Determinación de La Concentración de Almidón Por Caracterización 08_1492_q

7/24/2019 Determinacin de La Concentracin de Almidn Por Caracterizacin 08_1492_q

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Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Qumica

DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE ALMIDN POR CARACTERIZACIN

ESPECTROFOTOMTRICA EN EL JUGO DE CAA DE AZCAR DE LAS VARIEDADES:

CP72-2086, CP88-1165 Y CP73-1547 UTILIZADAS EN EL INGENIO TRINIDAD GUATEMALA

Nancy Paola Castro MndezAsesorado por el Ing. Estuardo Edmundo Monroy Bentez

Guatemala, febrero de 2015


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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE ALMIDN POR CARACTERIZACINESPECTROFOTOMTRICA EN EL JUGO DE CAA DE AZCAR DE LAS VARIEDADES:


TRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA

FACULTAD DE INGENIERAPOR

NANCY PAOLA CASTRO MNDEZ

ASESORADO POR EL ING. ESTUARDO EDMUNDO MONROY BENTEZ

AL CONFERRSELE EL TTULO DE

INGENIERA QUMICA

GUATEMALA, FEBRERODE 2015


3/111

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

VOCAL I Ing. Angel Roberto Sic Garca

VOCAL II Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

VOCAL III Inga. Elvia Miriam Ruballos Samayora

VOCAL IV Br. Narda Luca Pacay Barrientos

VOCAL V Br. Walter Rafael Vliz Muoz

SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

EXAMINADORA Inga. Lorena Victoria Pineda Cabrera

EXAMINADORA Inga. Adela Mara Marroqun Gonzlez

EXAMINADOR Ing. Manuel Gilberto Galvn Estrada

SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez


4/111

HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR

En cumplimiento con los preceptos que establece la ley de la Universidad de

San Carlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de

graduacin titulado:

DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE ALMIDN POR CARACTERIZACIN

ESPECTROFOTOMTRICA EN EL JUGO DE CAA DE AZCAR DE LAS VARIEDADES:


Tema que me fuera asignado por la Direccin de la Escuela de Ingeniera

Qumica, con fecha 23 de abril de 2014.

Nancy Paola Castro Mndez


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11/111

ACTO QUE DEDICO A:

Dios

Mis padres

Mi hermana

Mis abuelos

Mi abuela

Mis tos

Por cada una de sus bendiciones,por darme la

vida, sabidura y fortaleza para continuar y

lograr esta meta.

Roger Castro y Lilian Mndez, que con su

testimonio de amor han sido la mejor gua y

ejemplo en mi vida, por la ayuda invaluable que

siempre me han dado.

Alejandra Castro, por ser mi compaera de

vida, por confiar siempre en m.

Amilcar Mndez y Francisca Daz (q.e.p.d.), porcompartirme su amor, consejos y experiencias,

y por motivarme a salir adelante.

Ana Martnez, por ser un ejemplo de madre y

ms que amiga, por ser mi confidente y

brindarme su apoyo incondicional.

Elizabeth Castro, Vila Castro, Neshi Castro,

Mara Castro, Erwin Castro, Chavi Castro,

Celia Castro, Mayra Castro, Walter Mndez,

Aroldo Mndez y Byron Mndez, a quienes

quiero mucho y han estado pendientes de m.


12/111

Sonia Mndez

Oscar Barrera

Elky Pea

Francisco Valladares

A quien quiero como una madre, por

demostrarme que los esfuerzos valen la pena.

Por ser como un hermano y brindarme su apoyo

y por compartir conmigo buenos y malos

momentos.

A quien quiero como una hermana por estar ah

siempre sin importar las circunstancias y

demostrarme su sincera amistad.

Por inspirarme a cumplir otros ideales y

demostrarme que si se quiere se puede.


13/111

AGRADECIMIENTOS A:

La Universidad de

San Carlos de

Guatemala y

Facultad de

Ingeniera

Mis amigos

Lourdes Castillo y

Alejandra Pelez

Ingeniero Estuardo

Monroy

Ingenio Trinidad

Especialmente a la Escuela de Qumica, por la

formacin acadmica y brindarme mucho

conocimiento y experiencias enriquecedoras.

Especialmente a Byron Roldn, Bryan Carrera,

Ernesto Aragn, Jos Leppe, Ivonne Soto,

Andrs Puac, Leonel Morataya, Pablo

Samaniego, Roco Lira y Ana Herrera, por

dejarme aprender de ellos, por compartir a su

lado durante estos aos, y demostrarme que

podemos trabajar en equipo.

Por compartir conmigo durante la realizacin del

EPS, como tambin de una casa, una vida

juntas, por demostrarme que podemos ser

grandes amigas y brindarnos apoyo en

cualquier momento.

Por dedicar su tiempo, experiencia y consejos

en la realizacin de este trabajo de graduacin.

Por darme la oportunidad de desarrollar este

proyecto en prestigiosa empresa.


14/111

Colaboradores del

Ingenio Trinidad

Especialmente a Luis Cifuentes, Byron

Obregn, Manaen Ramos y Ren Morales, por

sus consejos laborales y apoyarme en la parte

experimental de este trabajo de graduacin.


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I

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................ V

LISTA DE SMBOLOS ...................................................................................... VII

GLOSARIO ........................................................................................................ IX

RESUMEN ....................................................................................................... XIII

OBJETIVOS ...................................................................................................... XV

Hiptesis .................................................................................................. XVI

INTRODUCCIN ............................................................................................ XVII

1.

ANTECEDENTES .................................................................................... 1

2.

MARCO TERICO ................................................................................... 3

2.1.

Caa de azcar ......................................................................... 3

2.1.1.

Composicin qumica general de la caa deazcar ....................................................................... 3

2.1.2.

Principales constituyentes qumicos de la caa

de azcar y su relacin con el proceso industrial ..... 4

2.1.3.

Principales oligosacridos y polisacridos de la

caa de azcar ......................................................... 6

2.1.4.

Efectos de los polisacridos en el proceso

azucarero .................................................................. 8

2.2.

Almidn en la caa de azcar ................................................... 9

2.3.

Efectos en la variedad de caa ............................................... 10

2.3.1.

Variedades de caa en Guatemala ........................ 10

2.3.1.1. Variedad a analizar en el Ingenio

Trinidad .............................................. 11


16/111

II

2.4.

Cambios debidos a condiciones climticas y al momento de

la zafra ..................................................................................... 14

2.4.1.

Efecto del estrs por sobrehumedecimiento y

sequa en el suelo ................................................... 15

2.4.2.

Efectos de la edad de corte en la calidad de la

caa ........................................................................ 16

2.5. Estrato altitudinal en Guatemala .............................................. 16

2.6.

Espectrofotometra ................................................................... 17

2.6.1.

La Ley de Beer-Lambert .......................................... 18

3.

DISEO METODOLGICO .................................................................... 21

3.1.

Variables .................................................................................. 21

3.2.

Delimitacin de campo de estudio ........................................... 22

3.3.

Recursos humanos disponibles ............................................... 22

3.4.

Recursos materiales disponibles (equipo, cristalera,

reactivos) .................................................................................. 23

3.4.1.

Equipo ..................................................................... 23

3.4.2.

Cristalera ................................................................ 23

3.4.3.

Reactivos y materia prima ....................................... 24

3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa .............................................. 24

3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin ........................ 25

3.7.

Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de la

informacin ............................................................................... 26

3.7.1.

Curva de calibracin ................................................ 26

3.7.2.

Toma de datos de concentracin de almidn .......... 27

3.8.

Anlisis estadstico ................................................................... 27

3.8.1.

Media de una muestra ............................................. 27

3.8.2.

Desviacin estndar ................................................ 28

3.8.3.

Coeficiente de variacin .......................................... 28


17/111

III

3.8.4.

Comparacin de dos medias mediante t de

student .................................................................... 29

4.

RESULTADOS ....................................................................................... 33

4.1.

Concentracin de almidn en diferentes estratos

altitudinales por variedad de caa ........................................... 33

4.2. Concentracin de almidn por variedad de caa .................... 34

4.3. Concentracin de almidn por ensayo ordenado

cronolgicamente .................................................................... 35

4.5. Concentracin de almidn entre cada variedad por edad de

caa (cosechada) .................................................................... 374.4.

Concentracin de almidn entre cada variedad de caa por

estrato altitudinal ..................................................................... 36

4.6.

Concentracin de almidn por edad de caa (cosechada)..... 39

4.7.

Anlisis estadstico .................................................................. 40

5.

INTERPRETACIN DE RESULTADOS................................................. 43

6.

LOGROS OBTENIDOS .......................................................................... 47

CONCLUSIONES ............................................................................................. 49

RECOMENDACIONES ..................................................................................... 51

BIBLIOGRAFA ................................................................................................. 53

APNDICES ..................................................................................................... 55

ANEXOS ........................................................................................................... 61


18/111

IV


19/111

V

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. Aspectos fsicos de la variedad de caa Cp72-2086 ............................. 12



4. Contenido de almidn (ppm) en funcin de la edad de caa ................. 16

5. Estratificacin zona caera .................................................................... 17

6. Diseo experimental .............................................................................. 25

7. Concentracin de almidn en jugo de caa en funcin de la variedad

de caa .................................................................................................. 34

8. Concentracin de almidn por ensayo en el tiempo .............................. 35

9. Concentracin de almidn en jugo de caa en funcin del estrato

altitudinal por variedad de caa ............................................................. 3610. Concentracin de almidn en jugo de caa en funcin del estrato

altitudinal ................................................................................................ 37

11. Concentracin de almidn en funcin de la edad de caa en meses

que fue cosechada la variedad CP72-2086 .......................................... 38






que fue cosechada (todas las variedades incluidas) .............................. 40


20/111

VI

TABLAS

I. Promedio de la composicin qumica de los tallos y jugos de caa de

azcar ....................................................................................................... 5

II. Contenido de materiales en solucin y suspensin en el jugo de caa .... 6

III. Lista de variables .................................................................................... 21

IV. Lista de variables a manipular ................................................................ 22

V. Datos para la curva de calibracin para determinar la concentracin de

almidn presente en el jugo de caa ...................................................... 26

VI. Hoja de toma de datos de 10 muestras diarias ....................................... 27

VII. Valores crticos de la distribucin t ......................................................... 31

VIII. Concentracin de almidn en diferentes estratos altitudinales para la

variedad CP72-2086 ............................................................................... 33

IX. Concentracin de almidn en diferentes estratos altitudinales para la

variedad CP88-1165 ............................................................................... 33

X. Concentracin de almidn en diferentes estratos altitudinales para la

variedad CP73-1547 ............................................................................... 34

XI. Porcentaje de almidn en jugo de caa por variedad muestreada ......... 35

XII. Contraste de significacin (t de student) entre las tres variedades ......... 41

XIII. Contraste de significacin (t de student) entre los tres estratos

altitudinales ............................................................................................. 41


21/111

VII

LISTA DE SMBOLOS

Smbolo Significado

A Absorbancia

Cp Canal point

Brix Grados Brix (Brix)

C Grados Celsius

G Gramo

Ha Hiptesis alternativa

Ho Hiptesis nula

Kg Kilogramo

L Litro

Mg Miligramo

mL MililitroM Molaridad

nm Nanmetro

ppm Partes por milln

pH Potencia de hidrogeno

Psig Pound square inch gauge (libras por pulgada

cuadrada).


22/111

VIII


23/111

IX

GLOSARIO

Absorbancia Cantidad de intensidad de luz que absorbe una

solucin.

Almidn Polisacrido de reserva energtica en la caa de

azcar que contiene alrededor de un 20 % de

amilosa y un 80 % de amilopectina.

Amilasa Enzimahidrolasa que tiene la funcin de catalizar la

reaccin de hidrlisis de los enlaces 1-4 del

componente -Amilasa al digerir elalmidn.

Amilopectina Polisacrido con cadena altamente ramificada por

enlaces -(1 6) del almidn, formada por -D-glucopiranosas, en la que hay uniones -(1 4).

Amilosa Polisacrido sin ramificaciones con una disposicin

helicoidal del almidn, formada por -D-

glucopiranosas unidas por enlaces -(1 4).

Aurcula Apndices ubicados en el margen de la vaina y en el

extremo superior de la caa.

Azcar invertida Hidrolisis de la sacarosa en fructosa y glucosa.
http://es.wikipedia.org/wiki/Enzimahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrolasahttp://es.wikipedia.org/wiki/Almid%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Almid%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrolasahttp://es.wikipedia.org/wiki/Enzima


24/111

X

Azcar reductor Azcar que posee un grupo carbonilo, por lo que es

capaz de reaccionar reduciendo otra sustancia.

Brix Medida de los slidos disueltos en azcar, jugo, licor

o jarabe utilizando un refractmetro.

Cogollo Parte superior de la caa, flores, tallos y hojas que

nacen de un mismo pie.

Color ndice de atenuacin, determinado por absorcin,generalmente se mide empleando el mtodo

ICUMSA.

CONSECANA (Conselho dos Productores de Cana-de-Acar,

Acar e Alcool) consejo de la caa de productores

de azcar, azcar y alcohol.

Cristalizacin Proceso de concentracin en los tachos de la

meladura para formar las partculas slidas de

azcar.

Dextrana Polisacrido soluble en el jugo de caa producto de

la degradacin de la sacarosa y de la polimerizacin

de la dextrosa.

Espectrofotometra Mtodos cuantitativos, de anlisis qumico

que utilizan la luz para medir la concentracin de las

sustancias qumicas.


25/111

XI

Estrato altitudinal Nivel dependiente de la altitud, distancia vertical al

nivel cero, para el que se suele tomar el nivel medio

del mar.

Evaporacin Proceso de remocin de agua

Filtracin Proceso de separacin de slidos ensuspensin en

un lquido mediante unmedio poroso,que retiene los

slidos y permite el pasaje del lquido.

Fructosa Cetosa levgira o levulosa, al igual que la glucosa

tiene la frmula C6H12O6, siendo ismeros.

Glucosa Aldosa dextrgira o dextrosa, al igual que la fructosa

tiene la frmula C6H12O6, siendo ismeros.

ICUMSA (International Commission for Uniform Methods of

Sugar Analysis).

Lgula Apndice membranoso que sirve de separacin entre

la vaina y la lmina en la caa de azcar.

Longitud de onda Distancia que hay entre dos crestas (los puntos ms

altos) consecutivas en una onda.

Materia extraa Contenidos fraccionales de hojas, cogollo, caa

seca, races ms cepa, tierra y piedras, que ingresan

al proceso de fabricacin.
http://es.wikipedia.org/wiki/Suspensi%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Porosidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Porosidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Suspensi%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)


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XII

Melansigenesis Prdida de azcar en la miel final

Miel Licor madre, separado por centrifugacin de la masa

cocida.

Nudos Zonas del tallo desde donde nacen las hojas.

Oligosacrido Molculas constituidas por la unin de dos a

nuevemonosacridos cclicos.

Pol Contenido de sacarosa aparente expresado como

porcentaje de masa, medido a partir de la rotacin

ptica de luz polarizada al pasar por una solucin

azucarada.

Polisacrido Biomolculas formadas por la unin de una gran

cantidad demonosacridos. Se encuentran entre

losglcidos.

Sacarosa El compuesto qumico puro C12H22O11 que es

conocido como azcar blanco, generalmente medido

mediante polarizacin.

Zafra Temporada en la que se recolecta la caa de azcar

y se produce azcar.
http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Monosac%C3%A1ridohttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Monosac%C3%A1ridoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BAcidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BAcidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monosac%C3%A1ridoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Monosac%C3%A1ridohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula


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XIII

RESUMEN

En el proyecto de investigacin se determin la concentracin de almidn

por caracterizacin espectrofotomtrica en el jugo de caa de azcar de las 3

variedades ms utilizadas en el Ingenio Trinidad, cp72-2086, cp88-1165 y cp73-

1547, debido a que en Guatemala no se cuenta con informacin sobre dichas

concentraciones.

Para cuantificar la cantidad de dicho polisacrido se aplic una

metodologa de muestreo y preparacin de jugo de caa propuesto por

CONSECANA y un mtodo de ensayo espectrofotomtrico para el anlisis por

ICUMSA.

Se evalu la concentracin de almidn por variedad de caa en los

diferentes estratos altitudinales propuestos, obteniendo un mayor valor deconcentracin en el estrato litoral para las variedades de caa CP72-2086

CP88-1165; sin embargo, la concentracin de almidn para la CP73-1547 es

mayor en el estrato medio. Al analizar entre las tres variedades el estrato litoral,

s presenta diferencia estadsticamente significativa ante los otros dos estratos,

por consiguiente no se obtuvo diferencia significativa entre el medio y bajo.

Se obtuvo distintos datos de concentracin de almidn por variedad de

caa, al evaluar las 3 variedades estas presentaron diferencia estadsticamente

significativa entre los promedios obtenidos. Por lo tanto, la hiptesis nula es

rechazada y la hiptesis de investigacin es aceptada. Y por ltimo se encontr

una relacin que demuestra que al aumentar la cantidad en meses de caa

cosechada, aumenta la concentracin de almidn.


28/111

XIV


29/111

XV

OBJETIVOS

General

Determinar la concentracin de almidn por caracterizacin

espectrofotomtrica en el jugo de la caa de azcar de las variedades: CP 72-

2086, CP 88-1165 y CP 73-1547 utilizadas en el Ingenio Trinidad.

Especficos

1. Determinar la concentracin de almidn en los diferentes estratos

altitudinales: alto, medio bajo y litoral, para las variedades de caa CP

72-2086, CP 88-1165 y CP 73-1547.

2. Comparar mediante un anlisis grfico y estadstico de T de student, lasdiferentes concentraciones por variedad de caa: CP 72-2086, CP 88-

1165 y CP 73-1547, y la significancia entre ellas.

3. Realizar un anlisis grfico y estadstico comparativo de T de student, las

diferentes concentraciones de almidn entre cada variedad de caa (CP

72-2086, CP 88-1165 y CP 73-1547), por cada estrato altitudinal: alto,

medio, bajo y litoral.

4. Analizar grficamente las diferentes concentraciones de almidn entre

cada variedad (CP 72-2086, CP 88-1165 y CP 73-1547) por rangos de

edad de caa.


30/111

XVI

Hiptesis

Las tres variedades de caa de azcar de ms uso en el Ingenio Trinidad;

Cp72-2086, Cp88-1165 y Cp73-1547, poseen diferentes concentraciones de

almidn dependiendo de la variedad, el estrato altitudinal y la edad de la caa.

Hiptesis nula:

Existe una diferencia significativa en los niveles de concentracin de

almidn en jugo de las diferentes variedades de caa; Cp72-2086, Cp88-1165 y

Cp73-1547.

Hiptesis alternativa:

No existe una diferencia significativa en los niveles de concentracin dealmidn en jugo de las diferentes variedades de caa; Cp72-2086, Cp88-1165 y

Cp73-1547.


31/111

XVII

INTRODUCCIN

En la agroindustria alimenticia guatemalteca, el procesamiento de la caa

de azcar es una de las actividades ms importantes productiva y

econmicamente. Por consiguiente, es necesario realizar avances en la

investigacin para conocer ms la naturaleza de la caa de azcar; y el

desarrollo de tcnicas que puedan hacer ms eficiente la extraccin de

sacarosa y mejorar los procesos de produccin en las fbricas.

El almidn es un compuesto presente en los jugos de la caa de azcar

que provoca dificultades en el proceso industrial, en las etapas de filtracin,

clarificacin y especficamente cristalizacin, dando efectos negativos debido al

aumento de viscosidad y adherencia de estos a las paredes de los tachos,

aumentando as el tiempo de cocimiento de masas y disminuyendo la eficiencia

del proceso. Debido a ello se debe controlar la cantidad presente y evitarperjudicar la etapa de cristalizacin del proceso.

En Guatemala no se cuenta con informacin necesaria sobre las

concentraciones de dicho compuesto en el jugo de variedades de caa de

mayor produccin, esta informacin si existe, pero en caa de azcar de otros

pases, hacindose evidente que las condiciones de desarrollo son diferentes

que las del pas, y estos proveen indicativos que solo son tomados como

referencia. Por lo tanto, conocer la materia prima con la que se est trabajando

es de suma importancia para obtener, por medio de investigaciones, resultados

que muestren las necesidades reales en el proceso de fabricacin, y por

consiguiente tomar decisiones para prevenir y corregir las problemticas que

causa este componente.


32/111

XVIII


33/111

1

1. ANTECEDENTES

Las investigaciones relacionadas con trabajos previos de almidn para la

caa de azcar en otros pases han sido realizadas con diferentes enfoques,

pero, para la caa de azcar guatemalteca se ha tenido escasos conocimientos,

sin embargo hay estudios indicativos del comportamiento de este componente

relacionado a ingenios azucareros y su incidencia en el proceso fabricacin del

azcar.

La tesis: Determinacin de la relacin existente entre la concentracin de

sacarosa con respecto a la concentracin de diferentes compuestos qumicos

presentes en el jugo de caa de azcar en 5 variedades, de Ronald Pocasangre

(2006) CENGICAA Guatemala; el objetivo general fue determinar si existi

relacin directa entre la acumulacin de sacarosa y de compuestos y

elementos los cuales fueron: glucosa, fructosa, almidn, fenol, fsforo, cobre,cinc, hierro, manganeso, calcio, potasio, porcentaje de fibra, humedad del tallo;

a diferentes edades fenolgicas y en distintas variedades, para conocer un poco

ms la naturaleza productiva de la caa de azcar, donde se estableci que el

almidn se acumula en ms bajas cantidades que la sacarosa, tendiendo a

incrementarse conforme se aumenta la sacarosa. En el dcimo mes de edad, la

acumulacin de almidones tiende a ser similar a la sacarosa, siendo la variedad

CP73-1547 la que acumul ms almidn.


34/111

2

El estudio realizado por Jess E. Larrahondo (1995) CENICAA

COLOMBIA: Calidad de la caa de azcar, describe la importancia de la

calidad de la caa de azcar y los factores relacionados para que esta d un

buen rendimiento en el proceso fabril como caractersticas agronmicas,

aspectos morfolgicos, calidad de los jugos y condiciones agroclimticas;

describiendo principales constituyentes qumicos de la caa de azcar, donde

se concluy que la calidad de los jugos afecta el procesamiento de la caa y la

recuperacin de sacarosa en los ingenios; en este sentido se reconoci que

algunos polisacridos como los almidones reducen y dificultan la filtracin

durante el proceso qumico, encontrando que el contenido de almidones en lostallos de la planta es una caracterstica varietal, susceptible a ser reducida

mediante prcticas agrcolas como el riego y la fertilizacin con potasio, por

ltimo, list los factores que afectan la calidad de la caa antes del corte y

despus del corte, en cuanto al contexto de la misma.

La investigacin: Evaluacin del impacto de adicionar la enzima alfa amilasa

durante el proceso de evaporacin en los niveles de almidn de azcar crudoproducido en un ingenio azucarero,por Max Penados Amado (2004), muestra

un estudio experimental realizado en el ingenio La Unin, S. A., para poder

producir azcar crudo con bajo contenido de polisacridos, especficamente el

almidn, y as poder cumplir con las especificaciones de calidad de clientes en

el extranjero. Se concluy que al adicionar la enzima alfa-amilasa al jugo de

caa de azcar en su proceso de evaporacin, disminuy la cantidad de

polisacridos naturales como el almidn; disminuyendo consecuentemente la

concentracin de este en el azcar crudo producido.


35/111

3

2. MARCO TERICO

2.1. Caa de azcar

Es una planta herbcea de gran tamao que se cultiva en pases

tropicales y subtropicales. Es un hibrido complejo de varias especies, derivadas

principalmente del Saccharum officinarum. La caa se propaga vegetativamente

sembrando trozos de sus tallos. La nueva planta o retoo crece a partir de los

cogollos o yemas de los nudos del tallo, asegurando as una descendencia

uniforme. La produccin de caa vara significativamente de un rea a otra,

dependiendo de la variedad, utilizando factores climticos, disponibilidad del

agua, prcticas de cultivo y la duracin del periodo de crecimiento.

2.1.1. Composicin qumica general de la caa de azcar

La caa de azcar est constituida, en general, por agua

aproximadamente en un 70 por ciento y materia seca en un 30 por ciento. La

materia seca comprende a su vez la fibra (parte insoluble) y los slidos totales

solubles en el agua, denominados brix.

La fibra est formada fundamentalmente por celulosa, la cual est

constituida por azucares sencillos como glucosa (dextrosa). Los slidos

solubles en agua (brix expresado en porcentaje de la caa) y el agua

constituyen lo que se denomina jugo absoluto de la caa.

Los slidos solubles a su vez, comprenden sacarosa y las no-sacarosas.

La razn porcentual entre la sacarosa y el brix de la caa o jugo se conoce


36/111

4

como pureza de la caa o del jugo, respectivamente. El contenido aparente de

sacarosa, expresado como un porcentaje en peso y determinado mediante

mtodos polarimtricos se denomina pol. Los slidos solubles diferentes de la

sacarosa incluyen los azucares reductores como: la glucosa, la fructosa y otros

compuestos orgnicos e inorgnicos solubles en el agua.

2.1.2. Principales constituyentes qumicos de la caa de

azcar y su relacin con el proceso industrial

En promedio, los porcentajes de agua (expresados como porcentajes dehumedad de caa) oscilan entre 70 y 73 por ciento. Por tanto, los porcentajes

de materia seca (slidos solubles e insolubles) pueden encontrarse entre 27 y

30 por ciento, de los cuales cerca de 15 a 17 por ciento corresponden a los

denominados slidos solubles (brix caa). Adems, las variedades de caa de

azcar pueden exhibir niveles de fibra de 12 a 15 por ciento, bajo condiciones

de un procesamiento de caa limpia, o sea, excepta de impurezas o materia

extraa de carcter mineral. As, la materia extraa afecta los niveles de brix,

pureza y fibra.

Los principales constituyentes qumicos de los jugos de la caa de azcar

son los azucares, sales orgnicas e inorgnicas, cidos orgnicos, aminocidos

y otros no azucares como material colorante. Los niveles de sacarosa en los

jugos, expresados como pureza (porcentaje brix), oscilan en la caa madura

entre 70 a 90 por ciento de los slidos totales solubles. Los azucares reductores

se encuentran en los jugos entre 2 y 4 por ciento. Otros no azcares como

sales y cidos orgnicos alcanzan porcentajes (brix) entre el 1 y 6 por ciento.


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5

Tabla I. Promedio de la composicin qumica de los tallos y jugos de

caa de azcar

Constituyente qumico en los tallos Porcentaje (%)

Agua 7073

Slidos

Slidos solubles (brix)

Fibra (seca)

27 - 30

15 - 17

1215

Constituyente qumico en el jugo Porcentaje (%, base brix)

Azcares

Sacarosa

Fructosa

Glucosa

75 - 92

7088

24

24

Sales

Inorgnicas

Orgnicas

27 - 30

33.4

1,54,5

cidos orgnicos 13

Otros no azcares orgnicos

Protenas

Almidones

Gomas

Grasas, ceras, etc.

Compuestos fenlicos

0,50,6

0,0010,05

0,30,6

0,150,5

0,10,8

Fuente: LARRAHONDO, Jess Elicer. Composicin y caractersticas qumicas de la caa de

azcar. p. 24.


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6

El jugo de la caa de azcar es extrado mediante extraccin en los

molinos o por un proceso de difusin, el cual contiene materiales en solucin y

suspensin, los cuales se describen en la tabla II.

Tabla II. Contenido de materiales en solucin y suspensin en el jugo

de caa

Materiales en solucin Materiales en suspensinAzcaresSales inorgnicas

cidos orgnicosPolisacridosProtenasPectinasColorantesTaninos (polifenlicos)

FibraArena

Arcilla (suelos)MdulaClorofila

AlmidonesCeras

Aire


azcar. p. 24.

2.1.3. Principales oligosacridos y polisacridos de la caade azcar

Esta clase de azcares en los juegos de caa y posteriormente en las

masas del proceso azucarero han sido demostrados como la principal causa de

elongacin de los cristales en la industria azucarera y dificultades en el

agotamiento de las mieles. La reduccin asociada en las tasa de cristalizacin,

con la presencia de oligosacridos, en el proceso fabril conduce a altos tiempos

en la etapa de cristalizacin, estos se encuentran de forma natural en los jugos

de la caa de azcar, pero su acumulacin entre la cosecha y el procesamiento

de la caa, es la mayor fuente de problemas potenciales asociados entre los

oligosacridos y la etapa de cristalizacin o agotamiento de las mieles.


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7

Los polisacridos son carbohidratos de alto peso molecular presente en la

caa de azcar y particularmente en los jugos extrados durante el

procesamiento azucarero. Se incluyen entre estos: almidn, la celulosa,

polisacridos de las paredes celulares y dextranas. La concentracin de

polisacridos (solubles) en los jugos vara aproximadamente de 1 500 a 3 000

mg/kg de slidos disueltos, dependiendo de la variedad de caa. La

concentracin de polisacridos, generalmente es ms alta en las hojas y

cogollos que en el tallo.

El contenido de polisacridos totales depende del lugar y la variedad de lacaa. El efecto varietal es muy pronunciado, con un rango de valores entre 6

500 y 12 000 mg/kg de slidos disueltos medidos en diferentes variedades.

Entre los polisacridos ms importantes de la caa se pueden citar: el

polisacrido ISP (polisacrido nativo de la caa), los almidones, los glucanos y

las dextranas. El polisacrido ISP, los almidones y los glucanos han sido

reconocidos como polisacridos de origen natural de la caa y ms asociados

con las caractersticas varietales y sitio de cultivo.

El almidn es un polisacrido de origen natural en la caa de azcar; se

encuentra presente en forma de pequeos grnulos insolubles en el agua y

constituye una reserva de carbohidratos alimenticios. Se forma por

condensacin de glucosa y consiste de una mezcla de dos polisacridos. El

mayor componente es la milo-pectina, que representa de 75 a 85 por ciento del

almidn y tiene una estructura altamente ramificada; el resto, la amilasa, es

esencialmente un polmero sin ramificaciones.

El contenido de almidones depende en gran parte de la variedad de caa

de azcar; se encuentra en los puntos de crecimiento de la planta y an ms en

las hojas. Se ha encontrado adems, que est ms concentrado en la caa no


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8

madura y, por tanto, la caa madura tiene un contenido ms bajo de almidn. El

contenido de almidn puede variar entre 275 y 1 500 mg/kg de slidos, con un

promedio aproximadamente de 700 mg/kg.

Cuando los jugos se calientan durante el proceso fabril, los grnulos de

almidn se gelatiniza y esto aumenta mucho la viscosidad de las soluciones, lo

cual puede causar problemas con la filtracin de los materiales del proceso o de

las soluciones azucaradas. La incorporacin de altos niveles de almidn con los

jugos en la fbrica, se pueden controlar mediante el procesamiento de caa

madura y bajo contenido de materia extraa vegetal (hojas, cogollos) y el usode variedades de bajo contenido de almidones. Por otra parte, el empleo de

enzimas termos estables, como amilasas, es tambin recomendado.

2.1.4. Efectos de los polisacridos en el proceso azucarero

Se reconoce que los almidones y otras clases de polisacridos producen

efectos negativos en el proceso fabril relacionados con las viscosidades,

calores de polarizacin, filtrabilidad, cristalizacin (crecimiento, forma y

desarrollo del cristal) y melasignesis (reduccin en la recuperacin de azcar

en la fbrica).

En las altas viscosidades observadas en jugos de caa de azcar se

encuentra la disminucin en la transferencia de calor en los evaporadores,

cristalizadores y tachos, lo cual incrementa el punto de ebullicin unido a una

disminucin en los rendimientos de azcar y su calidad, con incrementos en los

costos energticos.

Durante el crecimiento del cristal, la forma de estos puede estar

influenciada por la presencia de las impurezas. Los polisacridos son una de las


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9

impurezas que preferencialmente se unen o se absorben en la superficie del

cristal, causando que una crezca ms lentamente.

2.2. Almidn en la caa de azcar

Almacenamiento y sntesis de alimento en la planta.

Rotacin ptica entre +190 y +220 (sacarosa +66,47).

Cosecha mecnica: incorpora partes de la planta con ms alto contenido

de almidones, variaciones por variedad.

Almidn: se solubiliza por accin del calor y la cal.

Cerca del 80 % sobrevive la clarificacin y cerca del 30 % queda en el

cristal.

Efecto en filtrabilidad.

Clasificacin por solubilidad

Solubles: parcialmente eliminados en clarificacin y pasan hasta elazcar terminado.

Insolubles: eliminados en clarificacin y filtraciones y puede pasar al

azcar terminado como materia insoluble.

Presencia en azcar crudo

Polisacridos solubles en azcar crudo (Clarke, 1986): almidn 10- 20 %,

dextranas 20- 60 %, otros polisacridos solubles 25-55 %.


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10

2.3. Efectos en la variedad de caa

Existen algunas diferencias significativas entre variedades, la cuales son

generalmente elegidas para satisfacer las condiciones agronmicas, por

ejemplo: irrigacin o lluvia, maduracin temprana, tipo de suelo, duracin del

periodo de crecimiento y el sistema de cosecha. Con el tiempo, las variedades

ms populares que se cultivan en un rea partcular sufren cambios. Las

diferencias en la composicin del jugo entre diferentes variedades no son

suficientemente grandes o previsibles como para efectuar ajustes en el

procesamiento segn la variedad. Sin embargo, la dureza de la caa y ladisposicin de la fibra varan de una variedad de caa a la otra, lo que puede

afectar su comportamiento en la planta. Las diferencias en componentes no-

sacarosas son normalmente influenciadas, en gran parte, por la variedad.

2.3.1. Variedades de caa en Guatemala

A nivel de agroindustria azucarera guatemalteca la variedad CP72-2086

es la variedad ms cultivada con 28,8 por ciento, ocupado ms del 40 por ciento

del rea sembrada durante ms de 10 aos y, con ms de 8 toneladas de

azcar por hectrea. La segunda variedad en rea sembrada es CP88-1165

con 28,4 por ciento, pero con una tendencia fuerte hacia el decremento en rea

sembrada. La tasa de decremento promedio anual observada en los ltimos dos

aos es 5,3 por ciento a partir de la zafra 2011-12. En la zafra 2013-14, la

variedad CP73-1547, con 12,4 por ciento del rea ocupa el tercer lugar en rea

sembrada y esta posicin es el resultado de incrementos menores en las

ltimas zafras, esta variedad se ha mantenido como tercera opcin en la

agroindustria azucarera guatemalteca en reas importantes, por ms de 29

zafras. A pesar de que la variedad CP73-1547 es de alta productividad de

azcar, el rea no se ha incrementado debido, principalmente, a que muestra


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11

alta incidencia de floracin y corcho, por lo que su adaptabilidad es especfica

para el inicio de zafra en noviembre y diciembre.

2.3.1.1. Variedades a analizar en el Ingenio Trinidad

Variedad promisora de caa de azcar CP72-2086

Aspecto de planta: hbito de crecimiento de tallos semierecto, poco

deshoje natural y cantidad de follaje intermedio.

Lamina foliar: borde aserrado.

Entrenudo: color verde amarillento con manchas negras y forma de

crecimiento cilndrico y ligeramente curvado al costado de la yema.

Aurcula y lgula: aurcula forma transicional ascendente, y lgula

generalmente deltoide con rombo.

Nudo: yema redonda con alas, de base angosta y anillo de crecimiento.

Cuello: color caf y superficie semilisa.

Vaina: desprendimiento intermedio, color rosado y centro quebradizo. Observaciones: incidencia alta a mosaico, raya roja y amarillamiento

foliar.


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Figura 1. Aspectos fsicos de la variedad de caa Cp72-2086

Fuente: CENGICAA. Catlogo de variedades promisoras de caa de azcar de la

agroindustria azucarera guatemalteca. p. 40.


Aspecto general de planta: regular deshoje natural, hbito de crecimiento

de tallos semierectos y follaje escaso.

Lamina foliar: borde semiliso.

Entrenudo: color rojizo, forma de crecimiento curvado ligeramente en

zigzag y posee un canal en el lado de la yema. Los tallos se rajan.

Aurcula y lgula: aurcula forma lanceolada larga y corta en la misma

vaina y lgula creciente lineal.

Nudo: forma de crecimiento obconoidal en el lado opuesto de la yemaovalada con alas.

Cuello: color verde oscuro y superficie lisa.

Vaina: regular desprendimiento de color verde con manchas moradas y

rojas y poca presencia de afate.


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Observaciones: la mayora de tallos se rajan y la mayora de vainas se

concentran en un solo lado.





Aspecto general de planta: regular deshoje natural, hbito de crecimiento

de tallos semiabiertos, regular cantidad de follaje y cogollo largo.

Lamina foliar: hojas anchas verde oscuro.

Entrenudo: color verde amarillento con mancha negra y cerosa, forma de

crecimiento ligeramente curvado en zigzag. Aurcula y lgula: aurcula forma lanceolada larga y corta en un lado y en

el otro transicional inclinada y lgula deltoide con rombo.

Nudo: forma de crecimiento cilndrico, yema aproximadamente redonda

protuberantes con alas.


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Cuello: color verde oscuro y superficie la mayora lisa.

Vaina: desprendimiento intermedio, color verde con manchas rojizas,

borde seco, unido longitudinalmente.

Observaciones: incidencia baja a escaldadura y carbn.




2.4. Cambios debidos a condiciones climticas y al momento de la

zafra

En reas donde la caa es cultivada utilizando irrigacin y el

abastecimiento de agua est asegurado, la composicin de caa,

generalmente vara poco de una temporada a la siguiente. Sin embargo, en

reas dependientes de la lluvia, la produccin y la composicin pueden ser

fuertemente afectadas por variaciones en la precipitacin. El efecto sobre la

composicin de la caa puede apreciarse con las cifras comparativas de

temporadas normales y secas. La longitud del entrenudo es, generalmente,


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15

una funcin de la velocidad de crecimiento. En periodos de sequa, la longitud

de los entrenudos se reduce y como resultado el contenido de la fibra se

incrementa. Esto resulta en un menor contenido de sacarosa, menos pureza del

jugo y aumento de color en el jugo. Por el contrario, en reas donde se

presentan fuertes lluvias durante la temporada de zafra, generalmente se

observa un incremento en la materia extraa, principalmente en trminos del

contenido del suelo.

Dependiendo de los factores climticos, pueden presentarse un efecto

pronunciado del momento de la zafra sobre la composicin de caa. En caso deque la caa est inmadura al inicio de la zafra, se puede esperar que el

contenido de sacarosa y la pureza del jugo sean bajos y que el contenido de

azcares invertidos sea alto. A medida que la zafra transcurre y la caa

madura, el contenido de sacarosa y la pureza se incrementan. En este

momento se alcanza la mejor recuperacin de sacarosa dado que el contenido

de no-sacarosa es bajo. Hacia el final de la zafra, a veces se observa un

aumento del contenido de fibra. Debido a que la temporada de lluvias es

normalmente el factor que determina la duracin de la zafra, la lluvia al final de

la zafra causa cadas en la calidad y un incremento en la materia extraa.

2.4.1. Efecto del estrs por sobrehumedecimiento y sequa en

el suelo

La caa de azcar se ve sometida a varios tipos de estrs, los cuales

son el exceso y falta de agua en el suelo, generando limitaciones en el

desarrollo de la planta, estos dos efectos pueden causar que la produccin de

sacarosa disminuya y la de almidn aumente, debido que, la caa al verse

estresada tiende a generar un mayor nmero de entrenudos y fibra y a mayor


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nmero de nudos, mayor cantidad de almidn. Es por ello que el factor

humedad de suelo es importancia para obtener una caa de buena calidad.

2.4.2. Efectos de la edad de corte en la calidad de la caa

Los contenidos totales de compuestos como fenlicos y de polisacridos

solubles y almidones en los jugos, tienden a incrementar con la edad de la

planta en las variedades.

Figura 4. Contenido de almidn (ppm) en funcin de la edad de caa


azcar. p. 24.

2.5. Estrato altitudinal en Guatemala

Guatemala est dividida en 4 estratos de zonas caeras, las cuales tienen

diferentes condiciones de desarrollo, como tipo de suelo y clima (humedad y

temperatura), generando que las condiciones de la caa tambin se modifiquen.


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Figura 5. Estratificacin zona caera

Fuente: Centro Guatemalteco de Investigacin y Capacitacin de la Caa de Azcar. El cultivo

de la caa de azcar en Guatemala. [en lnea]. http://www.cengicaa.org. Consulta:

agosto de 2013.

2.6. Espectrofotometra

Un espectrofotmetro se utiliza para determinar las concentraciones de

diferentes compuestos en solucin, basado en la medida relativa de la luz

transmitida o absorbida a travs de una solucin, como una funcin de la


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longitud de onda; debido a que cuando una luz monocromtica pasa a travs de

una solucin es parcialmente absorbida y transmitida en relacin a la

concentracin. El equipo tiene una escala entre 0 y 1 de absorbancia y 0 y 100

por ciento de transmitancia.

La espectrofotometra es la medida relativa de la luz transmitida como una

funcin de la longitud de onda. Las medidas son relativas, ya que la intensidad

de la luz es transmitida por el material de referencia o blanco.

Su principio se basa en que muchos materiales obedecen la ley de Beer,la cual se refiere a la relacin entre la energa radiante transmitida y la

concentracin de la solucin irradiada, pudindose describir as: cuando una luz

monocromtica pasa a travs de una solucin, la intensidad de energa

disminuye exponencialmente a medida que aumenta aritmticamente la

concentracin de la solucin, o de otra forma, cuando una luz monocromtica

pasa a travs de una solucin es parcialmente absorbida en relacin a la

concentracin.

El diseo de un espectrofotmetro incluye una fuente de luz, un prisma, un

portaceldas y una fotocelda. Conectado a cada equipo se tienen apropiados

sistemas elctricos o mecnicos para controlar la intensidad luminosa, la

longitud de onda, y para la conversin de energa recibida por la fotocelda en un

cambio de voltaje; y almacenada en una computadora para su posterior

anlisis.

2.6.1. La Ley de Beer-Lambert

La absorbancia con la concentracin se encuentra por la relacin de la

ecuacin para una lnea recta, y= mx+b. Si la medicin se realiza de tal manera

que b = 0 (es decir, una solucin que no contiene colorante no tiene


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absorbancia), y se se substituye esa ecuacin por la formulacin de la Ley de

Beer-Lambert: A = Cl, donde A: es la absorbancia, : el coeficiente de

extincin molar para una determinada longitud de onda y l: distancia que

atraviesa la luz por la muestra en centmetros.

La pendiente de la lnea recta resultar de la representacin grfica de la

concentracin vs la absorbancia. Para utilizar un espectrofotmetro hay que

preparar una serie de diluciones con concentracin conocida. Una de estas

muestras no contendr soluto y es conocido como el blanco. Se usa para

ajustar el instrumento para leer absorbancia cero.

Luego se registran absorbancias de concentracin conocida

(estndares), al tener una serie de muestras se realiza una grfica del valor de

absorbancia (el eje vertical o Y) versusla concentracin (el eje de las abscisas

o X). La pendiente de la lnea es el coeficiente de extincin ().

Este valor puede calcularse para cada lectura y el promedio asumida

como el valor de la pendiente. Este valor es una constante. As, una vez que secalcula, subsiguientemente puede usarse para determinar una concentracin

desconocida por un nuevo rearreglo de la Ley del Beer-Lambert C=A/.


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3. DISEO METODOLGICO

3.1. Variables

Al analizar los factores que influyen en el proceso a realizar, se determin

las variables que, de manera directa e indirecta, estn presentes en el proceso.

Estas se detallan en la tabla III.

Tabla III. Lista de variables

Variable Independiente Dependiente Constante No constante

Temperaturadel ambiente

X X

Periodo demuestreo

X

Estratoaltitudinal

X X

Edad de lacaa

X X

Concentracinde almidn

X X

Absorbancia X X

Cantidad jugo

de caa

X X

Variedad decaa

X X

Fuente: elaboracin propia.


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Tabla IV. Lista de variables a manipular

Variable Independiente Dependiente ConstanteNo

constanteConcentracin de

almidn grado reactivocurva de calibracin

X X


3.2. Delimitacin de campo de estudio

La realizacin del proyecto de investigacin se llevar a cabo en San

Diego S. A., unidad industrial, Ingenio Trinidad, en l se realizarn las pruebas

a nivel laboratorio por un mtodo espectrofotomtrico en donde se seguir una

lnea de muestreo, preparacin y anlisis de jugos de caa solamente de las 3

variedades de mayor impacto. Con esto se tomarn los datos necesarios que

permitan realizar la determinacin de la concentracin presente en jugo de caa

de azcar.

3.3. Recursos humanos disponibles

Para el desarrollo del trabajo de investigacin se necesit de recurso

humano. Los recursos humanos utilizados para el desarrollo del proceso

experimental y la asesora se detallan a continuacin.

Investigadora: Nancy Paola Castro Mndez

Revisor: Ing. Qco. Estuardo Edmundo Monroy

Asesor externo: Ing. Qco. Flix Ren Morales Magarn

Colaborador: Luis Enrique Cifuentes Ruz


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3.4. Recursos materiales disponibles (equipo, cristalera, reactivos)

Durante el planteamiento y desarrollo del trabajo de investigacin, se

necesit de diversos recursos materiales, estos se clasificaron en equipo de

laboratorio, cristalera y reactivos y materia prima.

3.4.1. Equipo

El equipo utilizado para el desarrollo de la etapa experimental del trabajo

de investigacin se detalla a continuacin. Este equipo fue proporcionado por elIngenio Trinidad.

Espectrofotmetro Genesys 10S Series UV-Visible, con lectura digital en

absorbancia, ancho de banda espectral 1,8 nm, rango de longitud de

onda de 190-1100nm.

Balanza semianaltica, resolucin 0,01g.

Balanza analtica, resolucin 0,1 mg Bao de mara que atiende a condiciones de temperatura de agua en

ebullicin.

Agitador magntico.

Potencimetro.

3.4.2. Cristalera

La cristalera utilizada para el desarrollo de la etapa experimental del

trabajo de investigacin se detalla a continuacin. Esta cristalera fue

proporcionada por el Ingenio Trinidad.


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Pipetas serolgicas (10 y 25 mL)

Pipeta volumtrica (30mL)

Balones aforados (100, 200 y 1000 mL)

Beaker (250 mL)

Erlenmeyer (250 mL)

Probeta (100 mL)

3.4.3. Reactivos y materia prima

Los reactivos y materia prima utilizados para el desarrollo de la etapa

experimental del trabajo de investigacin se detallan a continuacin. Los

reactivos y materia prima fueron proporcionados por el Ingenio Trinidad.

Jugo de caa de las variedades CP72-2086, CP88-1165 y CP73-1547

Cloruro clcico dihidratado, con pureza mnima de 98,0 %

cido actico glacial

Yodato potsico Yoduro potsico

Sacarosa grado reactivo, con pureza mnima de 99,0 %

Almidn grado reactivo, con pureza mnima de 99,0 %

3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa

La metodologa utilizada en la investigacin de anlisis de jugo de caaincluye la medicin de parmetros cuantitativos y cualitativos, las cuales

implican conocer lo siguiente:

Tipo de caa

Estrato altitudinal de cosecha de caa


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Edad de caa (cosechada)

Conociendo dichas cualidades, se realiz un mtodo de ensayo, donde

con los datos que se recopilados, se obtuvo:

Medicin de concentracin de almidn en jugo de caa.

Comparacin entre medias de concentracin por variedad y estrato

altitudinal por medio de una tcnica estadstica.

3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin

A continuacin se describe el procedimiento utilizado para la recoleccin y

ordenamiento de los datos necesarios, para la obtencin de los objetivos

planteados.

Figura 6. Diseo experimental



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3.7. Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de la informacin

A continuacin se describe el procedimiento utilizado para la recoleccin y

ordenamiento de los datos necesarios para la obtencin de las relaciones

planteadas para cada objetivo.

3.7.1. Curva de calibracin

Se realiz una curva de calibracin para el mtodo de almidn en jugo de

caa para las condiciones de laboratorio. Para ello se realizaron 8 corridas,variando la concentracin de almidn y luego 2 repeticiones para cada

concentracin.

Tabla V. Datos para la curva de calibracin para determinar la

concentracin de almidn presente en el jugo de caa

CorridaSolucin almidn

mg / kg

Absorbancia

1

Absorbancia

2

1 0,0

2 50,0

3 100,0

4 150,0

5 200,0

6 250,0

7 3508 500



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27

3.7.2. Toma de datos de concentracin de almidn

Se utiliz una tabla para la toma de datos diaria, para anotar la nota de

peso de la caa, con la cual posteriormente se poda obtener el brix, estrato

altitudinal y la edad de caa cosechada.

Tabla VI. Hoja de toma de datos de 10 muestras diarias

Nmero de

muestra

Nota de peso de la

caa

AbsorbanciaConcentracin

almidn (ppm)123410


3.8. Anlisis estadstico

A continuacin se detalla el procedimiento utilizado para el anlisis

estadstico. Esto incluye promedio, desviacin estndar y contraste de

significacin mediante t de student.

3.8.1. Media de una muestra

Al clasificar por variedad, por estrato y por edad de caa cosechada, se

realiz una media de jugos de caa con la misma variedad, mismo estrato o

igual edad de caa cosechada, segn fue el caso, para realizar la media se

utiliz la siguiente ecuacin:


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[Ecuacin 4]

3.8.2. Desviacin estndar

Se determin la desviacin estndar de la concentracin de almidn de

jugos de caa con la misma variedad, mismo estrato o igual edad de caa,

segn fue el caso; para realizar la desviacin estndar se utiliz la siguiente

ecuacin:

[Ecuacin 5]

3.8.3. Coeficiente de variacin

Har referencia a la relacin entre el tamao de la media y la variabilidad

de la variable, a mayor valor del coeficiente de variacin mayor heterogeneidad

de los valores de la variable; y a menor C.V., mayor homogeneidad en los

valores de la variable.

[Ecuacin6]


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3.8.4. Comparacin de dos medias mediante t de student

Esta prueba se realiz para determinar si hay diferencia significativa entre

la cantidad de almidn por variedad de caa, para aceptar o rechazar la

hiptesis.

Es la prueba estadstica utilizada para distinguir si la diferencia entre las

concentraciones de almidn medidas se puede atribuir a errores aleatorios o si

la diferencia es significativa. En este caso se tendr dos medias muestrales 1

y 2. Se tiene una hiptesis nula que indica que existe una diferenciasignificativa en los niveles de concentracin de almidn en jugo de las 3

diferentes variedades de caa. Por lo que se necesita probar entre las 3

variedades si CP88-1165 y CP73-1547, CP88-1165 y CP72-2086 y CP73-1547

y CP72-2086 difieren significativamente de cero.

Para decidir si 0: 12, cuando se tiene dos muestras con desviaciones

estndar diferentes, se calcula el estadstico t, mediante la siguiente ecuacin:

[Ecuacin 6]

Donde:

: valor de t calculada

: media

: nmero de muestras

: desviacin estndar


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30

El valor de t calculada por este estadstico es contrastado posteriormente

utilizando el valor crtico de t mostrado en la tabla VII. Este valor depende del

nivel de significancia y de los grados de libertad.

Los grados de libertad son calculados mediante la siguiente ecuacin:

[Ecuacin 7]

Donde:

: grados de libertad

: nmero de muestras

: nesviacin estndar

Los grados de libertad se aproximan al entero siguiente.

El criterio de decisin sobre los valores de t calculado y crticos, son los

siguientes:

Si entonces las medias no tienen diferencia significativa

Si entonces las medias tienen diferencia significativa


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Tabla VII. Valores crticos de la distribucin t

Valor de t para un intervalode confianza de valor crticode |t| para valores de P de

nmeros de grados delibertad

90 % 95 % 98 % 99 %

0,1 0,05 0,02 0,01

1 6,31 12,71 31,82 63,662 2,92 4,30 6,96 9,923 2,35 3,18 4,54 5,844 2,13 2,78 3,75 4,605 2,02 2,57 3,36 4,036 1,94 2,45 3,14 3,71

7 1,89 2,36 3,00 3,508 1,86 2,31 2,90 3,369 1,83 2,26 2,82 3,25

10 1,81 2,23 2,76 3,1712 1,78 2,18 2,68 3,0514 1,76 2,14 2,62 2,9816 1,75 2,12 2,58 2,9218 1,73 2,10 2,55 2,8820 1,72 2,09 2,53 2,8530 1,70 2,04 2,46 2,7550 1,68 2,01 2,40 2,68 1,64 1,96 2,33 2,58

Fuente: MILLER & MILLER. Estadstica y quimiometra para qumica analtica. p. 136.


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4. RESULTADOS

4.1. Concentracin de almidn en diferentes estratos altitudinales por

variedad de caa

A continuacin, en las tablas VIII, IX y X se muestra el resultado de la

medicin de concentracin de almidn por cada una de las 3 variedades en los

3 distintos estratos altitudinales: medio bajo y litoral.

Tabla VIII. Concentracin de almidn en diferentes estratos

altitudinales para la variedad CP72-2086

Estrato altitudinal Concetracion de almidn (ppm %Brix)

Litoral 1936,97

Bajo 1061,17

Medio 1074,21


Tabla IX. Concentracin de almidn en diferentes estratos altitudinales

para la variedad CP88-1165


Litoral 1665,99

Medio 1263,73



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Tabla X. Concentracin de almidn en diferentes estratos altitudinales

para la variedad CP73-1547


Litoral 899,48

Bajo 2191,63

Medio 1500,90


4.2. Concentracin de almidn por variedad de caa

A continuacin se muestra la relacin entre la concentracin de almidn y

la variedad de caa, correspondientes al segundo objetivo. Se observan los 3

principales tipos de caa: CP72-2086, CP73-1547 y CP88-1165.

Figura 7. Concentracin de almidn en jugo de caa en funcin de lavariedad de caa



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4.3. Concentracin de almidn por ensayo ordenado

cronolgicamente

A continuacin se muestra el resultado de la medicin de concentracin de

almidn en el jugo de caa de las 3 variedades conforme a como fueron

muestreadas cada da. Posteriormente se presenta una tabla con la

descripcin de la numeracin de la figura 8.

Figura 8. Concentracin de almidn por ensayo en el tiempo


Tabla XI. Porcentaje de almidn en jugo de caa por variedad

muestreada

Porcentaje por variedad (%)

No. Fecha Cp73-1547 Cp88-1165 Cp72-2086Promedio almidn

(ppm)

1 2 Dic -11 dic 41,9 12,9 45,2 1500-2000

2 12 Dic-29 dic 39,5 14,0 46,5 2000-1500


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Continuacin de la tabla XI.

3 2 Ene-29 ene 24,1 26,4 49,4 15004 30 Ene-24 feb 23,3 19,2 57,5 1500-10005 25 Feb-5 mar 9,5 42,9 47,6 10006 6 Mar-23 mar 32,5 2,5 65,0 1000-12507 23 Mar- 27 mar 22,2 7,4 70,4 1250-1000


4.4. Concentracin de almidn entre cada variedad de caa porestrato altitudinal


almidn por cada una de las 3 variedades en los 3 distintos estratos

altitudinales: medio bajo y litoral.

Figura 9. Concentracin de almidn en jugo de caa en funcin del

estrato altitudinal por variedad de caa



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Figura 10. Concentracin de almidn en jugo de caa en funcin del

estrato altitudinal


4.5. Concentracin de almidn entre cada variedad por edad de caa

(cosechada)


almidn por cada una de las 3 variedades en funcin a la edad que llego esta

para ser cosechada.


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Figura 11. Concentracin de almidn en funcin de la edad de caa en

meses que fue cosechada la variedad CP72-2086






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4.6. Concentracin de almidn por edad de caa (cosechada)


almidn con las 3 variedades incluidas en funcin a la edad que llego esta para

ser cosechada.


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meses que fue cosechada (todas las variedades incluidas)


4.7. Anlisis estadstico

A continuacin se muestra el anlisis estadstico. Se utiliz el contraste de

significacin: t de student para las variedades de caa y estrato altitudinal

(ambas entre parejas).


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Tabla XII. Contraste de significacin (t de student) entre las tres

variedades

Comparacinde variedades

Grados delibertad

TCrtica

TCalculada

ResultadoConclusin

CpP72-2086 yCp73-1547

100,56

1,96

8,43H_O aceptadaT_calc > T_crit

Si haydiferenciaestadstica-menterepresenta-tiva entre los3 pares devariedades

CpP72-2086 yCp88-1165

119,85 3,06H_O aceptadaT_calc > T_crit

Cp73-1547 yCp88-1165

131,91 5,50H_O aceptadaT_calc > T_crit


Tabla XIII. Contraste de significacin (t de student) entre los tres

estratos altitudinales

Comparacinde

variedades

Gradosde

libertad

TCritica

TCalculada

Resultado Conclusin

Medio y bajo 40,42

1,96

2,42

H_OaceptadaT_calc >

T_crit

Si hay diferenciaestadsticamente

representativa

Medio y litoral 36,05 0,97

H_ORechazada

T_calc

T_crit

Si hay diferenciaestadsticamente

representativa



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5. INTERPRETACIN DE RESULTADOS

Durante la zafra 2013-2014 se realiz la determinacin de concentracin

de almidn presente en los jugos de tres variedades promisoras de caa de

mayor impacto que ingresan al proceso de azcar en el Ingenio Trinidad:

CP72-2086, CP73-1547 y CP88-1165, mediante un mtodo

espectrofotomtrico.

Se realiz el procedimiento representativo estadsticamente de muestrear

cada 65 toneladas de caa que ingresen al ingenio que sean correspondientes

a las variedades de estudio: CP88-1165, CP73-1547 y CP72-2086. La

preparacin de caa para la obtencin de jugo a nivel laboratorio, se realiz

mediante el procedimiento de concecana que aplica una desfibradora de caa y

prensa hidrulica.

La medicin de la concentracin de almidn se realiz mediante un

mtodo espectrofotomtrico de ICUMSA, utilizado para anlisis de azcar

crudo, previamente validado para jugo de caa. Para la aplicacin del mtodo

se requiere digerir el jugo de caa con una solucin caliente de cido actico/

cloruro de calcio y adicionar una solucin de yoduro/yodato de potasio para

formar el complejo azul de almidn-yodo. Los resultados se obtuvieron

mediante la comparacin de medias y correlacin de resultados.

Dicha zafra fue dividida en tres temporadas que denotaron la cantidad

promedio de almidn en jugo de caa cosechada que ingresa, siendo

noviembre-diciembre, enero-febrero y marzo-abril respectivamente. La figura 15

demuestra que conforme fue avanzando cada perodo la presencia de almidn


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de las variedades a analizar fue diferente, en el primer tercio de zafra la

variedad con mayor impacto fue la CP73-1547, en el segundo CP72-2086, y

para el ltimo CP88-1165; la tendencia demuestra cmo disminuye en el tiempo

la cantidad de almidn presente por el porcentaje de variedades ingresando al

proceso, como se observa en la figura 8.

Se observa en la figura 7 que el promedio de la concentracin de almidn

vara conforme la variedad. Se obtuvo la concentracin ms alta de almidn en

la variedad CP73-1547, seguida de CP88-1165 y, por ltimo, la CP72-2086. En

el anlisis estadstico, tabla XII se observa que entre las 3 variedadesanalizadas si existe diferencia significativa. Esto se debe a la dureza de la caa

y la disposicin de la fibra que vara de una variedad a otra, lo que afecta su

comportamiento en la planta y en este caso el factor ms importante, las

diferencias en componentes no-sacarosas, como el almidn.

Cabe resaltar que la variedad CP73-1547 es la que contiene la mayor

cantidad debido a que es una de las variedades ms floreadoras que

fcilmente puede aumentar su concentracin de almidn por estrs hdrico, Las

dos variedades siguientes contienen menor cantidad de almidn debido a que

sus condiciones de desarrollo pueden ser ms variables que la anterior, estas

resisten ms diversidad de suelos, y condiciones climticas. Sin embargo, las

tres variedades pueden concentrar mayor cantidad de almidn si esta se ve

afectada por exceso o falta de agua y el desarrollo de la misma, no ser igual

generando mayor presencia de nudos en la caa, fibra, cogollos y hojas.

En la figura 9 se observa que existe diferencia en el promedio de la

concentracin de almidn en los diferentes estratos altitudinales para las tres

variedades, demostrando que el estrato bajo y litoral tienen el mismo

comportamiento en funcin a las variedades CP72-2086 y la CP88-1165 que


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aumentan su concentracin de almidn del estrato medio dirigido al litoral, ya

que el estrato litoral se encuentra ubicado ms cerca del mar generando mayor

produccin de almidn en la planta; sin embargo, esto no se cumple para el

estrato medio debido a la mayor presencia de la CP73-1547, ya que por la

ubicacin geogrfica (en la figura 5) se encuentra en Escuintla, rea de mucha

lluvia que se muy marcado al inicio de la zafra, y como se observa en la figura

8, el periodo donde la mayor cantidad de CP73-1547 es cosechada, vindose

estresada ms por lluvia, que por las mimas condiciones de humedad que

presentara en el litoral.

En la figura 10 se observa que no lleva una tendencia de concentracin

por estratos (del medio dirigido al litoral), debido a que en todos los estratos el

valor de concentracin de almidn ms alto es el de la variedad CP73-1547,

respecto a las otras dos variedades, excepto en el estrato bajo, de donde se

obtuvo menor cantidad de datos que en los dems estratos, es por ello que el

estrato que mayor almidn concentra es el medio por las condiciones de zafra

mencionadas anteriormente y la temporada de cosecha de esta variedad,

afectando el comportamiento de datos, que demuestra que hay ms

concentracin en el medio seguido del estrato litoral y, por ltimo, el estrato

bajo, ya que en estos ltimos dos la cantidad de datos de las otras dos

variedades (CP72-2086 y CP88-1165) era mucho mayor.

En la tabla XIII se observa que s existe diferencia estadsticamente

representativa entre los estratos medio bajo y bajo litoral y entre litoral medio no

existe diferencia estadsticamente representativa, por lo mencionado

anteriormente


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En la figura 14 se demuestra que si aumenta la cantidad en meses de caa

para ser cosechada, aumenta la concentracin de almidn, es decir que con

caa madura habr mayor cantidad de almidn, debido a que la presencia de

componentes no-sacarosa aumenta pasando su tiempo ptimo de produccin

de sacarosa, esta grfica es representativa, ya que engloba las tres variedades,

los estratos altitudinales de desarrollo y la cantidad de datos necesaria, como

se muestra en las figuras 11, 12 y 13 que estn divididas por estrato altitudinal

no fueron tomadas en cuenta, ya que no demuestran ningn comportamiento

por la falta de datos para el anlisis.

La hiptesis planteada indica que existe diferencia significativa entre la

concentracin de almidn de las variedades CP72-2086, CP73-1547 y CP88-

1165. Por consiguiente, la hiptesis nula es aceptada y es rechazada la

hiptesis alternativa.


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6. LOGROS OBTENIDOS

A continuacin se muestran los logros obtenidos en los 6 meses de

realizacin de EPS, y posteriormente en la etapa final de anlisis de datos y

correlacin de resultados.

Se logr obtener el comportamiento de la concentracin de almidn de

las variedades de caa que constituyen el 87 por ciento de la materia

prima del Ingenio Trinidad, segn variedad de caa, estrato altitudinal y

edad de caa cosechada.

Se brind a la organizacin un proyecto donde se aplic un sistema de

investigacin y anlisis de contenidos de almidn presentes en jugo de

caa de azcar, que aport datos que sirvieron para la toma de

decisiones a nivel industrial, especficamente en el rea de fabricacin,

mejorando el proceso de produccin de azcar y aumentando la

productibilidad, ya que se decidi agregar alfa-amilasa al proceso de

fabricacin obteniendo menos galonaje de miel y aumentando la cantidad

de azcar por tonelada de caa.

Se obtuvieron resultados que presentaron a la empresa la aplicacin de

acciones correctivas y preventivas como estar preparados con qu tipode variedad que va ingresar al proceso, que dieron beneficio a la fbrica

con reduccin de costos en rea de operacin.


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CONCLUSIONES

1. La variedad de caa CP73-1547 posee la mayor concentracin de

almidn, respecto a las dems variedades, aunque variables como

estrato altitudinal y edad de caa varen.

2. La concentracin de almidn entre las tres variedades de caa de

estudio es diferente, y entre todas s existe diferencia estadsticamente

significativa con una confianza del 95 por ciento.

3. La concentracin de almidn aumenta mientras disminuye la altura

respecto al nivel del mar, siendo el estrato altitudinal litoral en el que se

encuentra la mayor concentracin de almidn para las variedades CP72-

2086 y CP88-1165; sin embargo, para la variedad CP73-1547 no se

observa el mismo comportamiento, ya que en el medio presenta la mayorconcentracin de almidn.

4. No existe diferencia estadsticamente representativa entre la

concentracin de almidn de los estratos medio y litoral.

5. Mientras aumente la edad de la caa para ser cosechada se genera

mayor cantidad de componentes no-sacaros, aumentando la

concentracin de almidn en los jugos de caa.

6. El almidn repercute en el proceso de fabricacin de azcar, generando

ms mieles, y disminuyendo la eficiencia del proceso.


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RECOMENDACIONES

1. Implementar un sistema de investigacin que ataque posibles

problemticas que integren factores agrcolas, agronmicos y de

fabricacin, lo cual ayudar a enfocar las medidas de control para

obtener producciones ms eficientes y rentables, con el objetivo de llegar

a obtener mayor concentracin de sacarosa y produccin de azcar.

2. Adicionar enzimas termoestables en forma continua durante el proceso

de fabricacin de azcar, para lograr una mejor recuperacin de

sacarosa y agotamiento de las mieles finales.

3. Implementar un sistema de control ms riguroso para la limpieza y

despunte de la caa de azcar, ya que es en las hojas y los tallos de la

misma donde se encuentra el mayor contenido de almidn.

4. Conocer otras variedades promisoras de caa de azcar que puedan

beneficiar la recuperacin de sacarosa y contengan menos contenido de

almidn.

5. Aplicar a las plantaciones de caa de mayor floracin inhibidores de

floracin.


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APNDICES


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Apndice 1. Tabla de requisitos acadmicos



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Apndice 2. Diagrama de Ishikawa



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Apndice 3. rbol de problema



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