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Página N° 1 INDUSRIA AZUCARERA INTRODUCCIÓN El azúcar es un endulzante de origen natural, sólido, cristalizado, constituido por cristales de sacarosa, obtenidos a partir de la caña de azúcar (Saccharum officinarum) o de la remolacha azucarera (Beta vulgaris) mediante procedimientos industriales determinados. Según el Código Alimentario Argentino (CAA, 2018): “Con el nombre de Azúcar, se identifica a la sacarosa natural que se extrae de vegetales como: caña de azúcar (género Saccharum y sus variedades), remolacha azucarera (Beta vulgaris L., variedad rapa), sorgo azucarero (Sorghum saccharatum Pers.), Arce de Canadá (Acer saccharinum Wang) La sacarosa es un es un carbohidrato (disacárido) de fórmula C12H22O11, formado por dos monosacáridos: Glucosa y Fructuosa (Figura 1). En la naturaleza la sacarosa se encuentra en distintos órganos de las plantas: hojas, tallos, frutos, semillas, raíces y ramas. El contenido varía según la especie (Ortuño, 1994). Figura 1. Sacarosa formada por dos azúcares simples: una molécula de glucosa y una de fructosa. Página N° 2 La sacarosa se obtiene en el reino vegetal mediante la combinación de agua y la luz solar por medio de la clorofila (pigmento verde que se encuentra en las hojas) a través del proceso de la fotosíntesis. Únicamente las plantas de color verde pueden realizar este fenómeno, por medio del cual se fija la energía solar y se la pone a disposición del hombre y los animales para su consumo. Pertenece al grupo de los hidratos de carbono, que son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza y que constituyen la mayor fuente de energía, la más económica y la de más fácil asimilación para nuestro organismo. HISTORIA El origen de la caña de azúcar no está del todo determinado, aunque algunos autores coinciden que su origen fue hace aproximadamente seis mil años a.C. en regiones próximas a la India (Ortega 1993). Sin embargo, solo se utilizaba como una especia ya que la miel de abeja era usada para endulzar. Desde allí se esparció hacia distintas partes de África y Europa, siguiendo el rumbo de los movimientos migratorios, las invasiones y el comercio. Su curso mantuvo una trayectoria dirigida siempre hacia el oeste hasta llegar a Europa, y en el siglo XV, españoles y portugueses la introdujeron en el continente americano (Santamaría García y García Álvarez, 2005). Después del siglo XV aumenta el interés por el uso en bebidas (té, café, chocolate). En 1493, Cristóbal Colón inició el cultivo de la caña de azúcar en las Antillas y en 1812 Napoleón promueve el desarrollo de la industria azucarera a partir de remolacha. En Argentina la producción de azúcar estuvo fuertemente asociada al progreso y la prosperidad del Noroeste Argentino (Siglos XVI y XVII). A principios del siglo XIX se montó el primer trapiche para molienda de caña en la provincia de Tucumán. Con la llegada del ferrocarril al NOA, hacia fines del Página N° 3 siglo XIX, la actividad recibió un nuevo impulso. Aumentaron las áreas cultivadas y los propietarios agricultores, se montaron nuevas fábricas y se crearon fuentes de trabajo tanto directas como indirectas. El término sánscrito sarkara (India) dio origen a todas las versiones de la palabra azúcar en las lenguas indoeuropeas: alsukkaren árabe, saccharumen en latín, zuccheroen en italiano, sekeren en turco, zuckeren alemán, sugar en inglés. MATERIA PRIMA La caña de azúcar es uno de los cultivos de mayor capacidad de captación de energía solar (incluso mucho mayor que la remolacha). Energéticamente, un ingenio a partir de caña de azúcar tiene un balance energético positivo ya que emplea el bagazo residual para alimentar calderas y para lograr la cristalización del azúcar y la cachaza como fertilizante para los campos. En cambio el azúcar obtenido desde la remolacha da un balance negativo, es decir se le debe entregar energía. La caña de azúcar cuyo nombre científico es Saccharum officinarum se cultiva en países tropicales y subtropicales. La misma requiere de suelos nuevos y abundante agua aunque no requiere una excesiva fertilización. En el mundo hay más de 70 países que cultivan caña de azúcar. Un cultivo eficiente puede producir entre 100 a 150 toneladas de caña por hectárea por año (con 14% a 17% de sacarosa, 14% a 16% de fibra y 2% de otros productos solubles). Página N° 4 Tabla 1. Composición media de la caña de azúcar Composición Tenor (%) Agua 65-75 Azúcares 11-18 Fibras 8-14 Sólidos Solubles 12-23 En Argentina y Brasil, el azúcar se produce a partir de la caña de azúcar, mientras que en Europa es casi totalmente fabricada a partir de la remolacha. La agroindustria argentina del azúcar se concentra en el noroeste argentino (NOA) siendo las principales provincias productoras Tucumán, Salta y Jujuy, representando el 99% del total producido. El resto se reparte entre Misiones y Santa Fe (Pereza y otros 2007). DESCRIPCION DEL PROCESO De manera global al proceso de obtención de azúcar a partir de la caña se lo puede agrupar en siete etapas: 1.- Cosecha, transporte y tratamiento de la caña 2.-Extracción de jugo 3.- Clarificación y blanqueo 4.- Concentración 5.- Separación del azúcar crudo de la miel 6.- Refinación del azúcar 7.- Secado y Envasado Página N° 5 Sin embargo, existen etapas anteriores, entre y posteriores a estas que son importantes de mencionar. A continuación se describe detalladamente el proceso de obtención del azúcar. Procesamiento de la caña de azúcar: empieza realmente en el campo. La variedad de caña, el suelo en el cual se cultiva, las practicas de manejo que incluyen las dosis y épocas de aplicación de los fertilizantes, y el grado de madurez determinan la calidad del material producido. La calidad se reconoce en el momento de la molienda por la cantidad de azúcar recuperable o rendimiento que se obtiene por tonelada de caña molida. La zafra (cosecha) se realiza con grandes máquinas capaces de obtener los tallos de la caña de azúcar listos para ser transportados al ingenio, donde se convertirán en azúcar Transporte, pesado, descarga y almacenaje: el transporte se realiza con camiones que cargan la caña entera. Se pesa la caña por medio de básculas. Se determina en laboratorio el tenor de sacarosa en la materia prima. El objetivo del pesaje es posibilitar el control agrícola, el pago del transporte, el control de molido, el cálculo del rendimiento industrial y, juntamente con el tenor de sacarosa en la caña, efectuar el pago de la misma. La caña almacenada en el patio se descarga en las mesas alimentadoras por tractores con rastrillos, mientras que la caña almacenada en el depósito se descarga en las mesas, a través de puentes rodantes, equipados con garras hidráulicas. Preparación de la caña: la cosecha se descarga en las mesas alimentadoras y se enjuagan ya que pueden contener tierra. La mesa alimentadora contiene unas cuchillas que cortan la caña. El objetivo es aumentar su densidad y capacidad de molienda, y realizar la máxima Página N° 6 ruptura de las células para lograr una mejor liberación del caldo. La caña está constituida básicamente de caldo y fibra (Tabla 1). El azúcar, que es el producto que interesa, está disuelto en el caldo; por lo tanto, el objetivo principal es extraer la mayor parte posible de este caldo. Molienda de la caña: la caña cortada ingresa a una serie de molinos (5 a 6) denominado trapiche. En este equipo se comprime la caña para extraerle el jugo azucarado. La luz de los trapiches va disminuyendo a medida que avanza, para extraerle más jugo a las fibras. En los últimos trapiches suele agregarse agua caliente (20 %) para una mejor extracción. A esto último se lodenomina imbibición. El jugo diluido que se extrae de la molienda se pesa en básculas con celdas de carga para saber la cantidad de jugo que entra en la fábrica. El residuo de esta etapa es la fibra de caña que se denomina bagazo (24-29%). El bagazo es utilizado generalmente como combustible en calderas para la producción de energía eléctrica y térmica (Por cada t de caña se produce alrededor de 264 kg de bagazo) lo que se denomina cogeneración de energía, o en su defecto para producción de papel (Ledesma). Purificación del jugo: el jugo obtenido contiene impurezas (tanto solubles como insolubles), es turbio y tiene un pH de 5,5 (ácido). Estas impurezas deben ser separadas para lo cual se lo somete a diferentes procesos que facilitan su depuración. Para la eliminación de purezas solubles se realiza un sulfitado, encalado y carbonatación. El sulfitado consiste en poner en contacto el jugo con una corriente gaseosa de SO2 (g). El mismo funciona como agente blanqueador, bactericida y coagulante, precipitando los metales pesados que arrastran partículas de menor tamaño. Esta operación se lleva a cabo en frío, en Página N° 7 una columna de absorción que tiene platos perforados y en contracorriente con el jugo turbio que desciende. Con esta operación el pH baja a 4,3. En este paso hay que tener precaución ya que las condiciones son óptimas para que la enzima invertasa hidrolice la sacarosa en glucosa y fructuosa. El problema de la existencia de glucosa y fructuosa es que no cristalizan y disminuyen el poder edulcorante. b) Encalado: consiste en el agregado de cal (Ca (OH)2) para lograr la alcalinidad (pH 11). La operación se hace en tanques mezcladores. También se agregan floculantes como poliacrilato y poliacrilamidas, con lo que se logra precipitar las sales insolubles CaSO3 y Ca3 (PO4)2 y otras impurezas. Esta etapa se hace en dos pasos para así crear grandes flóculos. Esto último se realiza en caliente para evitar que se forme sacarocarbonato que roba azúcar. Es gelatinosa y dificulta la filtración. c) Saturación o carbonatación: el objetivo de esta operación es bajar el pH a 8 para evitar la caramelización y precipitar el exceso de cal Luego de estas operaciones el jugo está clarificado, pero contiene entre 0,1 y 1 % de impurezas insolubles en suspensión (arena, arcilla, bagacillo y otros) como así también floculantes que provienen de la etapa anterior. Para la eliminación de impurezas insolubles se puede realizar una clarificación del jugo haciéndolo pasar por una serie de mallas rotativas o vibratorias (0,2 a 0,7 mm), separadores de arena, hidrociclones o clarificadores tipo Dorr. Estos Estos últimos son tanques lo suficientemente grandes para que la velocidad de escurrimiento y de circulación sea tan baja que no impida la realización de la decantación ni deteriore el jugo. De esta manera se obtiene por un lado el jugo clarificado y por otro la cachaza (barros floculados) que se lo usa como abono. Página N° 8 La cachaza obtenida contiene todavía azúcar (2%) y requiere ser pasada por filtros rotativos al vacío para recuperar cierta cantidad de jugo, el cual retorna al proceso. De allí se retira una torta de cachaza que es devuelta al campo. El jugo clarificado presenta una concentración de 15-20 °Bx y se precalienta con vapor previo al ingreso a los evaporadores. Los grados Brix (°Bx) determinan el cociente total de sacarosa disuelto en un líquido. Por ej: 25 °Bx significan 25 g de azúcar en 100 g de líquido. En 100 g de solución se tienen 25 g de azúcar y 75 g de agua. Concentración: se produce en evaporadores de múltiple efecto (Figura 2). Los evaporadores son tipo calandria (Figura 3) con vapor de baja presión (5 libras a 108°C). El producto obtenido se denomina miel. En esta etapa se elimina la mayor cantidad de agua y se obtiene un jugo denominado meladura o jarabe con una concentración de 55 a 67% de sólidos solubles retirando un 75 - 87% del agua del jugo alimentado. En los evaporadores de múltiple efecto el jugo entra a 15 ºB al primer efecto y a medida que se suceden los efectos va aumentando esta graduación. Esto se debe a que el líquido se vuelve más denso y viscoso por efecto de la evaporación (80% agua). Para que pueda establecerse un flujo de vapor en forma espontánea de un efecto a otro sin necesidad de forzar, y para que disminuya el punto de ebullición del agua, las presiones se van reduciendo (el vacío aumenta). Las temperaturas operativas van disminuyendo a medida que se suceden los efectos. Esto se debe a la menor presión que hay en cada efecto, lo que dará origen a una reducción en el punto de ebullición teórico. Mientras más viscosa la miel se necesita más vacío para que recircule y para que se evapore más agua (Gráfico P vs.T). Página N° 9 Figura 2. Evaporadores de 3 efectos El evaporador tipo Calandria (Figura 3) es un intercambiador de calor de tubos (L< 1,8 m) cortos verticales. La coraza o cuerpo cilíndrico vertical (calandria) interior se sitúa haz de tubos verticales, cuyos tubos están abiertos en sus dos extremos. La evaporación tiene lugar dentro de los tubos, saliendo por la parte superior de los mismos el disolvente evaporado, que asciende hasta la parte superior de la coraza. Por la parte inferior de los tubos se obtiene la disolución concentrada. El vapor calefactor entra por encima el haz de tubos, y sale como agua condensada. Página N° 10 Figura 3. Evaporador tipo calandria Finalmente, el caldo que en un principio tenía una concentración de 14 - 16º B llega a una concentración final de 55º - 65º B. Es aquí donde recibe la denominación de jarabe, miel o meladura. Cocimiento y cristalización: La miel se cocina en tachos de cocimiento al vacío para disminuir la temperatura y evitando así la caramelización. Esta es una etapa de concentración máxima en donde se alcanzan concentraciones cercanas a los 93º - 95º Bx. Primeramente se concentra la meladura hasta que esta alcanza el punto de saturación. En tal condición se introducen cristales de siembra que sirven de núcleos a los cristales de azúcar. A medida que se evapora el agua se agrega meladura con el fin de aumentar el tamaño de los cristales. Los cristales de siembra son de 0,010 mm de diámetro que se obtienen a partir de la mezcla de azúcar refinado y alcohol isopropílico. La formación de los cristales de azúcar, ocurre debido a la precipitación de la sacarosa disuelta en el Página N° 11 agua. La masa resultante está formada por cristales de azúcar y miel (masa cocida). Centrifugación: esta operación consiste en separar los cristales de la masa para obtener el azúcar en forma comercial. Las centrífugas están constituidas por un cesto perforado, fijado a un eje y movido por un motor que gira a alta velocidad. La acción de la fuerza centrífuga hace que la miel atraviese las perforaciones de la tela de la cesta, quedando retenidos, en su interior, solamente los cristales de sacarosa. La miel se retorna a los tachos para dos etapas adicionales de cristalización que termina con los cocimientos. Esta masa centrifugada se utiliza como materia prima para la fabricación de alcohol. Los cristales obtenidos en las centrífugas conforman el azúcar crudo (97,8-98,12% de Sacarosa), el cual puede ser enviado a la refinería o destinado a exportación. En estos procesos se obtienen tres tipos de azúcar, productos de tres estaciones de centrifugas: 1) el azúcar de primera o azúcar comercial; 2) el azúcar de segunda y 3) el azúcar de tercera; de este último se extrae una miel final denominada melaza (para la fabricación de levadura). Refinado: el azúcar es disuelto en agua y posteriormente es aireado en un recipiente a presión. Se obtiene un jarabeque se filtra, evapora y centrifuga nuevamente. Se obtiene un azúcar húmedo de alta calidad. Secado: el azúcar húmedo se transporta por elevadores y bandas para alimentar los secadores rotatorios en los cuales ésta se coloca en contacto con el aire caliente que entra en contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad, aproximadamente 0,05%, para evitar la formación de terrones. Se almacena el azúcar en silos y para su posterior envase. Página N° 12 Enfriado: el azúcar pasa por los enfriadores rotatorios inclinados que llevan el aire frío en contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta aproximadamente 40-45ºC para conducir al envase. Envasado: el azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su posterior venta y comercio. TIPOS DE AZÚCAR Azúcar moreno: el auténtico azúcar moreno o “crudo”, se obtiene del jugo de caña de azúcar y no se somete a sulfitación, sólo es cristalizado y centrifugado. Este producto integral debe su color a una película de miel que envuelve cada cristal, el cual tiene entre 96 y 98 % de sacarosa. Azúcar común tipo A: contiene 99,5% de sacarosa, y también es denominado azúcar sulfitado. Azúcar refino: es altamente pura, es decir, entre 99,8 y 99,9 % de sacarosa, se le aplican reactivos como fosfatos, carbonatos, cal para extraer la mayor cantidad de impurezas, hasta lograr su máxima pureza. Página N° 13 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL AZÚCAR Filtrado de cachaza CORTADO TRITURADO MOLIENDA SULFITADO ENCALADO CLARIFICACIONPRECALENTADO FILTRACION COCIMIENTO CRISTALIZACIÓN CENTRIFUGADO Y LAVADO SECADO 2° CRISTALIZACIÓN 3° CRISTALIZACIÓN ENVASADO Caña Pelada Trapiche Bagazo SO2 Vapor Ca(OH)2 Floculante Cachaza Jugo 15° B Vapor 5 psig 108°C 66 cm Hg 98° C 36 cm Hg 83° C 5 cm Hg 52° C Vapor Azúcar 35° B 60 – 70 ° B Agua22° B Melaza 37% Sacarosa Miel de 1° Miel de 2° Agua Página N° 14 BIBLIOGRAFÍA Ortuño 1994. Introducción a la Química Industrial. Santamaría García A, García Álvarez A 2005. Azúcar en América. Revista de Indias, 2005, vol. LXV (233): 9-32. Ortega C 1993. La caña de azúcar: el dulce que cautivó al mundo. Claridades agropecuarias 127:3-17. Daniela Pérez, Carmina Fandos, Jorge Scandaliaris,Lucia Mazzone, Federico Soria y Pablo Scandaliaris 2007. Estado actual y evolución de la productividad del cultivo de caña de azúcar en Tucumán y el noroeste argentino en el período 1990-2007. Publicación Especial 34, Diciembre de 2007 - EEAOC Código Alimentario Argentino, Capítulo X Alimentos Azucarados. Actualizado en 2018. Online: https://www.argentina.gob.ar/anmat/codigoalimentario https://www.argentina.gob.ar/anmat/codigoalimentario
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