AZÚCAR, COPRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS EN LA DIVERSIFICACION DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR

Revista VIRTUALPRO ISSN 1900-6241 Bogotá, Colombia. [email protected] www.revistavirtualpro.com

2010 N. Aguilar-Rivera D. A. Rodríguez Lagunes y A. Castillo Morán AZÚCAR, COPRODUCTOS COPRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS SUBPRODUCTOS EN LA DIVERSIFICACIÓN DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZÚCAR Universidad Veracruzana Córdoba, Veracruz, México

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ISSN 1900-6241 Nº 106 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera

N. Aguilar-Rivera, D. A. Rodríguez L. y A. Castillo

Azúcar, co-productos y sub-productos en la diversificación de la agroindustria de la caña de azúcar (Sugar, Co-Products and By-Products on Sugarcane Agribusiness Diversification) N. Aguilar-Rivera D. A. Rodríguez Lagunes y A. Castillo Morán Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad Veracruzana Km. 1 Carretera Peñuela Amatlan de los Reyes S/N. C.P. 94 945 Córdoba, Veracruz, México Tel./Fax: (52) 271 71 6 73 92 e-mail: [email protected]

Resumen El azúcar ha sido el principal y virtualmente el único producto comercial obtenido de la caña de azúcar (Saccharum officinarum). La diversificación de la industria azucarera ha sido cuestionada en varios informes y foros internacionales como complemento para la viabilidad futura y rentable de esta actividad. Proporciona un incremento en el desarrollo sostenible regional y en los ingresos mientras que, al mismo tiempo, reduce la vulnerabilidad de la industria al cambio, al flexibilizar las futuras estrategias empresariales y al aumentar la capacidad de recuperación que la industria azucarera enfrenta con la disminución de los precios del azúcar. La composición química y estructural de la caña de azúcar, co-productos y subproductos hace que sea atractiva su transformación a través de procesos químicos o biotecnológicos en productos con un alto valor agregado de interés para el mercado. El objetivo de este trabajo es desarrollar un análisis y estudio de las alternativas de diversificación y la exploración del potencial de la caña de azúcar, co-productos y sub-productos como materias primas.

Palabras clave: azúcar, industria del azúcar, producción de azúcar, ingenios azucareros, caña de azúcar, sub-productos del azúcar, co-productos del azúcar, diversificación, características técnicas.

Abstract Sugar has been the main and virtually only commercial product obtained from sugarcane (Saccharum officinarum). Sugarcane industry diversification has been considered in several major reports as a complement for a profitable future viability of this activity. It provides a substantial increasing incr easing in regional sustainable development and incomes while, at the same time, reduces its vulnerability to change by bringing flexibility to future business 1 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera

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strategies, and by augmenting the resilience of sugar industry facing decreasing sugar prices. The structural and chemical composition of sugarcane, co-products and by-products makes them particularly appealing for transformation into valuable products through chemical or biotechnological processes, adding aggregated value of interest for the market. The objective of this paper is to develop an approach that allows the study of alternatives for diversification and the exploration of the potential of sugarcane, co-products and by-products as raw materials.

Keywords: sugar, sugar industry, sugar production, sugar mills, sugar cane, sugar co-products, sugar by-products, diversification, technical features.

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1. Introducción La dinámica del sistema internacional en la primera década del siglo XXI acrecienta la necesidad de reconsiderar a las fuentes alimenticias y energéticas – con relación a los hidrocarburos y los biocombustibles – como variables determinantes en la reconfiguración de la economía mundial. La nueva regulación de los Estados-nación sobre el mercado global, así como los efectos ambientales que genera la explotación de recursos naturales, los biocombustibles, entre otros temas, se inserta la agroindustria de la caña de azúcar (comúnmente denominada industria azucarera) como tradicional fuente de un alimento básico para la humanidad, el azúcar, y ahora como la principal materia prima energética del etanol combustible y otros derivados. La diversificación ha sido abordada en numerosos estudios, como una forma de acelerar la viabilidad económica de la producción agroindustrial a largo plazo mediante la mejora en la rentabilidad y la estabilidad general del sector, el cambio hacia otros cultivos o actividades económicas en la agricultura, y otras producciones en la industria. A pesar de que es uno de los temas relevantes de estudio de diferentes áreas de conocimiento (finanzas, marketing, dirección estratégica, economía industrial y agrícola), en su mayoría se han concentrado en investigar la relación que existe entre la diversificación y los resultados y las formas de medida de ésta, prestando menor atención a los motivos que tienen las empresas para seguir un proceso de diversificación (Ramanujan et al., 1989) La agroindustria de la caña de azúcar tiene grandes retos en materia de productividad, diversificación productiva y competitividad; las opciones que en el pasado eran validas para insertarse en el mercado internacional se están agotando, en especial las basadas en recursos naturales, mano de obra barata y escasamente calificada. Así, en la diversificación o reconversión de la industria de la caña de azúcar, debido a la importancia que van cobrando sus derivados, se tiende a suponer que el valor económico de la nueva agroindustria estará determinado fundamentalmente por una revalorización de los distintos subproductos y productos intermedios, y de los derivados de éstos para sustituir importaciones y crear fondos exportables competitivos cuando el azúcar en el mercado mundial tiende a perder cada vez más su valor de cambio como producto final. Surge la necesidad de generar las oportunidades que 3 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



presentan cada uno de los sectores cañeros para poder diversificarse y desarrollarse, pero sobre todo por la necesidad de integrar una sola visión de todos los sectores hacia una misma dirección, hacia una meta común de lograr productividad, sostenibilidad y competitividad. A partir de la posguerra, y en especial desde la década de los setenta, surgió la pregunta: ¿por qué la necesidad de la diversificación de la industria azucarera bajo las condiciones actuales? La respuesta se enmarcó en el contexto polarizado de los bloques

socialista y capitalista de aquella época, donde el marcado incremento de los precios del petróleo y la energía – aunado al hecho que surgían a nivel mundial las preocupaciones por la contaminación ambiental, generada en su mayor parte por el sector industrial – llevó primeramente a los países productores de azúcar de caña (en su gran mayoría en el Tercer Mundo) a buscar alternativas productivas de desarrollo endógeno y sustitución de importaciones directamente de la gramínea, debido a que durante varias décadas los subproductos de la producción de azúcar y alcohol fueron compuestos orgánicos sobrantes, sub-explotados, de escasa utilización e indeseables por sus efectos contaminantes al medio. Durante la década de los ochenta, esta nueva valorización de los residuos dio lugar al establecimiento de programas de investigación en centros científicos en países tan diversos como Brasil, Mauricio, Cuba, Australia, Sudáfrica, los Estados Unidos y sociedades como Grupo de Países Latinoamericanos y del Caribe Exportadores de Azúcar (GEPLACEA) unidas a otras como el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), el Instituto Cubano de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ICIDCA), International Society of Sugar Cane Technologists (ISSCT), entre otras, para ampliar el conocimiento de los subproductos y su utilización con el enfoque económico y de ingeniería para valorar alternativas de producciones derivadas de la caña de azúcar. Aunque la afirmación formulada por GEPLACEA en 1990 que la diversificación es fundamentalmente una estrategia de desarrollo del sector azucarero, es aún valida actualmente; muchos proyectos de diversificación en la industria del azúcar y el alcohol no han sido del todo exitosos, debido en parte a que los análisis técnicos y económicos para cada caso dependen de la localización geográfica de los proyectos y de las actividades económicas predominantes en las regiones; por lo tanto, la diversificación vuelve a resurgir con mayor fuerza, debido a una infinidad de factores, principalmente ambientales, sociales, económicos y políticos, a causa de 4 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



que el proyecto de una agroindustria de la caña de azúcar multipropósito, multiproductiva y sustentable no ha sido realidad en la mayoría de los países productores de caña de azúcar; además, en la actualidad los productores de caña se encuentran frente al reto de la disminución del valor del azúcar como producto único de comercialización en los mercados nacionales e internacionales, lo cual los lleva a fijar su atención nuevamente en las alternativas que ofrece la industrialización de la caña de azúcar y sus subproductos para crear producciones comercializables y sostenibles. Surge ahora la pregunta: ¿qué derivado de la caña de azúcar industrializar? La respuesta no es fácil; por el contrario, es sumamente compleja ya que, históricamente, en la zonas cañeras y de influencia de los ingenios los proyectos de diversificación han sido aislados, han estado limitados o no han sido exitosos debido a que se han desarrollado por la necesidad económica para aumentar ingresos y contrarrestar la volatilidad del precio internacional de azúcar y para disminuir costos de producción por pagos por concepto de impactos ambientales por disposición de residuos, como quemar el bagazo en las calderas para generar vapor y electricidad, vender a fabricas de pulpa y papel, comercializar las mieles a plantas productoras de aminoácidos, levaduras, aditivos de alimentos y bebidas alcohólicas, o utilizarlas como materia prima para producir alcohol o bien exportarse de acuerdo a los precios internacionales (Figuras 1 y 2).




2. Productos, co-productos y sub-productos de la caña de azúcar En la industria azucarera, al igual que en las de alimentos, petroquímica, café, soya, maíz y otras, como empresas de producción continua, aparecen diversos productos derivados o generados a partir de una misma materia prima, normalmente clasificados como co-productos o sub-productos. Las industrias de procesos que generan varias producciones conjuntas de una materia prima pueden clasificarse en tres categorías principales (Brunstein, 1994): 

P1. Conjunto de productos principales. Son aquellas producciones principales o

deseables en una empresa, derivadas de la transformación directa de la materia prima – por ejemplo, azúcar de caña, aceite de soya y petroquímica. 

P2. Conjunto de productos secundarios. Son aquellas producciones no necesariamente

deseables, pero tienen una importancia económica significativa. Son derivados de la transformación de la materia prima – por ejemplo, salvado derivado del procesamiento de soya, alcohol de las melazas de caña, asfalto de la petroquímica, etc. 

P3. Conjunto de subproductos. No representan una importancia económica relevante

bajo el criterio de la empresa; son considerado sub-productos o residuos de la transformación de la materia prima. Normalmente son calificados como residuos industriales – por ejemplo, bagazo de caña, vinazas de destilería, cachaza que son residuos de procesamiento de azúcar de caña y etanol. Los productos procedentes de los conjuntos P1 y P2 (Figura 3) son denominados productos y co-productos, debido a que en su obtención se requieren operaciones unitarias de separación o extracción, lo que exige a la empresa materia prima, mano de obra, energía e insumos de producción, implicando costos de producción que difícilmente son identificados en los productos de origen, a menos que los co-productos sean homogéneos física y económicamente. Los co-productos son comercializados como tales después del proceso de separación sin procesos adicionales de acondicionamiento, al igual que los subproductos (P3).




Figura 3. Diagrama de producción conjunta

Mano de Obra

+

P1

Insumos

Materia Prima: Caña de Azúcar

Productos principales n ó i c a r a p e s e d o s e c o r P

Operaciones Unitarias

P2 Coproductos

P3 Subproductos Fuente: Brunstein (1994)

De esta forma, co-productos y sub-productos se transforman en materias primas para nuevos ciclos productivos utilizados para diversas aplicaciones, obteniéndose importantes rentabilidades económicas. Por ello, es necesario plantear la búsqueda de utilizaciones alternativas de estos sub-productos y no sólo su eliminación efectiva e inocua debido a que, además de evitar costos ambientales, su uso creará nuevas fuentes de riqueza que aportan una mayor rentabilidad al proceso industrial de partida, y generaría nuevas industrias de todo tipo con las consiguientes ventajas sociales que ello reportaría. (Guo et al., 2006). Por lo anterior, se puede afirmar que el azúcar, el etanol y las melazas son los productos y co-productos de la industria azucarera; el bagazo, la torta de filtro o cachaza, las cenizas de calderas, la paja y el cogollo, los gases de combustión, las vinazas y las aguas residuales son productos colaterales a la producción azucarera, y constituyen los sub-productos de esta agroindustria. Sin embargo, es un hecho evidente que, a pesar de todas estas ventajas de tipo económico, social, medioambiental, etc. que ocasionaría el aprovechamiento industrial de los residuos de la industrialización de la caña de azúcar, éstas no corresponden aún con el nivel de 8 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



utilización y desarrollo social existente en las regiones cañeras. El tratamiento y/o uso diversificado de los residuos y sub-productos cañeros, en general, se considera una actividad costosa, y tanto las instituciones públicas como las empresas privadas no han llevado a cabo esta labor con eficacia, bien por falta de visión, exceso de legislación, falta de voluntad política, intereses diversos o por carencia de medios económicos. Evidentemente, todo ello está contribuyendo al deterioro del medio ambiente en grandes zonas de los estados productores de la gramínea. En virtud de que el contenido de sacarosa en caña es actualmente la variable de mayor peso en las evaluaciones de rentabilidad del cultivo y aprovechamiento industrial de la gramínea, es de esperar un cambio en los enfoques tradicionales, apostar por la innovación, transformación y la creación de nuevas cadenas productivas, considerando la calidad de la materia prima, la composición de los subproductos y no la supervivencia del cultivo tradicional, aunque hasta el presente el azúcar ha sido el objetivo más general para su cultivo sin considerar las múltiples estrategias de la diversificación y la multiplicación de bienes obtenidos de la actividad agrícola e industrial. Desde luego, no basta con una sola opción, pues deberán plantearse diferentes esquemas que sean posibles de realizar con el capital de que se dispone y, de ellos, seleccionar el que permita alcanzar los mejores resultados económicos, ambientales y sociales, el cual debe a su vez mostrar la mayor flexibilidad para que sea posible desplazar la producción hacia la obtención de aquellos productos que mayor provecho económico posean en el mercado en determinado momento (Chandrasena, 2005; Carvallo et al., 2004).

Por lo tanto, los proyectos de diversificación deben partir del conocimiento científico de los productos, co-productos y sub-productos de la industria azucarera, debido a que las potencialidades para la diversificación de la agroindustria cañera se derivan precisamente del volumen de subproductos de tipo orgánico que se generan zafra tras zafra, de los elementos fisiológicos que constituyen a la materia prima y de la composición física y química de los co productos y sub-productos, debido a éstos están conformados básicamente por azúcares, carbohidratos estructurales del complejo lignocelulósico y material inorgánico, los cuales ofrecen diferentes posibilidades de industrialización con diversas rutas físicas, químicas y biotecnológicas (De la Torre, 1989) y en la premisa de la complejidad y en la necesidad de 9 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



explorar y entender un tejido de relaciones complejas para establecer alternativas productivas posibles del futuro inmediato; en muchos casos, debido a que las técnicas empleadas para lograr la diversificación no han distinguido grados de jerarquías entre las variables, sectores y acontecimientos, es decir, éstas no consideran el carácter sistémico de las relaciones entre estos elementos, se hace difícil la creación de un marco lógico sobre el pasado y el presente que pueda apoyar la formulación de hipótesis sobre futuros plausibles de corto, mediano y largo plazo que brinden certidumbre a quien invierta en este tipo de proyectos (Gomes de Castro et al., 2002; Paleta, 2002; Cáceres et al., 1997).

3. Características técnicas de los productos, co-productos y sub-productos de la agroindustria de la caña de azúcar

3.1 Azúcar de caña o sacarosa El azúcar es, en la actualidad, un alimento habitual en la dieta de todos los países, reivindicado por científicos y expertos internacionales; es considerado hoy como uno de los principales aportes energéticos para el organismo. La sacarosa es un disacárido compuesto por una molécula de glucosa (dextrosa) y una de fructosa (levulosa); está conformada por 12 átomos de carbono, 22 átomos de hidrogeno y 11 de oxigeno, con fórmula condensada C12H22O11 (oxígeno 51,42%, carbono 42,10%, hidrógeno 6,48%). Con un peso molecular de 342.30, es un solido cristalino que carameliza a 160°C, y es un azúcar no reductor y poli-alcohol que tiene 3 grupo hidroxilos primarios (CH2OH 6,1’ y 6’) y 5 en posición secundaria (-CH-OH, 2, 3, 3’, 4 y 4’).




Figura 4. Estructura molecular de la sacarosa

Fuente: Boscolo (2003)

Debido a que la mayor producción de sacarosa se da en forma cristalina, esto la convierte en un sustrato muy interesante para el desarrollo de nuevas tecnologías químicas y microbiológicas. La reactividad es mayor en los carbonos primarios. La presencia de estos grupos hace posible la síntesis de numerosos derivados, siendo fácilmente atacada por ácidos, oxidantes y álcalis. Se utiliza como endulzante, preservante, antioxidante, excipiente, agente granulador y tensoactivo en jabones, productos de belleza y tintas (Boscolo, 2003). Otras rutas importantes de reacción de la sacarosa para generar diferentes mezclas de componentes de interés económico son la oxidación, la pirólisis, la hidrogenación, la aminólisis, la halogenación y otras, como las rutas biotecnológicas y síntesis orgánica, que constituyen la sucroquímica o síntesis dirigida de la sacarosa. Aunque en la actualidad se pueden producir más de 10,000 substancias químicas a partir de la sacarosa, los productos que pueden fabricarse caen dentro de ciertas categorías comerciales amplias: (a) alimentos, (b) piensos, (c) combustibles, (d) explosivos, (e) elastómeros, (f) lubricantes, g) disolventes, (h) acondicionadores del suelo, (i) fibras, (j) adhesivos, (k) papel, (1) plaguicidas, (m) plastificantes, (n) bioplásticos, (o) revestimientos de superficie, (p) agentes reductores de tensión superficial, (q) medicinas/fármacos, y (r) cosméticos. Estos productos presentan dos grandes ventajas a favor de la sucroquímica. La primera es que la sacarosa es un producto agrícola, siendo un recurso regenerable o renovable, en tanto que el petróleo es un recurso finito. La segunda es el impacto ambiental; la mayoría de las substancias sucroquímicas son 11 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



biodegradables, atóxicas, no carcinógenas, entre otros, lo que contribuye a un efecto ambiental favorable (Figuras 5 y 6). Figura 5. Productos de reactividad de la sacarosa

Fuente: Van Nostrand (1990)




Figura 6. Productos derivados de la sacarosa

SACAROSA

FERMENTACION

SINTESIS

DEGRADACION

DEXTRANAS

ESTER DE ACIDOS GRASOS

SORBITOL, MANITOL

ALGINATOS

ISOBUTIL ACETATO

GLICEROL

GOMA XANTANA

OCTAACETATO DE SACAROSA

PROPILENGLICOL

L-LISINA

OCTABENZOATOS

METILPIPERAZIDA

BUTILENGLICOL

HEPTACIANOETIL SACAROSA

FRUCTOSA

PENICILINA

POLIHIDROALKIL SACAROSA

ACIDO GLUCONICO

AUREOMICINA

POLICARBONATO

ACIDO OXALICO

TERRAMICINA

POLIURETANO

ACIDO ARABONICO

ERITROMICINA

XANTATO DE SACAROSA

HIDROXIMETIL FURFURAL

RIBOFLAVINA B2

PESTICIDAS

ACIDO LACTICO

COBALAMINA

LEVOCAL

ACIDO LEVULINICO

Fuente: Paturau (1989)

3.2 Etanol El etanol, también llamado alcohol etílico, es un líquido incoloro e inflamable con punto de ebullición de 78 ºC. Se mezcla con agua en cualquier proporción y origina una mezcla azeotrópica, con un contenido de aproximadamente 96 %. Su fórmula química es CH3-CH2 — OH; es el principal producto de las bebidas alcohólicas, y se utiliza también como desinfectante o solvente. Posee un alto octanaje y una mayor solubilidad en gasolina que el metanol; además, es usado como un aditivo que se le añade a la gasolina para oxigenarla y mejorar la combustión La producción de etanol desde la agroindustria azucarera obliga a la




integración de la destilería con la producción de azúcar, lo que posibilita, no sólo el empleo de las mieles finales, sino también de los jugos, mieles intermedias y el uso del bagazo como energético. Desde la antigüedad, se obtenía el etanol por fermentación de una disolución con contenido en azúcares con levaduras y posterior destilación. En el transcurso de la destilación hay que desechar la primera fracción, la cual contiene principalmente metanol que se forma en procesos secundarios. Aún hoy, éste es el único método admitido para obtener etanol para el consumo humano. Sin embargo, para fines industriales, el método de obtención preferido es por hidratación del etileno (2HC=CH2) Se pueden emplear otras alternativas de materias primas del proceso azucarero, entre ellas las ventajas en el ahorro de mieles, la disminución en el consumo de combustible, el incremento en la calidad del azúcar y una mayor integración tecnológica azúcar-derivados dentro del complejo agroindustrial. En un sentido general, las opciones de producción de etanol a partir de la caña de azúcar son las siguientes (Murtagh, 1999): 

A través del uso de las melazas, tal como es usual en México y en la mayoría de los países azucareros.



Utilizando mieles intermedias “A” y “B”, con importantes aumentos del rendimiento y para bebidas de calidad.



Empleándose para este fin directamente el jugo o guarapo. Esto se realiza en destilerías autónomas, prescindiéndose entonces del área de producción de azúcar.



Aprovechamiento de jugos pobres (maceración y filtrados)



Fermentación de azucares de la biomasa cañera (bagazo o residuos de cosecha)

La obtención de etanol de melazas (A, B, o C) se diferencia de otras materias primas como maíz, papa, yuca y otros, en que éstos son productos de plantas con alto contenido de carbohidratos almacenados en la forma de almidón. Por lo tanto, estos materiales deben pasar por un proceso de pre-tratamiento de cocción o tratamiento enzimático para hidrolizarlos hasta azúcares fermentables. En contraste, los carbohidratos presentes en las melazas ya se encuentran disponibles y no requieren tratamiento. Por otra parte, la hidrólisis de materiales 14 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



lignocelulósicos de la caña de azúcar o ruptura de las moléculas en medio acuoso tiene como finalidad la transformación de azucares complejos (polisacáridos) en azucares sencillos; esto se logra con ácido sulfúrico o clorhídrico a altas temperaturas y tiempos de operación cortos o largos; el ácido actúa como catalizador y se obtiene una mezcla de glucosa y xilosa, con algunos productos de degradación como ácido acético, furfural y derivados de la ruptura de la lignina (Canizalez, 2004) De otro lado, la diversidad de alternativas tecnológicas para la producción de etanol ha hecho crucial el análisis o balance energético del proceso global, a la par del diseño y desarrollo de cada una de las operaciones que lo componen. Dentro de las nuevas tendencias de investigación y desarrollo en esta área se cuenta la integración del proceso con miras a develar las muy complejas interacciones entre las diferentes etapas del proceso productivo. El desarrollo de procesos integrados azúcar/etanol/cogeneración permitirá una reducción sustancial de los costos de producción y el incremento de la competitividad del biocombustible. La integración de procesos es una condición indispensable para optimizar el proceso de producción de etanol, de tal manera que se consideren como objetivos, no sólo la minimización de los costos productivos o la maximización de diferentes indicadores financieros, sino también el mejoramiento de los índices de desempeño ambiental de este proceso y el desarrollo de la alcohoquímica (Guo et al., 2006).

3.3 Residuos agrícolas de cosecha (punta o flores, hojas o tlazole y cogollos) Los residuos agrícolas cañeros (RAC) o basura de la caña se definen como el conjunto formado por las hojas secas, punta, las hojas verdes y el tallo verde del cogollo, que se quedan en el campo y que proporcionan materia para la elaboración de diversos derivados. Hasta la fecha, el uso de los residuos agrícolas de la cosecha es muy bajo y poco se les aprovecha, prefiriéndose su quema en la cosecha de caña, debido a que la utilización de los residuos cañeros con fines de diversificación no está generalizada, ya que depende de ciertos factores, entre los que se destaca la ausencia de una estimulación económica, la falta de empresas de procesamiento y compradores, la cultura tecnológica, el efecto en el medio ambiente y la resistencia al cambio; 15 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



a esto se le añade su baja densidad, lo que implica la necesidad de manejar grandes volúmenes para su abastecimiento y la generalización de su empleo se hace más difícil. Es decir, no existe una cadena productiva o un mercado de los residuos de la agroindustria de la caña de azúcar que permita elevar su desempeño a pesar de existir derivados potenciales, basados en su composición (Tablas 1 y 2) limitándose su uso, en algunos países, a las calderas de los ingenios azucareros sustituyendo el consumo de combustóleo (combustible fósil) y bagazo, y contribuyendo a la protección del medio ambiente a partir de su sustitución en la generación y/o cogeneración de energía eléctrica, así como en los procesos de producción del alcohol u otros sub-productos (Pérez et al., 2002). Tabla 1. Composición química del residuo de cosecha cañero Componente (%) Extraíbles etanol-tolueno Extraíbles en C 6H6 Extraíbles etanol Extraíbles agua Extraíbles en NaOH al 1 % Lignina Holocelulosa Alfacelulosa Pentosanos

Valor 3.4 2.9 2.7 3.7 49.3 24.5 78.7 47 25.6

Fuente: Aguilar (2006, 2010)

Tabla 2. Análisis bromatológico Componente (%) Materia seca Humedad Cenizas Grasas Fibra cruda Proteína Carbohidratos N2 Calcio (Ca) Magnesio (Mg) Fósforo (P) Potasio (K) Azufre (S) Hierro (Fe) Manganeso (Mn)

Valor 89.41 11.49 13.33 0.98 34.11 6.69 33.40 1.64 1.3 0.6 0.2 3.3 0.12 360 ppm 110 ppm



Zinc (Zn) Cobre (Cu) C:N


90 ppm 30 ppm 113:1


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

Bagazo integral 51.4 36.7 11.9

Bagazo desmedulado 87.3 10.6 2.1





Tabla 4. Longitud de elementos del bagazo de caña Propiedad Longitud de fibra Ancho de fibra Ancho de lumen.Espesor de pared celular Longitud de elementos de vaso Ancho de elementos de vaso Densidad de vasos (No. de vasos /mm 2)

Valor 1.1088 mm. 18.873 micras 10.85 micras. 8.023 micras. 1.23718 mm 0.10793 mm 2.143


Tabla 5. Composición química (BS) del bagazo de caña de azúcar Componente (%) Extraíbles etanol-tolueno Extraíbles etanol Extraíbles agua Extraíbles en NaOH al 1 % Lignina Holocelulosa Alfacelulosa Pentosanos

Bagazo desmedulado 3.8 2.5 4.2 32 20.7 76 46.5 25.2

Bagazo integral 4.6 7.5 1.3 34.9 20.3 74.7 45.7 22.4

Médula 2.8 2.9 1.9 36.1 20.2 77.7 34.8 28.4


Tabla 6. Análisis bromatológico (BS) del bagazo de caña de azúcar Componente (%) Bagazo desmedulado Bagazo Integral Médula

Cenizas

Grasas

13.33

0.98

Fibra cruda 34.11

7.58

1.24

10.46

1.11

Proteína

Carbohidratos

6.69

33.40

38.51

1.75

25.82

36.31

4.22

29.63





3.5 Lodo de los filtros o cachaza La cachaza, lodo de filtros o torta de filtro es el principal residuo de la industria del azúcar de caña, y su precio relativamente bajo la hace atractiva frente a otros productos orgánicos, produciéndose de 30 a 50 kg por tonelada de materia prima procesada, lo cual representa entre 3 y 5 % de la caña molida. Este porcentaje y su composición (Tabla 7) varían con las características agroecológicas de la zona, la eficiencia de fábrica, el método de clarificación empleado, entre otros factores; la cachaza es producida durante la clasificación que se hace al jugo de caña en la industria azucarera. Se recoge a la salida de los filtros al vacío, presentando aproximadamente un 25% de materia seca. Este material contiene muchos de los coloides de la materia orgánica originalmente dispersa en el jugo, conjuntamente con aniones orgánicos e inorgánicos que precipitan durante la clarificación. Otros compuestos que no son azúcares se incluyen en esos precipitados; sin embargo, por su alto contenido de humedad, por presentar olores desagradables, por su baja relación peso/volumen (igual a 0,375), por ser fuente de criaderos de moscas y otras plagas, y por tomar combustión espontánea en estado seco al exponerse al sol, la mayoría de los ingenios azucareros tienen problemas de almacenamiento, transporte y manejo. Por ello, no es totalmente aprovechada en derivados y se presentan dificultades para su eliminación (Zérega, 1993). Físicamente la cachaza es un material esponjoso, amorfo, de color oscuro a negro, que absorbe grandes cantidades de agua. La cachaza generalmente es rica en fósforo, calcio y nitrógeno, y pobre en potasio. Los altos contenidos en nitrógeno se deben a la elevada cantidad de materia orgánica que presenta este residuo; los micronutrimentos contenidos en ella se derivan parcialmente de las partículas que van adheridos a la caña. Tabla 7. Composición química de la cachaza Componente (%) Humedad Densidad (gL-1) P2O5 K 2O

Valor 70.72 180 3.21 0.24

Componente (%) MgO Carbono (C) Relación C/N pH en agua

Valor 0.66 20 38.40 7.22




CaO

2.94

Materia orgánica

N2 total Si

0.81 0.27

Proteína cruda

16

Sacarosa y ART Hierro (Fe) Magnesio (Mg) Cobre (Cu)

14 2 0.7 0.04

SO4= Zn Extracto en C6H6 (ceras, aceites y resinas) Bagacillo Manganeso (Mn) Aluminio (Al) Cenizas

*Acido aspártico

4.4

*Treonina

*Acido glutámico *Isoleucina *Leucina *Fenilalanina

3.7 2.1 3.6 1.3

*Metionina *Valina *Tirosina *Triptofano

*Histidina *Arginina **Acido capróico **Acido 3-nonanoico

2.2 0.9 0.5 2.2

*Lisina **Acido valérico **Acido pelargónico **Acido cáprico

**Acido undecílico

1.5

**Acido laúrico

5.0

**Acido linolénico

2.1

**Acido octacosanoíco

25.6

**Acido mirístico 1.6 **Acido palmítico **Acido azelaíco 2.2 **Acido esteárico **Acido linoleíco 27.0 **Acido oleíco **n-tetracosanol 1.7 **n-hexacosanol **n-heptacosanol 2.9 **n-octacosanol **n-nonacosanol 2.9 **n-dotriacontanol **n-tetratriacontanol 3.3 ** Stigmasterol **Fampesterol 30.0 **β-sitosterol * Porcentaje en peso base seca de proteína cruda de cachaza ** Porcentaje en peso base seca de ceras, resinas y aceites de cachaza Fuente:

64.03 0.97 0.51 14 25 0.16 0.5 12 2.8 0.5 3.5 0.6 1.2 2.1 1.1 0.4 0.4

18.0 8.1 10.2 5.5 60 1.7 27.5 31.6

Zérega (1993), Reinosa (2004), Martínez et al. (2002)

3.6 Mieles incristalizables o melazas de caña Las mieles finales o melazas de caña son el licor madre resultante de la cristalización final del azúcar, del cual no puede extraerse más sacarosa por métodos convencionales. Se presenta como un líquido viscoso, denso, rico en azúcares reductores y aproximadamente 60 % de los




sólidos está compuesto por sacarosa, glucosa y fructuosa, además de otras sustancias de origen orgánico como aminoácidos, ácidos carboxílicos, alifáticos y olefínicos, vitaminas, proteínas y fenoles, entre otros. La miel esta constituida por una fracción de origen mineral de gran importancia en la que se encuentran más de 20 metales y no metales en distintas proporciones. La composición de la miel es en extremo variable (Tabla 8), pues depende de factores agrícolas e industriales como variedad, grado de madurez, clima, condiciones de cultivo, tipo de corte, eficiencia industrial, etc. Debido a su alto contenido de azúcares, tiene un considerable precio en el mercado internacional; actualmente, constituye un producto importante de la industria azucarera por su empleo como material o sustrato, al ser un co-producto de bajo costo capaz de ser modificado por la acción de los elementos vivos para la transformación en procesos biotecnológicos en productos o derivados finales útiles al hombre. Tabla 8. Composición promedio de las melazas de caña Componente (%) Agua Brix Sólidos totales Densidad (gL-1) Azucares totales Sacarosa Glucosa Proteína cruda Nitrógeno ( N2) ELN Grasas Fibra bruta Cenizas Gomas y coloides Aminoácidos

Valor 20.5 79.5 75.0 1.41 46.0 28.0 9.3 3.0 0.35 63.0 0.0 0.0 8.1 8.9 0.95

Componente (%) Calcio (Ca) Fósforo (P 2O3) Sodio (Na) Cloruros (Cl -) Azufre (S) Cu (mg/kg) Hierro (mg/kg) Manganeso (mg/kg) Zinc (mg/kg) Biotina (mg/kg) Colina (mg/kg) Ac. pantoténico (mg/kg) Riboflavina (mg/kg) Tiamina (mg/kg) Si (%)

Valor 0.8 0.08 2.4 1.4 0.5 36 249 35 13 0.36 745 21 1.8 0.9 0.2

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




3.7 Vinazas de destilería Las mieles de caña fermentadas – y posteriormente destiladas – producen un residuo industrial en forma de aguas residuales aprovechable llamado vinaza, que tiene un serio problema relacionado con el alto contenido de materia orgánica. La vinaza es un líquido brillante, de color pardo oscuro, naturaleza ácida, olor característico a miel de caña y sabor a malta; en términos del volumen producido se estima que, por cada litro de alcohol obtenido a partir de mosto de melaza, se generan alrededor de 10 a 13 litros de vinaza; su composición química promedio (Tabla 9) es muy similar a aquellas obtenidas de la destilación de mieles de remolacha. Tabla 9. Composición promedio de las vinazas de destilería Componente pH Conductividad Ca+2 (molL-1) Mg +2(molL-1) Na +1(molL-1) K +1(molL-1) Cl -(molL-1) SO4 =(molL-1) CO3 =(molL-1) HCO3- (molL-1) Zn (molL-1) DQO (mgL-1) Viscosidad (cp) Densidad (gL-1 ) Ácidos orgánicos volátiles, mg/L Humedad (%) Fuente:

Valor 4.44 29.3 45.7 46.0 0.44 10.1 112.8 31.2 0.6 7.3 60.0 70,000 1.17 1.020 10,824

Componente Fe (mgL-1) N2 (%) Levaduras (%) Cenizas (gL-1) Carbono total (%) P2O5 (gL-1) Materia orgánica (gL -1) ART (%) Sólidos totales (mg/L) Brix (°) Temperatura DBO (mgL-1) C/N relación Proteínas (%) Sólidos totales volátiles, (mg/L) Sólidos totales (mg/L)

94.5

Valor 1.4 2 30 10 5.6 19.87 31.60 2.75 66,043 10.2 < 75°C 29 000 2.4 11-16 45,000 21,500

Rocha et al. (2007), McPherson et al. (2002), Gómez (1996), Durán de Bazua (1991)

Su alto contenido en agua, sales, materias orgánicas, proteínas y levaduras permite valorar diferentes alternativas de aprovechamiento:






Fertirrigación para fertilizar directamente suelos con permeabilidad razonable y una buena capa de materia orgánica, lo que permitiría elevar el rendimiento de la caña de azúcar.



Digestión anaeróbica para producir gas metano, el cual podría ser empleado como combustible para la producción del vapor necesario para la destilación, la limpieza de fermentadores y otras labores, con lo que se podría ahorrar el 50 % del combustible tradicional empleado en destilerías (combustóleo); el residuo sólido sería utilizado como fertilizante.



La recirculación de 20 a 25 % de las vinazas al proceso, incorporándolas a la fermentación, permitiría aprovechar la levadura que ha permanecido sin reaccionar, y se ahorraría parte del agua empleada como diluyente en el proceso. Esta solución debe ser controlada para mantener la velocidad de fermentación y los restantes parámetros del proceso.



Desecación del mosto para alimentación animal, sólo o mezclado con bagazo, cogollo de caña de azúcar u otros aditivos. Esta opción es valorada muy positivamente por muchos autores, como una solución en países del Tercer Mundo, donde es posible incorporar a la dieta de cerdos, rumiantes y aves (Rocha et al., 2007)

4. Conclusiones El éxito de los proyectos de diversificación a nivel industrial − donde la composición de los productos, co-productos y sub-productos juega un papel fundamental − dependerá de la capacidad de los involucrados para transformar ventajas comparativas, derivadas de su ubicación geográfica y de las características económicas y tecnológicas que existen en esa ubicación, en ventajas competitivas dinámicas con un plan prospectivo, capaces de mantenerse a través del tiempo, adoptando una visión holística y considerando aspectos tan importantes como las relaciones sociales que se generan alrededor de los proyectos y que salen de la esfera impersonal del mercado. Asimismo, la aplicación de los programas de gestión ambiental involucra aquellos procesos de interacción institucional en los cuales se promueven los 23 ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera



procesos de planeación ambiental y participación comunitaria; una buena gestión ambiental en la agroindustria de la caña de azúcar debe reconocer los actores involucrados en la problemática ambiental − la comunidad, la autoridad local y ambiental, etc. −, e interactuar con ellos para alcanzar los objetivos comunes de diversificación.




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AZÚCAR, COPRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS EN LA DIVERSIFICACION DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR

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