Chemical kinetics of the decay of ICUMSA color sugarcane juice by oxidation with hydrogen peroxide in homogeneous phase reactors

O processo de clarificação do caldo de cana-de-açúcar tem sido alvo de vários trabalhos de pesquisa, no intuito de melhorar a qualidade do açúcar obtido, tanto do ponto de vista de novas tecnologias em equipamentos e processos, quanto a respeito do estudo das propriedades físico-químicas da sacarose durante sua decomposição na clarificação. Os POA (Processos Oxidativos Avançados) têm sido aplicados, em especial, ozonização do caldo, tal qual este projeto propõe estudar uma alternativa ao processo convencional de sulfitação do caldo para a obtenção do açúcar cristal branco, através da utilização do peróxido de hidrogênio como agente de redução de cor ICUMSA do caldo e o impacto na degradação da sacarose em compostos não-cristalizáveis, reduzindo o rendimento industrial. Não há relatos na literatura sobre condições ideais de uso do peróxido de hidrogênio, bem como quais alterações essa tecnologia pode ocasionar no caldo. Por isso, buscaram-se elucidar quais são as melhores condições de trabalho e quais fatores influenciam na sua ação, bem como quais são os seus efeitos sobre o caldo tratado. As melhores condições para o uso do peróxido de hidrogênio são: pH entre 3,0 e 7,0, temperatura entre 40 a 70ºC, peróxido de hidrogênio maior que 600 ppm e dextrana menor que 750 ppm. Pode-se verificar que a maturidade da cana-de-açúcar no corte pode influenciar na ação do peróxido de hidrogênio, uma vez que quanto maior o grau de maturação da cana-de-açúcar, maior quantidade de compostos fenólicos e maior a cor inicial do caldo. A cinética de degradação da cor ICUMSA não apresentou distribuição regular, oscilando em pequenos intervalos de tempo, devido provavelmente à pequena quantidade de peróxido de hidrogênio utilizada nos ensaios. Não houve diminuição visual da cor do caldo quando utilizado doses até 5.000 ppm de H2O2. Com relação à turbidez, não foi possível identificar a influência da peroxidação nos valores. Houve degradação de sacarose quando foi feito o tratamento combinando temperatura elevada (62ºC) com pH ácido (3,8). A rede neural artificial (RNA) mostrou um bom ajuste na maioria dos casos apresentados e indicou a variável temperatura como a que apresentou maior influência na diminuição da absorbância à 420 nm. A segunda variável com maior influência foi o Brix do caldo de cana-de-açúcar. A espectrometria de massa mostrou que a peroxidação, nas condições reacionais avaliadas, não foi capaz de reduzir significativamente a cor do caldo, sugerindo que haja uma promoção de sedimentação de algumas impurezas do caldo, o que faz com que haja uma diminuição visual da cor do mesmo, não ocorrendo aparentemente reação química no caldo, quando utilizamos doses de 50.000 ppm. Assim o peróxido de hidrogênio não funcionou como um agente clarificante, nas condições estudadas.The process of sugarcane juice clarification has been the subject of several research papers in order to improve the quality of sugar obtained both from the point of view of new technologies in equipment and processes , as concerning the study of physico- chemical properties of sucrose during decomposition in clarification . The AOP \'s (Advanced Oxidation Process ) have been applied in particular ozonation of the juice as such this design proposed to study an alternative to conventional process sulphiting of the juice to obtain sugar white crystal through the use of hydrogen peroxide as reduction ICUMSA color of juice and the impact on the degradation of sucrose into non- crystallizable compounds by reducing industrial productivity agent. There are no reports in the literature on optimal conditions of use of hydrogen peroxide as well as the technology changes which may result in the juice. Therefore , we sought to elucidate what are the best working conditions and factors which influence in its action, and what are its effects on the treated juice. The best conditions for the use of hydrogen peroxide are: pH lower than 7.0 or higher than 3.0, temperature greater than 40 °C and below 70 °C, hydrogen peroxide greater than 600 ppm and lower than 750 ppm dextran. We observed that the maturity of the sugarcane cutting can influence the action of hydrogen peroxide, since the more mature sugarcane, a greater number of phenolic compounds are produced and the higher the initial color of the juice. The kinetics of ICUMSA color degradation showed no regular distribution, oscillating at short time intervals, probably due to the small amount of hydrogen peroxide used in the tests. There was no visual color decrease of the juice. Regarding turbidity, it was not possible to identify the influence of peroxidation values . There was sucrose degradation when the treatment was made by combining high temperature (62°C) at acid pH (3.8). The artificial neural network (ANN) showed a good fit in most cases presented and indicated the variable temperature with the highest influence on the absorbance decrease at 420 nm. The second variable with the greatest influence was the Brix of sugarcane juice. Mass spectrometry showed that peroxidation in the reaction conditions evaluated was not able to significantly reduce the sugarcane juice color, suggesting a promotion of sedimentation of some impurities in the juice, hindering a reduction of its visual color, and apparently, there was no chemical reaction in the juice, using rate of hydrogen peroxide of 50,000 ppm. Thus hydrogen peroxide did not work as a clarifying agent, in the studied condition