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¿Qué es la caña de azúcar?
La caña de azúcar (Saccharum
officinarum) es una planta proveniente del sudeste asiático. Es de la familia de los
gramíneas como el trigo
o la cebada. En sus tallos almacena energía en forma de sacarosa
disuelta en la savia. De esta se extrae el azúcar al evaporar el agua.
Fue llevada a España
por los árabes en el siglo VIII AD, donde se cultivaba principalmente en
las tierras costeras de Málaga y Granada, de clima subtropical. En este
sitio todavía se conserva el más antiguo trapiche de Occidente.
Posteriormente los españoles llevaron la planta a las Indias
Occidentales, en muchas de cuyas zonas el clima era más favorable que en
la Península, por lo que casi se abandonó el cultivo en esta. Este año
del 2006 será el último en que se efectúe la zafra o recolección de la
caña de azúcar. Los bajos precios y la presión urbanística han acabado
con las últimas plantaciones.
El jugo de su tallo es
la principal fuente de azúcar. El azúcar de remolacha tiene la misma
molécula de sacarosa. Se obtiene exprimiendo la caña por medio de un
trapiche. Este jugo se clarifica para remover impurezas, y se evapora
hasta formar cristales. Se obtiene así el pan de azúcar y la panela.
Para el azúcar comercial se hace una centrifugación para separa los
cristales de azúcar de la melaza.
Es típico de las zonas donde se cosecha
masticar la caña fresca.
Taxonomía y morfología.
Pertenece a la familia de las gramíneas,
género Saccharum. Las variedades cultivadas son híbridos de la especie officinarum y
otras afines (spontaneum, ...)procede del Extremo Oriente, de donde llegó a España en el
siglo IX. España la llevó a América en el siglo XV.
Es un cultivo plurianual. Se corta cada
12 meses, y la plantación dura aproximadamente 5 años.
Tiene un tallo macizo de 2 a 5 metros de
altura con 5 ó 6 cm de diámetro. El sistema radicular lo compone un robusto rizoma
subterráneo; puede propagarse por estos rizomas y por trozos de tallo.
La caña tiene una riqueza de sacarosa del 14% aproximadamente,
aunque varía a lo largo de toda la recolección.
Aprovechamiento.
La caña de azúcar suministra, en primer
lugar, sacarosa para azúcar blanco o
moreno. También tiene aproximadamente 40 kg/tm de melaza (materia prima para la fabricación del ron. También se pueden sacar unos 150 kg/tm
de bagazo. Hay otros aprovechamientos de mucha menor importancia como los compost
agrícolas, vinazas, ceras, fibra absorbente, etc.
Cultivo
La caña es un cultivo de la zona
tropical o sub tropical del mundo. Requiere agua y de suelos adecuados para crecer bien.
Es una planta que asimila muy bien la radiación solar, teniendo una eficiencia cercana a
2% de conversión de la energía incidente en biomasa. Una cultivo eficiente puede
producir 150 toneladas de caña por hectárea por año (con 14% de sacarosa, 14% de fibra, y 2% de otros productos
solubles).
La caña se propaga mediante la siembra
de trozos de caña, de esquejes desde la antigüedad; algunas variedades no producen
semillas fértiles. De cada nudo sale una planta nueva idéntica a la original. Una vez
sembrada la planta crece y acumula azúcar en su tallo el cual se corta cuando esta
maduro. La planta retoña varias veces y puede seguir siendo cosechada. Estos cortes
sucesivos se llaman zafras. La planta se deteriora con el tiempo y por el uso de
maquinaria que pisa las raíces, así que debe ser replantada cada 7 a diez años.
La caña requiere de abundante agua. Su
periodo de crecimiento varía entre 11 y 17 meses dependiendo de la variedad de caña y de
la zona. Requiere de nitrógeno, potasio y elementos menores para su fertilización. En
zonas salinas se adiciona azufre para controlar el sodio.
La caña de azúcar no soporta
temperaturas inferiores a 0 ºC, aunque alguna vez puede llegar a soportar hasta -1 ºC,
dependiendo de la duración de la helada. Para crecer exige un mínimo de temperaturas de
14 a 16 ºC. La temperatura óptima de crecimiento parece situarse en torno a los 30 ºC.,
con humedad relativa alta y buen aporte de agua.
Se adapta a casi todos los tipos de
suelos, vegetando mejor y dando más azúcar en los ligeros, si el agua y el abonado es el
adecuado. En los pesados y de difícil manejo constituye muchas veces el único
aprovechamiento rentable. Los suelos muy calizos a veces dan problemas de clorosis.
En la caña de azúcar destaca la
problemática del virus del mosaico por lo que se están incrementando los esfuerzos por
parte de las casas comerciales en evitar este mal con variedades resistentes
Recolección
El proceso productivo se inicia con la
preparación del terreno, etapa previa de siembra de la caña. 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.
La caña se puede cosechar a mano o a
máquina. La cosecha manual se hace con personas con machetes que cortan los tallos
(generalmente después de quemada la planta para hacer más eficiente la labor) y los
organizan en chorras para su transporte. Aunque se han ensayado con cierto éxito varias
máquinas de cortar caña, la mayor parte de la zafra o recolección sigue haciéndose a
mano en todo el mundo. El instrumento usado para cortarla suele ser un machete grande de
acero con hoja de unos 50 cm de longitud y 13 cm de anchura, un pequeño gancho en la
parte posterior y empuñadura de madera. La caña se abate cerca del suelo, se le quitan
las hojas con el gancho del machete y se corta por el extremo superior, cerca del último
nudo maduro. Las hojas se dejan en el suelo para enriquecerlo de materia orgánica. Una
persona puede cosechar entre 5 y 7 toneladas por día de caña quemada y 40% menos de
caña sin quemar. La cosecha mecánica se hace con máquinas que cortan la mata y separan
los tallos de las hojas con ventiladores. Una máquina puede cosechar 30 toneladas por
hora.
Una vez cortada la caña debe
transportarse rápidamente al ingenio para evitar su deterioro por levaduras y microbios.
El transporte se hace en vagones por vía férrea, o tirados por un camión o tractor. Los
vagones tienen capacidades entre 5 y 20 toneladas cada uno.
Proceso industrial
La caña llega a el
ingenio donde se extrae el jugo, este se clarifica y luego se cristaliza
para separar el azúcar. La extracción se hace generalmente en un molino
que pasa la caña entre 3 o cuatro masas de acero que exprimen los tallos
y sacan todo el jugo. Para mejorar la extracción se añade agua para
sacar más del azúcar. El residuo sólido fibroso se llama bagazo y es
usado para hacer papel y para quemar en caldera para todo el proceso del
ingenio. El jugo extraído, llamado guarapo, contiene del 10 al 14% de
sacarosa. Este se mezcla con cal para evitar la acidificación y se pasa
por diversos clarificadores para extraer los residuos sólidos. Una vez
clarificado se evapora parte del agua para llevar la concentración de
azúcar a 60%. Aquí se inicia un proceso de cocción al vacío (para
mantener la temperatura más baja y reducir la caramelización) hasta
llegar a sobresaturar la masa. Luego se introduce polvillo de azúcar que
funciona como semilla alrededor del cual crecen los cristales de azúcar.
La masa luego pasa a una centrífuga que tiene una malla en sus paredes.
Al girar muy rápido, la fuerza centrífuga empuja la miel a través de la
malla y deja solo el azúcar. El azúcar resultante es crudo y contiene
97% de sacarosa. Esta azúcar se puede enviar a una refinería para sacar
azúcar blanca. La miel resultante puede volverse a cristalizar y
centrifugar un par de veces para recuperar más azúcar. Alternativamente,
en años recientes se ha vuelto posible fermentar estos jugos produciendo
menos azúcar y más etanol. Las ventajas del etanol como combustible son
tanto ambientales como de reducir la dependencia de gasolina. En algunos
países el jarabe se sulfita, que es una manera de blanquear el azúcar al
añadirle dióxido de azufre. Este azúcar, llamado sulfitado, es similar
al crudo pero de color más blanco (el crudo es habano) pues las
impurezas han sido desteñidas.
De este proceso queda
azúcar y una miel final llamada melaza. La melaza se usa para alimento
animal y para hacer ron o alcohol.
El azúcar crudo se
refina para remover todas las impurezas y dejar un cristal de la
molécula de sacarosa lo más puro posible. El proceso se inicia con la
afinación, en la cual los cristales son lavados para remover la melaza
adherida. El azúcar resultante se disuelve y se clarifica más. Luego se
añade
ácido fosfórico y sacarato de calcio para que formen fosfato de
calcio que se precipita y arrastra otras impurezas. Alternativamente
puede usarse un proceso de carbonatación en el cual el dióxido de
carbono reacciona con el calcio para formar carbonato de calcio que
produce el mismo efecto. El líquido resultante se decolora y filtra en
carbón activado (carbón vegetal o de hueso) que absorben las impurezas.
Luego esto se concentra, y se cuece en tachos (tanques de cocimiento al
vacío) y se separa el azúcar de la miel en centrifugas.
Elaboración del azúcar de caña
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.
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.
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 contienen 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.
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.
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. 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.
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 90 y 114.4 ºC, por lo general se calienta a la temperatura de ebullición o
ligeramente más, la temperatura ideal está entre 94 y 99 º C. 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.
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 %.
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.
La cristalización se
realiza en los tachos, que son aparatos a simple efecto que se usan para
procesar la meladura y mieles con el objeto de producir azúcar
cristalizada mediante la aplicación de calor. El material resultante que
contiene líquido (miel) y cristales (azúcar) se denomina masa cocida.
Esta mezcla se conduce a un cristalizador, que es un tanque de agitación
horizontal equipado con serpentines de enfriamiento. Aquí se deposita
más sacarosa sobre los cristales ya formados, y se completa la
cristalización.
La masa cocida se separa de la miel por medio de
centrífugas, obteniéndose azúcar cruda o mascabado, miel de segunda o
sacarosa líquida y una purga de segunda o melaza. El azúcar mascabado
debe su color café claro al contenido de sacarosa que aún tiene.
Las melazas se emplean como una fuente de
carbohidratos para el ganado (cada vez menos), para ácido cítrico y
otras fermentaciones.
El primer paso para la refinación se
llama afinación, donde los cristales de azúcar
moscabado se tratan con un jarabe denso para eliminar la capa de melaza adherente, este jarabe disuelve
poca o ninguna cantidad de azúcar, pero ablanda o
disuelve la capa de impurezas. Esta operación se realiza en mezcladores. El jarabe
resultante se separa con una centrífuga y el sedimento de azúcar
se rocía con agua.
Los cristales resultantes se conducen al
equipo fundidor, donde se disuelven con la mitad de su peso en agua caliente. Este proceso
se hace en tanques circulares con fondo cónico llamados cachaceras o merenchales, se
adiciona cal,
ácido fosfórico (3 a un millón), se calienta con serpentines de vapor y
por medio de aire se mantiene en agitación. El azúcar
moscabado, fundida y lavada, se trata por un proceso de clarificación.
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 el azúcar
fundida, lo cual precipita el carbonato cálcico. El precipitado se lleva 60% del material
colorante presente.
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.
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.
El azúcar
húmeda se coloca en bandas y pasa a las secadoras, que son elevadores rotatorios donde el
azúcar queda en contacto con el aire caliente que entra en contracorriente. El
azúcar debe tener baja humedad, aproximadamente 0.05 %,
para evitar los terrones.
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.
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.
Referencias:
Ácido
cítrico,
Alcohol,
Azúcar, Bagazo Cebada,
Cereales,
Etanol,
Levaduras,
Melaza,
Remolacha azucarera,
Ron, Sacarosa,
Trigo,
Documentación:
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