Revista icidca vol 46 no1 2012 by Revista ICIDCA

Modelación matemática del proceso de cocción de la masa cocida "C" y su vínculo con el control del proceso. Parte I: Modelación matemática. Mathematical modelling of "C" massecuites boiling and its link with process control. Part I: Mathematical modelling Ramón Consuegra-del Rey

Obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica. Obtaining of ethanol from lignocellulosic biomass Mabel Viñals-Verde, Antonio Bell-García, Georgina Michelena-Álvarez, Marlén Ramil-Mesa

Software para el análisis de producciones integradas de azúcar y alcohol (SANPAD 5.0). Software for the analysis of integrated productions of sugar and alcohol (SANPAD 5.0)

Rafael Hurtado-Vargas, Leopoldo Rostgaard-Beltrán, Mauricio Ribas-García, Norge Garrido-Carralero, Raúl Sabadí-Díaz

Producción de biodiesel a partir de microorganismos oleaginosos. Una fuente de energía renovable. Parte I. Levaduras y bacterias. Production of biodiesel from oleaginous microorganisms. A source for renewable energy. Part I. Yeasts and bacteria Evelyn Faife-Pérez, Miguel A. Otero-Rambla, Amaury Alvarez-Delgado

Disminuir costo de la lubricación en el sector azucarero cubano: un problema a resolver. Cost reduction in Cuban sugar sector lubrication: a problem to be solved Elier Angulo-Acosta, Rubén Monduí-González, Gladys Menéndez-Zequeira

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

Lignina de bagazo como fibra dietética. Bagasse's lignin as dietary fiber. Daisy Dopico-Ramírez, Lucía García-García, Alejandro Abril- González, Yelenys Hernández-Corvo, Dolores Cordero-Fernández

Sistema integrado. Un instrumento para garantizar la calidad e inocuidad en bodegas Vigía. Integrated system: a tool to guarantee the quality and safety in bodegas Vigia. Idania Blanco-Carvajal, Maricela Vega-Batista, María del Carmen Vasallo-Sordo, Raymundo Guardarrama-Rodríguez, Miguel Vázquez-García, Eric Estrada-Medina, Hildeliza Ramos-Aróstica

Í N D I C E / C O N T E N T S

Son 45 años de "ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar"

Es este de los Aniversarios que demandan no una retórica erudita, sino la libre y fresca expresión de una improvisación emocional, recordando que cuando apenas tenía el ICIDCA cuatro años y aprendíamos a investigar y eran más los deseos, la pasión y esa hermosa visión romántica de hacer ciencia; que la experiencia en este complejo y exigente oficio, la voluntad colectiva, la osadía de los tiempos de inicio, nos condujo a la entonces feliz idea, que hoy es realidad de orgullo, de crear la Revista "ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar".

Editorial

Han transcurrido cuatro décadas y media y resulta imprescindible mirar atrás, con la justa satisfacción de una Obra realizada y también con el "vistazo" crítico y responsable, que, en cada momento, ha guiado este esfuerzo de ejemplar sistematicidad, de continua búsqueda de la excelencia, de tropezar y corregir, de acertar y confirmar, de marchar cuesta arriba y no ceder, de búsqueda de nuevas vías, de responsabilidad y profesionalismo. Ha acompañado "ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar" al Instituto, en los años de inexperiencia y aprendizaje, luego en la etapa de consolidación, más tarde en el período de madurez, también en los tiempos de intensa producción de conocimientos y ahora en la misión de mirar a nuevos horizontes, sin olvidar, en cada momento, la exigente responsabilidad, ese intransigente arbitraje, que le ha valido, a nuestra Revista, para gozar de un prestigio y una imagen de publicación de vanguardia en el entorno científico nacional. Es, sin dudas, un Aniversario de júbilo, de celebración de lo bien hecho, de compromisos nuevos y mayores, seguros de que por grandes que sean los retos, por compleja la misión, el triunfo sonreirá siempre.

El editor

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 3 - 6

Ramón Consuegra-del Rey Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Carretera de Boyeros a la CUJAE. Km 2 ½. Boyeros. La Habana. Cuba. ramón.consuegra@icinaz.minaz.cu

RESUMEN Se discute el sistema de ecuaciones que conforma un modelo matemático del proceso de cocción de las masas cocidas finales en los tachos, que será empleado en la Parte II del presente trabajo para simular el proceso frente a diferentes alternativas de control ideal de la sobresaturación y el contenido de cristales. Palabras clave: modelling, masa cocida, tachos. ABSTRACT Mathematical modelling of "C" massecuites boiling in vacuum pans, which is going to be used for supersaturation and crystal content simulated control against different alternatives of ideal control, is discussed. Keywords: modeling, massecuite, vacuum pan.

INTRODUCCIÓN

agroindustriales vinculados al asunto, entre los que se encuentran el efecto de la cosecha y de los tiempos entre el corte y molida de la caña (1), la incidencia de los poli y oligosacáridos presentes en los jugos (2), la influencia de los azúcares reductores en el agotamiento (3), entre otros. Por la importancia que se le concede a lo anterior, se considera conveniente la atención al control de las operaciones que for-

La mayoría de los estudios y publicaciones cubanas relacionadas con el proceso de cristalización de la sacarosa, en los últimos 15 años, se asocian con buena lógica a los factores que inciden en el agotamiento de las mieles finales por concepto de los altos valores de las pérdidas en estas. Se ha concedido justificada importancia a los factores 3

dC/dt = π/2. N. ρC. D2. dD/dt.

man parte del proceso de cristalización, aspecto que incide necesariamente sobre la eficiencia desde el punto de vista de la productividad y el agotamiento. El presente trabajo establece un modelo matemático del proceso de cocción de las masas cocidas C en los tachos, que constituye una base para el estudio, mediante simulación, del control de la operación.

- Balance de masa total dM/dt=dS/dt+dI/dt+dW/dt+dC/dt

(2-5)

Ecuaciones de balance de energía El propósito fundamental es calcular el flujo de agua que se evapora en el tacho. La ecuación general del balance calórico es: Q = U .A. (Tv - Tm) = W λ La variable W representa el flujo de agua que se condensa en la calandria, que es igual al producto de multiplicar una constante por el flujo de agua que se evapora en el equipo (E). Por otra parte, atendiendo a que la presión en el cuerpo del tacho y la presión del vapor en su calandria están controladas, los términos (Tv - Tm) y λ pueden considerarse aproximadamente constantes. Además, el área de transferencia de calor es también constante para un equipo dado, de aquí que: E = Constante. U

MATERIALES Y MÉTODOS En un trabajo previo, el autor (4) formuló el modelo matemático de la dinámica del proceso de cocción de la masa cocida C sobre la base de reportes de ecuaciones de equilibrio de fase en soluciones técnicas de azúcar y de la cinética del proceso de cristalización. El modelo se ajustó experimentalmente de acuerdo con el proceso de cocción llevado a cabo en un tacho operado a escala industrial.

El coeficiente de transferencia de calor (U) en un tacho depende, fundamentalmente, de la viscosidad de la masa cocida y de la masa de esta, atendiendo a la relación de la última con la carga hidrostática. Tomando en cuenta la disponibilidad de la medición en línea de la conductividad de la masa cocida, se decidió usar esta variable como medición indirecta de la consistencia. La relación entre estas variables se sustenta en que Rouillard (5), entre otros autores, establece que el cociente de dividir la viscosidad de la masa cocida entre aquella de su licor madre es una función del contenido de cristales según: μM / μL = Constante. e-(CC)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Modelo matemático de la cocción de la masa cocida C El sistema de ecuaciones está conformado por: - Ecuaciones de balance de materiales global y por componentes. - Ecuaciones de balance de energía. - Ecuaciones de equilibrio de fases. - Ecuaciones que establecen la cinética de cristalización. Ecuaciones de balance de materiales - Balance de sacarosa disuelta en el licor madre dSL /dt = F.SF - dC/dt (2-1)

A partir de esta expresión, queda explícito que la consistencia está relacionada con el contenido de cristales y con la viscosidad de su licor madre. Por otra parte, es común que se afirme el uso de la conductividad eléctrica para el control de la cocción de las masas cocidas en los tachos. Esto se justifica por su relación con la sobresaturación. Sin embargo, la última es solo inherente a la fase líquida. La afirmación anterior estaría mejor justificada en el caso de que las mediciones de la conductividad de las masas cocidas no depen-

- Balance de impurezas dI /dt = F.IF (2-2) - Balance de agua dW /dt = F. (1,00 - CF) - E

(2-4)

(2-3)

- Balance de sacarosa en la fase sólida (cristales de sacarosa) En este caso, se hace la acostumbrada consideración de que los cristales son esféricos y de igual tamaño. 4

diera del contenido de cristales, lo que es incierto. Se ha comprobado (4) que, con independencia de las características de los licores madre, se cumple que: ΩM / ΩL = 1,00 - CC

Por lo que la relación sacarosa/agua es igual a: SL/W = SAT / (100 - SAT) En el caso de las soluciones impuras hay que incorporar al coeficiente de solubilidad como un término adicional en el cálculo de la sobresaturación. De acuerdo con esto:

La relación entre la conductividad de los licores madre y su viscosidad es también conocida y responde a: ΩL. μLn = B

SS =

Por lo que, atendiendo a estas 2 últimas expresiones, se deriva que, al igual que en el caso de la consistencia, la conductividad eléctrica de las masas cocidas depende del contenido de cristales y de la viscosidad del licor madre según: ΩM = B (1.00 -CC) / μLn

El trabajo establece que su uso es válido cuando la razón impurezas/agua es superior a 1,5, lo que se corresponde al caso de las masas cocidas "C". El exceso de saturación se define como: OS = SS - 1,00 (2 - 11) Velocidad de crecimiento de los cristales La velocidad con que crecen los cristales, a temperatura constante, depende del exceso de saturación y de la viscosidad y esta última variable fue antes relacionada con la relación impurezas/ agua. dD/dt = 0,011. OS / e-(1, 75. I/W) (2 - 12)

(2 - 6)

Las ecuaciones enumeradas desde (2-1) hasta (2 -12) conforman el modelo matemático de la dinámica del proceso de cocción de las masas cocidas en los tachos. Sus coeficientes fueron obtenidos de la experimentación en un tacho industrial y no pueden ser considerados de carácter general por la conocida variación de las características de las impurezas presentes en las soluciones técnicas de azúcar. Por lo tanto, los resultados de su empleo son esencialmente útiles desde el punto de vista cualitativo, sin obviar algunos aspectos de carácter cuantitativo, en los casos en que las características de las impurezas se asemejen a las de la presente fuente experimental. Se aclara que no se hace referencia a las unidades de medida de las variables, ya que los resultados de la simulación contenidos en la parte 2 del presente trabajo responden

Para calcular el flujo de agua evaporada se propone una ecuación empírica que guarda similitud con otras empleadas por Wright (8). E = 0,045. ΩM + 0,1176. MT + 0,001 (2 - 7) Ecuaciones de equilibrio de fase La sobresaturación se define como: SS =

(2 - 9)

Se ha informado previamente (8) una ecuación para el cálculo del coeficiente de solubilidad obtenida de la experimentación con mieles de la misma fábrica en la que se realizó el presente trabajo: CS = 0,08. I/W + 0,638 (2 - 10)

De aquí que se pueda inferir que tanto el método reométrico (basado en el control directo de la viscosidad) como el conductimétrico, responden al mismo criterio acerca de controlar la consistencia de las masas cocidas, lo que en el segundo caso se trata de una medición indirecta. En soluciones impuras se puede expresar la viscosidad en función de la razón impurezas/agua (6, 7) de acuerdo con la expresión: μL = K. e-(P0. I/W) por lo que: ΩM=212,15. (1,00-CC)/ e-(0, 40. I/W)

SL (100 − SAT ) 1 ⋅ ⋅ W SAT CS

S L de la solución sobresaturada W S L de la solución saturada a iguales temperatura y razón I/W W

En el caso de soluciones puras de sacarosa, la concentración (% de solución) en el punto de saturación responde a la expresión: SAT=64,407+0,07251 T+0,00257 T2-9,035.10-6 T3

....(2-7) 5

BIBLIOGRAFÍA

al comportamiento de variables relativas que son adimensionales.

1. Casanova, E. ¿Cómo evaluar industrialmente la calidad de la caña? CubaAzúcar. 19 (4), 54-57, 2000. 2. Ramos, E., Ravelo, S., Gutiérrez, S. Efecto de los diferentes oligosacáridos en el hábito del cristal de sacarosa. CubaAzúcar. 19 (4), 58-62, 2000. 3. Monduí, R. Tiempo de residencia en los clarificadores: Un enfoque económico. CubaAzúcar 17 (4), 3-6, 1998. 4. Consuegra, R. El análisis del proceso de cocción de las masas cocidas finales en los tachos y su vinculación con el control de la operación en la industria azucarera. Tesis para la obtención del grado de Doctor en Ciencias Técnicas. Universidad Central de Las Villas. 57133, 1985. 5- Rouillard, E.E.A., Kocnig. M.F.S. The viscosity of molasses and massecuites. South African Sugar J. Junio, 1-4, 1980. 6- Broadfoot, R., Steindl, R.J. Solubilitycrystallization characteristics of Queensland molasses. Proc. XVII Congress ISSCT. Vol 3. 2557-2581, 1980. 7- Wright, P.G., White, E.T. A mathematical model of vacuum pan crystallization. Proc. XV Congress ISSCT. Vol 3. 15461559, 1974. 8- Morera, R. Coeficiente de saturación de las mieles finales. Memorias 43 Congreso de la ATAC. División: Industria, 73-76, 1981.

CONCLUSIONES Se formuló un modelo matemático del proceso de cocción de las masas cocidas finales en los tachos como base para la simulación del proceso bajo alternativas de control ideal, aspecto contenido en la parte 2 del presente trabajo. SIMBOLOGÍA t = Tiempo. S L = Masa de sacarosa contenida en el licor madre. F = Flujo de miel B que se adiciona a la masa. C = Masa de cristales de sacarosa. I = Masa de impurezas en la masa. I F = Masa de impurezas contenida en F. W = Masa de agua contenida en la masa. C F = Fracción de sólidos contenidos en F. E = Flujo de agua que se evapora. N = Número de cristales en la masa. ρC = Densidad del cristal de sacarosa. D = Diámetro del cristal de sacarosa. M = Masa total contenida en el tacho. Q = Cantidad de calor transferido. U = Coeficiente de transferencia de calor. A = Área de transferencia de calor. Tv = Temperatura del vapor en la calandria del tacho. TM = Temperatura de la masa. λ = Calor de vaporización. μM = Viscosidad de la masa. μL = Viscosidad del licor madre. CC = Fracción de contenido de cristales en la masa. ΩM = Conductividad de la masa. ΩL = Conductividad del licor madre. SS = Sobresaturación. SAT = Concentración de sacarosa (% en solución) en una solución pura. CS = Coeficiente de solubilidad en la solución impura. OS= Exceso de saturación.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 7 - 16

Mabel Viñals-Verde, Antonio Bell-García, Georgina Michelena-Álvarez, Marlen Ramil-Mesa Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba mabel.vinals@icidca.edu.cu RESUMEN Se muestra el estado de la literatura en cuanto a la obtención de etanol a partir de hidrolizados lignocelulósicos, una alternativa muy estudiada en la actualidad en el mundo con vistas a disminuir el costo del etanol combustible. Se reportan los materiales lignocelulósicos que están en estudio siendo el bagazo de caña de azúcar y los derivados del maíz los más utilizados. Se presentan los métodos de pre-tratamiento, purificación del hidrolizado, fraccionamiento de la celulosa, obtención de microorganismos geneticamente modificados y producción a nivel de planta piloto e industrial. Los métodos de pretratamiento por explosión por vapor y de purificación por "overliming" son los más estudiados con resultados satisfactorios. Entre los métodos de fraccionamiento de la celulosa, la sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) se reporta como el proceso más novedoso y eficiente para la obtención de etanol a partir de biomasa aunque a nivel de planta piloto e industrial se continúa trabajando con el sistema de hidrólisis ácida. Se muestran algunos resultados obtenidos con microorganismos genéticamente modificados como la levadura Saccharomyces y la bacteria Escherichia coli. Palabras clave: etanol, materiales lignocelulósicos, hidrólisis. ABSTRACT In this work is shown the state of the literature for the obtaining of ethanol starting from lignocellulosic hydrolysates, an alternative very studied at the present time in the world with a view to diminishing the cost of the combustible ethanol. The lignocellulosic materials more studied are the sugar cane bagasse and derived of the corn. The pre-treatment methods, purification of the hydrolyzate methods, division of the cellulose methods, studies of obtaining of genetically modified microorganisms and production at level of plant pilot and industrial are presented. The pre-treatment methods of vapor explosion and purification for "overliming" are the more studied with satisfactory results. The sacharification and simultaneous fermentation (SSF) is reported as the most novel and efficient process for the obtaining of ethanol starting from biomass, although at plant pilot and industrial level is continuous working with the system of sour hydrolysis. It shown some results obtained with genetically modified microorganisms as the yeast Saccharomyces and the bacteria Escherichia coli. Keywords: ethanol, lignocelulosic materials, hydrolysis. 7

INTRODUCCIÓN

MATERIAS PRIMAS ESTUDIADAS

La mayoría de los países latinoamericanos, entre ellos los productores de azúcar, están en la búsqueda de una estrategia para la reconversión de sus tecnologías productivas y dar respuesta con ello a la apertura de nuevos mercados y a la integración regional. Con la disminución de las reservas del combustible fósil y el aumento de los precios de este, la búsqueda de una materia prima alternativa para reemplazar el petróleo se ha intensificado de un extremo a otro del mundo (1). El aumento de la producción de alcohol en el mundo está aparejado con el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan obtener etanol a partir de residuos agrícolas, maderables, de desechos sólidos y de todos los materiales que contengan celulosa y hemicelulosas, para permitir entonces revalorizar los desechos de varias industrias y convertirlos en materia prima para la obtención de alcohol (2,3). La producción de etanol de maíz es una tecnología establecida, pero es una fuente básica de alimentación mundial (1,4). La búsqueda de una alternativa renovable debe lograrse mediante el uso de materiales lignocelulósicos para producir etanol, debido a ser abundantes y relativamente baratos. Aunque los procesos son costosos en la actualidad, los avances en la biotecnología deben conllevar a una disminución sustancial del costo de conversión de estos materiales a etanol. La posibilidad de producir etanol de biomasa de bajo costo debe ser la clave para que el etanol sea competitivo al compararlo con la gasolina (5). El uso de biomasa celulósica en la producción de etanol ha sido beneficioso ambientalmente. La aplicación a gran escala de bioetanol como un combustible de transportación puede contribuir sustancialmente a la reducción de la emisión de CO2 y otras emisiones (SO2 y NO2) desde receptores de transporte. El etanol celulósico puede reducir el efecto invernadero (5,6). El objetivo de este trabajo es analizar las tecnologías que se utilizan en el mundo, para la obtención de etanol a partir de materiales lignocelulósicos que constituyen desechos industriales.

El interés por el uso de materiales lignocelulósicos como materia prima en procesos de transformación por microorganismos es importante desde hace varias décadas. Entre las razones fundamentales se tienen que: - La materia lignocelulósica es el producto agroindustrial de mayor abundancia. - Es una fuente de materia prima renovable, por constituir una parte estructural en el reino vegetal (2). - Los materiales lignocelulósicos son menos costosos que los materiales convencionalmente utilizados para producir etanol (7). Sus tres mayores constituyentes (celulosa, hemicelulosas y lignina) encuentran aplicaciones prácticas apreciables: celulosa y hemicelulosas para obtener etanol y/o biomasa y lignina como fuente de combustible, adhesivos o inmunoadyuvantes (2). Las fracciones más importantes para la obtención de etanol y otros productos químicos a partir de la biomasa lignocelulósica son las hemicelulosas (15 al 30 % del peso seco del material) y la celulosa (35 al 50 % del peso seco del material) (8). La biomasa lignocelulósica es menos costosa que los materiales convencionalmente utilizados para producir etanol (7). Entre los materiales lignocelulósicos más utilizados o estudiados para la obtención de etanol se hallan los residuales agrícolas y forestales. Entre los residuos agrícolas, se encuentran los de la industria azucarera, siendo el bagazo de la caña de azúcar, el material más utilizado y estudiado debido a que es un residuo abundante, renovable y de bajo costo. La paja de caña de azúcar está en fase de estudios previos para determinar su factibilidad (9). En la industria del maíz molido se reportan estudios con la fibra de maíz que representa una fuente renovable que está disponible en cantidades significativas y debe servir potencialmente como una materia prima para la producción de alcohol grado combustible (10). Otros residuos menos estudiados de esta industria, son las hojas, tallos y mazorcas. Tradicionalmente, la paja y la cáscara de arroz se queman unidas con otros residuos 8

agroindustriales. Estos residuos, a largo plazo, podrían convertirse en fuente de biomasa para soportar el crecimiento sustancial de la industria del etanol en Estados Unidos, unido a los residuos de la industria del maíz (5). El material residuo de la cosecha de mandioca puede ser usado en la producción de etanol, para obtener rendimientos aceptables (11). Otros residuos agrícolas estudiados son: la paja de trigo (12), los tallos de girasol (13), los tallos de tabaco (14), las cáscara de maní (15) y los residuos de la industria de la naranja (16), entre otros. Entre los desechos forestales que se pueden utilizar se encuentran: la madera subutilizada, residuos leñosos, maderas corrompidas, exceso de árboles nuevos y pequeños árboles. También se pueden explotar los árboles de rápido crecimiento, los arbustos y algunas hierbas (5).

De esta forma, los materiales están listos para su procesamiento (8). Pre-tratamientos del material lignocelulósico Para la utilización de los carbohidratos que constituyen la biomasa es necesario el rompimiento de la estructura lignocelulósica, a través de un pre-tratamiento, con el fin de separar la fracción hemicelulósica, rica en xilosa y parte de la lignina. El pre-tratamiento de los materiales lignocelulósicos es una etapa muy importante para mejorar la eficiencia del proceso de fraccionamiento de la celulosa, debido a ser estos materiales poco susceptibles a ataques enzimáticos y microbianos por su composición y estructura físico-química. Esto se debe a la estrecha relación estructural que existe entre la celulosa, hemicelulosas y lignina que forma estructura no accesible a las enzimas y a otros agentes químicos y a la cristalinidad de la celulosa (2). El objetivo del pre-tratamiento es aumentar la susceptibilidad del material para obtener un sustrato lignocelulósico reactivo que sea altamente accesible al ataque químico, microbiológico o enzimático. Para esto se pueden utilizar métodos físicos, químicos, físico-químicos y biológicos (2,17). Entre los procesos de pre-tratamiento más estudiados está el tratamiento con explosión a vapor con aplicaciones en varios productos lignocelulósicos. Este proceso se ha estudiado también catalizado con SO2 (10). En la literatura se reporta que este método es muy efectivo debido a que aumenta la deslignificación del material y este se hace más susceptible a la hidrólisis posterior. Las condiciones de temperatura y tiempo con mejores resultados son 190 ºC entre 5 (10) y 10 minutos (12) para procesos catalizados con SO2 y 205 ºC en 10 min (14,18) en procesos sin catalizar. Los hidrolizados obtenidos presentan en su composición, además de los azúcares, xilosa, glucosa y otros azúcares, ácidos alifáticos, aldehídos furánicos y compuestos fenólicos que pueden afectar el proceso fermentativo posterior, por lo que deben ser sometidos a una purificación si se mezclaran con el producto de la hidrólisis principal (19). El proceso de oxidación húmeda ha sido estudiado ampliamente. Como principales resultados se reportan aumentos en la con-

ESTADO DE LA TECNOLOGÍA Procesamiento de los materiales lignocelulósicos La fermentación tradicional convierte la glucosa en etanol, pero en el caso de los materiales lignocelulósicos, la celulosa debe ser primero convertida a azúcares simples por hidrólisis y entonces fermentada para producir etanol (5,1). Debido a esto, la materia prima lignocelulósica debe ser procesada por las etapas que se muestran a continuación: 1. Preparación del material lignocelulósico. 2. Pre-tratamiento (fraccionamiento de las hemicelulosas y parte de la lignina). 3. Purificación del hidrolizado (si es necesario). 4. Hidrólisis principal (fraccionamiento de la celulosa). 5. Purificación del hidrolizado (si es necesario). 6. Fermentación. 7. Recuperación del etanol. Preparación del material lignocelulósico Los residuos lignocelulósicos, después de colectados, deben ser procesados adecuadamente, mediante la reducción del tamaño por procesos de cortado y/o molido y posteriormente lavado, si fuera necesario. 9

vertibilidad enzimática de la celulosa de hasta 5 veces (16). En estudios comparativos con el método de explosión a vapor se detectó que los hidrolizados obtenidos por oxidación húmeda contienen más ácidos alifáticos y menos aldehídos furánicos. Además, los compuestos fenólicos formados fueron diferentes para cada tratamiento y se obtuvo una alta concentración en la oxidación húmeda. También se observó que los tratamientos que usaron oxidación húmeda tuvieron una mejor fermentabilidad usando fermentación separada o sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) que el hidrolizado obtenido con explosión a vapor (20). El tratamiento de oxidación húmeda se ha estudiado en medio alcalino con buenos resultados (21). Un método muy utilizado para separar las hemicelulosas de la celulosa es la hidrólisis ácida, donde la materia prima lignocelulósica es sometida a una solución ácida a temperaturas medias. De este pretratamiento se obtiene una solución rica en xilosa y un residuo sólido que contiene celulosa y lignina. La celulosa podrá ser procesada para la obtención de etanol y la solución rica en xilosa puede ser utilizada para obtener xilosa pura o un derivado de la xilosa (22) o puede ser fermentado a etanol usando microorganismos que fermentan azúcares de 4 o 5 átomos de carbono a etanol (8). Un desarrollo reciente e interesante de la hidrólisis de las hemicelulosas y pre-tratamiento de la celulosa es el proceso ácido carbónico. Este proceso emplea agua líquida comprimida caliente saturada con CO2, como agente para promover la hidrólisis de las hemicelulosas y el rompimiento de la estructura lignocelulósica, para aumentar o mejorar la subsiguiente hidrólisis de la celulosa. Esta tecnología evita el uso de ácidos minerales y la producción de residuos asociados al proceso y recicla algo del CO2 producido durante la fermentación (6). Con el objetivo de destruir las estructuras cristalinas de la celulosa para preparar la masa de alimentación se puede utilizar la destrucción con vapor. En este proceso, la biomasa es cortada a un tamaño apropiado y alimentado en un cilindro de reacción a altas presiones. El sólido se agita continuamente con vapor a presión. La presión causa la acetilación, auto-hidrólisis de las hemicelulosas a xilosa y fundición de la lignina. La biomasa residual se convierte en un producto viscoso

de celulosa, constituido por polisacáridos que pueden ser digeridos por las enzimas. El doctor Lazlo Paszner desarrolló una investigación para el pre-tratamiento e hidrólisis de la biomasa a etanol. La lignina en la biomasa es extraída y sometida a un proceso con acetona acidificada a elevadas temperaturas y presión. Posteriormente, la acetona es separada por destilación de la mezcla acetona - lignina, liberando la lignina para la generación de electricidad o calor. Los residuos hemicelulosas y celulosa son fácilmente hidrolizables para producir azúcares para la fermentación (23). La etapa siguiente al pretratamiento es la etapa de fraccionamiento de la celulosa o hidrólisis principal, si no es necesario purificar el producto. Purificación de hidrolizados hemicelulósicos o celulósicos Posterior al proceso de pre-tratamiento o de hidrólisis de la celulosa, en algunos casos es necesario un proceso de purificación debido a la existencia en el hidrolizado de compuestos tóxicos que pueden afectar la fermentación del hidrolizado a etanol, por lo que en la literatura se reportan los estudios siguientes: • Hidrolizados de bagazo de caña de azúcar, obtenidos por explosión a vapor, sometidos a purificación enzimática por tratamiento con lacasa fenoloxidasa y purificación química por el proceso overliming. Overliming removió parcialmente los compuestos fenólicos y otros inhibidores de la fermentación como ácido acético, furfural e hidroximetilfurfural (HMF). Los hidrolizados se fermentaron con Saccharomyces cerevisiae eficientemente (18). • Hidrolizados de madera pre-tratados por explosión a vapor fueron purificados por los métodos overliming con hidróxido de calcio, lavado con agua y lavado en dos fases con agua y acetato de etilo. Los mayores rendimientos fueron obtenidos con tratamiento por overliming, hidrólisis ácida y fermentación (19). • Hidrolizados de fibras de maíz con ácido sulfúrico fueron sometidos a un proceso de neutralización por dos variantes: tratamiento con cal y tratamiento con resina aniónica. Los hidrolizados tratados con resinas tenían menos compuestos inhibi10

dores como el furfural, HMF y ácido acético, pero removió del hidrolizado más azúcares que el otro tratamiento. Los rendimientos obtenidos fueron similares para ambos tratamientos (24). • Hidrolizados de madera blanda fueron tratados por el proceso overliming con cenizas de madera para aumentar la fermentatividad del hidrolizado y se logró la reducción de inhibidores furánicos y compuestos fenólicos (25).

seca antes de la adición del ácido sulfúrico concentrado; posteriormente, se adiciona agua para diluir el ácido y se calienta para liberar los azúcares para producir un gel que puede ser separado del residual sólido. Para la recuperación del ácido se pueden utilizar columnas cromatográficas que separan el ácido de los azúcares. El método de ácido concentrado es usado por Arkenol en su planta de paja de arroz y la planta de Río Linda en Sacramento (8). El Laboratorio de Energía Renovable Nacional (NREL) estima que la recuperación de ácido y el rendimiento de azúcares para el proceso de hidrólisis ácido concentrado debe proveer ahorros de 3,7 cent./litro de etanol y el ácido diluido 5 cent./litro de etanol (5). Algunos estudios usan para la hidrólisis el 100 % del ácido reciclado. Los trabajos más notables fueron realizados por las autoridades del Valle de Tennesse que desarrollaron tecnologías para la conversión de materiales celulósicos a etanol combustible en los años 50, la Universidad del sur de Missisipi y la corporación Arkenol en Nevada (27,28). Resinas comerciales son también usadas para separar el ácido de los azúcares sin diluir los azúcares. El ácido retenido en el azúcar se neutraliza con hidróxido de calcio para obtener sulfato de calcio hidratado (25). Entre las desventajas de estos procesos de hidrólisis ácida figuran: - La hidrólisis ácido diluido tiende a rendir una gran cantidad de subproductos. - La hidrólisis ácido concentrado forma menos subproductos pero por razones económicas el ácido debe reciclarse. La separación y reconcentración de ácido genera más complejidad al proceso, además el ácido sulfúrico es altamente corrosivo y difícil de manipular. - Ambos procesos se realizan a altas temperaturas (entre 100-200 ºC) lo cual puede degradar los azúcares, y se reducen las fuentes de carbono y seobtiene una disminución en el rendimiento a etanol (5).

Fraccionamiento de la celulosa Después del tratamiento, el material se somete a una hidrólisis química o enzimática. Los métodos químicos más empleados para convertir la celulosa a azúcares simples son la hidrólisis ácida concentrada y diluida, ambas usando ácido sulfúrico. Hidrólisis ácido diluido Convencionalmente, la hidrólisis ácida diluida se realiza en dos etapas por las diferencias que existen entre la degradación de la celulosa y las hemicelulosas, la primera etapa es un pretratamiento. El fraccionamiento de la celulosa se realiza a altas temperaturas para optimizar la hidrólisis de la celulosa (5,8). La hidrólisis ácido diluido es una tecnología vieja de conversión de biomasa a etanol. Esta puede realizarse poniendo en contacto el material celulósico con una solución diluida de ácido sulfúrico a altas temperaturas por un tiempo determinado. Se realiza en reactor agitado o a flujo a contracorriente en un reactor estático en un corto tiempo, alta concentración de sólidos y altas temperaturas (240 ºC) (8). Se han realizado algunas experiencias industriales con procesos ácido diluido. Alemania, Japón y Rusia han operado plantas de percolación con hidrólisis ácido diluido en los pasados años 50. En muchos de estos casos, el diseño de percolación no fue completamente competitivo en el mercado. En la actualidad se están analizando oportunidades comerciales para esta tecnología, lo cual combina mejoras recientes y oportunidades para resolver los problemas ambientales (8).

Hidrólisis enzimática El mayor potencial para la producción de etanol de biomasa se encuentra en la hidrólisis enzimática de la celulosa. La enzima celulasa reemplaza el ácido sulfúrico en la etapa de hidrólisis y las temperaturas son de 30 a 50 ºC, lo cual reduce la degradación de los azúcares.

Hidrólisis ácido concentrado Según DiPardo (2003) (5) para tratar el producto lignocelulósico con el tratamiento de hidrólisis ácido diluido, la biomasa se 11

NREL estima que la reducción del costo puede ser 4 veces mayor en el proceso enzimático que en la hidrólisis ácido concentrado. Para lograr la reducción del costo es necesario reducir sustancialmente el costo de producción de la enzima celulasa y aumentar el rendimiento en la conversión a etanol de los azúcares (no glucosa) (5). Según algunos autores (6), para que sea viable económicamente el proceso enzimático es necesario el desarrollo de celulasas activas a altas temperaturas, tolerantes a bajos pH, con alta actividad específica y resistente a la inhibición por glucosa. La reacción enzimática se lleva a cabo en diferentes etapas, cuya velocidad depende del tamaño de partículas, la materia prima, calidad y composición del complejo enzimático, grado de polimerización y cristalinidad originales del sustrato lignocelulósico, las cadenas de la reacción y la inactivación enzimática, entre otras (1,2). Las enzimas celulasas están disponibles en el mercado para una variedad de aplicaciones pero estas no incluyen hidrólisis extensiva de la celulosa, por lo que tienen valores en el mercado mayores que los de los combustibles, por lo que el costo de la enzima celulasa es muy alto (11,9 centavos/litro de etanol). Se estudian en la actualidad nuevas tecnologías que puedan reducir el costo de la enzima a menos de 2,65 centavos/litro de etanol (6). Por esta razón, un reto de nuestros tiempos es adecuar la industria de la enzima celulasa a la industria del etanol.

carados. Esta nueva variante de SSF se conoce como SSCF (simultánea sacarificación y co-fermentación) (1,8,26). Esta tecnología está muy asociada con el programa de investigación y desarrollo de la NREL en Goleen, Colorado. Esta institución tiene una larga historia de desarrollos de tecnologías para la producción de etanol de biomasa lignocelulósica (26). Utilización de microorganismos genéticamente modificados En la actualidad se estudia el uso de microorganismos genéticamente modificados como una alternativa tecnológica viable para la producción de etanol, debido a que para una producción de etanol más eficiente y con menos costo es necesario que la levadura tradicional fermente los azúcares de cuatro y cinco a etanol o existan otros microorganismos que lo realicen. Entre los estudios reportados en la literatura está que la Bioenergy International, L.C., subsidiaria de la Quadres Corporation, patentó un operón portátil único para la producción de etanol, el cual consta de las enzimas alcohol deshidrogenasa y piruato descarboxilasa de genes de Zymomonas mobilis la cual es insertada en un genoma de E. coli, Erwinia o Klebsiella. Este sistema debe aumentar la producción de etanol por desviación del piruvato a etanol durante el crecimiento en condiciones aerobias o anaerobias, lo que permite que la lactosa, xilosa, glucosa, arabinosa, galactosa y manosa sean transformados a etanol sin la producción de ácidos orgánicos (6). Otros estudios reportaron la obtención de una bacteria genéticamente modificada de Escherichia coli modificada con genes de Zymomonas mobilis para producir la cepa KO11, para la fermentación de siropes derivados de las hemicelulosas compuestos por los azúcares hexosas y pentosas presentes en los polímeros de hemicelulosas. También se modificó genéticamente la Klebsiela oxytoca MA1 para obtener la cepa P2 y producir etanol de celulosa. Este organismo también tiene la capacidad de fermentar la celobiosa y la celotriosa, y elimina la necesidad de la enzima celulasa a pH 5,0 - 5,5. En la actualidad, se estudia el desarrollo de sistemas enzimáticos que eliminen la necesidad de la hidrólisis ácido diluido u otro pretratamiento lo que debe traer mejoría en la velocidad de producción de etanol, dismi-

Sacarificación y fermentación simultáneas El proceso mejorado de la hidrólisis enzimática de la biomasa es la introducción de la sacarificación y fermentación simultánea (SSF) que fue patentado por la Oil Company y la Universidad de Arkansas. Este esquema del proceso reduce el número de reactores y elimina el reactor de hidrólisis. Además, evita el problema de la inhibición asociada con las enzimas, por lo que se lleva a cabo eficiente y económicamente. En este esquema las enzimas celulasas y los microbios fermentativos se combinan. Los azúcares son producidos por las enzimas y los organismos fermentativos los convierten a etanol. Recientemente este proceso (SSF) ha sido mejorado, incluyendo la co-fermentación de múltiples sustratos azu12

nución del costo de nutrientes, aumento de la concentración de etanol y debe resultar en una disminución en el costo de producción de etanol (29). Otra cepa genéticamente modificada para fermentar la xilosa sola o en presencia de glucosa fue la cepa Saccharomyces 1400 (PLNH32), que logró una alta producción de etanol con todos los azúcares en condiciones anaerobias (30). Hidrolizados de mazorca de maíz, con xilosa como azúcar predominante, se fermentaron a etanol con la cepa recombinante Escherichia coli K011 con buenos resultados. Al realizar la simulación de un proceso industrial de pentosas con E. coli y de hexosas con una levadura; en la primera etapa E. coli fermentó hidrolizados que contenían 85 g/l de xilosa y se produjo 40 g/l de etanol en 94 horas; después de 8 horas de adicionar la sacarosa (150 g/l) al caldo fermentado el teor de etanol aumentó a 104 g/l. Esta fermentación en dos fases podría aumentar la concentración final de etanol, por lo que puede ser atractivo para la bioconversión de materiales lignocelulósicos a etanol (31).

bagazo de caña de azúcar y cáscara de arroz y un microorganismo genéticamente modificado. • La BCI presentó el proyecto de plantas para usar la tecnología de dos etapas de ácido sulfúrico diluido con paja de arroz y maderas residuales para obtener etanol. • Tenher y Pacific Ocean usan ácido diluido para producir pulpa de celulosa (8). • La Iogen tiene el proyecto de una planta piloto en Ottawa, Canadá (6). La primera planta de producción a escala comercial de biomasa a etanol se construyó por Abengoa Bioenergy para demostrar el proceso tecnológico de obtención de etanol a partir de residuos lignocelulósicos. La construcción comenzó en agosto del 2005 y está localizada próxima a la planta de etanol a partir de cereales en Babilafuente, Salamanca, España. La colocalización e integración de la planta de biomasa con la de cereal, conlleva a costos de capital y de operación reducidos para la planta de biomasa. Bioenergía Abengoa utilizará la planta BCyL de biomasa como trampolín para desarrollar y lanzar tecnologías competitivas de conversión de biomasa para asegurar a largo plazo un crecimiento sostenible de la compañía. Debido a que esta planta es la primera demostración comercial de la tecnología de procesamiento de la biomasa a etanol, se ha formulado con la siguiente filosofía: • Diseño tan flexible como sea posible para realizar futuros cambios. • Diseño de planta robusta, fácil de operar y de dar mantenimiento. • Diseño de planta que minimice el costo. • Optimizar el flujo de materiales. • Usar equipamiento probado y disponible.

PRODUCCIÓN DE ETANOL DE BIOMASA EN EL MUNDO Actualmente están en proyecto y producción varias plantas piloto en algunos estados de Estados Unidos y Canadá. Entre ellas se reconocen: • La empresa Arkenol está trabajando para establecer una instalación comercial en Río Linda, Sacramento, estado de California, una planta para el procesamiento de paja de arroz y otros residuos agrícolas con una producción de etanol de 75 710 l/año (5). • En Misión Viejo, California se montó una planta piloto con la tecnología ácido concentrado para obtener 380 l/Bach (5). • La empresa BCI está construyendo instalaciones en Louisiana para convertir bagazo en etanol por el proceso ácido diluido, aunque en el futuro esta planta pasará a proceso enzimático (5). • La BC International (BCI) y la Oficina de Desarrollo del Combustible (DOE) formaron una sociedad para producir 20 millones de galones por año de etanol, a partir de biomasa en Jenning L.A., usando hidrólisis ácido diluido, como material

Esta planta procesa 70 t/d de residuos agrícolas, tales como paja de trigo y cebada. Produce aproximadamente 5 millones de litros de etanol combustible por año. El objetivo es desarrollar una tecnología que sea económicamente competitiva con la gasolina. Las principales etapas de la planta incluyen: almacenamiento y preparación de la materia prima, pre-tratamiento, hidrólisis de la celulosa, fermentación y recuperación del etanol. 13

Las materias primas (biomasas como la paja de trigo o lacebada) se muelen y limpian en la fase preparatoria, y después se pretratan. La biomasa pretratada pasa al proceso de hidrólisis, para fraccionar los azúcares que serán seguidamente fermentados por una levadura para obtener etanol y dióxido de carbono. El etanol se recobra en el proceso de destilación, y el residuo se procesa para la obtención de alimento animal o para recuperar productos químicos útiles. Con la construcción de la BCyL Planta de Biomasa, Bioenergía Abengoa demuestra claramente su liderazgo mundial en tecnología y desarrollo de negocios en esta importante y rápidamente creciente área de producción de etanol a partir de biomasa (32).

Camagüey principalmente, y en Institutos como el ICIDCA (2,3,14-16,18,20,35). Los estudios son preliminares en materias primas como el bagazo de la caña de azúcar, la cáscara de maní, la cáscara de arroz, los tallos de yuca, los residuos de naranja, y los de la cosecha de la yuca, las astillas de tallos de tabaco y los residuos de madera. Las investigaciones se enfocan en el análisis de las tecnologías de fraccionamiento de la celulosa, hidrólisis enzimática, hidrólisis ácido diluido, sacarificación y fermentación simultáneas y en los procesos de pretratamiento por explosión a vapor y oxidación húmeda.

ESTADO DE LA LITERATURA EN EL MUNDO

• La conversión bioquímica de la biomasa lignocelulósica a etanol es una alternativa promisoria para obtener etanol combustible. • La utilización de materiales lignocelulósicos como residuos agrícolas y maderables está aparejado con el desarrollo de nuevas tecnologías para aumentar la producción de alcohol a nivel mundial. El bagazo de la caña de azúcar, subproducto de la industria azucarera, es el material más estudiado y en segundo lugar se encuentran los residuos de la industria del procesamiento del maíz. • El pretratamiento del material lignocelulósico es una etapa muy importante en el procesamiento de la biomasa y depende del material y la tecnología a utilizar para el fraccionamiento de la celulosa. • La tecnología más estudiada en la actualidad para la producción de etanol de biomasa es la hidrólisis enzimática, siendo el proceso de sacarificación y fermentación simultánea la alternativa más eficiente. • La utilización de bacterias genéticamente modificadas para obtener etanol de lignocelulósicos se está estudiando. Se han obtenido resultados importantes en la conversión de los azúcares de 4 y 5 átomos a etanol. • La primera planta industrial de producción de etanol a partir de biomasa se construyó por Bioenergía Abengoa en Salamanca, para procesar paja de trigo y cebada a etanol combustible (5 000 000 l/año).

CONCLUSIONES

Según el análisis de la literatura los países que más han investigado la conversión de biomasa a etanol desde los primeros años de la década del 80 son: Estados Unidos, India y Brasil, siendo el primero el de mayor volumen de informacion publicada y entidades reconocidas (5). En Brasil varias Facultades Universitarias e Institutos están investigando sobre esta temática y la tecnología DEDINI, aplicada a nivel semi-industrial es la de mejores resultados (33). En el mundo se investiga también en Australia, Japón, Suecia, Canadá, Uruguay, Bélgica, España, Polonia, Italia, Slovaquia, Dinamarca, Holanda y en Cuba. En el Ministerio de Agricultura, Forestal y de Pesca (MAFF) de Japón se han realizado estudios de energía por más de dos décadas. Los estudios estuvieron encaminados mayormente a la producción de biomasa y conversión de energía. Los resultados más significativos fueron: tecnologías para la conversión de celulosas y hemicelulosas en etanol usando bacterias y enzimas modificadas y tecnologías para la separación de etanol por membrana. El material más estudiado fue la cáscara de arroz (34). ESTUDIOS REALIZADOS EN CUBA En Cuba se estudia esta temática en las Universidades de Matanzas, las Villas y 14

• En Estados Unidos y Canadá se encuentran en explotación varias plantas pilotos en las que se prueban diferentes materias primas y tecnologías para la obtención de etanol combustible.

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ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 17 - 21

Rafael Hurtado-Vargas, Leopoldo Rostgaard-Beltrán, Mauricio Ribas-García, Norge Garrido-Carralero, Raúl Sabadí-Díaz Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba rafael.hurtado@icidca.edu.cu RESUMEN La producción de etanol a partir de jugo de caña y mieles finales es una alternativa muy común en la industria azucarera actual. En una producción integrada donde se produce azúcar y alcohol, deben considerarse varias alternativas de producción en dependencia del comportamiento del mercado. Por tal motivo, una herramienta de software para la toma de decisiones es muy útil para seleccionar una, entre varias estrategias de producción. Para desarrollar el software SANPAD®, las alternativas más comunes en la producción integrada de azúcar y alcohol fueron tomadas en cuenta. Incluye el análisis de diferentes composiciones de materias primas para la destilería (uso de jugo de filtros, mieles, jugo primario, etc.) y sus pasos de purificación. Fueron estudiadas además, e incluidas en el software, diferentes estrategias para producir azúcar crudo y refino. El modelo matemático concibe todas estas posibilidades en los balances de masa y energía en las fábricas. El resultado es un software útil que puede ser usado para el análisis de alternativas en la producción integrada de azúcar y alcohol. El software es descrito a través de un caso de estudio para mostrar sus posibilidades. Palabras clave: simulación, optimización, software, azúcar, alcohol. ABSTRACT The production of ethanol from cane juice and molasses is a very common alternative in current sugar industry. Different alternatives arise when sugar and ethanol are produced in an integrated production complex and market imposes different conditions. So, a software tool to support decisions is useful for choosing among production strategies. To develop SANPAD® software, more common alternatives in sugar and ethanol integrated production were taken into account. They include the analysis of different compositions of raw materials for distillery (use of filter juice, molasses, primary juice, etc.) and their purification steps. Also, different strategies for producing raw and refined sugar were studied and included in the software. The mathematical model includes all these possibilities in the mass balances as well as the associated energy balances in the factories. The result is a useful software tool that can be used for analysis of alternatives in integrated production of sugar and alcohol. The software is described through a case study used for showing its possibilities. Keywords: simulation, optimization, software, sugar, alcohol 17

INTRODUCCIÓN

azúcar con o sin refinerías y destilerías. Cada etapa del proceso puede ser configurada (número de molinos en el tandem, esquema de evaporación y calentamiento empleado y diferentes estrategias para la producción de azúcar crudo y refino). El análisis de diferentes composiciones de materias primas para la destilería (uso de jugo de filtros, mieles, jugo de la segunda extracción del tandem) y sus pasos de purificación están incluidos. El modelo matemático, de naturaleza no lineal y orientado a ecuaciones, es generado de forma automática de acuerdo con la configuración establecida, según las definiciones del usuario, y solucionado por un algoritmo de programación cuadrática secuencial (SQP por sus siglas en inglés) (7, 8). Como restricciones, el modelo incluye los balances de materiales y energía, así como otras definiciones tecnológicas que se requieran. Diferentes estrategias de producción pueden ser estudiadas en la fábrica de azúcar así como varias combinaciones de materias primas para la destilería. La función objetivo es maximizar la ganancia de la producción integrada en el complejo. Esta herramienta de software ha sido diseñada e implementada para ser usada sobre la plataforma Microsoft Windows. La figura 1 es la vista principal del sistema, y representa el esquema de producción integrado de acuerdo con la configuración analizada por el usuario final. Cada pestaña está asociada a una etapa de proceso (desde la molienda hasta la generación y uso del vapor y la electricidad) o a los resultados finales (balances de materiales y energía, así como a las producciones).

La aplicación de técnicas de simulación y optimización pueden resultar en un significativo incremento de los rendimientos en los procesos industriales cuando son analizadas diferentes alternativas en el proceso. Las industrias de azúcar y alcohol comparten como característica común que la calidad de las materias primas cambia durante la campaña productiva, lo que obliga a frecuentes ajustes en las variables de proceso. Es posible encontrar muchas aplicaciones con técnicas de simulación para estas industrias usando SUGARSTM (1, 2) y otras herramientas de software (3) existentes en el mercado. Desde el año 2003 el ICIDCA comenzó a trabajar en un proyecto denominado "Optimización del agua y la energía en las producciones integradas de azúcar y alcohol (WESAP)". Uno de los objetivos de este proyecto fue proveer metodologías y herramientas de software para el análisis de proceso, permitiendo para las producciones de azúcar y alcohol, la selección de la política de producción integrada más ventajosa. En el enfoque inicial, los esfuerzos estuvieron encaminados hacia el desarrollo de modelos matemáticos para el análisis técnico y económico. SIMFAD® (4), FERMENTA® (5), y DAFLEX® (6) fueron algunos de los resultados más significativos. Estas herramientas de software modelan y simulan la fábrica de azúcar, la destilería y la relación entre la fábrica de azúcar y plantas de derivados con el objetivo de realizar estudios sobre alternativas de diversificación. SANPAD®, un programa modular de simulación en estado estacionario, constituye uno de los resultados del proyecto. Fue diseñado para analizar alternativas de producción integrada de azúcar y alcohol tomando en cuenta la información económica, para seleccionar la más ventajosa como decisión de producción en el complejo industrial. La modelación matemática que está incorporada en SANPAD® se basa en los modelos descritos en las referencias (4-6 y 9). El software SANPAD® SANPAD® incluye módulos individuales para cada proceso, que permiten la modelación del proceso de producción de

Figura 1. SANDPAD 5.0. Vista parcial. 18

Las salidas del sistema incluyen reportes gráficos de los procesos con los valores de las principales corrientes y los resultados económicos para la producción integrada de azúcar (crudo y refino), alcohol, bagazo y electricidad. Es posible efectuar análisis de sensibilidad sobre diferentes parámetros de operación.

posteriormente el resto de las áreas. Esto se debe a que el modelo que se genera es complejo, y con frecuencia es necesario hacer el análisis por etapas, a fin de ver el comportamiento (factibilidad) de acuerdo con la información primaria que se requiere en los cálculos. En el caso del área de fabricación de azúcar crudo, se incorporan en el sistema los dos esquemas más utilizados (2 y 3 masas cocidas), aunque el usuario puede incorporar otro al sistema y emplearlo; esto requiere de un trabajo más detallado, en ocasiones bastante complejo. Una vez configurado el proceso producción integrada debe darse al sistema una serie de datos para caracterizar a cada una de las áreas de proceso. La figura 3 muestra los datos requeridos en el área de molienda.

Ejemplo de aplicación Análisis de la producción integrada (azúcar, alcohol, bagazo y electricidad) de un ingenio azucarero con una capacidad de molida de 2400 t/d de caña, empleando como materias primas para la destilería el jugo de la segunda extracción del tándem y la miel B del esquema de fabricación de dos masas cocidas en el área de crudo y de una masa cocida en la refinería. La destilería anexa tiene 100 000 hl de capacidad y se pretende maximizar la ganancia del complejo. A partir de las características físicas del proceso, índices de consumo de vapor y electricidad en las áreas, costos y precios de los productos en el mercado, el sistema optimiza en función de lograr la mejor distribución de corrientes para la producción integrada. Los resultados que se brindan son: las producciones, sus costos, valor de las ventas, ganancia y los balances de corrientes, bagazo, vapor y electricidad. La figura 2 muestra cómo el software puede ser configurado para realizar los análisis. A partir de esta configuración el sistema genera el modelo matemático correspondiente. El usuario solamente debe identificar el caso de estudio, indicar el tipo de análisis a efectuar y caracterizar cada área de proceso involucrada. Se permiten hacer los análisis partiendo solo del área de molienda e ir incorporando

Figura 3. SANDPAD 5.0. Datos del área de molienda. El sistema requiere, además, la información económica (costo del producto y su precio de venta). Los productos que se consideran en el análisis son: azúcar crudo y refino, miel final, bagazo, electricidad, alcohol, levadura en crema y levadura seca. No existe dentro del sistema una distribución de los costos por áreas. Con estas informaciones se genera el modelo matemático y se procede a la solución del mismo. Existen dos posibilidades: obtener solamente una solución factible o maximizar la ganancia del complejo. La figura 4 presenta los parámetros requeridos por el método de solución, los cuales pueden ser modificados por el usuario o no. De cualquier manera, resulta conveniente trabajar con los valores implícitos.

Figura 2. SANDPAD 5.0. Configuración del proceso. 19

Figura 4. SANDPAD 5.0. Parámetros del método de solución. Los resultados que brinda el sistema son los siguientes: • Reporte del esquema integrado del proceso de producción con sus principales corrientes. Ver figura 1. • Reporte por áreas de las principales corrientes. La figura 5 presenta el área de purificación para el ejemplo analizado • Balances de corrientes, pol (concentración de sacarosa), bagazo, vapor y electricidad por áreas. La figura 6 muestra la vista de los tres primeros. • Producciones. La figura 7 muestra los resultados de las producciones optimizadas para el ejemplo de aplicación, sus costos totales, el valor de las ventas, la ganancia obtenida por cada producción y la ganancia total del complejo considerando 100 días de zafra.

Figura 6. SANDPAD 5.0. Balances.

Figura 7. SANDPAD 5.0. Producciones. se el parámetro a variar. En este caso, el usuario debe indicar el área, el sistema le mostrará los posibles parámetros a cambiar y podrá definir los límites mínimo y máximo de variación, así como el número de corridas a realizar (entre 2 y 10). La partición de este intervalo de trabajo se hace automáticamente por el sistema tomando el valor mínimo para la primera corrida, el valor máximo

Figura 5. SANDPAD 5.0. Reporte área de purificación. Una vez que se ha logrado optimizar el proceso para las condiciones tecnológicas y de mercado impuestas, el usuario puede efectuar análisis de sensibilidad, o lo que es igual, estudiar el efecto de la variación de algún parámetro de operación o condiciones de la materia prima sobre las principales variables de interés en el proceso. La figura 8 muestra la vista donde puede seleccionar-

Figura 8. SANDPAD 5.0. Análisis de sensibilidad. 20

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

para la última corrida y una partición proporcional para el resto de la corrida. La figura 9 ilustra los resultados del análisis de sensibilidad, estos consisten en vistas gráficas con el comportamiento de la variable de interés seleccionada por el usuario para la variación del parámetro de operación.

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Figura 9. SANDPAD 5.0. Resultados del análisis de sensibilidad. CONCLUSIONES • El software SANPAD® permite a los ingenieros de proceso y directivos, realizar diferentes análisis, para seleccionar las mejores alternativas en las producciones integradas tomando en cuenta los requerimientos técnicos y de mercado. • El modelo matemático asociado al esquema integrado es generado por el software, considerando los balances de materiales y energía. Se incluyen además las restricciones asociadas a la generación y uso del vapor y la electricidad. • SANPAD® es configurable por el usuario. Permite varias posibilidades de análisis, solicitando un mínimo de datos requeridos para solucionar el modelo a través de una interface de usuario amigable. RECOMENDACIONES • Procesar casos de estudio reales de complejos industriales para validar el sistema de forma que pueda convertirse en un producto distribuible. • Incorporar en el modelo matemático el análisis de otras plantas de derivados (comenzando por la planta de levadura torula) dentro de la producción integrada. 21

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 22 - 32

Evelyn Faife-Pérez , Miguel A. Otero-Rambla, Amaury Alvarez-Delgado Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba evelyn.faife@icidca.edu.cu RESUMEN Desde finales del siglo XX aparece un creciente interés en la producción de biodiesel microbiano como una fuente de energía alternativa para la sustitución de los combustibles hidrocarbonados empleados en el transporte, debido a la posibilidad real del agotamiento de los combustibles fósiles en el futuro, así como una vía para reducir el calentamiento global debido a las emisiones de gases con efecto invernadero. En la naturaleza se encuentra un amplio rango de microorganismos capaces de incorporar en su biomasa cantidades significativas de lípidos bajo ciertas condiciones de propagación: microalgas, levaduras, hongos y bacterias. Estos lípidos en algunos casos presentan un perfil de ácidos grasos adecuados para la producción de biodiesel. Se ha demostrado que la producción de aceites microbianos presenta varias ventajas con relación a su producción a partir de las plantas: poseen un tiempo de reproducción más corto, requieren operaciones menos complejas, no se afectan por los cambios climáticos o estacionales y su producción es mucho más fácil de escalar. El presente trabajo se relaciona con el estado del arte de la producción de aceites microbianos y su conversión en biodiesel renovable. Palabras clave: aceites unicelulares, biodiesel, lípidos microbianos, microorganismos oleaginosos. ABSTRACT Microbial biodiesel production has generated an increasing interest as an alternative source for the substitution of the increasing demand of hydrocarbon fuels for transportation and the run out of fossil fuels in the near future as well as a way to ameliorate global warming produced by greenhouse gas emissions. There are in nature an ample range of microorganisms that under certain propagation conditions are capable to build-up into its biomass significant amounts of lipids with a fatty acid profile suitable for the production of biodiesel such as microalgae, yeasts, fungi and bacteria. It is demonstrated that the production of microbial oil has several advantages respect to plant ones: a shorter reproduction time, required less complex operation, microbes are not affected by climate or seasonal changes and its production is easy to scale-up. Present paper deals with the estate-of-the-art of microbial oil production and its conversion into renewable biodiesel. Keywords: single-cell oils, biodiesel, microbial lipids, oleaginous microorganisms. 22

INTRODUCCIÓN

Las fuentes de carbohidratos y azúcares para la producción de bioetanol y de aceites vegetales para la producción de biodiesel apenas son capaces de suministrar aproximadamente el 5 % de la energía mundial necesaria para el transporte (6). La industria del biodiesel ha crecido significativamente en la última década. La Unión Europea (UE) lidera la producción mundial con 21 904 millones de litros (Ml) en el 2010. Estados Unidos es el mayor productor mundial actualmente (11,81 Ml) (7). Derntro de la UE es Alemania el mayor productor con 4,933 Ml, seguido por Francia (2,505 Ml). La capacidad de producción ha aumentado también en países en desarrollo como China, Brasil, Argentina, Indonesia, Malasia y España. Se estima que el mercado mundial de biodiesel alcance los 168,2 miles de millones de litros para el 2016, con un crecimiento promedio anual del 42 % (8) y se prevé que la UE continuará siendo el principal mercado seguido por Estados Unidos (9). La introducción exitosa y la comercialización del biodiesel en varios países ha dado lugar al establecimiento de normas que regulan sus propiedades y aseguran su calidad. Los estándares utilizados actualmente como referencia son la norma ASTM D675 en Estados Unidos (10) y las normas europeas EN 14213 y EN 14214 para su uso en calefacción y transporte, respectivamente (11, 12). Estas normas precisan un biodiesel enriquecido en ácidos grasos de cadena larga con elevado grado de saturación (preferentemente los ácidos palmitoleico (16:1), oleico (18:1) y mirístico (14:0) y mejorar las propiedades como combustible (número de cetanos, poder calorífico y estabilidad oxidativa) sin comprometer sus características de flujo, viscosidad y lubricidad (13,14). Dentro de las ventajas que ofrece el biodiesel se encuentra su condición de fuente de energía renovable y biodegradable, es menos agresivo a la salud por no contener azufre y posee un contenido de hidrocarburos aromáticos bajo, es compatible con la mayoría de los motores diesel actualmente en el mercado; posee propiedades lubricantes que reducen el desgaste del motor, por lo que resulta menos tóxico; es más seguro que el diesel, pues puede transportarse, manipularse y mantenerse en condiciones menos exigentes debido a su punto de inflamación mayor (100 -170 °C).

El incremento de las emisiones a la atmósfera de los gases con efecto invernadero (GI) y de algunos compuestos orgánicos metálicos y metales pesados, así como el vertimiento de otros subproductos de las industrias y de la agricultura al medio ambiente unido a la deforestación de las grandes masas vegetales, han conducido al aumento de la contaminación ambiental y han contribuido al actual calentamiento global en el mundo (1- 3). A pesar de que la humanidad conoce que el empleo masivo de los combustibles fósiles constituye la principal fuente de emisión de estos gases debido a la creciente demanda de éstos en la economía mundial y que existe una creciente preocupación sobre estos aspectos medioambientales, la concentración geográfica de las reservas conocidas de hidrocarburos y los costos cada vez mayores en la búsqueda y producción de nuevas reservas han disparado los precios de los combustibles en todo el mundo. Esta situación, que no es solo una urgencia medioambiental y energética, sino también política, demanda de fuentes alternativas de energía basadas en procesos sustentables, renovables y amigables con el medio ambiente. El uso de biocombustibles como el bioetanol y el biodiesel es una fuente alternativa bioenergética renovable que ha ganado especial interés producto de las ventajas que aporta desde el punto de vista medio ambiental, social, económico y político (4, 5). Esta revisión tiene como objetivo fundamental mostrar los principales aspectos de la producción de aceites por vía microbiana como materia prima alternativa del proceso de producción de biodiesel, a partir del empleo de aceites vegetales y grasas animales. Empleo, ventajas y situación actual del biodiesel Aunque el biodiesel, al igual que el bioetanol, es obtenido en procesos de mediana complejidad que requieren un consumo energético elevado y que compiten en cuanto a la materia prima a utilizar con la industria alimentaria, ambos constituyen una alternativa energética y son considerados la segunda fuente de energía del siglo XXI. 23

El biodiesel puede emplearse en su forma neta (100 %) conocido como B100 o en una mezcla con diesel de origen fósil. Cuando se emplean mezclas de biodiesel con gasolina en proporciones superiores al 5 %, es preciso reemplazar los conductos de goma del circuito del combustible por otros de materiales como las gomas sintéticas de base fluoroelastomérica que tienen mayor resistencia química. La mezcla más empleada es B20 (20 % de biodiesel y 80 % de diesel tradicional). La única precaución para el uso del biodiesel consiste en verificar los filtros de combustible los primeros días de uso, pues el biodiesel tiene un efecto purgante que disuelve y arrastra la suciedad (15).

dad y de las características de los aceites vegetales empleados. Los aspectos económicos de la producción de biodiesel a partir de aceites vegetales limitan su desarrollo y su uso a grandes escalas debido, fundamentalmente, al alto costo de los aceites vegetales que alcanzan entre 60 y 80 % del precio de producción y a limitaciones propias de la producción agrícola como: la disponibilidad de suelo durante los largos períodos de producción de la biomasa agrícola, las condiciones climáticas, la ubicación geográfica, la fertilidad y la variedad de los suelos (20, 21). Por otra parte, debido a los bajos potenciales de rendimiento de lípidos de los cultivos de semillas y plantas oleaginosas y a la alta demanda de tierra, agua y fertilizantes, la producción de biodiesel por esta vía genera una peligrosa competencia con la industria de alimentos (22-25). Los aceites usados o de fritura, también constituyen una fuente importante de TGC. Estos son las llamadas grasas pardas o marrones y dado que su disposición constituye un problema económico y ambiental, se ha visto en ellos una materia prima económica para la producción de biodiesel (26). Su principal desventaja es el volumen y la dispersión de las fuentes generadoras del mismo. Además, requiere gastos adicionales para su refinamiento y transesterificación (27). La producción actual de aceites comestibles no satisface la demanda esperada para la producción de biodiesel en los próximos años (28). Algunas de las estrategias de trabajo para alcanzar niveles de competitividad con los combustibles fósiles son la utilización de cosechas energéticas dedicadas a la producción de biocombustibles, separadas y diferenciadas de la producción de alimentos, el mejoramiento genético de las plantaciones, el incremento de los rendimientos y la reducción de los requerimientos agrícolas. Por otro lado, la combinación del cruzamiento moderno y las técnicas transgénicas debe resultar en logros mayores y en mucho menos tiempo que aquellos resultantes de la llamada Revolución Verde en la cosecha de alimentos. En el 2007 la producción de biodiesel, a partir de aceites vegetales (de todos los orígenes), correspondió solamente al 0,3 % del consumo global de petróleo, situación que

Producción industrial de biodiesel Existen cuatro métodos de producción de biodiesel que se han estudiado de forma exhaustiva: uso directo de aceites o mezclas de estos con diesel fósil, microemulsiones, pirólisis y transesterificación. Los primeros tres son insatisfactorios porque provocan serios problemas prácticos durante su empleo en los motores y en algunos casos eliminan los beneficios ambientales esperados. La transesterificación es el método de producción de biodiesel industrial más utilizado, debido a la rapidez y a las condiciones moderadas de la reacción entre los triglicéridos y el alcohol (metanol o etanol); como resultado se obtienen biodiesel y glicerina. Se considera como biodiesel a algunos metil ésteres de ácidos grasos obtenidos a partir de la transesterificación de los triglicéridos (TGC) y ácidos grasos libres de cadenas largas contenidos en diferentes tipos de aceites vegetales y grasas animales (usados o no). Entre los materiales oleaginosos más empleados a nivel industrial se encuentran los aceites vegetales comestibles de colza, girasol, soya y palma africana con rendimientos agrícolas promedios de 1 100, 890, 420 y 5 500 l/ha, respectivamente y algunos aceites no comestibles producidos de cultivos marginales como el piñón (Jatropha curcas) y la higuerilla (Ricinos communis) (1618). Algunos aceites extraídos de semillas oleaginosas como las de mostaza, maní y algodón están siendo considerados con estos propósitos (19). En general, las características finales del biodiesel dependen de la cali24

constata que hasta el momento estas fuentes son incapaces de suplir la demanda actual y futura de combustible (4, 29). Por tanto, cabe señalar que el futuro de la industria del biodiesel se basa en el uso de materias primas alternativas que le permitan operar continuamente y superar las limitaciones señaladas (30).

contenido porcentual de lípidos, la velocidad de crecimiento, la eficiencia metabólica, la robustez del microorganismo, la posible aplicación de ingeniería genética y la disponibilidad de tecnologías para el procesamiento de la biomasa. Así, el procedimiento para el aislamiento y la selección de microorganismos potencialmente oleaginosos implica: 1. Cultivo de una población de microorganismos en presencia de una fuente de carbono y energía adecuada (glucosa, fructosa, manosa, material celulósico, melaza, galactosa, arabinosa, acetato, xilosa, sacarosa, glicerol, efluentes industriales u otra combinación entre estas), a partir de la cual el microorganismo sea capaz de acumular no menos de un 10 % de su masa seca celular como lípidos. 2. Aislamiento de los componentes lipídicos del medio de fermentación. 3. Reacción de la fracción de lípidos extraída con determinados componentes para generar cadenas de alcanos donde se obtenga el biodiesel.

Producción de biodiesel a partir de microorganismos Aunque todas las células vivas requieren de un cierto contenido de lípidos en su constitución, no todos los microorganismos pueden ser considerados como fuente de aceites y grasas. Dentro de los microorganismos oleaginosos se incluyen algunas especies de microalgas, levaduras, bacterias y hongos (31-33). Se ha encontrado, que en condiciones adecuadas de cultivo, los rendimientos de algunos microorganismos naturales o con modificaciones genéticas, pueden alcanzar valores entre 40 y 70 % o más de lípidos en composición celular (34). Los estudios sobre la acumulación de lípidos en hongos y levaduras comenzaron en la primera mitad del siglo XX. Los propósitos y usos actuales del aceite microbiano (SCO por sus siglas en inglés) incluyen la producción de aceites vegetales para el consumo humano, la de ácidos grasos especiales y también como una alternativa al empleo de combustibles basados en petróleo. Se conoce que los lípidos acumulados por los microorganismos son principalmente triglicéridos y se ha demostrado que pueden ser empleados como materia prima para la producción de biodiesel por lo que constituyen una fuente atractiva para el futuro de la industria (35). En comparación con los aceites de origen vegetal, la producción de aceite microbiano presenta varias ventajas, a saber: tiempo de producción mucho más corto de unas pocas horas, requiere un menor número de operaciones, no es afectado por los cambios climáticos o estacionales y es fácil de escalar (36). Varios investigadores (3, 15, 37) coinciden en que los factores que afectan la selección de microorganismos para la producción de lípidos apropiados o hidrocarburos para la producción de aceites, combustibles u oleoquímicos a escala industrial son: el

Producción de biodiesel a partir de levaduras Existen otros microorganismos heterótrofos productores de aceites capaces de crecer en fuentes carbonadas naturales (como los azúcares) que pueden ser empleadas para producir biodiesel aunque no son tan eficientes como las microalgas fotosintéticas (38-41). Las levaduras oleaginosas conforman un grupo numeroso de estos microorganismos heterótrofos. Se consideran levaduras oleaginosas aquellas capaces de acumular un 20 % o más de su biomasa en forma de lípidos, generalmente TGCs. Para que se produzca un almacenamiento significativo de grasas en la célula microbiana es importante, además de seleccionar las cepas adecuadas, formular los medios de cultivo pobres en nitrógeno y fósforo. Por ello, en muchas levaduras la mayor síntesis de grasas se consigue cuando el medio de cultivo tiene un contenido de nitrógeno de 50-70 % por debajo del contenido óptimo. Con las cepas de levaduras adecuadas para la producción de grasas pueden obtenerse hasta un 50-70 % de las mismas respecto a su base seca (42, 43). 25

Dentro de las especies de levaduras más prometedoras para la producción de grasas se encuentran: Rhodosporidium toruloides, R. gracilis, Lipomyces starkeii, L. lipofernus, L. tetrasporus, Candida curvata, C. diddensiae, C. revkaufi, C. vernalis, C. pulcherrima, C. tropicales, Cryptococcus curvatus, C. terricolus, C. albidus, C. laurentii, Endomycopsis vernalis, Hansenula ciferri, H. saturnus, Rhodotorula glutinis, R. gracilis, R. graminis, R. mucilaginosa, Trychosporon cutancum, T. pullulans, Trigonopsis variables, Yarrovia lipolítica y Y. paralipolitica (44, 45). En la tabla 1 se muestran algunas levaduras oleaginosas con sus coeficientes característicos (46-51). La composición lipídica de las levaduras oleaginosas aparece en la tabla 2 (30, 31, 50). A partir de estos datos, puede observarse que los ácidos grasos principales en los lípidos de levaduras son los ácidos mirístico, palmítico, esteárico, oleico, linoleico y linolénico. Estos lípidos pueden ser empleados como materia prima para la producción de biodiesel,

mediante la catálisis con el empleo de lipasas o de un catalizador químico. Estudios realizados han demostrado que al igual que en las microalgas, algunas condiciones de cultivo como la relación molar C/N, la fuente de nitrógeno, temperatura, pH, oxígeno disuelto y la concentración de sales trazas y sales inorgánicas tienen influencia en la acumulación de lípidos (7, 52). En general, mientras mayor sea el contenido de nitrógeno, menor será la acumulación de lípidos (53). Varios investigadores han reportado que cuando la relación C/N aumenta de 25 a 70, el contenido de aceite aumenta de 18 a 46 % (54). Se ha encontrado que las fuentes inorgánicas de nitrógeno favorecen el crecimiento microbiano, pero no la acumulación de lípidos, mientras fuentes orgánicas como la peptona favorecen la acumulación de lípidos, pero no el crecimiento celular (50). Tanto la biomasa celular como los lípidos pueden aumentar significativamente mediante la optimización de la concentración de los iones Mg2+, Zn2+, Mn2+, Cu2+, y Ca2+ (65). Se ha informado que el aumento de la concentración de oxígeno disuelto tiene una correlación positiva con la acumulación de lípidos (37, 50, 51). Con el objetivo de reducir los costos de los aceites obtenidos de los microorganismos para la producción de biodiesel, es necesario encontrar otras fuentes de carbono además de la glucosa. En los reportes de la literatura aparecen la xilosa, la arabinosa, la manosa, el glicerol y otros desechos agroindustriales como fuentes de carbono para la acumulación de lípidos en levaduras (tabla 3).

Tabla 1. Producción de lípidos de algunas levaduras Rendimiento Coeficiente de lípidos, de lípidos, g/L % R. toruloides (46) 13,8 22,7 L. starkeyi (47) 5,9 20,4 L. starkeyi (48) 9,99 14 L. starkeyi (48) 6,89 11 R. glutinis (49) 7,19 13 T. fermentans (50) 5,32 8,42 C. curvatus (51) 37,1 --Especie

Tabla 2. Composición de ácidos grasos de los lípidos de diferentes levaduras oleaginosas Especie L. starkei R. toruloides C. ibidus L. lipofera R. glutinis T. pullulans C. ibidus Y. lipolytica

Palmítico Palmitoleico Esteárico Oleico Linoléico Linolénico (C16:0) (C16:1) (C18:0) (C18:1) (C18:2) (C18:3) 33 4,8 4,7 55,1 1,6 n.d. 24,3 1,1 7,7 54,6 2,1 n.d. 16 1 3 56 n.d. 3 37 4 7 48 3 n.d. 18 1 6 60 12 2 15 n.d. 2 57 24 1 25 n.d. 10 57 7 n.d. 11 6 1 28 51 1

que en el cultivo discontinuo, el medio tiene que estar formulado con una alta razón de C/N, preferiblemente igual o mayor a 50. Bajo estas condiciones la concentración de nitrógeno en el medio es virtualmente nula y entonces el organismo tiene suficiente tiempo de residencia dentro del quimiostato para asimilar el exceso de carbono y convertirlo en lípidos de una etapa. La productividad de lípidos (gramos/litro-hora) es usualmente más rápida en cultivos continuos cuando se comparan con el modo discontinuo de propagación (57). El cultivo por lote incrementado es otro modo de aumentar la densidad celular junto con el contenido lipídico en las levaduras. Es así como se logró que la Lypomyces starkeyi alcanzara una densidad de biomasa de 150 g/l con un contenido de lípidos de 54 %, utilizando etanol como sustrato (58). También se alcanzaron 185 g/l en base seca de Rhodotorula glutinis con un contenido de lípidos de 43 % usando glucosa como sustrato de alimentación. En este último caso se utilizó aire enriquecido (40 % de O2 + 60 % de aire) para ser suministrado a las células. Con la densidad anterior un 75 % del volumen total correspondió a las células (60). Lamentablemente, los costos del aire enriquecido imposibilitarían la implementación comercial, pero aun así este modo de propagación conduce a las más altas tasas de formación de lípidos (24). Una posible estrategia de fermentación podría ser el cultivo de un microorganismo en un primer medio, recuperar los lípidos de la biomasa, llevar a cabo la transesterificación para producir los ésteres de ácidos grasos y el glicerol y utilizar este último como sustrato carbonado en un segundo medio donde puede o no cultivarse el mismo microorganismo. Es posible también diseñar un sistema de producción continuo, en el que el glicerol producido sea retroalimentado al mismo cultivo. Un enfoque atractivo para la acumulación de lípidos en levaduras oleaginosas es un proceso en doble etapa: una fase de crecimiento en un medio nutricionalmente completo, seguido por una fase de acumulación de lípidos NOVO que empezará una vez que un nutriente clave diferente a la fuente carbonada, comienza a ser limitante. La presencia de cofactores de la ruta metabólica de los lípidos también aumenta

Tabla 3. Fuentes de carbono empleadas en la producción de lípidos a partir de levaduras Especie L. starkeyi C. potothecoides T. cutaneun C. curvatus C. echinula L. starkeyi

Fuente de carbono Xilosa (48) Hidrolizado de almidón (56) Hidrolizado de Spartina anglica (4) Glicerol (57) Residuales de almidón de papa (58) Residuales húmedos (59)

Contenido de lípidos (%) 52,6 46,13 46,3 25 37,6 50,8

Durante la producción de biodiesel se obtiene como subproducto el glicerol. Se han informado microorganismos capaces de asimilar el glicerol como fuente de carbono para la acumulación de lípidos (55, 56). Con el desarrollo de las producciones de biodiesel a gran escala, el empleo del glicerol crudo como fuente de carbono para la producción de aceite de levadura es un campo de investigación interesante. La utilización del hidrolizado de celulosa como fuente de carbono también ha tomado gran interés recientemente; sin embargo, algunos hidrolizados celulósicos contienen componentes tóxicos como el ácido acético, el ácido fórmico, el furfural, entre otros que pueden inhibir el crecimiento. Por ello, antes de usarlos como una fuente de carbono barata, es necesario eliminar los potenciales inhibidores. La acumulación de lípidos en un cultivo discontinuo en un medio con alta relación C/N aparece descrita desde los años '80. Bajo estas condiciones ,a medida que disminuye la concentración de nitrógeno, se produce una marcada acumulación de lípidos en el cultivo (24-48 h). Las células sólo empiezan a transformar el sustrato en grasas de reserva sólo cuando la reserva de nitrógeno en el medio se ha agotado y ha terminado, por lo tanto, la síntesis de proteína y el consecuente crecimiento celular. En el caso de la acumulación de lípidos en cultivos continuos, el perfil de acumulación depende también de la velocidad de dilución y de la tasa de crecimiento. Al igual 27

el rendimiento. (ej: enzima sintética de POX (acil-CoA-oxidasa) han permitido obteácido graso). En algunos casos, el cofactor ner levaduras obesas capaces de acumular puede ser una vitamina que sea requerida más del 80 % de lípidos en la masa celular para la ruta enzimática de la enzima, como (65). la biotina y el pantotenato (61). Las especies de levaduras que se han utiNumerosos investigadores han realizado lizado mayoritariamente para las modificaesfuerzos para excretar extracelularmente ciones genéticas, incluyendo aquellas los lípidos acumulados en las células. empleadas para la producción de ácido Algunos de ellos obtuvieron resultados dicarboxílico (DCA) a partir de la ω- oxidasatisfactorios con levaduras del género ción, son la Candida cloacae, Candida Trichosporon para la conversión de azúcar y Tropicales y Yarrowia lipolítica (66 - 69). Los n-alcanos en lípidos y excretarlos al exterior primeros procesos industriales con estas de la célula y posteriormente determinaron cepas transformadas fueron desarrollados que la composición de los TGCs excretados por la compañía japonesa Nipón Mining y extracelularmente fueron los corresponluego han sido utilizadas por la Catia dientes a los ácidos oleico, palmítico, linoBiotechnology de Shangai (China) y la leico y esteárico, los cuales, sin embargo, Cognis (Alemania) con el empleo de una fueron incorporados y metabolizados nuecepa transformada de Candida Tropicales. vamente por la célula (62). La etapa de recolección puede efectuarse mediante centrifugación para generar Biodiesel de hongos y bacterias una pasta concentrada. La biomasa se somete a lavados con agua para eliminar las Aunque algunos hongos son capaces de impurezas y los desechos celulares. Los lípiacumular lípidos, la mayoría de ellos han dos intracelulares y los hidrocarbonos prosido investigados para la producción de lípiducidos en los microorganismos son extraídos especiales como ácido docosahexanoico dos después de romper las células. (DHA), omega-6 (GLA), ácido eicosapentaeAlternativamente, las células pueden ser noico (EPA) y ácido araquidónico (ARA) y desintegradas sin ser separadas del caldo muy pocos informes aparecen para la utilifermentado o de algunos de los componenzación de aceites de hongos para la productes cuando la fermentación culmina (63), ción de biodiesel (39, 70). Dentro de los honpero esta vía no resulta viable económicagos oleaginosos se encuentran las especies mente a escala industrial. Mortierella, M. vinacea, M. alpine, Pytium La aplicación de técnicas de ingeniería debaryanu, Mucor circinelloides, Aspergillus genética es una de las alternativas para ochraceus, A. terreus, Pennicillium iilacilograr el incremento en la producción y acunum, especies de los géneros Hensemulo, mulación de lípidos, así como la alteración Cladosporium, Chaetomium, Malbranchea, en su composición según un interés partiRhizopus y Pytium. cular. Con este objetivo, los investigadores En la tabla 4 se muestran algunas espehan empleado desde técnicas convencionacies de hongos productores de GLA con sus les in vivo hasta genes heterólogos o nativos parámetros característicos (71 - 76). con una o varias copias de integración. Se han obtenido resultados satisfactoTabla 4. Contenido de lípidos en hongos oleaginosos rios a partir de la variación en la expresión de enzimas involucradas en el Lípidos, Contenido Contenido Especie metabolismo de lípidos como la enzig/l lípidos, % GLA, % ma málica (ME), la ATP citrato liasa M. rouxii (71) 1 7 32,4 (ACL), la acetil-CoA-carboxilasa (ACC) 72) C. ehinulata ( 8 27 12,1 (64). Mediante la eliminación del gen M. mucedo (73) 12 62 3,4 GUT 2 (glicerol-3-fosfato-dehidrogenaC. ehinulata (71) 10,6 58 3,8 sa) y la sobreexpresión del gen GPD1 C. ehinulata (74) 11,5 30 11,7 se han logrado elevar los lípidos acuM. ranmaniana (75) 31,3 50 17,6 mulados en 3 y 4 veces, respectivaC. ehinulata (76) 4,4 49 16,4 mente. Estas modificaciones combinaM. isabellina (77) 18,1 50 4,4 das con la eliminación de los 6 genes 28

Al igual que los hongos, algunas especies de bacterias son capaces de acumular lípidos, pero generalmente la composición de estos lípidos es diferente al resto de los aceites de otros microorganismos. La mayoría de las bacterias producen lípidos complejos, solo algunas son capaces de producir lípidos que puedan emplearse en la producción de biodiesel (50). Las especies de bacterias reportadas como oleaginosas son Streptococus, Enterobacter, Bacillus, Mycobacterium y Pseudomonas. Comparado con otros microorganismos, se conocen muchos genes de las bacterias que participan en la síntesis de ácidos grasos (61, 78). Por ello, resulta relativamente fácil utilizar técnicas de ingeniería biológica, ingeniería genética e ingeniería metabólica para modificar el comportamiento de las bacterias e incrementar su acumulación de lípidos. Se ha informado que una Escherichia coli transformada genéticamente puede producir biodiesel directamente y puede alcanzar 1,28 g/l de concentración en una fermentación fed-batch empleando una fuente de carbono renovable (79). Aunque los rendimientos son bajos resulta una idea prometedora para la producción de biodiesel. Las bacterias para la obtención de grasas se cultivan en medios muy ricos en azúcares, intensamente aireados, frecuentemente se añade glicerol y con un aporte que suponga sólo el 25-40 % de suficiencia de nitrógeno. Las células de las distintas especies contienen entre 25 y 30 % de grasas con los ácidos esteáricos, palmítico y oleico como mayoritarios (80).

La producción de aceites microbianos ofrece una alternativa prometedora como fuente potencial de materia prima para la producción de biodiesel si se considera su carácter renovable, la rápida velocidad de crecimiento de los microorganismos y la independencia de la disponibilidad de tierras y de las condiciones climáticas. Dentro de todos los microorganismos heterótrofos, las levaduras muestran ventajas en términos de mayor velocidad de crecimiento, altos contenidos de lípidos, y además su tecnología es de complejidad media y tradicionalmente conocida. La producción a gran escala es sencilla y está implementada en numerosos países. Si se optimiza e incrementa la capacidad de las levaduras de utilizar fuentes de carbono baratas (desechos industriales) para la acumulación de lípidos se podría aplicar a la producción de biodiesel en el futuro como una alternativa de producción de energía sostenible. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Anon. Emisión de gases de efecto invernadero por paises (en equivalentes de CO2). 2007. http://www.ingurumena. ejgv.euskadi.net /r49-564/es/contenidos/estadistica/eustat005658/ es_00030012/ 00030012.html (consultado Junio 2011) 2. Cambio climático global http://www.cambioclimaticoglobal.com/ cambio1.html (consultado Junio 2011) 3. Zhenk, P.M, Thomas-Hall, S.R., Stephens, E., Marx, U.C., Mussgnug, J.H., Posten, C., Kruse, O., Hankamer, B. Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenerg. Res. 1: 20-42. 2008 4. Meng, X., Yang, X., Xu, X., Zhang, L., Nie, Q., Xian, M. Biodiesel production from oleaginous microorganisms. Renew Energy 34: 1-5. 2009 5. Rodolfi, L., Zittelli, G.C., Bassi, N., Padovani, G., Biondi, N., Bonini, G., Tredici, M.R. Microalgae for oil: strain selection, induction of lipid synthesis and outdoor mass cultivation in a lowcost photo-bioreactor. Biotecnol Bioeng. 102: 100-112. 2009 6. Konandreas, P., Schmidhuber, J. Global Biofuel Production Trends and Possible

Consideraciones futuras de la producción de biodiesel por vía microbiana Debido a la cada vez mayor escasez de petróleo, se hace imperativo buscar nuevas fuentes de energía renovables. Muchos países están experimentando con la producción de biocombustibles sobre la base de cultivos agrícolas convencionales, como los monocultivos de soja o maíz, pero esto trae aparejado afectaciones al medio ambiente y ha propiciado la crisis alimentaria debido al requerimiento de grandes extensiones de tierra, lo cual ha creado la gran contradicción "Biocombustibles vs. Alimentos". 29

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Elier Angulo-Acosta, Rubén Monduí-González, Gladys Menéndez-Zequeira Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba elier.angulo@icinaz.minaz.cu

RESUMEN Se pretende establecer un método para determinar los lubricantes que más afectan el costo de la lubricación en cada ingenio e incidir sobre ellos para disminuir su variedad y cantidad. Se emplea el Gráfico de Pareto para este fin con resultados positivos. El 80 % del costo de la lubricación en el país recae en diez de los lubricantes que comercializa el sector azucarero cubano. Las diferencias en el costo de la lubricación de un ingenio con la media nacional se deben, fundamentalmente, a que en la última se incluyen la agroindustria, el transporte y otros factores que consumen lubricantes y que no se consideran en la anterior. Palabras clave: lubricación, lubricantes, Pareto, costo, mantenimiento. ABSTRACT The present work attempts to establish a method to determine those lubricants that affects the cost of the lubrication in each factory and try to impact them to reduce the amount and variety currently used. Pareto’s graph was applied to this purpose with positive results. The 80 % of the lubrication cost in the country lies on only 10 of the lubricant commercialized by the Cuban sugar asector. Differences between lubrication cost of a sugar factory with the national average are affected basically because in sugar industry all lubricant-consuming activities as transportation and agro-industry among others, are not usually taken into account in other industries. Keywords: lubrication, lubricant, Pareto, cost. maintenance.

INTRODUCCIÓN

Cubalub, que junto a la información del consumo anual de lubricantes en la zafra 20052006, sirvió como base para desarrollar este estudio.

No se concibe un desarrollo de la industria sin el uso adecuado de lubricantes y sin la planificación y/o consolidación de un plan de lubricación eficaz. Frecuentemente, los almacenes de la industria poseen una MATERIALES Y MÉTODOS variedad de lubricantes que se han adquirido para su uso en una máquina determinaPara la realización del análisis, se da, pero son capaces de cubrir los requeriempleó el Gráfico de Pareto (2,3), método mientos para otras máquinas en esa empreque separa los componentes pocos y vitales sa, que a su vez tienen sus propios surtidos de los muchos triviales o también conocida en el almacén, esperando el momento en como regla de 80-20 en una gran variedad que se necesiten. Esto incrementa los invende situaciones. Se desarrolló un proceditarios y generalmente el costo de la lubricamiento para elaborar el diagrama de Pareto ción de una industria (1). en Microsoft Excel (4). Por otra parte, en ocasiones las empresas Se preparó una tabla que compila los desconocen qué equipos o máquinas, de las datos necesarios para desarrollar el análisis que se encuentran en operación, llevan el (tabla 1). peso del costo de la lubricación; por tanto, Se trazó el gráfico de Pareto corresponsi se piensa reducir esos costos, debe diente (figura 1). comenzar la caracterización de estos, sus condiciones de trabajo y las especificaciones, para identificar el lubricante idóneo que satisfaga las condiciones de operación a las que serán sometidos. Para reducir los costos de lubricación, es preciso, en igualdad de prioridades: • Caracterizar la propia industria para determinar qué puntos y/o equipos determinan mayormente el costo de la lubricación. • Caracterizar los lubricantes existentes en los almacenes y los que ofertan los Figura 1. Gráfico de Pareto para el costo de la lubricaproveedores a quien se ción en moneda libremente convertible (MLC). compra. Una vez cumplidas estas premisas, es posible consolidar y optimizar el surtido y cantidad de lubricantes que Con posterioridad se tomó de referencia satisfagan los requerimientos de operación el consumo de un ingenio durante esa de los equipos y máquinas de la industria y misma zafra. así incidir en los costos de lubricación. Las características del central que se Existe un antecedente en el sector azucarero tomaron para hacer el análisis comparativo de reducción del consumo de lubricantes en del costo de la lubricación con los resultael año 2003, cuando se redujeron a cuarenta dos nacionales son: y dos los renglones de consumo (3). • Molida diaria de 354000 @ de caña. Existe una base de datos actualizada, sobre • Molida diaria en t/día: 4016,61. caracterización de los lubricantes suministra• Zafra de 80 días de duración. dos a la agroindustria azucacrera cubana por • Caña molida en toda la zafra: 321 328,88 t. 34

Tabla 1. Relación de todos los lubricantes empleados por el sector azucarero cubano en la zafra 2005-2006 y sus costos Lubricantes Super Caribe CD 40 Super Diesel DB 40 Super Diesel Espec. 40 Multi A Grado 50 Multi 20 W 50 GL 4 Grado 90 EP GL 4 Grado 140 EP GL 5 Grado 140 EP MP Grado 140 MP Grado 250 Automático DZ 11 Cubalub THF Circulación 100 Circulación 220 Hidraúlico 32 Hidraúlico 46 Hidraúlico 68 Turbo 32 Turbo 46 Turbo 68 Reductor 220 Reductor 320 Guijo A Guijo BM Máquina Especial Cilindro SC Refrigeración R-368 Husillo 15 Husillo 22 Carro Fibra 100 Bomba vacío Soluble Corte ferroso Transform. importado Copilla 2 Lisan 2 Lisan 2M Lisan 3 Lisan 3M Cardexa GEP 00 Viscopren

Cantidad Aceites l Grasas kg 910 562 1 519 933,5 293 409 1 995 674 14 936 913 493,3 1 044 733,1 3 496 216 067 53 188 39 728 45840 1 726 927 194 812 357 109 19 016 2 079 685,5 150 430 50 674 193 510 185 564 149 354 263 240 370 375,5 180 121 146 409 32 216 0 3 752 737 999,5 10 808 8 096 88 148,9 832 87150 399 971 235 463 82 966 75 002 18 910 227 932 420 918

MLC por kilogramo o litro 0,84 0,84 0,92 0,81 0,86 0,81 0,86 0,94 0,78 0,84 0,88 0,84 0,71 0,71 0,54 0,61 0,68 0,57 0,64 0,69 0,79 0,87 0,25 0,21 0,72 0,81 0,72 0,48 0,59 0,75 0,69 0,85 0,73 0,98 1.20 1,71 1,21 1,74 2,38 2,11

Tabla 2. Consumo real de lubricantes en un ingenio (zafra 2005-2006)

Lubricantes

Consumo litros o kilogramos por zafra 416

Ac. Motor multipropósito MA 50

2 3 4

Transmisión EP 140 Turbo 32 Guijo BM

2132 832 2218

5 6 7 8

Hidráulico 68 Transformadores Soluble Cilindro SC

4205 416 516 624

9 10 11

Circulación 100 Reductor 220 Reductor 320

6620 2070 1248

12 13 14

Carro Viscopren Grasa CARDREXA

1650 6616 2535

15 16

Brugarola

1235

Copilla Lisan 2 Lisan 3 Lisan 2M

315 32 48 48

17 18 19

64 20 Lisan 3M Costo total de la lubricación = 22404.154 MLC/zafra Costo de la lubricación / ton caña = 0.07 MLC/T

Se trazó el gráfico de Pareto correspondiente para ese ingenio (figura 2).

Figura 2. Gráfico de Pareto para el costo de la lubricación en un ingenio seleccionado durante la zafra 36

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Del análisis del gráfico de Pareto en MLC para el consumo nacional de lubricantes durante la zafra 2005-2006, se puede constatar que el 80 % del costo de la lubricación se debe a los 10 primeros lubricantes que aparecen en el eje X del gráfico, y son aquellos sobre los que hay que incidir si se pretende disminuir el costo de este proceso. Los datos sobre consumo de lubricantes en las fábricas quizás no son fiel reflejo de la realidad a que se enfrentan estos ingenios durante su desempeño, fundamentalmente por razones de suministro. En muchas fábricas los equipos trabajan en forma deficiente y ello altera los indicadores de lubricantes que poseen. Los consumos de lubricantes de cada fábrica deben vincularse con el nivel de conservación y funcionamiento de los equipos que serviciaron. Se pudo comprobar que para el caso particular del ingenio estudiado, los lubricantes que más influyeron en el costo de la lubricación fueron: 1. Cardexa GPE 00. 2. Circulación 100. 3. Hidráulico 68. 4. Transmisión EP 140. 5. Reductor 220. A estos 5 lubricantes les corresponde el 80 % del total del costo de la lubricación. Si se comparan los resultados específicos de ese ingenio con los de todo el país, teniendo en cuenta para ambos el orden decreciente de ese costo, se tuvieron los resultados que se ofrecen en la tabla 3. Las razones más importantes de las diferencias detectadas entre el consumo de lubricantes en todo el sector y en un ingenio en particular se derivan del consumo de

Tabla 3. Comparación en el orden de los lubricantes que más inciden en el costo de lubricación del ingenio de referencia con los que más influyen en la media nacional

Orden

Ingenio seleccionado

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Cardexa GEP 00 Circulación 100 Hidráulico 68 Transmisión EP 140 Reductor 220 Carro Reductor 320 Guijo BM Cilindro SC Turbo 32 Soluble Aceite Motor Multi A 50 Copilla Viscopren Lisan 3M Lisan 2M Lisan 3 Lisan 2 Transformadores Brugarolas

Comparación en el orden. Ingenio: nacional 1 : 10 2:4 3:2 4:6 5 : 16 6:9 7 : 20 8 : 25 9 : 22 10 : 24 11 : 26 12 : 1 13 : 11 14 : 5 15 : 31 16 : 17 17 : 23 18 : 12 19 : 42 20 : -

estos productos en actividades de apoyo, agrícolas, etc. que no coinciden en los consumos del ingenio. En ambos casos, es válido el análisis de los lubricantes que resultan importantes para la reducción de los costos. El estudio realizado, con la información de un único ingenio, deberá extenderse a más número de fábricas de azúcar para corroborar estas conclusiones. CONCLUSIONES 1. De los 42 lubricantes que Cubalub comercializa a la industria azucarera cubana, sólo sobre 10 de ellos recae el 80 % del costo de la lubricación en el país.

2. Los lubricantes que más inciden en el costo de la lubricación para el ingenio seleccionado en este estudio, coinciden casi totalmente con lubricantes que ocupan las posiciones con las que se compromete el 90 % del costo de la lubricación en el país. 3. Las diferencias que se presentan con la media nacional se deben, fundamentalmente, en que en estas se incluyen la agroindustria, el transporte y otros factores que consumen lubricantes y que no se consideran dentro del ingenio. RECOMENDACIONES Ampliar este estudio a un número mayor de ingenios para comparar con la media nacional y corroborar, si mediante el gráfico de Pareto, se pueden predecir los renglones sobre los que se deben incidir, para disminuir los costos de la lubricación y la cantidad y variedad de lubricantes. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Potteiger, J. Estrategias para la consolidación de lubricantes, Noria Corporation, http://www.machinerylubrication.com/sp/ed_oct-ov_2006_estrategiasparalaconsolidacion.asp. 2. Gráfica de Pareto. Sociedad Latinoamericana para la Calidad http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/ftp/Integr acion%20profesional/05-%20Resoluci% F3n%20de%20Problemas/graficadepareto.pdf. 3. Doménech, J.M. Diagrama de Pareto. Calidad. http://www.jomaneliga.es/PDF / A d m i n i s t r a t i v o /Calidad/Diagrama_de_Pareto.pdf. 4. Sales,M.. Procedimiento para la elaboración del diagrama de Pareto en MS Excel. http://www.uch.edu.ar/rrhh.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 38 - 45

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

RESUMEN Se describen de forma simplificada los factores de riesgo de corrosión en el proceso de producción de etanol, para facilitar la comprensión de la necesidad de la protección anticorrosiva. Tiene la pretensión de facilitar la normalización de la protección anticorrosiva en la actividad de mantenimiento de las destilerías. Se brindan los elementos para la adecuada aplicación del sistema de recubrimiento anticorrosivo, las principales fallas que pueden ocurrir, su origen y cómo prevenirlas, los métodos de inspección: antes, durante y después de realizada la protección anticorrosiva, así como la información sobre los principales sistemas anticorrosivos que se pueden emplear en las destilerías. Palabras clave: destilerías de alcohol, corrosión, sistemas de protección anticorrosiva, mantenimiento. ABSTRACT Present paper describes briefly the corrosion risks during the process of ethanol production and makes easier the understanding of the necessity of anticorrosive protection. On the other hand, it is aimed to the standardization of anticorrosive protection in distilleries to facilitate maintenance activity. In this Part the elements that have to be taking into account for the appropriate application of anticorrosive coating, the main failing that would be present during this application and finally information about the appropriate commercial coating useful for distilleries conditions. Keywords: ethanol distilleries, corrosion, anticorrosive protection systems, maintenance.

APLICACIÓN DEL RECUBRIMIENTO

atmosféricas inapropiadas durante la aplicación, inspección deficiente, o por la combinación de algunas de estas causas. Las características más comunes de las fallas que se presentan, así como la manera de evitarlas, son las que se describen a continuación.

Una vez cumplidos los requisitos de preparación de la superficie, la aplicación de los recubrimientos se efectúa por aspersión, brocha o rodillo. En algunos casos, se emplean los procedimientos de inmersión o manual. Nunca deben recubrirse superficies mojadas o húmedas. El límite de humedad relativa arriba del cual las operaciones de recubrimiento deben suspenderse es de 90 %. No se deberá aplicar ningún recubrimiento cuando la temperatura ambiente sea menor de 10 °C. En cualquier caso en que se haya especificado preparación con abrasivo el tiempo máximo que se permitirá que transcurra entre la limpieza y la protección de la superficie dependerá del ambiente en que se opere, pero nunca podrá ser mayor de 4 horas. Resulta de vital importancia respetar esto.

A).- Discontinuidades de la película Si la corrosión se presenta en forma de puntos de oxidación, se debe a discontinuidades de la capa del recubrimiento (poros) motivadas por mala calidad del material, deficiente aplicación con pistola de aire, uso de solventes inadecuados y falta de fluidez del material. B).- Falta de adhesión La película del recubrimiento queda adherida a la superficie metálica por atracción molecular o por la unión mecánica entre ambas. Al no ocurrir lo anterior, la película se desprende fácilmente. Para evitar esta falla, es necesario emplear recubrimientos primarios a base de materiales que tengan una buena adherencia sobre la superficie metálica y que esta se prepare convenientemente, para eliminar cualquier material extraño que impida el contacto íntimo entre ambos. La falta de adhesión entre las diferentes capas del recubrimiento se presenta cuando: • El tiempo de secado duro exceda al especificado para cada material. • Hay incompatibilidad de recubrimientos y solventes. • Hay humedad o contaminación entre capas.

Aplicación con brocha de pelo y rodillo Este método se empleará cuando se requiera una gran humectación de la superficie o cuando las condiciones de trabajo así lo exijan. Aplicación por aspersión Este método de aplicación es el más rápido y las películas resultantes son más uniformes en espesor. Deben seguirse las recomendaciones de los fabricantes de los equipos empleados. Equipo de aspersión La pistola de aspersión es el principal componente de este sistema de aplicación. Hay dos métodos para transportar el fluido a la pistola: con aire y sin él. En el primero, puede ser por alimentación, por succión o por alimentación por presión; en el segundo la aspersión se produce forzando el material por alta presión a través de un orificio en la pistola. El aire usado deberá estar seco y libre de aceite y contaminantes.

Para el caso de repintado, se recomienda que el recubrimiento nuevo se aplique después de que el recubrimiento viejo haya sido "revivido" con el solvente especificado, o en casos particulares, lijando con el fin de aumentar su rugosidad.

FALLAS DE RECUBRIMIENTOS

C).- Ampollamiento

El ampollamiento es causado por entrampamiento de solventes, gases o líquidos en la película o bajo la misma, y que ejercen una presión mayor que

Cuando la protección no ha sido efectiva durante el plazo esperado, puede atribuirse a fallas originadas por mala preparación de la superficie, selección inadecuada del material, deficiente calidad del mismo, incorrecta aplicación del recubrimiento, condiciones 39

la adhesión de la película en el área bajo esfuerzo. Se presenta principalmente en los recubrimientos, cuando estos se encuentran expuestos a ambientes húmedos y a contaminación entre capas, o cuando el recubrimiento seca superficialmente con mayor rapidez a la especificada para cada tipo de material.

G).- Corrosión bajo película Ataca al metal debajo de la película y se presenta en dos formas: granular y filiforme. La primera se caracteriza por la presencia de áreas granulosas e irregulares; la segunda tiene aspectos de filamentos. Se debe a defectos en la preparación de la superficie, porosidad, permeabilidad del recubrimiento o falta de adherencia del mismo.

D).- Agrietamiento El agrietamiento es el resultado de esfuerzos mecánicos que actúan sobre la película y su magnitud depende de la flexibilidad y adhesión de los recubrimientos. El agrietamiento se evita únicamente por la formulación de los recubrimientos.

INSPECCIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS La inspección que deberá efectuarse en todos los trabajos de aplicación de recubrimientos, una vez aprobados estos en cuanto a su calidad, comprende lo siguiente: • Inspección durante la preparación de la superficie Se deberá poner especial cuidado en que el estado y funcionamiento del equipo de compresión, filtros, etc.; sea el correcto y deberá comprobarse que el aire esté limpio y seco; además el equipo deberá estar operando dentro de los límites y capacidad especificados en los mismos, también se deberá contar con manómetros a la salida del tanque de la compresora, al final de las mangueras de abrasivos y en los recipientes de aplicación de los materiales. • Inspección durante la aplicación Antes de iniciar la aplicación se verificará que los recipientes, líneas y pistolas estén perfectamente limpios y exentos de contaminantes tales como residuos, solventes, etc.

E).- Corrugado

Se presenta en recubrimientos que han sido aplicados en capas gruesas que secan rápidamente por efecto de la temperatura o por un exceso de agentes secantes en la superficie. Para evitar este efecto, los recubrimientos se deben aplicar bajo las condiciones de secado para los cuales fueron formulados, y en capas del espesor indicado. F).- Caléo

Es la frotación de polvo sobre la superficie del recubrimiento, ocasionado por la degradación de la resina a consecuencia de la acción combinada de los rayos solares y del oxigeno. El caléo excesivo solo se evita con la formulación de los recubrimientos, para lo cual se debe tener en cuenta la naturaleza química del vehículo y su resistencia a la intemperie, así como la relación de vehículo a pigmento, recubrimientos con bajo contenido de vehículo se caléan rápidamente.

AJUSTE DE LA VISCOSIDAD DEL RECUBRIMIENTO PARA SU APLICACIÓN 1. Se verificará la viscosidad óptima de aplicación, mediante una copa Ford No. 4 o con espátula de viscosidad. 2. Para la aplicación por aspersión con equipo convencional, la viscosidad deberá ajustarse a 25 seg. +/- 5 seg. en el caso de emplear la copa Ford No. 4; para el caso de la espátula, el recorrido del recubrimiento a lo largo de la ranura deberá ser de 5 seg. +/- 1 seg. en la dirección marcada en la misma espátula. 40

ESPESOR DE PELÍCULA

lica y que esta se prepare convenientemente, para eliminar cualquier material extraño que impida el contacto íntimo entre ambos. Se debe recordar que la falta de adhesión entre las diferentes capas del recubrimiento se presenta cuando: • El tiempo de secado duro exceda al especificado para cada material. • Hay incompatibilidad de recubrimientos y solventes. • Hay humedad o contaminación entre capas.

El espesor de la película en cada capa aplicada, deberá ser el recomendado por el fabricante para el recubrimiento anticorrosivo que se esté empleando. TIEMPO DE SECADO Debe respetarse el tiempo recomendado por el fabricante para el secado entre capas y para el secado de la capa final.

CONTINUIDAD DE PELÍCULA No debe interrumpirse la aplicación de la capa de recubrimiento sobre la superficie una vez comenzado. No deben quedar espacios sin pintar (las llamadas mentiras), por ello se prefiere que cada capa tenga una tonalidad diferente para evitar este defecto.

SISTEMAS DE RECUBRIMIENTOS A EMPLEAR EN LOS EQUIPOS Y ÁREAS DE LA DESTILERÍA. (PROPUESTA)

ADHERENCIA

Estos sistemas se muestran en las tablas 1 y 2. Para ambientes de alta corrosión, además de los sistemas planteados en la tabla 1, se encuentran los de la tabla 2.

Deben emplearse recubrimientos primarios a base de materiales que tengan una buena adherencia sobre la superficie metá-

Tabla 1. Sistemas propuestos para ambientes de muy alta corrosión industrial (C 5-I)

Firma

Sistema de pintura

Universal Primer CM Coating Sigmadur Gloss Hempadur Zinc 15360/ Agente de curado 95740 Hempadur Mastic 45880/ Hempel Agente de curado 95880 Hempel's Polyenamel 55100/ Agente de curado 955EO International Interplus 256 paint Interthane 870 P.V.Epoxi Multiprimer Villada P.V. Epoxi Primer HS P.V. Dur Top Coat MIO Sigma

No. de capas*

Espesor (µm), Espesor capa seca / total (µm) producto

1 1 1

46 128 61

125

1 1 1 2

131 111 -

Durabilidad (años)

235

5 a 15

255

5 a 15

242

5 a 15

301

5 a 15

Tabla 2. Sistemas propuestos para ambientes de alta corrosión (C 4) Firma

Hempel

Hempel International Paint Veneziani

Villada

Hempadur 45150 Hempel’s Polyenamel 55100

Espesor (µm) capa seca por producto 199

Hempadur 45150

276

1 1 2

178 50 131

107

2 1

Sistema de pintura

Hempel’s Polyenamel 55100 Interbond 201 Interthane 990 Eponex Primer Titania PU P.V. Epoxi Multiprimer P.V. Epoxi Top Coat P.V. Dur Top Coat P.V. Epoxi Multiprimer P.V. Epoxi Primer HS P.V. Dur Top Coat

No. de capas*

Espesor total (µm)

Durabilidad (años)

249

>15

341

>15

228

>15

238

>15

236

>15

311

>15

* En el caso de los productos aplicados por el método airless, se logra el espesor final capa seca, equivalente por aplicación a brocha de las capas requeridas.

La preparación de superficie debe ser hasta grado Sa 2½.

Por lo tanto, para recubrir interiores de tanques que contengan alcohol etílico de 80 a 96 % se recomiendan, entre otros: (1, 3) • Un recubrimiento epoxi-fenólico bicomponente, resistente a agentes químicos, libre de disolventes, apto para la industria pesada. • Productos ricos en cinc de base agua Tipo SSPC l-B • Recubrimientos epoxi amina. • Esmaltes a base de resina fenólica y aceite de tung.

Sistemas para interiores de tanques En la industria de protección interior de tanques se enfrentan dos problemas básicos: uno es la protección anticorrosiva del tanque y el otro es la reducción de los riesgos de salud y seguridad asociados a las aplicaciones con recubrimientos de cierto contenido de Compuestos Volátiles Orgánicos (VOC) (1, 3). Debido a esto, el uso en interiores de tanques de almacenamiento restringe el empleo de disolventes en los recubrimientos protectores para reducir los riesgos de salud ocupacional y riesgos contra explosión y fuego. Esto hace que la industria se apegue a esta propuesta y se utilicen sólo recubrimientos con 100 % de sólidos en volumen y 0 % de contenido de Volátiles Orgánicos (VOC). El uso de recubrimientos en interiores de tanques permite proteger el sustrato (acero) y/o la sustancia contenida. En el caso del alcohol etílico, se protege el contenido de tal forma que evite la contaminación del alcohol con residuos o productos de la corrosión del acero.

Los sistemas propuestos para interiores de tanques y tanques fermentadores de alcohol aparecen en la tabla 3. OTROS SISTEMAS DE RECUBRIMIENTOS (NACIONALES), A EMPLEAR EN LOS EQUIPOS Y ÁREAS DE LA FÁBRICA DE ETANOL. (PROPUESTA) Diferentes resinas derivadas del furfural han sido desarrolladas con tecnología del ICIDCA, respaldadas por patentes referidas a la síntesis de las mismas y sus aplicaciones. Las resinas furano-epoxídicas, resinas FAM, permiten sustituir las resinas epoxy y reali42

Tabla 3. Sistemas propuestos para interiores de tanques y tanques fermentadores No. de capas* 2

Espesor capa seca por producto (µm) 291

Espesor total (µm) 582

Firma

Sistema de pintura

Sigma

Sigmaguard CSF

Hempel

Hempadur Multi Strength 35530

141

565

Hempel

Hempadur 15500

100

300

Hempel

Hempadur 8567

100

300

International Paint

Intergard 269 Interline 850

1 3

44 124

415

International Paint

Intergard 269

Interline 910 Titania EP SL

2 1

213 100

Titania EP SL ENEL

185

Devox Vitral

Devoxy 87 Línea 151 M1-G1

3 4

129 40

388 160

Vitral

Línea 501/501 RT

100

400

Veneziani

470 655

zar las mismas aplicaciones. El desarrollo de estas composiciones poliméricas base FAM, ha permitido emplearlas también en aquellas aplicaciones donde deban resistir esfuerzos mecánicos de torsión, vibraciones, flexiones, etc., de mayor magnitud (2, 7-13). A partir de las experiencias referenciadas y con la evaluación por parte del LPB del CIIQ (1, 3-6) de la resina furanoepoxídica FAM, sustituyendo a la epoxy comercial en la formulación de la Línea 501 de VITRAL, se propone este sistema, que puede constituir un importante ahorro por sustitución de importaciones. Las figuras 1, 2 y 3 muestran las probetas con los productos desarrollados y los ensayos relacionados con la protección a fermentadores.

Figura 2. Evaluación de probetas recubiertas con sistema de protección anticorrosiva en los fermentadores de Planta Piloto.

Figura 1. Probetas con aplicación de los productos desarrollados.

Figura 3. Chequeo semanal de las probetas. 43

En las propuestas primeramente se describen las generalidades, propiedades y alcance, de los sistemas de protección anticorrosiva requeridos para cada área o equipo. Posteriormente, se indican el orden de aplicación, número de capas, espesor y otras características de los recubrimientos disponibles de que se puede disponer en el país para este trabajo. Se recomienda establecer una inspección técnica periódica y el mantenimiento de estos sistemas. Las propuestas se han presentando de forma muy general y todas a partir del análisis de los diferentes pasos tecnológicos del proceso de producción de alcohol que constituyen factores de riesgo de corrosión.

• Rec. Impermeable simple, Masilla FAM Modificada • Rec. Impermeable reforzado, Masilla FAM Modificada • Capa de acabado con FURAL-Rr, o con VITRAL de la línea 501. El mantenimiento es inspección cada 12 a 18 meses con resanado y pintado de cualquier avería. La limpieza y el repintado general de la superficie puede realizarse cada 3 o 4 años. Depósitos de hormigón y metal para el almacenamiento de la materia prima (exterior) • Acondicionador impermeabilizante FURAL-RI 1001 • Composición polimérica resanadora de flexibilidad variable FURAL-Rr 1001 • Sellado • Rec. Impermeable simple, Masilla FAM Modificada • Rec. Impermeable reforzado, Masilla FAM Modificada • Capa de acabado con VITRAL de la línea Industrial de un solo componente.i

DESTILERÍA. MEDIO AMBIENTE Paredes de mampostería exterior e interior Pinturas del tipo vinílica, VITRAL, MINBAS, Cuba. Las mismas pueden ser lavadas cada 6 meses para eliminar el polvo y otros residuos industriales dispersos en el aire que se depositan y favorecen la erosión. Con este mantenimiento, las pinturas alargan la vida útil y la protección de las paredes; esto unido a un plan de repintado cada dos a tres años de exteriores y de tres a cuatro en interiores, reduce los costos de reparaciones de las instalaciones civiles de la fábrica de alcohol y de las aledañas a la misma.

El mantenimiento es inspección cada 12 a 18 meses con resanado y pintado de cualquier avería. La limpieza y el repintado general de la superficie se efectuará cada 3 o 4 años.

Madera y metal • Una capa acondicionadora o Primario FURAL-Ri, ICIDCA, Cuba. o Primario anticorrosivo VITRAL, MINBAS, Cuba. • Una capa de esmalte sintético VITRAl, Cuba.

DESTILERIA. FERMENTACION Para los fermentadores: • Acondicionador impermeabilizante FURAL-RI 1001 • Composición polimérica resanadora de flexibilidad variable FURAL-Rr 1001 • Sellado • Rec. Impermeable simple, Masilla FAM Modificada • Rec. Impermeable reforzado, Masilla FAM Modificada • Capa de acabado con pinturas epoxídicas atóxicas de importación (Hempel, GAIRESA, u otras).

Mantenimiento: Lavado de las superficie cada 6 meses, repintado de 3 a 4 años. DESTILERÍA. MATERIAS PRIMAS Depósitos de hormigón y metal para el almacenamiento de la materia prima (interior) • Acondicionador impermeabilizante FURAL-RI 1001. • Composición polimérica resanadora de flexibilidad variable FURAL-Rr 1001. • Sellado

El mantenimiento es inspección cada 12 a 18 meses con resanado y pintado de cualquier avería. La limpieza y el repintado general de la superficie se realizará cada 3 o 4 años. 44

EN PROCESO DE DESTILACION

en los equipos y áreas de la fábrica de etanol. (Propuesta), Código 16-3-08, LPB del CIIQ, Diciembre 2008. 2. Gómez, A.; Ramos, M.B.; Seijo, A.; Valdés, D.; Cruz, S.; Fábricas de alcohol. Corrosión y Mantenimiento [CD] En: ICIDCA. Memorias DIVERSIFICACION 2008. La Habana. ISBN 978-959-7165-16-3. 3. Norma ISO 12944:98. Pinturas y barnices. Protección de estructuras de acero frente a la corrosión mediante sistemas protectores de pintura. Parte 1, 2, 5 y 6. 4. Norma ISO 6270-1:98. Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia a la humedad (condensación continua). 5. Norma ISO 7253:96. Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia al rociado salino neutro (niebla). 6. Norma ISO 2812-1: 99. Pinturas y barnices. Determinación de la resistencia a líquidos. 7. Gómez, A.; et al. (1994). Resinas furanoepoxídicas y su procedimiento de obtención. (Cuba). Patente de Invención No. 22 355. 8. Gómez, A. et al.. Generalización de recubrimientos especiales furano-epoxídicos en la protección de pisos, terrazas, cubiertas transitables y depósitos de hormigón en general, Revista ATAC 65 (1), 2004. 9. Diez, F.; Gómez, A. El uso de los polímeros en el mantenimiento industrial; Revista Ingeniería y gestión de mantenimiento. No. 34, Año VII, 2004. 10. Gómez, A.; et al. Evaluation of furanopoxy polymeric matriz, Revista Cubana de Química, 16, No.3, 2004. 11. Gómez, A.; et al. (1997). Protección de depósitos con composiciones poliméricas furano-epoxídicas. (Cuba). Logro MINAZ 1997. 12. Dopico, M.; et al. (2001). Propuesta de un sistema de aseguramiento de la calidad para los servicios de aplicación de los productos fural. (Cuba). ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar XXXV (1) p. 34. 13. Dopico, M., Gómez, A.; et al. Aplicaciones de una nueva masilla en la recuperación de partes y piezas de metal, madera y hormigón, Revista Plásticos Modernos. 80 (529), julio, 2000.

Canales y receptores • Acondicionador impermeabilizante FURAL-RI 1001 • Composición polimérica resanadora de flexibilidad variable FURAL-Rr 1001 • Sellado • Rec. Impermeable simple, Masilla FAM Modificada • Rec. Impermeable reforzado, Masilla FAM Modificada • Capa de acabado con FURAL-Rr, o con VITRAL de la línea 501. El mantenimiento es inspección cada 12 a 18 meses con resanado y pintado de cualquier avería, así como limpieza y repintado general de la superficie cada 3 o 4 años. DESTILERIA. PRODUCTOS Depósitos • Acondicionador impermeabilizante FURAL-RI 1001 • Composición polimérica resanadora de flexibilidad variable FURAL-Rr 1001 • Sellado • Rec. Impermeable simple, Masilla FAM Modificada • Rec. Impermeable reforzado, Masilla FAM Modificada • Capa de acabado con pinturas epoxídicas atóxicas de importación (Hempel, GAIRESA, u otras). El mantenimiento es inspección cada 12 a 18 meses con resanado y pintado de cualquier avería. La limpieza y repintado general de la superficie se realizará cada 3 o 4 años. AGRADECIMIENTOS Se agradece a los técnicos Arelys Rodríguez Padrón, Yanelis Carvajal Escamilla y María E. Rodríguez Dorrego la colaboración prestada para la realización de este artículo. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Ramos, M.B.; Valdés, D.; Cruz, S.; Gómez, A.; Informe Etapa 4: Sistemas de recubrimientos anticorrosivos a emplear 45

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 46 - 50

Daisy Dopico-Ramírez, Lucía García-García, Alejandro Abril-González, Yelenys Hernández-Corvo, Dolores Cordero-Fernández Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Departamento de Química del Bagazo. CP 33500, Quivicán, Mayabeque, Cuba daisydopico@yahoo.com

RESUMEN Se obtiene un prototipo de fibra dietética base lignina a partir del bagazo integral de la caña de azúcar, mediante hidrólisis ácida. Se aplica en gelatina para regímenes especiales en distintas dosis y se demuestra que incorporando 0,1 g de fibra no se afectan las propiedades físicas del alimento. Sin embargo, es necesario añadir goma arábiga para evitar la precipitación de partículas de fibra. Se realizó la evaluación sensorial en dos etapas: prueba descriptiva y hedónica. Los resultados fueron clasificados como "Muy bueno" y "Me gusta mucho", respectivamente. Palabras clave: lignina, fibra dietética, fibra insoluble, análisis sensorial. ABSTRACT A prototype of dietary fiber based on lignin from sugar cane bagasse is obtained by acid hydrolysis. This product is applied into gelatin for special regimes in different doses and it is demonstrated that the incorporation of 0,1 g of fiber does not affect the physical properties of food. The addition of arabic gum turned out to be necessary to prevent the precipitation of fiber particles. Sensory evaluation was performed in two stages: descriptive test and hedonic evaluation. The results were classified as "very good" and "I really like it" respectively. Keywords: lignin, dietary fiber, insoluble fiber, sensory analysis.

INTRODUCCIÓN

la caña, el que presenta alto contenido de lignina y su aplicación en alimentos para regímenes dietéticos especiales.

Desde tiempos remotos el hombre se ha interesado por la relación entre la dieta y la salud. Sin embargo, no fue hasta el siglo XX que se obtuvieron evidencias científicas de que la presencia de fibra en la dieta puede prevenir numerosas enfermedades crónicas como la diabetes, el cáncer y enfermedades cardiovasculares, entre otras (1,2). La fibra dietética puede ser definida como la porción de las plantas que no es digerida o absorbida en el intestino delgado humano (3). Está compuesta (4) por un grupo de sustancias que se encuentran entrelazadas en la estructura del material vegetal como son celulosa, hemicelulosas, lignina, gomas y pectinas. Entre las fuentes naturales de fibra (5,6) se encuentran: granos completos, vegetales, frutas y semillas. Especialistas en el tema recomiendan la ingestión en adultos de 35 a 40 gramos de fibra por día (6). Sin embargo, es difícil alcanzar estos altos niveles de ingestión a través de los alimentos tradicionales, incluso aquellos ricos en fibras, por lo que se han desarrollado diferentes suplementos dietéticos para su adición a los alimentos, entre ellos la lignina. La lignina es el biopolímero ramificado más abundante en el reino vegetal, después de los polisacáridos. Su estructura es muy compleja y varía entre especies. El monómero principal que forma a la macromolécula es el fenilpropano. Es importante destacar que la lignina es la única fibra no polisacárida que se conoce y está definida como fibra insoluble (7). Entre sus propiedades podemos citar que reduce el grado de digestión de la fibra, inhibe el crecimiento de colonias bacterianas intestinales, presenta alta capacidad para absorber agua, tiene una acción muy potente en la adsorción de ácidos biliares y protege a la mucosa del colon frente a agentes cancerígenos. El objetivo de esta investigación fue obtener un prototipo de fibra dietética para el consumo humano a partir del bagazo de

BAGAZO INTEGRAL

H2 SO4 (ac)

MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizó como material de partida bagazo integral de 6 meses de almacenamiento proveniente de la Empresa Azucarera "Comandante Manuel Fajardo", que presenta la composición química mostrada en la tabla 1. Tabla 1. Composición química del bagazo Celulosa, % Lignina, % Solubilidad NaOH 1% Hemicelulosas, % Cenizas, %

45,3 23.6 36,7 27,5 2,2

Hidrólisis del bagazo El esquema del proceso seguido se muestra en la figura 1. En el digestor rotatorio de 350 l de capacidad se añadieron 30 kg de bagazo, ácido sulfúrico 96 % (grado reactivo) a razón de 0,05 l/kg de bagazo y agua hasta llegar al hidromódulo 6:1. Una vez mezclado el bagazo con la solución ácida, se inyectó vapor hasta alcanzar 9 atmósferas manométricas de presión y se mantuvo la reacción durante una hora. Seguidamente, se descompresionó el digestor hasta 3 atmósferas y se descargó el contenido en un ciclón. El producto se coleccionó en un tanque receptor, donde se lavó con agua desmineralizada hasta un contenido de cenizas menor al 3 %. Se secó en estufa a 60 °C hasta un contenido de agua entre 8-10 %. El producto fue molinado en un molino de púas (Modelo Komodin K-1, Olliver y Battle S.A, España), se envasó y almacenó en bolsas de polietileno para su conservación.

LIGNINA

Solución de azúcares, oligosacáridos y otros compuestos orgánicos

Figura 1. Esquema de obtención del prototipo de fibra. 47

A continuación se procedió al análisis mejor aceptación que en la prueba anterior. físico-químico y microbiológico del producto. Se realizó mediante una prueba piloto con La humedad se realizó siguiendo el pro20 jueces, empleando la escala de 7 puntos cedimiento descrito en la Norma Cubana donde: 7 es me gusta muchísimo; 6 me 0856 (8). gusta mucho; 5 me gusta; 4 me es indiferenLa densidad aparente se llevó a cabo te; 3 me disgusta; 2 me disgusta mucho; 1 colocando 25 g de muestra en una probeta me disgusta muchísimo. de 100 ml y golpeando 50 veces, luego de lo cual se midió el volumen que ocupó la muestra. RESULTADOS Y DISCUSION Color, aspecto y solubilidad por el método visual. Las características de la lignina de bagaLa determinación de lignina, ácido insozo obtenida, según el procedimiento descriluble y cenizas se realizó según las normas to aparecen en las tablas 2 y 3. Las condiTAPPI Standard T 222 om-88 y T 15 os-58, ciones experimentales de la hidrólisis ácida respectivamente (9,10). garantizan la obtención de un producto La granulometría se determinó usando un final con un contenido de lignina insoluble juego de tamices previamente tarados acoplamayor que 65 % y un contenido de cenizas do a un vibrador, según el método propuesto menor que el 2 %. en la literatura (11). El análisis microbioTabla 2. Características físico-químicas de la lignina de bagazo lógico se realizó según las Normas Cubanas Característica Valor establecidas para este Fórmula química C H O (OCH 9 7,53 1,76 3) 0,94(OH)1,47 fin (12,13). Peso molecular 2500-3000 Dalton La obtención del aliLignina ácido insoluble (%) ≥ 65 mento enriquecido con Cenizas (%) ≤2 fibra fue llevado a cabo Humedad residual (%) 2,75 mediante el mezclado Densidad aparente (g/ml) 0,415 físico de los ingredienAspecto Polvo fino tes en polvo, durante 30 Color Carmelita oscuro minutos. La lignina se Solubilidad (agua) Insoluble añadió con una dosificación de 0,05; 0,1 y 0,2 g en 100 g del producto, el que se envasó en Tabla 3. Características granulométricas bolsas de polietileno posteriormente embade la lignina de bagazo ladas en cajas de cartón para su conservación, a temperatura ambiente. Se estudió, Densidad de 0,387 también, la influencia del color del sabor vertido (naranja o fresa) sobre las propiedades físiDensidad de 0,563 cas del alimento enriquecido. asentamiento La evaluación del alimento enriquecido Velocidad de flujo No fluye se realizó mediante la evaluación sensorial 100 % < 500 μm en dos etapas: prueba descriptiva (14) y Granulometría 51.0 % ≥ 125 μm prueba hedónica (15). En la prueba des38,6 % < 125 μm criptiva se midió el efecto de la adición de Apertura del tamiz fibra sobre las propiedades físicas de la % retenido (µm) gelatina. La escala de calidad para 7 jueces 1000 0.00 adiestrados fue de 5 puntos donde: 5 es 500 0,31 excelente; 4 muy bueno; 3 bueno; 2 regular 250 10,12 y 1 malo. 125 50,92 En la prueba hedónica se midieron todos 63 34,72 los atributos en conjunto: color, aspecto, 45 3,06 textura y sabor en la gelatina saborizada COLECTOR 0,82 lista para consumir, con la dosis de fibra de 48

La humedad del producto fue estudiada con el objetivo de conocer su influencia sobre el aroma en polvo utilizado para proporcionar sabor a la gelatina, ya que este último adquiere humedad con facilidad. Los resultados mostraron que la humedad es muy similar a los del aroma en polvo. Un comportamiento semejante fue observado en el caso de la densidad aparente. El 85 % de las partículas se encontraban con un tamaño promedio entre 125-250 μm, que es lo que se puede lograr con el equipo de molienda utilizado. Las primeras pruebas sensoriales realizadas no dieron los resultados esperados, debido a que se percibía a simple vista que la fibra y la capacidad sensorial (sensibilidad de las partículas al paladar) no fueron adecuadas en el producto alimenticio. Así, fue rechazado por los panelistas. Teniendo en cuenta lo anterior, se procedió a moler y tamizar nuevamente la lignina, aprovechándose solamente las partículas que quedaron en el colector. Con esta nueva muestra se realizaron los estudios en la gelatina de fresa. El análisis microbiológico se realizó para comprobar que la fibra no contamina al producto final. En este caso los resultados están dentro de los permitidos para este tipo de aditivo (fibra) y los resultados se muestran en la tabla 4. Tabla 4. Resultados microbiológico Conteo total de microorganismos aeróbicos mesófilos Hongos filamentosos Levaduras

del

nina es muy importante que el tamaño de partículas sea lo más pequeño posible (menor que 45 µm) para que no influya negativamente en las propiedades físicas del producto. En el caso que nos ocupa el alimento enriquecido es gelatina, al que se le añadió lignina hasta la dosis máxima asimilable que puede contener el postre sin que se vean afectadas sus propiedades. En este caso que la fibra es poco soluble, fue necesario adicionar goma arábiga para evitar la precipitación de partículas. Los mejores resultados se obtuvieron al añadir 0,05 y 0,1 g de lignina y 5 g de goma arábiga. Se tomó la mayor dosis con el objetivo de incluir la mayor cantidad de fibra en la gelatina. En el test de sabores se probó naranja y fresa. Los resultados muestran que solo se puede usar sabor fresa, ya que con el sabor naranja se observaron a simple vista las partículas de lignina que tienen un color carmelita oscuro. El producto elaborado con la composición de mejores resultados (sabor fresa, 0,1 g de fibra y 5 g de goma arábiga) arrojó un resultado "Muy Bueno" la prueba descriptiva, lo que se traduce en una puntuación de 4 (en base a 5 puntos) según el criterio de los panelistas, por lo que se puede inferir que la adición de lignina no tuvo efecto negativo sobre el color y aspecto en la gelatina seca. Los estudios de naturaleza hedónica son esenciales para saber en qué medida un producto puede resultar agradable al consumidor. La prueba hedónica realizada en gelatina de fresa enriquecida con fibra dietética, arrojó un resultado de 6 puntos que equivale a "Me gusta mucho" para un panel de 20 jueces.

análisis

Negativo 6*10 2 Hongos No hay levaduras

CONCLUSIONES

La tecnología de obtención de los alimentos en polvo enriquecidos con fibra se basa fundamentalmente en el mezclado físico de los ingredientes, en este caso: azúcar refino, gelatina base, ácido cítrico, sabor y color al que se le añade la fibra dietética. Este postre fue concebido para la alimentación de niños y adultos. Con la tecnología utilizada para la obtención del alimento enriquecido con lig-

• Se obtuvo lignina a partir del bagazo de la caña de azúcar mediante hidrólisis ácida en fase heterogénea. El producto obtenido presentó un contenido de lignina insoluble en ácido mayor que 65 % y cenizas menores que 2 %. • Los ensayos en alimentos funcionales (gelatina de fresa) demostraron la posibilidad de usar la lignina como fibra dieté49

tica, con ayuda de sustancias como la goma arábiga para mantener las partículas en suspensión. • Se recomienda probar la lignina de bagazo en otros alimentos.

5.Medical News Today. What is Dietary Fiber? Fiber Rich Food. <http//www.medicalnewstoday.com> 2009 [consulta Noviembre 2010]. 6. Anderson, J.; Perryman, S.; Young, L.; Prior, S. Dietary Fiber [Online] Extension. Colorado State University, 9.333. <http//www.ext.colostate.edu> 2010 [consulta Enero 2011]. 7. González, R., González, I., Hernández, D. Estudio de mercado y estado de la técnica de los procesos de fabricación de fibras dietéticas. Consultoría BIOMUNDI, IDICT. 2003. 8. Norma cubana 0856. Determinación del contenido de humedad. Cuba. 1983. 9. Norma TAPPI Standard T 222 om-88 Acid Insoluble Lignin. 10. Norma TAPPI Standard T 15 os-58 Ash in pulp. 11. Goronodnischiev, V.; Borisov, G.; Iegorova, V. Algunas cuestiones sobre la determinación de la granulometría en granulados farmacéuticos. Memorias del III Congreso Farmacéutico de la Federación Rusa. Sverdlovsk, 165. 1975. 12. Norma cubana 76-04-01. Determinación del conteo total de microorganismos aerobios mesófilos. Cuba. 1982. 13. Norma cubana 76-03:82. Determinación de hongos filamentosos y levaduras viables. Cuba. 1982. 14. Norma ISO 8586:2. Pruebas descriptivas de evaluación sensorial. 1993. 15. Carpenter, R.; Lyon, D., Hasdell, T. Análisis sensorial en el desarrollo y control de la calidad de alimentos. Editorial Acribia. Segunda edición. Zaragoza, España. 2000.

AGRADECIMIENTOS A Idalmis Expósito, Elda Roncal y todos los compañeros de la Dirección de Bebidas del Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia que estuvieron involucrados de una forma u otra en la ejecución de este resultado. A Eduardo Bordallo por la rapidez y rigurosidad en la redacción durante la revisión del trabajo. A Miguel Angel Otero por la seriedad y rapidez en la revisión. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Marlett, J.; Slavin, J. Health implications of dietary fiber. J Amer Dietetic Assoc (97): 1157-1159, 1997. 2. Todd, S.; Woodward, M.; Tunstall-Pedoe, H.; Bolton-Smith, C. Dietary antioxidant vitamins and fiber in the etiology of cardiovascular disease and all-causes mortality: results from the Scottish Heart Health Study. Amer J Epidemiol (150): 1073-1080, 1999. 3. Asp, N. G.; Furda, I; DeVries, J. W; Schweizer, T. F.; Prosky, L. Dietary fiber: definition and analysis. Amer .J Clin Nutr (48): 688-690, 1998. 4. Mithra, S. What´s Dietary Fiber? <http//www.wisegeek.com> 2010 [consulta Enero 2011].

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 51 - 57

Idania Blanco-Carvajal, Maricela Vega-Batista, María del Carmen Vasallo-Sordo, Raymundo Guardarrama-Rodríguez, Miguel Vázquez-García, Eric Estrada-Medina, Hildeliza Ramos-Aróstica Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba idania.blanco@icidca.edu.cu RESUMEN En la actualidad, las tendencias de la industria de alimentos nos muestran que para sobrevivir en el mercado globalizado y competitivo, los líderes corporativos tienen que enfocarse en la sanidad (programas de prerrequisito), inocuidad (Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control, APPCC) y en calidad (lo mejor del ISO). También es imperativo que estos componentes se realicen en combinación con la implementación. Bodegas Vigía ha desarrollado un Sistema Integrado de Gestión (SIG) para apoyar la producción de bebidas y enfrentar las crecientes demandas de estos productos. Se muestra un enfoque práctico para aprender cómo implementar los elementos claves de manera integrada, mediante el desarrollo de componentes cada uno. El primer juego, con los componentes estructurales/operativos y el segundo juego con los componentes gerenciales del sistema. Palabras clave: sistema integrado, calidad, inocuidad, sanidad, bebidas. ABSTRACT: Nowadays, the trends in the food industry show that in order to survive in a globalized and competitive market, corporative leaders have to be focused on the public health, (programs of pre-requisites), safety (Hazard Analysis and Critical Control Point , HACCP) and quality (ISO's best). It is also crucial that these components were carried out in combination with their implementation. Bodegas Vigia has developed a Integrated Management System (SIG) to streamline the spirits' production and to face the growing demands. Present work uses a practical approach to learn how to implement key elements in an integrated way, developing two matches out of three components each. The first one, with the structural/operative components and the second one with the system's management components. Keywords: system, integrated, quality, safety’health, spirits.

INTRODUCCIÓN

los métodos establecidos por las normas cubanas existentes para controlar la calidad e inocuidad de las bebidas, como la NC/ ISO 9001:2008 “Sistemas de gestión de la calidad. Requisitos” y la NC/ ISO 22000:2005 “Sistema de gestión de la inocuidad de los alimentos. Requisitos para cualquier organización en la cadena alimentaria”. Se realizó una investigación bibliográfica que cubrió documentos generales y específicos, normativos, legales y reglamentarios, vinculados con esta temática y se desarrolla sobre la práctica y la experiencia con que cuentan diferentes organizaciones nacionales e internacionales que asesoran o tienen implantados sistemas de gestión independientes e integrados. Se analiza todo el proceso productivo para satisfacer la conformidad del producto con los requisitos del cliente; se contempla el control, tanto de la materia prima como del producto final, según las exigencias establecidas en la norma cubana de especificaciones de ron, NC 113: 2009 (5) y las resoluciones aprobadas (135: 2001, 197:2002, 198:2002), para controlar el cumplimiento de la producción de los rones cubanos.

En la actualidad, todo ambiente de procesamiento de alimentos, sea una destilería, ronera, camaronera, planta procesadora de cualquier materia prima o producto intermedio, almacenaje y distribución, etc., necesita desarrollar, implementar y mejorar continuamente un sistema de manufactura de alimentos que satisfaga tres palabras clave: sanidad, inocuidad y calidad de los productos elaborados. El ambiente de producción que no logre este reto quedará relegado en la historia. A raíz de estas inquietudes reales se ha introducido el concepto de Sistema Integrado de Gestión (SIG), con el fin de apoyar el desarrollo y mantenimiento de un sistema viable y sostenible que responda a los requerimientos de la industria alimenticia moderna para dar respuesta a la necesidad de realizar exitosamente estas palabras claves (1). El contar con un SIG reduce los costos de implementación, por el tiempo que se dedica al proceso, así como los costos de consultoría, auditoría y eventualmente los costos de certificación (2). Hay que aclarar que hasta la fecha la ISO permite auditar Calidad e Inocuidad de forma integrada. A partir de las premisas anteriores, Bodegas Vigía desarrolló un Sistema Integrado de Gestión (SIG) para apoyar a la industria de bebidas del MINAZ frente a las crecientes demandas puestas sobre ella. Para llevar a cabo esta tarea se adopta un Sistema Integrado de Gestión de la Calidad, cuyo alcance recoja los requisitos de un sistema de Gestión de la Inocuidad. El mismo debe garantizar el cumplimiento de los requerimientos generales para evaluar la capacidad de la organización. Así, se cumplen los requisitos del cliente, aquellos que son reglamentarios y los propios de la organización, mediante la implantación de un SIG por la norma NC/ISO 9001:2008 (3) y para evitar los peligros sanitarios que puedan producirse en el área de producción de bebidas "Bodegas Vigía" se integra con la NC/ISO 22000:2005 (4).

RESULTADOS ALCANZADOS En el Centro de Referencia de Alcoholes y Bebidas (CERALBE) las tres palabras clave se agrupan, de una forma operacional práctica, bajo el concepto de "Sistema Integrado de Gestión", (SIG). Este sistema se ha desarrollado específicamente en el área experimental de producción de bebidas "Bodegas Vigía", con el fin de integrar, bajo un solo enfoque estructural y gerencial, programas y actividades únicas de la industria y de esa manera enfrentar exitosamente los desafíos mencionados anteriormente. Para cumplimentar este objetivo se considera necesario la realización de un manual de la calidad que interrelacione estos dos enfoques. Para la integración se desarrollan dos juegos de tres componentes cada uno (6). El primer juego, con los componentes estructurales/operativos que son: 1. Programas de prerrequisito; 2. Inocuidad o APPCC; y 3. Calidad o lo mejor de ISO 9000.

MATERIALES Y METODOS En el diseño de este sistema se utilizan, fundamentalmente, las características de 52

El segundo juego estuvo representado por las bandas que unen, mantienen y mejoran a los tres componentes estructurales del primer juego. Estas bandas representan los tres componentes gerenciales del sistema y consisten en: 1. La cultura del área productiva; 2. Los valores, conocimientos y habilidades; y 3. La evaluación de avances y resultados.

uso. Estos son aprobados por el equipo de inocuidad mediante un acta de aprobación e implementados los siguientes POE: • POE-03 "Capacitación, entrenamiento y control" • POE-05 "Higiene de personal", • POE-06 "Control de compra de suministro", • POE-08 "Acceso, saneamiento, reglas de seguridad y control de plagas en las áreas de trabajo", • POE-09 "Procedimiento general para el mantenimiento de la infraestructura y el equipamiento".

Cumpliendo con los componentes estructurales del primer juego, se comienzan a desarrollar los Programas de Prerrequisito, que no son más que las condiciones y actividades básicas que son necesarias para mantener a lo largo de toda la cadena alimentaria un ambiente higiénico apropiado para la producción, manipulación y provisión de productos finales y alimentos inocuos para el consumo humano. Los mismos se evidencian a partir de procedimientos escritos incluidos las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) y Procedimientos Operativos Estándares (POE), que se ocupan de las condiciones operacionales en que se basa el sistema APPCC. El desarrollo, ejecución y mejoría de cada uno de estos programas de prerrequisito es fundamental y necesario, para la elaboración de alimentos salubres, inocuos y de calidad. Estos programas de prerrequisito son esenciales para que los otros dos componentes del SIG puedan ser ejecutados con la misma rigurosidad y éxito. Por ende, todo ambiente de manufactura de alimento debería iniciar su programa de alineación con este componente estructural del ambiente de producción de alimentos. Los prerrequisitos establecidos son apropiados a las necesidades de Bodegas Vigía en relación con la inocuidad de los alimentos, así como al tamaño y tipo de operación que en la misma se realiza. Las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) favorecen las condiciones bajo las cuales los productores deben operar para mostrar una completa seguridad de que sus productos garantizan la salud, todo ello basado en un conjunto de actividades relacionadas entre sí, destinadas a garantizar que los productos elaborados tengan y mantengan las características de diseño: identidad, pureza, concentración e inocuidad requerida para su

Después de establecido un ambiente sano y apropiado de manufactura de alimentos, el siguiente paso se desarrolla y ejecuta con el componente de Inocuidad/APPCC. Este segundo componente estructural/operativo del ambiente de producción se logra por medio de la ejecución del sistema denominado APPCC, el cual consiste en un "Enfoque sistemático para evaluar los posibles peligros químicos, físicos o microbiológicos asociados con un producto y determinar los controles necesarios para minimizar o eliminar el riesgo de que estos peligros causen un daño a la salud, una enfermedad, o la muerte de un consumidor". En otras palabras, el Componente de Inocuidad enfoca en el control de adulteraciones o contaminaciones de los alimentos, capaces de causar un grave daño a la salud del consumidor, o peor, su muerte. Mediante la aplicación de los siete principios de APPCC, se ejecuta un análisis de peligros asociados con todo ingrediente, materia prima y material de empaque, así como cada paso en el proceso y determinar, de qué manera cualquier peligro químico, físico o microbiológico identificado, y que razonablemente pueda ocurrir, se va a controlar, o mejor, reducir a niveles aceptables, o eliminar. Este es el reconocido concepto de Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control-APPCC. Esta metodología, universalmente aceptada bajo el Codex Alimentarius (7), consta de siete principios universales: 1. Ejecutar un análisis de peligros 2.Identificar los puntos críticos de control 3.Establecer los límites críticos 4.Establecer los procedimientos de monitoreo 53

5.Establecer las acciones correctivas para corregir las desviaciones 6.Establecer los procedimientos para la verificación del Sistema APPCC 7.Establecer los procedimientos para informar y documentar el desempeño del Sistema APPCC.

tros de seguimiento a utilizar para mantener bajo control este punto crítico. Una vez implementado y validado, somos capaces de demostrar que nuestro producto cumple con el concepto de inocuidad, establecido bajo APPCC. El tercer componente estructural del SIG, Lo Mejor de ISO 9001 Calidad, enfoca los criterios de calidad de los alimentos producidos. Estos criterios de calidad generalmente constan de tres dimensiones, tales como desempeño del producto (forma, funcionalidad), disponibilidad (volumen, momento, sitio), y valor (económico). La meta de este componente es lograr consistencia en estas tres dimensiones del criterio de calidad, y por ende "calidad" en los alimentos producidos y entregados. Debido a que cada uno de estos criterios se mide, estos se utilizan para evaluar el desempeño de cualquier ambiente productivo. SIG enfoca este componente por medio de seis criterios que forman el componente de calidad, los que se tuvieron en cuenta en la implementación del sistema, cumpliendo lo establecido en la NC/ ISO 9001:2008 Sistemas de gestión de la calidad. Requisitos. Estos criterios, así como sus metas, se relacionan a continuación: 1. Criterio de Evaluación Meta Materia Prima - Se asegura que todos los elementos asociados con la materia prima, como especificaciones, origen, recepción, almacenaje, rotación y muestreo/análisis cumplan los criterios establecidos, estén desarrollados y accesibles al personal apropiado. 2. Control del Proceso - Se mantienen ciertos Procedimientos Operativos Estándares (POE) a lo largo de todo el proceso de producción. 3. Verificación del Proceso - Asegura que el control del proceso es efectivo y mantenido a lo largo del proceso de manufactura. 4. Atributos del Producto Terminado Asegura que los atributos del producto terminado se cumplan. 5. Almacenaje y Entrega - Asegura las condiciones de almacenaje y entrega del producto terminado para mantener su calidad. 6. Calibración de Instrumentos - Con este punto se asegura que todos los equipos

El análisis de los peligros arroja una o varias maneras de controlarlos, ya sea por medio de los Programas de Prerrequisitos arriba mencionados, o por otros que se determinan durante el análisis de peligro, o por medio de Puntos Críticos de Control; estos últimos se manejan bajo el Plan APPCC. En Bodegas Vigía se lleva a cabo el análisis de peligros para determinar cuáles son los peligros que necesitan controlar y qué combinación de medidas deben ser establecidas para asegurar la inocuidad de nuestra bebida. Para cada peligro identificado relacionado con la inocuidad de los alimentos se identifica cuáles son los que cuya eliminación o reducción a niveles aceptables resultan indispensables por su naturaleza para lograr un producto final apto para su consumo desde el punto de vista higiénico-sanitario. Se selecciona una apropiada combinación de las medidas de control que son capaces de prevenir, eliminar o reducir los peligros. Para la determinación de los niveles aceptables se consultó la NC 113: 2009. "Ron. Especificaciones", en la cual se norman los requisitos físicos y químicos que se deben cumplir para este tipo de producto. Una vez listados todos los peligros que son razonablemente posibles en cada etapa, el equipo valora el significado potencial o riesgo de cada uno de ellos y los peligros significativos se seleccionan utilizando una tabla de doble entrada, teniendo en cuenta la probabilidad de ocurrencia y la gravedad de las consecuencias para la salud. Se estima un rango para cada uno de los niveles de la probabilidad y gravedad. Posteriormente a este análisis, se presenta el Plan APPCC, desarrollado sobre una base científica, para el peligro significativo que se convierte en el Punto Crítico de Control (PCC) identificado, en el proceso de lavado de botellas, donde se recoge toda la información necesaria, así como los regis54

analíticos y/o de procesos analíticos estén calibrados. Al cumplir con estos criterios de evaluación del componente de calidad del Sistema Integrado de Gestión, todo proveedor será capaz de entregar las materias primas, los ingredientes y el material de empaque que "consistentemente" estén cumpliendo con las especificaciones acordadas entre el cliente y el proveedor. En Bodegas Vigía se han identificado los procesos necesarios para la realización de su producto cumpliendo con los criterios de evaluación; los mismos cuentan con una ficha de proceso, donde se describen los indicadores que se deben tener en cuenta para evaluar la eficacia. Cada responsable del proceso entrega un informe al jefe de calidad con los resultados obtenidos en el período evaluado. Relación de los procesos de nuestra organización: • Procesos estratégicos Planificación estratégica Gestión de los Recursos Humanos Medición, análisis y mejora • Proceso clave Producción • Procesos de apoyo Compras Aseguramiento

desen- vuelve alrededor de los tres componentes estructurales de SIG. Se define por medio de su política de calidad, donde se expresa lo que el colectivo desea obtener al cabo de un período de tiempo. "Nuestra política que integra la Calidad e Inocuidad, es emitida bajo la autoridad de la alta dirección y tiene como finalidad cumplir con las producciones que garantizan la sostenibilidad del Instituto, asegurando satisfacer la conformidad con los requisitos del cliente, identificando los peligros y tomando medidas necesarias para su control, a través de una comunicación efectiva a todos los niveles, trabajando bajo requisitos legales, con el fin de garantizar la calidad e inocuidad del Ron Vigía, lo cual se aplicará con seguridad y eficacia a lo largo del proceso productivo, optimizando los recursos por medio de la mejora continua y cumpliendo lo establecido en la NC/ISO 22000:2005 y la NC/ISO 9001:2008". El objetivo de la alta dirección de la planta es asegurar que el ambiente de manufactura de la planta sea igual o mejor que la norma de la industria de alimentos. Ese reto se logra generando y nutriendo una "cultura de la planta" práctica, realista, pero también endosada por todo el personal y la alta dirección. Sin un endoso sólido por parte de todos, no habrá planta alguna que logre cumplir su política de forma exitosa y sustentable en el tiempo. La cultura de la planta, también se logra cumpliendo con el segundo componente: valores, conocimientos y habilidades y esto se cumple por medio de la educación / capacitación del personal y se reflejan en la eficiencia y efectividad asociadas con los trabajos y tareas ejecutados por todos los trabajadores del área. Los valores deseados en una planta de alimentos y reflejados en la conducta y comportamiento diario de todos los trabajadores se asocian con los aspectos de sanidad, inocuidad y calidad de los productos elaborados en el área productiva. Por otro lado, los conocimientos y habilidades se reflejan en la eficiencia y efectividad asociadas con los trabajos y tareas ejecutados por todos. Es por eso, que toda área productiva de alimento o bebidas tiene que tener un programa de educación/capacitación para todos sus trabajadores. Este programa de capacita-

Después de implementar los tres componentes estructurales/operativos del primer juego se pasa a la implementación del segundo juego con los tres componentes gerenciales del sistema. Se comienza por el primer Componente Gerencial: La Cultura del área productiva que tiene que ver con el concepto de la "Cultura de la Planta". En toda planta de alimento existe una cultura, la que refleja los valores de las personas que allí trabajan. A su vez, esos valores se transforman en un comportamiento de cada trabajador, a través de sus hábitos y costumbres, así como por medio de sus conocimientos y habilidades adquiridas. Finalmente, el resultado del comportamiento individual y colectivo se refleja en los diferentes índices de desempeño que se pueden medir. La cultura de la planta se identifica con un objetivo común para todos los trabajadores y la base de valores comunes para lograrlo. Bajo el enfoque SIG, la "cultura de la planta Bodegas Vigía" se 55

ción comprende varios componentes, relacionados a continuación: • Posición de capacitación designada • Evaluación anual de necesidades • Calendario anual de capacitación • Identificación de capacitación específica • Trabajadores nuevos • Trabajos individuales • Recapacitación - Biblioteca con material de capacitación (normas, publicaciones, etc.) • Capacitación de capacitadores • Documentación de todas las actividades de capacitación

aumento implica una mejoría. El conjunto de estos indicadores y sus movimientos de alza o disminución reflejan la mejoría total del área productiva en términos de las tres palabras claves de SIG, o sea, sanidad, inocuidad y calidad. Indicadores de desempeño y movimientos esperados Reducciones • Quejas de consumidores • Rechazos proveedores • Devoluciones clientes • Reproceso • Rotación de personal • Retiro de producto

El objetivo que se persigue es asegurar que todos los trabajadores obtengan la cultura apropiada para mantener y mejorar el ambiente de producción, así como los conocimientos y destrezas apropiadas para ejecutar sus tareas y deberes en forma eficaz y eficiente, así como cumplir todo lo establecido en el POE 03: "Capacitación, entrenamiento y control" del área de producción Bodegas Vigía. Finalmente, el Sistema Integrado de Gestión tiene que estar sujeto a mejoras continuas y mediciones de avances. Esto se logra por medio del tercer componente gerencial, el cual simplemente nos indica cómo está funcionando el área. La alta dirección tiene la responsabilidad de retar, con cierta frecuencia, todos los componentes de SIG, tanto los estructurales como los gerenciales, con el fin de encontrar oportunidades de mejoras continuas. Con tal fin, se aplican inspecciones del ambiente de producción (BMP, sanidad), auditorías de programas y sistemas ejecutados en el área productiva (APPCC, calidad) y análisis de datos y documentos. Los resultados de estas inspecciones, auditorías y análisis se utilizan para desarrollar mejoras en cualquiera de los componentes estructurales y gerenciales del sistema integrado. El avance hacia esa meta se puede medir a través del cumplimiento de los indicadores de desempeño y los movimientos esperados. Como se puede apreciar, el primer grupo de indicadores representa reducciones en ciertos indicadores, cuya disminución implica una mejoría; mientras que el segundo grupo de indicadores representa aumentos en otros indicadores, cuyo

Aumentos • Acciones reglamentarias • Eficiencia de etapas, pasos y procesos productivos • Satisfacción de los empleados • Retorno a la inversión • Valor de las acciones

CONCLUSIONES 1. Implantar el concepto SIG para todo ambiente de manufactura es una condición básica para mantenerse en un mercado, cada día más globalizado. 2. El apoyo de la gerencia, con un enfoque gradual y paciente, y con perseverancia son los ingredientes que permitieron al área experimental de producción de Bebidas, Bodegas Vigía, lograr la meta de implantar un SIG. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Cuendias, J.M. La validez de integrar en la gestión empresarial. Normalización (La Habana), (1): p. 3-5, 2009 2. Cuendias, J.M. Desarrollo de sistemas integrados de gestión. Normalización (La Habana), (1): p. 6-10, 2009 3. NC/ ISO 9001:2008 Sistemas de gestión de la calidad. Requisitos 4. NC/ ISO 22000:2005 Sistema de gestión de la inocuidad de los alimentos. Requisitos para cualquier organización en la cadena alimentaria. 5. NC 113: 2009. Ron. Especificaciones 56

6. Cornelius, H. Sistema integrado de calidad para la industria de alimentos. [en lĂnea] Volumen 23, No.3, 2005. <http://www.AgriWorld.nl>. Servicios Latinoamericanos de AIB Internacional, Maniatan, [Consulta: jun. 2011]

7. Codex Alimentarius: Food Quality and Safety Systems - A Training Manual on Food Hygiene and the Hazard Analysis and Critical Control Point (HACCP) System: http://www.fao.org/docrep/ W8088E/W8088E00.htm

Premios y Logros del ICIDCA 2011 2011 2011 2011 2011

PREMIO A LA OBRA DE LA VIDA otorgado por AZCUBA Dr. Antonio Bell García

PREMIO AL MEJOR INVESTIGADOR otorgado por AZCUBA MSc. Investigador titular Jesús Mesa Oramas

JOVEN TALENTO Ing. Arnaldo Díaz Molina

PREMIO Al MEJOR TRABAJO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA otorgado por AZCUBA Fundamentación e implicaciones del cambio de la norma de azúcar crudo: Análisis de datos para la toma de decisiones MSc. Marlen C. Alfonso Lorenzo

PREMIO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA otorgado por el CITMA Planta industrial de estimuladores de crecimiento agrícola, FitoMas-E Alberto García García, José C. Villar Delgado, Ramón L. Montano Martínez, Juan Carlos Díaz Díaz, Mabel Viñals Verde, Rafael Zuaznábar Zuaznábar

LOGROS MINAZ

• Mainpack 32. Software para la gestión y control del mantenimiento y las reparaciones de fábricas de azúcar y derivados Ing. Alicia Rodríguez Marrero

• Sistema automatizado para la gestión del laboratorio LEYCAL MSc. Jesús Mesa Oramas

• Obtención y generalizacion de la auxina 4-cpa (ácido p-cloro fenoxiacético) en diferentes cultivos Laura Lamí, Mercedes Díaz, Carlos García, Mayrelis Mesa, Ana Lidia González, Melba Cabrera, Amaury Álvarez, Alejandro Abril, Deborah Crespo, Bárbara Rodríguez

• Certificación de sistemas integrados de gestión en una ronera y obtención de la marca cubana de conformidad de dos productos MSc. Idania Blanco Carvajal, MSc. Maria del Carmen Vasallo Sordo, Maricela Vega Batista

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

Resultados: Presentar los hallazgos relevantes. Discusión: Analizar e interpretar los resultados obtenidos. Conclusiones: Consecuencias, deducciones y generalizaciones que emanan de la evidencia aportada por los resultados y su interpretación. Recomendaciones (si proceden): Sugerencias justificadas. Agradecimientos (si proceden): Reconocer ayudas significativas de personas e instituciones. En el caso de tratarse de trabajos realizados bajo el financiamiento de donativos internacionales (PGTF, GEF, PNUD, UNESCO, etc.) deben citarse exactamente sus generales. Referencias Bibliográficas: El sistema aceptado para citar la literatura es el de cita por número según el orden de aparición. En el texto aparecerá el número entre paréntesis. Las referencias bibliográficas se ordenarán por orden de aparición en la lista. Sólo si es imprescindible se citarán artículos no publicados (en prensa). Se citarán todos los autores en caso de que existan seis o menos, cuando sean siete o más, solo se citarán los seis primeros y se agrega et al. El autor debe utilizar los signos de puntuación como aparecen en los ejemplos. Todos los títulos se escribirán en su idioma original. Las referencias bibliográficas quedarán estructuradas según el tipo de documento de la siguiente forma: Libros y folletos Autor. Título del libro. Edición. Lugar de publicación: Editorial, año de publicación. Páginas. Artículos en revistas Autor. Título del artículo. Revista (Lugar de publicación) volumen (número) : página inicial-página final del artículo, mes año. Capítulos de libros Autor del capítulo. Título del capítulo. En: Autor del libro. Título del libro. Edición. Lugar de publicación : Editorial, año de publicación. Página inicial-página final de la parte. Documentos legales Título de la ley. (Nombre del Boletín Oficial, número de éste, día mes año de publicación). País. Artículos no publicados (en prensa) Autor. Título. Revista. En prensa. Año. Patentes Inventor. Título. Clasificación Internacional de Patentes. Fecha de solicitud. País en el que se registra la patente, tipo de documento. Número de certificado de concesión de la patente. Fecha de concesión. Informes inéditos Autor. Título del informe. Tipo de informe. Institución académica, año. Informes publicados Autor. Título del informe. Lugar de publicación: Organismo/Entidad Editora, año de publicación. (Serie, número de la serie) Normas Número de referencia de la norma. Títulode la norma. Textos electrónicos Autor. Título. [tipo de soporte] Edición. Lugar de publicación: Editorial, fecha de publicación, fecha de actualización/revisión. Páginas. <Disponibilidad y acceso> [Fecha de Consulta]. Bases de Datos Responsable principal. Denominación de la Base de Datos. [Tipo de soporte] Edición. Lugar de publicación: Editorial, año. Programa informático Responsable principal. Denominación del Programa Informático. [Tipo de soporte] Versión. Lugar de publi cación: Responsable principal, año. Programa Informático. Partes de textos electrónicos Autor de la parte. Título de la parte. [Tipo de soporte] En: Autor del documento fuente. Título del documento fuente. Edición. Lugar de publicación: Editorial, fecha de publicación, fecha de actualización/revisión. Páginas que abarca la parte dentro del documento fuente. <Disponibilidad y acceso> [Fecha de Consulta]. Artículos en revistas electrónicas Autor. Títulodel artículo. [Tipo de soporte] Revista. Página inicial-página final del artículo. Volumen, número, mes año. <Disponibilidad y acceso> [Fecha de Consulta]