Cromatografia: mais rapidez e precisão na análise de açúcares

Natália Cherubin

O monitoramento da concentração do açúcar da cana e das perdas na fabricação de açúcar e etanol sempre foi de fundamental importância para o monitoramento de perdas, atuações no processo de produção e, principalmente, para obtenção dos resultados das eficiências industriais. Apesar de ainda muito pouco explorado pelo setor, o uso da cromatografia, hoje presente em cerca de 30% das usinas brasileiras, é uma tecnologia que vem permitindo as unidades analisar os açúcares reais provenientes da cana-de-açúcar, possibilitando quantificar sacarose, glicose e frutose – além de outros compostos – e obter um resultado real de AT (Açucares Totais) utilizados para cálculos de rendimentos e eficiência industrial.

Diferentemente das técnicas clássicas, a tecnologia permite analisar Pol (Sacarose aparente), ART (Açucares Redutores Totais) e AR (Açúcares Redutores) sem a interferência de outras espécies/compostos redutores e quirais, como é o caso da polarimetria. Dessa forma, segundo Douglas Romano Beletti, especialista de Produto da Cetec, além de mensurar os valores de AT (sacarose, glicose e frutose), é possível mensurar os AR’s (glicose e frutose) em uma mesma análise em toda cadeia de produção industrial, medindo desde os açúcares que adentram a indústria, através da análise da cana, assim como perdas industriais em bagaços, tortas, águas e também monitorando e alçando melhores rendimentos de fermentação com a medição dos açucares nos mostos e vinhos residuais.

A sacarose da cana-de-açúcar na maior parte das unidades é quantificada como Pol através da polarimetria (desvio da luz polarizada). Neste caso, as amostras necessitam de clarificação e filtração para posterior leitura no sacarímetro. “O gargalo desta técnica se encontra no fato de que, por definição, estamos quantificando a sacarose aparente e, em um meio complexo, podem haver outros compostos com centros quirais capazes de desviar a luz polarizada e gerar desvios como, por exemplo, a dextrana”, explica Beletti.

Já a glicose e frutose são quantificadas como açúcares redutores, existindo várias técnicas clássicas capazes de realizar a análise, se destacando nas usinas o método de Lane-eynon (Titulação) e o método Somogy-Nelson (Colorimétrico). As duas são técnicas envolvem reações de oxirredução demandando um preparo reacional e quantificação por titulação ou espectrofotometria respectivamente. Neste caso, os gargalos existem por se tratarem de técnicas com faixas restritas de linearidade, e por empregarem o uso de reagentes em várias etapas de preparo, que podem reproduzir desvios e demandam grande tempo. Por fim, de acordo com Beletti, por ser uma técnica reacional que envolve agentes redutores, a presença de metais, sais e outros açúcares redutores não fermentescíveis são fonte de desvios e quantificações não reais.

“Para quem ainda não utiliza o sistema de cromatografia, as determinações dos açúcares são realizadas pelos métodos de Eynon-Lane e Somogyi-Nelson, que são baseados na redução do ion de cobre(II). O problema destes métodos é que toda substância capaz de reduzir o íons de cobre(II) será quantificada como açúcar. Essas substâncias são comumente denominadas de substâncias redutoras infermentescíveis, que se presentes em altas concentrações (como o caso do melaço e mosto preparado com melaço e vinho) podem superestimar a concentração de açúcares e, consequentemente, subestimar as eficiências industriais”, adiciona Eduardo Borges, coordenador Laboratório de Química Analítica da Fermentec.

CROMATÓGRAFO: COMO FUNCIONA?

A cromatografia é uma técnica usada para separar os diferentes componentes de uma amostra baseada na diferença de interação entre os componentes da mistura com a fase estacionária e a fase móvel. Em resumo, trata-se de uma técnica de separação, de modo que a partir das propriedades de cada composto, é possível definir um mecanismo de separação, propiciando as condições necessárias para que cada composto de interesse chegue até o detector em momentos diferentes gerando um sinal quantificável.

“A ilustração 1 mostra, por exemplo, uma mistura ou uma solução contendo os analitos (caldo de cana) que ao adentrar na coluna cromatográfica e devido as diferentes retenções de cada analito (sacarose, glicose e frutose, por exemplo), gera sinais quantificáveis em diferentes tempos de retenção.

“A principal finalidade do uso do cromatógrafo líquido na usina é medir a quantidade de sacarose, frutose e glicose na cana e nos produtos do processo de fabricação de açúcar e etanol. Esta medição é importante para quantificar as eficiências industriais e controlar os processos e as perdas de uma maneira muito mais precisa”, acrescenta Borges.

Beletti explica que a tecnologia da instrumentação analítica é o que fornece as condições ideais para que ocorra a separação e também para que a unidade tenha as melhores condições de operacionalidade e produtividade em uma rotina analítica. De forma que todos os cromatógrafos necessitam ter os módulos especificados (Ilustração 2) para que funcione como um sistema de cromatografia líquida completo.

“Possuindo um cromatógrafo líquido dotado de uma metodologia correta é possível, com apenas uma etapa de diluição e filtragem em membrana, analisar todas as amostras do processo e realizar a quantificação de diversos compostos de interesse”, salienta Belleti.

MAIOR PRECISÃO E RAPIDEZ NAS ANÁLISES

Com o uso dos cromatógrafos é possível facilitar o gerenciamento das análises, pois com apenas um equipamento é possível analisar amostras de baixa e alta concentração de açúcares. A geração de resíduo também é menor e menos toxico. Diminui o fator humano na obtenção do resultado e melhora a rastreabilidade, pois análises são automatizadas e todos os resultados ficam registrados no equipamento.

Segundo o coordenador Laboratório de Química Analítica da Fermentec, com o equipamento é possível determinar ainda o glicerol, um subproduto da fermentação, e o manitol, uma substância produzida por bactérias heterofermentativas como o Leuconostoc Mesenteroides, responsável pela produção de dextrana. Algumas usinas utilizam o equipamento para controle do processo de fermentação, resultando em ganho de tempo em cada ciclo fermentativo. Ainda, devido a rapidez na obtenção de resultados, é possível aumentar a frequência do monitoramento das perdas de açúcar.

“Contudo, o principal benefício é que o equipamento mede o que queremos medir, isto é, com o método cromatográfico são determinados a sacarose, frutose e glicose sem a interferências das substâncias infermentescíveis que superestimam os resultados obtidos pelos métodos tradicionais. A medição dos açúcares reais da cana permite uma avaliação mais realista do processo de fabricação de açúcar e etanol”, destaca.

Beletti salienta que a cromatografia é uma das técnicas analíticas mais utilizadas no mundo, além de permitir a separação e quantificação real dos compostos de interesse, traz maior precisão, reprodução e operacionalidade na rotina analítica diária. Nos laboratórios de usinas sucroenergéticas, o primeiro grande benefício é a quantificação real de açúcares que tem um impacto direto na eficiência industrial e controle de processo.

“Também elimina o uso de diversos reagentes químicos, assim como a utilização de técnicas clássicas com diversas fontes de erros e que demandam bastante tempo do analista e geram resultados com atrasos que não permitem o controle do processo em tempo real. Na cromatografia, com simples preparo de amostras, diluição e filtragem, podemos obter resultados precisos e reais em cerca de dez minutos”, aponta.

ESTRUTURA

Antes de decidir pela compra de um cromatógrafo, inicialmente é necessário definir com clareza qual será o objetivo principal do uso do equipamento, pois não será possível fazer todas as análises nele. De acordo com Borges, se o foco do equipamento for análise para quantificação das eficiências e controle das perdas, um cromatógrafo será suficiente. “Contudo, temos clientes que tiveram tantos benefícios com uso desta técnica que possuem três equipamentos de cromatografia, inclusive para análises de outras substâncias para auxiliar no gerenciamento dos processos.” 

Hoje para quantificação de açúcares, um instrumento no laboratório industrial é capaz de realizar todas as medições necessárias para se fazer um bom balanço de massas e desta forma obter rendimentos reais e um controle de processo mais preciso. E, com o avanço das tecnologias de produção e controle de processo, a quantificação de ácidos orgânicos e também etanol – que também se faz por meio da cromatografia – tem sido uma nova demanda de mercado que também pode ser feito no mesmo instrumento, porém, para uma rotina diária dedicada, Beletti aconselha ter um segundo equipamento com essa finalidade.

“As tecnologias envolvendo a cromatografia são diversas e são mais adequadas em função da utilização necessária, rotina e também os compostos a serem analisados. Hoje falamos de cromatografia líquida, em que todos os sistemas necessitam ter bombas, fornos e controladores que basicamente funcionam da mesma forma, porém temos dois grandes campos que se dividem em função da detecção: Detecção por Índice de Refração e Detecção Amperométrica de Pulso (Eletroquímica), cada qual com suas diferenças e vantagens em uma rotina analítica. Também se fala muito hoje em dia na operacionalidade e produtividade, dessa forma, instrumentos com autoamostradores, capazes de manter as amostras condicionadas em baixa temperatura e realizar bateladas sem interferência do operador, trazem uma grande vantagem para o dia-a-dia dos laboratórios”, destaca Beletti.

TECNOLOGIA MAIS ACESSÍVEL

A cromatografia líquida não é uma técnica nova. Segundo Borges, a Fermentec utiliza equipamentos de cromatografia desde 1992 para a realização de pesquisa em fermentação alcoólica. “Naquela época, a aquisição do equipamento era mais complicada. Hoje a realidade é outra, o equipamento está mais acessível e existem diversas empresas interessadas no setor sucroenergético. Houve avanço em tecnologia muito grande e em uma melhora significativa no suporte técnico proporcionado pelos fabricantes e revendedores.”

Hoje cerca de 30% das usinas no Brasil fazem uso de cromatógrafos líquidos para quantificação de açúcares, seja para análise de cana ou para controle de processo e quantificação de perdas industriais. “Aqui, não estando contabilizados os cromatógrafos gasosos, que adentraram as usinas há mais tempo para análise de etanol devido os parâmetros e laudos requeridos para exportação do produto”, afirma Beletti.

Borges revela que devido aos benefícios desta técnica analítica, futuramente a maioria das usinas farão uso do cromatógrafo. Hoje, 50% dos clientes da Fermentec já usam o cromatógrafo para quantificação das eficiências, controle das perdas e monitoramento dos processos. “Em um futuro próximo espera-se que a grande maioria das usinas possuam este tipo de equipamento instalados em seus laboratórios, não apenas para a determinação de açúcares, mas também para as mais diversas aplicações, como determinação de nutrientes do mosto e determinação de ácidos orgânicos, importantes para o monitoramento do processo”, conclui.