INDUSTRIA DEL AZÚCAR

Tecnología en Química Orgánica e inorgánica

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL:

Investigar acerca de la industria del azúcar, sus aspectos principales, proceso de fabricación e información de mercado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1. Definiciones y propiedades.2. Principales usos. 3. Descripción del proceso..4. Mercado chileno del azúcar.5. Impactos ambientales y riesgos asociados a la producción del

azúcar.

INTRODUCCIÓN:

Se denomina azúcar a todos los hidratos de carbono que se disuelven en agua, incoloros, inodoros, cristalizables y sabor dulce. Existen varios tipos de azúcares tales como la glucosa, lactosa, maltosa y el más importante: la sacarosa (C12H22O11).La sacarosa se utiliza para dar sabor dulce a comidas, fabricación de dulces, pasteles, conservas, bebidas alcohólicas y no alcohólicas, etc.La sacarosa está presente en muchas plantas, pero su explotación industrial se realiza en base a remolacha y caña de azúcar.

El azúcar puede obtenerse principalmente a partir de la caña de azúcar y la remolacha azucarera. Para su obtención se requiere de un largo proceso, desde que la semilla de caña germina hasta que el azúcar se comercializa nacional e internacionalmente.De toda la producción mundial de azúcar, el 70% procede de la caña de azúcar y el 30% restante de la remolacha azucarera.

Caña de azúcar:

La sacarosa se encuentra en el tronco de la caña la que tiene un 8-15% de sacarosa.Las proporciones de sacarosa varían de acuerdo a la edad, madurez, clima, suelo, método de cultivo, abonos, lluvias, riegos, etc.La caña sólo crece bien en climas tropicales y semitropicales, pero la remolacha crece en zonas templadas.

Remolacha:

La raíz pesa entre 600 gramos y 1 kilo. 16-17% de sacarosa.Se cultiva entre Cachapoal y Llanquihue.

Siembra entre agosto y septiembre. Cosecha entre marzo y septiembre. Producción no continuada.En Chile existen sólo plantaciones de remolacha

Cuando se invierte el azúcar por acción de un ácido o una enzima la molécula se divide dando glucosa y fructosa

C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6

Sacarosa Glucosa Fructosa

Esta reacción que se denomina inversión o hidrólisis tiene lugar a diversas velocidades dependiendo además de los agentes que la producen (ácido o enzima), de la temperatura, el tiempo y el pH.Los azúcares producen color cuando son sometidos a calor fuerte y pH alcalino. Estas condiciones son extremas desarrollarán colores que quitan la transparencia al jugo de la caña que en los países americanos tropicales se denomina “guarapo”.El propósito de la adición de agentes químicos al jugo de caña es evitar la aparición de estos colores y que prevalezca los colores transparente amarillos claros brillante.Los colores de los constituyentes del azúcar se derivan de pequeñas cantidades de clorofila, carotenoides, xantofilas y antocianinas que se encuentran en la planta. También si se sobrepasa la temperatura puede producirse “caramelización” que es una carbonización parcial de los azúcares.La presencia del hierro de los equipos y el proveniente de la planta, por reacciones polifenol hierro, la degradación de azúcares reductores, reacciones de estos azúcares con aminoácidos que se denomina una reacción de pardeamiento no enzimático o de Maillard, y un sin número de otras reacciones menores contribuyen a producir colores que se consideran indeseables.Para eliminar o disminuir el color se emplean varios métodos:

• Adición de ácido fosfórico• Sulfatación con SO2 gaseoso que se hace pasar por el jugo

para inactivar los polifenoles y aminocompuestos.• Mezclado con cal para que reacciones con los fosfatos

Estos preci`pitados también tienen acción floculante que hace que alrededor de ese compuesto se adhieran muchos compuestos coloreados que decantan.

• Filtrado con carbón activado. El carbón absorbe los compuestos coloreados. Este era el sistema más empleado

en la Refinería de Azúcar de Viña del Mar, que se cerró en el año 1980.

HISTORIA DEL AZUCAR:

Aunque las primeras referencias del azúcar se remontan a casi 5.000 años, a España no llega hasta la Edad Media. Su expansión está ligada, como la de tantos otros productos, al avance de las conquistas y el devenir de la historia.

Hablar del azúcar es hablar de la remolacha azucarera y de la caña de azúcar. El cultivo y la extracción del azúcar de remolacha no se desarrollan hasta la época de Napoleón. La ruta de la caña ha sido siempre de Oriente a Occidente, desde el Indico al Mediterráneo y, finalmente, al Atlántico. Nació en Nueva Guinea y llegó hasta la India, desde donde se extendió a China y al Próximo Oriente. Fueron

precisamente los indios los pioneros en probar su sabor.

Las primeras referencias históricas del azúcar, en el año 4.500 antes de Cristo, así nos lo demuestran. Mucho tiempo después, hacia el año 510 a.C., el azúcar llega hasta Persia donde los soldados del Rey Darío fascinados por sus propiedades la denominaban "esa caña que da miel sin necesidad de abejas".

Su desembarco en Europa se produce en el siglo IV antes de Cristo, a raíz de los viajes y conquistas de Alejandro Magno a través de Asia. Más tarde los griegos la dejan en herencia al Imperio Romano, que la denominará "sal de la India".

De aquí saltamos al siglo VII de nuestra era, que marcará un hito importante en la difusión del consumo de azúcar. Son los árabes, tan aficionados al dulce, los que al invadir las regiones del Tigris y el Éufrates, descubren las infinitas posibilidades que presenta. Éstos lo introducen en las zonas recientemente

conquistadas, cultivando la caña de azúcar en Siria, Egipto, Chipre, Rodas y todo el Norte de África. Es precisamente allí, donde los químicos egipcios perfeccionan su procesado y la refinan. Continúa la expansión de su consumo a través de los viajes de los comerciantes venecianos y, un siglo más tarde, a través de las Cruzadas a Tierra Santa, se da a conocer este alimento en todo el mundo cristiano.

Hasta la Edad Media el azúcar no llega a España, donde se implanta como una especia alimenticia, y como tal, es usada para perfumar platos, lo mismo que la sal o la pimienta. Los boticarios comienzan a utilizar el azúcar como parte integrante de gran cantidad de recetas. Variando sus proporciones, se preparaban pócimas y medicinas que recomendaban a su clientela para curar toda clase de males, incluido el "mal de amores".

Con el descubrimiento de América, el azúcar viaja de manos de los conquistadores españoles a Santo Domingo, donde se cultiva por primera vez a gran escala, llegando, más tarde, a Cuba y a México. Paralelamente, otros españoles en sus viajes favorecen su expansión a zonas asiáticas, como las Islas Filipinas y archipiélagos del Pacífico. De manos de los portugueses la caña de azúcar llega a Brasil, los franceses la introducen en sus colonias del Océano Indico y los holandeses en las Antillas.

A finales del siglo XVII la producción y el consumo de azúcar de caña se encontraba extendido prácticamente por todo el mundo. Un siglo más tarde, en 1705, el químico francés Olivier Serrés, descubre las propiedades azucaradas de la remolacha, y pocas décadas más tarde, el alemán Margraf logra extraer y solidificar el azúcar de esta planta, dando origen a la instalación de las primeras fábricas de azúcar de remolacha en Prusia.

PREPARACION DE LA CAÑA DE AZUCAR:

1. Fertilización:

La fertilización es a base de nitrógeno, fosforo y potasio. También se realizan controles de malezas de los cuales pueden ser químicos, mecánicos o manuales dependiendo de las necesidades específicas del lote.

2. Riego:

Es de vital importancia que la caña tenga un buen riego. La técnica utilizada para irrigar las plantaciones es la de gravedad.

3. Crecimiento:

La caña de azúcar una vez que ha llegado a su madures llega a tener un tallo macizo de 2 a 5 metros de altura con 5 ó 6 cm. de diámetro.

4. Cosecha:

La cosecha de la caña se realiza aproximadamente a los 12 meses de edad. Grupos de cortadores utilizando machetes cortan las cañas y forman “rollos” donde se va acumulando lo cosechado.

5. Transporte:

La caña es recogida por llenadoras mecánicas las cuales las ubican en camiones o carretones que la transportan hacia la fábrica para iniciar el proceso industrial y la extracción de la sacarosa.

PROCESOS INDUSTRIALES: Caña de azúcar:

1. Trituración:

Se tritura la caña para facilitar el proceso de molienda.

2. Extracción (molienda):

Se comprime la fibra de la caña en los molinos para extraer la sacarosa.Se agrega ácido fosfórico para facilitar la reacción entre materia orgánica y floculantes.El material remanente (bagazo o cañas exprimidas) se convierte en el primer subproducto del proceso y se utiliza como combustible en las calderas para generar vapor.Se denomina bagazo al residuo de materia después de extraído su jugoEl jugo obtenido en la etapa de molienda es de carácter ácido (pH: 5,2) y tiene una concentración entre 10 y 12º Brix.Para el azúcar existe un sistema de medición del % de azúcar que se denomina º Brix. Una unidad de º Brix es una unidad de % de azúcar en peso en peso de agua.

3. Filtración:

El jugo que se extrae en la molienda contiene bagacillo o partículas de caña

pequeñas. Se pasa por un filtro, el bagacillo se recircula y el jugo libre de éste se

lleva a clarificación.

4. Clarificación:

4.1.- Sulfitación:

Forma parte del proceso de clarificación. El jugo se mezcla con dióxido de azufre para inactivar a los no azúcares (polifenoles y amino-compuestos). Generalmente el dióxido se hace burbujear en contracorriente desde abajo y sale por la parte superior y el jugo sale por debajo.

El SO2 reacciona con los grupos carboxilos reductores de sacarosa (glucosa y fructosa) que siempre están presentes en el jugo, para inhibir su participación en la formación de compuestos coloreados de la reacción de Maillard con los componentes amino.

Reacción de Maillard o pardeamiento no enzimático:

N: C=O Serie de compuestos Coloreados y aromáticos

Grupo amino Grupo carbonilo De glucosa y fructosa

HH

H

La reacción de Maillard ocurre en los alimentos por reacción de los grupos amino con grupos carboxilo y con calor. Esta reacción se produce cuando el par de electrones del grupo amino ataca el grupo carboxilo de los azúcares y produce una adición temporal que deriva en una serie de otros compuestos orgánicos que tienen aromas especiales y colores pardos y a veces que gustan tales como los sabores de cocinería, queques, cazuelas, asados, etc. que en el caso de del azúcar son indeseables.

Reacción de sulfitado:

S: C=O Serie de compuestos Incoloros

El sulfitado tiene por objeto impedir la reacción de Maillard y se produce cuando el par de electrones del sulfito reaccionan con el carbonilo de los azúcares reductores tales como la glucosa y fructosa y evita que estos compuestos reaccionen con los compuestos que contienen el grupo amino y así se evita la producción de compuestos pardeados

Diagrama de flujo sulfitación:

HO

O

Las reacciones químicas que se dan al realizar este proceso de sulfitación con AZUFRE para bloquear la reacción de Maillard son las siguientes:

S + O2 SO2

SO2 + H2O H2SO3 (ácido sulfuroso)

El ácido sulfuroso se disocia en bisulfato e hidrógeno.H2SO3 HSO3

- + H+

El Bisulfito reacciona con los grupos carbonilos que dan color:HSO3

- + C=O Complejos de azufre + SO2-2

El proceso de sulfitación tradicional, consiste en hacer pasar los gases de la TOSTACION de azufre elemental, en contracorriente con el jugo de la caña de azúcar, y en algunos casos también en la meladura, en una torre de contacto (Torre de Sulfitacion), con el objetivo de generar SO2

que en contacto con el jugo y o la meladura, generara el radical SO3, que será el responsable de reaccionar con las proteínas y los aminoácido para bloquear por medio de las reacciones de Millard, la formación de compuestos que le den color al material de proceso.

Características de la sulfitación:

El desempeño de un proceso de sulfitación depende de la eficiencia de generación del SO2 y de la mezcla de este gas con el jugo de caña. Para mayor reducción del color, la mezcla debe ser rápida, completa y uniforme. Cuando se hace en exceso o mal homogenizado, el SO2 se pierde en la atmósfera causando problemas ambientales, CORROSIVOS y consumos innecesarios de azufre.

La mayoría de los sistemas de sulfitación existentes utilizan equipos del tipo columna o multi-jet para dispersar el SO2 en el jugo de la caña. Las columnas además de ser grandes exigiendo inversiones elevadas para su instalación y mantenimiento, son poco flexibles a las variaciones de flujo y requieren un sistema complementario para succionar el aire.

Otra desventaja es que el gas es burbujeado al jugo en forma de burbujas grandes, haciendo el proceso poco eficiente y favoreciendo la pérdida de SO2 a la atmósfera.

4.2.- Alcalización:

También forma parte del proceso de clarificación. El jugo se mezcla con Cal para que reaccione con los fosfatos del jugo y forme los fosfatos tricálcicos. Además al subir el pH coagulan proteínas del zumo.

HPO₃⁻³ + Ca⁺² calor Ca₃(PO₃)₂ (pp)

Los floculantes, por medio de los fosfatos tricálcicos, reaccionan con las impurezas (mat. orgánica) generando moléculas de gran tamaño que decantan por diferencia de pesos.

La clarificación del jugo por sedimentación; los sólidos no azúcares se precipitan en forma de lodo llamado cachaza y el jugo claro queda en la parte superior del tanque.

Este jugo sobrante se envía antes de ser desechada al campo para el mejoramiento de los suelos pobres en materia orgánica. También este jugo que se denomina cachaza en lugares como Brasil se fermenta para producir licores.

5. Filtración:

El jugo tratado se lleva a las prensas de carbón activado en donde se retiene los agentes coloreados sobrantes.

6. Evaporación:

Se comienza a evaporar el agua del jugo. El jugo claro que posee casi la mitad composición del jugo crudo extraído (con la excepción de las impurezas eliminadas en la cachaza) se recibe en los evaporadores con un porcentaje de sólidos solubles entre 10 y 12 % y se obtiene una meladura o jarabe con una concentración aproximada de sólidos solubles del 55 al 60 %.

Este proceso se da en evaporadores de múltiples efectos al vacío, celdas de ebullición dispuestas en serie. El jugo entra primero en el preevaporador y se calienta hasta el punto de ebullición. En el proceso de evaporación se obtiene el jarabe o meladura. La meladura es purificada en un clarificador.Se utiliza vacío para facilitar la ebullición del jugo a temperaturas menores a 100ºC y así evitar la caramelización.Se elimina un 80% del agua contenida en el jugo.

7. Cristalización:

Una vez producida la evaporación, en el mismo tachos al vacío, mediante una combinación de temperatura, concentración y la inducción de iniciadores que son núcleos de sacarosa, se produce la cristalización que se da en un instante cercano a cuando el jugo está a 68ºBx.El material resultante que contiene líquido (miel) y cristales (azúcar) se denomina masa cocida.

8. Centrifugación:

La masa pasa por unas centrífugas, en las cuales los cristales se separarán del licor madre.La miel que sale de las centrifugas se bombea a tanques de almacenamiento para luego someterla a evaporaciones y

cristalizaciones en los tachos y así recuperar una segunda cantidad de azúcar, pero esta azúcar es ya de segunda selección. En el diagrama se muestran como tachos de agotamiento y se trata de evaporadores que aprovechan al máximo el jugo que se desecha en la centrifugación a fin de recuperar el máximo de azúcar. Luego de tres cristalizaciones sucesivas se obtiene jugo o miel final que se retira del proceso y se comercializa como materia prima para la elaboración de alcoholes, los que se obtienen por fermentación.

9. Secado:

El azúcar húmedo se transporta por elevadores y bandas para alimentar las secadoras que son elevadores rotatorios en los cuales el azúcar se colocan en contacto con el aire caliente que entra en contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad, aprox. 0.05 %, para evitar los terrones.

10. Enfriamiento:

El azúcar se seca con temperatura cercana a 60 ºC, se 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.

11.- Envasado:

Puede ser de muchas maneras, pero siempre estos deben ser lo más hermético posible para evitar la humidificación del producto.

Diagrama Proceso de Fabricación de Azúcar de Caña

Diagrama de flujo elaboración de azúcar:

MOLIENDA BAGAZO

FILTRACION

FILTRACIONCLARIFICACION

LICORES

CRISTALIZACION

EVAPORACION

MIEL DE DESECHOCENTRIFUGADO

CACHAZA

SECADO

ENVASADO

TIPOS DE AZUCAR:

El azúcar se clasifica por su grado de refinación.Normalmente, la refinación se expresa a través del color.Existen Azúcar Moreno, Azúcar Rubio, Azúcar Blanca.El color blanco se consigue purificando el azúcar hasta dejar sólo la sacarosa, eliminando las melazas que le dan color al azúcar moreno.El azúcar moreno aporta más vitaminas, minerales y aminoácidos que el blanco, pero engorda lo mismo y su índice glucémico es igual de elevado.Azúcar moreno, el auténtico (también llamado “negro” o “crudo”), se obtiene del jugo de azúcar y no se somete a refinación, sólo cristalizado y centrifugado. Debe su color a una película de melaza que envuelve cada cristal. Normalmente tiene entre 96 y 98 grados de sacarosa.Azúcar rubio, es menos oscuro que el azúcar moreno o crudo y con un mayor porcentaje de sacarosa.Azúcar blanco, con 99,5% de sacarosa. También denominado azúcar sulfitado.Azúcar refinado o extra blanco es altamente puro, es decir, entre 99,8 y 99,9 % de sacarosa.

Subproductos:

1. Melaza : Materia prima industria de levadura, cosetán, melazán y alcohol

2. Melazán : Melaza más sales minerales. Alimento para ganado.3. Coseta: Valioso forraje (proteínas, sales minerales). Vienen en

pellets.4. Cosetán : 76% coseta fresca + 10% melaza, se usa como alimento

para ganado ovino y bovino.5. Alcohol : Melaza procesada.6. Anhídrido carbónico : Destilación de alcohol. Se usa en elaboración

de hielo seco, bebidas gaseosas.

El 70% del azúcar del mundo se produce a partir de la caña de azúcar y el restante 30% de la remolacha. Los principales productores de azúcar son Argentina, Colombia, México, India, Guatemala, Unión Europea, China, Cuba, Estados Unidos, Tailandia, Brasil, Australia, Pakistán y Rusia, que concentran el 75% de la producción mundial, siendo Brasil el principal productor y exportador de azúcar a nivel mundial.

PRODUCCIÓN NACIONAL E IMPORTACIONES:

• En 1953, CORFO crea la Industria Azucarera Nacional S.A.

• A mediados de los 80’s, se privatiza totalmente IANSA y quiebra la CRAV, la empresa mayor de Chile de refinación de azúcar.

• En la actualidad existen 5 plantas ubicadas en Curicó, Linares, Chillán, Los Angeles y Rapaco, que utilizan remolacha como materia prima.

IMPACTO AMBIENTAL:

El cultivo azúcar se caracteriza por su impacto ambiental positivo; la alta producción de biomasa de la materia prima, la producción de subproductos amigables con el medio ambiente, su requerimiento de dióxido de carbono (CO2) y la liberación de oxígeno al medio ambiente contribuye a mejorar el ecosistema.

Por ejemplo, sembrar una hectárea de caña de azúcar equivale a sembrar dos hectáreas de bosque nativo.

Buenas prácticas productivas pueden controlar los posibles impactos al suelo, el manejo de agroquímicos y la reutilización de los residuos sólidos, ya que existen alternativas agronómicas.

El uso de agroquímicos, como fungicidas, plaguicidas y herbicidas, afecta la calidad ambiental por derivas durante su aplicación, acumulación en el suelo y escorrentías a cuerpos de agua superficial y subterránea.

El pasó de la maquinaria para la preparación de la siembra y las labores de cosecha pueden causar erosión y/o compactación del suelo, afectando su productividad.

REFERENCIAS:

− Evaluación comparativa del método de sulfitación frente al peróxido de hidrógeno en el proceso de decoloración de meladuras en el ingenio Risalda S.A.proceso de elabortación del azúcar. Universidad tecnológica de Pereira 2007.

− Cassa, Compañía Azucarera Salvadoreña. http://www.grupocassa.com/

− San Carlos, Sociedad Agricola e industrial San Carlos, Republica del Ecuador. www.sancarlos.com.ec

− Subirós, Fermín. (1995). Cultivo de la caña de azúcar. Costa Rica: Universidad estatal a distancia.

− Convenio IICA, MAG, SENARA. (1992). Tecnología de producción para el cultivo de caña de azúcar en riego, Mejores alternativas en el distrito de riego Arenal. Costa Rica: Guanacaste.

− Principios de sulfitación de azúcar. Sociedad Anónima Green Solution. http://www.suschem-es.org/docum/pb/ibq_14112011/7_PRINCIPIOS_DE_SULFITACION.pdf