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

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2010 N. Aguilar-Rivera D. A. Rodríguez Lagunes y A. Castillo Morán

AZÚCAR, COPRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS EN LA DIVERSIFICACIÓN DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE

AZÚCAR Universidad Veracruzana

Córdoba, Veracruz, México

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

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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. 94945 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 in regional sustainable development and incomes while, at the same time, reduces its vulnerability to change by bringing flexibility to future business

mailto:[email protected]


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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


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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


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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).


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Figura 1. Integración productiva de la industria azucarera

Caña de Azúcar(SaccharumOfficinarum)

Sacarosa

Azúcar Crudo

Azúcar Mascabado

Azúcar Refinado

Otros Tipos (Cristal, Blanco, Rubio etc)

Melazas

Ácidos Orgánicos

Productos Biotecnológicos

Etanol

Vinazas

Fertirriego

Biogás

Bagazo y Residuos de cosecha

Vapor y Electricidad

Derivados lignocelulosicos

Gas Combustible

Productos agropecuarios

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

Figura 2. Derivados de la industria cañera

Melazas

Sacarosa

Bagazo y RAC

Cachaza(Lodo de Filtros)

Etanol

Vinazas

Caña de Azúcar

Etanol

Aguardiente

Meladura

A. Pecuarios

Piloncillo

Jugo y bebidas

Combustible

Sustrato

Xilitol

Biogás

Celulosa

Furfural

Tableros

Etanol

Carbón activo

BioOil

Sorbitol

Detergente

Goma Xantana

Antibióticos

Aminoácidos

Dextrana

HM Furfural

Sucroquimica

Bioplasticos

A. Pecuarios Rones

Levaduras

Acido Cítrico Glutamato

Bioplasticos

Enzimas

Solventes

Fármacos

Gasohol

Etileno

Acetaldehido

Plásticos

Biodiesel

Bebidas

Alcohoquimica

Biogás

Fertirrigación

A. Pecuarios

Levaduras

Combustible

Sustrato

A. Pecuario

Biogás

Composta

Ceras

Resinas

Fitoesteroles

Etanol Acido Láctico

L-Lisina

ServiciosAmbientales

Créditos de carbono (PSA y MDL)

Biodiesel Bioetanol

Fuente: Aguilar et al. (2009)


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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):

ü 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.

ü 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.

ü 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).


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Figura 3. Diagrama de producción conjunta

++++

Mano deObra

Insumos

Materia Prima:

Caña de AzúcarOperacionesUnitarias

P1Productosprincipales

P3Subproductos

Proceso de separación

P2Coproductos

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


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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


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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’).


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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


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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)


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Figura 6. Productos derivados de la sacarosa

SACAROSA

FERMENTACION SINTESIS DEGRADACION

ESTER DE ACIDOS GRASOSDEXTRANAS SORBITOL, MANITOL

ISOBUTIL ACETATOALGINATOS GLICEROL

GOMA XANTANA OCTAACETATO DE SACAROSA PROPILENGLICOL

L-LISINA OCTABENZOATOS METILPIPERAZIDA

BUTILENGLICOL

PENICILINA

FRUCTOSAHEPTACIANOETIL SACAROSA

ACIDO GLUCONICOPOLIHIDROALKIL SACAROSA

ACIDO OXALICOPOLICARBONATO

POLIURETANO

XANTATO DE SACAROSA

PESTICIDAS

LEVOCAL

AUREOMICINA

TERRAMICINA

ERITROMICINA

RIBOFLAVINA B2

COBALAMINA

ACIDO ARABONICO

HIDROXIMETIL FURFURAL

ACIDO LACTICO

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


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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):

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

países azucareros.

ü Utilizando mieles intermedias “A” y “B”, con importantes aumentos del rendimiento y

para bebidas de calidad.

ü Empleándose para este fin directamente el jugo o guarapo. Esto se realiza en destilerías

autónomas, prescindiéndose entonces del área de producción de azúcar.

ü Aprovechamiento de jugos pobres (maceración y filtrados)

ü 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


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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;


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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 (%) Valor Extraíbles etanol-tolueno 3.4

Extraíbles en C6H6 2.9 Extraíbles etanol 2.7 Extraíbles agua 3.7

Extraíbles en NaOH al 1 % 49.3 Lignina 24.5

Holocelulosa 78.7 Alfacelulosa 47 Pentosanos 25.6

Fuente: Aguilar (2006, 2010)

Tabla 2. Análisis bromatológico

Componente (%) Valor Materia seca 89.41

Humedad 11.49 Cenizas 13.33 Grasas 0.98

Fibra cruda 34.11 Proteína 6.69

Carbohidratos 33.40 N2 1.64

Calcio (Ca) 1.3 Magnesio (Mg) 0.6

Fósforo (P) 0.2 Potasio (K) 3.3 Azufre (S) 0.12 Hierro (Fe) 360 ppm

Manganeso (Mn) 110 ppm


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Zinc (Zn) 90 ppm Cobre (Cu) 30 ppm

C:N 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 Bagazo integral Bagazo desmedulado Fibra y epidermis 51.4 87.3

Médula o parénquima 36.7 10.6 Solubles 11.9 2.1



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Tabla 4. Longitud de elementos del bagazo de caña

Propiedad Valor Longitud de fibra 1.1088 mm. Ancho de fibra 18.873 micras

Ancho de lumen.- 10.85 micras. Espesor de pared celular 8.023 micras.

Longitud de elementos de vaso 1.23718 mm Ancho de elementos de vaso 0.10793 mm

Densidad de vasos (No. de vasos /mm2)

2.143


Tabla 5. Composición química (BS) del bagazo de caña de azúcar

Componente (%)

Bagazo desmedulado

Bagazo integral Médula

Extraíbles etanol-tolueno 3.8 4.6 2.8 Extraíbles etanol 2.5 7.5 2.9 Extraíbles agua 4.2 1.3 1.9

Extraíbles en NaOH al 1 % 32 34.9 36.1 Lignina 20.7 20.3 20.2

Holocelulosa 76 74.7 77.7 Alfacelulosa 46.5 45.7 34.8 Pentosanos 25.2 22.4 28.4


Tabla 6. Análisis bromatológico (BS) del bagazo de caña de azúcar

Componente (%) Cenizas Grasas Fibra

cruda Proteína Carbohidratos

Bagazo desmedulado

13.33 0.98 34.11 6.69 33.40

Bagazo Integral

7.58 1.24 38.51 1.75 25.82

Médula 10.46 1.11 36.31 4.22 29.63



19



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 (%) Valor Componente (%) Valor Humedad 70.72 MgO 0.66

Densidad (gL-1) 180 Carbono (C) 20

P2O5 3.21 Relación C/N 38.40 K2O 0.24 pH en agua 7.22


20



CaO 2.94 Materia orgánica 64.03

N2 total 0.81 SO4= 0.97

Si 0.27 Zn 0.51

Proteína cruda 16 Extracto en C6H6 (ceras, aceites y resinas)

14

Sacarosa y ART 14 Bagacillo 25

Hierro (Fe) 2 Manganeso (Mn) 0.16 Magnesio (Mg) 0.7 Aluminio (Al) 0.5

Cobre (Cu) 0.04 Cenizas 12

*Acido aspártico 4.4 *Treonina 2.8

*Acido glutámico 3.7 *Metionina 0.5

*Isoleucina 2.1 *Valina 3.5 *Leucina 3.6 *Tirosina 0.6

*Fenilalanina 1.3 *Triptofano 1.2

*Histidina 2.2 *Lisina 2.1

*Arginina 0.9 **Acido valérico 1.1 **Acido capróico 0.5 **Acido pelargónico 0.4

**Acido 3-nonanoico 2.2 **Acido cáprico 0.4

**Acido undecílico 1.5 **Acido laúrico 5.0

**Acido linolénico 2.1 **Acido octacosanoíco 25.6

**Acido mirístico 1.6 **Acido palmítico 18.0

**Acido azelaíco 2.2 **Acido esteárico 8.1 **Acido linoleíco 27.0 **Acido oleíco 10.2 **n-tetracosanol 1.7 **n-hexacosanol 5.5 **n-heptacosanol 2.9 **n-octacosanol 60 **n-nonacosanol 2.9 **n-dotriacontanol 1.7

**n-tetratriacontanol 3.3 ** Stigmasterol 27.5 **Fampesterol 30.0 **β-sitosterol 31.6

* Porcentaje en peso base seca de proteína cruda de cachaza ** Porcentaje en peso base seca de ceras, resinas y aceites de cachaza

Fuente: 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


21



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 (%) Valor Componente (%) Valor Agua 20.5 Calcio (Ca) 0.8 Brix 79.5 Fósforo (P2O3) 0.08

Sólidos totales 75.0 Sodio (Na) 2.4 Densidad (gL-1) 1.41 Cloruros (Cl-) 1.4 Azucares totales 46.0 Azufre (S) 0.5

Sacarosa 28.0 Cu (mg/kg) 36 Glucosa 9.3 Hierro (mg/kg) 249

Proteína cruda 3.0 Manganeso (mg/kg) 35 Nitrógeno ( N2) 0.35 Zinc (mg/kg) 13

ELN 63.0 Biotina (mg/kg) 0.36 Grasas 0.0 Colina (mg/kg) 745

Fibra bruta 0.0 Ac. pantoténico (mg/kg) 21 Cenizas 8.1 Riboflavina (mg/kg) 1.8

Gomas y coloides 8.9 Tiamina (mg/kg) 0.9 Aminoácidos 0.95 Si (%) 0.2

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


22



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 Valor Componente Valor pH 4.44 Fe (mgL-1) 1.4

Conductividad 29.3 N2 (%) 2 Ca+2 (molL-1) 45.7 Levaduras (%) 30 Mg +2(molL-1) 46.0 Cenizas (gL-1) 10 Na +1(molL-1) 0.44 Carbono total (%) 5.6 K +1(molL-1) 10.1 P2O5 (gL-1) 19.87 Cl -(molL-1) 112.8 Materia orgánica (gL-1) 31.60

SO4 =(molL-1) 31.2 ART (%) 2.75

CO3 =(molL-1) 0.6 Sólidos totales (mg/L) 66,043

HCO3- (molL-1) 7.3 Brix (°) 10.2

Zn (molL-1) 60.0 Temperatura < 75°C DQO (mgL-1) 70,000 DBO (mgL-1) 29 000

Viscosidad (cp) 1.17 C/N relación 2.4 Densidad (gL-1 ) 1.020 Proteínas (%) 11-16 Ácidos orgánicos volátiles, mg/L

10,824 Sólidos totales volátiles, (mg/L)

45,000

Humedad (%) 94.5 Sólidos totales (mg/L) 21,500

Fuente: 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:


23



ü 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.

ü 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.

ü 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.

ü 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


24



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.


25



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Documents

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