Industrialización de la caña de azúcar by Dario Leon Menacho

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE AGRONOMIA

“INDUSTRIALIZACIÓN DE LA CAÑA DE AZÚCAR”

Presentado por: DARIO ROGER LEÓN MENACHO

Huaraz, Perú

2013

INDICE GENERAL I.

RESUMEN ................................................................................................................ 1

II. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2 III.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ............................................................................. 3

III.1

Antecedentes de la Industria Azucarera ............................................................. 3

III.1.1

Inicio de la industria azucarera ................................................................... 3

III.1.2

Curso de la Industria durante el siglo XVI ................................................. 7

III.2

DERIVADOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR .................................................... 8

III.3

PRODUCTOS, CO-PRODUCTOS Y SUB-PRODUCTOS DE LA CAÑA DE

AZÚCAR ...................................................................................................................... 9 III.4

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS PRODUCTOS, CO-

PRODUCTOS Y SUB-PRODUCTOS DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZÚCAR .............................................................................................................. 11 III.4.1

Azúcar de caña o sacarosa ........................................................................ 11

III.5

ETANOL ......................................................................................................... 13

III.6

RESIDUOS AGRÍCOLAS DE COSECHA (PUNTA O FLORES, HOJAS O

TLAZOLE Y COGOLLOS) ....................................................................................... 15 III.7

BAGAZO DE CAÑA ...................................................................................... 17

III.8

LODO DE LOS FILTROS O CACHAZA ...................................................... 17

III.9

MIELES INCRISTALIZABLES O MELAZAS DE CAÑA .......................... 18

III.10

VINAZAS DE DESTILERÍA ...................................................................... 19

III.11

LA COSECHA Y EL TRATAMIENTO POSTCOSECHA ........................ 20

III.12

ESPECIFICACIÓN DEL PRODUCTO ...................................................... 21

III.12.1 Rapadura y panela .................................................................................... 21 III.12.2 ELABORACIÓN DE AZÚCAR .............................................................. 21 III.12.3 Azúcar integral de caña ............................................................................ 27 III.13 IV.

PRODUCCIÓN DE BIOETANOL .............................................................. 33

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 42

ÍNDICE DE CUADROS Tabla 1. Composición química del residuo de cosecha cañero __________________ 16 Tabla 2. Análisis bromatológico __________________________________________ 16 Tabla 3. Componentes del bagazo de caña __________________________________ 17 Tabla 4. Composición promedio de las melazas de caña _______________________ 19 Tabla 5. Exigencias de calidad. __________________________________________ 29 Tabla 6. Criterios o factores de referencia para azúcar cristalizado. ______________ 29 Tabla 7. Criterios o factores de referencia para el azúcar cristalizado. ____________ 30 Tabla 8. Tamaño de letra para la impresión. ________________________________ 31 Tabla 9. Valores para el balance energético y el nivel de mitigacion de las emisiones de GEI. _______________________________________________________________ 37

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Integración productiva de la industria azucarera ______________________ 8 Figura 2. Derivados de la industria cañera ___________________________________ 9 Figura 3. Diagrama de producción conjunta ________________________________ 10 Figura 4. Estructura molecular de la sacarosa _______________________________ 11 Figura 5. Productos de reactividad de la sacarosa ____________________________ 12 Figura 6. Productos derivados de la sacarosa ________________________________ 13 Figura 7. Vías tecnológicas para la producción de Bioetanol. ___________________ 34 Figura 8. Productividad promedio de bioetanol por área para diferentes cultivos. ___ 35 Figura 9. Esquema de la producción de azúcar y bioetanol de caña. ______________ 35

RESUMEN

La industrialización de la caña de azúcar, que si en un principio no tubo importancia como todo cultivo, rápidamente fue ganando campo en la industria, si bien señala la historia, gracias al mal manejo de la industria minera, que poco a poco fue decayendo en producción del tan preciado mineral llamado oro. Gracias a ello, los grandes hacendados y adinerados de la época fueron buscando alternativas para seguir con ganancias y continuar en la clase alta, es así como se fijan en la caña de azúcar. Poco a poco fue ganado terreno, estos empezaron con unos pocos ingenios, y a medida que veían que les era rentable, las autoridades empezaron a poner reglas para su comercialización y elaboración de azúcar. Ahora gracias a la agricultura y la industria la caña de azúcar es utilizado en toda su totalidad, se podría decir que no se desperdicia nada. Se elaboran productos básicos como el azúcar, hasta bioetanol, que ahora está siendo utilizado para el sector automovilístico para oxigenar la gasolina. Si bien en el Perú ya se dispone con campos que cuentan con equipos de última tecnología en el manejo del cultivo, cosecha y industrialización, el presente trabajo se enfoca en la industrialización de la caña de azúcar, si bien son muchos los productos y co-productos nos enfocaremos en los más importantes.

II.

INTRODUCCIÓN

La agroindustria de la caña de azúcar tiene grandes retos en materia de productividad, diversificación productiva y competitividad; las opciones que en el pasado eran válidas para insertarse en el mercado internacional se están agotando, en especial las basadas en recursos naturales, mano de obra barata y escasamente calificada. Así, en la diversificación o reconversión de la industria de la caña de azúcar, debido a la importancia que van cobrando sus derivados, se tiende a suponer que el valor económico de la nueva agroindustria estará determinado fundamentalmente por una revalorización de los distintos subproductos y productos intermedios, y de los derivados de éstos para sustituir importaciones y crear fondos exportables competitivos cuando el azúcar en el mercado mundial tiende a perder cada vez más su valor de cambio como producto final.

III.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

III.1 Antecedentes de la Industria Azucarera Según Gervasi (s.f.) desde el descubrimiento de la Isla de Santo Domingo en 1492 hasta el año 1516 la base fundamental de la economía de la isla dependía del oro encontrado en múltiples minas existentes para aquella época. La mano de obra utilizada para extraer el preciado mineral dependía de los aborígenes los cuales eran bien maltratados. “Estos conquistadores españoles, que llegaron de España con lo puesto, buscaban oro y lo buscaban tanto, como si les sirviera de alimento”. Dice Pablo Neruda refiriéndose a la forma, en gran manera codiciosa en que los españoles buscaban otro. El maltrato que recibieron los indígenas causo que en pocos años la población decreciera a un ritmo alarmante. Para cuando el oro empezó a escasear, esto es en 1514 se planteó la necesidad de buscar otro recurso que no fuera la minería. La caña de azúcar surgió como el producto ideal para impulsar una nueva economía. Aunque la caña de azúcar había sido traída por Cristóbal Colon en su segundo viaje, los españoles para aquel entonces no prestaron atención a este rubro como objeto de comercio porque su sed de oro era mayor y provela de mejores ingresos. III.1.1 Inicio de la industria azucarera Según Gervasi (s.f.) como ya se había dicho en la parte introductoria, la industria azucarera surge a consecuencia del agotamiento del oro. La industria minera decrecía a un ritmo acelerado y se precisaba de un nuevo producto que pudiera salvar la economía de la isla. Un factor determinante en la implantación del azúcar como producto principal en vez de la producción minera fue el gobierno de los padres Jerónimos, pues fueron ellos realmente impulsó el nuevo modelo que sustituyó al de las encomiendas. La isla de Santo Domingo estaba gobernada por Diego Colon hijo hasta 1515, debido a presiones políticas deja su puesto, marcha a España y el gobierno queda a manos de la Real Audiencia. La muerte del Rey Fernando en 1516 hace que queden gobernantes provisionales de España el embajador Adriano y el Cardenal Francisco Jiménez Cisneros pues el sucesor, 3

Carlos I, era menor de edad. El Padre Bartolomé, era menor de edad. El Padre Bartolomé de las Casas, expone al cardenal sus críticas acerca del modo en que son tratados los indios, de este modo son designados los padres Jerónimos para tomar posesión de Santo Domingo y se les asignó la tarea de realizar un gobierno tendente a conservar hasta donde pudieran, los pocos indígenas que aún quedaban. Asimismo, tenían la la obligación de impulsar un nuevo modelo que diera a la Corona tantos o más beneficios que los recibidos con la minería desde que Ovando la puso en práctica. Los Padres Jerónimos llegaron a Santo Domingo el 20 de diciembre de 1516 y de inmediato se pusieron en contacto con todos los sectores, escuchando sus opiniones, al mismo tiempo que inspeccionaban la ciudad. Sin embargo, confrontaron inconvenientes desde el inicio mismo de su gobierno. Uno de los puntos principales era conservar los desde el inicio mismo de su gobierno. Uno de los puntos principales era conservar los indígenas, por lo que fue necesario encontrar una solución al problema de la mano de obra. Las presiones en contra de esos religiosos provenían de todas partes, ya que otros colonos demandaban la importación de negros esclavos para que laboraran en el nuevo modelo económico. Desarrollar la industria azucarera requería de dos elementos importantes: dinero y mano de obra. La Corona española facilitó ambas cosas. El dinero: Se estableció que a cada vecino que fuese a instalar un ingenio se le prestaran 500 pesos oro. Los ingenios requerían inversiones importantes en negros, especialistas, máquinas, tierras, ganados, etc. por lo que la inversión inicial debía sobrepasar ampliamente los 500 pesos acordados en préstamos. Para la formación de la industria azucarera hubo una interacción de las fortunas que permanecieron en la isla con la ayuda y estímulo del Estado, factor de despegue de las actividades. La Mano de Obra: Debido a la práctica desaparición de los aborígenes, por una parte, y al hecho de que éstos no tenían la fortaleza requerida para trabajos rudos como era el de la caña de azúcar, los Jerónimos pidieron al Rey Carlos I que autorizara la importación de negros esclavos. Carlos I tenía deudas con grupos de comerciantes a los cuales debía favorecer, por tanto dio todas las facilidades posibles para la entrada de los negros a la Isla Española y otros territorios americanos. La primera licencia importante para la importación de esclavos la dio el Rey a uno de sus cortesanos, el flamenco Lorenzo de Gramenot, Barón de 4

Montinay, Gobernador de Bresa, para en ocho años negociar 4,000 negros que debían ser cristiano en el mercado de Santo Domingo con los propietarios de ingenios. El Gobernador Gramenot , vendió sus derechos por la suma de 25,000 ducados a la Casa Centurión, la cual llevó a acabo tan diligentemente su cometido que mucho antes de cumplirse el citado plazo ya había casi completado el cupo asignado. Otras concesiones para la trata de negros fueron otorgadas, oscilando en cantidades de doce a 400 esclavos, a un precio fueron otorgadas, oscilando en cantidades de doce a 400 esclavos, a un Medio de 120 pesos, cuyo elevado valor contribuía a que los negros fuesen mejor tratados que los indígenas, unas veces por humanidad, y otras en defensa de la inversión efectuada. La epidemia de viruela que afectó la isla en 1517 , provocó que una considerable cantidad de indígenas murieran a causa de la misma, razón por lo cual los Jerónimos se unieron a los encomenderos en el reclamo de que se permitiese importar esclavos de los denominados Bozales y un año después, el 18 de agosto de 1518 llegaron cuatrocientos negros de una primera partida de cuatro mil procedentes de África Occidental para ser empleados en la industria azucarera que ya tenía más de dos años de estar desarrollándose en la isla. La gran mayoría de los 4,000 negros autorizados por licencia al Gobernador de Bresa debieron entrar a la isla en los inicios de la segunda década; en 1523 entraron 1,500 negros más; en los años siguientes se concedieron numerosas licencias particulares para 100 negros cada una; además entraron muchos de contrabando, varios miles, pues las fuentes de la época señalan el fenómeno como corriente; en 1527 o 1528 entraron otros 4,000 negros; en los años posteriores entrarían muchos pero no se sabe cuántos, pues en las licencias no se dan detalles de los lugares; posteriormente continuó la entrada ilegal de negros, incluida la efectuada por los corsarios. Las Casas dice que el primer español que hizo azúcar fue Aguilon, de la Vega, en 1506, pero que su calidad era muy baja pues usó instrumentos primitivos. Posteriormente el Br. Velosa en 1516. Para Oviedo el primero fue Velosa y da la noticia que antes que él varios plantaron caña y hacían mieles. La implantación de la industria azucarera en esta isla estuvo a cargo de los sectores más importantes, que se iniciaron con los trapiches, o sea, un rudimentario y pequeño ingenio movido por una mula o un buey, en principios y luego por negros esclavos. 5

El desarrollo de esta actividad permitió luego unos ingenios más grandes, que utilizaban una rueda hidráulica, o un molino de viento por lo que la producción de azúcar fue en aumento. El incremento de la población esclava se hizo necesaria, ya que no sólo la industria, azucarera exigía mucha mano de obra, sino otras dos actividades que debían desarrollarse simultáneamente como era la agricultura y la manufactura. La necesidad de procurarse de alimentos agrícolas hizo que se dedicaran plantaciones cerca de los centros azucareros, además de la fabricación de utensilios, tales como vasijas de cobre, hornos y ollas para cristalizar el jugo. La demanda de mano de obra se hizo perentoria, y no sólo la negra esclava, sino también la blanca, por lo que llegaron a la isla gran cantidad de hombres especializados en distintos menesteres procedentes de las Canarias. No obstante la población negra se mantendría desde su llegada a la isla, en pie de lucha por obtener su libertad y desde principios del siglo XVI huían hacia los montes. El primer grito de libertad de los negros se produjo en la española el 27 de diciembre de 1522, precisamente en el ingenio perteneciente al gobernador de la isla donde se les dio muerte a nueve colonos. La rebelión no progresó porque fueron alcanzados por Don Melchor de Castro luego de cruzar el río Nizao en el cual perecieron luego de la batalla desigual que libraron los esclavos en contra de sus amos los colonos. A este hecho se le sumaron luego las llamadas “cimarronadas” que eran las huidas constantes que hacían los negros hacia las escarpadas montañas de la isla desde donde luego regresaban en grupos para hacer saqueos en los ingenios. El cimarronaje revestía formas diversas, tales como el motín, el bandolerismo en caminos y poblados y el establecimiento de comunidades negras de cimarrones al amparo de la selva o de situaciones geográficas favorables, comunidades en constante pugna con las autoridades y establecimientos coloniales. Cuando los negros huían de los ingenios se les llamaban cimarrones y cuando se establecían en algún lugar entonces eran llamados negros apalencados. Para 1537 las cimarronadas se convirtieron en rebeliones con líderes como Diego Guzmán, Diego de Ocampo y Juan Vaquero. De acuerdo a Oviedo en 1523 ya había veinticuatro ingenios de diferentes tipos ubicados principalmente en la parte sur, o sea, en las márgenes de los ríos Ozama, Haina, Nizao, Nigua y Yaque del Sur. Cabe resaltar además que el Rey Carlos I dictó leyes protectoras de la producción azucarera y de los señores esclavistas. La más importante fue la Cédula de 1529, por medio de la cual se 6

determinaba que los ingenios eran bienes no embargables por deudas o hipotecas, tanto sus instalaciones como los negros que laboraban en ellos. Igualmente se favorecía el paso del ingenio a uno de los herederos, mediante obligaciones respecto a los otros herederos para que las propiedades no tendieran a dividirse, teniendo casi derechos semejantes al mayorazgo. La política oficial de protección de la industria del azúcar fue muy importante desde su propia fundación cuando los ingenios en proyecto recibieron préstamos en muy buenas condiciones por parte de los diversos gobernadores de la época y cesiones de grandes extensiones de tierra en forma gratuita, así como la exoneración de impuestos para las maquinarias traídas de España y otros países, disposiciones todas que en la medida de lo posible trataron de ser mantenidas por el Rey durante todo su reinado. Las concesiones fueron tantas, y tan importantes se sentían aquellos dueños de ingenios, que en 1538 llegaron a solicitar títulos de nobleza pero esta petición fue denegada por el Rey.La española abandonó de esta manera, la economía minera que había prevalecido desde la llegada de los españoles y se impulsaba por una economía manufacturera industrial. III.1.2 Curso de la Industria durante el siglo XVI Según Gervasi (s.f.) Ya en época del gobierno de Figueroa, hacia 1520, funcionaban tres ingenios de azúcar y muchos se encontraban en construcción. En 1527 trabajaban plenamente 18 ingenios y 2 trapiches, encontrándose otros 12 en construcción. Hacia 1545 el cronista Fernández de Oviedo informa de la existencia de 20 ingenios y 4 trapiches. De esas 24 explotaciones azucareras, más de la mitad pertenecían a altos funcionarios o a descendientes de ellos. Los miembros de la aristocracia colonial tenían los ingenios más grandes, como el del Lic. Alonso de Zuazo, de la Real Audiencia, cuya inversión se acercaba a los 40,000 pesos según Oviedo. La producción azucarera se mantuvo con cierta tendencia inestable de hasta los años 70, cuando empezó a decrecer por la reducción de la española, el contrabando, la transferencia de inversiones a la ganadería, la competencia en términos de rentabilidad del jengibre y por la muerte de gran cantidad de esclavos en los años 80, acompañada por la paralización en la misma época de la trata negrera. A fines de los años 80 sólo quedaban 17 ingenios y a raíz de las devastaciones de Osorio apenas 12 al ser 7

destruidos

5 en los lugares despoblados entre los cuales estaban los más

productivos. III.2 DERIVADOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR Según N. Aguilar-Rivera (2010) Surge ahora la pregunta: ¿qué derivado de la caña de azúcar industrializar? La respuesta no es fácil; por el contrario, es sumamente compleja ya que, históricamente, en la zonas cañeras y de influencia de los ingenios los proyectos de diversificación han sido aislados, han estado limitados o no han sido exitosos debido a que se han desarrollado por la necesidad económica para aumentar ingresos y contrarrestar la volatilidad del precio internacional de azúcar y para disminuir costos de producción por pagos por concepto de impactos ambientales por disposición de residuos, como quemar el bagazo en las calderas para generar vapor y electricidad, vender a fábricas de pulpa y papel, comercializar las mieles a plantas productoras de aminoácidos, levaduras, aditivos de alimentos y bebidas alcohólicas, o utilizarlas como materia prima para producir alcohol o bien exportarse de acuerdo a los precios internacionales. Figura 1. Integración productiva de la industria azucarera

Fuente: Avram et al. (2005), Gamarra et al. (2005) 8

Figura 2. Derivados de la industria cañera

Fuente: Aguilar et al. (2009) III.3 PRODUCTOS, CO-PRODUCTOS Y SUB-PRODUCTOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR Según N. Aguilar-Rivera (2010) En la industria azucarera, al igual que en las de alimentos, petroquímica, café, soya, maíz y otras, como empresas de producción continua, aparecen diversos productos derivados o generados a partir de una misma materia prima, normalmente clasificados como co-productos o sub-productos. Las industrias de procesos que generan varias producciones conjuntas de una materia prima pueden clasificarse en tres categorías principales (Brunstein, 1994):  P1. Conjunto de productos principales. Son aquellas producciones principales o deseables en una empresa, derivadas de la transformación 9

directa de la materia prima – por ejemplo, azúcar de caña, aceite de soya y petroquímica.  P2. Conjunto de productos secundarios. Son aquellas producciones no necesariamente deseables,

pero tienen una importancia económica

significativa. Son derivados de la transformación de la materia prima – por ejemplo, salvado derivado del procesamiento de soya, alcohol de las melazas de caña, asfalto de la petroquímica, etc.  P3. Conjunto de subproductos. No representan una importancia económica relevante bajo el criterio de la empresa; son considerado sub-productos o residuos de la transformación de la materia prima. Normalmente son calificados como residuos industriales – por ejemplo, bagazo de caña, vinazas de destilería, cachaza que son residuos de procesamiento de azúcar de caña y etanol. Los productos procedentes de los conjuntos P1 y P2 (Figura 3) son denominados productos y co-productos, debido a que en su obtención se requieren operaciones unitarias de separación o extracción, lo que exige a la empresa materia prima, mano de obra, energía e insumos de producción, implicando costos de producción que difícilmente son identificados en los productos de origen, a menos que los coproductos sean homogéneos física y económicamente. Los co-productos son comercializados como tales después del proceso de separación sin procesos adicionales de acondicionamiento, al igual que los subproductos (P3). Figura 3. Diagrama de producción conjunta

Fuente: Brunstein (1994)

III.4 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS PRODUCTOS, COPRODUCTOS Y SUB-PRODUCTOS DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZÚCAR III.4.1 Azúcar de caña o sacarosa Según N. Aguilar-Rivera (2010) El azúcar es, en la actualidad, un alimento habitual en la dieta de todos los países, reivindicado por científicos y expertos internacionales; es considerado hoy como uno de los principales aportes energéticos para el organismo. La sacarosa es un disacárido compuesto por una molécula de glucosa (dextrosa) y una de fructosa (levulosa); está conformada por 12 átomos de carbono, 22 átomos de hidrogeno y 11 de oxígeno, con fórmula condensada C12H22O11 (oxígeno 51,42%, carbono 42,10%, hidrógeno 6,48%). Con un peso molecular de 342.30, es un sólido cristalino que carameliza a 160°C, y es un azúcar no reductor y poli-alcohol que tiene 3 grupo hidroxilos primarios (-CH2OH 6,1’ y 6’) y 5 en posición secundaria (-CH-OH, 2, 3, 3’, 4 y 4’). Figura 4. Estructura molecular de la sacarosa

Fuente: Boscolo (2003) Debido a que la mayor producción de sacarosa se da en forma cristalina, esto la convierte en un sustrato muy interesante para el desarrollo de nuevas tecnologías químicas y microbiológicas. La reactividad es mayor en los carbonos primarios. La presencia de estos grupos hace posible la síntesis de numerosos derivados, siendo fácilmente atacada por ácidos, oxidantes y álcalis. Se utiliza como endulzante,

preservante,

antioxidante,

excipiente,

agente

granulador

tensoactivo en jabones, productos de belleza y tintas (Boscolo, 2003). 11

Otras rutas importantes de reacción de la sacarosa para generar diferentes mezclas de componentes de interés económico son la oxidación, la pirólisis, la hidrogenación, la aminólisis, la halogenación y otras, como las rutas biotecnológicas y síntesis orgánica, que constituyen la sucroquímica o síntesis dirigida de la sacarosa. Aunque en la actualidad se pueden producir más de 10,000 substancias químicas a partir de la sacarosa, los productos que pueden fabricarse caen dentro de ciertas categorías comerciales amplias: (a) alimentos, (b) piensos, (c) combustibles, (d) explosivos, (e) elastómeros, (f) lubricantes, g) disolventes, (h) acondicionadores del suelo, (i) fibras, (j) adhesivos, (k) papel, (1) plaguicidas, (m) plastificantes, (n) bioplásticos, (o) revestimientos de superficie, (p) agentes reductores de tensión superficial, (q) medicinas/fármacos, y (r) cosméticos. Estos productos presentan dos grandes ventajas a favor de la sucroquímica. La primera es que la sacarosa es un producto agrícola, siendo un recurso regenerable o renovable, en tanto que el petróleo es un recurso finito. La segunda es el impacto ambiental; la mayoría de las substancias sucroquímicas son biodegradables, atóxicas, no carcinógenas, entre otros, lo que contribuye a un efecto ambiental favorable. Figura 5. Productos de reactividad de la sacarosa

Fuente: Van Nostrand (1990) 12

Figura 6. Productos derivados de la sacarosa

Fuente: Paturau (1989) III.5 ETANOL Según N. Aguilar-Rivera (2010) El etanol, también llamado alcohol etílico, es un líquido incoloro e inflamable con punto de ebullición de 78 ºC. Se mezcla con agua en cualquier proporción y origina una mezcla azeotrópica, con un contenido de aproximadamente 96 %. Su fórmula química es CH3-CH2—OH; es el principal producto de las bebidas alcohólicas, y se utiliza también como desinfectante o solvente. Posee un alto octanaje y una mayor solubilidad en gasolina que el metanol; además, es usado como un aditivo que se le añade a la gasolina para oxigenarla y mejorar la combustión. La producción de etanol desde la agroindustria azucarera obliga a la integración de la destilería con la producción de azúcar, lo que posibilita, no sólo el empleo de las mieles finales, sino también de los jugos, mieles intermedias y el uso del bagazo como energético. 13

Desde la antigüedad, se obtenía el etanol por fermentación de una disolución con contenido en azúcares con levaduras y posterior destilación. En el transcurso de la destilación hay que desechar la primera fracción, la cual contiene principalmente metanol que se forma en procesos secundarios. Aún hoy, éste es el único método admitido para obtener etanol para el consumo humano. Sin embargo, para fines industriales, el método de obtención preferido es por hidratación del etileno (2HC=CH2) Se pueden emplear otras alternativas de materias primas del proceso azucarero, entre ellas las ventajas en el ahorro de mieles, la disminución en el consumo de combustible, el incremento en la calidad del azúcar y una mayor integración tecnológica azúcar-derivados dentro del complejo agroindustrial. En un sentido general, las opciones de producción de etanol a partir de la caña de azúcar son las siguientes (Murtagh, 1999):  A través del uso de las melazas, tal como es usual en México y en la mayoría de los países azucareros.  Utilizando mieles intermedias “A” y “B”, con importantes aumentos del rendimiento y para bebidas de calidad.  Empleándose para este fin directamente el jugo o guarapo. Esto se realiza en destilerías autónomas, prescindiéndose entonces del área de producción de azúcar.  Aprovechamiento de jugos pobres (maceración y filtrados)  Fermentación de azucares de la biomasa cañera (bagazo o residuos de cosecha) La obtención de etanol de melazas (A, B, o C) se diferencia de otras materias primas como maíz, papa, yuca y otros, en que éstos son productos de plantas con alto contenido de carbohidratos almacenados en la forma de almidón. Por lo tanto, estos materiales deben pasar por un proceso de pre-tratamiento de cocción o tratamiento enzimático para hidrolizarlos hasta azúcares fermentables. En contraste, los carbohidratos presentes en las melazas ya se encuentran disponibles y no requieren tratamiento. Por otra parte, la hidrólisis de materiales lignocelulósicos de la caña de azúcar o ruptura de las moléculas en medio acuoso tiene como finalidad la transformación de azucares complejos (polisacáridos) en azucares sencillos; esto se logra con ácido sulfúrico o clorhídrico a altas temperaturas y tiempos de operación 14

cortos o largos; el ácido actúa como catalizador y se obtiene una mezcla de glucosa y xilosa, con algunos productos de degradación como ácido acético, furfural y derivados de la ruptura de la lignina (Canizalez, 2004) De otro lado, la diversidad de alternativas tecnológicas para la producción de etanol ha hecho crucial el análisis o balance energético del proceso global, a la par del diseño y desarrollo de cada una de las operaciones que lo componen. Dentro de las nuevas tendencias de investigación y desarrollo en esta área se cuenta la integración del proceso con miras a develar las muy complejas interacciones entre las diferentes etapas

del

proceso

productivo.

desarrollo

procesos

integrados

azúcar/etanol/cogeneración permitirá una reducción sustancial de los costos de producción y el incremento de la competitividad del biocombustible. La integración de procesos es una condición indispensable para optimizar el proceso de producción de etanol, de tal manera que se consideren como objetivos, no sólo la minimización de los costos productivos o la maximización de diferentes indicadores financieros, sino también el mejoramiento de los índices de desempeño ambiental de este proceso y el desarrollo de la alcohoquímica (Guo et al., 2006). III.6 RESIDUOS AGRÍCOLAS DE COSECHA (PUNTA O FLORES, HOJAS O TLAZOLE Y COGOLLOS) Según N. Aguilar-Rivera (2010) Los residuos agrícolas cañeros (RAC) o basura de la caña se definen como el conjunto formado por las hojas secas, punta, las hojas verdes y el tallo verde del cogollo, que se quedan en el campo y que proporcionan materia para la elaboración de diversos derivados. Hasta la fecha, el uso de los residuos agrícolas de la cosecha es muy bajo y poco se les aprovecha, prefiriéndose su quema en la cosecha de caña, debido a que la utilización de los residuos cañeros con fines de diversificación no está generalizada, ya que depende de ciertos factores, entre los que se destaca la ausencia de una estimulación económica, la falta de empresas de procesamiento y compradores, la cultura tecnológica, el efecto en el medio ambiente y la resistencia al cambio; a esto se le añade su baja densidad, lo que implica la necesidad de manejar grandes volúmenes para su abastecimiento y la generalización de su empleo se hace más difícil. Es decir, no existe una cadena productiva o un mercado de los residuos de la agroindustria de la caña de azúcar que permita elevar su desempeño a pesar de 15

existir derivados potenciales, basados en su composición (Tablas 1 y 2) limitándose su uso, en algunos países, a las calderas de los ingenios azucareros sustituyendo el consumo de combustóleo (combustible fósil) y bagazo, y contribuyendo a la protección del medio ambiente a partir de su sustitución en la generación y/o cogeneración de energía eléctrica, así como en los procesos de producción del alcohol u otros sub-productos (Pérez et al., 2002). Tabla 1. Composición química del residuo de cosecha cañero

Fuente: Aguilar (2006, 2010) Tabla 2. Análisis bromatológico

Fuente: Aguilar (2006, 2010) 16

III.7 BAGAZO DE CAÑA Según N. Aguilar-Rivera (2010) El bagazo es el residuo del proceso industrial de fabricación del azúcar, siendo el remanente de los tallos de caña después de ser extraído el jugo azucarado que ésta contiene por los molinos del ingenio; se divide en bagazo integral (whole bagasse), y éste a su vez en medula o meollo (pith) y fibra verdadera (fiber). Dentro de este contexto, el bagazo de caña es un residuo fibroso potencial para la producción de derivados que se encuentra disponible en grandes cantidades y presenta una composición química muy similar a madera. Sin embargo, el uso tradicional y más difundido es la producción de vapor mediante su combustión en las calderas del propio ingenio azucarero; esto representa alrededor de 50 a 100% del bagazo que se genera en el proceso de ingenio azucarero. El resto, de generarse, es factible de emplearse en otras aplicaciones Las fibras del bagazo son rígidas, de contornos irregulares y bien definidos; son las portadoras de los elementos estructurales necesarios para la industria de derivados, cuya composición (Tablas 3, 4, 5 y 6) está influenciada por las condiciones de procesamiento agrícola de la caña, el tipo de corte, la recolección y la tecnología azucarera. Tabla 3. Componentes del bagazo de caña

Fuente: Aguilar (2006, 2010) III.8 LODO DE LOS FILTROS O CACHAZA Según N. Aguilar-Rivera (2010) La cachaza, lodo de filtros o torta de filtro es el principal residuo de la industria del azúcar de caña, y su precio relativamente bajo la hace atractiva frente a otros productos orgánicos, produciéndose de 30 a 50 kg por tonelada de materia prima procesada, lo cual representa entre 3 y 5 % de la caña molida. Este porcentaje y su composición varían con las características agroecológicas de la zona, la eficiencia de fábrica, el método de clarificación 17

empleado, entre otros factores; la cachaza es producida durante la clasificación que se hace al jugo de caña en la industria azucarera. Se recoge a la salida de los filtros al vacío, presentando aproximadamente un 25% de materia seca. Este material contiene muchos de los coloides de la materia orgánica originalmente dispersa en el jugo, conjuntamente con aniones orgánicos e inorgánicos que precipitan durante la clarificación. Otros compuestos que no son azúcares se incluyen en esos precipitados; sin embargo, por su alto contenido de humedad, por presentar olores desagradables, por su baja relación peso/volumen (igual a 0,375), por ser fuente de criaderos de moscas y otras plagas, y por tomar combustión espontánea en estado seco al exponerse al sol, la mayoría de los ingenios azucareros tienen problemas de almacenamiento, transporte y manejo. Por ello, no es totalmente aprovechada en derivados y se presentan dificultades para su eliminación (Zérega, 1993). Físicamente la cachaza es un material esponjoso, amorfo, de color oscuro a negro, que absorbe grandes cantidades de agua. La cachaza generalmente es rica en fósforo, calcio y nitrógeno, y pobre en potasio. Los altos contenidos en nitrógeno se deben a la elevada cantidad de materia orgánica que presenta este residuo; los micronutrimentos contenidos en ella se derivan parcialmente de las partículas que van adheridos a la caña. III.9 MIELES INCRISTALIZABLES O MELAZAS DE CAÑA Según N. Aguilar-Rivera (2010) Las mieles finales o melazas de caña son el licor madre resultante de la cristalización final del azúcar, del cual no puede extraerse más sacarosa por métodos convencionales. Se presenta como un líquido viscoso, denso, rico en azúcares reductores y aproximadamente 60 % de los sólidos está compuesto por sacarosa, glucosa y fructuosa, además de otras sustancias de origen orgánico como aminoácidos, ácidos carboxílicos, alifáticos y olefínicos, vitaminas, proteínas y fenoles, entre otros. La miel esta constituida por una fracción de origen mineral de gran importancia en la que se encuentran más de 20 metales y no metales en distintas proporciones. La composición de la miel es en extremo variable (Tabla 4), pues depende de factores agrícolas e industriales como variedad, grado de madurez, clima, condiciones de cultivo, tipo de corte, eficiencia industrial, etc. Debido a su alto 18

contenido de azúcares, tiene un considerable precio en el mercado internacional; actualmente, constituye un producto importante de la industria azucarera por su empleo como material o sustrato, al ser un co-producto de bajo costo capaz de ser modificado por la acción de los elementos vivos para la transformación en procesos biotecnológicos en productos o derivados finales útiles al hombre. Tabla 4. Composición promedio de las melazas de caña

Fuente: Xu et al. (2005), Murtagh (1999), Gálvez (1990)

III.10 VINAZAS DE DESTILERÍA Según N. Aguilar-Rivera (2010) Las mieles de caña fermentadas – y posteriormente destiladas – producen un residuo industrial en forma de aguas residuales aprovechable llamado vinaza, que tiene un serio problema relacionado con el alto contenido de materia orgánica. La vinaza es un líquido brillante, de color pardo oscuro, naturaleza ácida, olor característico a miel de caña y sabor a malta; en términos del volumen producido se estima que, por cada litro de alcohol obtenido a partir de mosto de melaza, se generan alrededor de 10 a 13 litros de vinaza; su composición química promedio es muy similar a aquellas obtenidas de la destilación de mieles de remolacha. Su alto contenido en agua,

sales, materias orgánicas, proteínas y levaduras permite valorar diferentes alternativas de aprovechamiento: 19

 Fertirrigación para fertilizar directamente suelos con permeabilidad razonable y una buena capa de materia orgánica, lo que permitiría elevar el rendimiento de la caña de azúcar.  Digestión anaeróbica para producir gas metano, el cual podría ser empleado como combustible para la producción del vapor necesario para la destilación, la limpieza de fermentadores y otras labores, con lo que se podría ahorrar el 50 % del combustible tradicional empleado en destilerías (combustóleo); el residuo sólido sería utilizado como fertilizante.  La recirculación de 20 a 25 % de las vinazas al proceso, incorporándolas a la fermentación, permitiría aprovechar la levadura que ha permanecido sin reaccionar, y se ahorraría parte del agua empleada como diluyente en el proceso. Esta solución debe ser controlada para mantener la velocidad de fermentación y los restantes parámetros del proceso.  Desecación del mosto para alimentación animal, sólo o mezclado con bagazo, cogollo de caña de azúcar u otros aditivos. Esta opción es valorada muy positivamente por muchos autores, como una solución en países del Tercer Mundo, donde es posible incorporar a la dieta de cerdos, rumiantes y aves (Rocha et al., 2007) III.11 LA COSECHA Y EL TRATAMIENTO POSTCOSECHA Según Naturland (2000) La cosecha empieza cuando las hojas empiezan a adquirir color amarillo (o cuando alcanza un grado sacarimétrico de 15% que se puede medir en el mismo campo con ayuda de un refractómetro). En la cosecha de caña de azúcar ecológica, según el país y las condiciones locales, se emplean diferentes técnicas (desde la cosechadora totalmente automática hasta el corte a mano seguido del transporte en carreta tirada por bueyes). La técnica más común es el corte con machete haciendo la fractura del tallo muy cerca del suelo. Después se cortan la punta y las hojas laterales. De emplearse maquinaria pesada en la cosecha (cargueo, tráfico de camiones en los cañaverales) o también carretones, se cuidará que el suelo no sufra daños, sobre todo cuando esté húmedo, porque pese a las siembras que se hacen entre las filas y pese al rastrojo de cobertura que sirven también para mejorar el acceso de los transportes citados, se producirían daños duraderos en su estructura (compactamiento, etc.). 20

Tanto las vías como los costes de transporte se racionalizarán al máximo posible. Los vehículos estarán equipados de tal forma que de ida transportarán la caña cosechada y de vuelta fertilizantes orgánicos. III.12 ESPECIFICACIÓN DEL PRODUCTO III.12.1

Rapadura y panela

III.12.1.1

Jugo de caña espesado y jugo de caña cristalizado rápidamente

III.12.1.1.1 Según Naturland (2000) Los productos ecológicos de esta clase se suelen procesar en pequeños talleres artesanales o también en pequeñas plantas industriales. Para ganar la energía necesaria se queman las fibras residuales de la caña (bagazo) con adición de otras maderas. Para la regulación del factor pH del jugo de caña de azúcar se utilizará cal y para la eliminación de partículas de suciedad extracto de corteza de Guazuma ulmifolia. III.12.2

ELABORACIÓN DE AZÚCAR

III.12.2.1

Proceso de planta

Según Sociedad Agricola e Industrial San Carlos S.A. ( s.f.) La caña cosechada en el campo es transportada hacia la fábrica por medio de camiones. Con el objeto de conocer el peso de caña transportada se procede primero a pesar, en las básculas, los camiones. Una vez pesados se distribuyen los camiones hacia los trapiches o tandem de molinos. Cada tandem de molinos posee dos viradoras de caña. Una vez que son viradas las cargas de caña en las respectivas viradoras de cada Tanden de molinos, lo primero que se realiza es un lavado con agua para retirarles algo de la tierra y la suciedad que traen del campo. Luego la caña pasa por una primera picadora, que tiene por objeto desmenuzar la caña. Posteriormente

pasa

por

una

segunda

picadora

para

completar

desmenuzamiento de la caña. Mientras más desmenuzada esté la caña se logrará un mejor trabajo de extracción en los molinos y se mejorará el rendimiento. Durante este proceso sólo se realiza una fragmentación de la caña pero sin extraerle el jugo, pues no hay acción de compresión. La caña desmenuzada es transportada a través de un conductor hacia los molinos para proceder, por compresión, a extraer el jugo contenido en la caña. El jugo que se extrae de cada molino cae hacia un tanque, llamado "tanque de jugo 21

mezclado". El jugo mezclado del tandem A es bombeado hacia una balanza para registrar el peso del jugo proveniente de dicho tandem de molinos. El jugo mezclado del tanden B es bombeado hacia otra balanza para conocer la cantidad de jugo proveniente de dicho tandem de molinos. Posteriormente se unen estas corrientes de jugo mezclado en un tanque receptor. Este jugo mezclado es un jugo sucio pues contiene tierra, arena, residuos de caña y otras impurezas por lo que debe ser clarificado para poder ser utilizado en el proceso. III.12.2.2

Desinfección del jugo

Según Sociedad Agricola e Industrial San Carlos S.A. ( s.f.) La desinfección es realizada en las llamadas columnas de sulfitación, que son equipos que trabajan en contracorriente, ingresando el jugo mezclado por la parte superior y alimentando anhídrido sulfuroso por la parte inferior. El anhídrido sulfuroso es obtenido mediante combustión de piedras de azufre. Al entrar en contacto el anhídrido con el jugo se produce la desinfección, destruyéndose los agentes patógenos, bacterias y microbios que pudiesen estar presentes en el jugo. Simultáneamente la sulfitación reduce las sales férricas (color pardo) presentes a sales ferrosas (color rojo claro), realizándose por tanto una acción de blanqueo del jugo. Durante esta etapa del proceso se produce un incremento en la acidez del jugo tratado. Como en medio acuoso ácido se produce una reacción de inversión de la sacarosa es imprescindible proceder inmediatamente a neutralizar el jugo hasta obtener un ph entre 6.8 y 7.0 para la producción de azúcar blanco. Esto se realiza agregando lechada de cal o sacarato de calcio. Al jugo así neutralizado, se le denomina "jugo alcalizado". III.12.2.3

Clarificación del jugo

Según Sociedad Agricola e Industrial San Carlos S.A. ( s.f.) Una vez que se ha desinfectado el jugo se procede a separar la tierra, arena y demás impurezas sólidas presentes en el jugo. Esto se realiza mediante sedimentación. La precipitación de las impurezas sólidas es más eficiente si es realizada en caliente por ello se calienta el jugo alcalizado hasta una temperatura no mayor a 230 ° F, 22

pues por encima de esta temperatura se produce la destrucción de la molécula de sacarosa y simultáneamente una reacción irreversible de oscurecimiento del jugo que originaría unos cristales de azúcar (sacarosa) de alta coloración. Luego del calentamiento se agrega floculante para agrupar en forma de flóculos las impurezas sólidas presentes, que al ser más pesadas que el jugo tienden a sedimentar. Algo similar pero más rápido a lo que se produce cuando se deja agua sucia de río en un vaso y se observa que la tierra va precipitándose poco a poco hacia el fondo. La separación de los sólidos suspendidos se realiza en equipos llamados clarificadores, obteniéndose por la parte superior un jugo limpio y brillante, llamado "jugo clarificado" y por el fondo del equipo un lodo que contiene todas las impurezas sólidas (tierra, arena, residuos de cal y residuos de floculante). A este lodo se lo denomina "cachaza". III.12.2.4

Filtración de la cachaza

Según Sociedad Agricola e Industrial San Carlos S.A. ( s.f.) La cachaza por haber estado en contacto con el jugo es un lodo que contiene de jugo, el cual debe ser recuperado. Esto se realiza en filtros rotativos al vacío obteniéndose: a) una torta sólida de cachaza, que por tener presencia de elementos nutrientes es utilizada para enriquecer las aguas de riego de los cultivos de caña, y b) un jugo sucio llamado "jugo filtrado", que es alimentado al clarificador de jugo filtrado para separarle las impurezas sólidas presentes y obtener un jugo que pueda ser recirculado al proceso.- Las impurezas sólidas separadas del jugo filtrado clarificado son enviadas al tanque de cachaza. Durante el proceso de filtración se alimenta agua condensada a presión para realizar un lavado de la torta de cachaza y facilitar la extracción de la sacarosa presente. Se debe regular el trabajo de los filtros para obtener una polarización no mayor a 2.5 en la torta de cachaza a fin de minimizar las pérdidas de azúcar en el proceso de elaboración. 23

III.12.2.5

Evaporación del jugo clarificado

Según Sociedad Agricola e Industrial San Carlos S.A. ( s.f.) El jugo clarificado pasa luego a la sección evaporación para eliminar gran parte del agua presente en el jugo. El jugo clarificado posee aproximadamente un 82-87 % de agua, por efecto del trabajo de los evaporadores de múltiple efecto se logra reducir el contenido de agua al 33-40 % (60-67 °Brix), denominándose "meladura" al jugo concentrado que sale de los evaporadores. III.12.2.6

Cristalización y centrifugación

Según Sociedad Agricola e Industrial San Carlos S.A. ( s.f.) La presencia de sólidos insolubles en la meladura representa un problema no deseado, razón por la cual la meladura es alimentada a un equipo de clarificación por flotación para minimizar este riesgo y obtener una meladura más clara que se constituya en un material que aporte significativamente a la consecución de un azúcar de buena calidad. Para lograr la formación de los cristales de azúcar (sacarosa) se requiere eliminar el agua presente en la meladura, esto se realiza durante la cocción de las templas en equipos llamados “tachos”, que no son otra cosa que evaporadores de simple efecto que trabajan al vacío. En un sistema de tres templas se producen tres tipos de masas cocidas o templas: las "A", las "B" y las "C". Las templas A son las de azúcar comercial y las otras son materiales para procesos internos que permiten obtener finalmente el azúcar comercial. Para obtener las templas C se alimenta una cierta cantidad de semilla (azúcar impalpable) de una determinada granulometría a un tacho, luego se alimenta miel A y se somete a evaporación, alimentándose continuamente miel A hasta completar el volumen del tacho. Luego se realizan una serie de pases o cortes a semilleros para finalmente alimentar al tacho miel B y concentrar hasta 96 ° Brix. Al llegar a esta concentración se descarga la templa o masa cocida (que es una mezcla de miel y cristales de sacarosa) hacia los cristalizadores para terminar el proceso de “agotamiento” de las mieles. Para lograr la separación de los cristales presentes en la templa se emplean las centrífugas de tercera, equipos que permiten separar la miel de los cristales presentes en las templas. Los 24

cristales separados son llamados "azúcar C" y la miel separada "miel C, miel final o melaza". Al azúcar C se adiciona agua acompañada de agitación hasta formar una masa de 93 ° Brix este material recibe el nombre de magma de tercera y es utilizado como semilla para la preparación de templas de segunda. Para obtener las templas B se alimenta una cierta cantidad de magma de azúcar de tercera a un tacho, luego se alimenta miel A y se somete a evaporación, hasta que la masa elaborada contenga aproximadamente 94-96 ° Brix. Al llegar a esta concentración se descarga la templa o masa cocida hacia los cristalizadores para terminar de agotar las mieles. Para lograr la separación de los cristales de las mieles se emplean las centrífugas de segunda.

Los cristales separados son

llamados "azúcar B" y la miel separada "miel B". El azúcar B es mezclado con una pequeña cantidad de agua para elaborar una papilla llamada "magma", la cual es bombeada al piso de tachos para ser empleada en la elaboración de las templas A.- Si hay exceso de magma se procede a disolver el azúcar de segunda para obtener un "diluido de segunda", el que es bombeado a los tachos. Para elaborar las templas A se alimenta al tacho cierta cantidad de magma, luego se agrega meladura y se concentra la masa hasta obtener 92-93 °Brix. Al llegar a esta concentración se descarga la templa o masa cocida hacia los cristalizadores para darle agitación a las templas e impedir que se endurezcan demasiado. Para lograr la separación de los cristales presentes en la templa se emplean centrífugas de primera. Los cristales separados son denominados "azúcar A", que es el azúcar comercial, y la miel separada es llamada "miel A". III.12.2.7

Azúcar bruto de caña

III.12.2.7.1

Azúcar centrifugado y cristalizado

Según Naturland (2000) Para la producción de este tipo de azúcar se necesita equipamiento industrial. De procesarse caña de azúcar ecológica se deberán cumplir las siguientes exigencias mínimas: •

El balance ecológico de la planta será de un mínimo representable. Además presentará en lo posible una certificación conforme a la norma ISO 14000.

•

Como parte de la concepción ecológica de la producción de azúcar, los trechos de transporte tanto de caña como de fertilizantes orgánicos no sobrepasarán, en ningún caso, los 30 km.

•

Ideal sería disponer de un equipamiento que procese sólo caña de azúcar ecológico. Si ello no fuera posible, el equipamiento deberá estar en condiciones de procesar durante cierto tiempo (unas cuantas semanas) exclusivamente caña de azúcar ecológico. En tal caso, todos los productos principales y subproductos se almacenarán y procesarán por separado.

•

Las plantas bien equipadas aprovechan aprox. el 35% del bagazo en la producción de energía necesaria para el procesamiento de la caña.

•

Se utilizará agua limpia para el lavado de la caña y se garantizará la degradación del agua servida.

•

La trituración de la caña se efectuará en forma mecanizada. Se permitirá el procesamiento enzimático sólo si se da la seguridad que no se están empleando organismos que sufrieron cambios genéticos.

•

La extracción del jugo de la caña se efectuará, igualmente, en forma mecanizada. Como medio de extracción se utilizará agua o el zumo mismo de caña.

•

La purificación del jugo se logrará por decantación, filtración y centrifugación. Para regular el valor pH se puede utilizar carbonato de calcio, para la segregación dióxido de calcio, y sulfato de calcio como coagulador. El empleo de ácido sulfúrico está permitido en el procesamiento de azúcar de exportación a Europa, no así en el destinado a los EE UU.

•

Los jugos concentrados se logran mediante calentamiento, al vacío, y la cristalización mediante centrifugación. En la inducción a la cristalización se utilizará solamente azúcar ecológico.

•

La limpieza del equipamiento y la prevención de infecciones se efectuará con agua y baños de vapor caliente, asimismo se podrán emplear alternativamente detergentes agrios y básicos.

III.12.3

Azúcar integral de caña

III.12.3.1

Preparación

Según Naturland (2000) La caña, que suele alcanzar hasta 5 cm de diámetro, contiene una pulpa suave que acumula sacarosa, cuyo contenido sacarino es de 8 - 16%. La mayor parte de la caña se transforma en azúcar refinada. Como el azúcar integral de caña en el ramo de nutrición natural tiene mayor importancia que el azúcar refinado, a continuación se explica la producción tradicional de azúcar integral que se puede dividir en las siguientes etapas:

•

Extracción del jugo que contienen las fibras del tejido celular.

Una vez separadas las hojas y sus residuos, las cañas se someten a limpieza, se reducen a trocitos, éstos se machacan y luego se exprimen. En general, el procesamiento de la caña de azúcar se efectuará dentro las 48 horas después de la cosecha, caso contrario podría suscitarse una considerable pérdida de calidad. Los residuos de fibra (bagazo) se utilizan por regla general como material de combustión. El zumo así extraído pasa por filtros que tamizan los residuos de fibra y otros, luego se vierte en una cuba y se almacena brevemente. Para ligar tanto los ácidos que contiene el zumo así como las sustancias que lo enturbian, se añade una cucharadita (de las de té) de cal por cada 300 - 500 l de zumo. Ello hace que el zumo se aclare. Una vez decantado el zumo ya se pueden absorber los componentes ligados por la cal.

•

Absorción de elementos que no sirven y se disolvieron en el zumo

Para lograr una buena cristalización del zumo de caña es necesaria la absorción de los elementos que se disolvieron en el zumo y que no sirven porque no tienen ninguna utilidad. Para ello se calienta el zumo en calderas grandes que se colocan en fila sobre un canal alimentado con aire altamente caliente. En la combustión se puede usar el bagazo que resulta del procesamiento de la caña y que puede llegar a cubrir un 80% del combustible requerido. Tanto la espuma 27

como las impurezas que flotan en la superficie debido al proceso de calentamiento del líquido se retirarán permanentemente hasta lograr la pureza del mismo.

•

Espesado del zumo

Al cabo de este proceso de purificación, que dura aproximadamente cuatro horas, el zumo se espesa adquiriendo la consistencia de almíbar o sirope.

•

Cristalización del almíbar de azúcar

El almíbar se vierte en cubas de madera planas, que suelen ser forradas con hojalata, donde después de unos minutos ya empiezan a formarse cristales de azúcar. Mientras se enfría, el azúcar se bate y remueve fuertemente durante una media hora con ayuda de una pala o paleta de raspar. Cuanto más largo y fuerte sea el movimiento de remoción más fina será la cristalización del azúcar

•

Molido de los cristales de azúcar

Una vez cristalizado, enfriado y secado, el azúcar integral se somete a molienda. El azúcar ahora ya puede ser empacado en unidades que oscilan entre 500 g y 10 kg. III.12.3.2

Exigencias de calidad

Según Naturland (2000) A continuación se presentan algunas características de calidad de caña de azúcar, sus grados de exigencia, mínimos y máximos. Principalmente las normas legales o también los importadores son quienes imponen dichas exigencias. Importadores y exportadores, sin embargo, pueden acordar grados mínimos y máximos diferentes de los presentes, siempre y cuando éstos se encuentren dentro el marco que imponen las normas legales.

Tabla 5. Exigencias de calidad.

Determinantes de calidad

Grados mínimos y máximos

Sabor y olor

Específico del tipo, ligeramente caramelizado, no fermentado, no enmohecido

Pureza

Libre

agentes

externos

como

arena,

piedrecillas, restos de fibra, insectos, etc Humedad

Máx. 2,5%

Valor aw

0,65%

Residuos Pesticidas

No detectable

Bromuro

No detectable

Óxido de etileno

No detectable

MICOTOXINA Aflatoxina B1

Máximo 2 µg/kg

Suma de Aflatoxinas B1 B2 G1 G2

Máximo 4 µg/kg

Fuente: Naturland (2000) La "National Soft Drink Association" ha publicado los siguientes criterios o factores de referencia para azúcar cristalizado ("Bottlers-Test") que pueden servir de orientación en el caso de azúcar integral: Tabla 6. Criterios o factores de referencia para azúcar cristalizado. Microorganismos

Factor de referencia

Gérmenes aerobios mesofilos

Max. 200 UFC* en 10 g de azúcar

Fermentos y mohos

Max. 10 UFC* en 10 g de azúcar

*UFC= Unidades que Forman Colonias Fuente: Naturland (2000) La asociación "National Canners Association", por su parte, exige el cumplimiento de los siguientes criterios o factores de referencia para el azúcar cristalizado ("Canners- Test"):

Tabla 7. Criterios o factores de referencia para el azúcar cristalizado. Microorganismos

Factor de referencia

Total de esporas termófilas

Se analizarán 5 pruebas que contendrán como máximo 150 esporas y el contenido máximo de esporas en 10 g de azúcar no sobrepasará la media de 125

Esporas de bacilos termófilos En las 5 pruebas analizadas, en 10 g de que producen ácidos

azúcar su factor no sobrepasará 75 UFC y en 10g de azúcar su contenido máximo tendrá una media de 50 UFC

Esporas clostridias termófilas

De 5 pruebas analizadas, máximo 2 serán

reductoras de sulfitos

positivas. El contenido en 10 g de azúcar estará por debajo de 5 UFC Fuente: Naturland (2000)

Condición para satisfacer las exigencias de calidad y evitar la contaminación del azúcar integral es la elaboración del producto en condiciones impecables de limpieza e higiene. A continuación algunas recomendaciones al respecto: •

El equipamiento (cuchillos, recipientes, etc.) así como los sitios de faeneo (mesas, etc.), dependencias y almacenes serán sometidos permanentemente a limpieza.

•

El personal laborará en perfecto estado de salud. Tendrá a disposición dependencias (lavatorios, inodoros, etc.) para su aseo corporal y especialmente de sus manos, portará ropa de trabajo limpia y lavable.

•

El agua que se emplea para la limpieza estará libre de heces fecales y otras sustancias contaminantes.

•

No se permitirá que ni animales ni sus excrementos entren en contacto con las frutas preparadas.

III.12.3.3

Empaque y almacenado

III.12.3.3.1

Unidades y material de empaque

Empaque de unidades grandes (bulks) Según Naturland (2000) El azúcar integral para su exportación a Europa se empacan principalmente en unidades grandes (bulk) de 10, 20 o 25 kg, hechos de folios de material encogible (p.ej.: de polietileno o de polipropileno), materiales que no permiten que penetre vapor de agua. Todo ello en unidades grandes (bulks). El sellado del producto se realiza normalmente al vacío (vacuum packing). Datos que contendrá el envase Unidades destinadas al consumidor individual contendrán los siguientes datos: Claramente identificable como producto de origen de producción ecológica •

Denominación del producto ("Denominación comercial"): Nombre o denominación del producto, con el anexo “de producción ecológica“

•

Productor: Nombre o Razón Social, dirección del productor, exportador o comercializador de la mercancía, importador así como país de origen.



Contenido: Relación completa de los ingredientes y aditivos del producto indicando sus pesos en orden decreciente al momento de la elaboración del producto (p. ej.: plátanos, ácido cítrico).



Peso: Aquí se indicará la cantidad envasada. Los datos cuantitativos de la cantidad envasada se imprimirán como mínimo en los siguientes tamaños de letra: Tabla 8. Tamaño de letra para la impresión.

•

Cantidad envasada

Tamaño de letra

Menos de 50 g

2 mm

De 50 a 200 g

3 mm

De 200 a 1000 g

4 mm

Más de 1000 g

6 mm

Fecha de vencimiento: El rótulo de vencimiento (best use before...) llevará la fecha exacta de vencimiento, es decir, día, mes y año. P.ej.: A consumir preferentemente hasta el 30.11.2001. 31

Número de despacho (batch number)

• III.12.3.3.2

Embalaje de transporte

Según Naturland (2000) Para el transporte de los empaques de venta se necesitará un embalaje de transporte. En la elección del embalaje de transporte se observarán los siguientes criterios: •

El embalaje de transporte (p. ej.: de cartón) será de material tan sólido que los empaques de venta no sufran ningún daño por efectos de presión externa.

•

Las dimensiones del embalaje de transporte serán tales que el contenido esté firme, es decir que los empaques de venta no deberán estar demasiado sueltos.

•

Las dimensiones de los embalajes de transporte se sujetarán a las de las paletas y contenedores de transporte.

Datos que llevará marcados el embalaje de transporte El embalaje de transporte llevará rotulados los siguientes datos: •

Nombre o Razón Social del productor/exportador, país de origen

•

Denominación del producto, calidad

•

Año de cosecha

•

Peso neto, unidades que contiene

•

Número de despacho

•

Lugar de destino, dirección del comitente, importador

•

Rótulo visible indicando que es un producto de calidad ecológica

III.12.3.3.3

Almacenaje

Según Naturland (2000) Azúcar integral es muy higroscópico (atrae agua), por lo tanto debe almacenarse herméticamente cerrado y seco. En caso de almacenamiento no óptimo corre el riesgo de que se inicien procesos fermentativos causados por levaduras. Bajo condiciones de almacenamiento óptimo (seco, oscuro y sín olores ajenos) azúcar integral puede guardarse entre 12 a 18 meses. Si se guardan las calidades convencional y ecológica en un solo almacén (depósito mixto), se garantizará la exclusión de cualquier posibilidad de confundir ambos productos. Ello se logrará si se adoptan las siguientes medidas: 32

•

Someter al personal de almacenes a cursillos de capacitación e información específica

•

Rotular claramente los espacios de los almacenes (silos, paletas, tanques, etc.)

•

Rotular con colores los espacios (p. ej.: verde para productos ecológicos)

•

Registrar por separado los ingresos y egresos de mercancías (Libro de Depósito)

La protección de almacenes mixtos con sustancias químicas (p. ej.: gasificado con bromuro metílico) no está permitida. Las calidades convencional y ecológica se guardarán, en lo posible, en almacenes separados. III.13 PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

Según BNDES, CGEE, FAO, CEPAL (2008) La producción de bioetanol se realiza en bases comerciales y por dos vías tecnológicas, utilizando materias primas dulces, directamente fermentables, como la caña de azúcar y la remolacha azucarera, o materias primas amiláceas, como el maíz y el trigo, cuyo almidón debe ser convertido en azúcares (sacarificado) antes de la fermentación, como se esquematiza en la Figura 1. Una tercera vía, utilizando la biomasa disponible en materiales como el bagazo y la paja, hidroliza las cadenas celulósicas y produce una solución fermentable de azúcares, presentando gran interés gracias al bajo costo de la materia prima. Con todo, esta vía de valorización energética de la biomasa aún no está disponible en escalas comerciales, aunque haya expectativas de que en los próximos años pueda alcanzar viabilidad económica.

Figura 7. Vías tecnológicas para la producción de Bioetanol.

Fuente: Elaboración de Luiz Augusto Horta Nogueira En función de las diferencias en las productividades agrícola e industrial, los volúmenes de bioetanol producido por unidad de área cultivada varían bastante, de acuerdo con el Gráfico 1. En el caso de la caña de azúcar, son valores representativos una productividad agrícola de 80 toneladas de caña de azúcar por hectárea y un rendimiento industrial de 85 litros de bioetanol, resultando en una producción de 6.800 litros de bioetanol por hectárea cultivada. En este gráfico, para la caña de azúcar, se considera además la producción de etanol de los residuos celulósicos, tecnología aún en desarrollo, asumiendo la utilización del 30% del bagazo disponible y mitad de la paja, convertida en bioetanol a razón de 400 litros por tonelada de biomasa celulósica seca. De los 51 mil millones de litros de bioetanol producidos en 2006, la producción norteamericana, a base de maíz, y la brasileña, a base de caña, representaron un 70% del total. Los otros 34

grandes productores de bioetanol son India, China y la Unión Europea, pero en escala mucho menor. Figura 8. Productividad promedio de bioetanol por área para diferentes cultivos.

Fuente: Modificado de GPC (2008) Figura 9. Esquema de la producción de azúcar y bioetanol de caña.

Fuente: Seabra (2008). 35

El proceso industrial consume significativa cantidad de energía térmica y eléctrica, pero, en el caso de la agroindustria a base de caña, estas demandas pueden ser atendidas por un sistema combinado de producción de calor y potencia (sistema de cogeneración) instalado en el propio ingenio. Este sistema utiliza sólo el bagazo como combustible y además puede generar excedentes para la red pública. La otra materia prima importante para la producción de bioetanol, el maíz, se cultiva actualmente en todos los continentes y ocupa cerca de 147 millones de hectáreas, en los cuales fueron producidos cerca de 725 millones de toneladas en 2004, constituyendo un importante componente de la oferta de alimentos en varios países, como alimento humano y animal. En 2006, la producción americana fue superior a los 267 millones de toneladas de granos, para un área cosechada de poco más de 28 millones de hectáreas. Casi un 20% de la producción se destina a la fabricación de bioetanol. El bioetanol se puede producir del maíz por medio de dos procesos, adoptando molienda húmeda o seca. La vía húmeda era la opción más común hasta los años 1990, pero hoy en día, la vía seca se consolidó como el proceso más utilizado para la producción de bioetanol. En el proceso húmedo, las diferentes fracciones del grano de maíz son separadas, haciendo posible la recuperación de diversos productos, como proteínas, nutrientes, gas carbónico, almidón y aceite de maíz. El almidón (y, por consiguiente, el bioetanol) se produce en mayor volumen, con rendimientos en torno a los 440 litros de bioetanol por tonelada de maíz. Ya en la vía seca, el único coproducto del bioetanol es un suplemento proteico para alimentación animal y la producción de bioetanol puede ser un poco menor. Para las demás materias primas, los procesos son similares, dependiendo de las características de la biomasa, que puede contener azúcares o almidón. Así, se pueden utilizar de modo semejante a la caña, el sorgo sacarino y la remolacha, y de modo semejante al maíz, la mandioca y el trigo, entre otros cultivos. Por la diversidad de alternativas de materias primas para la fabricación de bioetanol, es importante observar que las más adecuadas son aquellas que, en un sentido amplio, se muestran más eficientes. Así, cabe priorizar los cultivos que minimicen los requerimientos de tierra, agua y aportes externos de agroquímicos, entre otros aspectos. Además de ello, la viabilidad económica debe ser tomada en cuenta: no tiene mucho sentido proponer el uso de cultivos nobles y con buen valor de mercado como fuente de bioenergía. La materia 36

prima representa, típicamente, entre 60% y 70% del costo final del bioetanol y la búsqueda de alternativas de bajo costo es fundamental. La existencia de coproductos y subproductos, de valor alimenticio, industrial o energético, es igualmente importante, en la medida en que puede otorgar una deseable flexibilidad a la producción bioenergética, asociando la disponibilidad de biocombustibles a otras fuentes de valor económico. Otro punto relevante para la adecuada selección de biomasas con potencial para producción de bioetanol es el balance energético de cada una de ellas, o sea, la relación entre la energía producida y la demanda de energía directa e indirecta para producir tal energía. En este sentido, son más interesantes los cultivos de alta productividad y baja demanda de insumos energéticos exógenos. Como una consecuencia natural de los balances energéticos, es posible estimar los niveles de emisión de gases de efecto invernadero (GEI), aspecto relevante en la evaluación de los biocombustibles y bastante diferenciado en función de la materia prima utilizada. Considerando los cultivos usualmente mencionados como de interés para la producción de bioetanol. Tabla 9. Valores para el balance energético y el nivel de mitigacion de las emisiones de GEI.

*Estimativas teóricas, proceso en desarrollo. Fuente: Elaborado en base a Dai et al. (2006), EBAMM (2005), IEA (2004), Macedo et al. (2007) y Nguyen et al. (2007). La efectiva reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero es posiblemente uno de los efectos positivos más importantes asociados al bioetanol de caña de azúcar. De acuerdo con la Comunicación Brasileña para la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, con 37

valores para 1994, el uso de la energía de la caña redujo en un 13% las emisiones de carbono de todo el sector energético. En las condiciones actuales, para cada 100 millones de toneladas de caña 10 de azúcar destinadas a fines energéticos, podría evitarse la emisión de 12,6 millones de toneladas de CO2 equivalente, considerando bioetanol, bagazo y el excedente adicional de energía eléctrica suministrada a la red. Coproductos del bioetanol de caña de azúcar Además del bioetanol, la agroindustria de caña de azúcar produce una gama creciente de otros productos de uso final y materias intermediarias, que amplían su significado económico y permiten, mediante sinergias interesantes, agregar valor al proceso como un todo. Entre esos productos, se destacan el azúcar, producto pionero y tradicional de esta industria, y en los últimos años, la energía eléctrica. Actualmente, más de 130 países producen azúcar, cuya producción mundial en la zafra 2006/2007 alcanzó las 164,5 millones de toneladas. Cerca del 78% del total fue producido de caña de azúcar cultivada principalmente en regiones tropicales y subtropicales del hemisferio Sur, y el restante utilizó la remolacha azucarera, cultivada en zonas templadas del hemisferio Norte. Como los costos de producción de azúcar de caña son inferiores a los costos a base de remolacha, cada vez más se amplía la fracción producida por los países en desarrollo, a medida que se retiran las barreras comerciales que impiden el libre comercio de ese producto. El consumo mundial de azúcar se ha estado expandiendo de modo regular a una tasa anual del 2% a lo largo de las últimas décadas, lo que significa cerca de 3 millones de toneladas más en la demanda, a cada año. El crecimiento ocurre principalmente en los países en desarrollo, como un reflejo del aumento de la renta de los consumidores y de los cambios en los patrones de alimentación. Estos mercados ya representan actualmente más del 60% del actual consumo mundial de azúcar. La producción de azúcar muestra una amplia gama de costos de producción. Brasil presenta el menor costo entre todos los países productores, lo que se debe en gran parte al desarrollo de la tecnología agrícola e industrial asociada a la expansión de la producción de bioetanol. La bioelectricidad se produce desde hace décadas en la agroindustria de la caña de azúcar, utilizando el bagazo como combustible en sistemas de cogeneración que atienden también, con elevada eficiencia, las necesidades de potencia mecánica y de calor de proceso. Durante décadas, la producción de energía 38

eléctrica se limitaba a atender las necesidades propias de la agroindustria. No obstante, con la evolución del marco regulatorio del sector eléctrico se hizo posible incrementar el desempeño de los sistemas de cogeneración que pasaron a generar excedentes para la red pública, con creciente importancia económica, contribuyendo para la oferta de electricidad en muchos países, como Brasil. Como indicadores de la mayor disponibilidad de energía eléctrica, mientras las condiciones típicas de las calderas empleadas en los ingenios brasileños durante los años ochenta permitía producir excedentes del orden de las 10 kWh/tc (tonelada de caña procesada), actualmente alcanzan cerca de 28 kWh/tc en la mayoría de las unidades productoras y 72 kWh/tc en los ingenios más modernos. Con la utilización de parte de la paja de la caña cosechada y mejoras en el proceso industrial, los excedentes de energía eléctrica podrán alcanzar más de 150 kWh/tc. A inicios de 2008, la capacidad instalada en los ingenios de azúcar y bioetanol en Brasil era de 3,1 GW, con perspectivas de que la generación de energía eléctrica para la red pública a base de bagazo pueda alcanzar los 15 GW hasta el 2015, o un 15% de la actual potencia instalada en las centrales eléctricas brasileñas. Una evaluación de los costos de oportunidad del bagazo – de acuerdo con escenarios prospectivos de rendimientos y costos de capacidad, en las configuraciones típicas de precios del bioetanol y de la bioelectricidad – indica que la producción de energía eléctrica tiende a ser más atractiva que la producción de biocombustible. La producción de energía eléctrica a base de bagazo es elegible para la obtención de créditos de carbono, presentando adicionalidad y una metodología aprobada para cuantificación y certificación de esos créditos, en los términos del Mecanismo de Desarrollo Limpio, de conformidad con lo establecido en el Protocolo de Kyoto. La caña de azúcar permite producir mucho más que bioetanol, azúcar y electricidad. Entre los coproductos tradicionales de la caña, podrían citarse la melaza, el aguardiente, el bagazo, la levadura, la torta de filtro y la vinaza, mientras la lista de los nuevos productos, numerosa y variada, incluye desde realzadores de sabor para la industria de alimentos hasta plástico para embalajes. Un estudio publicado en 2005 presenta más de 60 tecnologías empleando la caña de azúcar como materia prima en diferentes sectores industriales, en buena parte relacionados con la industria de alimentos. Tecnologías avanzadas en la 39

agroindustria de la caña de azúcar Además de los productos y procesos comentados anteriormente, han sido propuestas tecnologías innovadoras para la utilización de la caña de azúcar como insumo industrial y energético. Tales tecnologías involucran la producción de bioetanol y bioelectricidad y consideran procesos volcados a la valorización de los materiales lignocelulósicos, mediante su hidrólisis o gasificación, y la producción de plásticos biodegradables. En este capítulo, estos temas que constituyen líneas de investigación y desarrollo, en algunos casos en plantas piloto, se comentan en sus aspectos tecnológicos y en cuanto a su viabilidad económica. Las tecnologías de hidrólisis para la obtención de bioetanol a base de materiales lignocelulósicos incluyen el fraccionamiento de los polisacáridos de la biomasa en azúcares fermentables y su posterior fermentación para la producción del bioetanol. Para ejecutar esta tarea, la hidrólisis utiliza tecnologías complejas y multifásicas, en base al uso de vías ácidas y/o enzimáticas para la separación de los azúcares y remoción de la lignina. Hay una gran influencia de la composición y de la estructura de la materia prima sobre el desempeño de los procesos, siendo relevantes las fases iniciales de preparación y pre-tratamiento. Son igualmente importantes los procesos de fermentación de las pentosas, poco desarrollados aún. Aunque la hidrólisis con ácido diluido esté en una etapa de perfeccionamiento más avanzado que las demás vías, la hidrólisis enzimática tiene más viabilidad y concentra actualmente mayor atención, en especial en los procesos con sacarificación y fermentación simultáneas. Menos trabajada, pero no menos importante, la otra línea de estudios para la valorización de los residuos lignocelulósicos de la agroindustria emplea procesos térmicos, mediante su gasificación y posterior conversión del gas obtenido en biocombustible o bioelectricidad. Las reacciones involucradas son complejas y el diseño de los gasificadores todavía es relativamente limitado en capacidad, imponiendo mayores esfuerzos para su desarrollo. La generación de energía eléctrica asociada a la gasificación de biomasa podrá permitir el empleo de turbinas a gas y ciclos combinados de alta eficiencia, pero la alimentación y la operación de gasificadores presurizados de gran capacidad, la limpieza del gas, con la separación de álcalis y particulados, así como la modificación de las turbinas a gas para uso de combustible con bajo poder calorífico son aspectos no totalmente ecuacionados. En la vertiente de uso del gas de biomasa para la 40

síntesis de biocombustibles, particularmente en los procesos tipo FischerTropsch, también hay gran interés e igual necesidad de perfeccionamiento de los procesos, equipos y catalizadores, con expectativas de viabilidad económica a medio plazo. Un extenso campo de aplicaciones para la caña de azúcar y para el bioetanol, en especial, es la producción de polímeros diversos, sea en el contexto de la industria petroquímica convencional – que pasó a incluir el bioetanol entre los insumos para la fabricación de etileno y otros productos intermediarios - , sea en el ámbito de la llamada etanolquímica, que contempla procesos más específicos y avanzados, como la fabricación de plásticos biodegradables, actualmente en desarrollo en Brasil. A medida que toda la caña, con sus azúcares y fibras, pasa a ser una fuente de materiales de interés, pasible de ser utilizada en una amplia gama de productos en procesos integrados e interdependientes, los ingenios de azúcar y bioetanol decididamente se configuran cada vez más en el contexto de las llamadas biorrefinerías, que mimetizan las actuales refinerías de la industria del petróleo, pero con nuevas bases, renovables y ambientalmente más saludables.

IV.

BIBLIOGRAFÍA

1. BNDES, CGEE, FAO, CEPAL. «BIOETANOL DE CAÑA DE AZUCAR. Una Energia para el desarrollo sostenible. .» BIOETANOL, 2008: 1 - 32. 2. Gervasi, Salvador Aita. La caña de Azúcar. s.f. 3. N. Aguilar-Rivera, D. A. Rodríguez Lagunes, A. Castillo Morán. «AZÚCAR, COPRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS EN LA DIVERSIFICACIÓN DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZÚCAR.» VirtualPro - Procesos Industriales , 2010: 4 - 24. 4. Naturland. «Caña de Azucar.» Agricultura Orgánica en el Trópico y Subtrópico 1, nº 18 (2000). 5. Sociedad Agricola e Industrial San Carlos S.A. «Proceso de la Elaboración de la Caña de Azucar.» San Carlos, s.f.: 5.