incrementaron en especial con Azúcares reductores, reflejando mayores pérdidas y por supuesto cuantificadas en mayor producción de la misma (Superiores a 9 GL/TC).

Para el caso del Bagazo y Cachaza, los resultados comparativos de Sacarosa y Pol, muestran que sus datos son similares, aunque las tendencias reales y aparentes son muy claras en su incremento, seguramente por operaciones de los equipos.

CONCLUSIONES

1. El HPLC es de alta utilidad en el control de calidad y de procesos azucareros, en especial en las situaciones en las cuales existe un deterioro en la calidad de productos, normalmente afectado por el incremento de los azúcares reductores.

2. El HPLC es una herramienta analítica que ya tiene mas de 20 años de aplicación en la industria azucarera y mucho mas antigua en la industria farmacéutica y otros., y su principal valor es la detección individual de componentes con alta precisión y exactitud.

3. El Sistema HPLC debe de ser implementado y operado con mucha precisión, y requiere de control continuo sobre la validación del método y personal calificado.

CONCLUSIONES

4. Uno de los principales monitoreos es sobre la MIEL FINAL, principalmente por su nivel “sistemático” de error, ya que por su alto niveles de Azúcares reductores, es de esperarse normalmente 10 % mas de pureza que lo determinado polarimétrico.

5. En la practica un buen control o monitoreo de la calidad de caña y productos de proceso, provee respuestas a las situaciones criticas de dudas, desconfianzas en los resultados de rendimientos de caña o procesos de agotamiento.

6. Las mediciones sobre Bagazo y Cachaza, presentan resultados importantes, que en muchos casos, demuestran que los valores polarimétricos son bastante reales.

GRACIAS