Proceso De Produccion De Azucar 6r4v29

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Ingeniería

Azúcar: LA INDUSTRIA AZUCARERA EN MÉXICO Y EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AZÚCARES

ROMO DE LA FUENTE ARMANDO MINOR LÓPEZ ÓSCAR FONSECA FONSECA AYAX

Procesos Industriales Grupo: 1 Ing. José Luis Morales Salvatierra 20 de abril de 2011

CONTENIDO   OBJETIVO  .......................................................................................................................................................  3   INTRODUCCIÓN:  INDUSTRIA  ALIMENTICIA  .....................................................................................................  3   EL  AZÚCAR  .....................................................................................................................................................  3   CLASIFICACIÓN  DE  AZÚCARES  ....................................................................................................................................  4   HISTORIA  Y  EVOLUCIÓN  DEL  AZÚCAR  EN  MÉXICO  ..........................................................................................................  6   PROCESO  PRODUCTIVO  ..................................................................................................................................  8   LABORES  DE  CAMPO  Y  COSECHA  DE  CAÑA  DE  AZÚCAR  ...................................................................................................  8   PROCESAMIENTO  ..................................................................................................................................................  11   CONCLUSIÓN  ................................................................................................................................................  19   BIBLIOGRAFÍA  ..............................................................................................................................................  19  

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OBJETIVO El presente trabajo tiene como objetivo general presentar y describir el proceso industrial de la producción de azúcar. Para entender dicho proceso es importante explicar qué es el azúcar, qué características alimenticias tiene, cómo se procesa y que productos obtenemos de dicho procesamiento. En este trabajo también se explica brevemente la historia de la Industria Azucarera en México, así como la importancia que tiene el azúcar como producto de la Industria Alimenticia.

INTRODUCCIÓN: INDUSTRIA ALIMENTICIA La industria alimenticia se refiere a un conjunto de actividades industriales dirigidas al tratamiento, la transformación, la preparación, la conservación y el envasado de productos alimenticios. La materia prima utilizada en esta industria puede ser de origen animal o vegetal, por lo que se apoya de la agricultura, la ganadería y la pesca. Algunos de los pricipales procesos de fabricación y producción en esta industria son la fermentación, cocción, deshidratación y destilación. De la misma forma, algunos de los procesos más utilizados para la conservación de alimentos son: esterilización por radiación, acción química, pasteurización, esterilización antibiótica, deshidratación y refrigeración.

EL AZÚCAR El azúcar es un alimento de origen natural que se extrae de la remolacha o de la caña de azúcar. Está formado por sacarosa, un disacárido constituido por la unión de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. La principal función del azúcar es proporcionar la energía que nuestro cuerpo necesita para el funcionamiento de órganos tan importantes como el cerebro y los músculos.

Figura 1. Molécula de sacarosa

Sólo el cerebro es responsable del 20% del consumo de la energía procedente de la glucosa, aunque también es necesaria para otros tejidos del organismo ya que todas las 3

células del cuerpo humano son capaces de oxidar glucosa. Además, esta energía es de fácil y rápida asimilación, por esta razón, el organismo la emplea inmediatamente y no se almacena de forma tan eficaz como las grasas.

CLASIFICACIÓN DE AZÚCARES Dependiendo de su origen, el azúcar puede ser clasificado en azúcar de Caña o de Remolacha. Caña de azúcar. La caña de azúcar requiere altas temperaturas durante el período de crecimiento y bajas temperaturas durante el período de maduración. Mientras más grande sea la diferencia entre las temperaturas máximas y mínimas durante la maduración, mayores serán las posibilidades de obtener jugos de alta pureza y un mayor rendimiento de azúcar. Las temperaturas óptimas para diferentes etapas del desarrollo de este cultivo son: para la germinación entre 32°C y 38°C, para el macollamiento 32°C y para el crecimiento 27°C. La caña necesita la mayor disponibilidad de agua y de luz en la etapa de crecimiento y desarrollo, durante el período de maduración esta cantidad debe reducirse, para restringir el crecimiento y lograr el acumulo de sacarosa.

Figura 2. Cosecha de caña de azúcar.

Remolacha. La remolacha azucarera es una planta bianual, que durante el primer año (fase vegetativa) engrosa su raíz (obtención del azúcar), y durante el segundo año (fase reproductiva) genera una inflorescencia alargada y ramificada. En el cultivo de la remolacha es muy importante la intensidad de iluminación, que permite el buen ejercicio de la función clorofílica y condiciona la importancia de la elaboración del azúcar; requiere suelos francos, que no ofrezcan resistencia al crecimiento de la raíz, y se desarrolla bien en los suelos con un pH comprendido entre 8 y 8.5.

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Figura 3. Remolacha azucarera.

Por otro lado, dependiendo de su grado de refinación, el azúcar puede ser clasificado en: 1. Azúcar moreno 2. Azúcar blanco o refinado 3. Azúcar “glass” o pulverizado 4. Melaza

Figura 4. Tipos de azúcar. Moreno (izq. arriba), Blanco (der. arriba), Glass (izq. abajo) y Melaza (der. abajo).

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HISTORIA Y EVOLUCIÓN DEL AZÚCAR EN MÉXICO La caña de azúcar es originaria de la Isla de Nueva Guinea, su primera aparición fue como una planta de jardín que se mascaba. En el siglo V los persas desarrollan un procedimiento para obtener azúcar cristalizada hirviendo el jugo de la caña. Los egipcios optaron por desarrollar un método químico de refinación utilizando para ello cenizas de diferentes materiales. En 1493, Colón trajo caña de azúcar procedente de España. Fue plantada en República Dominicana. El cultivo se difundió rápidamente a Santo Domingo, Cuba y México, más tarde a Perú, Hawaii y Filipinas. En 1515, Gonzalo de Velos construyó el primer "trapiche" o molino, el cual constaba de mazas de madera y se accionaba por tracción animal para extracción del jugo. El vocablo "ingenio", se usó como referencia a maña o artificio para distinguirlo del "trapiche", ya que el Ingenio utilizaba presión hidráulica como en la moderna industria que hoy representa.

Figura 5. Trapiches o molinos de azúcar.

En 1524, Hernán Cortés introdujo la caña de azúcar a la Nueva España aprovechando los logros obtenidos en las Antillas. Cortés fue el fundador de la Industria del dulce y construyó el primer trapiche en la región de los Tuxtlas, en el actual estado de Veracruz, el cual bautizó con el nombre de "Tuxtla". Veinte años después, en 1544, se empezó a sembrar caña dulce en Puebla, Oaxaca y Michoacán; el marquesado de Oaxaca se distinguió como el centro productor más importante del Continente. Para el año de 1822, a raíz de la Guerra, la Industria Azucarera se encontraba totalmente mutilada, los trabajos de rehabilitación no se inician sino hasta 1860. Para 1875, la producción de azúcar fue de 18,900 toneladas. Durante la revolución de 1911-1915 gran parte de la maquinaria en los ingenios fue destruida durante la contienda. Pasada la lucha armada de la revolución, pueden 6

reconocerse cuatro periodos, caracterizados por los distintos ritmos de crecimiento presentes en cada uno de ellos: - Recuperación y estabilización 1922-1950. - Crecimiento acelerado, 1950-1967. - Estancamiento y crisis, 1967-1982. - Reordenamiento y auto suficiencia a partir de 1982. El primero, entre 1922 y 1950, tuvo una tasa de incremento anual promedio de 4.7%. Esta etapa involucró la importación de maquinaria para la reconstrucción de la industria esto se ve reflejado en la tasa de crecimiento. El periodo que se inició en 1950 tuvo una tasa de crecimiento anual promedio del 8.2% que casi duplicó la del anterior y resultó la más alta de la historia moderna. A la vez, las grandes inversiones realizadas para sostener el crecimiento, vinculadas al congelamiento del precio interno a partir de 1958 y a la incapacidad de los ingresos logrados por las exportaciones para neutralizar sus efectos, además de los incrementos en los costos financieros generados por esas mismas inversiones, crearon las condiciones para que el proceso de auge finalizara en forma brusca. El siguiente periodo 1967-1982, se caracterizó por una fuerte disminución de la tasa anual promedio de crecimiento, que resultó de sólo 1.2% que contrasta con todo lo ocurrido en la industria azucarera moderna desde el Porfiriato; la interrupción de la tendencia de larga duración al crecimiento sostenido de la producción con altas tasas anuales, este periodo refleja el profundo estancamiento y crisis alcanzado. Por otra parte, los altos inventarios generados por las importaciones de 1990 y 1991, marcaron el inicio de un periodo de mercado interno ofrecido con descuentos en la venta de primera mano al mayoreo, derivados de la necesidad de la industria por recursos líquidos para el cumplimiento de sus obligaciones. Estos factores influyeron para buscar un mayor aprovechamiento de la capacidad de la Industria Azucarera y a un elevado índice de productividad en el campo y las unidades industriales

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Figura 6. Imágenes del Ingenio Azucarero San Cristóbal, uno de los más importantes de México. Cosamaloapan, Veracruz.

PROCESO PRODUCTIVO LABORES DE CAMPO Y COSECHA DE CAÑA DE AZÚCAR Clima La Caña de Azúcar es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el maíz. Tiene un tallo macizo de 2 a 5 metros de altura con 5 ó 6 cm. de diámetro. El tallo 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 con hojas que llegan a alcanzar de dos a cuatro metros de longitud. En su parte superior encontramos la panocha, que mide unos 30 cm. de largo Los principales componentes climáticos de que controlan el crecimiento, el rendimiento y la calidad de la caña son la temperatura, la luz y la humedad disponible. La planta crece bien en regiones tropicales asoleadas. Las características climáticas ideales para lograr una máxima producción de azúcar de caña son: 8

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La presencia de una estación calurosa larga, con alta incidencia de radiación solar y una adecuada humedad (pluviometría). La planta utiliza entre 150 a 300 g de agua para 1g de materia seca. La presencia de una estación seca, asoleada y fresca, para la maduración y cosecha. El porcentaje de humedad cae drásticamente a lo largo del ciclo de crecimiento de la caña, de un 83% en plantas muy jóvenes a un 71% en la caña madura, mientras que la sacarosa aumenta de menos de 10% hasta 45% del peso seco. Lluvia: Una precipitación total entre 1100 y 1500 mm es adecuada en los meses de crecimiento vegetativo, seguido de un periodo seco para maduración. Durante el período de crecimiento activo la lluvia estimula el rápido crecimiento de la caña. Sin embargo, la ocurrencia de lluvias intensas durante el período de maduración no es recomendable, porque produce una pobre calidad de jugo. Temperatura: La temperatura óptima para la brotación (germinación) de los esquejes es de 32ºC a 38ºC. Por otro lado, para la maduración se requieren temperaturas más bajas de 12-14ºC, ya que ejercen una marcada influencia en la reducción de la tasa de crecimiento vegetativo y el enriquecimiento de azúcar de la caña. Humedad relativa: Alta humedad durante el periodo de crecimiento (80-85%) y valores moderados (40-45%) durante la fase de maduración. Luz solar: La caña de azúcar crece bien en las áreas que reciben mucha energía solar, de 18 a 36 MJ/m2. La recuperación de azúcar es mayor cuando el clima es seco, con poca humedad, con varias horas de luz solar, noches frescas, con amplia variación diurna y poquísima lluvia durante el período de maduración. Estas condiciones favorecen una mayor acumulación de azúcar.

Suelo Las condiciones ideales de suelo para el cultivo de la caña de azúcar son: suelo bien drenado, profundo, franco, con una densidad aparente de 1.1 a 1.2 g/cm3 (1.3 - 1.4 g/cm3 en suelos arenosos), con un adecuado equilibrio entre los poros de distintos tamaños, con porosidad total superior al 50%; una capa freática bajo los 1.5 a 2 m desde la superficie y una capacidad de retención de la humedad disponible del 15% o superior (15 cm por metro de profundidad del suelo). El pH óptimo del suelo es cercano a 6.5, pero la caña de azúcar puede tolerar un rango considerable de acidez y alcalinidad del suelo. Por esta razón se cultiva caña de azúcar en suelos con pH entre 5.0 y 8.5. El encalado es necesario cuando el pH es inferior a 5.0, y la aplicación de yeso es necesaria cuando el pH sobrepasa 9.5. Las infestaciones por nematodos ocurren naturalmente en suelos muy arenosos. 9

Figura 7. Ciclo de cultivo de caña de azúcar.

Ciclo de cultivo y cosecha El proceso productivo se inicia con la preparación del terreno, etapa previa de siembra de la caña. Posteriormente se procede a la siembra de los esquejes o semillas, los cuales deben frescos, genéticamente puros y libres de plagas (la época de plantación en México es de noviembre a junio). Después, hay que pasar al control de malezas o malas hierbas ( reducen en un 12 a 72% la producción de caña de azúcar) utilizando herbicidas. Entonces se procede al aporque, que consiste en remover la tierra a cada lado de los surcos y colocarla en la base del tallo (aporque parcial a los 45 días de plantación y aporque completo a los 120 días). Posteriormente se pasa a la fertilización y riego. El requerimiento hídrico depende de la región y clima de la plantación, ya sea por goteo, surcos o por planta. Por otro lado, la fertilización es fundamental para obtener una mayor producción de caña y azúcar. Se utilizan fertilizantes para añadir Nitrógenos, Fósforo y Potasio. Una vez madura la planta, las cañas son cortadas y se apilan a lo largo del campo, de donde se recogen a mano o a máquina, se atan en haces y se transportan al ingenio, que es un molino en el cual se trituran los tallos y se les extrae el azúcar. No debe transcurrir mucho tiempo al transportar la caña recién cortada a la fábrica porque de no procesarse dentro de las 24 horas después del corte se producen pérdidas por inversión de glucosa y fructuosa. 10

PROCESAMIENTO

Figura 8. Proceso de producción de azúcar.

Patios de caña y control de calidad La caña que llega del campo se revisa para determinar las características de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas. Luego se pesa en básculas y se conduce a los patios donde se almacena temporalmente o se dispone directamente en las mesas de lavado de caña para dirigirla a una banda conductora que alimenta las picadoras.

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Figura 9. Proceso de control de calidad

Para el control de calidad se adquiere un muestreo de la caña para su análisis (fig. 9a). Posteriormente se desfibra en una pequeña picadora (fig. 9b) y se comprime en una prensa hidráulica (fig. 9c). El análisis de laboratorio (fig. 9d) determina niveles de fibra, sólidos totales, contenidos de sacarosa, cantidad de glucosa, pureza, y pH.

Picado de caña Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores accionados por turbinas, provistos de cuchillas giratorias que cortan los tallos y los convierten en astillas, dándoles un tamaño uniforme para facilitar así la extracción del jugo en los molinos (ver Figura 10).

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Figura 10. Picado de caña. Banda conductora (izquierda) que alimenta a la picadora (derecha).

Molienda La caña preparada por las picadoras llega a unos molinos (acanalados), de 3 a 5 equipos y mediante presión extraen el jugo de la caña, saliendo el bagazo con aproximadamente 50% de fibra leñosa. Cada molino esta equipado con una turbina de alta presión. En el recorrido de la caña por el molino se agrega agua, generalmente caliente, o jugo diluido para extraer al máximo la sacarosa que contiene el material fibroso (bagazo). El proceso de extracción con agua es llamado maceración y con jugo se llama imbibición. Una vez extraído el jugo se tamiza para eliminar el bagazo y el bagacillo, los cuales se conducen a una bagacera para que sequen y luego se van a las calderas como combustible, produciendo el vapor de alta presión que se emplea en las turbinas de los molinos.

Figura 11. Molinos en serie.

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Pesado de jugos El jugo diluido que se extrae de la molienda se pesa en básculas con celdas de carga para saber la cantidad de jugo sacaroso que entra en la fábrica.

Figura 12. Tanque de jugo.

Clarificación El jugo obtenido en la etapa de molienda es de carácter ácido (pH aproximado: 5.2), éste se trata con lechada de cal, la cual eleva el pH con el objetivo de minimizar las posibles pérdidas de sacarosa.

   

El pH ideal es de 8 a 8.5, lo cual nos da un jugo brillante, volumen de cachaza, aumenta la temperatura entre el jugo mixto y clarificado y se evita la destrucción de la glucosa e inversiones posteriores. Para una buena clarificación se necesita que la cantidad de cal sea correcta ya que esto puede variar la calidad de los jugos que se obtienen.

Figura 13. Clarificador / calentador.

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La cal también ayuda a precipitar impurezas orgánicas o inorgánicas que vienen en el jugo y para aumentar o acelerar su poder coagulante, se eleva la temperatura del jugo encalado mediante un sistema de tubos calentadores. La temperatura de calentamiento varía entre 90ºC y 114.4ºC, por lo general se calienta a la temperatura de ebullición o ligeramente más, la temperatura ideal está entre 94ºC y 99ºC. En la clarificación del jugo por sedimentación, los sólidos no azúcares se precipitan en forma de lodo llamado cachaza, el jugo claro queda en la parte superior del tanque; el jugo sobrante se envía antes de ser desechada al campo para el mejoramiento de los suelos pobres en materia orgánica. Evaporación El jugo procedente del sistema de clarificación se recibe en los evaporadores con un porcentaje de sólidos solubles entre 10 y 12 % y se obtiene una meladura o jarabe con una concentración aproximada de sólidos solubles del 55 al 60 %.

Figura 14. Evaporadores de múltiples efectos.

Este proceso se da en evaporadores de múltiples efectos al vacío, que consisten en un conjunto de celdas de ebullición dispuestas en serie. El jugo entra primero en el preevaporador y se calienta hasta el punto de ebullición. Al comenzar a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto, logrando así el menor punto de ebullición en cada evaporador. Una vez que la muestra tiene el grado de evaporación requerido, por la parte inferior se abre una compuerta y se descarga el producto. La meladura es purificada en un clarificador.

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Clarificación o purificación El azúcar moscabado se puede tratar por procesos químicos o mecánicos. La clarificación mecánica necesita la adición de tierra de diatomeas o un material inerte similar; después se ajusta el pH y la mezcla se filtra en un filtro prensa. Este sistema proporciona una solución absolutamente transparente de color algo mejorado y forzosamente es un proceso por lote. El sistema químico emplea un clarificador por espumación o sistema de carbonatación. El licor que se trata por espumación, que contiene burbujas de aire, se introduce al clarificador a 65ºC y se calienta, provocando que la espuma que se forma se dirija a la superficie transportando fosfato tricálcico e impurezas atrapadas ahí. El licor clarificado se filtra y manda decolorar. Este proceso disminuye bastante la materia colorante presente, lo que permite un ahorro en decolorantes posteriores. El sistema de carbonatación incluye la adición de dióxido de carbono depurado hacia la azúcar fundida, lo cual precipita el carbonato cálcico. El precipitado se lleva 60% del material colorante presente. Decoloración – Filtración El licor aclarado ya está libre de materia insoluble pero aún contiene gran cantidad de impurezas solubles; éstas se eliminan por percolación en tanques que contienen filtros con carbón de hueso o carbón activado . Los tanques de filtración son de 3 metros de diámetro por 6 metros de profundidad, espacio en el que hay de 20 a 80 filtros de carbón; la vida útil del filtro es de 48 hrs. La percolación se lleva a cabo a 82ºC. Los jarabes que salen de los filtros se conducen a la galería de licores, donde se clasifican de acuerdo con su pureza y calidad. Los licores de color más obscuro se vuelven a tratar para formar lo que se conoce como “azúcar morena suave”. Una vez clasificados los licores se pasan a un tanque de almacenamiento, de donde se toman para continuar el proceso de acuerdo al producto final deseado. Los cristales finos de azúcar se hacen crecer a un tamaño comercial por medio de una velocidad de evaporación o ebullición controlada, de agitación y de adición de jarabe. La velocidad no debe ser muy alta ya que se formarán cristales nuevos impidiendo que los ya existentes crezcan.

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Figura 15. Tachos de cristalización. Es donde se produce la masa cocida conformada por cristales de azúcar y miel. El trabajo de cristalización se lleva a cabo empleando el sistema de tres cocimientos para lograr la mayor concentración de meladura.

De los equipos de cristalización pasamos el producto a los tanques de mezclado para uniformar sus características, de ahí a las centrífugas y finalmente al área de secado. Otra posibilidad es pasar de los cristalizadores a otro tipo de cristalizadores, donde obtenemos otros tamaños de partículas: cristales finos para siembra, de aquí pasamos nuevamente a fundición, mezcladoras y centrífugas para separar las melazas de los cristales.

Figura 16. Centrifugación.

Secado La azúcar húmeda se coloca en bandas y pasa a las secadoras, que son elevadores rotatorios donde el azúcar queda en o con el aire caliente que entra en contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad, aproximadamente 0.05 %, para evitar los terrones.

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Figura 17. Tornillo sin fin (mezcladora).

Figura 17. Secadora.

Enfriamiento El azúcar se seca con temperatura cercana a 60ºC, se pasa por los enfriadores rotatorios inclinados que llevan el aire frío en contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta aproximadamente 40-45ºC para conducir al envase. Envase El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su posterior venta y comercio.

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CONCLUSIÓN La caña de azúcar ha sido sin lugar a dudas uno de los productos de mayor importancia para el desarrollo comercial en el continente americano y europeo. El azúcar se consume en todo el mundo, puesto que es una de las principales fuentes de calorías en las dietas de todos los países. Con este trabajo pudimos observar los pormenores del proceso de la producción del azúcar así como las implicaciones y la importancia que tiene este producto agroalimenticio en la industria mundial y en la industria mexicana. Podemos concluir que aunque el proceso de producción de azúcar es relativamente sencillo y lleva muchos años siendo similar, se necesita tener sumo cuidado tanto en la siembra, como en la cosecha y en el procesamiento en sí, debido a que si no se lleva un adecuado control de las variables que intervienen en el proceso, la producción puede ser defectuosa o ineficiente.

BIBLIOGRAFÍA -

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Centro De Estudios De Las Finanzas Publicas. Cámara De Diputados. GUTIÉRREZ, Horacio. Historia De Azúcar En México. México: Fondo De Cultura Económica, 1998. SAGARPA: Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera. Consultado 20/abril/2012. < http://www.siap.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=117&Itemid= 83> Departamento de agricultura de Netafim. Consultado el 20/abril/2012. < http://www.sugarcanecrops.com/s>

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