Libreta de apuntes
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ÍNDICE
La página de Bedri
¿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 lugar 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. En 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. 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 subtropical 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.
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.
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 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.
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.
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. 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.
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 %.
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.
Cristalización.
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.
Centrifugación.
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.
Refinación.
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 mascabado, fundida y lavada, se trata por un proceso de clarificación.
Clarificación o purificación.
El azúcar mascabado 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.
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.
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.
Secado
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.
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.
Envasado
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.
Documentación
http://www.plantasnet.com
http://html.rincondelvago.com
http://es.wikipedia.org/