ARTÍCULOS ORIGINALES

Validación de la metodología ICUMSA "Draft Method Nº 3" para determinar la concentración de almidón en jugos de caña de azúcar*

 

B. Silvia Zossi**, Natalia Sorol**, Marcos Sastre** y R. Marcelo Ruiz**

* Trabajo presentado (con modificaciones) en el V Congreso Virtual Iberoamericano Gestión de Calidad en Laboratorios (junio de 2009, Barcelona, España).
** Sección Química de Productos Agroindustriales, EEAOC. silviazossi@eeaoc.org.ar

 

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Resumen

En la caña de azúcar, el almidón cumple una función de reserva energética, dependiendo su concentración de la variedad y estado de madurez. Este microcomponente ingresa junto con la caña al proceso de fabricación de azúcar, originando problemas durante las distintas etapas de elaboración y en el producto final, cuando se emplea el azúcar como materia prima para la elaboración de otros alimentos. Debido a esto, su cuantificación durante las distintas etapas de fabricación es común en la industria de procesos, a fin de disminuir sus efectos negativos mediante el empleo de la enzima α- amilasa, cuando su contenido excede los valores normales. En la Sección Química de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres, trabajando bajo un sistema de gestión de la calidad de los laboratorios, se busca continuamente actualizar y reemplazar las metodologías vigentes por aquellas que permitan obtener mejores resultados. Por este motivo se validó la aplicación del "Draft Method Nº 3" de la International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis (ICUMSA) para la determinación de almidón en jugos de caña de azúcar, debido a su sencillez, rapidez y bajo costo, comparado con los métodos usados anteriormente en el laboratorio. Se determinaron parámetros para establecer su repetibilidad, reproducibilidad e incertidumbre. Los resultados obtenidos demostraron que esta técnica es aceptable para determinar almidón en jugo de caña de azúcar en concentraciones comprendidas entre 43,75 mg/l y 500 mg/l, con una incertidumbre de ±6,22%, utilizando un factor de cobertura (K) igual a 2.

Palabras clave: Técnica analítica; Incertidumbre; Almidón; Jugo de caña de azúcar.

Abstract

Validation of ICUMSA Draft Method No. 3 to determine starch concentration in sugar cane juice
In sugar cane, starch plays a role as energy reservoir and its concentration depends on cane variety and maturity level. This microcomponent interferes with sugar cane manufacturing process, producing problems at different production stages and influencing final products, whenever sugar is used as feedstock for food production. Starch quantification at different production stages is common in process industry, where α-amylase enzyme is used to diminish the negative effects arising from an excess in starch contents. The laboratory of Sección Química of Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres, working under a certified quality management system, always strives to update and replace methodologies with those which produce better results. Thus the application of ICUMSA Draft Method No. 3 was validated for determining starch in sugar cane juice, on account of its simplicity, quick results and the low costs incurred in its use, as compared with other methods previously used in the lab. Parameters were determined to establish its repeatability, reproducibility and uncertainty degrees. Results showed that this technique is appropriate for determining starch in sugar cane juice at concentrations between 43.75 and 500 mg/l, with an uncertainty of ± 6.22% when a security factor of 2 was used.

Key words: Analytical method; Uncertainty; Starch; Sugar cane juice.

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Introducción

En la caña de azúcar, el almidón está localizado en los nudos del tallo y no en las áreas internodales, por lo que cualquier factor de crecimiento que incremente el número de nudos por tallo aumentará el nivel de almidón en el jugo. Existe también en altas concentraciones en las hojas y ápice de la caña (Clarke, 1996).
La concentración de almidón en caña depende de la variedad y su estado de madurez. Tiene la función de reserva energética, la cual comparte, en forma alternada, con la sacarosa. El almidón pasa al jugo durante el proceso de molienda, presentándose en forma de gránulos esféricos de diámetro comprendido entre 1 y 5 µm, insolubles y fácilmente removibles por filtración, centrifugación y decantación. A pesar de esto, durante la molienda, estos gránulos se dispersan rápidamente en el jugo y son luego gelatinizados por el calor y la cal durante la clarificación (Godshall et al., 1990), razón por la cual su presencia en el jugo de caña de azúcar es indeseable desde el punto de vista del control de calidad.
Dependiendo de la variedad de caña, el contenido de almidón en los jugos puede variar normalmente desde 200 mg/l % Brix hasta 1200 mg/l % Brix (Godshall et al., 2004). En la Tabla 1 se presentan concentraciones de almidón de las variedades comerciales más difundidas de Tucumán (Zossi et al., 2010).
A su vez, como reporta la bibliografía, el almidón junto con las gomas y otros polisacáridos, contribuye a la formación de flóculos en bebidas carbonatadas (van der Poel et al., 1998) y genera problemas operativos en la etapa de filtración del jarabe de azúcar, dándole un aspecto de turbidez u opalescencia que incide negativamente en la calidad y aspecto de las bebidas.

Tabla 1. Valores promedio de almidón en las variedades comerciales de caña de azúcar más difundidas en Tucumán.

Por estas razones, es importante poder determinar de manera rápida y confiable el contenido de almidón en las diferentes etapas de un proceso, ya que cuando se encuentra en concentraciones mayores a las normales es necesario eliminarlo, empleando la enzima específica para su hidrólisis (α-amilasa), disminuyendo así los efectos negativos que este polisacárido puede tener.
Recientemente, la International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis (ICUMSA, 2007) estableció un método "draft" para determinar almidón en productos azucarados, el cual aún no fue estadísticamente validado por lo que no tiene el carácter de "Método ICUMSA", pero está disponible para que los usuarios de estas metodologías realicen estudios más profundos.
Esta técnica se basa en la capacidad del almidón de formar en medio ácido un complejo almidón - ioduro de color azul violeta, en presencia de yodo - yodato, que puede medirse a 570 nm empleando un espectrofotómetro. Debido a su sencillez, rapidez y bajo costo, el Laboratorio de la Sección Química de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) decidió validarla para implementarla en sus determinaciones de almidón en jugos de caña de azúcar.
El objetivo del presente artículo es validar la metodología para cuantificar almidón en jugo de caña de azúcar presentada por ICUMSA y denominada "Draft Method Nº 3", calculando parámetros que determinen su repetibilidad, reproducibilidad e incertidumbre para las condiciones del Laboratorio de Investigaciones Azucareras de la Sección Química de la EEAOC.

Materiales y métodos

Para la preparación de las soluciones patrón se usó almidón soluble pro análisis marca Carlo Erba. Luego de determinar su contenido de humedad, se preparó una solución patrón de 1000 mg/l y a partir de ella, por diluciones, las soluciones empleadas en la validación. El agua destilada empleada en la preparación de estas tenía una conductividad menor que 5 µS.
Se trabajó con material de vidrio (matraces, pipetas) clase A.
Se empleó un espectrofotómetro UV - Visible Hewlett Packard con arreglo de diodos, modelo 8452A, verificado con referencias trazables al National Institute of Standards and Technology (NIST).
En el estudio se consideró de importancia validar los siguientes parámetros (Zossi et al., 2008):
• Linealidad e intervalo operativo. Para determinar la linealidad y el intervalo operativo de este método se prepararon soluciones patrón, por triplicado, de concentraciones comprendidas entre 0 mg/l y 1000 mg/l de almidón, y se graficó luego la absorbancia en función de la concentración. Empleando regresión lineal se obtuvo la ecuación de correlación, y su significancia en el intervalo mencionado fue comprobada mediante el análisis de la varianza y el gráfico de residuos.
• Límite de detección (LD), límite de cuantificación (LQ), precisión en condiciones de repetibilidad y precisión intermedia. En el rango de 0 mg/l a 500 mg/l, empleando soluciones patrón, se determinó precisión en condiciones de repetibilidad, los límites de detección y cuantificación, error porcentual y límite de confianza. Esto fue realizado por dos analistas, trabajando bajo las mismas condiciones (equipos, soluciones, etc.) durante siete días. Para establecer los límites de detección y cuantificación, en el Laboratorio de la Sección Química se adoptó el criterio de establecer, para el primero, la mínima concentración obtenida en condiciones de repetibilidad, donde el coeficiente de variación porcentual (CV%) fuera menor o igual a 10%, sin tener en cuenta el error porcentual (E%). Para el segundo, se adoptó el criterio de establecer, como límite de cuantificación, la menor concentración obtenida en condiciones de repetibilidad, cuando el CV% y el error porcentual fueran menores o iguales a 10%.
Para evaluar la precisión del método en condiciones de repetibilidad, dos analistas determinaron la concentración de almidón en ocho muestras de jugo de caña, mientras que para la evaluación en condiciones de precisión intermedia, se empleó una muestra de jugo de caña de azúcar fortificado con 50 mg/l, 250 mg/l y 400 mg/l de almidón. Estas muestras fueron analizadas, durante siete días por duplicado, por dos analistas. Se calcularon las recuperaciones promedio obtenidas por ambos analistas referidas al valor teórico, la desviación estándar (DE), CV % y el límite de confianza (LC) al 95%.
• Sesgo evaluado como error porcentual y recuperación. El sesgo del método se determinó en términos del error relativo y de la recuperación del analito (Sánchez Martínez, 2005). El primero se obtuvo en condiciones de repetibilidad para cada solución patrón utilizada en el rango seleccionado, mientras que la recuperación se calculó en base a la evaluación de muestras fortificadas en niveles bajo, medio y alto.
• Incertidumbre relativa expandida. Se empleó una evaluación de tipo A¹:

U = K * (µ₁² + µ₂² + µ₃²)^1/2 Ecuación 1

Siendo U la incertidumbre expandida; K, un factor de cobertura, considerado en este caso igual a 2; µ₁ y µ₂, la incertidumbre estándar en condiciones de repetibilidad y de precisión intermedia, respectivamente y µ₃, la incertidumbre estándar del sesgo en condiciones de repetibilidad, evaluada como el promedio del error porcentual en dicha condición. Estos coeficientes se calcularon como:
μ₁ = (ΣCV_I²/n)^1/2 en condiciones de repetibilidad;
μ₂ = (ΣCV_I²/n)^1/2 en condiciones de reproducibilidad;
μ₃ = Σ│E%│/n en condiciones de repetibilidad.
Donde n es el número de muestras analizadas para cada caso.
Las herramientas estadísticas utilizadas fueron:
• prueba t de Student para calcular los límites de confianza;
• prueba de Grubbs para la eliminación de datos anómalos;
• ANOVA y prueba F para comprobar la significancia de la regresión.

¹Gor, S y M. Ruiz (2006). Curso Validación de técnicas analíticas de ensayos, Universidad Nacional de Tucumán.

Resultados

En la Figura 1 se muestra la curva de calibración obtenida para el intervalo 0 mg/l - 1000 mg/l y sus límites de confianza.

Figura 1. Curva de calibración y límites de confianza.

El coeficiente de correlación obtenido (R²) fue igual a 0,9995, pero a pesar de que se había comprobado la linealidad del método mediante el análisis de la varianza y gráfico de residuos hasta una concentración de almidón de 1000 mg/l, solamente se validó el intervalo de concentración de 0 mg/l a 500 mg/l, rango establecido por la bibliografía (ICUMSA, 2007). Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 2. Puede observarse que las soluciones estándar que cumplen con las condiciones establecidas para los límites de detección y cuantificación corresponden a concentraciones de almidón de 6,25 mg/l y 43,75 mg/l, respectivamente. De esta manera, el límite de detección quedó establecido en 6,25 mg/l y el intervalo de trabajo quedó comprendido entre 43,75 mg/l y 500 mg/l de almidón.

Tabla 2. Valores promedio, desviación estándar (DE), coeficiente de variación (CV%) y límites de confianza (LC) para soluciones patrones de almidón en condición de repetibilidad.

Nota: no se eliminó ningún valor mediante la prueba de Grubbs.

Los resultados encontrados para los jugos analizados en condiciones de repetibilidad se presentan en la Tabla 3. Se observa que la metodología empleada para la determinación de almidón en jugos de caña presenta condiciones aceptables de precisión en términos de repetibilidad, con coeficientes de variación porcentual comprendidos entre 0,46% y 4,16%, mayor para el jugo de menor concentración.

Tabla 3. Valores promedio, desviación estándar (DE), coeficiente de variación porcentual (CV%) y límites de confianza (LC) de las determinaciones en jugos de caña realizadas en condiciones de repetibilidad.

Los resultados obtenidos en condiciones de precisión intermedia se presentan en la Tabla 4.

Tabla 4. Valores promedio de porcentaje de almidón recuperado en una muestra de jugo de caña con tres niveles de fortificación, en condiciones de precisión intermedia.

Valores promedio seguidos por la misma letra no difieren estadísticamente entre sí (Tukey, P= 0,05).

La recuperación promedio obtenida para niveles de fortificación bajos y altos está dentro del rango de aceptación establecido por la Food and Agriculture Organization/ Organización Mundial de la Salud (FAO/ OMS, 2003), que determina que para concentraciones mayores a 1 mg/kg, la recuperación debe estar comprendida entre 70% y 110%.
Puede observarse en la Tabla 2 que para el intervalo de trabajo comprendido entre 43,75 mg/l y 500 mg/l de almidón, el error porcentual (E %) es siempre menor a 10%, lo que indica que el método es confiable en dicho intervalo y presenta un sesgo despreciable en la cuantificación de las diferentes concentraciones.
Para el cálculo de incertidumbre, de las Tablas 3 y 4 se obtuvieron µ₁ = 2,21 y µ₂ = 1,76, y de la Tabla 2, µ₃ = 1,30. De esta manera, la incertidumbre expandida del método calculada mediante la Ecuación 1 resultó igual a ± 6,22% para el intervalo de trabajo comprendido entre 43,75 y 500 mg almidón/l jugo.

Conclusiones

Las cualidades a destacar del método desarrollado por Vasantdada Sugar Institute y difundido por ICUMSA en 2007 como "Draft Method Nº 3", son su simpleza analítica, reducido tiempo de ejecución y bajos requerimientos de reactivos químicos. El no precipitar el almidón con alcohol ni emplear cloruro de calcio, tal como lo requieren las técnicas empleadas hasta ahora en el Laboratorio de la Sección Química de la EEAOC (COPERSUCAR, 2004; Godshall et al., 2004), representa claramente una ventaja económica.
Su incertidumbre relativa expandida fue igual a ± 6,22% (utilizando un factor de cobertura K=2) para un intervalo de trabajo comprendido entre 43,75 mg/l y 500 mg/l de almidón en jugos de caña de azúcar.
En base a los resultados obtenidos en cuanto a los parámetros determinados, se puede afirmar que estos cumplen con las condiciones establecidas por el Laboratorio de la Sección Química de la EEAOC para la validación de un método analítico.

Bibliografía citada

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