Revista icidca vol 45 no3 2011 by Revista ICIDCA

Un modelo adecuado de curvas de sobrevivencia microbial en la inactivación térmica de Pseudomonas aeruginosa. A suitable model of microbial survival curves in thermal inactivation of Pseudomonas aeruginosa María Elena Díaz de Villegas-Díaz de Villegas, Gloria Bueno-García, Gisela de Armas-García, Esmérida Torres-Castañeda, Maribel Saura-Moncisbaez

Propuesta energética sostenible para destilerías de etanol. A sustainable energetic proposal for ethanol distilleries Guillermo Néstor Arias-Polo

Estimulante de crecimiento agrícola FITOMAS ®; resultados de producción del año 2010 y su impacto en cultivos seleccionados de alimentos. Plant growth stimulant FITOMAS ®; 2010 results production and effect in selected food crops Mabel Viñals-Verde, Alberto García-García, Ramón L. Montano-Martínez, José C. Villar-Delgado, Tania García-Martínez, Marlén Ramil-Mesa

Efectos del bionutriente FITOMAS-E con y sin fertilización convencional. Effects of the bio-nutrient FITOMAS-E with and without conventional fertilization José Villar-Delgado, Ramón Montano-Martínez, Tania García-Martínez, David García-González, Rafael Zuaznábar-Zuaznábar

Diagnóstico preliminar de las emisiones gaseosas en la industria de los derivados de la caña de azúcar. Preliminary diagnoses on gas emissions from by-product sugarcane industry Fidel Domenech-López; Yaniris Lorenzo-Acosta, Magdalena Lorenzo-Izquierdo, Lázaro Esquivel-Baró

Recubrimientos anticorrosivos que se requieren en una destilería. Propuesta de normalización. Parte I. Anticorrosive coating required in a distillery. Standard proposal. Part I Andrés Gómez-Estévez, Ángel Seijo-Santos, Beatriz Ramos-Tejera, Daniel Valdés-Cárdenas, Sonia Cruz-Oruz

El mundo azucarero en Internet. The sugar world in Internet Maby Hernández-Curbelo, Raúl Sabadí-Díaz

38 48

Uso de algunas herramientas analíticas en la determinación de la autenticidad de ron añejo. Some tools to be use in determination of authenticity of the aged rum Magdalena Lorenzo-Izquierdo, Estrella Patricia Zayas-Ruiz, Mercedes Guerra-Rodríguez, Deborah Crespo-Zayas, Gretel Mieres-Balmaseda

Í N D I C E / C O N T E N T S

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 2 - 6

María Elena Díaz de Villegas-Díaz de Villegas, Gloria Bueno-García, Gisela de Armas-García, Esmérida Torres-Castañeda, Maribel Saura-Moncisbaez Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba mariaelena.diaz@icidca.edu.cu

RESUMEN Se obtuvieron las curvas de sobrevivencia de Pseudomonas aeruginosa PSS a diferentes temperaturas. Todas las curvas muestran al inicio una rápida caída del conteo bacterial seguido de una cola causada por una disminución de la velocidad de inactivación. La data fue ajustada por el modelo lineal y no lineal y se compararon usando el coeficiente de regresión (r2) y la raíz del cuadrado medio del error (RMSE) de los modelos. El modelo de Weibull proporciona un mejor ajuste de la data de inactivación que el modelo lineal. En tanto que el modelo de Weibull cumple los requerimientos necesarios, puede ser usado para estudiar la inactivación de Pseudomonas aeruginosa PSS, garantizando la minimización de la energía y el gasto energético para la pasteurización. Palabras clave: Modelo de Weibull, curvas de sobrevivencia, Pseudomonas aeruginosa inactivación térmica. ABSTRACT Survival curves of Pseudomonas aeruginosa PSS at different temperatures were obtained. All curves showed a rapid initial drop in bacterial count followed by a tail due to a reduction in inactivation rate. Experimental data was fitted by both A linear and nonlinear models and compared using mean regression coefficient (r2) and the root mean square error (RMSE). The Weibull model produced better fits to the inactivation data than the linear model. Since Weibull model accomplished the required features, it can be used to study the inactivation Pseudomonas aeruginosa PSS, providing a minimization of the energy and pasteurization expenses. Keywords: Weibull model, survival curves, Pseudomonas aeruginosa, thermal inactivation.

INTRODUCCIÓN

mostatados con recirculación a temperaturas de 50, 60 y 70 ºC durante 60 min. A intervalos prefijados se colectó 1 ml de muestra, posteriormente se diluyó en serie, se sembró en placas en medio agar King-B (15) y se incubó a 30 °C durante 24 horas.

La inactivación por calor u otros métodos de procesamiento siguen una cinética de primer orden. En la actualidad existe suficiente evidencia de que una curva de sobrevivencia logarítmica lineal es una excepción más que una regla. Diversos reportes confirman desviaciones significativas de la linealidad (1-4). Se han observado tres clases de curvas con desviaciones a manera de colas y de tipo sigmoidal. Para describir estas curvas no lineales han sido propuestos varios modelos (1-3, 5-8). El modelo de Weibull en particular considera los eventos letales como probabilidades y las curvas de sobrevivencias como formas acumulativas de distribución temporal de eventos letales (2, 4, 9-11). Es un modelo flexible que permite describir curvas que muestran hombros, colas y un comportamiento lineal, y está siendo utilizado para describir la inactivación térmica de Bacillus cereus, Bacillus pumilus, Bacillus sporothermodurans, y Clostridium botulinum (12-14). El objetivo de este estudio fue comparar el modelo tradicional basado en la cinética de primer orden y el modelo de Weibull en la población bacteriana de Pseudomonas aeruginosa PSS para establecer el que más eficazmente describa la cinética de inactivación por calor a diferentes temperaturas.

Modelos La teoría señala que a temperatura constante la inactivación de bacterias responde a una cinética de primer orden. El modelo que la describe sigue la siguiente ecuación: (1) Donde S (t) se define como la relación de sobrevivencia entre el número de sobrevivientes después de un tiempo (t) de exposición (Nt) y el número inicial (No), D = f (T) es el valor D o tiempo de reducción decimal requerido para una reducción logarítmica del número de células y es dependiente de la temperatura. De acuerdo al modelo, todas las células de la población tienen igual probabilidad, independientemente del tiempo de mortalidad (16). El valor D se determina usualmente calculando el recíproco de la pendiente negativa de la línea de mejor ajuste utilizando regresión lineal. Diferentes modelos de Weibull son presentados en la literatura, (4, 17), sin embargo algunos autores (18) establecen un modelo en el que sus parámetros tienen significación física:

MATERIALES Y MÉTODOS Microorganismo y condiciones de cultivo Se empleó la cepa de Pseudomonas aeruginosa PSS de la colección de cultivos del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA) aislada del suelo. Erlenmeyers de un litro que contenían 330 ml de medio optimizado con glicerina, como fuente de carbono, y urea y fosfato de amonio, como fuente de nitrógeno, se inocularon con 33 ml de inóculo crecido en medio King-B (15). Las condiciones de cultivo fueron: pH 7, temperatura 30 °C y agitación de 150 rpm durante 24 horas.

(2) Donde D1 (T) es el parámetro de escala dependiente de la temperatura llamado parámetro de escala transformado y representa el primer tiempo de reducción decimal necesario para reducir el número de microorganismos por un factor de 10 (reduce el número de células de No a No/10) sin tomar en cuenta el valor del parámetro n (T) que es el parámetro de forma dependiente de la temperatura. La principal ventaja que presenta el modelo es que puede describir curvas de sobrevivencias cóncavas hacia abajo (hombro) (n>1) y convexas hacia arriba (cola) (n<1). El modelo tradicional de primer

Inactivación del microorganismo Se llevó a cabo en frascos estériles Durán de 100 ml que contenían 50 ml del cultivo fermentado e inmersos en baño ter3

orden es un caso especial cuando n=1 en el modelo de Weibull. Determinación del tiempo de calentamiento Para estimar el tiempo necesario para alcanzar un determinado nivel de inactivación se utilizó la siguiente fórmula: (3) Donde d representa el número de reducción logarítmica o factor de 10, D1 tiempo de la primera reducción decimal y n factor de forma.

Figura 1. Curvas de inactivación de Pseudomonas aeruginosa PSS a diferentes temperaturas (●) 50 ºC, (▲) 60 ºC, (■ )70 ºC.

Análisis estadístico Se evaluó la bondad de ajuste del modelo utilizando el coeficiente de regresión (r2) y la raíz del cuadrado medio del error (RMSE, por sus siglas en inglés). El RMSE representa el "error estándar del modelo" al medir la desviación promedio entre el valor ajustado y el observado de acuerdo a la siguiente ecuación:

ción de la velocidad de inactivación lo que sugiere que los miembros más sensibles al calor, en la población tratada, son destruidos a mayor velocidad y los restantes parecen tener la habilidad de adaptarse al estrés aplicado. En la tabla 1 se presentan los valores del coeficiente de regresión (r2) y la raíz del cuadrado medio del error (RMSE) de los modelos. Estos valores indican que aunque el modelo de primer orden proporciona un ajuste aceptable, la bondad de ajuste del modelo de Weibull es superior.

(4)

Tabla 1 Comparación de la bondad de ajuste del modelo lineal de primer orden y el modelo de Weibull

Donde el valor n es el número de observaciones y p el número de parámetros a ser estimado.

Temp. r2 (ºC) Lineal Weibull 50 0,932 0,999 60 0,928 0,993 70 0,926 0,990

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las curvas típicas de sobrevivencia de la Pseudomonas aeruginosa PSS, se muestran en la figura 1. Las líneas sólidas indican que la data se ajustó con el modelo lineal (ecuación 1) y las discontinuas con el modelo de Weibull (ecuación 2). La figura demuestra que la isoterma de inactivación de la Pseudomonas aeruginosa no sigue una cinética de primer orden de acuerdo con la magnitud del ajuste del modelo de Weibull. La forma de las curvas son similares mostrando convexidad (n<1) y caracterizadas por una rápida caída al inicio del conteo celular que después se hace menos pronunciada, causada por una disminu-

RMSE Lineal

Weibull

0,38

0,08

0,66 0,75

0,23 0,34

Como se puede apreciar, los altos valores de r2 y bajos de RMSE del modelo de Weibull es indicativo de la bondad de ajuste del modelo. La eficacia del modelo de Weibull está favorecida además, por el hecho de que el factor de forma n, es independiente de la temperatura, dado por su valor constante (n = 0,67) propiciando una mejor estimación de D1 y se encuentra en concordancia con lo señalado por algunos autores (18). En analogía con el modelo clásico (valor D), el logaritmo del tiempo de 4

reducción decimal de D1 es dependiente de la temperatura (figura 2). El valor de z estimado fue de 35 ºC en tanto el de D fue de 50 ºC evidenciando una diferencia significativa entre ambos modelos.

por tanto, si el modelo de primer orden es usado y el objetivo es la reducción de un orden logarítmico los valores encontrados son D = 12,0 (50 ºC), D = 9,7 (60 ºC) y D = 6,9 (0 ºC) para el modelo lineal y para el modelo de Weibull D1 = 6,5 (50 ºC), D1= 3 (60 ºC) y D1 = 1,8 (70 ºC). El tiempo de calentamiento requerido para cada modelo, unido a los intervalos de confianza asociados, se muestran en la tabla 2. Como consecuencia de un comportamiento no lineal el tiempo necesario para una reducción decimal de 4 ciclos por el modelo de lineal es 4D, en tanto para el modelo de Weibull es D4 (Ec. 3). Tabla 2. Parámetros de los modelos asociados con el intervalo de confianza

Figura 2. Dependencia del parámetro de escala D1 obtenido del modelo de Weibull.

Temp. (ºC)

En el modelo de Weibull puede usarse Dd como el tiempo necesario para reducir el número de células por un factor de 10 (análogo al valor D) (4, 9). El parámetro D1 indica el tiempo de la primera reducción decimal. Este parámetro puede ser comparado con el clásico modelo de primer orden aunque tengan diferentes significados, en tanto D es el recíproco de la constante de velocidad de primer orden, mientras que D1 tiene una interpretación probabilística En la figura 3 se muestran las curvas isotérmicas de inactivación a diferentes temperaturas ajustadas por el modelo lineal y de Weibull. Las flechas indican el tiempo requerido para reducir la población por 1 y 4 órdenes logarítmicos para cada modelo;

50 60 70

Lineal

Weibull

D D4 N 48,15 ± 5,7 50,27± 1,1 0,68 ± 0,1 38,88 ± 1,0 23,49± 1,6 0,67 ± 0,1 27,55 ± 1,6 14,13± 1,2 0,67 ± 0,2

Cuando se comparan los valores D y D4 del modelo lineal y de Weibull respectivamente, puede apreciarse que sólo a 50 ºC se obtienen valores muy cercanos entre si, sin embargo, el intervalo de confianza para el modelo Weibull es aproximadamente cinco veces menor en comparación con el lineal. A temperaturas de 60 y 70 °C los valores de D4 y sus intervalos de confianza son mucho menores indicando un mejor ajuste del modelo.

Figura 3. Curvas isotérmicas de inactivación de Pseudomonas aeruginosa PSS a diferentes temperaturas. Las líneas sólidas indican que la data fue ajustada con el modelo lineal (Ec. 1) y las discontinuas por el modelo de Weibull (Ec.2). 5

CONCLUSIONES

methods. Food Res. Int. 32: pp. 271-278, 1999. 10. Peleg, M. Microbial survival curves-the reality of flat ''shoulders'' and absolute thermal death times. Food Res. Int. 33: p. 531-538, 2000. 11.Peleg, M.; Penchina, C.M.; Modeling microbial survival during exposure to a lethal agent with varying intensity. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 40,:pp.159-172, 2000. 12. Fernández, A.; Collado, J.; Cunha, L.M.; Ocio, M.J.; Martínez, A. Empirical model building based on Weibull distribution to describe the joint effect of pH and temperature on the thermal resistance of Bacillus cereus in vegetable substrate. Int. J. Food Microbiol. 77:pp. 147-153, 2002. 13.Mafart, P.; Couvert, O.; Gaillard, S.; Leguerinel, I. On calculating sterility in thermal preservation methods: application of the Weibull frequency distribution model. Int. J. Food Microbiol. 72: pp. 107-113, 2002. 14.Corradini, M.G.; Normand, M.D.; Peleg, M. Calculating the efficacy of heat sterilization processes. J. Food Eng. 67:pp. 5969,2005. 15.King, E.O.; Ward, M.K.; Raney, D.E. Two simple media for the demonstration of pyocyanin and fluorescein. J. Lab. Clin. Med. 44: pp.301-307, 1954. 16.Buzrul, S.; Alpas, H.; Bozoglu, F. Effects of high hydrostatic pressure on shelf life of lager beer. European Food Research and Technology. 220: pp. 615-618, 2005. 17.Peleg, M. Modeling and simulation of microbial survival during treatments with a dissipating lethal chemical agent. Food Research International. 35: pp. 327336, 2002. 18.Couvert, O.; Gaillard, S.; Savy, N.; Mafart, P.; Legue´rinel, I. Survival curves of heated bacterial spores: effect of environmental factors on Weibull parameters. International Journal of Food Microbiology. 101: pp. 73-81, 2005. 19.Collado, J.; Fernández, A.; Cunha, L. M.; Ocio, M. J.; Martinez, A. Improved model based on the Weibull distribution to describe the combined effect of pH and temperature on the heat resistance of Bacillus cereus in carrot juice. Journal of Food Protection. 66: pp.978-984, 2003.

Aunque el modelo clásico de inactivación de primer orden ha sido utilizado con éxito en las industrias alimenticias, farmacéuticas y biotecnológicas, en el presente la tendencia es minimizar los procesos de inactivación térmica de microorganismos. Los resultados obtenidos en este estudio exponen que es apropiado utilizar el modelo de Weibull en lugar de los valores D clásicos. Utilizando el modelo de Weibull se puede evitar una sobre estimación del proceso de inactivación por calor de la Pseudomonas aeruginosa y además minimizar el gasto de energía del proceso REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Cerf, O. Tailing of survival curves of bacterial spores. J. Appl. Bacteriol. 42:pp. 119,1977. 2. Peleg, M., Cole, M.B. Reinterpretation of microbial survival curves. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 38:pp. 353-380, 1998. 3. Xiong, R.; Xie, G.; Edmondson, A.E.; Sheard, M.A. A mathematical model for bacterial inactivation. Int. J. Food Microbiol 46: pp. 45-55, 1999. 4. van Boekel, M. On the use of the Weibull model to describe thermal inactivation of microbial vegetative cells. Int. J. Food Microbiol. 74:pp. 139-159, 2002. 5. Bhaduri, S.P.W.S.; Palumbo, S.A.; TurnerJones, C.O.; Smith, J.L.; Marmer, B.S.; Buchanan, R.L.; et al. Thermal destruction of Listeria monocytogenes in liver sausage slurry. Food Microbiol. 8:pp. 75-78, 1991. 6. Cole, M.B.; Davies, K.W.; Munro, G.; Holyoak, C.D.; Kilsby, D.C. A vitalistic model to describe the thermal inactivation of Listeria monocytogenes. J. Ind. Microbiol. 12: pp. 232-239, 1993. 7. Baranyi, J.; Roberts, T.A. A dynamic approach to predicting bacterial growth in food. Int. J. Food Microbiol. 23: pp. 277-294, 1994. 8. Geeraerd, A.H.; Herremans, C.H.; Van Impe, J.F. Structural model requirements to describe microbial inactivation during a mild heat treatment. Int. J. Food Microbiol. 59: pp. 185-209, 2000. 9. Peleg, M. On calculating sterility in thermal and non-thermal preservation 6

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 7 - 14

Guillermo Néstor Arias-Polo Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Carretera central M. Martínez Prieto, km 2½. Boyeros. La Habana. Cuba gariaspolo@yahoo.com.mx RESUMEN La producción de etanol a partir de la industria azucarera genera aguas residuales procedentes de los fondos de las torres de destilación, conocidas con el nombre de vinaza, las que producen la mayor carga contaminante. Utilizando un conjunto de parámetros encontrados en una amplia lista de referencias internacionales, el presente artículo muestra los balances de energía (vapor y electricidad) utilizando Excel, para demostrar que el biogás producido a partir de la digestión anaeróbica de esta carga contaminante, además de degradar la vinaza, puede contribuir a cubrir la demanda de energía para una destilería de etanol. Los resultados se presentan para valores medio, bajo y alto de la concentración del contaminante. Se propone además utilizar esta energía para alimentar quemadores de gas de los generadores de vapor convencionales, previa la eliminación del SH2 que contienen el biogás en un proceso llamado de desulfurización. A este fin, se comentan los más importantes métodos para la desulfuración de este gas combustible. Palabras clave: destilería, energía, vinazas, biogás. ABSTRACT The production of ethanol from the sugar containing feedstock generates waste waters coming from the bottom of distillation towers, well-known as vinasse. These constitute the biggest load pollutant. Using a group of parameters found in a wide list of international references, the present paper shows energy balances (of steam and electricity) using Excel, to demonstrate that biogas produced from the anaerobic digestion of this polluting load, besides degrading the vinasse, can contribute to the supply of energy demand to an ethanol distillery. The results are presented for medium, low and high values of pollutant concentration. It is intended also to use this energy to feed gas burners at conventional steam generators, removing the H2S that contains the biogas in a process called desulphurization. At the end, the main methods for desulphurization for this combustible gas are recommended. Keywords: distillery, energy, vinasse, biogas. 7

INTRODUCCIÓN

fermentación y del propio proceso de destilación. Así las vinazas tienen composiciones diferentes entre destilerías de alcohol, y en menor grado, para una misma destilería, entre día y día de la zafra y entre zafras. DQO o Demanda Química de Oxígeno (COD en inglés) es la medida total de todas las sustancias en el residual que pueden ser oxidadas. El DQO mide el valor de la contaminación dañina presente en las vinazas (3). En ocasiones se mide la DBO que es la Demanda Biológica de Oxígeno que es otra forma de valorar el grado de contaminación de los residuales (3).

La producción de etanol a partir de la industria azucarera, produce residuales secundarios con alta carga orgánica, a los que hay que darle un adecuado tratamiento o uso para evitar la contaminación del medio. Son las aguas residuales procedentes de los fondos de las torres de destilación, conocidas con el nombre de vinazas, las que producen la mayor carga contaminante. La producción de biogás es una de las alternativas más utilizadas internacionalmente para la degradación de esta carga contaminante. Existen referencias confiables sobre el significativo beneficio energético que brinda esta alternativa (1, 2 y 6). El objetivo del presente trabajo es demostrar que el biogás que se puede producir a partir de la digestión anaeróbica de las vinazas, además de degradar las mismas, puede aportar un alto por ciento de las necesidades de energía de una destilería de etanol. Se propone además, utilizar esta energía para alimentar quemadores de gas de los generadores de vapor convencionales, previa la eliminación del SH2 que contienen el biogás en un proceso llamado de desulfurización. A este fin, se comentan los más importantes métodos para la desulfuración de este gas combustible. Esta producción de biogás, proporciona una serie de ventajas adicionales a las antes mencionadas. Entre estas cabe mencionar las siguientes: • Reduce la población de elementos portadores de enfermedades (tales como moscas y otros insectos). • Deja un residuo sólido inodoro de excelentes características fertilizantes.

Índices seleccionados para este trabajo En la tabla 1 se presentan los valores de carga contaminante seleccionados para este trabajo propuesto por Estévez (4) y Valdés (5). Tabla 1. DQO en las vinazas de la industria azucarera Indicador DQO (kg/m3)

En no zafra

En zafra

60 - 80

30 - 40

Como se observa en la tabla 1, hay diferencias en la composición de las vinazas generadas durante el período de zafra, de las generadas fuera de dicha época. Esto se debe a la incidencia fundamental que desempeña la materia prima utilizada para la preparación del sustrato. Época de zafra. Para preparar el sustrato se utilizarán jugos de los filtros que estarán sometidos a un proceso de clarificación o purificación en la fábrica de azúcar. Estos jugos podrán ser mezclados con miel B o ser añadidos directamente a los corbatos, según sea la conveniencia operativa de la sala de fermentación. Época no zafra: Se utilizarán mieles "B" o de segunda cristalización. Como el período crítico de necesidad de energía de la destilería es el de no zafra por la no disponibilidad de la energía del ingenio utilizando bagazo, este trabajo utilizará los valores del rango de los DQO presentados en la tabla 2 para este escenario. El volumen de vinazas producto del balance realizado por Estévez (4) de 17,4 L vinaza/L etanol es el valor que este trabajo considerará.

MATERIALES Y MÉTODOS Carga contaminante a tratar Se definen las vinazas como una disolución de sustancias y sales minerales y orgánicas con valor relativo y con potencial para diversos usos. Su composición varía de acuerdo a las condiciones del proceso, a la materia prima entregada a la destilería de alcohol y a la conducción que se haga de la 8

Remoción de la carga contaminante y conversión a combustible (Metanización) Se conoce que no todo el DQO presente se transforma en biogás. Se presentan cinco referencias en la tabla 2 relacionadas con la remoción que prácticamente se obtiene.

Domenech (10) presenta la composición del biogás de la tabla 4. Tabla 4. Composición del biogás (V/V) Gas

Tabla 2. DQO removidos por la digestión anaeróbica % de DQO removido 75,0 70,0 75,0 90,0 a 95,0 89,0 a 93,0

Referencia Referencia (6) Referencia (5) Referencia (7) Referencia (8) Referencia (9)

Metano Dióxido de carbono Hidrógeno Nitrógeno

CH 4 CO 2 H2 N2

55-70 30-45 1-3 0,5-3

Sulfuro de hidrógeno Vapor de agua

H2S H2O

1,8-3 Trazas

El biogás tal como se genera es combustible, siendo el metano el que le da las cualidades energéticas.

Producción de biogás por DQO removido En la tabla 3 se exponen tres referencias relacionadas con la razón de conversión, donde se puede apreciar que prácticamente coinciden.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se seleccionó como ejemplo una destilería cubana típica por su capacidad con una producción de etanol de 50 000 L/día.

Tabla 3. Razón de conversión de DQO a biogás Conversión de biogás (Nm3/kg DQO removido) 0,45 0,4 a 0,6 0,49

Símbolo

Referencia

Balances de vapor y electricidad En la tabla 5 se muestran los resultados de los cálculos energéticos, realizados en Excel de Microsoft Office, donde se aplican los indicadores y parámetros discutidos en los epígrafes anteriores de las tablas 1 a la 4. Se puede observar que se realizaron los balances del vapor y de la electricidad que demandan esta destilería.

Referencia (6) Referencia (8) Referencia (9)

Eficiencia de la metanización El proceso anteriormente descrito produce un gas portador de metano que según

Tabla 5. Disponibilidad energética del biogás para la destilería ejemplo

Producción de etanol

Valor inferior 50 000,0

Valor medio 50 000,0

Valor superior 50 000,0

L etanol/día

Contenido de vinaza

17,4

L vinaza/L etanol

Índice de DQO producido

0,06

0,07

0,08

kg DQO/L vinaza

Remoción de DQO

70,0

80,0

90,0

Índice producción biogás

0,4

0,5

0,6

Nm 3 bio/kg DQO rem.

Biogás producido

14 616,0

24 360,0

37 584,0

Nm 3 biogás/día

Metano en biogás

55,0

62,5

70,0

Metano producido

8 038,8

15 225,0

26 308,8

Nm3metano/día

6,88

13,02

22,50

t fuel oil/día

Parámetro

Fuel oil equivalente

Unidades

Los valores de carga contaminante son los que se expresaron en la tabla 1 y el resto de los cálculos se realizaron en un rango, con un valor medio y sus dos valores extremos, utilizando los datos más prudentes anteriormente presentados. De la tabla 5 se puede apreciar la cifra de petróleo equivalente, obtenido por la producción del biogás. Más adelante se determina lo que representa esta disponibilidad con respecto a las demandas de vapor y electricidad de la destilería. Las producciones de vapor y electricidad tienen una primera y fundamental dependencia de los parámetros del vapor. Para este trabajo se considerarán dos niveles de parámetros del vapor utilizados en Cuba: Vapor saturado a 11,35 bar abs. y vapor sobrecalentado a 18,25 bar abs. y 330 ºC. Se considera una buena eficiencia bruta de la caldera de 88 % con respecto al valor calórico inferior del combustible. También se considera la temperatura del agua de alimentar la caldera de 100 ºC. Esto se puede lograr a partir de recuperar el calor de las vinazas para el calentamiento del agua para la caldera de la destilería, práctica utilizada en varias fábricas de torula en Cuba (11).

inferior de 69,34 %. Esto confirma el beneficio de la utilización del biogás. Para el valor medio analizado (131,33 %), se superan ampliamente las necesidades de vapor de la planta, la cual elimina la necesidad de utilizar otros combustibles fuera de zafra que normalmente en Cuba es el fuel oil. Balance de electricidad. Vapor saturado a 11,35 bar abs. La tabla 7, muestra los resultados del balance de electricidad generada por un turbo grupo que utiliza el vapor directo de la caldera, considerada para los cálculos de la tabla 6. Se puede apreciar que en el peor de los casos del valor inferior se ahorra más de la mitad de la electricidad que demanda la destilería (56,02 %). En este caso, para el valor medio (106,11 %) del balance de electricidad, virtualmente se cumplimenta casi con exactitud las necesidades de electricidad. Balance de vapor. Vapor sobrecalentado a 18,25 bar abs. y 330 ºC Para este nivel, como es necesario alcanzar parámetros superiores del vapor, será necesario utilizar una cantidad mayor de combustible por unidad de masa de vapor producido. De esta manera, en la tabla 8 se muestra que se producirá menos cantidad de vapor en esta variante que en la anterior analizada, aunque el balance de electricidad resulta más beneficioso. También se producirá un importante ahorro de 61,16 % del vapor demandado y un sobrante amplio en los valores medio (116,84 %) y superior (200,16 %).

Balance de vapor. Vapor saturado a 11,35 bar abs. En la tabla 6 se puede apreciar el balance de vapor realizado para la destilería seleccionada. Los resultados del ahorro de vapor en esta variante mostrados en la tabla 6 resultan significativos aun en el valor extremo

Tabla 6. Balance de vapor, saturado a 11,35 bar abs.

Presión del vapor

Valor inferior 11,35

Valor medio 11,35

Valor superior 11,35

Temp. vapor sobrecal.

185,48

Parámetros

Eficiencia de la caldera

Unidades bar abs ºC

88,00

Entalpía salida de caldera

2 779,95

kJ/kg

Entalpía agua de alimentar

418,93

kcal/kg

Índice de consumo vapor (12)

0,294

t vapor/hL

Generación de vapor posible

4,25

8,04

13,90

t/h

Consumo de vapor destilería

6,13

t/h

Ahorro de vapor

69,34

131,33

226,94

Tabla 7. Balance de electricidad, vapor saturado a 11,35 bar abs. Valor inferior 10,70

Valor medio 10,70

Valor superior 10,70

2,05

bar abs.

Temp. vapor al turbo-generador

182,70

ºC

Steam rate turbo.generador

21,00

kg/kW-h

Índice consumo eléctrico (12)

17,33

kW-h/hl

Electricidad disponible generada del biogás

202,25

383,05

661,92

361,01

56,02

106,11

183,35

Parámetros Presión del vapor al turbo-generador Presión de escape

Demanda de electricidad de la destilería Generación de electricidad respecto demanda total

Unidades bar abs.

Tabla 8. Balance de vapor. Vapor sobrecalentado a 18,25 bar abs y 330 ºC

Presión del vapor

Valor inferior 18,25

Valor medio 18,25

Valor superior 18,25

Temp. vapor sobrecal.

330,00

ºC

Eficiencia de la caldera

88,00

Entalpía salida de caldera

3095,80

kJ/kg

Entalpía agua de alimentar

418,93

kJ/kg

Índice de consumo vapor

0,294

t vapor/hl

Generac. de vapor posible

3,75

7,09

12,26

t/h

Consumo de vapor Ahorro de vapor

6,13

t/h

61,16

115,84

200,16

Parámetros

Balance de electricidad. Vapor sobrecalentado a 18,25 bar abs. y 330 ºC Como se puede apreciar en la tabla 9 el steam rate o consumo específico de vapor del turbo-grupo disminuye significativamente, la producción de electricidad se verá beneficiada apreciablemente con respecto a la variante anterior de vapor saturado a una presión inferior y podrán existir mayores excedentes de electricidad para exportar a la red en los valores medio y superior. Se puede concluir que la generación de vapor y electricidad podría ser significativamente beneficiosa para ambos niveles de los parámetros del vapor estudiados, con la característica que habrá un poco de mayor disponibilidad de vapor en la variante de 11,35 bar abs. (saturado) que en la de 18,25 bar abs. y 330 ºC, aunque en esta última

Unidades bar abs.

alternativa existe una significativa producción y presenta mayor potencialidad de generación de electricidad. Un estudio casuístico es quien decidiría la solución a adoptar. Hay que señalar que un exceso de vapor por encima de la demanda del proceso no tendría sentido práctico para las condiciones analizadas. En esta circunstancia, otras alternativas beneficiosas podrían ser consideradas, como es por ejemplo, el almacenamiento de biogás. Eliminación del sulfuro de hidrógeno SH2 del biogás (desulfurización) Como se mostró en la tabla 5 existe un significativo contenido de azufre en forma de SH2 siempre presente en el biogás producido. Algunos intentos de utilizar el biogás directamente como combustible en las 11

Tabla 9. Balance de electricidad. Vapor sobrecalentado a 18,25 bar abs y 330 ºC Valor inferior 17,56

Valor medio 17,56

Valor superior 17,56

2,05

bar abs.

Temp. vapor al turbo

310,00

ºC

Steam rate turbo

11,98

kg/kW -h

Índice consumo eléctrico

17,33

kW-h/hl

Generación de electricidad

312,70

592,23

1023,38

Consumo de electricidad

361,01

Ahorro de electricidad

86,62

164,05

283,48

Parámetros Presión del vapor al turbo Presión de escape

Unidades bar abs.

donde se separa el poco CH4 que contiene y luego pasa a un proceso denominado stripper donde se eliminan los contaminantes adquiridos por medio de inyección de aire. De esta manera se regenera el agua que vuelve a reciclarse. Procesos frecuentemente utilizados para la remoción del SH2 consisten en el lavado del gas con una solución acuosa que tenga un pH alto o solución alcalina. Este pH incrementado puede ser de diferentes formas: a) Uso de la cal (2). Se puede utilizar la cal apagada en forma sólida, o en forma líquida. Esta sustancia no ha sido aplicada a gran escala durante un tiempo grande, por la gran cantidad de residuos con mal olor, que se producen y que no pueden ser desechados satisfactoriamente. Grandes concentraciones de CO2 que están presente en la composición del biogás hacen difícil la remoción satisfactoria del SH2 ya que el CO2 también reacciona con la cal viva o la cal apagada y la agotan rápidamente. Por supuesto que la eliminación del CO2 resulta también conveniente para la utilización del biogás como combustible por lo que este proceso podría ser considerado para la desulfurización tanto como las piedras de caliza estén disponible en los países involucrados y sea bien determinado el destino de los residuos del proceso.

calderas de vapor sin purificar, han conducido a graves problemas de corrosión que han hecho colapsar la experiencia (13). Por lo tanto para poder utilizarse el biogás como combustible en las calderas de vapor, resulta imprescindible realizarle al mismo un proceso de desulfurización Los procesos más comúnmente utilizados para eliminar el SH2 pueden ser clasificados en dos categorías en general, a saber: (A) desulfuración en seco y (B) desulfuración en fase líquida. (A) Desulfuración en seco (14) utilizados en producciones caseras no se expondrán en este trabajo. (B) Desulfuración en fase líquida. Existe una tecnología comercial denominada Greenlane de FLOTECH (15) que utiliza el biogás a presión. La alimentación del biogás crudo se suministra a la planta a presión atmosférica. La humedad y las partículas presentes en el gas son removidas previamente en un separador. El biogás entonces es comprimido en dos etapas hasta una presión de 9 bar (g) y enfriado. El gas crudo entra en el lavador (scrubber) por el fondo, haciendo contacto con el agua del proceso a contra-flujo hacia la salida del gas limpio por la parte superior. El lavador tiene dispositivos internos diseñados que obligan a exponer al gas tanto como sea posible con el agua del proceso. El CO2 y SH2 son absorbidos por el agua, de tal forma que el gas que deja el scrubber contiene entre 97 y 98 % de CH4. El gas resultante entonces es secado en una columna gemela. El agua utilizada absorbe el SH2 el CO2 y tiene trazas de CH4. Primeramente sufre un proceso de flasheo

Una planta de biogás a gran escala se ha construido recientemente en Alemania (2), con cogeneración de calor y electricidad, usando un purificador de cal, pero los resul12

tados a largo plazo no están todavía disponibles.

siempre que el depurador tenga una adecuada concentración del catalizador y proporción de la recirculación. Los químicos son automáticamente medidos mientras una simple unidad mecánica remueve el azufre sin tupición. El catalizador, los productos de la reacción y el aditivo buffer son todos medioambientalmente aceptables.

b) Uso del NaOH. Hay un sistema comercial llamado THIOPAQ (16) que puede describirse como un lavador o scrubber que desulfura el biogás. La sosa consumida en la absorción del SH2 es continuamente regenerada en un biorreactor (método biológico). En el lavado, el biogás entra en contacto con un líquido que contiene sosa. La absorción del SH2 dentro del purificador se da en condiciones básicas, permitiendo así la reacción química del sulfhídrico con iones hidroxilo.

d) Novedosa patente de Habets (18). La alcalinidad natural generada durante un proceso aeróbico biológico de purificación de aguas residuales contenedoras de biomasa puede ser utilizada como lavadora en lugar de la adición de productos químicos alcalinos. El tratamiento aeróbico de las aguas residuales que tiene una alcalinidad adquirida de forma natural, se pone en contacto con el biogás que contiene SH2. El SH2 será absorbido del biogás en una fase acuosa. La eficiencia que puede ser obtenida de esta forma varía entre un 50 y un 95 %, dependiendo de la relación flujo de agua/biogás y el volumen del equipamiento. Para una remoción de un 50 %, una relación de flujo de agua/gas de 0,1 es generalmente suficiente. Para eficiencias superiores deberá ser escogida una relación del al menos 0,2 y en particular 0,5 o superior, por supuesto que dependiendo de la composición de las aguas residuales de que se trate y del contenido de SH2 del biogás.

El líquido de lavado, que contiene el azufre extraído de ácido sulfhídrico se transfiere al biorreactor, donde se oxida este azufre hasta azufre elemental gracias a una serie de bacterias. En esta etapa se regeneran de nuevo los iones hidroxilo empleados anteriormente, que se recirculan hacia el purificador produciéndose dos efluentes: el azufre elemental que puede ser reutilizado posteriormente como fertilizante y/o biocida, y una purga que consiste en sales de sodio sin nada de azufre en alguna de sus formas, por lo que no representa un residuo peligroso y puede ser desechado normalmente. c) Absorción química de SH2 puede tener lugar con las soluciones de sal férricas como el cloruro férrico.

La gran ventaja de este tratamiento es que no se adiciona producto químico alguno, por lo que los costos operacionales son bajos. Una ventaja adicional es que el líquido lavador, el cual al final del proceso contiene el SH2 absorbido, puede ser reciclado hacia el tratamiento aeróbico sin dificultad y sin algún tratamiento adicional.

Hay un sistema comercial (17) denominado BgPurTM o purificador del biogás, el cual es basado en un dispositivo de contacto gas-líquido de alta eficacia, que tiene su base en un mezclador de impelente envolvente. El purificador remueve el SH2 de una corriente de gas utilizando una solución depuradora que utiliza una bien conocida química reductora férrica. El vaso para la regeneración de la solución depuradora ya contaminada, utiliza oxígeno atmosférico para convertir SH2 a azufre elemental. Este es un proceso sin peligros y puede desecharse con seguridad como biosólidos o en un basurero. La solución regenerada ahora libre de SH2 es retornada al vaso purificador. La eficiencia de remoción se mantiene incluso cuando haya fluctuaciones del flujo y de las concentraciones,

CONCLUSIONES 1. Se puede concluir que la generación de vapor y electricidad podría ser significativamente beneficiosa para ambos niveles de los parámetros del vapor estudiados, con la característica que habrá un poco de mayor disponibilidad de vapor en la variante de 11,35 bar abs. (saturado) que en la de 18,25 bar abs. y 330 ºC 13

(sobrecalentado), aunque en esta última alternativa existe una significativa producción y ahorro de vapor y mucho mayor posibilidad de exportar electricidad a la red. 2. Los sistemas industriales para la desulfuración de biogás que se ofertan comercialmente, así como otros para la gran escala son los que serían de utilidad para el trabajo en las destilerías de etanol.

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ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 15 - 23

Mabel Viñals-Verde, Alberto García-García, Ramón L. Montano-Martínez, José C. Villar-Delgado, Tania García-Martínez, Marlén Ramil-Mesa Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba mabel.vinals@icidca.edu.cu RESUMEN Se presentan las experiencias de producción comercial del estimulante de crecimiento agrícola registrado en Cuba, FitoMas-E, en una nueva planta industrial diseñada para 10 000 l/día, cuya ingeniería conceptual se basa en las experiencias de la planta piloto del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA) entre los años 2003-2008. Se muestra la respuesta productiva de la planta comercial durante el año 2010, después del período de puesta en marcha. Se ofrece la caracterización química de la sustancia activa que muestra un contenido de 12 aminoácidos libres. Se presentan los índices de los estudios toxicológicos realizados en mamíferos así como en el medio ambiente lo que demostró que el producto no presenta toxicidad en su uso aun en dosis elevadas. Finalmente se discuten los resultados positivos alcanzados en experimentos controlados y extensiones comerciales con FitoMas-E en el manejo de 18 cultivos básicos alimentarios, en Cuba, en varias extensiones en la provincia de Mayabeque. Palabras clave: estimulantes de crecimiento agrícola, bionutrientes, productos antiestrés, Fitomas. ABSTRACT The experiences on the commercial production of a registered Cuban plant growth stimulant, FitoMas-E, in a new industrial plant designed to produce 10 000 l/day from an ICIDCA's Pilot Plant-based technology. The production performance of the commercial plant during 2010 is presented, after the starting up procedure. The chemical characterization of the active agent is offered yielding a content of twelve free amino acids. The indexes from toxicology studies carried out in mammals as well as its environmental impact showed that the product is innocuous even at high doses. Finally the positive results achieved in controlled experiments and commercial extensions with FitoMas-E on eighteen basic Cuban crops in the Mayabeque province are also given. Keywords: plant growth stimulants, bionutrients, antistress products, Fitomas. 15

INTRODUCCIÓN

encuentra en proceso de expansión con la finalidad de abarcar, en el menor plazo, la mayor parte de las áreas posibles de cultivos en Cuba (7). El modo de acción de los bionutrientes agrícolas ha sido descrito por varios autores (8) y se basa en que en el reino vegetal las vías más utilizadas para promover la defensa y la adaptación al entorno involucran la síntesis bioquímica de diversas sustancias que comportan miles de estructuras químicas diferentes. Esto constituye una real, aunque no evidente, defensa química, cuyo despliegue se nos revela actualmente, gracias al empleo de las más modernas técnicas analíticas. Estas sustancias son elaboradas por las plantas como respuesta a presiones estresantes resultado de alteraciones bióticas y abióticas, como ocurre cuando las plantas deben adaptarse a situaciones estresantes de su entorno, tales como sequía o exceso de humedad, temperaturas extremas, daños mecánicos por trasplantes o vientos fuertes y suelos salinizados o contaminados con sustancias químicas o metales pesados (9, 10). Para cumplir este cometido las plantas movilizan gran cantidad de recursos desviados de su metabolismo principal. El costo de tal actividad, medido en términos de CO2 fotosintético, es lo suficientemente elevado como para repercutir en el rendimiento en la mayoría de los cultivos. Por ejemplo, para sintetizar un gramo de un terpenoide, alcaloide o compuesto fenólico, tres de las estructuras químicas de defensa más frecuentes en las plantas superiores, es necesario invertir como promedio, seis gramos de CO2 fotosintético, cantidad esta que resulta onerosa para el desempeño de la mayor parte de los cultivos (11, 12). Es razonable suponer, que si suministramos a las plantas de cultivo las sustancias intermediarias deficitarias, este aporte nutricional adicional le permite al vegetal además de defenderse, crecer, efecto que caracteriza al producto, función antiestrés y estimulante del crecimiento (9). FitoMas-E es una mezcla de sales minerales y sustancias bioquímicas de alta energía (aminoácidos, bases nitrogenadas, sacáridos y polisacáridos biológicamente activos), seleccionadas del conjunto más representado en los vegetales superiores a los que pertenecen las variedades de cultivo, for-

Los bionutrientes o estimulantes de crecimiento vegetal son productos antiestrés con sustancias naturales propias del metabolismo vegetal, que estimulan y vigorizan los cultivos, desde la germinación hasta la fructificación, disminuyen las daños por salinidad, sequía, exceso de humedad, fitotoxicidad, enfermedades, plagas, ciclones, granizadas, podas y trasplantes. Frecuentemente reducen los ciclos de los cultivos, potencian la acción de los fertilizantes, agroquímicos y bioproductos propios de la agricultura ecológica lo que en muchos casos contribuye a reducir las dosis recomendadas de algunos agroquímicos sintéticos. Resultan particularmente eficientes en policultivos propios de la agricultura de bajos insumos y también se expresan en la agricultura intensiva, en cultivos con manejo integrado con acción de fertilización química y plaguicidas, como caña de azúcar, maíz, soja donde el incremento de los rendimientos es la principal manifestación (1). FitoMas-E (2), es un nuevo derivado de la industria azucarera cubana que actúa como bionutriente vegetal con marcada influencia antiestrés creado y desarrollado por el Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA) y el Instituto Nacional de Investigaciones de la Caña de Azúcar (INICA) en el marco de los programas para incrementar los rendimientos de las áreas cañeras del Ministerio del Azúcar de Cuba (3). En los últimos diez años ha sido evaluado por instituciones científicas nacionales, agrupados principalmente en los ministerios de la agricultura, educación superior y salud pública (4, 5). Por otra parte, se han llevado a cabo numerosas extensiones en condiciones de producción en las que han participado campesinos, cooperativistas, técnicos y profesionales agrícolas los que han hecho aportes importantes (6). Estos resultados han sido especialmente valiosos en el aseguramiento de las producciones agrícolas en una región geográfica que sufre los embates del cambio climático, principalmente con sequías prolongadas que alternan con lluvias intensas y huracanes devastadores. Actualmente la producción de estimulantes agrícolas FitoMas se 16

muladas como una suspensión acuosa que se debe agitar antes de su utilización (2). Sus efectos principales son aumentar y acelerar la germinación de las semillas, ya sean botánicas o agámicas, estimular el desarrollo de las raíces, tallos y hojas, mejorar la nutrición, la floración y cuajado de los frutos. Frecuentemente reduce el ciclo del cultivo. Adicionalmente, potencia la acción de los herbicidas y otros plaguicidas lo que permite reducir entre el 30 % y el 50 % de sus dosis recomendadas, acelera el compostaje y la degradación de los residuos de cosecha disminuyendo el tiempo necesario para su incorporación al suelo, ayuda a superar los efectos negativos del estrés por salinidad, sequía, exceso de humedad, fitotoxicidad, enfermedades y plagas (5, 12). El FitoMas puede aplicarse sobre las más variadas especies botánicas tanto monocotiledóneas como dicotiledóneas. Resultan beneficiados por FitoMas-E frutales, granos, cereales, tubérculos y raíces; plantas medicinales y cultivos industriales, caña de azúcar, tabaco, remolacha; hortícolas de fruto, tomate, pimiento, pepino, melón, sandía, hortícolas de hoja, col, lechuga, brócoli, apio; frutales tropicales, banano y plátano, papayo, piña; oleaginosas y leguminosas en general; forestales; pastos, ornamentales, césped de campos de golf y áreas deportivas. Cuando el agricultor prepara su propio abono puede aplicarse sobre la materia orgánica para acelerar el proceso de compostaje. En este caso se humedece la pila con una proporción de 0,1 l de FitoMas-E por mochila de 16 l por cada tonelada de materia orgánica a descomponer (2, 13-15).

FitoMas. Los bionutrientes FitoMas están certificados por los Registros centrales de Plaguicidas y Fertilizantes de Cuba (16). Caracterización del producto, ingrediente activo y toxicología Estos estimulantes de crecimiento se identifican como un formulado acuoso soluble al 30 % rico en aminoácidos que guardan una proporción determinada, además contienen bases compuestas nitrogenadas, y sales de K y P. Para la caracterización del producto terminado se aplican diferentes técnicas analíticas: Determinación de los aminoácidos. Se empleó la técnica "Análisis de aminoácidos por HPLC con derivatización precolumna con OPA" desarrollada en el propio centro (17). Determinación de nitrógeno orgánico. El contenido de nitrógeno fue llevado a cabo según Kjehdal. Contenido de K (K2O) y fósforo (P2O5). Se emplearon procedimientos analíticos de absorción atómica y fotometría de llama (18, 19). Densidad. Fue determinada por picnometría. Contenido de sólidos. El contenido de sólidos se determinó por secado de la muestra en estufa a 110 °C durante 5 horas y pesaje en balanza analítica de 4 cifras (20). Toxicología. Los estudios toxicológicos en mamíferos y de impacto ambiental fueron realizados por instituciones acreditadas (CENSA, CENPALAB y CIDEM) (21, 22). Validación del bioestimulante FitoMas en la producción de alimentos vegetales Para demostrar la eficacia agrícola del bioestimulante FitoMas-E como producto antiestrés y promotor del crecimiento de las plantas se destinaron 20 000 litros en extensiones en condiciones de producción en 3000 ha en seis Cooperativas de Producción Agropecuarias (CPA) de la provincia de Mayabeque, Cuba, donde se seleccionaron parcelas demostrativas con cultivos testigo (sin tratar) y bloques tratados con diferentes dosis de FitoMas. Estos experimentos fueron realizados por la Dirección de Cultivos Varios del Ministerio de la Agricultura de Cuba en 12 cultivos básicos. El producto se aplicó 3 veces en dosis desde 2,0 a 3,0 l/ha, por vía foliar, siempre

MATERIALES Y MÉTODOS Tecnología y producción de estimulantes agrícolas FitoMas a escala industrial La tecnología de producción que utiliza como materia prima básica biomasa vegetal derivada de la agroindustria azucarera, fue desarrollada en la planta piloto de síntesis orgánica del ICIDCA (7), donde se estudió la ingeniería del proceso desde una capacidad de 1000 l/día hasta lograrse un diseño para una planta de nivel comercial capaz de entregar 10 000 l/día (2,0 MMl/anuales) de estimulantes de crecimiento agrícolas 17

disuelto en agua hasta completar de 200 a 250 L/ha de volumen final, en las 3 de las fenofases críticas del cultivo.

entregar 2,2 millones de litros del formulado agrícola anualmente. El proceso se basa en la utilización de biomasa vegetal que procede de materias primas derivadas de la caña de azúcar y sales minerales que se transforman mediante un proceso de termólisis catalítica y operaciones de separación, en una suspensión líquida estable hasta un año. En la figura 1 se muestran imágenes de la nave de producción de la sustancia activa así como de la planta de envase del producto terminado en garrafas de polietileno de 20 l. Esta planta está diseñada para producir 10 000 litros diarios. En el año 2010 la demanda de estimulantes de crecimiento agrícola FitoMas para caña de azúcar y cultivos básicos de alimentos alcanzó 2,2 millones de litros, de ellos 1,2 millones para el beneficio de cepas de retoños y caña nueva.

Crecimiento vegetativo. Prefloración. Brote del fruto/hoja/vaina La aplicación se realizó sobre el área foliar activa de las plantas, mediante mochila de 16 l con toberas de aspersión de 0,2 mm. RESULTADOS Y DISCUSION Producción de estimulantes agrícolas FitoMas a escala industrial La planta de producción de estimulantes agrícolas FitoMas fue construida en el 2008 en los terrenos del ICIDCA, municipio San Miguel del Padrón, La Habana y ha demostrado una capacidad efectiva de

Figura 1. Planta de producción y planta de envase del estimulante agrícola FITOMAS. Para alcanzar estas cifras se programó un régimen de operación anual de 220 días efectivos de producción, con 12 horas de operación diaria, y un volumen medio diario de producción de 10 200 litros. En la figura 2 se muestran los niveles de producción mensuales acumuladas en miles de litros alcanzados entre los meses de enero a diciembre de 2010. En los meses de junio y noviembre se alcanzó una producción record de 245 000 litros, cantidad suficiente para beneficiar 100 000 ha de caña o 40 000 ha de frijoles y lograr incrementos importantes en los rendimientos agrícolas.

Figura 2. Producción de estimulantes agrícolas FITOMAS durante el año 2010. 18

Caracterización del producto, ingredientes activos y resultados de los estudios toxicológicos En la tabla 1 se muestra un resumen de los índices que caracterizan al estimulante FitoMas E fabricado en el ICIDCA, donde se refleja que el formulado contiene hasta 7 % de aminoácidos libres, así como macronutrientes N, P y K. En esas condiciones el producto es estable hasta un año.

En la tabla 2 se presenta la composición de aminoácidos en el producto FitoMas y de dos bionutrientes (Aminol Forte y Maducan), que se comercializan en la actualidad en el mundo y que son producidos en España. De los aminoácidos reportados, 11 presentan actividad en el metabolismo vegetal según la literatura consultada. Entre ellos, la prolina actúa en la prevención y recuperación del estrés fisiológico y ayuda a la fer-

Tabla 1. Características químico-físicas del producto FITOMAS-E Indicadores Clasificación % sólidos totales Densidad Componente Extracto orgánico Aminoácidos libres N total K2O P2O 5

Propiedad Estimulante anti estrés Concentración i.a. Calidad cormulado Gramos/litros 150 80 55/60 60 32

Valor Suspensión líquida 85 % 320 g/l 1,13 g/cm3 % peso/peso 13 7% 6,5 5,24 2,70

Tabla 2. Composición de aminoácidos presente en el FITOMAS y en otros productos similares] Aminoácidos Ac. Aspártico* Ac. Glutámico* Alanina* Arginina* Aspargina Cistidina Fenialanina GABA Glicina* Glutamina Isoleucina Leucina* Lisina* Metionina* Prolina* Serina Tirosina Treonina Triptófano* Valina* Aminoácidos totales Tipos de aminoácidos

Aminol Forte (España) 1,59 2,79 2,02 1,87

Productos (% w/w) FitoMas (ICIDCA) 0,17 0,05 1,01 0,16 0,02

0,02 0,52 10,08 0,24 0,75 1,07 0,28 4,25 0,10 0,01 3,81 0,01 5,56 35,09 18

* aminoácidos que influyen en el metabolismo vegetal

0,99 0,51 0,07 0,88 0,48 0,52

0,15 0,28 0,13 1,02 0,50 6,94 16

Maducán (España) 0,50 0,18 0,32 0,03

0,10 0,70 0,08 0,03 0,10 0,02 0,20 0,14

0,32 2,99 14

tilidad del polen en el proceso de polinización y formación del fruto. La glicina y el ácido glutámico ayudan a incrementar la concentración de clorofila en las plantas, son agentes quelantes muy efectivos y tienen efecto sobre la polinización y cuajado del fruto porque aumentan la germinación del grano de polen alargando el tubo polínico. El L-aspártico presenta efecto quelante (23, 24). El ácido glutámico también actúa como agente osmótico del citoplasma de las células protectoras. Entre los activadores de fitohormonas y sustancias de crecimiento están la L-metionina que es precursor de etileno y otros factores de crecimiento, el Ltriptófano que es un precursor de la síntesis de las auxinas y el L-arginina induce la síntesis de hormonas relacionadas con las flores y frutos. La L lisina, L metionina, L ácido glutámico son aminoácidos esenciales para la polinización (24). En la composición de aminoácidos del FitoMas (figura 3) se destacan como mayoritarios los aminoácidos: Alanina, Glicina, Triptófano, Valina, Leucina y Lisina, algunos de ellos con comprobado efecto en la actividad metabólica de las plantas. En la tabla 3 se expone también un resumen de los resultados de los estudios toxicológicos del producto (25, 26), donde se muestra que FitoMas no es tóxico a los mamíferos ni al medio ambiente y por resultar un producto natural de elevada inocuidad, para su aplicación no se requieren medidas de seguridad especiales como trajes de PVC, ni máscaras protectoras con filtros para vapores orgánicos como en el caso de los pesticidas de origen químicosintéticos.

Figura 3. Composición de aminoácidos presente en el bionutriente FITOMAS. Validación del bioestimulante Fitomas E en la producción de alimentos en cultivos seleccionados La validación de FitoMas-E en alimentos vegetales se realizó bajo la Dirección de cultivos varios, del Ministerio de la Agricultura de Cuba de acuerdo a un plan experimental diseñado para estos experimentos (27). En la tabla 4 se muestran los rendimientos agrícolas promedio de 12 cultivos tratados y no tratados con el estimulante agrícola de referencia en la campaña agrícola 2010, en la provincia Mayabeque, Cuba, donde se comprobó que todos los cultivos tratados con FitoMas en extensiones de producción respondieron de manera positiva con un incremento significativo en las cosechas. Observaciones Se observó el cierre entre surco más rápido y la planta mostró un color verde más intenso donde se aplicó FitoMas-E, respecto a donde no se aplicó. En los cultivos de tomate y frijol se observó un incremento en el número de flores, y en el rendimiento.

Tabla 3. Resultados de los ensayos toxicológicos en mamíferos y en el medio ambiente Ensayo Genotoxicidad médula ósea LD50 Toxicidad aguda dérmica LD50

Especie ratón rata

Dosis 2000mg/kg 1000mg/kg

Potencial sensibilizante en piel LD 50

curiel

0,01ml/cm2-h

Potencial irritante ocular LD50 Toxicidad aguda por contacto LD 50 Toxicidad aguda oral LD 50

conejo abeja codorniz Lombriz de tierra carpa

0,005ml/kg 100mg/kg 2000mg/kg

Toxicidad aguda por contacto LC 50 Toxicidad aguda por contacto LC 50

Efectos No genotóxico No tóxico Sensibilizante débil grado I No irritante No tóxico No tóxico

1000mg/kg de suelo No tóxico 0,1g/ l de agua

No tóxico

Tabla 4. Incrementos en los rendimientos de las cosechas con la aplicación de estimulante agrícola FITOMAS E en la provincia Mayabeque, 2010 Nº

Cultivos

U/M

con FitoMas E

Testigo

Incremento %

Malanga

ton/ha

21,10

20,40

3,00

Boniato

ton/ha

18,70

17,00

10,00

Papa

ton/ha

26,80

26,70

5,30

Yuca

ton/ha

10,90

10,20

6,60

Tomate

ton/ha

19,50

14,50

34,50

Pepino

ton/ha

13,10

7,40

77,10

Cebolla

ton/ha

17,70

14,70

20,10

Pimiento

ton/ha

14,20

9,40

51,50

Col

ton/ha

23,60

19,50

21,00

Zanahoria

ton/ha

17,00

16,30

4,10

Frijol

ton/ha

1,21

1,06

14,00

Maíz

ton/ha

2,40

2,08

15,00

CONCLUSIONES

Se estableció el procedimiento de uso del FitoMas, como bioestimulante foliar del desarrollo de los cultivos, en 3 aplicaciones en diferentes fenofases del cultivo, junto con la fertilización local a la dosis de 3 l/ha. • La primera aplicación se hará en la fenofase de crecimiento de la planta. • La segunda aplicación en prefloración, cuando al menos el 50 % de las plantas han emitido los primordios florales. • La tercera aplicación cuando el fruto está en la fase de crecimiento, en leguminosas y gramíneas; esta fenofase coincide con el llenado del grano.

Se confirmó que el diseño de la planta de producción de estimulantes agrícolas FitoMas, (formulado basado en derivados de la caña de azúcar y macronutrientes), permite alcanzar la capacidad proyectada de 2,0 millones de litros/año, según resultados del año 2010. Se demostró que los bionutrientes FitoMas resultan efectivos para aumentar el rendimiento agronómico de 16 cultivos básicos de alimentos, al alcanzarse incrementos que van desde 5 % en col hasta valores de 77 % en pepino, según las extensiones en condiciones de producción en cooperativas, en 3 000 ha en Mayabeque, Cuba, durante la cosecha del año 2010 y se estableció un procedimiento para los agricultores sobre el manejo de cultivos varios con FitoMas-E. Por medio de una técnica de HPLC acoplada a espectrometría de masa, se caracterizaron los 16 aminoácidos presentes en el ingrediente activo del formulado que constituyen el 7 % en peso del producto final. Los estudios toxicológicos realizados en Cuba en mamíferos y en el medio ambiente demostraron que los bionutrientes FitoMas no presentan toxicidad al hombre, plantas y animales a las dosis de empleo en la agricultura.

Los agricultores emitieron los siguientes criterios, en relación con el manejo de estos cultivos con FitoMas-E. • Mejor vigor agronómico en el desarrollo de los cultivos tratados. • Mejor desarrollo vegetativo • Mayor emisión de flores y frutos en los cultivos de frijol y tomate • Aumento del tamaño del fruto en los cultivos de tomate, frijol, col y pepino. • Aumento de los índices de calidad en la industria, (tomate). Las mayores respuestas se observaron en los cultivos donde la protección con fertilizante es insuficiente para satisfacer la necesidad de nutrientes a la planta, para expresar su potencial agronómico, (col y frijol). 21

AGRADECIMIENTOS

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Los autores agradecen a Germán Hernández y Osmar Méndez de la Dirección de Cultivos Varios del Ministerio de la Agricultura y a Rafael Zuaznábar Zuaznábar e Ignacio Santana del Instituto Nacional de Investigaciones de la Caña de Azúcar (INICA) que realizaron las pruebas de extensión en cultivos varios y caña de azúcar, respectivamente. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Liñán, C. EcoVad Vademécum para la Producción ecológica, 1ra Edición, Madrid, Agrotécnica, 2005. 2. Montano, R.; Zuaznábar, R.; García, A.; Viñals, M.; Villar, J. FitoMas-E. Bionutriente Derivado de la Industria Azucarera. ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 41 (3): pp.14-21, 2007. 3. Zuaznábar, R.; Jiménez G.; Díaz, J.C.; Montano, R.; Villar, J.; García, A.; et al. Resultados de las aplicaciones de FitoMas-E en plantaciones comerciales de caña de azúcar en los últimos 4 años. Diversificación 2008. Octubre 2008. 4. Alvarado, K.; Blanco, A.; Samán, A.; Villar, J. Influencia de un bioestimulante cubano en la obtención de postura de café. En: Resumen del XV Congreso Científico INCA. Tomo 2, San José de Las Lajas Noviembre 7-10, p.124-128. 2006. 5. Villar, J., Montano, R., López, R. Efecto del bioestimulante FitoMas en cultivos seleccionados. ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar,. 34 (2): pp. 4151, 2005. 6. Baños, H.L.; Alemán, J.; Martínez, M.; Ravelo, J.; Surís, M.; Miranda, I.; et al. Efecto de bioestimulantes sobre la germinación y el crecimiento de Murraya paniculata L. Cultivos Tropicales, 30 (1): pp.83-86, 2009. 7. García, A.; Montano, R.; Villar, J.; Viñals, M. Producción de 100 kl de FitoMas E en Planta Piloto-Zafra 2006; valoración económica de su impacto en cepas de retoño. XV Forum de Ciencia y Técnica, julio 17-18, ICIDCA (La Habana) 2007. 8. Harbin, K.; Huffaker, R.C. Bionutrientes Agrícolas. Universidad de California, 22

Congreso Internacional. Sociedad Cubana de Química. Octubre 2009. 21. Procedimientos Operacionales de Trabajo del CETEX. División de Toxicología Experimental. Edición 01/03. CENPALAB. La Habana. 2003. 22. OECD. Guideline for the testing of chemicals. Guideline 474. Mammaliam Erythrocyte Micronucleus Test. Paris. 1997. 23. Mendel, R. Uso de Fertilizantes Foliares a Base de Aminoácidos y Hormonas Naturales. [en línea] En: Tecnonet SRL. Propuestas inteligentes para una agricultura moderna. Julio 15, 2010. <http://tecnonetsrl.com.ar/noticias/69html> [Consulta: 14 jun. 2011]. 24. ¿Por qué usar aminoácidos en agricultura? [en línea] En: El Blog de Herogra. 10

mar, 2009 <http://herograespeciales. blogspot.com> [Consulta: 14 jun. 2011]. 25. Curbelo, A.; Montano, R.; Mancebo, A.; Arteaga, M. E.; González, C.; Bada, A. M.; et al. FitoMas-H no afecta los eritrocitos de la médula ósea del ratón Cenp: NMRI. ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 41 (2): pp. 31-38, 2007. 26. Curbelo, A., Mancebo, A., Arteaga, M., González, C., Rivero, Y., Torres, Y. Genotoxic assessment of FitoMas-E and FitoMas-H by means of the bone marrow micronucleus test. Toxicology Letters. 172 (1): 2007. 27. Bioestimulante cubano FitoMas-E beneficia a 30 cultivos. En: Radioguaimaro. co.cu. 31 dic, 2009. < http://www.radioguaimaro.icrt.cu>[Consulta: 20 jun. 2011].

Puede colaborar enviando sus contribuciones o recibir el boletín todos los meses, si escribe a: boletin@icidca.edu.cu 23

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 24 - 29

José Villar-Delgado1, Ramón Montano-Martínez1, Tania García-Martínez1, David García-González2, Rafael Zuaznábar-Zuaznábar3 1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba jose.villar@icidca.edu.cu 2. Universidad Agrícola de La Habana, (UNAH) Autopista Nacional km 23½ y Carr. de Jamaica, Tapaste, Mayabeque, Cuba 3. Estación Territorial de Investigación de la Caña, (ETICA) Localidad Pablo Noriega. Apdo 4, Quivicán, Mayabeque,Cuba

RESUMEN FitoMas-E es un bionutriente derivado de la industria azucarera cubana con notables propiedades antiestrés. Se estudia su influencia en tres cultivos plantados sobre suelo ferralítico rojo y sometido a diferentes niveles y calidades de fertilización. Los resultados muestran que el bionutriente es capaz de compensar las disparidades en cuanto a estos niveles nutricionales en tres variedades de caña de azúcar, mientras que en maíz y cebolla se obtienen resultados significativamente superiores a las variantes fertilizadas. Se destaca la influencia positiva que este producto ejerce en la fisiología de los vegetales, donde potencia el desarrollo de las estructuras botánicas que garantizan un incremento del flujo de sustancias de la fotosíntesis a las partes de la planta objeto de la cosecha. Palabras clave: FitoMas, fertilizantes, caña de azúcar, maíz, cebolla. ABSTRACT FitoMas-E, a sugar industry derivative is a bio-nutrient with outstanding characterized by its appreciable anti stress properties. The influence of this product over three crops planted in ferralitic soil and treated with different levels and qualities of fertilizers are studied in this paper. The results showed that the bio-nutrient is able compensate the disparities of these nutrition levels in three varieties of sugar cane, whereas in corn and onion it is possible to obtain significantly higher results in relation with fertilized variants. The positive influence of the product over plant physiology is emphasized since it boosts the development of botanic structures which guarantees the flow increase of photosynthetic substances to the parts of the crop with commercial interest. Keywords: FitoMas, fertilizers, sugar cane, corn, onion. 24

INTRODUCCIÓN

luto, y estudian las consecuencias a largo plazo que su empleo repetido, sin adicionar fertilizantes minerales, puede ejercer sobre las reservas del suelo, con el fin de implementar una tecnología sostenible para la nutrición de los cultivos a partir de este novedoso instrumento de la ciencia cubana. En este trabajo se examinan las respuestas de tres cultivos: caña de azúcar (Saccharum officinarum L.), maíz (Zea mays L.) variedad FR-28 y cebolla (Allium cepa L.) variedad Granex 2000 F1 con diferentes niveles nutricionales cuando se introduce oportunamente este bionutriente.

Una de las causas más frecuentes que limitan los rendimientos de los cultivos bajo manejo convencional es la insuficiencia en cantidad, surtido u oportunidad de los fertilizantes minerales. Estos insumos en su fabricación consumen elevadas cantidades de minerales y energía fósil no renovables y sus precios se han incrementado apreciablemente en el mercado internacional. Lo anterior implica que la posibilidad de su adquisición por los pequeños y medianos agricultores es muy baja o inexistente. Este problema repercute en los precios de los alimentos y afecta principalmente un gran sector de la población en países subdesarrollados, sin recursos para hacerle frente a esta situación. En este sentido, se realizan esfuerzos por encontrar productos más baratos que actúen como bioestimulantes del crecimiento de las plantas y puedan sustituir a estos fertilizantes minerales. Desde su aparición en la agricultura cubana, el bionutriente FitoMas-E, derivado de la industria azucarera, ha llamado poderosamente la atención por sus marcadas propiedades antiestrés (1, 2), puestas de manifiesto en las más disímiles situaciones relacionadas con la influencia de factores bióticos y abióticos adversos. La inducción de respuestas fisiológicas adecuadas ha evitado los daños que normalmente afectan a los cultivos estresados (3). FitoMas-E es una combinación de sustancias orgánicas intermediarias complejas de alta energía (aminoácidos, sacáridos bioactivos y sales minerales), propias del metabolismo vegetal. Penetra en la planta de forma pasiva (sin requerimientos de energía metabólica), tanto foliar como radicular y una vez allí, facilita la síntesis de sustancias propias del metabolismo secundario que, transferidas al suelo, mejoran la interacción con la microflora propia de su rizosfera, la cual produce hormonas y otros productos útiles a la planta que mejoran su comportamiento y le confieren las características que le permite una considerable resiliencia. FitoMas-E no es tóxico ni a las plantas ni a los animales. En la actualidad, muchos expertos centran su atención en los resultados que este producto logra en cultivos fertilizados parcialmente o incluso, no fertilizados en abso-

DESARROLLO A continuación se exponen tres casos de aplicación del FitoMas-E con y sin fertilizante convencional en tres cultivos de importancia para el país. Caso 1. Caña de azúcar (Saccharum officinarum L.) Para evaluar la influencia nutricional del FitoMas-E en caña de azúcar se establecieron durante las zafras 2003-2004 experimentos en extensiones de plantaciones comerciales que se describen en las tablas 1 y 2. Los mismos se desarrollaron en coordinación con la Estación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar, Habana-Pinar del Río, en las Empresas Agroindustriales Azucareras Pablo Noriega y Héctor Molina respectivamente, sobre suelo ferralítico rojo en condiciones de secano (4). En la aplicación del FitoMas-E se utilizó una máquina de asperjar Jacto de capacidad 800 l, con aguilón de 9,6 m, con seis boquillas flood jet azul claro DT-5 y solución final de 190 y 238 l/ha, respectivamente. En las extensiones localizadas en la Empresa Agroindustrial Azucarera Héctor Molina (tablas 1 y 2), en general, los rendimientos resultaron bajos en todos los tratamientos y fueron similares en los segundos retoños, independientemente de la diferencia en la variedad; además, en todos los tratamientos se incrementaron los rendimientos cañeros respecto al testigo absoluto. En ausencia de fertilizante, el FitoMas-E incrementó sustancialmente los rendimientos, solo algo menores que cuando se aplicó 3525-95 kg/ha de N-P2O5-K2O. 25

Tabla 1. Rendimientos obtenidos en la Empresa Agroindustrial Azucarera Héctor Molina en la extensión I para tres variedades No.

1 2 3 4 5 6

0 0 35 35 70 70

Nutrientes P2O 5 K2O FitoMas-E kg/ha l/ha 0 0 0 0 0 1 25 95 0 25 95 1 25 95 0 25 95 1

CP 5243 t/ha Inc., % 34 43 27 43 27 45 32 44 29 46 37

Variedades Ja 60-5 t/ha Inc., % 25 35 40 36 44 37 48 37 48 38 52

C 323 t/ha Inc., % 28 34 21 37 32 38 36 40 43 41 46

Tabla 2. Rendimientos obtenidos en la Empresa Agroindustrial Azucarera Héctor Molina en la extensión II para la variedad C323-68 No.

1 2 3 4 5 6

0 0 35 35 70 70

Nutrientes P2O 5 K2O FitoMas-E l/ha kg/ha 0 0 0 0 0 1 25 95 0 25 95 1 25 95 0 25 95 1

Rendimiento t/ha

Inc., %

29 37 38 39 42 44

28 31 35 45 52

Tabla 3. Resultados de cosecha con aplicación de FITOMAS-E y fertilizantes minerales según SERFE en la Empresa Aagroindustrial Azucarera Pablo Noriega Tratamientos Sin fertilizar Fertilización mineral (SERFE) FitoMas 3 l/ha Fertilización mineral (SERFE) + FitoMas-E Fertilización mineral (50 % SERFE) + FitoMas-E

Nutrientes Rendimiento N P K FitoMas-E t/ha kg/ha l/ha 0 0 0 0 34,0

Incremento

t/ha

49,8

15,8

46,4

1+2

48,6

14,6

42,9

53,1

19,1

56,1

49,6

15,6

45,8

*Servicio de recomendaciones de fertilizantes y enmiendas. La extensión de la Empresa Agroindustrial Azucarera Pablo Noriega (tabla 3) también mostró incremento del rendimiento agrícola en todos los tratamientos con relación al testigo, destacándose en valor absoluto la combinación del SERFE más el FitoMas-E a 2 l/ha, aunque debe destacarse que al aplicarse el bionutriente solo, de forma fraccionada, a 1 y 2 l/ha a los 30 y 90 días después de la cosecha, se alcanzaron resultados similares a los obtenidos con la

combinación de 50 % del SERFE más 2 litros de FitoMas-E. Caso 2. Maíz (Zea mays L.) variedad FR-28 El estudio (5) se llevó a cabo en condiciones de producción sobre suelo ferralítico rojo compactado eutrico, en áreas de la Cooperativa de Producción Agropecuaria (CPA) Amistad Cuba-México, ubicada en la finca América Libre, callejón Los Pinos, municipio Alquízar, actual provincia de 26

Tabla 4. Masa de la mazorca con y sin paja y diámetro polar según el tratamiento Tratamientos T1 (0,75 l/ha) T2(0,50 l/ha) T3 (Fertilizado) T4 Testigo (absoluto)

Masa de la mazorca con paja, g 528,11 432,41 371,54 297,64

Masa de la mazorca sin paja, g 304,71 271,11 241,73 207,25

Diámetro polar de la mazorca, cm 7,27 6,21 6,08 5,26

Tabla 5. Tamaño de la mazorca, hileras /mazorca, granos/hilera y masa de 1000 granos según el tratamiento Tratamiento T1 T2 T3 T4

Tamaño de mazorca, cm 33,58 28,51 26,86 22,77

Hileras/mazorca

Masa de 1000 granos, g 226,30 211,96 208,48 190,49

Granos/hilera

13,93 13,85 13,92 13,92

48,46 45,78 41,60 33,52

Tabla 6. Rendimiento de mazorca sin paja, masa fresca según el tratamiento Tratamiento T1 T2 T3 T4

Rendimiento de mazorca sin paja masa fresca, t/ha 19,55 16,01 13,76 11,02

Mayabeque, Cuba, entre el 14 de enero y el 30 de marzo de 2007, considerada fecha óptima de cosecha. Las características químicas del suelo fueron evaluadas antes y después del experimento, sin que se pudieran detectar influencias negativas con ninguno de los tratamientos empleados. Los tratamientos ensayados aparecen en la tabla 4. El FitoMas-E se aplicó foliar, a punto de goteo, dos veces durante el ciclo, la primera a los 12 días después de la siembra (DDS) y la segunda a los 44 DDS. Los resultados en los indicadores que se midieron aparecen en las tablas 4, 5 y 6. Todos los parámetros medidos indican claramente la influencia positiva que el bionutriente ejerce sobre el cultivo. En todos los casos las diferencias son significativas si se exceptúa el parámetro "hileras/mazorca" que parece una característica de la variedad.

Incrementos, % sobre T4

sobre T3

77.44 45,28 24,86 -

42,08 16,35 -

Un parámetro particularmente importante es la masa de hojas que envuelven la mazorca (paja). Como se sabe, estas hojas son las que más participan en la fijación de carbono fotosintético en la mazorca propiamente dicha (6). Adicionalmente la protegen de daños por ataque de plagas. De la tabla 4 se puede calcular que en el caso de T1 (tratamiento con la dosis mayor de FitoMas-E -0,75 l/ha), 42,3 % de la masa de la mazorca con paja corresponde a las hojas, mientras que en el T2 (también con FitoMas-E -0,5 l/ha) es 37,3 %. En el T3 (tratamiento fertilizado) este porcentaje desciende a 34,9 y sólo es 30,3 % para el testigo absoluto. De esta manera, se deduce que el bionutriente estimula la aparición en la planta de las estructuras más favorables para la absorción de nutrientes y el traslado del carbono hacia la parte cosechable y para su protección. El FitoMas-E a 27

0,75 l/ha incrementa el rendimiento en 77, 4 % sobre el testigo absoluto y en 42,1 % sobre la variante fertilizada. También el tratamiento con 0,5 l/ha de FitoMas-E incrementa significativamente el rendimiento en relación a los tratamientos fertilizado y testigo absoluto.

raron 17 m centrales dejando de orilla 1,5 m en cada extremo. Se realizaron 3 tratamientos con FitoMas-E, a cada uno de los cuales se les hizo tres aplicaciones, a los 10, 25 y 40 días después del trasplante (DDT). En el tratamiento testigo se aplicaron 0,3 t/ha de fertilizantes (NPK) en tres ocasiones: al momento del trasplante, a los 25 y a los 40 DDT. Para las dos primeras se empleó la fórmula (12-2-12,5) y (46-0-0) en la tercera. Se midieron los siguientes parámetros: • Diámetro del bulbo. • Volumen del bulbo. • Peso verde del bulbo. • Peso seco del bulbo. • Rendimiento.

Caso 3. Cebolla. (Allium cepa L.) El estudio se llevó a cabo de febrero a mayo del 2007, en la finca Gavilán del caserío El Junco de la Cooperativa de Créditos y Servicios Fortalecida (CCSF), Niceto Pérez, del municipio Güira de Melena, actual provincia de Mayabeque, Cuba (7). La cebolla, Granex 2000 F1 se plantó sobre suelo ferralítico rojo con bajo contenido de materia orgánica, aunque se considera apropiado para este cultivo. El semillero para la obtención de los bulbitos se sembró el 2 de febrero de 2007, después de una selección del material de siembra, el que se colocó sobre tarimas para su almacenaje hasta el momento del trasplante. Este se realizó el 2 de octubre de 2007, sobre surcos de doble hileras a 0,90 × 0,20 m, a una distancia entre plantas de 0,08 m, (unas 30 plantas por m²). Se cosechó el 29 de abril. Se utilizó el sistema de riego por surcos con un intervalo de 5 a 7 días entre cada riego, la norma neta fue de 2 871 m3/ha, con una norma parcial de 200 m3/ha, se realizaron 14 riegos. Para la aplicación de la dispersión acuosa de FitoMas-E se utilizó una mochila manual Matabi de 16 litros de capacidad, con boquilla de inundación (flood-jet) Lurmark AN 2,5, con presión de 1,5 a 2,0 bar. La aplicación se hizo sobre el follaje con una solución final de 300 l/ha. La unidad experimental se formó con dos surcos a doble hilera, con una separación de 0,90 m y 20 m de largo, como parcela útil se conside-

La masa verde se determinó por pesada de los bulbos al momento de la cosecha y la seca después de 10 días de secado al sol. En la tabla 7 se muestran los resultados obtenidos para cada tratamiento. Como se puede apreciar, el tratamiento con FitoMas-E siempre produce resultados superiores a la variante fertilizada si se exceptúa la masa verde promedio del bulbo que es menor en TI y TII, que se corresponden con las menores dosis del producto. El tratamiento TIII siempre muestra resultados significativamente superiores para los indicadores medidos. Se destacan los resultados reportados de la masa seca del bulbo. FitoMas-E produce un incremento de 3; 5,5 y 18 % en este indicador, según aumenta la dosis del producto desde TI hasta TIII. De estos, el resultado mayor es apreciablemente significativo. Como se sabe, este indicador es esencial en la calidad del producto pues a menor contenido de agua es mayor la duración del bulbo. Los rendimientos crecen siempre con FitoMas-E. También en este caso los incrementos (2; 6 y 16 %) aumen-

Tabla 7. Indicadores morfológicos (promedio) y rendimiento según tratamiento

Tratamiento TI FitoMas-E 1 l/ha TII FitoMas-E 1,5 l/ha TIII FitoMas-E 2 l/ha Testigo fertilizado

Diámetro del bulbo, cm 8,39 8,55 9,40 8,16

Volumen del bulbo, cm 327 338 373 320

Masa del bulbo, g Verde

Seca

222 229 254 245

206 211 236 200

Masa seca raíz, kg/ha 115 122 136 115

Rendimiento t/ha 38,55 39,92 44,00 37,80

tan con la dosis desde TI hasta TIII. Si se tiene en cuenta el incremento de la materia seca, con TIII que corresponde a la mayor dosis de FitoMas-E, se produce un 32 % más de cebolla que con el testigo. La masa seca de la raíz permanece constante con respecto al testigo en TI pero aumenta en 6 y 18 % en TII y TIII, respectivamente. Este efecto, que ocurre también en el bulbo, indica que el producto FitoMas-E propicia un mayor desvío de fotosintatos (sustancias producto de la fotosíntesis) hacia los órganos de los que depende el desempeño vital del vegetal. Con raíces más funcionales se garantiza un desarrollo más integral, lo cual, además de redundar en un mayor rendimiento, produce plantas más sanas y resistentes.

acumulación de fotosintatos en las raíces y el bulbo, lo cual indica una eficiencia fotosintética mayor. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Montano, R.; Zuaznábar, R.; Villar, J. Influencia del BIOMAS (E) sobre la nutrición de la caña de azúcar. En: Resúmenes del V Encuentro de Agricultura Orgánica. Mayo 27 al 30. Palacio de las Convenciones, Ciudad de La Habana, p. 55, 2003. 2. Montano, R.; Zuaznábar, R.; García, A.; Viñals, M.; Villar, J. FitoMas-E. Bionutriente derivado de la industria azucarera. ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar 41 (3): pp.14-21, 2007. 3. Restrepo, J. Teoría de la Trofobiosis. Preparado con base en los textos de Francis Chaboussou (Dependencia entre la calidad nutricional de las plantas y sus parásitos). jairoagroeco@telesat.com.co, 2000. 4. Hernández, I.; Zuaznábar, R. Hernández, F.'; Cortegaza, P.; Jiménez, F.; Olivera, E.; et al. Bioestimulante FitoMas-E en caña de azúcar. Resultados experimentales y de extensión 2003-2004. En: Memorias Evento 40 aniversario del INICA, junio. 2006. 5. García, D. Evaluación del bioestimulante FitoMas-E en el cultivo del maíz (Zea mays L.) var FR-28. Trabajo de Diploma en opción al título de Ingeniero Agrónomo. Facultad de Agronomía. Universidad Agraria de La Habana Fructuoso Rodríguez Pérez. La Habana: 2007, p.58. 6. Hay, R.; Walter, A. An introduction to the physiology of crop yield. Longman Scientific and Technical. Essex. UK, pp. 214-220, 1989. 7. Yumar, J.; Montano, R.; Villar, J. Efecto del FitoMas-E en el cultivo de la cebolla. ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar 44 (2): pp.21-25, 2010.

CONCLUSIONES Tanto en caña de azúcar como en maíz y cebolla, FitoMas-E consigue compensar los desniveles nutricionales de forma tal que se hace posible obtener rendimientos adecuados e incluso mayores sin fertilizantes. En caña las variantes tratadas con el bionutriente equivalen a la sustitución de media norma SERFE, mientras que si se le adiciona esta cantidad de fertilizante se obtiene un resultado superior al del SERFE completo. En este cultivo el efecto parece ser independiente de la variedad. En el maíz se constata una tendencia muy positiva a favorecer la producción de las brácteas que envuelven la mazorca, con lo cual aumenta la fijación de CO2 fotosintético en los granos a la vez que se incrementa la protección de la mazorca contra plagas y enfermedades. En este cultivo los rendimientos alcanzados con FitoMas-E superan ampliamente los alcanzados con la variante fertilizada con fórmula completa. En el caso de la cebolla se comprueba que FitoMas-E a 2 L/ha produce resultados superiores a los que se logran con fertilizantes químicos. Este comportamiento es más notable todavía cuando se considera la materia seca. La planta de cebolla tratada con FitoMas-E incrementa la

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 30 - 37

Fidel Domenech-López1, Yaniris Lorenzo-Acosta1, Magdalena Lorenzo-Izquierdo1, Lázaro Esquivel-Baró2 1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba fidel.domenech@icidca.edu.cu 2. AZCUBA (Grupo Empresarial de la Agroindustria Azucarera) Calle 23 e/ N y O , Vedado, La Habana, Cuba

RESUMEN Se realiza un diagnóstico de las fuentes gaseosas contaminantes de la industria de los derivados de la caña de azúcar y se presentan las alternativas de tratamiento para mitigar los efectos al medio ambiente. Se caracterizan a escala de laboratorio, las emisiones producidas por las destilerías de alcohol y se cuantifican las pérdidas de etanol por evaporación en fermentación. Los resultados indican la necesidad de dar solución a esta problemática a través de métodos químicos, físicos o biológicos, pues los experimentos realizados a escala de laboratorio indican que las pérdidas de etanol en la fermentación (entre 0,93 y 1,41 % del etanol producido), no solo dependen de la temperatura, sino del efecto de arrastre por el CO2 producido. Palabras clave: alcohol, emisión de gases contaminantes, pérdidas de etanol. ABSTRACT A diagnosis of contaminant gas emissions from sugarcane's by-product industries is carried out. Different alternatives of treatment are offered for the mitigation of the environmental impact produced by these industries. In addition, emissions from ethanol distilleries are characterized at lab scale and the losses due to evaporation during fermentation process are quantified. The results point out the necessity to find a solution to this problem through chemicals, physical or biological means, since lab experiments yield that fermentation losses by evaporation (from 0,93 to 1,41 % of ethanol produced), depends not only of temperature but the drag effect by CO2 as well. Keywords: alcohol, contaminant gas emissions, ethanol losses.

INTRODUCCIÓN

Casos específicos de la contaminación en la industria de la caña de azúcar son: la quema de bagazo de caña para producir energía, la emisión de etanol a la atmósfera por las destilerías y la generación de vinaza como subproducto de la obtención del etanol. Las vinazas o mostos de destilerías constituyen el principal residual de la industria alcoholera. Históricamente han sido consideradas como un subproducto indeseable de la destilación de alcohol y aún lo sigue siendo en muchos países productores de azúcar y alcohol, ya que es un residuo que genera efectos secundarios indeseables tales como contaminación de ríos, fuentes de agua subterráneas y mares cercanos a estas instalaciones. En un sistema de producción de alcohol convencional, por cada litro de etanol se genera entre 12-16 l de vinazas residuales, una destilería típica cubana genera un residual con una carga orgánica equivalente a la emitida por una ciudad de 100 000 habitantes, de aquí la dimensión de su impacto (2). Las vinazas de destilería también tienen un impacto negativo sobre el aire, pues produce malos olores y aerosoles cuando sonvertidas a los ríos o a lagunas de oxidación, con efectos negativos sobre la población incluso a distancias superiores a los 5 km de la planta generadora del residuo (2). El etanol ha sido reportado como un contaminante gaseoso originado por diferentes industrias, el interés por su degradación se ha incrementado en las últimas décadas (3). La industria de los derivados de la caña de azúcar cubana es muy variada, produciendo así: alcoholes, rones y aguardientes de diferentes calidades, alimento animal, levaduras Saccharomyces cerevisiae y Candida sp (levadura forrajera), tableros de bagazo, sorbitol, glucosa, fructosa, furfural, caramelos, entre otros. De estas producciones se generan emisiones gaseosas contaminantes a la atmósfera. Entre los principales derivados de las mieles se encuentran las producciones de alcohol, levadura forrajera y la alimentación animal. Estas producciones coinciden con las mayores producciones de derivados en Cuba. El uso inadecuado de las aguas residuales de la industria azucarera y sus derivados

En los últimos años, la humanidad ha tomado conciencia del efecto de la contaminación sobre los recursos naturales, la salud y el riesgo de nuestra propia existencia. Por eso, los estándares se vuelven cada vez más estrictos y los costos de disposición de estos en el entorno aumentan. Las autoridades y la propia industria están tratando de encontrar, de manera más seria, la forma de evitar totalmente la generación de desechos. La minimización de desechos, la prevención de la contaminación, y el reciclaje están presentes en todas las actividades cotidianas. Cada vez más se piensa en una producción más limpia. Este cambio de actitud se volvió más evidente durante la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (CNUMAD) en 1992. En la Agenda 21, la CNUMAD le dio prioridad a la introducción de los métodos de producción más limpia y a las tecnologías de prevención y reciclaje, con el fin de alcanzar un desarrollo sostenible. Esta prioridad se enfatizó en los capítulos 20, 22 y 30 de la Agenda 21. La producción más limpia está dirigida hacia la gestión ambiental que ofrece muchos beneficios a la industria. Se pone en práctica con gran éxito por medio de un enfoque sistemático del ciclo de vida aplicado a la producción, y toma en cuenta: el diseño del producto; tecnologías que produzcan pocos desechos; el uso eficiente de la energía y de la materia prima; optimización de las tecnologías existentes y alto nivel de seguridad en las operaciones. La filosofía preventiva de la producción más limpia es la antítesis del antiguo enfoque del "tratamiento al final del tubo", donde se limpiaba la contaminación después de que ésta se había generado. Los principales focos contaminantes de la industria azucarera son las empresas azucareras, empresas agropecuarias, destilerías de alcohol y fábricas de levadura forrajera. El sector azucarero aporta un tercio de la carga contaminante del país y aunque existe una reducción importante de las emisiones respecto al año 2000 (700 mil m3/día en el año), en la actualidad se generan unos 217 mil m3/día de agua residuales (1). 31

(2) también provoca la emisión de gases contaminantes como metano, sulfuro de hidrógeno, etc., cuando estos efluentes son vertidos al medio a un curso receptor sin tratamiento alguno. El tratamiento biológico representa así una de las alternativas más atractivas sobre todo cuando se produce biogás y se utiliza como sustituto de fuentes fósiles de energía. El objetivo de este trabajo es presentar el diagnóstico de las fuentes gaseosas contaminantes de la industria de los derivados, así como la caracterización a escala de laboratorio de las emisiones gaseosas producidas por las destilerías de alcohol. Cuantificar las pérdidas de etanol por evaporación en fermentación, así como el efecto de la temperatura y el arrastre por CO2.

fermentadores es la biofiltración (4-6), empleando levaduras del género Candida utilis (levadura forrajera) soportada en bagazo predigerido, se puede convertir todo el etanol en biomasa y de esta forma obtener un alimento animal con contenidos de proteínas adecuados. La implementación y uso a escala industrial de la biofiltración está creciendo en forma exponencial. Comparado con las tecnologías físico-químicas, los tratamientos biológicos presentan la ventaja de degradar completamente los contaminantes a productos inocuos o menos contaminantes a una temperatura y presión normales, por lo que representa una tecnología eficiente cuando se compara con los tratamientos tradicionales. Los biofiltros pueden ser utilizados para tratar compuestos orgánicos volátiles (VOCs), compuestos orgánicos halogenados (COHs), hidrocarburos aromáticos monocíclicos (MAHs), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) y alcoholes. En especial es tratamiento muy efectivo para concentraciones bajas de compuestos orgánicos volátiles y químicos inorgánicos (por ejemplo, compuestos sulfurados). Las principales ventajas de la biofiltración, comparadas con otros métodos de control de emisiones gaseosas son (7): • Costos de inversión moderados. • Costos activos y de mantenimiento bajos. • Costos de operación generalmente bajos para los tratamientos de grandes volúmenes de gases con bajas concentraciones de contaminantes biodegradables. • Altas eficiencias de degradación en el tratamiento de muchos contaminantes atmosféricos comunes, permitiendo el tratamiento efectivo de mezclas de compuestos orgánicos e inorgánicos. • Amplia eficacia para diversos olores y control de compuestos orgánicos volátiles diluidos. • Aceptación pública de un proceso "natural". • La biomasa inmovilizada tiene una vida larga, típicamente 5 años o más. • El requerimiento de energía está dado sólo por bombas y sopladores. • Un beneficio adicional de la biofiltración sobre otras tecnologías de oxidación es la carencia de contaminantes secundarios. • Seguridad intrínseca del sistema.

Producción de alcohol Durante el proceso de fermentación alcohólica en las destilerías se producen grandes cantidades de CO2 (3) , Gay-Lussac, físico y químico francés en el siglo XVII planteó la ecuación química clásica que rige este proceso, la cual es conocida por su nombre. C6H12O6

2CO2 + 2C2H5OH

De acuerdo con esta ecuación, teóricamente 100 gramos de glucosa forman 51,11 gramos de etanol y 4889 gramos de gas carbónico, con desprendimiento de energía del orden de 23,7 kcal. Si se considera la densidad del alcohol como 0,79 g/ml, entonces teóricamente en la producción de un hectolitro de alcohol se emiten a la atmósfera 75,56 kg de CO2, por lo que una destilería típica cubana de 60 000 l/d, emite 45 toneladas de CO2 diariamente. El CO2 producido puede ser recuperado y utilizado en diferentes usos industriales, sin embargo en Cuba son muy pocas las destilerías que lo recuperan y en mínimas cantidades. Es conocida la práctica de instalar columnas lavadoras para recuperar el etanol que se pierde en el flujo de gas emitido en la fermentación, sin embargo en nuestro país no se aplica con frecuencia, debido a que es necesario cerrar los fermentadores y realizar esta operación cuidadosamente en las columnas lavadoras. Otro método atractivo para recuperar el etanol evaporado en los 32

Producción de levadura forrajera En el crecimiento de los microorganismos en condiciones de aeróbicas, se libera CO2 como resultado de la respiración o combustión total de los carbohidratos. En la ecuación teórica del catabolismo de la glucosa puede observarse que un mol de glucosa consumida produce 6 moles de CO2. C6H12O6 + 6O2

En la producción de furfural tampoco existen trabajos que caractericen y cuantifiquen las emisiones gaseosas emitidas por esta industria. Es conocido que se liberan cantidades pequeñas de furfural y otros productos de la hidrólisis del bagazo, sin embargo no existen tratamientos de estos efluentes. Emisiones gaseosas emitidas por las aguas residuales de la industria azucarera y sus derivados La industria azucarera en Cuba es considerada de las más contaminantes del país, teniendo en cuenta el alto número de instalaciones que posee y la carga orgánica que generan sus aguas residuales. Estudios recientemente realizados en el sector azucarero (9) durante 2008, han permitido cuantificar en gran medida la situación del uso del agua y las aguas residuales vertidas por la industria azucarera y sus plantas de derivados. La industria azucarera cubana cuenta con 61 centrales en funcionamiento, de ellos 25 disponen de sistemas de tratamiento de residuales a través de lagunas de estabilización y/o acumulación de las aguas residuales y 36 no poseen hasta el momento, ningún tipo de sistema de tratamiento para sus aguas residuales, aunque se trabaja en proyectos de ingeniería para su solución. Diecisiete empresas azucareras pueden utilizar sus aguas para el fertirriego y 15 de estas poseen embalses para el fertirrirego. El índice promedio de aguas residuales producidas es de 0,48 m3/t caña molida (tcm), para valores extremos de 13,62 m3/tc (en la Empresa Azucarera José Smith Comas, en Matanzas, Cuba) y de 0,03 m3/tc (en la Empresa Azucarera El Vaquerito, en Villa Clara, Cuba). Por concepto de vertimiento a cursos receptores en las empresas azucareras que no poseen sistemas de tratamiento, la industria está depositando al ambiente 1835 t DQO/día, en tiempo de zafra y 330 t DQO/día, en tiempo de no zafra cuando sólo están en funcionamiento las destilerías de alcohol y las plantas de levadura. La oxidación completa de la materia orgánica en los cursos receptores provoca emisiones de CO2 al ambiente en el orden de las 633 075 ton durante la zafra y de 113 850 t en el tiempo de no zafra.

6CO2 + 6H2O

Considerando que todos los azúcares son utilizados para la producción de energía y el rendimiento biomasa/sustrato de Candida utilis crecida sobre glucosa (8) es del 50 %, entonces se liberan al medio teóricamente 2933 kg de CO2 por tonelada de levadura seca producida, así en plantas que producen 30 toneladas diarias, se liberarán alrededor de 88 toneladas de CO2. Es conocido que parte del carbono aportado por los azúcares es incorporado a la biomasa; de hecho, la levadura Candida utilis tiene como promedio una composición centesimal de 50 % de carbono, por lo que la cifra anteriormente expuesta sería considerablemente menor. En el caso de las fábricas de alcohol y levadura donde se liberan grandes cantidades de CO2 hay que tener en cuenta que los azúcares utilizados provienen de un derivado de la caña de azúcar y esta planta está considerada como uno de los cultivos que más fija CO2 en el proceso de fotosíntesis, por lo que las cantidades de este, liberadas a la atmósfera son muy inferiores a las que se fijan por esta planta (9). Productos derivados del bagazo Los principales productos derivados del bagazo son los tableros y el furfural. La producción de tableros se caracteriza por el prensado de partículas de bagazo previamente preparadas y mezcladas con resinas sintéticas. Cuando se emplea la resina ureafolmaldehído en el prensado en caliente se liberan cantidades considerables de formaldehído, sustancia tóxica para el hombre. La literatura consultada no refleja las cantidades que se liberan, ni los posibles tratamientos físicos, químicos y biológicos en esta industria. El efecto de los gases liberados en las prensas se mitiga en parte extrayéndolos a través de campanas que lo expulsan a la atmósfera. 33

Existen 25 empresas que poseen lagunas de oxidación o embalses. Por lo general son lagunas anaerobias y facultativas, por tanto, asumiendo una eficiencia en su funcionamiento de (80 %), se producirían emisiones de gas metano del orden de las 15 728 t/zafra y de 2 029 t en tiempo de no zafra. Estos valores equivalen a emisiones de CO2 de 330 288 y 42 609 t, respectivamente. En los sistemas anaerobios que existen en nuestra industria, otros tipos de gases contaminantes se emiten a la atmósfera, teniendo en cuenta la composición del biogás producido, estos son: el sulfuro de hidrógeno (H2S) N2 y el H2, El H2S ocasiona olores nauseabundos (10), además de problemas de corrosión severos en las casas de la comunidad aledaña a estos sistemas, especialmente en complejos donde existan destilerías de alcohol y plantas de levadura, donde las concentraciones de sulfuro de hidrógeno en el biogás sobrepasan los valores de 0,1 % (valor por debajo del cual no existen riesgos de corrosión y los olores no son detectados por el olfato humano). Otros gases componen el biogás, tales como el N2 y el H2 pero en concentraciones despreciables.

sobre la cantidad de etanol evaporado durante la fermentación. Para ello, se desarrollaron 4 experimentos en los que solamente se varió la temperatura. En la salida de los gases se midió el flujo de gas producido (l CO2/h. l de medio) y se determinó la concentración de etanol en este efluente (mg etanol/l CO2). A partir de estos resultados se calculó el flujo de etanol evaporado por litro de medio (mg etanol/h. l de medio). Los datos experimentales fueron ajustados a curvas según se muestra en las tablas 1 y 2 con el objetivo de poder evaluar los modelos obtenidos en cada hora y de esta forma pode calcular de forma acumulativa la cantidad de CO2 producido y etanol evaporado por litro de medio. Microorganismo empleado. Se empleó la cepa de levadura Saccharomyces cerevisiae (A3) del banco de cepas del ICIDCA, recomendada por su capacidad de producir alcohol ante el estrés de altas concentraciones de azúcares y etanol, mantenidas mediante sub-cultivos periódicos en medio YPG-agar (glucosa, peptona y extracto de levadura, pH 5,5) y conservadas a 4 ºC en nuestra colección de trabajo. Inóculo. La biomasa celular desarrollada en cuñas de YPG-agar e incubadas de 24 a 48 horas a 30 ºC, se pasó a matraces de 500 ml de volumen nominal que contenían 50 ml del medio de propagación (miel diluida 1:1 y centrifugada, con la siguiente composición (g/l): azúcares reductores totales (80), (NH4)2SO4 (3,6), agua destilada 1 l, pH 5,35,5 y se incubaron a igual temperatura en zaranda orbital LABINE a 160 m-1, por un período de 12 - 16 horas.

Determinación de las pérdidas de etanol en la fermentación alcohólica Las pérdidas de etanol por evaporación en la fermentación alcohólica han sido atribuidas a un efecto físico, o sea, el incremento de la presión parcial del vapor con el aumento de la temperatura de fermentación debido al calor metabólico generado, sin embargo no se ha tenido en cuenta el efecto biológico que provoca el incremento de la temperatura en el metabolismo de los microorganismos, el cual es mucho más marcado. En condiciones óptimas de fermentación la velocidad de producción de CO2 aumenta y se produce el efecto de arrastre de vapores de etanol con mayor intensidad.

Dispositivos y condiciones experimentales Los experimentos se desarrollaron en frascos de 18 litros, conteniendo un volumen de 14 litros de medio compuesto por miel física diluida hasta 14 % de azúcares reductores totales (ART) y ajustado el pH a 4,5. Se inoculó en relación 1/10 (v/v), para una concentración de 10 6 células/ml. La temperatura fue controlada a través de un baño termostatado, en los tres primeros experimentos la temperatura fue fijada en 32, 35 y 38 °C, respectivamente. El cuarto experimento se desarrolló simulando el incremento de temperatura real que ocurre en las desti-

MATERIALES Y MÉTODOS Teniendo en cuenta el efecto de la temperatura sobre el desarrollo de los microorganismos y sobre la presión parcial del vapor de alcohol, se realizó un estudio para determinar la influencia de este parámetro 34

lerías por la generación de calor metabólico (32-42 °C)

diferencia de peso antes y después de secado. La concentración de etanol en la fase líquida y gaseosa se llevó a cabo por cromatografía gaseosa utilizando un cromatógrafo SHIMADZU 17A con un detector de ionización de llama (FID) y un muestreador automático AOC-20i, con hidrógeno como gas portador a una velocidad de 1.8 ml/min, la columna capilar CP-WAX 20M (60 x 0,25 x 0,5). La relación de Split fue de 1:25, las temperaturas del detector y del inyector se mantuvieron en 250 °C y la del horno en 50 °C. Las curvas patrones de etanol se realizaron con soluciones de composición conocida usando isopropanol como estándar interno (0,5 % v/v) en las muestras líquidas.

Muestreo Se tomaron muestras al medio de fermentación cada dos horas, para determinar la concentración de azúcares, etanol y biomasa y de la fase gaseosa cada una hora para determinar la concentración de etanol en los gases de salida. Determinaciones analíticas Las mieles físicas se caracterizaron antes de utilizarlas en la fermentación, determinándose en cada caso, azúcares reductores libres y totales (ARL, ART) por el método de Eynon-Lane modificado. A las muestras de medio fermentado se les determinó la concentración de biomasa por gravimetría. Se centrifugaron 10 ml de muestra a 4 000 rpm durante 10 min y se lavaron con igual volumen de agua destilada. El sólido fue adicionado a cápsulas previamente secadas y taradas, se mantuvo secando en estufa a 80 °C durante 24 horas (hasta peso constante). Se determina la concentración de biomasa mediante la

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Como se observa en las tablas 1 y 2 los modelos ajustados tienen coeficientes de correlación por encima de 0,97, lo que evidencia la veracidad del ajuste. El parámetro (a) coincide con el valor máximo alcanzado durante la fermentación

Tabla 1. Modelos y parámetros ajustados a los flujos de CO 2 (l CO2/h. l de medio) Experimento 1 (32 oC) 2 (35 oC) 3 (38 oC) 4 (32–42 oC)

Modelo

Peak Gaussian Y = a.e (-0,5((X-Xo)/b)^2 Peak Log Normal Y = a.e (-0,5(Ln (X/Xo)/b)^2 Peak Gaussian Y = a.e (-0,5((X-Xo)/b)^2 Peak Log Normal Y = a.e (-0,5(Ln (X/Xo)/b)^2

Parámetro b Xo

3,081

3,938

11,24

0,978

2,138

0,573

9,57

0,982

2,503

5,225

12,33

0,981

1,963

0,516

11,49

0,976

Tabla 2. Modelos y parámetros ajustados a los flujos de etanol evaporado por litro de medio (mg etanol/h. l de medio) Experimento 1 (32 oC) 2 (35 oC) 3 (38 oC) 4 (32–42 oC)

Modelo

Peak Gaussian Y = a.e (-0,5((X-Xo)/b)^2 Peak Log Normal Y = a.e (-0,5(Ln (X/Xo)/b)^2 Peak Gaussian Y = a.e (-0,5((X-Xo)/b)^2 Peak Log Normal Y = a.e (-0,5(Ln (X/Xo)/b)^2

Parámetro b Xo

114,9

3,257

12,96

0,984

65,99

0,458

12,21

0,988

48,93

4,862

14,60

0,972

47,87

0,425

13,90

0,974

y el valor de (Xo) con la hora a la cual se alcanza este valor, sin embargo el significado del parámetro (b) debe estar relacionado con aspectos biológicos del microorganismo.

Figura 3. Etanol evaporado en el medio de fermentación.

fermentación. También es de destacar, que en el experimento 1 es donde se logra una mayor velocidad de producción de CO2 y de evaporación de etanol. La figura sugiere que el efecto de la temperatura sobre las pérdidas de etanol, no es tan significativo como el efecto de arrastre por el CO2. Este comportamiento se corrobora en la figura 3, donde se observa que los experimentos donde mayor cantidad de etanol se pierde, son los que se desarrollan a temperaturas cercanas al óptimo para las levaduras, las temperaturas más bajas, entre 32 y 35 °C, alcanzando valores de 936,46 y 942,95 mg de etanol / litro de medio a las horas 22 y 28 respectivamente. En la tabla 3, se muestran los resultados obtenidos al final de la fermentación; se tomó como criterio para determinar la hora final de la fermentación, cuando el incremento de CO2 por hora sea menor que 0,5 por ciento del CO2 producido total. Como puede observarse, las cantidades de CO2 liberadas por litro de medio son similares para todos los casos, sin embargo, con el incremento de la temperatura la cantidad de etanol evaporado disminuye, lo que conduce a que el por ciento de pérdidas obtenidas tenga un comportamiento decreciente. Este efecto se puede atribuir al arrastre de vapor producido por el aumento de la veloci-

Figura 1. Flujo de CO2 (l/ medio-hora).

Figura 2. Concentración de etanol en el flujo de gas.

En las figuras 1 y 2 se presenta el comportamiento cinético de los cuatro experimentos, con relación al flujo de etanol evaporado y el CO2 producido. Al observarlas, se corrobora lo planteado en el párrafo anterior. Es evidente el efecto que ejerce la temperatura sobre el metabolismo de la levadura estudiada en la figura 1. Se observa que a medida que la temperatura se eleva, las velocidades de producción de CO2 disminuyen con el correspondiente desplazamiento del máximo y del tiempo final de

Tabla 3. Resultados experimentales. Determinación del % de pérdidas de etanol por evaporación Hora final de fermentación (h) 1 (32 oC) 22 2 (35 oC) 28 o 3 (38 C) 26 4 (32 – 42 oC) 32

Experimento

CO 2 total producido (l/l medio) 30,18 31,80 32,34 30,51

Etanol evaporado (g/l medio) 0,934 0,954 0,593 0,715

Etanol medio líq. (g/l medio) 65,32 68,24 63,33 67,57

Pérdidas (%) 1,41 1,38 0,93 1,05

RECOMENDACIONES

dad de desprendimiento de CO2 en condiciones óptimas de fermentación. Así, se puede inducir que en condiciones industriales donde se trabaja a volúmenes entre 150 y 250 m3 de medio y alturas de líquido que pueden alcanzar hasta 6 metros, este efecto se incrementaría con el aumento concomitante de las pérdidas de etanol. No obstante, es conveniente tener en cuenta que el 1 % de pérdidas en fermentación equivale para una destilería de 60000 l/día a 600 litros, aproximadamente a 2,5 t de miel/día.

Se recomienda hacer estudios de caracterización de las emisiones gaseosas en la industria de producción de tableros y furfural. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Terrero I. Cuba quintuplicará producción de alcohol. Granma Internacional. Economía. La Habana, 28 de Junio de 2006 <http://www. granma.cu/espanol/2006/junio/ mier28/27alcohol.html>[Consulta: oct. 2007]. 2. Obaya, M C; Eng, F.; Valdés, E.; León, O.L.; Cuellar, A.; Valencia, R.; Villa. P. Algunas consideraciones sobre el uso de la recirculación de efluentes tratados en reactores UASB TECNOLOGIA DEL AGUA, 217, oct. 2001. 3. Reyes, A.Producción de Alcohol a Base de Caña. VI Feria de la Química. <http://wwwprof.uniandes.edu.co/~infquimi/VI_feria/id68.htm>.[Consulta: oct. 2007]. 4. Christen, P.; Domenech, F.; Michelena, G.; Auria, R.; Revah, S. Biofiltration of volatile ethanol using sugar cane bagasse inoculated with Candida utilis. Journal of Hazardous Materials. 2743 pp. 1-13 (2001). 5. Christen, P.; Domenech, F.; Paca, J.; Revah, S. Evaluation of Six Candida utilis strains for biomass, acetic acid and ethyl acetate production from ethanol. Bioresource Technology, 68(2): 193-195, 1999. 6. Domenech, F.; Christen, P.; Páca, J.; Revah, S. Ethanol Utilization for Metabolite Production by Candida utilis Strains in liquid Medium. Acta Biotechnol. 19 (1) 27-36, 1999. 7. Asistencia tecnológica Medio Ambiental. Biofiltros ventajas. <http://www.atmsa. com/cas/tecnologias/biofiltros/ventajas/>[Consulta: Oct. 2007]. 8. Shuler, M. L.; Kargi, E. Bioprocess Engineering Basic Concepts. Prentice Inc. Englewood Cliffs, N. Jersey. 1992. 9. Hansen, N G. Bioscrubbing: An effective and economic solution to odour control al sewage-treatment plant; Journal of the Chartered Inst Water Environmental Management. England 15, (2) pp. 141-146, 2001. 10. Meade, G. P. Procedimientos analíticos. En: Manual de Azúcar de Caña. Ed.: G. P. Meade. Cap. 26. p.p. 565. 1967.

CONCLUSIONES Se puede concluir que en la industria de los derivados, a pesar de emitir, en menor cuantía y concentración que la industria azucarera, compuestos orgánicos gaseosos como el CO2, etanol, formaldehído, furfural entre otros, se requiere la caracterización de estos efluentes, con vistas a mitigar su efecto sobre el medio ambiente, por lo que se impone dar solución a esta problemática en nuestra industria a través de métodos químicos, físicos o biológicos. Las pérdidas de etanol en la fermentación no solo dependen de la temperatura, sino del efecto de arrastre por el CO2 producido. Se lograron a escala de laboratorio pérdidas de etanol en fermentación entre 0,93 y 1,41 por ciento. Los resultados indican que en las destilerías de alcohol se impone la aplicación de un proceso de recuperación de etanol, ya sea por método físico o biológico, para de esta forma disminuir los índices de consumo de miel y el rendimiento alcohólico, además, es necesaria la recuperación del CO2 para de esta forma darle un uso efectivo antes de ser liberado a la atmósfera. El uso inadecuado de las aguas residuales de la industria azucarera y sus derivados provoca la emisión de gases contaminantes como metano, sulfuro de hidrógeno, que ocasiona olores nauseabundos, además de problemas de corrosión severos en las casas de la comunidad aledaña a estos sistemas, especialmente en complejos donde existan destilerías de alcohol y plantas de levadura. Estos compuestos son producidos en sistemas anaerobios al verter la carga orgánica que aporta estos residuales a lagunas de oxidación y ríos. 37

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 38 - 47

Andrés Gómez-Estévez1, Ángel Seijo-Santos2, Beatriz Ramos-Tejera2, Daniel Valdés-Cárdenas2, Sonia Cruz-Oruz2 1 Instituto Cubano de Investigaciones los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA) Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba andres.gomez@icidca.edu.cu 2 Laboratorio de Pinturas y Barnices (LPB) Centro de Ingeniería e Investigaciones Químicas (CIIQ), MINBAS. La Habana, Cuba

RESUMEN Se describen de forma simplificada los factores de riesgo de corrosión en el proceso de producción de etanol, se facilita la comprensión de la necesidad de protección anticorrosiva y la normalización en la actividad de mantenimiento de las destilerías. En la parte I se brindan los elementos a tener en consideración para la adecuada selección del sistema de recubrimiento anticorrosivo y de los métodos de preparación de las superficies que garanticen el éxito de la protección. Palabras clave: recubrimientos, anticorrosivos, destilerías, corrosión, normalización. ABSTRACT Present paper briefly describes the corrosion risks during the process of ethanol production and makes easier the understanding of the necessity of anticorrosive protection. On the other hand, it is aimed to the standardization of anticorrosive protection in distilleries to facilitate maintenance activity. In this Part the elements that have to be taking into account for the suitable selection of anticorrosive coating and the surface preparation methods in order to guarantee it success Keywords: ethanol distilleries, corrosion, anticorrosive protection systems, maintenance.

INTRODUCCIÓN

en consideración la preparación más apropiada de estas, según sea el caso, antes de proceder a la aplicación de las pinturas. Pintar sobre una superficie, llena de grasa o contaminada, es un desperdicio de tiempo y material. La práctica ha demostrado que sistemas de bajo poder anticorrosivo en determinados ambientes, suelen alcanzar su completa vida útil cuando se aplican sobre superficies bien preparadas dando mejores resultados que aquellos de gran resistencia y mayor costo que han sido aplicados sobre sustratos deficientemente preparados. Una de las condiciones para que un recubrimiento aplicado sobre una superficie proporcione una protección perfecta, es que sea totalmente impermeable al paso de los agentes destructivos, cosa difícil de obtener, por lo que el espesor de dichas películas ha de ser un factor de gran importancia a considerar, ya que evidentemente, la protección será más eficiente con espesores mayores. Está demostrado que el espesor de un recubrimiento orgánico es el parámetro más íntimamente relacionado con el efecto barrera que poseen las pinturas con relación al ambiente al que están expuestas, de esta forma, la penetración de la humedad u otros agentes agresivos del medio pueden reducirse notablemente. Otra forma de protección es el empleo de los recubrimientos de alta resistencia química a base de resinas epoxídicas, vinílicas, caucho clorado, poliuretanos y acrílicas, entre otras. La industria alcoholera debe cumplir con los requerimientos que establecen las disposiciones internacionales, para el recubrimiento y protección del equipamiento e instalaciones. Esta es una práctica común en la protección con recubrimientos de áreas y equipamiento industrial para preservar su integridad física y no sumar aspectos de corrosión a los propios del mantenimiento tecnológico del equipamiento que encarecerían el mismo (2). Con la aplicación de estas protecciones se alarga la vida útil de áreas y equipos, se garantiza la calidad de los productos finales, se disminuyen los costos de mantenimiento, y se contribuye al desarrollo de una producción más limpia y a la conservación del medio ambiente. Es objetivo de esta parte I del trabajo, analizar las áreas, equipos, productos finales y residuales, desde el enfoque de los fac-

El hombre en su lucha contra la corrosión emplea en gran medida los recubrimientos orgánicos. Una selección correcta de los mismos, teniendo en cuenta sus propiedades físico-mecánicas, anticorrosivas, de resistencia química y su comportamiento en condiciones generales de explotación, disminuye en grado considerable las pérdidas del metal debido a la corrosión (1). Los recubrimientos de pintura, por varias razones de índole técnica y económica, constituyen el método más utilizado en la protección contra la corrosión de materiales metálicos. La vida útil de un recubrimiento de pintura y su efectividad como método de prevención de la corrosión dependerán en gran medida de los siguientes factores: • La adecuada selección y/o diseño del sistema de protección. • La apropiada preparación de superficie y aplicación del recubrimiento. • La supervisión e inspección a pie de obra del control de calidad de la preparación de la superficie. • El control de la calidad en la aplicación correcta del sistema de protección (1, 3). El tipo de protección que brindan las capas de pinturas en relación con los metales ferrosos es mecánico, por lo que resulta un requisito fundamental que los recubrimientos no presenten poros, posean un espesor adecuado y cubran totalmente la superficie; la corrosión puede, igualmente desarrollarse bajo capas de pintura mal adheridas a la superficie metálica, por tanto es muy importante la preparación superficial previa a su aplicación. En la protección por recubrimientos orgánicos, generalmente no se emplea una pintura única, sino una serie de ellas, cada una con distinta función. Esto constituye lo que se conoce como sistema de pintura, que puede estar compuesto por: • Primario anticorrosivo • Capas intermedias • Acabado La adherencia que se consiga entre las pinturas y las superficies dependerá, en gran medida, del estado en que se encuentren dichas superficies y por lo tanto, entra 39

tores de riesgo de corrosión y ofrecer las soluciones de protección anticorrosiva con los criterios de frecuencia de reaplicación, así como dar a conocer los métodos más eficientes en la preparación de las superficies a recubrir.

ciativa, que cuenta con las siguientes ventajas: empleo de vapor sobrante, disminución de los costos, empleo de energía renovable, reducción de los efectos sobre el medio ambiente, etc. En general la emisión de contaminantes en calderas para bagazo es comparable a la de otros equipos que emplean biomasa. Debido a la naturaleza del ambiente industrial que origina el central azucarero aledaño a estas fábricas de alcohol, las instalaciones civiles o edificaciones que las conforman deben estar protegidas por pinturas adecuadas, del tipo vinílica para exteriores e interiores de paredes de mampostería y de esmalte sintético para madera y metal.

Principales condiciones corrosivas de la fábricas de alcohol Medio ambiente El medio ambiente en cada fábrica de alcohol tiene sus particularidades y cuando se pretende establecer un sistema de protección anticorrosivo eficiente es imprescindible tener en cuenta estas particularidades. El ambiente puede ser muy húmedo con régimen de precipitaciones frecuentes, o ser muy seco, o estar cerca de otras fábricas que emiten gases corrosivos. En Cuba, se estima que no existen niveles considerables de contaminación atmosférica, debido a que las industrias se encuentran alejadas de las ciudades y diseminadas a lo largo y ancho del país, por ejemplo los centrales azucareros y las fábricas de derivados de la caña. No obstante, no son despreciables los efectos que ejercen sobre el medio ambiente estas industrias al igual que la quema de la caña.

Producción de alcohol Materia prima La materia prima esencial en la producción de alcohol está constituida por la fuente de carbono, la que proporciona la energía requerida para la formación del mismo. La miel final (melaza) es la principal materia prima utilizada con estos fines por sus características idóneas, en lo referente a contenido de azúcares, aminoácidos, minerales y probióticos. Para llevar a efecto este proceso, las mieles, por lo general, son tratadas con vistas a la eliminación de sustancias nocivas y sólidos en suspensión, que inciden, negativamente en el proceso de fermentación y en la propia destilación, al aumentar las incrustaciones en la misma. Existen diferentes variantes de tratamiento, desde una simple sedimentación, hasta procesos de esterilización a altas temperaturas, con eliminación de sólidos. Generalmente, la miel se diluye a 45 ° Brix y al ponerla en contacto con vapor, se aumenta su temperatura hasta 80-85 °C, esto garantiza la eliminación de los microorganismos nocivos, el posible arrastre de sustancias volátiles y una mejoría de la mezcla, producto de la turbulencia que origina el burbujeo del vapor en el seno del líquido.

Emisiones de gases por las calderas de generación de vapor de los centrales azucareros y plantas de derivados El problema de la polución del aire en la industria azucarera está relacionado íntimamente con las características del combustible (humedad, cenizas, etc.), con las características del horno y de la caldera, así como con la operación de estos equipos. La industria azucarera cubana se caracteriza por el empleo del bagazo de caña de azúcar en la generación de vapor, solo en ocasiones es empleado fusel oil como combustible, sin embargo, en la industria de los derivados es generalizado el empleo de fusel oil. Por una parte, es necesario el empleo de vapor durante tiempos de no zafra, pero a pesar de la cercanía de las plantas de derivados al central no se emplea vapor generado a partir de bagazo, en este aspecto la dirección del Ministerio del Azúcar de Cuba se encuentra enfrascada en que en tiempo de zafra se cumpla esta ini-

Empleo de otros sustratos Con el objetivo de garantizar un aumento en la calidad del azúcar y un incremento 40

en la producción de alcohol y energía eléctrica, se comienza a introducir el uso de diferentes corrientes azucaradas del central de menor calidad para la producción de azúcar (jugo de los filtros, de los últimos molinos, de caña energética, etc.) en la producción de alcohol. Teniendo en cuenta estos objetivos, se deberán acondicionar a corto plazo las destilerías seleccionadas, lo que básicamente implica: • Clarificación de jugo. La clarificación para la fermentación de jugos difiere de la que se emplea normalmente para la producción de azúcar. En este caso, la lechada de cal está contraindicada por la frecuencia de incrustaciones en las columnas de destilación • Sistema de recepción y enfriamiento. • Equipos de medición de jugo entrando a destilería y proceso.

microorganismo. La levadura propagada pasa al pre fermentador en una relación de inoculación 1:5 a 1:10, para aumentar la masa biológica total y garantizar un inóculo con buenas características en la etapa de fermentación. El proceso de fermentación se realiza, en ausencia de oxígeno, para que se produzca la máxima cantidad de etanol posible y minimizar la formación de biomasa. En dependencia de la cepa de la levadura empleada, de los nutrientes presentes y de la temperatura de fermentación, la reacción transcurre en un tiempo entre 12 y 30 h. Para el caso de tiempos de fermentación en el entorno de las 12 horas es importante la concentración de levadura en el corbato. Es de destacar, que durante el procesamiento de grandes volúmenes de alcohol, por fermentación discontinua y considerando un buen estado fisiológico, la temperatura se convierte en el factor limitante fundamental, por su efecto negativo sobre el microorganismo, y, por ende, en el rendimiento alcohólico. De ahí, que en los países tropicales, el calor generado se extrae, normalmente, por refrigeración artificial, usando el sistema de torres de enfriamiento con recirculación de agua. De esta forma, es posible controlar el proceso a 33-35 °C, lo que asegura una rápida fermentación, con una máxima producción de alcohol en 16 a 18 h. Durante el proceso de fermentación alcohólica en las destilerías se producen grandes cantidades de CO2. Si se considera la densidad del alcohol como 0,79 g/ml, entonces teóricamente en la producción de un hectolitro de alcohol se emite a la atmósfera 75,56 kg de CO2, por lo que una destilería típica cubana de 600 hl/d libera 45 toneladas de CO2 diariamente. Por las características corrosivas de estos caldos, de los gases y volátiles que se generan, se deben proteger los fermentadores con pintura anticorrosiva resistente a la temperatura del proceso, con característica atóxica y/o sustitución progresiva por material de acero inoxidable.

Los depósitos de almacenamiento de estas materias primas deben estar protegidos contra la corrosión con recubrimientos resistentes a la acidez y abrasión en el interior, a la acidez en el exterior y con recubrimiento de tipo masilla o mortero anticorrosivo en el área circundante donde pueden ocurrir derrames o escurrimientos. Los datos sobre estas materias primas se tomaron del Informe del Proyecto 108.0.6710, Nov. 2001. Fermentación La miel, diluida y caliente, se introduce en un sedimentador continuo para la eliminación de los sólidos en suspensión. Este proceso se realiza en forma continua, la miel clarificada (no con lechada de cal), se enfría en un intercambiador de placas, y el agua de enfriamiento se utiliza para la dilución de la miel que entra al proceso. El fango se extrae por el fondo del sedimentador y se lava con agua caliente para extraer los azúcares que arrastra. El agua de lavado se utiliza también como agua de dilución. La miel clarificada y enfriada se vuelve a diluir hasta la concentración deseada, se ajusta el pH con ácido sulfúrico, adicionándosele las fuentes de fósforo y nitrógeno necesarias para la fermentación. El sustrato, una vez preparado, se envía al cultivador donde se encuentra con un cultivo puro propagado en el laboratorio, suministrándose aire para facilitar la multiplicación del

Destilación Los sistemas de destilación de alcohol utilizados son muy variados y pueden constar desde 2 columnas, 6 o más, en dependencia del grado de rectificación que se desee. En el caso de sistemas de destila41

ción de 3 columnas, las unidades básicas la constituyen: columnas destiladora, depuradora y rectificadora. Las diferencias de este sistema con otros de más columnas consisten en: 1. La operación de la columna depuradora con lavado de agua a contracorriente. 2. La adición de una columna para concentrar y separar el aceite de fusel. 3. El reposo del alcohol rectificado en una columna donde se separan los compuestos de punto de ebullición muy próximos al etanol.

una población de 625 000 habitantes. De ahí la importancia que reviste el tratamiento de estos líquidos residuales para su posterior disposición a los cursos receptores, por lo tanto los canales y receptores deben protegerse con recubrimientos anticorrosivos resistentes a agentes oxidantes. Sin embargo, dado su alto contenido en materia orgánica se han propuesto diferentes usos para los mismos, entre los que se destacan: mejoramiento de suelos, producción de biogás y concentración para su uso como alimento animal o también como materia prima para la producción de proteína unicelular.

Otro ejemplo interesante es el utilizado en los sistemas de destilación de 5 columnas, con la finalidad de obtención de alcohol absoluto. El esquema tecnológico propuesto se basa en la producción de flemas o alcohol de bajo grado el cual consta de un sistema de 2 columnas (destiladora y rectificadora). El proceso de obtención de flemas se basa en una columna destiladora a la cual llega el mosto (batición fermentada) a una concentración alcohólica de 8-12 % que es previamente calentado por intercambio regenerativo con los efluentes calientes que salen por el fondo de esa misma columna. El alcohol crudo, rico en impurezas, que se obtiene por el tope, es enviado al sistema de condensadores que posee la propia columna (1 condensador total y 2 parciales), parte de esos condensados son reflujados a la corriente de alimentación de la columna destiladora y el resto alimenta la segunda columna o columna rectificadora, en esta columna se eleva el grado alcohólico de la mezcla alcohol/agua hasta valores del orden de los 80 a 85 ºGl , que es lo que internacionalmente se denominan flemas o alcohol de bajo grado. Los residuales del proceso de producción de alcohol, a partir de mieles finales de caña presentan, por lo general, una DB0 (demanda bioquímica de oxígeno) alta, pudiendo llegar (en dependencia del grado de recuperación) a 60 000 ppm o más, con 10-12 ºBrix, un contenido de alrededor de 7 g/l de materia orgánica, estos efluentes se producen mayoritariamente por el fondo de la columna destiladora. Es decir, una destilería que descargue 1000 m3/d de líquidos residuales con un DB0 de 35 000 ppm, su contaminación sería equivalente a las de

Productos La mayoría de nuestras destilerías no producen alcohol anhidro, por lo que el agua que lo acompaña promueve la corrosión en los depósitos. Este producto que a opinión de muchos es el menos agresivo desde el punto de vista corrosivo, provoca pequeños huecos, como hechos con agujas, pero a partir de los mismos y en presencia de agua, oxígeno, ácidos, etc.; despliega una corrosión progresiva que afecta el acero de los depósitos. Por tanto, estos deben estar protegidos con recubrimientos anticorrosivos atóxicos. El alcohol anhidro es menos corrosivo, su corrosión depende más de las impurezas que contenga, que de él mismo. Sistemas de pinturas. Elección Como sistema de pinturas en la conservación industrial se conoce el conjunto de productos a utilizar, generalmente pertenecientes a una misma familia por la naturaleza de su ligante, incluyendo la preparación superficial necesaria, número de capas y espesor de la película, método de aplicación, intervalos de tiempo para el repintado y condiciones ambientales durante las operaciones, que aseguren una eficaz protección y presencia estética. La elección del sistema de pintura está condicionada por una serie de factores que deben ser estudiados cuidadosamente si quiere realizarse una protección duradera con el menor coste. Como norma general, toda especificación de pintura debe considerar: • Tipo de superficie a recubrir, indicando si se trata de estructura, tubería, depósitos, puertas, vagones, chimeneas, etc. 42

• Clase de material a pintar: hierro, acero, aluminio, acero galvanizado, hormigón, etc. • Estado de la superficie, indicando el grado de oxidación; si existe pintura vieja, tipo, estado y adherencia al soporte. • Lugar donde se encuentra la superficie a pintar: interior o exterior, ambiente rural, industrial, marino, tropical, soterrado, etc. • Clima dominante: temperatura que ha de soportar y grado de humedad habitual. • Agresividad del medio y forma de actuar: vapores, productos químicos, disolventes, de su naturaleza y concentración, temperatura y pH, salpicaduras, inmersión continua o eventual, etc. • Condiciones mecánicas que pueden sufrir: choques, abrasión, roce y posible corrosión mecánica por tensiones o fricción con vibración.

• Posibilidad de utilizar limpieza manual o mecánica, chorro de arena, etc. • Método de aplicación del que se dispone: pistola aerográfica o air-less, brocha, rodillo, etc. • Color y brillo que se desean: carta de colores del fabricante. En la tabla 1, se muestran los sistemas más utilizados en la conservación industrial, según los diferentes ambientes: Durabilidad de los sistemas de pinturas La durabilidad de un sistema de pintura (tiempo de vida esperado hasta el primer repintado general) depende de muchos factores externos tales como el medio ambiente, el diseño de la estructura, la preparación de la superficie y los procedimientos de aplicación y secado. La misma también está relacionada con las características físicas y químicas del sistema, o sea, el tipo de ligante y el espesor de película seca.

Tabla 1. Sistemas de conservación industrial más empleados según el ambiente I. A. D.

I. A. M.

I. I. I. Ac. Al. P. D. D. O.

Sistemas

I. N.

I. S.

I. M.

I. C.

Alquídico Alquídico clorocaucho Alquídico acrílico Bituminoso Clorocaucho Clorocaucho (capa gruesa) Vinílico Vinílico (capa gruesa) Epoxi Epoxi (capa gruesa) Epoxi sin solvente Alquitrán epoxi Poliuretano Silicato de zinc Silicona

E E

B E

R E

R B

A. T.

E. E.

B *

E *

B E

E=Exelente, B=Bueno, R=Regular, *=Consultar R=rural, U=urbano, M=marino, I.N.= industrial normal, I.S.=industrial severo, I.M.=industrial marino, I.A.D.=inmersión en agua dulce, I.A.M.=inmersión en agua de mar, I.Ac.D.=inmersión en ácidos diluidos, I.Al.D.=inmersión en álcalis diluidos, I.P.O.= inmersión en productos orgánicos, I.C.= inmersión en crudos: gasolina, fuel, A.T.=alta temperatura, E.E.=estructuras enterradas.

Estas características se evalúan por los ensayos de envejecimiento artificial, siendo el interés primario la resistencia al agua o a la humedad y a la niebla salina, como un indicativo de la adhesión en presencia de humedad y de las propiedades de barrera del sistema protector de pinturas. Para evaluar la durabilidad de los sistemas de pintura y definir el rango de la misma se utilizan los siguientes procedimientos normalizados (3-6): • Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia a la humedad (condensación continua). ISO 6270-1:98. • Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia al rociado salino neutro (niebla). ISO 7253:96. • Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia a líquidos. ISO 2812-1: 99. • Pinturas y barnices. Protección de estructuras de acero frente a la corrosión mediante sistemas protectores de pintura. ISO 12944:98. • Parte 1: Introducción general. • Parte 2: Clasificación de ambientes. • Parte 5: Sistemas de pintura protectores. • Parte 6: Ensayos de comportamiento en laboratorio.

mientos para la protección anticorrosiva. En cualquiera de los métodos que se seleccione deben ser observados los ordenamientos de seguridad recomendados. Preparación de superficies Para el buen comportamiento de un recubrimiento es indispensable la correcta preparación de la superficie a cubrir. Los métodos que se emplearán son los siguientes: A. Limpieza química. B. Limpieza manual. C. Limpieza con abrasivos. A.- Limpieza química Es el método con el que se elimina óxido, aceite, grasa, contaminantes y recubrimientos por acción física o química. El procedimiento que se menciona a continuación, constituye un proceso completo de preparación de superficies o auxiliar en combinación con otros procedimientos. Procedimiento: La limpieza química consta de las siguientes operaciones, que de acuerdo con las condiciones y especificaciones de cada obra, se podrá eliminar o modificar cualesquiera de las que se mencionan a continuación: • Las capas gruesas de grasa y contaminantes deberán eliminarse con rasqueta, espátula u otro medio. • Los nódulos de corrosión deberán eliminarse con herramientas de impacto. • Se aplicará con brocha o por aspersión la solución del producto químico seleccionado, dejándose sobre la superficie el tiempo de contacto suficiente para su acción. Si se emplean productos de marcas comerciales, las soluciones deberán prepararse y aplicarse de acuerdo con las instrucciones del fabricante. • Posteriormente, la superficie debe ser lavada con agua dulce para eliminar todos los residuos. Para probar la efectividad del lavado, debe hacerse la prueba con papel indicador de pH sobre el acero húmedo, hasta obtener un valor igual al del agua empleada. • En caso de emplear solventes, la tabla 2 muestra los que comúnmente se utilizan.

En ambientes de corrosividad alta (categoría de corrosividad C4) y muy alta (categoría de corrosividad C5-I), se plantean tres rangos de durabilidad para los sistemas de pintura: • Durabilidad baja, de 2 a 5 años. • Durabilidad media, de 5 a 15 años. • Durabilidad alta, más de 15 años. La durabilidad no es un período de garantía. La durabilidad es una consideración técnica que puede ayudar al especialista a establecer un programa de mantenimiento. El período de garantía tiene una consideración jurídica, objeto de cláusulas en la parte administrativa del contrato. El período de garantía es, usualmente, más corto que la durabilidad. No existen reglas que relacionen los dos períodos de tiempo. Preparación de superficies, aplicación e inspección de recubrimientos En este acápite se establecen los requisitos mínimos para la preparación de superficies, aplicación e inspección de recubri-

Aspecto y condiciones de aceptación de una superficie preparada por limpieza química Para aceptar una superficie preparada por limpieza química, la misma deberá 44

soplando la superficie con un chorro de aire seco y limpio. Tratándose de tableros e instrumentos eléctricos y neumáticos se usará una aspiradora. • Uso de herramienta neumática o eléctrica: Algunas de las etapas antes señaladas pueden realizarse mediante el uso de herramientas neumáticas o eléctricas portátiles.

Tabla 2. Solventes más empleados Solvente Naftas del petróleo Tolueno (toluol) Tricloroetileno Percloroetileno Xileno (xilol) Metil isobutilcetona Benceno Dimetil formamida

Especificación ASTM D-838 D-362 DD-3316 D-364 D-1153 D-836 D-2764

Aspecto y condiciones de aceptación de una superficie preparada por limpieza manual Para aceptar una superficie preparada manualmente, debe tener el mismo aspecto que un área de un metro cuadrado, seleccionada previamente como patrón y representativa de las condiciones generales. Se considera la superficie limpia o preparada para recubrirse, cuando solo presente restos de óxido o pintura bien adheridos y que no haya huellas de grasa, aceite y otras sustancias extrañas.

tener el mismo aspecto que un área de un metro cuadrado seleccionada previamente como patrón, y representativa de las condiciones de la superficie limpia (sin óxido, grasa o suciedad), de una superficie metálica similar a la preparada. B.- Limpieza manual Las etapas de que puede constar el procedimiento de limpieza manual para la preparación de superficies se indican a continuación, pudiendo eliminarse parcial o totalmente alguno de los pasos que se mencionan.

C. Limpieza con abrasivos Se refiere a la limpieza de superficies metálicas aplicando un chorro de abrasivos a presión. Los abrasivos comúnmente empleados son arena y granalla metálica.

Procedimientos: • Descostrado: Con ayuda de marro, martillo y cincel se quitarán las costras de óxido, escamas y restos de soldadura o escorias. • Lavado: Mediante el uso de solventes o detergentes deberá eliminarse toda clase de materias extrañas como aceites y grasas. • Rasqueteo: Las superficies deberán rasquetearse para eliminar depósitos de oxido, pintura o cualquier otra materia extraña. • Cepillado: En todos los casos, la superficie se debe frotar con cepillo de alambre de acero, hasta desaparecer los restos de oxido, pintura, u otras materias extrañas. • Lijado: Los restos de óxido, pintura, etc. que no se desprendan por medio de las operaciones anteriores, deberán lijarse, para obtener un anclaje adecuado. • Eliminación de polvo: La superficie se debe limpiar, con brocha de cerda o cepillo para eliminar las partículas de polvo. Se podrá hacer este trabajo también

Procedimiento: Consta de las siguientes operaciones y de acuerdo con las condiciones de la superficie o especificaciones de cada obra, se podrá eliminar o modificar la ejecución de cualquiera de estas operaciones: • Descostrado: Se hará como se especifica en el procedimiento de limpieza manual. • Limpieza: Los depósitos de óxido, pintura y cualquier otra sustancia extraña serán totalmente removidos de la superficie por medio del chorro de abrasivo. • Agente abrasivo: El agente abrasivo será clasificado entre mallas 18 y 80 de acuerdo al patrón de anclaje requerido. Cuando se use arena, esta será cuarzosa o de sílice, lavada y seca y no deberá estar contaminada con sales. Cuando se use granalla metálica, esta será del tipo munición acerada limpia y seca y escoria de coke o de cobre. • Rugosidad: La rugosidad o máxima profundidad del perfil que se obtenga en la superficie limpia y que servirá como anclaje para el recubrimiento, estará 45

comprendida entre 1 y 2,5 milésimas de pulgada, de acuerdo con el espesor de película del primario, el cual deberá ser mayor que la profundidad del perfil o anclaje. • Calidad del aire: El aire usado deberá estar exento de humedad, aceite o grasa. • Eliminación del polvo: Una vez efectuada la limpieza cuando se emplee chorro de arena, se hará una eliminación del polvo como se detalla en el procedimiento de limpieza manual. • Reutilización del abrasivo: La granalla metálica podrá usarse nuevamente en limpiezas posteriores, siempre y cuando esté libre de contaminantes, seca y tamizada por las mallas 18 y 80 de acuerdo al patrón de anclaje requerido.

Aspecto y condiciones de aceptación de una superficie preparada por limpieza con abrasivos Para aceptar una superficie preparada con abrasivo deberá tener el mismo aspecto que un área de dos metros cuadrados seleccionada previamente como patrón y representativa de las condiciones de la superficie por limpiar. Para comprobar que la profundidad de anclaje es la especificada, la superficie preparada se comparará con la del patrón aceptado, utilizando la lámpara comparadora de anclaje. CONCLUSIONES • Se ha enfocado el proceso de producción de etanol desde el punto de vista de la corrosión, para de esta forma poder entender la necesidad de protección anticorrosiva que se requiere.

En la tabla 3 se muestra el aspecto de las superficies preparadas según los procedimientos de preparación expuestos.

Tabla 3. Aspecto de la superficie según las especificaciones de preparación de la misma

Condición inicial.

Ráfaga: la superficie deberá estar libre de grasa, aceite, polvo, óxido flojo, escama de laminación floja, recubrimiento flojo, excepto que el óxido, escama de laminación y recubrimientos adheridos pueden permanecer en la superficie. Limpieza comercial: la superficie deberá estar libre de grasa, aceite, polvo, óxido, escama de laminación, recubrimiento viejo o cualquier otro contaminante. El acabado presenta ligeras manchas, vetas y decoloraciones en no más del 33 %. Si la superficie está picada pueden presentarse residuos de óxido y recubrimiento viejo. Metal blanco: el 100 % de la superficie deberá estar libre de grasa, aceite, polvo, óxido, escama de laminación, recubrimiento viejo o cualquier otro contaminante. El acabado presenta un color gris claro uniforme y variará según el abrasivo usado.

• Se han mostrado datos sobre los principales sistemas de protección anticorrosiva a fin de facilitar la elección del sistema que sea eficiente frente a los diferentes ambientes corrosivos identificados. • Se destacan los factores a tener en cuenta para garantizar un buen recubrimiento y dentro de estos la preparación de la superficie, aspecto sobre el que se expusieron diferentes métodos y sus respectivos controles de calidad.

AGRADECIMIENTOS Se agradece a los técnicos Arelys Rodríguez Padrón, Yanelis Carvajal Escamilla y María E. Rodríguez Dorrego la colaboración prestada para la realización de este artículo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Ramos, M.B.; Valdés, D.; Cruz, S.; Gómez, A.; Informe Etapa 4: Sistemas de

recubrimientos anticorrosivos a emplear en los equipos y áreas de la fábrica de etanol. (Propuesta), Código 16-3-08, LPB del CIIQ, Diciembre 2008. Gómez, A.; Ramos, M.B.; Seijo, A.; Valdés, D.; Cruz, S.; Fábricas de alcohol. Corrosión y Mantenimiento [CD] En: ICIDCA. Memorias DIVERSIFICACION 2008. La Habana. ISBN 978-959-716516-3. Norma ISO 12944:98. Pinturas y barnices. Protección de estructuras de acero frente a la corrosión mediante sistemas protectores de pintura. Parte 1, 2, 5 y 6. Norma ISO 6270-1:98. Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia a la humedad (condensación continua). Norma ISO 7253:96. Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia al rociado salino neutro (niebla). Norma ISO 2812-1: 99. Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia a líquidos.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 48 - 54

Maby Hernández-Curbelo, Raúl Sabadí-Díaz Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba maby.hernandez@icidca.edu.cu RESUMEN El incesante crecimiento de Internet ha hecho que se convierta en una gran biblioteca que almacena mucho del conocimiento humano, pues ofrece gran cantidad de recursos en diferentes formatos. Esto crea una situación en la que hay buenas y malas noticias. Las buenas están relacionadas con la disponibilidad de información pública sobre todos los temas imaginables, aunque encontrarla no siempre es tan fácil como a muchas personas les gustaría, sobre todo, a los principiantes. La actividad de buscar información en la red se ha hecho cotidiana, muchos piensan que es sencilla y no le conceden la importancia a hacer búsquedas eficientes. Estamos ante un mundo de conocimientos y posibilidades; sin embargo, debemos conocer las herramientas adecuadas para filtrar el ruido recibido o la información no relevante. Se argumenta la importancia que tiene el saber buscar información en la red. Se ofrecen posibles estrategias a seguir cuando se busca información especializada. También se describe la experiencia en la creación de un directorio que está disponible desde el sitio web del ICIDCA. Este cuenta con una gran cantidad de enlaces a sitios relacionados con el mundo azucarero, para facilitar el trabajo de técnicos y profesionales del sector cuando utilicen Internet. Palabras clave: Internet, información, azúcar, directorio temático. ABSTRACT The impending growth of Internet has made the web a huge library that stores a lot of human knowledge, offering an ample variety of resources in different formats. This creates a situation with good and bad news. The good ones are related with public information about all thinkable subjects, although it is not easy to find it as it would be desirable, especially to beginners. Information searching in the web is a daily activity, however many people think it is quite simple and efficient searching is not given its real importance. We are facing a world of knowledge and possibilities, nevertheless, we have to know these suitable tools able to filtrate all noise received as well as, irrelevant information. The importance of knowing how to find information in the net is shown. It offers possible strategies to follow when searching for specialized information. Also, we describe the experiences in the creation of a directory that is available from the ICIDCA’s web site. It has several to related sites to the sugar world, which can facilitate the work of technicians and professionals when using internet. Keywords: Internet, information, sugar, thematic directory. 48

INTRODUCCIÓN

crece constantemente y a partir de esta información se convierte ahora en un directorio temático especializado para el sector azucarero.

Internet es un amplio espacio en el que se puede encontrar casi todo tipo de información. Sin embargo, debido a las grandes dimensiones de la red, a la gran cantidad de páginas que esta contiene y al hecho de que la información no está filtrada, existen contenidos de buena y mala calidad, todos mezclados; por eso, es de gran importancia aprender cómo buscar información. Antes de empezar una búsqueda en Internet es aconsejable informarse sobre qué son los buscadores y cómo utilizarlos de la mejor manera; dominar las estrategias para afinar las búsquedas y aprovechar sus resultados; conocer la existencia de los directorios temáticos especializados y saber que existe información que no puede recuperarse con los mecanismos de búsqueda comunes, nos referimos a la llamada web invisible. Los mecanismos usuales de búsqueda tratan de abarcar toda la web, pero se calcula que los mayores motores de búsqueda alcanzan a indizar sólo entre un tercio y la mitad de los documentos disponibles. La web invisible no sólo es de mayor tamaño que la web visible o superficial, sino que crece a mayor velocidad. Asimismo, mucha información disponible en la web profunda, como la que se encuentra en bases de datos, tiene un alto valor potencial para el usuario. En la búsqueda de información especializada podemos auxiliarnos de los directorios temáticos. El directorio temático es un recurso de información digital que ofrece enlaces a otros recursos para satisfacer las necesidades de los usuarios. En la actualidad, es una forma útil y cómoda de acceder a los documentos y organizar los recursos de información. El directorio temático especializado permite ampliar los servicios, sobre la base de la descripción de recursos, los cuales organiza siguiendo unos criterios de selección, descripción, análisis y clasificación, soportados en el trabajo de especialistas y no de máquinas; por lo tanto, ofrecen recursos de información de alta calidad. En el sitio web del ICIDCA (1) está disponible un directorio con enlaces a sitios relacionados con el sector azucarero, organizados en diferentes categorías, por lo que resulta de valiosa utilidad para los usuarios vinculados a este sector. Este directorio

DESARROLLO La World Wide Web es, sin duda alguna, el servicio más utilizado en Internet. El Web es un impresionante flujo de información, en constante movimiento y es absolutamente indispensable el uso de herramientas para buscar datos en su interior, así como saber trazar estrategias (2). Existen dos grupos básicos de herramientas que debemos conocer: • Motores de búsqueda. • Directorios temáticos especializados. En dependencia de lo que se quiera buscar, y la estrategia que se trace, se utilizarán unos u otros. Motores de búsqueda Los motores de búsqueda son programas que recorren la red recopilando e indizando la información. Periódicamente, revisan las páginas para mantener la actualización (2). No están organizados por categorías de temas. Contienen textos completos (cada palabra) de las páginas de la red que enlazan. Usted encontrará páginas, mediante el uso de palabras que coinciden con las que están en las páginas que usted desea. Capturan con frecuencia gran cantidad de información. Los contenidos no están evaluados, por lo tanto, contienen lo bueno, lo malo, lo bonito y lo feo. Usted debe evaluar todo lo que encuentre. Estos rastrean e indizan de forma automática páginas web, así como todos los documentos referenciados en ellas. Los buscadores también añaden a sus bases de datos las páginas de cuya existencia son informados directamente por sus autores, así como los documentos referenciados en las mismas. Los buscadores presentan interfaces para el público, que consisten en cuadros donde realizar búsquedas de forma sencilla. Ejemplos de buscadores lo son Google y Altavista. Los motores de búsqueda no pueden acceder a las páginas generadas dinámicamente porque los robots computarizados o 49

spiders que las construyen no pueden digitar las búsquedas requeridas para generar las páginas. Los spiders (arañas) encuentran páginas al visitar todos los enlaces de las páginas que "conocen". A menos que existan enlaces en alguna parte y que los puedan utilizar para regenerar las búsquedas especializadas de base de datos, el contenido de la base de datos está fuera de su alcance. Aquellas páginas que requieren claves para accederlas también están cerradas a los motores de búsqueda porque los spiders no pueden digitarlas. Los directorios rara vez tienen el contenido de esas páginas, pero como los directorios son elaborados por personas capaces de digitar, no hay razón para que los directorios no puedan contener enlaces que, al ser activados, realicen una búsqueda en la base de datos que puede generarse dinámicamente cada vez que se activa. La tabla 1 muestra algunas búsquedas realizadas con palabras claves de la temática azucarera y sus resultados. Se utilizó el buscador Google, un motor de búsqueda muy usado en la actualidad. Estos ejemplos evidencian la necesidad de hacer búsquedas en idioma inglés, pues existe mucha más información en la red en este idioma. Además, cuando se busca información especializada se debe tener en cuenta que hay ciertos términos que en inglés pueden aparecer de diferentes maneras, por lo tanto, debemos considerarlo para no dejar que se nos escape alguna información que, eventualmente, podría ser la que

se está buscando. También podemos apreciar cómo refinando la búsqueda vamos reduciendo los resultados y así llegaremos a la información deseada más rápidamente. Directorios temáticos especializados Los directorios temáticos, en su formulación actual, representan una vía válida para la organización de los recursos de información, y para proveer una forma de localización y acceso a ellos (3). Los directorios temáticos son construidos con intencionalidad, no por programas robotizados, y están organizados por categorías de temas. Los temas no están estandarizados y varían de acuerdo con el alcance de cada directorio. Nunca contienen los textos completos de las páginas de la red que enlazan. Usted solamente puede buscar lo que ve: títulos, descripciones, categorías de temas, etc. Utiliza términos amplios y generales. Los hay desde pequeños y especializados hasta muy amplios, pero en general, son más pequeños que la mayoría de los motores de búsqueda. Los hay en un amplio rango de tamaños. Generalmente, evaluados y anotados cuidadosamente, aunque no siempre es así. Directorio azucarero En el ICIDCA se ha desarrollado un directorio con enlaces a sitios relacionados con el mundo azucarero, el cual se encuentra disponible en su sitio Web (1). Se ha organizado en siete categorías: • Asociaciones y organizaciones. • Investigación y servicios técnicos.

Tabla 1. Algunas búsquedas realizadas con palabras clave de la temática azucarera Palabras clave Industria azucarera Sugar industry "agroindustria azucarera” "sugar agroindustry" "caña de azúcar" "sugarcane" "sugar cane" Cuba "industria azucarera" Cuba producción "industria azucarera" Cuba producción Matanzas "industria azucarera" Cuba producción Rabí "industria azucarera"

Resultados aproximados y tiempo 718 000 resultados (0,04 segundos) 2 130 000 resultados (0,21 segundos) 61 200 resultados (0,10 segundos) 3 720 resultados (0,23 segundos) 10 700 000 resultados (0,28 segundos 5 970 000 resultados (0,19 segundos) 9 090 000 resultados (0,21 segundos) 703 000 resultados (0,33 segundos) 459 000 resultados (0,44 segundos) 88 800 resultados (0,38 segundos) 1 290 resultados (0,40 segundos)

• • • • • •

Revistas. Redes. Información. Productores. Maquinaria y equipamiento. Productos para la agricultura.

Agroindustrial y otros documentos a través de su biblioteca. • Revistas Doce sitios forman parte de esta categoría. Entre ellos, el sitio de la revista International Sugar Journal (16). También están, entre otras, JornalCana (17), la Revista Industrial y Agrícola de Tucumán (18) y Procaña (19).

• Asociaciones y organizaciones Esta categoría cuenta con enlaces a 53 sitios de asociaciones y organizaciones que tienen relación con el mundo azucarero, como las Asociaciones de Técnicos Azucareros de Costa Rica (ATACORI) (4), Guatemala (ATAGUA) (5) y México (ATAM) (6). ATACORI ofrece una biblioteca virtual basada en documentación generada por la asociación y posee una herramienta de búsqueda para facilitar la localización de documentos. Aparece además el sitio de la ISSCT, Sociedad Internacional de Tecnólogos de la Caña de Azúcar (7), donde hay información sobre talleres y congresos futuros y ya celebrados. De los celebrados es posible acceder a gran cantidad de información valiosa. Otro sitio que forma parte de esta categoría es el de la Organización de Productores y Consumidores de Etanol, EPAC (8). Este presenta información sobre la producción de etanol a partir de granos como una fuente de energía limpia y renovable, así como los encuentros y talleres celebrados y los futuros. Presta un servicio de noticias con abundante información (9).

• Redes Esta categoría cuenta con un sitio: Red BIALEMA, CYTED (20), red para la producción de Biocombustibles y su impacto alimentario, energético y medioambiental. La red trabaja para determinar, tomar conocimiento y divulgar los impactos que ocasiona la producción de biocombustibles sobre la producción de alimentos, sobre su efecto energético neto y de la incidencia sobre el medio ambiente incluyendo el aspecto de reducir la emisión de gases de efecto invernadero. En su sitio incluye información de todas las instituciones que forman parte de ella, así como la divulgación de sus actividades y resultados. • Información Esta categoría cuenta con 12 sitios, la encabeza el portal Sugar online (21), sitio web dedicado a la industria azucarera y es el sitio web, relacionado con el azúcar, más frecuentemente visitado, con un promedio de más de 20 000 accesos diarios y el de mayor cantidad de vínculos relacionados con el azúcar, con más de 600 enlaces a sitios azucareros (22). También aparecen sitios que contienen glosarios de la industria azucarera como el sitio Glossary of Sugar Terms (23) y Triveni Engineering & Industries (24). Destaca además, la biblioteca de los Ingenieros Azucareros (25), la cual presenta información útil sobre propiedades físicas y termodinámicas, datos de ingeniería, glosario de términos azucareros, precios del azúcar y algunos softwares que se ofertan sin costo para el solicitante.

• Investigación y servicios técnicos Esta categoría cuenta con 25 sitios. Aquí se destacan el Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia (CENICAÑA) (10), el cual permite acceder a diferentes publicaciones como: Carta Trimestral, Serie divulgativa, Informe anual, Serie técnica y Serie Procesos Industriales; el Centro Guatemalteco de Investigación y Capacitación de la Caña de Azúcar (CENGICAÑA) (11) y el Centro de Tecnología Canavieira (CTC), Brasil (12). Aparece además, el Instituto de Investigaciones Azucareras de Australia (SRI) (13), el Instituto de Estudios del Azúcar y la Remolacha (IEDAR), España (14) y el sitio de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) (15), en el cual se puede acceder a la revista

• Productores Esta categoría cuenta con enlaces a 67 sitios de productores de azúcar, organizados por países. Aquí aparecen sitios de Argentina, Brasil, Colombia, El Salvador, 51

España, Estados Unidos, Guatemala, Panamá, Perú, Sudáfrica y Venezuela. Por ejemplo, en Colombia aparece Riopaila Castilla S.A (26), sociedad comercial del tipo de las anónimas, productora de azúcar, mieles y alcohol, que tiene 82 años de experiencia en el mercado nacional e internacional.

los mecanismos de búsqueda comunes y que rara vez está en directorios temáticos de manera directa. Estos mecanismos tratan de abarcar toda la web, pero se calcula que los mayores motores de búsqueda alcanzan a indizar sólo entre un tercio y la mitad de los documentos disponibles. La web invisible no sólo es de mayor tamaño que la web visible o superficial, sino que crece a mayor velocidad. Asimismo, mucha información disponible en la web profunda, como la que se encuentra en bases de datos, tiene un alto valor potencial para el usuario (32). La Web le permite acceder a muchas bases de datos especializadas, mediante la utilización de una casilla de búsqueda en una página de la red (ejemplo: cualquier catálogo de biblioteca, o algunas bases de datos estadísticos que se pueden buscar en la Red). Los términos o palabras que usted utiliza en la búsqueda son enviados a esa base de datos especializada y luego son devueltos como respuesta en otra página de la red generada dinámicamente. Esta página no se conserva en ninguna parte una vez finalizada la búsqueda. Si bien el 90 % de las bases de datos están públicamente disponibles en Internet, los robots de los buscadores solamente pueden indicar su página de entrada (homepage) y son incapaces de entrar dentro de las tablas e indizar cada registro, les falta la habilidad para interrogarlas, seleccionar sus opciones y teclear una consulta para extraer sus datos. La información almacenada es por consiguiente "invisible" a estos, ya que los resultados se generan en la contestación a una pregunta directa mediante páginas dinámicas (ASP, PHP), es decir, páginas que no tienen una URL fija y que se construyen en el mismo instante (temporales) desaparecen una vez cerrada la consulta. Por cada millón de páginas visibles hay otros 500 o 550 millones ocultas, y gran parte de estas suelen ofertar su información pública y gratuitamente. DeepDyve (33) ofrece una herramienta de investigación gratuita para quienes quieren acceder a la "Internet profunda". Según Deepdyve, esto representa el 99 % de la Internet, la que queda fuera del alcance de los buscadores como Google y Yahoo. Este servicio actualmente está en fase beta y los consumidores interesados pueden registrarse en este sitio.

• Maquinaria y equipamiento Esta categoría cuenta con 28 sitios. Entre ellos se encuentra la corporación Edwards Engineering (27), líder en la tecnología de manipulación y procesamiento de la caña, este sitio presenta una documentación amplia en formato PDF sobre sus ofertas (22). También aparece la compañía alemana BMA (28), uno de los suministradores más importantes de la industria azucarera, su sitio web ofrece datos técnicos sobre instalaciones ya existentes y la posibilidad de solicitar información de eventos ya celebrados. Otra compañía que forma parte de esta categoría es BROADBENT de Gran Bretaña (29). Este sitio ofrece información sobre sus productos y permite descargar información técnica. • Productos para la agricultura Esta categoría está formada por dos sitios: SYNGENTA (30) y Bayer CropScience (31). La compañía Bayer CropScience actualmente atiende el mercado agrícola con productos para la protección de cultivos por medio de sus segmentos de fungicidas, insecticidas, herbicidas y tratamiento de semillas. En su sitio ofrece acceso a las publicaciones Stockholders Newsletter y Sustainable Development. Este directorio sobre el mundo azucarero va creciendo constantemente, por lo que se le incorporará una herramienta de búsqueda para facilitar la localización de información por diferentes criterios y lograr en un futuro tener un directorio temático especializado. Por supuesto, por sí mismo no es suficiente para suministrar toda la información relevante asociada al mundo azucarero que a veces está oculta en la llamada web invisible. La Web invisible La Web invisible o profunda contiene información que no puede recuperarse con 52

Algunos de los servicios que ofrece DeepDyve son: • Respuestas a preguntas complejas, con resultados relevantes. • Le evita al usuario la complicación de tener que escribir el "requerimiento perfecto". La tecnología KeyPhrase permite a los usuarios hacer requerimientos que pueden ir desde unas pocas palabras hasta copiar y pegar un artículo completo. • Permite acceder a contenido experto que no es fácil de encontrar en Internet. • Con el servicio DeepDyve Pro, el usuario accede a funcionalidades más potentes como carpetas dinámicas, agrupamiento visual y filtros más potentes. El volumen de información es el mismo que para el servicio gratuito. Las áreas en las que hoy DeepDyve ofrece búsquedas en la Internet profunda son: Ciencias de la Vida (35 materias, entre ellas biología, biotecnología y genética), Ciencias Físicas (tecnologías de la información, ingeniería, energía, entre otras), Patentes (de las oficinas de EE.UU. y Europa) y Wikipedia (una búsqueda más a fondo de la popular enciclopedia online). Uno de los recursos fundamentales para localizar la información de la Internet invisible son las recopilaciones de bases de datos incluidas en http:\\www.invisiblewb.com (34), que reúne, analiza y describe más de 10 000 bases de datos organizadas en un índice temático por categorías y sub-categorías. Permite realizar búsquedas simples y avanzadas. Desde la página THE BIG HUB (35) se puede buscar directamente en unas 1 500 bases de datos en Internet. Las bases de datos están organizadas por categorías y sub-categorías, lo que nos permite navegar por ellas, hasta localizar la que nos interesa. Otra forma de realizar las búsquedas es mediante su buscador. A la hora de realizar las búsquedas en los motores tradicionales, vamos a encontrar una serie de dificultades. En primer lugar, utilizar operadores lógicos para acotar la búsqueda y no encontrar demasiado "ruido" documental. En segundo lugar, y suponiendo que hayamos realizado bien nuestra búsqueda, habrá que tener en cuen-

ta que en la lista de resultados no siempre los primeros van a ser los más relevantes, ya que en muchos buscadores se negocia con los primeros puestos de cada categoría; no todos los motores de búsquedas son tan "democráticos" como Google, en el que aparecen en los primeros lugares, las páginas que tienen más hipervínculos a ellas. En tercer lugar, una vez que realicemos nuestra búsqueda, hay que tener en cuenta que los motores de búsqueda, incluso los más potentes, no son capaces de indizar más que una pequeña parte de Internet, y como hemos visto, no acceden a la información que permanece oculta en las bases de datos. Todo esto conduce a que, en el momento de realizar determinadas búsquedas habrá que recurrir a otros tipos de instrumentos de recuperación de la información como los mencionados anteriormente, si queremos evitar quedarnos en la superficie, sin llegar al fondo del problema. El directorio temático azucarero que se desarrolla en el ICIDCA tiene como objetivo ofrecer acceso a bases de datos de información, que puedan ser interrogadas por los usuarios del directorio. En este sentido, se trabajará en la conexión de la Biblioteca Virtual de los Derivados de la Caña de Azúcar, también desarrollada en el ICIDCA con alcance para la industria azucarera nacional y otros usuarios registrados. CONCLUSIONES Nos enfrentamos a un mundo de información que crece constantemente y carece de las normas de control bibliográfico, tal como las que tenemos en el mundo impreso; por eso, es importante conocer y utilizar herramientas de búsqueda eficientes y desarrollar técnicas efectivas. Las claves del arte de buscar no consisten en conectarse al buscador ni en recorrer miles de documentos, sino en aprender a detallar los pedidos con la precisión necesaria y saber qué herramienta utilizar en cada momento. En Internet existe muchísima información sobre la industria azucarera; en este sentido, los directorios temáticos representan una vía válida para la organización de estos recursos de información, y para proveer una forma de localización y acceso a los mismos. 53

Existe información que no puede recuperarse con los mecanismos de búsqueda comunes, nos referimos a la información que permanece oculta en las bases de datos; por lo tanto. a la hora de realizar determinadas búsquedas habrá que recurrir a otro tipo de herramientas de recuperación de la información capaces de realizar búsquedas en la llamada web invisible. El ICIDCA ha desarrollado un directorio temático azucarero que pretende llegar a ofrecer utilidades hoy restringidas a la llamada web invisible. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. http://www.icidca.cu 2. Hernández, M. Herramientas de búsqueda en Internet. Revista ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar (La Habana), 36 (1):15-19, 2002. 3. Navarro, D., Tramullas, J. Directorios temáticos especializados: definición, características y perspectivas de desarrollo. Revista Española de Documentación Científica. 28 (1): 49-61, 2005. 4. http://www.atacori.co.cr 5. http://atagua2002.fateback.com 6. http://www.atamexico.com.mx 7. http://issct.intnet.mu 8. http://www.ethanolmt.org 9. Pérez, O., Gozá, O. Internet y la Industria Alcoholera. Memorias de Diversificación 2002, La Habana. 10. http://www.cenicana.org

11. http://www.cengicana.org/Portal/Home. aspx 12. http://www.ctcanavieira.com.br 13. http://www.sri.org.au 14. http://www.iedar.es 15. http://www.eeaoc.org.ar 16. http://www.agra-net.com/portal/puboptions.jsp?option=menu&publd=ag043 17. http://www.jornalcana.com.br 18. http://www.scielo.org.ar/scielo.php/ script_sci_serial/pid_1851-3018/lng_ es/nrm_iso 19. http://www.procana.org 20. http://www.icidca.cu/Red/Bialema.htm 21. http://www.sugaronline.com 22. Goza, O., Valdés R., Santana R. Internet y la industria Azucarera. Centro Azúcar. Volumen1, 2001. 23. http://www.sugarindia.com/glossary.htm 24. http://www.trivenigroup.com/sugarinformation/sugar-industryglossary.html 25. http://www.sugartech.co.za 26. http://www.riopaila-castilla.com/ 27. http://www.edward_engrg.com 28. http://www.bma-de.com 29. http://www.broadbent.co.uk 30. http://syngenta.com 31. http://www.bayercropscience-ca.com 32. Moreno, P. Estrategias y mecanismos de búsqueda en la web invisible. Mayo, 2005 Disponible en http://www.umng. edu.co/www/resources/web invisible. pdf 33. http://www.deepdybe.com 34. http://www.invisibleweb.com 35. http://thebighub.com

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2011, vol. 45, no. 3 (septiembre-diciembre), pp. 55 - 59

Magdalena Lorenzo-Izquierdo1, Estrella Patricia Zayas-Ruiz2, Mercedes Guerra-Rodríguez1, Deborah Crespo-Zayas1, Gretel Mieres-Balmaseda1 1.Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba magdalena.lorenzo@icidca.edu.cu 2.Facultad de Ingeniería Química. Instituto Superior Politécnico "José Antonio Echeverría". ISPJAE. La Habana,Cuba

RESUMEN Se analiza la posibilidad de diferenciar un ron añejo extra de otros añejos, mediante la determinación de los espectros UV-Vis e Infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR) y el empleo de la quimiometría. Se emplearon muestras de rones añejos de diferentes orígenes de producción, las que fueron analizadas en el Centro de Referencia de Alcoholes y Bebidas (CERALBE) y en el Laboratorio de Polímeros del ICIDCA. Se analizaron muestras puras y mezclas de rones adulteradas. Con los resultados obtenidos se logra diferenciar tipos de añejos, estos mostraron que existe separación por grupos al realizar los Análisis de Componentes Principales (PCA). La mejor separación de los grupos se logra cuanto más adulterado haya sido el ron. Palabras clave: autenticidad, espectroscopía, rones añejos, quimiometría, Análisis de Componentes Principales. ABSTRACT The possibility to differentiate extra-aged rum from other aged rums by means of of UVVIS and Fourier Transform Infrared (FTIR) spectra of samples and the use of Chemometrics is analyzed. Samples of aged rums of different production origins were analyzed in the Center of Reference for the Production of Alcohols and Drinks (CERALBE) and the laboratory of polymers of the ICIDCA. Pure aged rum samples and adulterated mixtures with white rums were analyzed. According to our results it is possible to differentiate types of aged rums, which showed that there is a separation in different groups when Principal Component Analysis (PCA) was carried out. As adulteration increases the separation in PCA analysis from pure aged rums also increases. Keywords: authenticity, spectroscopy, aged rums, Chemometrics, Principal Component Analysis. 55

INTRODUCCIÓN

Las muestras analizadas con un espectro fuera del intervalo para referencias genuinas son por esto estimadas sospechosas, lo que permite que su autenticidad sea más tarde confirmada en el laboratorio, mediante cromatografía de gases. Se ha informado que esta novedosa aplicación (4) ha posibilitado llevar a cabo los análisis de autentificación de marcas en lugares remotos donde la cromatografía gaseosa no ha estado disponible, así como la introducción de pruebas de campo, mediante el empleo de un espectrofotómetro portátil, manuable y pequeño. La autenticidad del ron cubano no ha sido determinada de acuerdo con estos estándares y resulta imperioso entrar en este mundo donde se reconoce la autenticidad de los alimentos (5). En este sentido, este trabajo tiene entre sus principales objetivos utilizar la Espectroscopía UV-VIS y FTIR como herramientas útiles para demostrar autenticidad en rones añejos y adulterados, al realizar análisis multivariante con datos experimentales de los espectros y Análisis de Componentes Principales (PCA).

Cuba cuenta ya con una tradición ronera y en el mundo entero se aprecian los aromáticos rones cubanos. Se exporta una amplia variedad de rones de diferentes marcas, tales como: Havana Club, Santiago de Cuba, Cubay, Santero, Mulata, Caribbean Club, Legendario y Arecha, entre otros. Estos rones se encuentran clasificados de la siguiente manera: Silver Dry, Refino, Palma, Carta Blanca, Añejo Blanco, Añejo Ambarino, Carta Oro, Añejo Reserva, Añejo Oscuro y Extras. Un producto auténtico es aquel que responde a la descripción dada por su fabricante, pero este puede ser adulterado con otro producto de más baja calidad y venderse como el original. La adulteración de bebidas alcohólicas es una práctica común no solo en las fábricas donde se producen, sino en los lugares donde se venden como bares y restaurantes. Según la legislación existente en Europa, se otorgan sellos de protección a los alimentos en los que está demostrada su diferenciación en cuanto al área geográfica, a que poseen carácter tradicional tanto en las materias primas como en los medios de producción o a que presenten un vínculo geográfico común, en al menos uno de los estadios de la producción, procesamiento o preparación. Existen numerosos estudios reportados en la literatura relacionados con la caracterización de bebidas alcohólicas. El elevado potencial de la espectroscopía infrarroja en el análisis de bebidas alcohólicas ya fue sugerido previamente, a partir del análisis de extractos de brandies y cognacs (1). Recientemente, un grupo de investigación (2) demostró la factibilidad de la espectroscopía cercana infrarroja y la espectroscopía media infrarroja de transformada de Fourier (EMIFT), para el monitoreo analítico en fábricas de vinos (2, 3). El autentificador de marcas fue producido y comercializado por Spectroscopic & Analytical Developments (SAD). Este autentificador está basado en el espectro de absorción ultravioleta y visible de marcas específicas de whiskeys escoceses, los cuales producen rangos de absorbancia consistentes; así fue posible el desarrollo de este método rápido, barato y de fácil traslado.

MATERIALES Y MÉTODOS Se realizaron estudios de espectros IR y UV-VIS en muestras de rones añejos y añejo extra que no han sido identificados por confidencialidad a los clientes y muestras adulteradas con 20 y 50 % de ron Carta Blanca. Para el análisis de los componentes principales no se tuvieron en cuenta los rones añejos sin identificar. Espectrofotometría UV-VIS Se llevó a cabo en un espectrofotómetro UV-VIS Ultrospec 2000 (Amersham Pharmacia Biotech AB, Uppsala, Suecia). El rango de longitudes de onda para el barrido se estableció desde 200 a 600 nm, con una velocidad de registro de 4000 nm/min en una cubeta de 10 cm contra un blanco de aire. Espectrofotometría FTIR Los espectros se realizan en un Espectrómetro FTIR modelo Vector 22 (Bruker Optik GMBH, Ettlingen, Alemania), en el rango de 4000 a 600 cm-1, en unidades 56

RESULTADOS

de absorbancia con aditamento de ATR (Attenuated Total Reflection) a resolución de 4 cm-1 con una acumulación de 30 scans y un ajuste de la línea base en 64 puntos. El procesamiento de los espectros se realiza mediante el Software OPUS NT.

Espectrometría ultravioleta En un principio, se analizaron los diferentes tipos de rones a los que se le realizan espectros normales con bandas muy anchas, alrededor de 284 nm, con evidencias marcadas de absorciones múltiples, por lo que se decide aplicar la técnica de Espectroscopía electrónica derivativa con el orden de la cuarta derivada. Los resultados donde se observan múltiples componentes se reflejan en la tabla 1. En la tabla, se muestra la presencia de varios componentes en la banda de absorción que se encuentra alrededor de 284 nm. Esto puede tener origen en las bandas de vibración de los compuestos aromáticos, aunque puede deberse a la presencia de mezclas. La adulteración de muestras se analiza teniendo en cuenta la comparación de los espectros de los rones añejos, añejo extra y Ron Carta Blanca con las mezclas realizadas de estos rones añejos, con la adición del 20 y 50 % de Ron Carta Blanca como se observa en el figura 1. Se observa un espectro bien diferente correspondiente al Carta Blanca, en tanto que los otros rones al ser bebidas coloreadas muestran mayores absorbancias. Independientemente del ruido que se pre-

Quimiometría o estadística multivariante Se empleó el Análisis de Componentes Principales para transformar las variables originales en nuevas variables llamadas Componentes Principales y se utilizó la técnica de validación cruzada para determinar el número de componentes principales que se necesitan en el modelo. Este método es más extenso en tiempo que la corrección por leverage, pero el estimado de la varianza residual es más confiable. Estos datos espectroscópicos, preparados en Excel, se exportaron al software UNSCRAMBLER v. 8.0 (CAMO ÅS, N-7401 Trondheim, Noruega). Se realizaron, entonces, los análisis con la data completa de todas las muestras denominadas datos originales. El análisis de componentes principales (PCA) se realizó para diferentes condiciones, a partir de las transformaciones a las mediciones como la corrección multiplicativa de dispersión (MSC) o derivadas al conjunto de variables, de forma tal que se obtuvieran las mejores separaciones de los grupos.

Tabla 1. Espectros normales de rones y espectros de la cuarta derivada de la banda de absorción correspondiente a 284 nm Muestras Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron Ron

Añejo 1 Añejo 2 Carta Blanca 1 Añejo 3 Añejo 4 Carta Blanca 2 Añejo 5 Añejo extra 1 Añejo extra 2 Carta Blanca 3 Añejo extra 1 20 % Añejo extra 1 50 % Añejo extra 2 20 % Añejo extra 2 50 %

Banda de absorción del espectro normal (nm) 274 284 284 284 278 284 278 284 284 284 284 284 284 284 57

Componentes de la banda de absorción a 284 (nm) 267,275, 284 270, 273, 281, 284, 270, 273, 281, 284 269, 278, 281, 284 261, 278, 280, 284 265, 274, 281, 284, 285, 288 268, 278, 284 270, 273, 281, 284, 270, 273, 281, 284, 265, 274, 281, 284, 285, 288 270, 273, 281, 284, 270, 273, 281, 284, 270, 273, 281, 284, 270, 273, 281, 284,

senta en la zona de máxima absorbancia, es posible diferenciar las muestras con la aplicación de la Quimiometría.

Figura 3. PCA con datos originales eliminando el ron Carta Blanca de los datos. Figura 1. Espectros UV-VIS del ron carta blanca y los añejos con las mezclas preparadas.

derecha del primer componente, mientras que las correspondientes al 20 % permanecen más cercanas al añejo original. Este comportamiento es esperado ya que con mayor dilución la posición de los rones debe estar más alejada del compuesto original. Buscando una mejor separación de los grupos, se realizó (MSC) así como Savitsky Golay 1 derivada, Savitsky Golay 2 derivada, pero con estas transformaciones no se obtuvieron mejores resultados. Espectrometría FT-IR En la espectrometría FT-IR de los diferentes rones se realizaron las asignaciones de los espectros. Se observa que en estos aparece una banda de absorción ancha en la zona de 3347 cm-1 característica de los grupos hidroxilos (ver figura 4). En la zona de 2980 a 2890 cm-1 aparecen bandas de baja intensidad características de los grupos CH3 y CH2 alifáticos. En la zona del espectro de 1453 a 1328 cm-1 se observan las bandas de doblaje de los grupos CH3 , CH2 y OH. En 1086 cm-1 se puede ver la banda del stretching C-O y a 1044 cm-1, el doblaje de torsión del grupo CH2 . Con la asignación se puede concluir que se obtiene un espectro muy similar al del etanol, en cuanto a números de banda y posición, pero existen variaciones en las intensidades relativas de estas. En los espectros IR no se observan las frecuencias características de los grupos aromáticos que pudieran corroborar los resultados alcanzados en la Espectroscopía UV. Esto puede ser explicado a partir de la

Figura 2. Análisis de componentes principales (PCA) con datos originales de los espectros UV- visible. El análisis de componentes principales (PCA) aparece en la figura 2. En la figura se evidencia que la varianza explicada por los dos primeros componentes comprende el 98 % de la varianza total y existe una correcta separación de los grupos de muestras. El ron Carta Blanca se encuentra bien separado de los añejos, al igual que las muestras adulteradas, que se separan de sus añejos originales de acuerdo con el nivel de adulteración Cuando se eliminó el ron Carta Blanca del análisis, se manifiesta la distribución que se observa en la figura 3. Aquí se observa que los rones añejos extra con 50 % de adulteración están a la 58

asunción de la baja concentración de estos compuestos aromáticos.

za total. Se realizó un análisis posterior del gráfico de puntos eliminando los intervalos de ruido, pero la mejora no fue significativa con relación a la varianza explicada. CONCLUSIONES 1. El uso del IR y UV sirven como herramientas analíticas rápidas y confiables para el análisis de muestras complejas de rones. 2. Se logra diferenciar tipos de añejos, estos mostraron que existe separación por grupos al realizar los Análisis de Componentes Principales (PCA). 3. La mejor separación de los grupos se logra cuanto más adulterado haya sido el ron.

Figura 4. Espectros FTIR de las muestras de rones añejos, añejos extra y muestras adulteradas. Los espectros se muestran muy similares y no es posible diferenciar los diferentes rones y adulteraciones con solo este análisis, pero aplicando la quimiometría se obtuvo el siguiente resultado que se muestra en la figura 5.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Bellanato, J.; Bravo-Abad, F. Análisis de componentes del brandy por espectroscopÍa infrarroja. Rev. Agroquím. Tecnol. Aliment. 28, 379-394. 1988. 2. Cuadrado, U.M. Luque de Castro, M. D. Pérez-Juan, P. Gómez-Nieto, M. Comparison and joint use of near infrared spectroscopy and Fourier transform mid infrared spectroscopy for the determination of wine parameters. Talanta 66 218-224. 2005. 3. Pontes, M.J.C. Classification of distilled alcoholic beverages and verification of adulteration by near infrared spectrometry. Food Research International 39 (2): 182-189. 2006. 4. MacKenzie, W.M.; Aylott, R.I. Analytical strategies to confirm Scotch whisky authenticity. Part II: Mobile brand authentication. The Analyst, 129 (7), 607-612. 2004. 5. Zayas, E.; O'Donnell, C. Autenticidad de bebidas alcohólicas. Un estudio preliminar. Memorias del tercer Simposio Internacional de Química Oriente, Cuba, 5-8 de junio 2007. ISBN 978959250373.

Figura 5. PCA con los datos originales. En el gráfico de los puntos se observa una separación muy similar a la del UV. Este resultado es por demás lógico, ya que 20 % está más cercano a los añejos puros, en tanto que el Carta Blanca se aprecia notablemente separado. Con este resultado queda explicada hasta el 94 % de la varian-

Las contribuciones enviadas deben abordar la temática de todo lo concerniente al procesamiento de la caña de azúcar y sus derivados. Se aceptarán contribuciones de los siguientes tipos: 1. Memorias Científicas Originales. 2. Comunicaciones. 3. Reseñas. 4. Trabajos de carácter teórico o descriptivo. Se aceptarán solamente contribuciones inéditas. El envío de éstas supone el compromiso del autor de no someterlas a la consideración de otras publicaciones y de ceder sus derechos a la revista. Los artículos se someteran al sistema de revisión por pares, en la modalidad abierta al editor asociado, manteniendo el anonimato. Este recurso es inapelable. Presentación de las contribuciones: Se entregará una copia digital o se enviará por correo electrónico a: revista@icidca.edu.cu. También se remitirá una copia en papel. Se escribirán en español o en inglés, a dos espacios y en Arial 12 puntos, con una extensión máxima de 25 páginas. El formato a utilizar debe ser 8,5 x 11”, los márgenes laterales, superior e inferior deben ser de 2 cm. Las tablas y figuras se insertarán en el lugar exacto y se acompañarán de su correspondiente título y pie de figura. El procesador de texto a utilizar será Microsoft Word. Las tablas deben crearse en este mismo software. Las figuras (fotografías, gráficos, esquemas) deben entregarse en formato JPG o TIF con una resolución de 300 dpi. Las unidades de medida deberán ser las especificadas en el Sistema Internacional de Unidades. Estructura de las contribuciones: • Título (en español e inglés): Conciso e informativo. • Autor(es): Nombres completos y dos apellidos (resaltar en rojo responsable de la correspondencia) • Institución donde labora(n) el(los) autor(es). Dirección de ésta. • Correo electrónico del autor o los autores (imprescindible para enviar la copia electrónica del artículo en formato PDF) • Resumen (en español e inglés): Los informativos son apropiados para las contribuciones del tipo 1 y 2; incluir el propósito de la investigación, así como los principales métodos, resultados y conclusiones. Las contribuciones del tipo 3 y 4 admiten la preparación de un resumen indicativo que exprese el tipo de artículo, los temas fundamentales, y la forma en que son tratados; debe utilizarse la forma impersonal con la partícula se y el verbo en tiempo presente. Se pueden combinar elementos de ambos y el resumen sería indicativo-informativo. El máximo de palabras a emplear debe ser de 200 y deben aparecer en un sólo párrafo. • Palabras claves (en español e inglés): Términos o frases que describen aspectos fundamentales del contenido del artículo y no deben ser más de cinco. • Introducción: Situación problemática. Problema de investigación e importancia. Estado del arte del que parte el autor para su aporte. • En cuanto al desarrollo del artículo: Para las contribuciones de los tipos 1 y 2 resulta más apropiado el esquema Materiales y Métodos, Resultados, y Discusión; las de los tipos 2 y 3 admiten otros subtítulos o epígrafes. Materiales y Métodos: Explicar cómo se procedió.