Control de calidad del jugo de caña de azúcar.

Caña de azúcar (Saccharum spp.) es un cultivo muy importante para la economía global. A menudo se usa como materia prima para la producción de azúcar, alcohol, levadura y más. Brix (°Brix), Pol (%), pureza del jugo (%), azúcares reductores (%) y azúcares recuperables totales (Kg t^-1) son algunos de los muchos parámetros de control de calidad (QC) que deben analizarse en el jugo de caña de azúcar.

Numerosos métodos basados en varias técnicas analíticas están disponibles para el control de calidad del jugo de caña de azúcar. Estos métodos pueden llevar bastante tiempo, ya que el tratamiento de la muestra es un requisito previo. Una alternativa más rápida a estos otros métodos es la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS). NIRS permite la determinación simultánea de varios componentes de control de calidad, sin productos químicos ni preparación de muestras, en menos de un minuto.

NIRS analizó el jugo de caña de azúcar y se recopilaron un total de 100 espectros para crear un modelo de predicción para la cuantificación de varios parámetros de control de calidad. Todas las muestras se midieron con un analizador de líquidos Metrohm NIRS DS2500 (400–2500 nm) en modo de transmisión con una celda de flujo de soporte DS2500 (Figura 1). En este estudio se utilizó una celda de flujo con un paso óptico de 1 mm. Esta celda de flujo se llenó mediante una bomba peristáltica. El paquete de software Vision Air Complete de Metrohm se utilizó para toda la adquisición de datos y el desarrollo del modelo de predicción.

Tabla 1. Resumen de equipos de hardware y software.

Equipo	Número de artículo
Analizador de líquidos DS2500	2.929.0010
Celda de flujo del soporte DS2500	6.7493.000
Cubeta de cuarzo NIRS caudal 1 mm	6.7401.310
Vision Air 2.0 completo	6.6072.208

Figura 1. Metrohm NIRS DS2500 Liquid Analyzer y DS2500 Holder Flow Cell utilizados para la determinación rápida de varios parámetros de control de calidad en jugo de caña de azúcar.

Los espectros Vis-NIR obtenidos (Figura 2) se utilizaron para crear un modelo de predicción para la cuantificación de Brix (°Brix), Pol (%), pureza del jugo (%), azúcares reductores (%) y azúcares recuperables totales (Kg t^-1). La calidad del modelo de predicción se evaluó mediante diagramas de correlación que muestran una correlación muy alta entre la predicción Vis-NIR y los valores de referencia. Las respectivas cifras de mérito (FOM) muestran la precisión esperada de una predicción durante el análisis de rutina (Figuras 3–8).

Figura 2. Selección de espectros Vis-NIR de muestras de jugo de caña de azúcar analizadas en un analizador de líquidos DS2500 con una celda de flujo de 1 mm de paso óptico.

Figura 3. Diagrama de correlación y los respectivos FOM para la predicción de Brix en jugo de caña de azúcar utilizando un Analizador de Líquidos DS2500. Los valores de laboratorio se evaluaron utilizando un refractómetro.

Figuras de merito	Valor
R²	0,9875
Error estándar de calibración	0,1323 (° Brix)
Error estándar de validación cruzada	0,1467 (° Brix)
Error estándar de validación	0,138 (° Brix)

Figura 4. Diagrama de correlación y los respectivos FOM para la predicción de Pol en jugo de caña de azúcar utilizando un Analizador de Líquidos DS2500. Los valores de laboratorio se calcularon a partir de la lectura de sacarosa, Brix y algunas constantes.

Figuras de merito	Valor
R²	0,9833
Error estándar de calibración	0,1506%
Error estándar de validación cruzada	0,1851%
Error estándar de validación	0,1388%

Figura 5. Diagrama de correlación y los respectivos FOM para la predicción de la pureza del jugo de caña de azúcar utilizando un analizador de líquidos DS2500. Los valores de laboratorio se calcularon utilizando los resultados de las determinaciones de Pol y Brix: Pureza = 100 × (Pol/Brix).

Figuras de merito	Valor
R²	0,8194
Error estándar de calibración	0,7202%
Error estándar de validación cruzada	0,7596%
Error estándar de validación	0,564%

Figure 6. Diagrama de correlación y los respectivos FOM para la predicción de azúcares reductores en jugo de caña de azúcar utilizando un Analizador de Líquidos DS2500. Los valores de laboratorio se midieron con cromatografía iónica (IC).

Figuras de merito	Valor
R²	0,6497
Error estándar de calibración	0,0263%
Error estándar de validación cruzada	0,0291%
Error estándar de validación	0,0249%

Figura 7. Diagrama de correlación y los respectivos FOM para la predicción de la lectura de sacarosa en jugo de caña de azúcar utilizando un analizador de líquidos DS2500. Los valores de laboratorio se evaluaron con un polarímetro.

Figuras de merito	Valor
R²	0,9911
Error estándar de calibración	0,5388%
Error estándar de validación cruzada	0,6604%
Error estándar de validación	0,497%

Figura 8. Diagrama de correlación y los respectivos FOM para la predicción de azúcares totales recuperables en jugo de caña de azúcar utilizando un Analizador de Líquidos DS2500. Los valores de laboratorio se evaluaron utilizando valores de Pol y azúcares reductores: TRS = (9.5263 × Pol) – (9.05 × RS).

Figuras de merito	Valor
R²	0,9463
Error estándar de calibración	2,2985%
Error estándar de validación cruzada	2,5118%
Error estándar de validación	1,9074%

Esta nota de aplicación demuestra la viabilidad de determinar Brix, Pol, pureza del jugo, azúcares reductores y azúcares recuperables totales en el jugo de caña de azúcar con espectroscopia NIR. La espectroscopia Vis-NIR permite una alternativa rápida y muy precisa a otros métodos estándar (Tabla 2). No se requiere preparación de muestras y los resultados se entregan en menos de un minuto.

Tabla 2. Descripción general del tiempo de resultado para los diferentes parámetros de control de calidad medidos típicamente en el jugo de caña de azúcar.

Parámetro	Método	tiempo de resultado
Brix	Refractómetro	∼1 minuto
Pol	Calculado a partir de Pol y Brix, así como la aplicación de algunas constantes	∼10 min preparación de la muestra (clarificación y filtración) + ∼1 min polarímetro + ∼1 min refractómetro
Pureza	Calculado a partir de Pol y Brix	Pureza = 100 × (Pol/Brix)
Azúcares reductores (RS)	Cromatografía iónica	10 min preparación de muestra (clarificación y filtración) + ∼40 min IC
Lectura de sacarosa	Polarímetro	∼10 min preparación de la muestra (clarificación y filtración) + ∼1 min polarímetro
Azúcares recuperables totales (TRS)	Calculado a partir de Pol y azúcares reductores	TRS = (9.5263 × Pol) – (9.05 × RS)

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