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Caña de azúcarTRANSCRIPT
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LA CAÑA DE AZÚCAR
La caña de azúcar (Saccharum Officinarum) es
una gramínea tropical, un pasto gigante
emparentado con el sorgo y el maíz en cuyo tallo
se forma y acumula un jugo rico en sacarosa,
compuesto que al ser extraído y cristalizado en el
ingenio forma el azúcar. La sacarosa es
sintetizada por la caña gracias a la energía
tomada del sol durante la fotosíntesis.
1. CONSTITUYENTES DE LA CAÑA
El tronco de la caña de azúcar está compuesto por una parte sólida llamada fibra y una parte
líquida, el jugo, que contiene agua y sacarosa. En ambas partes también se encuentran otras
sustancias en cantidades muy pequeñas.
Las proporciones de los componentes varían de acuerdo con la variedad (familia) de la caña,
edad, madurez, clima, suelo, método de cultivo, abonos, lluvias, riegos, etc. Sin embargo
unos valores de referencia general pueden ser:
Agua 73 – 76 %
Sacarosa 8 – 15 % fibra 11 – 16 %
La sacarosa del jugo es cristalizada en el proceso como azúcar y la fibra constituye el bagazo
una vez molida la caña.
Otros constituyentes de la caña presentes en el jugo son:
Glucosa 0,2 – 0,6 %
Fructosa 0,2 – 0,6 % Sales 0,3 – 0,8 % Ácidos orgánicos 0,1 – 0,8 % otros 0,3 – 0,8 %
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2. TECNOLOGÍA DE LA CAÑA DE AZÚCAR
2.1 INTRODUCCIÓN
El dulce sabor del azúcar es grato al paladar, pero también uno de los alimentos más
importantes que tiene el hombre para formar las calorías que necesita el organismo humano.
Sin embargo, es perjudicial injerirlo en exceso como cualquier otro elemento, ya que solo
necesitamos una cantidad mínima indispensable para conservar la salud.
El azúcar común se presenta en varias formas: en grano, molido, tamizado, en cuadradillos,
blanco y moreno. Todas ellas, pese a su diferente aspecto y color tienen la misma
composición química designada con el nombre de sacarosa, aunque hay algunos azucares
que no contienen esta sustancia.
Pero todos los azucares se componen de carbono, hidrógeno y oxígeno mezclados en
diferentes proporciones, y de distintas maneras de acuerdo a su procedencia.
Los vegetales por ejemplo, lo contienen disuelto en su savia, por ello los melocotones, uvas,
melones y naranjas son dulces y los cereales, guisantes, cebolla, remolacha y otros productos
de huerta contienen igualmente azúcar, aunque en menor proporción.
Por otro lado, las abejas y otros insectos liban las flores porque tienen azúcar y los animales
poseen azúcar en la sangre y en algunas de sus secreciones, como la miel y la leche.
Las variedades del azúcar más usadas son: la sacarosa, obtenida de la caña de azúcar y la
remolacha azucarera; la glucosa o dextrosa, proveniente de los cereales como las patatas o
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cualquier otra sustancia conteniendo féculas; la lactosa es el azúcar de leche; la maltosa,
proveniente de la malta y la fructuosa o levulosa, de las frutas.
Algunos de estos azúcares son de difícil cristalización y por ello se utilizan en forma de jarabe.
2.1.1 Azúcares
Grupo de los hidratos de carbono sencillos de origen vegetal, solubles en agua y de sabor
dulce; de forma molecular Cx(H2O)y, se clasifican en dos amplios sistemas: CETOSA si
presenta una cetona y ALDOSA si presenta un aldehído, entre ellos se encuentra la sacarosa,
o azúcar de caña por antonomasia recibe a veces el nombre de azúcar.
La clasificación química y su definición se muestran en el siguiente cuadro:
Clasificación Química
CLASIFICACIÓN DEFINICIÓN
Monosacáridos Son carbohidratos elementales que no pueden hidrolizarse para obtener menores moléculas, son de sabor dulce e hidrosoluble. Ejemplo: glucosa, fructosa, galactosa, ribosa.
Disacáridos Están formados por dos monosacáridos susceptibles de hidrólisis produciendo los constituyentes. Ejemplo: Sacarosa, maltosa, lactosa.
Oligosacárido Son compuestos formados entre dos y ocho monosacáridos o disacáridos. Ejemplo: rafinosa, celibiosa
Polisacárido Están formados por más de ocho monosacáridos susceptibles de hidrólisis parcial o total. Ejemplo: celulosa, almidón, glucógeno.
2.1.2 Sacarosa
La azúcar, constituida por la sacarosa, es el comercial; su fuente, además de la caña de
azúcar es la remolacha azucarera.
La sacarosa es un disacárido conteniendo una molécula de glucosa y una molécula de
fructosa unidas por enlace dicarbonílico; cristaliza de una solución acuosa como compuesto
anhídrido en forma de prismas.
La sacarosa pura, funde a 1880C, se transforma en caramelo alrededor de los 2000C y
finalmente deja un residuo de carbón. La solución acuosa es dextrógira con rotación
especifica (+ 66.53º, 20 0C) a una concentración de 26 gramos por 100 mililitros de agua.
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La sacarosa hidroliza con facilidad en soluciones ácidas a velocidades aumentando
notablemente según el incremento de temperatura y disminución del pH. La hidrólisis invierte
el poder rotatorio; por ello, el proceso se denomina inversión y la mezcla de azúcares
formados recibe el nombre de azúcar invertido.
La sacarosa hidrolizada mediante ácidos diluidos o por acción de la enzima invertasa, se
desdobla en D(+) 53º glucosa y D(-) 92º fructuosa. El poder levógiro resulta de la suma
algebraica de los poderes dextrógiro de la glucosa y levógiro de la fructosa.
Esta reacción es fundamental en la fabricación del azúcar.
C12 H22 011 + H20 C6 H12 O6 + C6 H12 O 6
Sacarosa + agua glucosa + fructosa
Las propiedades Químicas y Físicas se muestran en los siguientes cuadros
PROPIEDADES QUÍMICAS
Hidrólisis En medio acuoso se hidroliza
Descomposición
alcalina
Se descompone en soluciones con iones (OH)
Descomposición
Térmica
Se descompone lentamente
Oxidación La oxidación forma bióxido de carbono y agua
Reducción Se reduce con el hidrógeno
Reacciones
Bioquímicas
Hidrólisis enzimáticas con fermentos catalizadores
PROPIEDADES FÍSICAS
Solubilidad Soluble, aumenta con la temperatura
Cristalización Estructura Monoclínica
Densidad A 15ºC es 1,5879 gr/ml.
Viscosidad Varía con la temperatura
Tensión Superficial Inactiva
Óptica Es incolora en soluciones puras
Conductividad Eléctrica No conductora
Solventes Insoluble en derivados del petróleo y muy
soluble en agua.
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Los tipos de azúcar que se expenden en el comercio son:
- Azúcar para Exportación
- Azúcar Rubia uso Doméstico
- Azúcar Rubia uso Industrial
- Azúcar Blanca Sulfitada
- Azúcar Refinada uso Doméstico
- Azúcar Refinada uso Industrial
- Azúcar para Farmacopea
2.3 MATERIA PRIMA
2.3.1 Caña de Azúcar
La caña de azúcar es una gramínea gigante perteneciente al género Saccharum, casi todas la
caña de azúcar es de la misma especie, la diferencia en condiciones de crecimiento (clima,
etc.) afectan la característica del jugo. Por ejemplo, el contenido de azúcar del jugo de la caña
cultivada en los trópicos es mayor al de la caña que crecen en climas más fríos. El tiempo de
la caña para el crecimiento antes de la cosecha varía según los países y puede ser de 7
meses a 2 años. El rendimiento de azúcar del jugo de caña es alrededor de 14 al 17%. La
caña todavía se corta a mano o mecánicamente en algunos casos donde la topografía y la
extensión del terreno lo permiten y los jugos se extraen a presión entre rodillos.
Los principales usos derivados de la materia prima son mostrados en el cuadro siguiente:
JUGO BAGAZO COGOLLO Azúcar, mieles Fertilizantes Alimento para
ganado
Alcohol Cartón -
Polímeros (policloruro de vinilo) Papel -
Vinaza (levadura) Combustible -
Pienzo (alimento animal) - -
Etanol - -
Aguardiante - -
Vodka de caña - -
Acido Cítrico - -
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2.3.2 Cal
La calidad de cal empleada es importante para una buena eliminación de impurezas y lograr
una buena clarificación de jugo.
Se adquiere en forma de cal viva en trozos (CaO), que debe reunir los siguientes requisitos:
80% de CaO aprovechable como mínimo; 15% de granza (sólidos insolubles) como máximo.
Debe evitarse Sales que contengan más de 2% de óxido de magnesio (MgO), así como la
sílice.
Existen algunas pruebas empíricas pudiendo dar idea de una buena calidad de cal; al
mezclarse con la mitad de su peso en agua, la cal debe calentar mucho en pocos minutos.
Esta en trozos no es conveniente agregar directamente al jugo, pues la disolución es
relativamente lenta y difícil; de tal modo que algunas fracciones de jugo se sobreencalan;
mientras otras se encalan insuficientemente.
Se prepara inicialmente lechada de cal, con los trozos de cal viva (CaO) y agua. Esta lechada,
se mezclará con el jugo, pues así su difusión. Será más rápida y su acción más regular. Esta
lechada es un liquido blanco lechoso que contiene cal apagada en suspensión y en solución
Ca(OH)2. Aditivo necesario para la clarificación de los jugos que proceden de la trituración de
la caña de azúcar.
2.3.3 Carbón de Huesos
Los carbones decolorantes se usan en la industria del azúcar como agentes purificadores en
la producción de azucares blancos y refinados. Generalmente se aplican en soluciones de
55-60º Brix y con temperaturas de 65-80ºC.
Los carbones animales se usan extensamente en la industria de la refinación removiendo el
color y también una buena proporción de cenizas
Estos carbones se fabrican sometiendo huesos desengrasados a la destilación destructiva de
una retorta cerrada durante 8 hr y a la temperatura del rojo cereza. Debe enfriarse el
contenido de la retorta antes de dejar entrar el aire. Después se muele y se pasa por el
cernidor.
2.3.4 Colorantes
Los colorantes se usan en la industria azucarera para alterar el color natural del producto. De
acuerdo con el propósito de su aplicación, pueden distinguirse cuatro tipos de colorantes:
- Colorantes acentuando la blancura del azúcar
- Colorantes alterando algunas de las propiedades de los azucares crudos.
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- Colorantes alterando el color de la melaza.
- Colorantes usados en la fabricación de azucares de fantasía.
2.4 PROCESO
2.4.1 Producción del Azúcar
2.4.1.1 A partir de la Caña de Azúcar
La fabricación de azúcar a partir de la caña de azúcar es uno de los sectores industriales más
grandes del país.
La caña de azúcar, una vez cosechada, generalmente contiene en peso, un 15% de fibra y un
85% de jugo; el jugo a su vez está constituido de un 80% de agua; un 12% de sacarosa y un
8% de azúcares invertidos e impurezas.
La caña de azúcar se puede cosechar en forma manual o mecanizada; del método utilizado
depende la cantidad de impurezas que ingresen a la molienda de la caña; generalmente, hay
muchas impurezas cuando se hace la cosecha en forma mecanizada.
a. Producción de Azúcar Cruda
La manufactura del azúcar se inicia con el lavado de la caña; para ello se utiliza el agua
obtenida de la condensación de los vapores que salen de los evaporadores. El efluente de
esta operación representa el mayor flujo de agua residual de la planta. Después de lavada, la
caña es cortada en pequeños trozos que circulan a un molino de rodillos, para ser molidos. Se
obtiene así un jugo caliente de color verde oscuro con un pH de 5,2 que posteriormente es
tamizado para eliminar trozos de tallos y otros residuos.
Los residuos fibrosos de la molienda y del tamizado, reciben el nombre de bagazo;
generalmente, el bagazo es utilizado como combustible de los calderos para la generación de
vapor; otro uso es como materia prima en la producción de papel. También se ha registrado
su uso para la fabricación de tableros de madera.
Una vez tamizado el jugo se lo trata con cal a un pH 8, para evitar la inversión de la
sacarosa; posteriormente es calentado y enviado a los clarificadores, donde se precipitan los
compuestos insolubles en forma de lodos. Estos, a su vez se filtran al vacío, reciclándose el
filtrado a los clarificadores. La pasta resultante es un desecho sólido.
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El jugo clarificado es concentrado en evaporadores de múltiple efecto para su extracción,
produciéndose además la cristalización de los azúcares en los reactores al vacío. Esta mezcla
de cristales y jarabe de azúcar se somete a un proceso de centrifugado con el objeto de
separar los cristales de azúcar de la melaza, la cual todavía contiene azúcar disuelta y es
recirculada a las charolas de evaporación; finalmente, la melaza residual es baja en sacarosa
y se utiliza para producir alcohol etílico o como complemento alimenticio de animales, y para
otros usos.
El azúcar retenido en la centrífuga se descarga en un transportador que conduce al secador
rotatorio continuo. De aquí es enviado a un tamiz vibratorio que lleva incorporado un molino
de bolas, el cual se desintegran los cristales gruesos. Las partículas muy finas retornan al
proceso. El azúcar ya tamizado se transporta a silos para luego ser pesado y empacado
automáticamente.
El azúcar de caña obtenido por el proceso descrito es un azúcar crudo, que requiere ser
refinado para eliminar la melaza, partículas de bagazo, sales orgánicas e inorgánicas que
contienen.
b. Refinación del Azúcar
La azúcar cruda que llega a la refinería contiene 98% de sacarosa. En la primera etapa de la
refinación es reblandecer la capa de impureza que envuelve a los cristales de azúcar con un
jarabe de azúcar saturado caliente. Esta mezcla se centrifuga y en esta operación los cristales
de azúcar se rocían con agua para eliminar las impurezas.
Los cristales de azúcar lavados se disuelven a continuación con agua caliente se tratan con
sal para elevar el pH 7.3 a 7.6 y la temperatura se aumenta a 820C.
Después la mezcla caliente se filtra, el color y la solución de azúcar se elimina filtrando a
través de carbón de huesos después de lo cual el azúcar se cristaliza en charolas de vacío y
se refrigeran.
Durante la centrifugación, los cristales se lavan con agua, se secan, se pasan por mallas para
graduarlos por tamaños y se empacan. El azúcar de grano grande se emplea en la fabricación
de dulces y caramelos.
El azúcar de mesa se obtiene de los granos finos. El azúcar para dulces ultrafinos se elabora
moliendo los cristales en molinos pulverizadores. Para evitar la aglutinación en el azúcar para
dulcería se agrega un poco de almidón de maíz, El azúcar también se forma en cubos o
tabletas haciendo una mezcla de cristales de azúcar y jarabe blanco a presión seguido de
secado.
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C. Diagrama de bloques de la producción del azúcar
Producción de Azúcar a Partir de la Caña de Azúcar
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2.4.1.2 Azúcar a partir de la remolacha
La eliminación del azúcar de las remolachas
requiere un proceso bastante distinto al de la
caña. La remolacha, cada una de las cuales
pesa alrededor de 1 kg y contiene
aproximadamente 14 cucharaditas de azúcar
en su raíz, se lava al llegar a la fábrica
procedente de la granja. Se rebana en tiras
muy delgadas y se coloca en grandes
tanques de agua caliente donde se extrae el
jugo dulce.
La remolacha (Beta vulgaris) almacena el
azúcar en la raíz. La elaboración de azúcar
de remolacha es una operación continua que no produce el azúcar cruda intermedia. Las
remolachas contienen de 16 a 20% de azúcar como sacarosa; el rendimiento de azúcar por
acre es considerablemente inferior al que se obtiene del azúcar de caña. Las remolachas se
plantan como semillas y requieren 70 días para desarrollarse hasta su cosecha,
cosechándose mecánicamente.
En la refinería, puede almacenarse en el exterior en grandes montones hasta que se le
procesa a diferencia del azúcar de caña.
Al extraer el azúcar, las remolachas se lavan, se pasan por rebanadoras que las rompen en
tiras delgadas llamadas "cosettes", se recubren con agua caliente para extraer el azúcar. El
jugo del proceso de extracción se trata con cal o hidróxido de calcio. La cal elimina las
impurezas como precipitado; a continuación se utiliza dióxido de carbono para eliminar el
exceso de hidróxido de calcio así como carbonato de calcio. El jugo de azúcar se filtra y
después se trata otra vez con dióxido de carbono para precipitar el hidróxido de calcio
residual. El extracto se blanquea con dióxido de azufre para eliminar los componentes de
color en el jugo, se concentra al vacio de 60 -70% de sólidos solubles y se filtra a través de
carbón de huesos. El Liquido filtrado se concentra en charolas de lavado para formar azúcar
cristalina.
El azúcar se procesa lo mismo que la caña de azúcar. El licor final de lavado se usa en la
fabricación de glutamato monosódico. La pulpa de remolacha ya agrietada y las hojas se
secan y se venden como alimento para ganado.
El procesamiento completo de las remolachas desde su recepción hasta la producción de
azúcar granulada, se lleva a cabo dentro de la misma fábrica.
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3. MAPA MENTAL
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4. BIBLIOGRAFÍA
- Carranza Noriega R. Tecnología Industrial. Edit. Univ. del Callao. Lima 2003
- Desrosier N. Elementos de Tecnología de alimentos. Edit. CECSA. México, 1994.
- Garay Robles. G. Recursos agroindustriales. UNHEVAL. 2006
Mg. Gerardo Garay Robles. Facultad de Ingeniería Industrial y sistemas
UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN