Modelación matemática del proceso de cocción de la masacocida "C" y su vínculo con el control del proceso. Parte I:Modelación matemática. Mathematical modelling of "C" masse-cuites boiling and its link with process control. Part I:Mathematical modelling

Ramón Consuegra-del Rey

Obtención de etanol a partir de biomasa lignocelulósica.Obtaining of ethanol from lignocellulosic biomass

Mabel Viñals-Verde, Antonio Bell-García, Georgina Michelena-Álvarez, Marlén Ramil-Mesa

Software para el análisis de producciones integradas de azúcary alcohol (SANPAD 5.0). Software for the analysis of integratedproductions of sugar and alcohol (SANPAD 5.0)

Rafael Hurtado-Vargas, Leopoldo Rostgaard-Beltrán,Mauricio Ribas-García, Norge Garrido-Carralero,

Raúl Sabadí-Díaz

Producción de biodiesel a partir de microorganismos olea-ginosos. Una fuente de energía renovable. Parte I.Levaduras y bacterias. Production of biodiesel from oleagi-nous microorganisms. A source for renewable energy. Part I.Yeasts and bacteria

Evelyn Faife-Pérez, Miguel A. Otero-Rambla, Amaury Alvarez-Delgado

Disminuir costo de la lubricación en el sector azucarero cuba-no: un problema a resolver. Cost reduction in Cuban sugar sec-tor lubrication: a problem to be solved

Elier Angulo-Acosta, Rubén Monduí-González, Gladys Menéndez-Zequeira

Recubrimientos anticorrosivos que se requieren en una desti-lería. Propuesta de normalización. Parte II. Anticorrosive coa-ting required in a distillery. Standard proposal. Part II

Andrés Gómez-Estévez, Ángel Seijo-Santos, Beatriz Ramos-Tejera,Daniel Valdés-Cárdenas, Sonia Cruz-Oruz

Lignina de bagazo como fibra dietética. Bagasse's lignin as die-tary fiber.

Daisy Dopico-Ramírez, Lucía García-García, Alejandro Abril- González, Yelenys Hernández-Corvo,

Dolores Cordero-Fernández

Sistema integrado. Un instrumento para garantizar la calidade inocuidad en bodegas Vigía. Integrated system: a tool to gua-rantee the quality and safety in bodegas Vigia.

Idania Blanco-Carvajal, Maricela Vega-Batista, María del Carmen Vasallo-Sordo, Raymundo Guardarrama-Rodríguez,

Miguel Vázquez-García, Eric Estrada-Medina, Hildeliza Ramos-Aróstica

ÍNDICE/CONTENTS

46

38

33

22

17

7

3

51

Edi

toria

lSon 45 años de "ICIDCA sobre los derivados

de la caña de azúcar"

Es este de los Aniversarios que demandan no una retórica erudita, sino la librey fresca expresión de una improvisación emocional, recordando que cuando ape-nas tenía el ICIDCA cuatro años y aprendíamos a investigar y eran más losdeseos, la pasión y esa hermosa visión romántica de hacer ciencia; que la expe-riencia en este complejo y exigente oficio, la voluntad colectiva, la osadía de lostiempos de inicio, nos condujo a la entonces feliz idea, que hoy es realidad deorgullo, de crear la Revista "ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar".

Han transcurrido cuatro décadas y media y resulta imprescindible mirar atrás,con la justa satisfacción de una Obra realizada y también con el "vistazo" crí-tico y responsable, que, en cada momento, ha guiado este esfuerzo de ejemplarsistematicidad, de continua búsqueda de la excelencia, de tropezar y corregir, deacertar y confirmar, de marchar cuesta arriba y no ceder, de búsqueda de nue-vas vías, de responsabilidad y profesionalismo.

Ha acompañado "ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar" alInstituto, en los años de inexperiencia y aprendizaje, luego en la etapa de con-solidación, más tarde en el período de madurez, también en los tiempos de inten-sa producción de conocimientos y ahora en la misión de mirar a nuevos hori-zontes, sin olvidar, en cada momento, la exigente responsabilidad, ese intransi-gente arbitraje, que le ha valido, a nuestra Revista, para gozar de un prestigioy una imagen de publicación de vanguardia en el entorno científico nacional.

Es, sin dudas, un Aniversario de júbilo, de celebración de lo bien hecho, de com-promisos nuevos y mayores, seguros de que por grandes que sean los retos, porcompleja la misión, el triunfo sonreirá siempre.

El editor

3

Ramón Consuegra-del Rey

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarCarretera de Boyeros a la CUJAE. Km 2 ½. Boyeros. La Habana. Cuba.

ramón.consuegra@icinaz.minaz.cu

RESUMEN

Se discute el sistema de ecuaciones que conforma un modelo matemático del proceso decocción de las masas cocidas finales en los tachos, que será empleado en la Parte II delpresente trabajo para simular el proceso frente a diferentes alternativas de control idealde la sobresaturación y el contenido de cristales.

Palabras clave: modelling, masa cocida, tachos.

ABSTRACT

Mathematical modelling of "C" massecuites boiling in vacuum pans, which is going to beused for supersaturation and crystal content simulated control against different alterna-tives of ideal control, is discussed.

Keywords: modeling, massecuite, vacuum pan.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 3 - 6

INTRODUCCIÓN

La mayoría de los estudios y publicacio-nes cubanas relacionadas con el proceso decristalización de la sacarosa, en los últimos15 años, se asocian con buena lógica a losfactores que inciden en el agotamiento delas mieles finales por concepto de los altosvalores de las pérdidas en estas. Se ha con-cedido justificada importancia a los factores

agroindustriales vinculados al asunto, entrelos que se encuentran el efecto de la cose-cha y de los tiempos entre el corte y molidade la caña (1), la incidencia de los poli y oli-gosacáridos presentes en los jugos (2), lainfluencia de los azúcares reductores en elagotamiento (3), entre otros.

Por la importancia que se le concede a loanterior, se considera conveniente la aten-ción al control de las operaciones que for-

man parte del proceso de cristalización,aspecto que incide necesariamente sobre laeficiencia desde el punto de vista de la pro-ductividad y el agotamiento.

El presente trabajo establece un mode-lo matemático del proceso de cocción delas masas cocidas C en los tachos, queconstituye una base para el estudio,mediante simulación, del control de laoperación.

MATERIALES Y MÉTODOS

En un trabajo previo, el autor (4) formu-ló el modelo matemático de la dinámica delproceso de cocción de la masa cocida Csobre la base de reportes de ecuaciones deequilibrio de fase en soluciones técnicas deazúcar y de la cinética del proceso de cris-talización. El modelo se ajustó experimen-talmente de acuerdo con el proceso de coc-ción llevado a cabo en un tacho operado aescala industrial.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Modelo matemático de la cocción de lamasa cocida C

El sistema de ecuaciones está conforma-do por:- Ecuaciones de balance de materiales glo-

bal y por componentes.- Ecuaciones de balance de energía.- Ecuaciones de equilibrio de fases. - Ecuaciones que establecen la cinética de

cristalización.

Ecuaciones de balance de materiales- Balance de sacarosa disuelta en el licor

madre dSL /dt = F.SF - dC/dt (2-1)

- Balance de impurezasdI /dt = F.IF (2-2)

- Balance de aguadW /dt = F. (1,00 - CF) - E (2-3)

- Balance de sacarosa en la fase sólida (cris-tales de sacarosa)

En este caso, se hace la acostumbradaconsideración de que los cristales son esfé-ricos y de igual tamaño.

dC/dt = π/2. N. ρC. D2. dD/dt. (2-4)

- Balance de masa totaldM/dt=dS/dt+dI/dt+dW/dt+dC/dt (2-5)

Ecuaciones de balance de energíaEl propósito fundamental es calcular el

flujo de agua que se evapora en el tacho. Laecuación general del balance calórico es:

Q = U .A. (Tv - Tm) = W λ

La variable W representa el flujo de aguaque se condensa en la calandria, que esigual al producto de multiplicar una cons-tante por el flujo de agua que se evapora enel equipo (E). Por otra parte, atendiendo aque la presión en el cuerpo del tacho y lapresión del vapor en su calandria están con-troladas, los términos (Tv - Tm) y λ puedenconsiderarse aproximadamente constantes.Además, el área de transferencia de calor estambién constante para un equipo dado, deaquí que:

E = Constante. U

El coeficiente de transferencia de calor(U) en un tacho depende, fundamentalmen-te, de la viscosidad de la masa cocida y de lamasa de esta, atendiendo a la relación de laúltima con la carga hidrostática. Tomandoen cuenta la disponibilidad de la mediciónen línea de la conductividad de la masacocida, se decidió usar esta variable comomedición indirecta de la consistencia. Larelación entre estas variables se sustenta enque Rouillard (5), entre otros autores, esta-blece que el cociente de dividir la viscosi-dad de la masa cocida entre aquella de sulicor madre es una función del contenido decristales según:

μM / μL = Constante. e-(CC)

A partir de esta expresión, queda explí-cito que la consistencia está relacionada conel contenido de cristales y con la viscosidadde su licor madre.

Por otra parte, es común que se afirme eluso de la conductividad eléctrica para elcontrol de la cocción de las masas cocidasen los tachos. Esto se justifica por su rela-ción con la sobresaturación. Sin embargo, laúltima es solo inherente a la fase líquida. Laafirmación anterior estaría mejor justificadaen el caso de que las mediciones de la con-ductividad de las masas cocidas no depen-

4

diera del contenido de cristales, lo que esincierto. Se ha comprobado (4) que, conindependencia de las características de loslicores madre, se cumple que:

ΩM / ΩL = 1,00 - CC

La relación entre la conductividad de loslicores madre y su viscosidad es tambiénconocida y responde a:

ΩL. μLn = B

Por lo que, atendiendo a estas 2 últimasexpresiones, se deriva que, al igual que en elcaso de la consistencia, la conductividadeléctrica de las masas cocidas depende delcontenido de cristales y de la viscosidad dellicor madre según:

ΩM = B (1.00 -CC) / μLn

De aquí que se pueda inferir que tanto elmétodo reométrico (basado en el controldirecto de la viscosidad) como el conducti-métrico, responden al mismo criterio acercade controlar la consistencia de las masascocidas, lo que en el segundo caso se tratade una medición indirecta.

En soluciones impuras se puede expre-sar la viscosidad en función de la razónimpurezas/agua (6, 7) de acuerdo con laexpresión:

μL = K. e-(P0. I/W)

por lo que:ΩM=212,15. (1,00-CC)/ e-(0, 40. I/W) (2 - 6)

Para calcular el flujo de agua evaporada sepropone una ecuación empírica que guardasimilitud con otras empleadas por Wright (8).E = 0,045. ΩM + 0,1176. MT + 0,001 (2 - 7)

Ecuaciones de equilibrio de faseLa sobresaturación se define como:

En el caso de soluciones puras de saca-rosa, la concentración (% de solución) en elpunto de saturación responde a la expre-sión:

Por lo que la relación sacarosa/agua esigual a:

SL/W = SAT / (100 - SAT)

En el caso de las soluciones impuras hayque incorporar al coeficiente de solubilidadcomo un término adicional en el cálculo dela sobresaturación. De acuerdo con esto:

Se ha informado previamente (8) unaecuación para el cálculo del coeficiente desolubilidad obtenida de la experimentacióncon mieles de la misma fábrica en la que serealizó el presente trabajo:

CS = 0,08. I/W + 0,638 (2 - 10)

El trabajo establece que su uso es válidocuando la razón impurezas/agua es superiora 1,5, lo que se corresponde al caso de lasmasas cocidas "C".

El exceso de saturación se define como: OS = SS - 1,00 (2 - 11)

Velocidad de crecimiento de los cristalesLa velocidad con que crecen los crista-

les, a temperatura constante, depende delexceso de saturación y de la viscosidad yesta última variable fue antes relacionadacon la relación impurezas/ agua. dD/dt = 0,011. OS / e-(1, 75. I/W) (2 - 12)

Las ecuaciones enumeradas desde (2-1)hasta (2 -12) conforman el modelo matemá-tico de la dinámica del proceso de cocciónde las masas cocidas en los tachos. Sus coe-ficientes fueron obtenidos de la experimen-tación en un tacho industrial y no puedenser considerados de carácter general por laconocida variación de las características delas impurezas presentes en las solucionestécnicas de azúcar. Por lo tanto, los resulta-dos de su empleo son esencialmente útilesdesde el punto de vista cualitativo, sinobviar algunos aspectos de carácter cuanti-tativo, en los casos en que las característicasde las impurezas se asemejen a las de la pre-sente fuente experimental.

Se aclara que no se hace referencia a lasunidades de medida de las variables, ya quelos resultados de la simulación contenidosen la parte 2 del presente trabajo responden

5

I/Wrazón y ra temperatuiguales a saturada

adasobresatursolución la SS

soluciónladeWS

deWS

L

L

=

SAT=64,407+0,07251 T+0,00257 T2-9,035.10-6 T3

( )CS1

SATSAT100

WS SS L ⋅−⋅= (2 - 9)

....(2-7)

al comportamiento de variables relativasque son adimensionales.

CONCLUSIONES

Se formuló un modelo matemático delproceso de cocción de las masas cocidasfinales en los tachos como base para lasimulación del proceso bajo alternativas decontrol ideal, aspecto contenido en la parte2 del presente trabajo.

SIMBOLOGÍA

BIBLIOGRAFÍA

1. Casanova, E. ¿Cómo evaluar industrial-mente la calidad de la caña?CubaAzúcar. 19 (4), 54-57, 2000.

2. Ramos, E., Ravelo, S., Gutiérrez, S. Efectode los diferentes oligosacáridos en elhábito del cristal de sacarosa.CubaAzúcar. 19 (4), 58-62, 2000.

3. Monduí, R. Tiempo de residencia en losclarificadores: Un enfoque económico.CubaAzúcar 17 (4), 3-6, 1998.

4. Consuegra, R. El análisis del proceso decocción de las masas cocidas finales enlos tachos y su vinculación con el controlde la operación en la industria azucarera.Tesis para la obtención del grado deDoctor en Ciencias Técnicas.Universidad Central de Las Villas. 57-133, 1985.

5- Rouillard, E.E.A., Kocnig. M.F.S. The vis-cosity of molasses and massecuites.South African Sugar J. Junio, 1-4, 1980.

6- Broadfoot, R., Steindl, R.J. Solubility-crystallization characteristics ofQueensland molasses. Proc. XVIICongress ISSCT. Vol 3. 2557-2581, 1980.

7- Wright, P.G., White, E.T. A mathematicalmodel of vacuum pan crystallization.Proc. XV Congress ISSCT. Vol 3. 1546-1559, 1974.

8- Morera, R. Coeficiente de saturación delas mieles finales. Memorias 43 Congresode la ATAC. División: Industria, 73-76,1981.

6

t = Tiempo. SL = Masa de sacarosa contenida en el

licor madre. F = Flujo de miel B que se adiciona a la

masa. C = Masa de cristales de sacarosa. I = Masa de impurezas en la masa.

IF = Masa de impurezas contenida en F. W = Masa de agua contenida en la

masa. CF = Fracción de sólidos contenidos en F. E = Flujo de agua que se evapora. N = Número de cristales en la masa. ρC = Densidad del cristal de sacarosa. D = Diámetro del cristal de sacarosa. M = Masa total contenida en el tacho. Q = Cantidad de calor transferido. U = Coeficiente de transferencia de calor. A = Área de transferencia de calor. Tv = Temperatura del vapor en la

calandria del tacho. TM = Temperatura de la masa. λ = Calor de vaporización. μM = Viscosidad de la masa. μL = Viscosidad del licor madre.

CC = Fracción de contenido de cristales en la masa.

ΩM = Conductividad de la masa. ΩL = Conductividad del licor madre. SS = Sobresaturación.

SAT = Concentración de sacarosa (% en solución) en una solución pura.

CS = Coeficiente de solubilidad en la solución impura.

OS= Exceso de saturación.

7

Mabel Viñals-Verde, Antonio Bell-García, Georgina Michelena-Álvarez,Marlen Ramil-Mesa

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

mabel.vinals@icidca.edu.cu

RESUMEN

Se muestra el estado de la literatura en cuanto a la obtención de etanol a partir de hidro-lizados lignocelulósicos, una alternativa muy estudiada en la actualidad en el mundocon vistas a disminuir el costo del etanol combustible. Se reportan los materiales ligno-celulósicos que están en estudio siendo el bagazo de caña de azúcar y los derivados delmaíz los más utilizados. Se presentan los métodos de pre-tratamiento, purificación delhidrolizado, fraccionamiento de la celulosa, obtención de microorganismos genetica-mente modificados y producción a nivel de planta piloto e industrial. Los métodos de pre-tratamiento por explosión por vapor y de purificación por "overliming" son los más estu-diados con resultados satisfactorios. Entre los métodos de fraccionamiento de la celulo-sa, la sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) se reporta como el proceso másnovedoso y eficiente para la obtención de etanol a partir de biomasa aunque a nivel deplanta piloto e industrial se continúa trabajando con el sistema de hidrólisis ácida. Semuestran algunos resultados obtenidos con microorganismos genéticamente modificadoscomo la levadura Saccharomyces y la bacteria Escherichia coli.Palabras clave: etanol, materiales lignocelulósicos, hidrólisis.

ABSTRACT

In this work is shown the state of the literature for the obtaining of ethanol starting fromlignocellulosic hydrolysates, an alternative very studied at the present time in the worldwith a view to diminishing the cost of the combustible ethanol. The lignocellulosic mate-rials more studied are the sugar cane bagasse and derived of the corn. The pre-treatmentmethods, purification of the hydrolyzate methods, division of the cellulose methods, stu-dies of obtaining of genetically modified microorganisms and production at level of plantpilot and industrial are presented. The pre-treatment methods of vapor explosion andpurification for "overliming" are the more studied with satisfactory results. The sacharifi-cation and simultaneous fermentation (SSF) is reported as the most novel and efficientprocess for the obtaining of ethanol starting from biomass, although at plant pilot andindustrial level is continuous working with the system of sour hydrolysis. It shown someresults obtained with genetically modified microorganisms as the yeast Saccharomycesand the bacteria Escherichia coli. Keywords: ethanol, lignocelulosic materials, hydrolysis.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 7 - 16

INTRODUCCIÓN

La mayoría de los países latinoamerica-nos, entre ellos los productores de azúcar,están en la búsqueda de una estrategia parala reconversión de sus tecnologías producti-vas y dar respuesta con ello a la apertura denuevos mercados y a la integración regio-nal. Con la disminución de las reservas delcombustible fósil y el aumento de los pre-cios de este, la búsqueda de una materiaprima alternativa para reemplazar el petró-leo se ha intensificado de un extremo a otrodel mundo (1).

El aumento de la producción de alcoholen el mundo está aparejado con el desarro-llo de nuevas tecnologías que permitanobtener etanol a partir de residuos agrícolas,maderables, de desechos sólidos y de todoslos materiales que contengan celulosa yhemicelulosas, para permitir entonces reva-lorizar los desechos de varias industrias yconvertirlos en materia prima para la obten-ción de alcohol (2,3).

La producción de etanol de maíz esuna tecnología establecida, pero es unafuente básica de alimentación mundial(1,4). La búsqueda de una alternativa reno-vable debe lograrse mediante el uso demateriales lignocelulósicos para produciretanol, debido a ser abundantes y relativa-mente baratos. Aunque los procesos soncostosos en la actualidad, los avances enla biotecnología deben conllevar a una dis-minución sustancial del costo de conver-sión de estos materiales a etanol. La posi-bilidad de producir etanol de biomasa debajo costo debe ser la clave para que el eta-nol sea competitivo al compararlo con lagasolina (5).

El uso de biomasa celulósica en la pro-ducción de etanol ha sido beneficiosoambientalmente. La aplicación a gran esca-la de bioetanol como un combustible detransportación puede contribuir sustan-cialmente a la reducción de la emisión deCO2 y otras emisiones (SO2 y NO2) desdereceptores de transporte. El etanol celuló-sico puede reducir el efecto invernadero(5,6).

El objetivo de este trabajo es analizar lastecnologías que se utilizan en el mundo,para la obtención de etanol a partir de mate-riales lignocelulósicos que constituyen de-sechos industriales.

MATERIAS PRIMAS ESTUDIADAS

El interés por el uso de materiales ligno-celulósicos como materia prima en procesosde transformación por microorganismos esimportante desde hace varias décadas.Entre las razones fundamentales se tienenque:- La materia lignocelulósica es el producto

agroindustrial de mayor abundancia.- Es una fuente de materia prima renova-

ble, por constituir una parte estructuralen el reino vegetal (2).

- Los materiales lignocelulósicos sonmenos costosos que los materiales con-vencionalmente utilizados para produciretanol (7).

Sus tres mayores constituyentes (celulo-sa, hemicelulosas y lignina) encuentranaplicaciones prácticas apreciables: celulosay hemicelulosas para obtener etanol y/o bio-masa y lignina como fuente de combustible,adhesivos o inmunoadyuvantes (2).

Las fracciones más importantes para laobtención de etanol y otros productos quí-micos a partir de la biomasa lignocelulósicason las hemicelulosas (15 al 30 % del pesoseco del material) y la celulosa (35 al 50 %del peso seco del material) (8).

La biomasa lignocelulósica es menoscostosa que los materiales convencional-mente utilizados para producir etanol (7).Entre los materiales lignocelulósicos másutilizados o estudiados para la obtención deetanol se hallan los residuales agrícolas yforestales. Entre los residuos agrícolas, seencuentran los de la industria azucarera,siendo el bagazo de la caña de azúcar, elmaterial más utilizado y estudiado debido aque es un residuo abundante, renovable yde bajo costo. La paja de caña de azúcar estáen fase de estudios previos para determinarsu factibilidad (9).

En la industria del maíz molido se repor-tan estudios con la fibra de maíz que repre-senta una fuente renovable que está dispo-nible en cantidades significativas y debeservir potencialmente como una materiaprima para la producción de alcohol gradocombustible (10). Otros residuos menosestudiados de esta industria, son las hojas,tallos y mazorcas.

Tradicionalmente, la paja y la cáscara dearroz se queman unidas con otros residuos

8

agroindustriales. Estos residuos, a largoplazo, podrían convertirse en fuente de bio-masa para soportar el crecimiento sustan-cial de la industria del etanol en EstadosUnidos, unido a los residuos de la industriadel maíz (5).

El material residuo de la cosecha demandioca puede ser usado en la producciónde etanol, para obtener rendimientos acep-tables (11).

Otros residuos agrícolas estudiados son:la paja de trigo (12), los tallos de girasol(13), los tallos de tabaco (14), las cáscara demaní (15) y los residuos de la industria de lanaranja (16), entre otros.

Entre los desechos forestales que se pue-den utilizar se encuentran: la madera subu-tilizada, residuos leñosos, maderas corrom-pidas, exceso de árboles nuevos y pequeñosárboles. También se pueden explotar losárboles de rápido crecimiento, los arbustosy algunas hierbas (5).

ESTADO DE LA TECNOLOGÍA

Procesamiento de los materiales lignocelu-lósicos

La fermentación tradicional convierte laglucosa en etanol, pero en el caso de losmateriales lignocelulósicos, la celulosa debeser primero convertida a azúcares simplespor hidrólisis y entonces fermentada paraproducir etanol (5,1). Debido a esto, la mate-ria prima lignocelulósica debe ser procesa-da por las etapas que se muestran a conti-nuación:1. Preparación del material lignocelulósico.2. Pre-tratamiento (fraccionamiento de las

hemicelulosas y parte de la lignina).3. Purificación del hidrolizado (si es nece-

sario).4. Hidrólisis principal (fraccionamiento de

la celulosa).5. Purificación del hidrolizado (si es nece-

sario).6. Fermentación.7. Recuperación del etanol.

Preparación del material lignocelulósicoLos residuos lignocelulósicos, después

de colectados, deben ser procesados ade-cuadamente, mediante la reducción deltamaño por procesos de cortado y/o molidoy posteriormente lavado, si fuera necesario.

De esta forma, los materiales están listospara su procesamiento (8).

Pre-tratamientos del material lignocelulósicoPara la utilización de los carbohidratos

que constituyen la biomasa es necesario elrompimiento de la estructura lignocelulósi-ca, a través de un pre-tratamiento, con el finde separar la fracción hemicelulósica, ricaen xilosa y parte de la lignina.

El pre-tratamiento de los materiales lig-nocelulósicos es una etapa muy importantepara mejorar la eficiencia del proceso defraccionamiento de la celulosa, debido a serestos materiales poco susceptibles a ataquesenzimáticos y microbianos por su composi-ción y estructura físico-química. Esto sedebe a la estrecha relación estructural queexiste entre la celulosa, hemicelulosas y lig-nina que forma estructura no accesible a lasenzimas y a otros agentes químicos y a lacristalinidad de la celulosa (2).

El objetivo del pre-tratamiento esaumentar la susceptibilidad del materialpara obtener un sustrato lignocelulósicoreactivo que sea altamente accesible al ata-que químico, microbiológico o enzimático.Para esto se pueden utilizar métodos físicos,químicos, físico-químicos y biológicos(2,17).

Entre los procesos de pre-tratamientomás estudiados está el tratamiento conexplosión a vapor con aplicaciones envarios productos lignocelulósicos. Este pro-ceso se ha estudiado también catalizado conSO2 (10). En la literatura se reporta que estemétodo es muy efectivo debido a queaumenta la deslignificación del material yeste se hace más susceptible a la hidrólisisposterior. Las condiciones de temperatura ytiempo con mejores resultados son 190 ºCentre 5 (10) y 10 minutos (12) para procesoscatalizados con SO2 y 205 ºC en 10 min(14,18) en procesos sin catalizar. Los hidro-lizados obtenidos presentan en su composi-ción, además de los azúcares, xilosa, gluco-sa y otros azúcares, ácidos alifáticos, aldehí-dos furánicos y compuestos fenólicos quepueden afectar el proceso fermentativo pos-terior, por lo que deben ser sometidos a unapurificación si se mezclaran con el produc-to de la hidrólisis principal (19).

El proceso de oxidación húmeda ha sidoestudiado ampliamente. Como principalesresultados se reportan aumentos en la con-

9

vertibilidad enzimática de la celulosa dehasta 5 veces (16). En estudios comparativoscon el método de explosión a vapor se detec-tó que los hidrolizados obtenidos por oxida-ción húmeda contienen más ácidos alifáticosy menos aldehídos furánicos. Además, loscompuestos fenólicos formados fueron dife-rentes para cada tratamiento y se obtuvo unaalta concentración en la oxidación húmeda.También se observó que los tratamientos queusaron oxidación húmeda tuvieron unamejor fermentabilidad usando fermentaciónseparada o sacarificación y fermentaciónsimultáneas (SSF) que el hidrolizado obteni-do con explosión a vapor (20). El tratamientode oxidación húmeda se ha estudiado enmedio alcalino con buenos resultados (21).

Un método muy utilizado para separarlas hemicelulosas de la celulosa es la hidró-lisis ácida, donde la materia prima lignoce-lulósica es sometida a una solución ácida atemperaturas medias. De este pretratamien-to se obtiene una solución rica en xilosa yun residuo sólido que contiene celulosa ylignina. La celulosa podrá ser procesadapara la obtención de etanol y la soluciónrica en xilosa puede ser utilizada para obte-ner xilosa pura o un derivado de la xilosa(22) o puede ser fermentado a etanol usan-do microorganismos que fermentan azúca-res de 4 o 5 átomos de carbono a etanol (8).

Un desarrollo reciente e interesante dela hidrólisis de las hemicelulosas y pre-tra-tamiento de la celulosa es el proceso ácidocarbónico. Este proceso emplea agua líquidacomprimida caliente saturada con CO2,como agente para promover la hidrólisis delas hemicelulosas y el rompimiento de laestructura lignocelulósica, para aumentar omejorar la subsiguiente hidrólisis de la celu-losa. Esta tecnología evita el uso de ácidosminerales y la producción de residuos aso-ciados al proceso y recicla algo del CO2 pro-ducido durante la fermentación (6).

Con el objetivo de destruir las estructurascristalinas de la celulosa para preparar lamasa de alimentación se puede utilizar ladestrucción con vapor. En este proceso, labiomasa es cortada a un tamaño apropiado yalimentado en un cilindro de reacción a altaspresiones. El sólido se agita continuamentecon vapor a presión. La presión causa la ace-tilación, auto-hidrólisis de las hemicelulosasa xilosa y fundición de la lignina. La biomasaresidual se convierte en un producto viscoso

de celulosa, constituido por polisacáridos quepueden ser digeridos por las enzimas.

El doctor Lazlo Paszner desarrolló unainvestigación para el pre-tratamiento ehidrólisis de la biomasa a etanol. La ligninaen la biomasa es extraída y sometida a unproceso con acetona acidificada a elevadastemperaturas y presión. Posteriormente, laacetona es separada por destilación de lamezcla acetona - lignina, liberando la ligni-na para la generación de electricidad ocalor. Los residuos hemicelulosas y celulosason fácilmente hidrolizables para producirazúcares para la fermentación (23).

La etapa siguiente al pretratamiento es laetapa de fraccionamiento de la celulosa ohidrólisis principal, si no es necesario puri-ficar el producto.

Purificación de hidrolizados hemicelulósicoso celulósicos

Posterior al proceso de pre-tratamiento ode hidrólisis de la celulosa, en algunoscasos es necesario un proceso de purifica-ción debido a la existencia en el hidrolizadode compuestos tóxicos que pueden afectarla fermentación del hidrolizado a etanol,por lo que en la literatura se reportan losestudios siguientes:• Hidrolizados de bagazo de caña de azú-

car, obtenidos por explosión a vapor,sometidos a purificación enzimática portratamiento con lacasa fenoloxidasa ypurificación química por el proceso over-liming. Overliming removió parcialmentelos compuestos fenólicos y otros inhibi-dores de la fermentación como ácido acé-tico, furfural e hidroximetilfurfural(HMF). Los hidrolizados se fermentaroncon Saccharomyces cerevisiae eficiente-mente (18).

• Hidrolizados de madera pre-tratados porexplosión a vapor fueron purificados porlos métodos overliming con hidróxido decalcio, lavado con agua y lavado en dosfases con agua y acetato de etilo. Losmayores rendimientos fueron obtenidoscon tratamiento por overliming, hidróli-sis ácida y fermentación (19).

• Hidrolizados de fibras de maíz con ácidosulfúrico fueron sometidos a un procesode neutralización por dos variantes: tra-tamiento con cal y tratamiento con resinaaniónica. Los hidrolizados tratados conresinas tenían menos compuestos inhibi-

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dores como el furfural, HMF y ácido acé-tico, pero removió del hidrolizado másazúcares que el otro tratamiento. Los ren-dimientos obtenidos fueron similarespara ambos tratamientos (24).

• Hidrolizados de madera blanda fuerontratados por el proceso overliming concenizas de madera para aumentar la fer-mentatividad del hidrolizado y se logróla reducción de inhibidores furánicos ycompuestos fenólicos (25).

Fraccionamiento de la celulosaDespués del tratamiento, el material se

somete a una hidrólisis química o enzimáti-ca. Los métodos químicos más empleadospara convertir la celulosa a azúcares sim-ples son la hidrólisis ácida concentrada ydiluida, ambas usando ácido sulfúrico.

Hidrólisis ácido diluidoConvencionalmente, la hidrólisis ácida

diluida se realiza en dos etapas por las dife-rencias que existen entre la degradación dela celulosa y las hemicelulosas, la primeraetapa es un pretratamiento. El fracciona-miento de la celulosa se realiza a altas tem-peraturas para optimizar la hidrólisis de lacelulosa (5,8).

La hidrólisis ácido diluido es una tecno-logía vieja de conversión de biomasa a eta-nol. Esta puede realizarse poniendo en con-tacto el material celulósico con una solu-ción diluida de ácido sulfúrico a altas tem-peraturas por un tiempo determinado. Serealiza en reactor agitado o a flujo a contra-corriente en un reactor estático en un cortotiempo, alta concentración de sólidos y altastemperaturas (240 ºC) (8).

Se han realizado algunas experienciasindustriales con procesos ácido diluido.Alemania, Japón y Rusia han operado plantasde percolación con hidrólisis ácido diluido enlos pasados años 50. En muchos de estoscasos, el diseño de percolación no fue com-pletamente competitivo en el mercado. En laactualidad se están analizando oportunidadescomerciales para esta tecnología, lo cual com-bina mejoras recientes y oportunidades pararesolver los problemas ambientales (8).

Hidrólisis ácido concentradoSegún DiPardo (2003) (5) para tratar el

producto lignocelulósico con el tratamientode hidrólisis ácido diluido, la biomasa se

seca antes de la adición del ácido sulfúricoconcentrado; posteriormente, se adicionaagua para diluir el ácido y se calienta paraliberar los azúcares para producir un gelque puede ser separado del residual sólido.Para la recuperación del ácido se puedenutilizar columnas cromatográficas que sepa-ran el ácido de los azúcares. El método deácido concentrado es usado por Arkenol ensu planta de paja de arroz y la planta de RíoLinda en Sacramento (8).

El Laboratorio de Energía RenovableNacional (NREL) estima que la recuperaciónde ácido y el rendimiento de azúcares para elproceso de hidrólisis ácido concentrado debeproveer ahorros de 3,7 cent./litro de etanol yel ácido diluido 5 cent./litro de etanol (5).Algunos estudios usan para la hidrólisis el100 % del ácido reciclado. Los trabajos másnotables fueron realizados por las autorida-des del Valle de Tennesse que desarrollarontecnologías para la conversión de materialescelulósicos a etanol combustible en los años50, la Universidad del sur de Missisipi y lacorporación Arkenol en Nevada (27,28).Resinas comerciales son también usadaspara separar el ácido de los azúcares sindiluir los azúcares. El ácido retenido en elazúcar se neutraliza con hidróxido de calciopara obtener sulfato de calcio hidratado (25).

Entre las desventajas de estos procesosde hidrólisis ácida figuran: - La hidrólisis ácido diluido tiende a ren-

dir una gran cantidad de subproductos.- La hidrólisis ácido concentrado forma

menos subproductos pero por razoneseconómicas el ácido debe reciclarse. Laseparación y reconcentración de ácidogenera más complejidad al proceso, ade-más el ácido sulfúrico es altamentecorrosivo y difícil de manipular.

- Ambos procesos se realizan a altas tempe-raturas (entre 100-200 ºC) lo cual puededegradar los azúcares, y se reducen lasfuentes de carbono y seobtiene una dismi-nución en el rendimiento a etanol (5).

Hidrólisis enzimáticaEl mayor potencial para la producción

de etanol de biomasa se encuentra en lahidrólisis enzimática de la celulosa. La enzi-ma celulasa reemplaza el ácido sulfúrico enla etapa de hidrólisis y las temperaturas sonde 30 a 50 ºC, lo cual reduce la degradaciónde los azúcares.

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NREL estima que la reducción del costopuede ser 4 veces mayor en el proceso enzi-mático que en la hidrólisis ácido concentra-do. Para lograr la reducción del costo esnecesario reducir sustancialmente el costode producción de la enzima celulasa yaumentar el rendimiento en la conversión aetanol de los azúcares (no glucosa) (5).Según algunos autores (6), para que sea via-ble económicamente el proceso enzimáticoes necesario el desarrollo de celulasas acti-vas a altas temperaturas, tolerantes a bajospH, con alta actividad específica y resisten-te a la inhibición por glucosa.

La reacción enzimática se lleva a caboen diferentes etapas, cuya velocidad depen-de del tamaño de partículas, la materiaprima, calidad y composición del complejoenzimático, grado de polimerización y cris-talinidad originales del sustrato lignoceluló-sico, las cadenas de la reacción y la inacti-vación enzimática, entre otras (1,2).

Las enzimas celulasas están disponiblesen el mercado para una variedad de aplica-ciones pero estas no incluyen hidrólisisextensiva de la celulosa, por lo que tienenvalores en el mercado mayores que los delos combustibles, por lo que el costo de laenzima celulasa es muy alto (11,9 centa-vos/litro de etanol). Se estudian en la actua-lidad nuevas tecnologías que puedan redu-cir el costo de la enzima a menos de 2,65centavos/litro de etanol (6). Por esta razón,un reto de nuestros tiempos es adecuar laindustria de la enzima celulasa a la indus-tria del etanol.

Sacarificación y fermentación simultáneasEl proceso mejorado de la hidrólisis

enzimática de la biomasa es la introducciónde la sacarificación y fermentación simultá-nea (SSF) que fue patentado por la OilCompany y la Universidad de Arkansas.Este esquema del proceso reduce el númerode reactores y elimina el reactor de hidróli-sis. Además, evita el problema de la inhibi-ción asociada con las enzimas, por lo que selleva a cabo eficiente y económicamente.

En este esquema las enzimas celulasas ylos microbios fermentativos se combinan.Los azúcares son producidos por las enzi-mas y los organismos fermentativos los con-vierten a etanol. Recientemente este proce-so (SSF) ha sido mejorado, incluyendo laco-fermentación de múltiples sustratos azu-

carados. Esta nueva variante de SSF seconoce como SSCF (simultánea sacarifica-ción y co-fermentación) (1,8,26).

Esta tecnología está muy asociada con elprograma de investigación y desarrollo de laNREL en Goleen, Colorado. Esta institucióntiene una larga historia de desarrollos detecnologías para la producción de etanol debiomasa lignocelulósica (26).

Utilización de microorganismos genética-mente modificados

En la actualidad se estudia el uso demicroorganismos genéticamente modifica-dos como una alternativa tecnológica viablepara la producción de etanol, debido a quepara una producción de etanol más eficientey con menos costo es necesario que la leva-dura tradicional fermente los azúcares decuatro y cinco a etanol o existan otros micro-organismos que lo realicen. Entre los estu-dios reportados en la literatura está que laBioenergy International, L.C., subsidiaria dela Quadres Corporation, patentó un operónportátil único para la producción de etanol,el cual consta de las enzimas alcohol deshi-drogenasa y piruato descarboxilasa de genesde Zymomonas mobilis la cual es insertadaen un genoma de E. coli, Erwinia o Klebsiella.Este sistema debe aumentar la producción deetanol por desviación del piruvato a etanoldurante el crecimiento en condiciones aero-bias o anaerobias, lo que permite que la lac-tosa, xilosa, glucosa, arabinosa, galactosa ymanosa sean transformados a etanol sin laproducción de ácidos orgánicos (6).

Otros estudios reportaron la obtenciónde una bacteria genéticamente modificadade Escherichia coli modificada con genes deZymomonas mobilis para producir la cepaKO11, para la fermentación de siropes deri-vados de las hemicelulosas compuestos porlos azúcares hexosas y pentosas presentesen los polímeros de hemicelulosas. Tambiénse modificó genéticamente la Klebsiela oxy-toca MA1 para obtener la cepa P2 y produ-cir etanol de celulosa. Este organismo tam-bién tiene la capacidad de fermentar la celo-biosa y la celotriosa, y elimina la necesidadde la enzima celulasa a pH 5,0 - 5,5. En laactualidad, se estudia el desarrollo de siste-mas enzimáticos que eliminen la necesidadde la hidrólisis ácido diluido u otro pretra-tamiento lo que debe traer mejoría en lavelocidad de producción de etanol, dismi-

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nución del costo de nutrientes, aumento dela concentración de etanol y debe resultaren una disminución en el costo de produc-ción de etanol (29).

Otra cepa genéticamente modificadapara fermentar la xilosa sola o en presenciade glucosa fue la cepa Saccharomyces 1400(PLNH32), que logró una alta producción deetanol con todos los azúcares en condicio-nes anaerobias (30).

Hidrolizados de mazorca de maíz, conxilosa como azúcar predominante, se fer-mentaron a etanol con la cepa recombinan-te Escherichia coli K011 con buenos resulta-dos. Al realizar la simulación de un procesoindustrial de pentosas con E. coli y de hexo-sas con una levadura; en la primera etapa E.coli fermentó hidrolizados que contenían 85g/l de xilosa y se produjo 40 g/l de etanol en94 horas; después de 8 horas de adicionar lasacarosa (150 g/l) al caldo fermentado el teorde etanol aumentó a 104 g/l. Esta fermenta-ción en dos fases podría aumentar la con-centración final de etanol, por lo que puedeser atractivo para la bioconversión de mate-riales lignocelulósicos a etanol (31).

PRODUCCIÓN DE ETANOL DE BIOMASAEN EL MUNDO

Actualmente están en proyecto y pro-ducción varias plantas piloto en algunosestados de Estados Unidos y Canadá. Entreellas se reconocen:• La empresa Arkenol está trabajando para

establecer una instalación comercial enRío Linda, Sacramento, estado deCalifornia, una planta para el procesa-miento de paja de arroz y otros residuosagrícolas con una producción de etanolde 75 710 l/año (5).

• En Misión Viejo, California se montó unaplanta piloto con la tecnología ácido con-centrado para obtener 380 l/Bach (5).

• La empresa BCI está construyendo insta-laciones en Louisiana para convertirbagazo en etanol por el proceso ácidodiluido, aunque en el futuro esta plantapasará a proceso enzimático (5).

• La BC International (BCI) y la Oficina deDesarrollo del Combustible (DOE) forma-ron una sociedad para producir 20 millo-nes de galones por año de etanol, a partirde biomasa en Jenning L.A., usandohidrólisis ácido diluido, como material

bagazo de caña de azúcar y cáscara dearroz y un microorganismo genéticamen-te modificado.

• La BCI presentó el proyecto de plantaspara usar la tecnología de dos etapas deácido sulfúrico diluido con paja de arrozy maderas residuales para obtener etanol.

• Tenher y Pacific Ocean usan ácido dilui-do para producir pulpa de celulosa (8).

• La Iogen tiene el proyecto de una plantapiloto en Ottawa, Canadá (6).

La primera planta de producción a esca-la comercial de biomasa a etanol se constru-yó por Abengoa Bioenergy para demostrar elproceso tecnológico de obtención de etanola partir de residuos lignocelulósicos.

La construcción comenzó en agosto del2005 y está localizada próxima a la plantade etanol a partir de cereales enBabilafuente, Salamanca, España. La co-localización e integración de la planta debiomasa con la de cereal, conlleva a costosde capital y de operación reducidos para laplanta de biomasa. Bioenergía Abengoa uti-lizará la planta BCyL de biomasa comotrampolín para desarrollar y lanzar tecnolo-gías competitivas de conversión de biomasapara asegurar a largo plazo un crecimientosostenible de la compañía.

Debido a que esta planta es la primerademostración comercial de la tecnología deprocesamiento de la biomasa a etanol, se haformulado con la siguiente filosofía: • Diseño tan flexible como sea posible para

realizar futuros cambios.• Diseño de planta robusta, fácil de operar

y de dar mantenimiento.• Diseño de planta que minimice el costo.• Optimizar el flujo de materiales.• Usar equipamiento probado y disponi-

ble.

Esta planta procesa 70 t/d de residuosagrícolas, tales como paja de trigo y cebada.Produce aproximadamente 5 millones delitros de etanol combustible por año. Elobjetivo es desarrollar una tecnología quesea económicamente competitiva con lagasolina.

Las principales etapas de la planta inclu-yen: almacenamiento y preparación de lamateria prima, pre-tratamiento, hidrólisisde la celulosa, fermentación y recuperacióndel etanol.

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Las materias primas (biomasas como lapaja de trigo o lacebada) se muelen y lim-pian en la fase preparatoria, y después sepretratan. La biomasa pretratada pasa al pro-ceso de hidrólisis, para fraccionar los azúca-res que serán seguidamente fermentados poruna levadura para obtener etanol y dióxidode carbono. El etanol se recobra en el proce-so de destilación, y el residuo se procesapara la obtención de alimento animal o pararecuperar productos químicos útiles.

Con la construcción de la BCyL Plantade Biomasa, Bioenergía Abengoa demuestraclaramente su liderazgo mundial en tecno-logía y desarrollo de negocios en esta impor-tante y rápidamente creciente área de pro-ducción de etanol a partir de biomasa (32).

ESTADO DE LA LITERATURA EN ELMUNDO

Según el análisis de la literatura los paí-ses que más han investigado la conversiónde biomasa a etanol desde los primeros añosde la década del 80 son: Estados Unidos,India y Brasil, siendo el primero el de mayorvolumen de informacion publicada y enti-dades reconocidas (5).

En Brasil varias Facultades Universitarias eInstitutos están investigando sobre esta temáti-ca y la tecnología DEDINI, aplicada a nivelsemi-industrial es la de mejores resultados (33).

En el mundo se investiga también enAustralia, Japón, Suecia, Canadá, Uruguay,Bélgica, España, Polonia, Italia, Slovaquia,Dinamarca, Holanda y en Cuba.

En el Ministerio de Agricultura, Forestaly de Pesca (MAFF) de Japón se han realiza-do estudios de energía por más de dos déca-das. Los estudios estuvieron encaminadosmayormente a la producción de biomasa yconversión de energía. Los resultados mássignificativos fueron: tecnologías para laconversión de celulosas y hemicelulosas enetanol usando bacterias y enzimas modifi-cadas y tecnologías para la separación deetanol por membrana. El material más estu-diado fue la cáscara de arroz (34).

ESTUDIOS REALIZADOS EN CUBA

En Cuba se estudia esta temática en lasUniversidades de Matanzas, las Villas y

Camagüey principalmente, y en Institutoscomo el ICIDCA (2,3,14-16,18,20,35). Losestudios son preliminares en materias pri-mas como el bagazo de la caña de azúcar, lacáscara de maní, la cáscara de arroz, lostallos de yuca, los residuos de naranja, y losde la cosecha de la yuca, las astillas detallos de tabaco y los residuos de madera.

Las investigaciones se enfocan en el aná-lisis de las tecnologías de fraccionamientode la celulosa, hidrólisis enzimática, hidró-lisis ácido diluido, sacarificación y fermen-tación simultáneas y en los procesos de pre-tratamiento por explosión a vapor y oxida-ción húmeda.

CONCLUSIONES

• La conversión bioquímica de la biomasalignocelulósica a etanol es una alternati-va promisoria para obtener etanol com-bustible.

• La utilización de materiales lignoceluló-sicos como residuos agrícolas y madera-bles está aparejado con el desarrollo denuevas tecnologías para aumentar la pro-ducción de alcohol a nivel mundial. Elbagazo de la caña de azúcar, subproduc-to de la industria azucarera, es el mate-rial más estudiado y en segundo lugar seencuentran los residuos de la industriadel procesamiento del maíz.

• El pretratamiento del material lignocelu-lósico es una etapa muy importante en elprocesamiento de la biomasa y dependedel material y la tecnología a utilizar parael fraccionamiento de la celulosa.

• La tecnología más estudiada en la actua-lidad para la producción de etanol debiomasa es la hidrólisis enzimática, sien-do el proceso de sacarificación y fermen-tación simultánea la alternativa más efi-ciente.

• La utilización de bacterias genéticamentemodificadas para obtener etanol de lig-nocelulósicos se está estudiando. Se hanobtenido resultados importantes en laconversión de los azúcares de 4 y 5 áto-mos a etanol.

• La primera planta industrial de producciónde etanol a partir de biomasa se construyópor Bioenergía Abengoa en Salamanca,para procesar paja de trigo y cebada a eta-nol combustible (5 000 000 l/año).

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• En Estados Unidos y Canadá se encuen-tran en explotación varias plantas pilotosen las que se prueban diferentes materiasprimas y tecnologías para la obtención deetanol combustible.

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Rafael Hurtado-Vargas, Leopoldo Rostgaard-Beltrán, Mauricio Ribas-García, Norge Garrido-Carralero, Raúl Sabadí-Díaz

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

rafael.hurtado@icidca.edu.cu

RESUMEN

La producción de etanol a partir de jugo de caña y mieles finales es una alternativa muycomún en la industria azucarera actual. En una producción integrada donde se produ-ce azúcar y alcohol, deben considerarse varias alternativas de producción en dependen-cia del comportamiento del mercado. Por tal motivo, una herramienta de software parala toma de decisiones es muy útil para seleccionar una, entre varias estrategias de pro-ducción. Para desarrollar el software SANPAD®, las alternativas más comunes en la pro-ducción integrada de azúcar y alcohol fueron tomadas en cuenta. Incluye el análisis dediferentes composiciones de materias primas para la destilería (uso de jugo de filtros,mieles, jugo primario, etc.) y sus pasos de purificación. Fueron estudiadas además, eincluidas en el software, diferentes estrategias para producir azúcar crudo y refino. Elmodelo matemático concibe todas estas posibilidades en los balances de masa y energíaen las fábricas. El resultado es un software útil que puede ser usado para el análisis dealternativas en la producción integrada de azúcar y alcohol. El software es descrito a tra-vés de un caso de estudio para mostrar sus posibilidades.Palabras clave: simulación, optimización, software, azúcar, alcohol.

ABSTRACT

The production of ethanol from cane juice and molasses is a very common alternative incurrent sugar industry. Different alternatives arise when sugar and ethanol are producedin an integrated production complex and market imposes different conditions. So, a soft-ware tool to support decisions is useful for choosing among production strategies. Todevelop SANPAD® software, more common alternatives in sugar and ethanol integratedproduction were taken into account. They include the analysis of different compositionsof raw materials for distillery (use of filter juice, molasses, primary juice, etc.) and theirpurification steps. Also, different strategies for producing raw and refined sugar were stu-died and included in the software. The mathematical model includes all these possibili-ties in the mass balances as well as the associated energy balances in the factories. Theresult is a useful software tool that can be used for analysis of alternatives in integratedproduction of sugar and alcohol. The software is described through a case study used forshowing its possibilities.Keywords: simulation, optimization, software, sugar, alcohol

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 17 - 21

INTRODUCCIÓN

La aplicación de técnicas de simulacióny optimización pueden resultar en un signi-ficativo incremento de los rendimientos enlos procesos industriales cuando son anali-zadas diferentes alternativas en el proceso.Las industrias de azúcar y alcohol compar-ten como característica común que la cali-dad de las materias primas cambia durantela campaña productiva, lo que obliga a fre-cuentes ajustes en las variables de proceso.Es posible encontrar muchas aplicacionescon técnicas de simulación para estasindustrias usando SUGARSTM (1, 2) y otrasherramientas de software (3) existentes enel mercado.

Desde el año 2003 el ICIDCA comenzó atrabajar en un proyecto denominado"Optimización del agua y la energía en lasproducciones integradas de azúcar y alco-hol (WESAP)". Uno de los objetivos de esteproyecto fue proveer metodologías y herra-mientas de software para el análisis de pro-ceso, permitiendo para las producciones deazúcar y alcohol, la selección de la políticade producción integrada más ventajosa.

En el enfoque inicial, los esfuerzos estu-vieron encaminados hacia el desarrollo demodelos matemáticos para el análisis técni-co y económico. SIMFAD® (4), FERMEN-TA® (5), y DAFLEX® (6) fueron algunos delos resultados más significativos. Estasherramientas de software modelan y simu-lan la fábrica de azúcar, la destilería y la rela-ción entre la fábrica de azúcar y plantas dederivados con el objetivo de realizar estu-dios sobre alternativas de diversificación.

SANPAD®, un programa modular desimulación en estado estacionario, constitu-ye uno de los resultados del proyecto. Fuediseñado para analizar alternativas de pro-ducción integrada de azúcar y alcoholtomando en cuenta la información econó-mica, para seleccionar la más ventajosacomo decisión de producción en el comple-jo industrial. La modelación matemáticaque está incorporada en SANPAD® se basaen los modelos descritos en las referencias(4-6 y 9).

El software SANPAD®SANPAD® incluye módulos individua-

les para cada proceso, que permiten lamodelación del proceso de producción de

azúcar con o sin refinerías y destilerías.Cada etapa del proceso puede ser configura-da (número de molinos en el tandem, esque-ma de evaporación y calentamiento emplea-do y diferentes estrategias para la produc-ción de azúcar crudo y refino). El análisis dediferentes composiciones de materias pri-mas para la destilería (uso de jugo de filtros,mieles, jugo de la segunda extracción deltandem) y sus pasos de purificación estánincluidos.

El modelo matemático, de naturaleza nolineal y orientado a ecuaciones, es generadode forma automática de acuerdo con la con-figuración establecida, según las definicio-nes del usuario, y solucionado por un algo-ritmo de programación cuadrática secuen-cial (SQP por sus siglas en inglés) (7, 8).Como restricciones, el modelo incluye losbalances de materiales y energía, así comootras definiciones tecnológicas que serequieran. Diferentes estrategias de produc-ción pueden ser estudiadas en la fábrica deazúcar así como varias combinaciones dematerias primas para la destilería. La fun-ción objetivo es maximizar la ganancia de laproducción integrada en el complejo.

Esta herramienta de software ha sidodiseñada e implementada para ser usadasobre la plataforma Microsoft Windows. Lafigura 1 es la vista principal del sistema, yrepresenta el esquema de producción inte-grado de acuerdo con la configuración ana-lizada por el usuario final. Cada pestañaestá asociada a una etapa de proceso (desdela molienda hasta la generación y uso delvapor y la electricidad) o a los resultadosfinales (balances de materiales y energía, asícomo a las producciones).

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Figura 1. SANDPAD 5.0. Vista parcial.

Las salidas del sistema incluyen reportesgráficos de los procesos con los valores de lasprincipales corrientes y los resultados econó-micos para la producción integrada de azúcar(crudo y refino), alcohol, bagazo y electrici-dad. Es posible efectuar análisis de sensibili-dad sobre diferentes parámetros de operación.

Ejemplo de aplicaciónAnálisis de la producción integrada

(azúcar, alcohol, bagazo y electricidad) deun ingenio azucarero con una capacidad demolida de 2400 t/d de caña, empleandocomo materias primas para la destilería eljugo de la segunda extracción del tándem yla miel B del esquema de fabricación de dosmasas cocidas en el área de crudo y de unamasa cocida en la refinería. La destileríaanexa tiene 100 000 hl de capacidad y sepretende maximizar la ganancia del com-plejo. A partir de las características físicasdel proceso, índices de consumo de vapor yelectricidad en las áreas, costos y precios delos productos en el mercado, el sistemaoptimiza en función de lograr la mejor dis-tribución de corrientes para la producciónintegrada. Los resultados que se brindanson: las producciones, sus costos, valor delas ventas, ganancia y los balances decorrientes, bagazo, vapor y electricidad.

La figura 2 muestra cómo el softwarepuede ser configurado para realizar los aná-lisis. A partir de esta configuración el siste-ma genera el modelo matemático correspon-diente. El usuario solamente debe identifi-car el caso de estudio, indicar el tipo de aná-lisis a efectuar y caracterizar cada área deproceso involucrada.

Se permiten hacer los análisis partiendosolo del área de molienda e ir incorporando

posteriormente el resto de las áreas. Esto sedebe a que el modelo que se genera es com-plejo, y con frecuencia es necesario hacer elanálisis por etapas, a fin de ver el compor-tamiento (factibilidad) de acuerdo con lainformación primaria que se requiere en loscálculos.

En el caso del área de fabricación deazúcar crudo, se incorporan en el sistemalos dos esquemas más utilizados (2 y 3masas cocidas), aunque el usuario puedeincorporar otro al sistema y emplearlo; estorequiere de un trabajo más detallado, enocasiones bastante complejo.

Una vez configurado el proceso produc-ción integrada debe darse al sistema unaserie de datos para caracterizar a cada unade las áreas de proceso. La figura 3 muestralos datos requeridos en el área de molienda.

El sistema requiere, además, la informa-ción económica (costo del producto y suprecio de venta). Los productos que se con-sideran en el análisis son: azúcar crudo yrefino, miel final, bagazo, electricidad, alco-hol, levadura en crema y levadura seca. Noexiste dentro del sistema una distribuciónde los costos por áreas.

Con estas informaciones se genera elmodelo matemático y se procede a la solu-ción del mismo. Existen dos posibilidades:obtener solamente una solución factible omaximizar la ganancia del complejo. Lafigura 4 presenta los parámetros requeridospor el método de solución, los cuales pue-den ser modificados por el usuario o no. Decualquier manera, resulta conveniente tra-bajar con los valores implícitos.

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Figura 2. SANDPAD 5.0. Configuración delproceso.

Figura 3. SANDPAD 5.0. Datos del área demolienda.

Los resultados que brinda el sistema sonlos siguientes:• Reporte del esquema integrado del pro-

ceso de producción con sus principalescorrientes. Ver figura 1.

• Reporte por áreas de las principalescorrientes. La figura 5 presenta el área depurificación para el ejemplo analizado

• Balances de corrientes, pol (concentra-ción de sacarosa), bagazo, vapor y elec-tricidad por áreas. La figura 6 muestra lavista de los tres primeros.

• Producciones. La figura 7 muestra losresultados de las producciones optimiza-das para el ejemplo de aplicación, suscostos totales, el valor de las ventas, laganancia obtenida por cada producción yla ganancia total del complejo conside-rando 100 días de zafra.

Una vez que se ha logrado optimizar elproceso para las condiciones tecnológicas yde mercado impuestas, el usuario puedeefectuar análisis de sensibilidad, o lo que esigual, estudiar el efecto de la variación dealgún parámetro de operación o condicionesde la materia prima sobre las principalesvariables de interés en el proceso. La figura8 muestra la vista donde puede seleccionar-

se el parámetro a variar. En este caso, elusuario debe indicar el área, el sistema lemostrará los posibles parámetros a cambiary podrá definir los límites mínimo y máximode variación, así como el número de corridasa realizar (entre 2 y 10). La partición de esteintervalo de trabajo se hace automáticamen-te por el sistema tomando el valor mínimopara la primera corrida, el valor máximo

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Figura 4. SANDPAD 5.0. Parámetros delmétodo de solución.

Figura 5. SANDPAD 5.0. Reporte área depurificación.

Figura 6. SANDPAD 5.0. Balances.

Figura 7. SANDPAD 5.0. Producciones.

Figura 8. SANDPAD 5.0. Análisis de sensi-bilidad.

para la última corrida y una partición pro-porcional para el resto de la corrida.

La figura 9 ilustra los resultados del aná-lisis de sensibilidad, estos consisten en vistasgráficas con el comportamiento de la variablede interés seleccionada por el usuario para lavariación del parámetro de operación.

CONCLUSIONES

• El software SANPAD® permite a losingenieros de proceso y directivos, reali-zar diferentes análisis, para seleccionarlas mejores alternativas en las produccio-nes integradas tomando en cuenta losrequerimientos técnicos y de mercado.

• El modelo matemático asociado al esque-ma integrado es generado por el software,considerando los balances de materialesy energía. Se incluyen además las restric-ciones asociadas a la generación y usodel vapor y la electricidad.

• SANPAD® es configurable por el usuario.Permite varias posibilidades de análisis,solicitando un mínimo de datos requeri-dos para solucionar el modelo a través deuna interface de usuario amigable.

RECOMENDACIONES

• Procesar casos de estudio reales de com-plejos industriales para validar el sistemade forma que pueda convertirse en unproducto distribuible.

• Incorporar en el modelo matemático elanálisis de otras plantas de derivados(comenzando por la planta de levaduratorula) dentro de la producción integrada.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Figura 9. SANDPAD 5.0. Resultados delanálisis de sensibilidad.

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Evelyn Faife-Pérez , Miguel A. Otero-Rambla, Amaury Alvarez-Delgado

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

evelyn.faife@icidca.edu.cu

RESUMEN

Desde finales del siglo XX aparece un creciente interés en la producción de biodieselmicrobiano como una fuente de energía alternativa para la sustitución de los combusti-bles hidrocarbonados empleados en el transporte, debido a la posibilidad real del ago-tamiento de los combustibles fósiles en el futuro, así como una vía para reducir el calen-tamiento global debido a las emisiones de gases con efecto invernadero. En la naturale-za se encuentra un amplio rango de microorganismos capaces de incorporar en su bio-masa cantidades significativas de lípidos bajo ciertas condiciones de propagación:microalgas, levaduras, hongos y bacterias. Estos lípidos en algunos casos presentan unperfil de ácidos grasos adecuados para la producción de biodiesel. Se ha demostrado quela producción de aceites microbianos presenta varias ventajas con relación a su produc-ción a partir de las plantas: poseen un tiempo de reproducción más corto, requieren ope-raciones menos complejas, no se afectan por los cambios climáticos o estacionales y suproducción es mucho más fácil de escalar. El presente trabajo se relaciona con el estadodel arte de la producción de aceites microbianos y su conversión en biodiesel renovable.

Palabras clave: aceites unicelulares, biodiesel, lípidos microbianos, microorganismosoleaginosos.

ABSTRACT

Microbial biodiesel production has generated an increasing interest as an alternativesource for the substitution of the increasing demand of hydrocarbon fuels for transporta-tion and the run out of fossil fuels in the near future as well as a way to ameliorate glo-bal warming produced by greenhouse gas emissions. There are in nature an ample rangeof microorganisms that under certain propagation conditions are capable to build-up intoits biomass significant amounts of lipids with a fatty acid profile suitable for the produc-tion of biodiesel such as microalgae, yeasts, fungi and bacteria. It is demonstrated thatthe production of microbial oil has several advantages respect to plant ones: a shorterreproduction time, required less complex operation, microbes are not affected by climateor seasonal changes and its production is easy to scale-up. Present paper deals with theestate-of-the-art of microbial oil production and its conversion into renewable biodiesel.

Keywords: single-cell oils, biodiesel, microbial lipids, oleaginous microorganisms.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 22 - 32

INTRODUCCIÓN

El incremento de las emisiones a laatmósfera de los gases con efecto inverna-dero (GI) y de algunos compuestos orgáni-cos metálicos y metales pesados, así como elvertimiento de otros subproductos de lasindustrias y de la agricultura al medioambiente unido a la deforestación de lasgrandes masas vegetales, han conducido alaumento de la contaminación ambiental yhan contribuido al actual calentamientoglobal en el mundo (1- 3).

A pesar de que la humanidad conoce queel empleo masivo de los combustibles fósilesconstituye la principal fuente de emisión deestos gases debido a la creciente demandade éstos en la economía mundial y que exis-te una creciente preocupación sobre estosaspectos medioambientales, la concentra-ción geográfica de las reservas conocidas dehidrocarburos y los costos cada vez mayoresen la búsqueda y producción de nuevasreservas han disparado los precios de loscombustibles en todo el mundo.

Esta situación, que no es solo una urgen-cia medioambiental y energética, sino tam-bién política, demanda de fuentes alternati-vas de energía basadas en procesos sustenta-bles, renovables y amigables con el medioambiente. El uso de biocombustibles como elbioetanol y el biodiesel es una fuente alter-nativa bioenergética renovable que ha gana-do especial interés producto de las ventajasque aporta desde el punto de vista medioambiental, social, económico y político (4, 5).Esta revisión tiene como objetivo fundamen-tal mostrar los principales aspectos de la pro-ducción de aceites por vía microbiana comomateria prima alternativa del proceso de pro-ducción de biodiesel, a partir del empleo deaceites vegetales y grasas animales.

Empleo, ventajas y situación actual delbiodiesel

Aunque el biodiesel, al igual que el bioe-tanol, es obtenido en procesos de medianacomplejidad que requieren un consumoenergético elevado y que compiten en cuan-to a la materia prima a utilizar con la indus-tria alimentaria, ambos constituyen unaalternativa energética y son considerados lasegunda fuente de energía del siglo XXI.

Las fuentes de carbohidratos y azúcarespara la producción de bioetanol y de aceitesvegetales para la producción de biodieselapenas son capaces de suministrar aproxi-madamente el 5 % de la energía mundialnecesaria para el transporte (6). La industriadel biodiesel ha crecido significativamenteen la última década. La Unión Europea (UE)lidera la producción mundial con 21 904millones de litros (Ml) en el 2010. EstadosUnidos es el mayor productor mundialactualmente (11,81 Ml) (7). Derntro de la UEes Alemania el mayor productor con 4,933Ml, seguido por Francia (2,505 Ml). La capa-cidad de producción ha aumentado tambiénen países en desarrollo como China, Brasil,Argentina, Indonesia, Malasia y España. Seestima que el mercado mundial de biodieselalcance los 168,2 miles de millones de litrospara el 2016, con un crecimiento promedioanual del 42 % (8) y se prevé que la UE con-tinuará siendo el principal mercado seguidopor Estados Unidos (9).

La introducción exitosa y la comerciali-zación del biodiesel en varios países ha dadolugar al establecimiento de normas que regu-lan sus propiedades y aseguran su calidad.Los estándares utilizados actualmente comoreferencia son la norma ASTM D675 enEstados Unidos (10) y las normas europeasEN 14213 y EN 14214 para su uso en cale-facción y transporte, respectivamente (11,12). Estas normas precisan un biodiesel enri-quecido en ácidos grasos de cadena largacon elevado grado de saturación (preferente-mente los ácidos palmitoleico (16:1), oleico(18:1) y mirístico (14:0) y mejorar las propie-dades como combustible (número de ceta-nos, poder calorífico y estabilidad oxidativa)sin comprometer sus características de flujo,viscosidad y lubricidad (13,14).

Dentro de las ventajas que ofrece el bio-diesel se encuentra su condición de fuentede energía renovable y biodegradable, esmenos agresivo a la salud por no contenerazufre y posee un contenido de hidrocarbu-ros aromáticos bajo, es compatible con lamayoría de los motores diesel actualmenteen el mercado; posee propiedades lubrican-tes que reducen el desgaste del motor, por loque resulta menos tóxico; es más seguro queel diesel, pues puede transportarse, mani-pularse y mantenerse en condiciones menosexigentes debido a su punto de inflamaciónmayor (100 -170 °C).

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El biodiesel puede emplearse en su formaneta (100 %) conocido como B100 o en unamezcla con diesel de origen fósil. Cuando seemplean mezclas de biodiesel con gasolinaen proporciones superiores al 5 %, es precisoreemplazar los conductos de goma del cir-cuito del combustible por otros de materialescomo las gomas sintéticas de base fluoroelas-tomérica que tienen mayor resistencia quí-mica. La mezcla más empleada es B20 (20 %de biodiesel y 80 % de diesel tradicional). Laúnica precaución para el uso del biodieselconsiste en verificar los filtros de combusti-ble los primeros días de uso, pues el biodie-sel tiene un efecto purgante que disuelve yarrastra la suciedad (15).

Producción industrial de biodiesel

Existen cuatro métodos de producciónde biodiesel que se han estudiado de formaexhaustiva: uso directo de aceites o mezclasde estos con diesel fósil, microemulsiones,pirólisis y transesterificación. Los primerostres son insatisfactorios porque provocanserios problemas prácticos durante suempleo en los motores y en algunos casoseliminan los beneficios ambientales espera-dos. La transesterificación es el método deproducción de biodiesel industrial más utili-zado, debido a la rapidez y a las condicionesmoderadas de la reacción entre los triglicéri-dos y el alcohol (metanol o etanol); comoresultado se obtienen biodiesel y glicerina.

Se considera como biodiesel a algunosmetil ésteres de ácidos grasos obtenidos apartir de la transesterificación de los trigli-céridos (TGC) y ácidos grasos libres de cade-nas largas contenidos en diferentes tipos deaceites vegetales y grasas animales (usados ono). Entre los materiales oleaginosos másempleados a nivel industrial se encuentranlos aceites vegetales comestibles de colza,girasol, soya y palma africana con rendi-mientos agrícolas promedios de 1 100, 890,420 y 5 500 l/ha, respectivamente y algunosaceites no comestibles producidos de culti-vos marginales como el piñón (Jatropha cur-cas) y la higuerilla (Ricinos communis) (16-18). Algunos aceites extraídos de semillasoleaginosas como las de mostaza, maní yalgodón están siendo considerados con estospropósitos (19). En general, las característi-cas finales del biodiesel dependen de la cali-

dad y de las características de los aceitesvegetales empleados.

Los aspectos económicos de la produc-ción de biodiesel a partir de aceites vegeta-les limitan su desarrollo y su uso a grandesescalas debido, fundamentalmente, al altocosto de los aceites vegetales que alcanzanentre 60 y 80 % del precio de producción ya limitaciones propias de la producciónagrícola como: la disponibilidad de suelodurante los largos períodos de producciónde la biomasa agrícola, las condiciones cli-máticas, la ubicación geográfica, la fertili-dad y la variedad de los suelos (20, 21).

Por otra parte, debido a los bajos poten-ciales de rendimiento de lípidos de los cul-tivos de semillas y plantas oleaginosas y a laalta demanda de tierra, agua y fertilizantes,la producción de biodiesel por esta víagenera una peligrosa competencia con laindustria de alimentos (22-25).

Los aceites usados o de fritura, tambiénconstituyen una fuente importante de TGC.Estos son las llamadas grasas pardas omarrones y dado que su disposición consti-tuye un problema económico y ambiental,se ha visto en ellos una materia prima eco-nómica para la producción de biodiesel(26). Su principal desventaja es el volumeny la dispersión de las fuentes generadorasdel mismo. Además, requiere gastos adicio-nales para su refinamiento y transesterifica-ción (27).

La producción actual de aceites comesti-bles no satisface la demanda esperada parala producción de biodiesel en los próximosaños (28). Algunas de las estrategias de tra-bajo para alcanzar niveles de competitivi-dad con los combustibles fósiles son la uti-lización de cosechas energéticas dedicadasa la producción de biocombustibles, separa-das y diferenciadas de la producción de ali-mentos, el mejoramiento genético de lasplantaciones, el incremento de los rendi-mientos y la reducción de los requerimien-tos agrícolas. Por otro lado, la combinacióndel cruzamiento moderno y las técnicastransgénicas debe resultar en logros mayo-res y en mucho menos tiempo que aquellosresultantes de la llamada Revolución Verdeen la cosecha de alimentos.

En el 2007 la producción de biodiesel, apartir de aceites vegetales (de todos los orí-genes), correspondió solamente al 0,3 % delconsumo global de petróleo, situación que

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constata que hasta el momento estas fuentesson incapaces de suplir la demanda actual yfutura de combustible (4, 29). Por tanto,cabe señalar que el futuro de la industriadel biodiesel se basa en el uso de materiasprimas alternativas que le permitan operarcontinuamente y superar las limitacionesseñaladas (30).

Producción de biodiesel a partir de micro-organismos

Aunque todas las células vivas requierende un cierto contenido de lípidos en suconstitución, no todos los microorganismospueden ser considerados como fuente deaceites y grasas. Dentro de los microorganis-mos oleaginosos se incluyen algunas espe-cies de microalgas, levaduras, bacterias yhongos (31-33). Se ha encontrado, que encondiciones adecuadas de cultivo, los ren-dimientos de algunos microorganismosnaturales o con modificaciones genéticas,pueden alcanzar valores entre 40 y 70 % omás de lípidos en composición celular (34).

Los estudios sobre la acumulación delípidos en hongos y levaduras comenzaronen la primera mitad del siglo XX. Los pro-pósitos y usos actuales del aceite microbia-no (SCO por sus siglas en inglés) incluyenla producción de aceites vegetales para elconsumo humano, la de ácidos grasos espe-ciales y también como una alternativa alempleo de combustibles basados en petró-leo. Se conoce que los lípidos acumuladospor los microorganismos son principalmen-te triglicéridos y se ha demostrado que pue-den ser empleados como materia prima parala producción de biodiesel por lo que cons-tituyen una fuente atractiva para el futurode la industria (35). En comparación con losaceites de origen vegetal, la producción deaceite microbiano presenta varias ventajas,a saber: tiempo de producción mucho máscorto de unas pocas horas, requiere unmenor número de operaciones, no es afecta-do por los cambios climáticos o estacionalesy es fácil de escalar (36).

Varios investigadores (3, 15, 37) coinci-den en que los factores que afectan la selec-ción de microorganismos para la produc-ción de lípidos apropiados o hidrocarburospara la producción de aceites, combustiblesu oleoquímicos a escala industrial son: el

contenido porcentual de lípidos, la veloci-dad de crecimiento, la eficiencia metabóli-ca, la robustez del microorganismo, la posi-ble aplicación de ingeniería genética y ladisponibilidad de tecnologías para el proce-samiento de la biomasa.

Así, el procedimiento para el aislamien-to y la selección de microorganismos poten-cialmente oleaginosos implica:1. Cultivo de una población de microorga-

nismos en presencia de una fuente de car-bono y energía adecuada (glucosa, fructo-sa, manosa, material celulósico, melaza,galactosa, arabinosa, acetato, xilosa, saca-rosa, glicerol, efluentes industriales u otracombinación entre estas), a partir de lacual el microorganismo sea capaz de acu-mular no menos de un 10 % de su masaseca celular como lípidos.

2. Aislamiento de los componentes lipídi-cos del medio de fermentación.

3. Reacción de la fracción de lípidos extraí-da con determinados componentes paragenerar cadenas de alcanos donde seobtenga el biodiesel.

Producción de biodiesel a partir de leva-duras

Existen otros microorganismos heteró-trofos productores de aceites capaces decrecer en fuentes carbonadas naturales(como los azúcares) que pueden ser emplea-das para producir biodiesel aunque no sontan eficientes como las microalgas fotosinté-ticas (38-41). Las levaduras oleaginosas con-forman un grupo numeroso de estos micro-organismos heterótrofos. Se consideranlevaduras oleaginosas aquellas capaces deacumular un 20 % o más de su biomasa enforma de lípidos, generalmente TGCs. Paraque se produzca un almacenamiento signifi-cativo de grasas en la célula microbiana esimportante, además de seleccionar las cepasadecuadas, formular los medios de cultivopobres en nitrógeno y fósforo. Por ello, enmuchas levaduras la mayor síntesis de gra-sas se consigue cuando el medio de cultivotiene un contenido de nitrógeno de 50-70 %por debajo del contenido óptimo. Con lascepas de levaduras adecuadas para la pro-ducción de grasas pueden obtenerse hastaun 50-70 % de las mismas respecto a subase seca (42, 43).

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Dentro de las especies de levaduras másprometedoras para la producción de grasasse encuentran: Rhodosporidium toruloides,R. gracilis, Lipomyces starkeii, L. lipofernus,L. tetrasporus, Candida curvata, C. didden-siae, C. revkaufi, C. vernalis, C. pulcherrima,C. tropicales, Cryptococcus curvatus, C.terricolus, C. albidus, C. laurentii,Endomycopsis vernalis, Hansenula ciferri,H. saturnus, Rhodotorula glutinis, R. graci-lis, R. graminis, R. mucilaginosa,Trychosporon cutancum, T. pullulans,Trigonopsis variables, Yarrovia lipolítica y Y.paralipolitica (44, 45). En la tabla 1 se mues-tran algunas levaduras oleaginosas con suscoeficientes característicos (46-51).

La composición lipídica de las levadurasoleaginosas aparece en la tabla 2 (30, 31, 50).A partir de estos datos, puede observarse quelos ácidos grasos principales en los lípidos delevaduras son los ácidos mirístico, palmítico,esteárico, oleico, linoleico y linolénico. Estoslípidos pueden ser empleados como materiaprima para la producción de biodiesel,

mediante la catálisis con el empleo de lipasaso de un catalizador químico.

Estudios realizados han demostrado queal igual que en las microalgas, algunas con-diciones de cultivo como la relación molarC/N, la fuente de nitrógeno, temperatura,pH, oxígeno disuelto y la concentración desales trazas y sales inorgánicas tieneninfluencia en la acumulación de lípidos (7,52). En general, mientras mayor sea el con-tenido de nitrógeno, menor será la acumula-ción de lípidos (53). Varios investigadoreshan reportado que cuando la relación C/Naumenta de 25 a 70, el contenido de aceiteaumenta de 18 a 46 % (54).

Se ha encontrado que las fuentes inorgá-nicas de nitrógeno favorecen el crecimientomicrobiano, pero no la acumulación de lípi-dos, mientras fuentes orgánicas como lapeptona favorecen la acumulación de lípi-dos, pero no el crecimiento celular (50).

Tanto la biomasa celular como los lípi-dos pueden aumentar significativamentemediante la optimización de la concentra-ción de los iones Mg2+, Zn2+, Mn2+, Cu2+,y Ca2+ (65). Se ha informado que el aumen-to de la concentración de oxígeno disueltotiene una correlación positiva con la acu-mulación de lípidos (37, 50, 51).

Con el objetivo de reducir los costos delos aceites obtenidos de los microorganis-mos para la producción de biodiesel, esnecesario encontrar otras fuentes de carbo-no además de la glucosa. En los reportes dela literatura aparecen la xilosa, la arabinosa,la manosa, el glicerol y otros desechosagroindustriales como fuentes de carbonopara la acumulación de lípidos en levaduras(tabla 3).

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Tabla 1. Producción de lípidos de algunas levaduras

Especie Rendimiento de lípidos,

g/L

Coeficiente de lípidos,

% R. toruloides (46) 13,8 22,7 L. starkeyi (47) 5,9 20,4 L. starkeyi (48) 9,99 14 L. starkeyi (48) 6,89 11 R. glutinis (49) 7,19 13 T. fermentans (50) 5,32 8,42 C. curvatus (51) 37,1 ---

Tabla 2. Composición de ácidos grasos de los lípidos de diferentes levaduras oleaginosas

Especie Palmítico (C16:0)

Palmitoleico (C16:1)

Esteárico (C18:0)

Oleico (C18:1)

Linoléico (C18:2)

Linolénico (C18:3)

L. starkei 33 4,8 4,7 55,1 1,6 n.d. R. toruloides 24,3 1,1 7,7 54,6 2,1 n.d. C. ibidus 16 1 3 56 n.d. 3 L. lipofera 37 4 7 48 3 n.d. R. glutinis 18 1 6 60 12 2 T. pullulans 15 n.d. 2 57 24 1 C. ibidus 25 n.d. 10 57 7 n.d. Y. lipolytica 11 6 1 28 51 1

Durante la producción de biodiesel seobtiene como subproducto el glicerol. Sehan informado microorganismos capaces deasimilar el glicerol como fuente de carbonopara la acumulación de lípidos (55, 56).

Con el desarrollo de las producciones debiodiesel a gran escala, el empleo del glice-rol crudo como fuente de carbono para laproducción de aceite de levadura es uncampo de investigación interesante.

La utilización del hidrolizado de celulo-sa como fuente de carbono también hatomado gran interés recientemente; sinembargo, algunos hidrolizados celulósicoscontienen componentes tóxicos como elácido acético, el ácido fórmico, el furfural,entre otros que pueden inhibir el crecimien-to. Por ello, antes de usarlos como una fuen-te de carbono barata, es necesario eliminarlos potenciales inhibidores.

La acumulación de lípidos en un cultivodiscontinuo en un medio con alta relaciónC/N aparece descrita desde los años '80. Bajoestas condiciones ,a medida que disminuyela concentración de nitrógeno, se produceuna marcada acumulación de lípidos en elcultivo (24-48 h). Las células sólo empiezana transformar el sustrato en grasas de reser-va sólo cuando la reserva de nitrógeno en elmedio se ha agotado y ha terminado, por lotanto, la síntesis de proteína y el consecuen-te crecimiento celular.

En el caso de la acumulación de lípidosen cultivos continuos, el perfil de acumula-ción depende también de la velocidad dedilución y de la tasa de crecimiento. Al igual

que en el cultivo discontinuo, el medio tieneque estar formulado con una alta razón deC/N, preferiblemente igual o mayor a 50.Bajo estas condiciones la concentración denitrógeno en el medio es virtualmente nula yentonces el organismo tiene suficiente tiem-po de residencia dentro del quimiostato paraasimilar el exceso de carbono y convertirloen lípidos de una etapa. La productividad delípidos (gramos/litro-hora) es usualmentemás rápida en cultivos continuos cuando secomparan con el modo discontinuo de pro-pagación (57).

El cultivo por lote incrementado es otromodo de aumentar la densidad celular juntocon el contenido lipídico en las levaduras.Es así como se logró que la Lypomyces star-keyi alcanzara una densidad de biomasa de150 g/l con un contenido de lípidos de 54 %,utilizando etanol como sustrato (58).También se alcanzaron 185 g/l en base secade Rhodotorula glutinis con un contenido delípidos de 43 % usando glucosa como sus-trato de alimentación. En este último casose utilizó aire enriquecido (40 % de O2 + 60% de aire) para ser suministrado a las célu-las. Con la densidad anterior un 75 % delvolumen total correspondió a las células(60). Lamentablemente, los costos del aireenriquecido imposibilitarían la implemen-tación comercial, pero aun así este modo depropagación conduce a las más altas tasasde formación de lípidos (24).

Una posible estrategia de fermentaciónpodría ser el cultivo de un microorganismoen un primer medio, recuperar los lípidosde la biomasa, llevar a cabo la transesterifi-cación para producir los ésteres de ácidosgrasos y el glicerol y utilizar este últimocomo sustrato carbonado en un segundomedio donde puede o no cultivarse elmismo microorganismo. Es posible tambiéndiseñar un sistema de producción continuo,en el que el glicerol producido sea retroali-mentado al mismo cultivo.

Un enfoque atractivo para la acumula-ción de lípidos en levaduras oleaginosas esun proceso en doble etapa: una fase de cre-cimiento en un medio nutricionalmentecompleto, seguido por una fase de acumula-ción de lípidos NOVO que empezará unavez que un nutriente clave diferente a lafuente carbonada, comienza a ser limitante.

La presencia de cofactores de la rutametabólica de los lípidos también aumenta

27

Tabla 3. Fuentes de carbono empleadas en la producción de lípidos a partir de levaduras

Especie Fuente de carbono

Contenido de lípidos

(%) L. starkeyi Xilosa (48) 52,6 C. potothecoides

Hidrolizado de almidón (56) 46,13

T. cutaneun Hidrolizado de Spartina anglica (4)

46,3

C. curvatus Glicerol (57) 25

C. echinula Residuales de almidón de papa (58)

37,6

L. starkeyi Residuales húmedos (59) 50,8

el rendimiento. (ej: enzima sintética deácido graso). En algunos casos, el cofactorpuede ser una vitamina que sea requeridapara la ruta enzimática de la enzima, comola biotina y el pantotenato (61).

Numerosos investigadores han realizadoesfuerzos para excretar extracelularmentelos lípidos acumulados en las células.Algunos de ellos obtuvieron resultadossatisfactorios con levaduras del géneroTrichosporon para la conversión de azúcar yn-alcanos en lípidos y excretarlos al exteriorde la célula y posteriormente determinaronque la composición de los TGCs excretadosextracelularmente fueron los correspon-dientes a los ácidos oleico, palmítico, lino-leico y esteárico, los cuales, sin embargo,fueron incorporados y metabolizados nue-vamente por la célula (62).

La etapa de recolección puede efectuar-se mediante centrifugación para generaruna pasta concentrada. La biomasa se some-te a lavados con agua para eliminar lasimpurezas y los desechos celulares. Los lípi-dos intracelulares y los hidrocarbonos pro-ducidos en los microorganismos son extraí-dos después de romper las células.Alternativamente, las células pueden serdesintegradas sin ser separadas del caldofermentado o de algunos de los componen-tes cuando la fermentación culmina (63),pero esta vía no resulta viable económica-mente a escala industrial.

La aplicación de técnicas de ingenieríagenética es una de las alternativas paralograr el incremento en la producción y acu-mulación de lípidos, así como la alteraciónen su composición según un interés parti-cular. Con este objetivo, los investigadoreshan empleado desde técnicas convenciona-les in vivo hasta genes heterólogos o nativoscon una o varias copias de integración.Se han obtenido resultados satisfacto-rios a partir de la variación en la expre-sión de enzimas involucradas en elmetabolismo de lípidos como la enzi-ma málica (ME), la ATP citrato liasa(ACL), la acetil-CoA-carboxilasa (ACC)(64). Mediante la eliminación del genGUT 2 (glicerol-3-fosfato-dehidrogena-sa) y la sobreexpresión del gen GPD1se han logrado elevar los lípidos acu-mulados en 3 y 4 veces, respectiva-mente. Estas modificaciones combina-das con la eliminación de los 6 genes

POX (acil-CoA-oxidasa) han permitido obte-ner levaduras obesas capaces de acumularmás del 80 % de lípidos en la masa celular(65).

Las especies de levaduras que se han uti-lizado mayoritariamente para las modifica-ciones genéticas, incluyendo aquellasempleadas para la producción de ácidodicarboxílico (DCA) a partir de la ω- oxida-ción, son la Candida cloacae, CandidaTropicales y Yarrowia lipolítica (66 - 69). Losprimeros procesos industriales con estascepas transformadas fueron desarrolladospor la compañía japonesa Nipón Mining yluego han sido utilizadas por la CatiaBiotechnology de Shangai (China) y laCognis (Alemania) con el empleo de unacepa transformada de Candida Tropicales.

Biodiesel de hongos y bacterias

Aunque algunos hongos son capaces deacumular lípidos, la mayoría de ellos hansido investigados para la producción de lípi-dos especiales como ácido docosahexanoico(DHA), omega-6 (GLA), ácido eicosapentae-noico (EPA) y ácido araquidónico (ARA) ymuy pocos informes aparecen para la utili-zación de aceites de hongos para la produc-ción de biodiesel (39, 70). Dentro de los hon-gos oleaginosos se encuentran las especiesMortierella, M. vinacea, M. alpine, Pytiumdebaryanu, Mucor circinelloides, Aspergillusochraceus, A. terreus, Pennicillium iilaci-num, especies de los géneros Hensemulo,Cladosporium, Chaetomium, Malbranchea,Rhizopus y Pytium.

En la tabla 4 se muestran algunas espe-cies de hongos productores de GLA con susparámetros característicos (71 - 76).

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Tabla 4. Contenido de lípidos en hongos oleaginosos

Especie Lípidos,

g/l Contenido lípidos, %

Contenido GLA, %

M. rouxii (71) 1 7 32,4 C. ehinulata (72) 8 27 12,1 M. mucedo (73) 12 62 3,4 C. ehinulata (71) 10,6 58 3,8 C. ehinulata (74) 11,5 30 11,7 M. ranmaniana (75) 31,3 50 17,6 C. ehinulata (76) 4,4 49 16,4 M. isabellina (77) 18,1 50 4,4

Al igual que los hongos, algunas espe-cies de bacterias son capaces de acumularlípidos, pero generalmente la composiciónde estos lípidos es diferente al resto de losaceites de otros microorganismos. La mayo-ría de las bacterias producen lípidos com-plejos, solo algunas son capaces de producirlípidos que puedan emplearse en la produc-ción de biodiesel (50). Las especies de bac-terias reportadas como oleaginosas sonStreptococus, Enterobacter, Bacillus,Mycobacterium y Pseudomonas.

Comparado con otros microorganismos,se conocen muchos genes de las bacteriasque participan en la síntesis de ácidos gra-sos (61, 78). Por ello, resulta relativamentefácil utilizar técnicas de ingeniería biológi-ca, ingeniería genética e ingeniería metabó-lica para modificar el comportamiento delas bacterias e incrementar su acumulaciónde lípidos. Se ha informado que unaEscherichia coli transformada genéticamen-te puede producir biodiesel directamente ypuede alcanzar 1,28 g/l de concentración enuna fermentación fed-batch empleando unafuente de carbono renovable (79). Aunquelos rendimientos son bajos resulta una ideaprometedora para la producción de biodie-sel.

Las bacterias para la obtención de grasasse cultivan en medios muy ricos en azúca-res, intensamente aireados, frecuentementese añade glicerol y con un aporte quesuponga sólo el 25-40 % de suficiencia denitrógeno. Las células de las distintas espe-cies contienen entre 25 y 30 % de grasas conlos ácidos esteáricos, palmítico y oleicocomo mayoritarios (80).

Consideraciones futuras de la producciónde biodiesel por vía microbiana

Debido a la cada vez mayor escasez depetróleo, se hace imperativo buscar nuevasfuentes de energía renovables. Muchos paí-ses están experimentando con la produc-ción de biocombustibles sobre la base decultivos agrícolas convencionales, como losmonocultivos de soja o maíz, pero esto traeaparejado afectaciones al medio ambiente yha propiciado la crisis alimentaria debido alrequerimiento de grandes extensiones detierra, lo cual ha creado la gran contradic-ción "Biocombustibles vs. Alimentos".

La producción de aceites microbianosofrece una alternativa prometedora comofuente potencial de materia prima para laproducción de biodiesel si se considera sucarácter renovable, la rápida velocidad decrecimiento de los microorganismos y laindependencia de la disponibilidad de tie-rras y de las condiciones climáticas.

Dentro de todos los microorganismosheterótrofos, las levaduras muestran venta-jas en términos de mayor velocidad de cre-cimiento, altos contenidos de lípidos, y ade-más su tecnología es de complejidad mediay tradicionalmente conocida. La produccióna gran escala es sencilla y está implementa-da en numerosos países. Si se optimiza eincrementa la capacidad de las levaduras deutilizar fuentes de carbono baratas (dese-chos industriales) para la acumulación delípidos se podría aplicar a la producción debiodiesel en el futuro como una alternativade producción de energía sostenible.

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Elier Angulo-Acosta, Rubén Monduí-González, Gladys Menéndez-Zequeira

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

elier.angulo@icinaz.minaz.cu

RESUMEN

Se pretende establecer un método para determinar los lubricantes que más afectan elcosto de la lubricación en cada ingenio e incidir sobre ellos para disminuir su variedady cantidad. Se emplea el Gráfico de Pareto para este fin con resultados positivos. El 80 %del costo de la lubricación en el país recae en diez de los lubricantes que comercializa elsector azucarero cubano. Las diferencias en el costo de la lubricación de un ingenio conla media nacional se deben, fundamentalmente, a que en la última se incluyen laagroindustria, el transporte y otros factores que consumen lubricantes y que no se consi-deran en la anterior.

Palabras clave: lubricación, lubricantes, Pareto, costo, mantenimiento.

ABSTRACT

The present work attempts to establish a method to determine those lubricants that affectsthe cost of the lubrication in each factory and try to impact them to reduce the amountand variety currently used. Pareto’s graph was applied to this purpose with positiveresults.The 80 % of the lubrication cost in the country lies on only 10 of the lubricant commer-cialized by the Cuban sugar asector. Differences between lubrication cost of a sugar fac-tory with the national average are affected basically because in sugar industry all lubri-cant-consuming activities as transportation and agro-industry among others, are notusually taken into account in other industries.

Keywords: lubrication, lubricant, Pareto, cost. maintenance.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 33 - 37

INTRODUCCIÓN

No se concibe un desarrollo de la indus-tria sin el uso adecuado de lubricantes y sinla planificación y/o consolidación de unplan de lubricación eficaz. Frecuentemente,los almacenes de la industria poseen unavariedad de lubricantes que se han adquiri-do para su uso en una máquina determina-da, pero son capaces de cubrir los requeri-mientos para otras máquinas en esa empre-sa, que a su vez tienen sus propios surtidosen el almacén, esperando el momento enque se necesiten. Esto incrementa los inven-tarios y generalmente el costo de la lubrica-ción de una industria (1).

Por otra parte, en ocasiones las empresasdesconocen qué equipos o máquinas, de lasque se encuentran en operación, llevan elpeso del costo de la lubricación; por tanto,si se piensa reducir esos costos, debecomenzar la caracterizaciónde estos, sus condiciones detrabajo y las especificaciones,para identificar el lubricanteidóneo que satisfaga las con-diciones de operación a lasque serán sometidos.

Para reducir los costos delubricación, es preciso, enigualdad de prioridades:• Caracterizar la propia

industria para determinarqué puntos y/o equiposdeterminan mayormente elcosto de la lubricación.

• Caracterizar los lubrican-tes existentes en los alma-cenes y los que ofertan losproveedores a quien secompra.Una vez cumplidas estas

premisas, es posible consolidar y optimizarel surtido y cantidad de lubricantes quesatisfagan los requerimientos de operaciónde los equipos y máquinas de la industria yasí incidir en los costos de lubricación.Existe un antecedente en el sector azucarerode reducción del consumo de lubricantes enel año 2003, cuando se redujeron a cuarentay dos los renglones de consumo (3).

Existe una base de datos actualizada, sobrecaracterización de los lubricantes suministra-dos a la agroindustria azucacrera cubana por

Cubalub, que junto a la información del con-sumo anual de lubricantes en la zafra 2005-2006, sirvió como base para desarrollar esteestudio.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para la realización del análisis, seempleó el Gráfico de Pareto (2,3), métodoque separa los componentes pocos y vitalesde los muchos triviales o también conocidacomo regla de 80-20 en una gran variedadde situaciones. Se desarrolló un procedi-miento para elaborar el diagrama de Paretoen Microsoft Excel (4).

Se preparó una tabla que compila losdatos necesarios para desarrollar el análisis(tabla 1).

Se trazó el gráfico de Pareto correspon-diente (figura 1).

Con posterioridad se tomó de referenciael consumo de un ingenio durante esamisma zafra.

Las características del central que setomaron para hacer el análisis comparativodel costo de la lubricación con los resulta-dos nacionales son:• Molida diaria de 354000 @ de caña.• Molida diaria en t/día: 4016,61.• Zafra de 80 días de duración.• Caña molida en toda la zafra: 321 328,88 t.

34

Figura 1. Gráfico de Pareto para el costo de la lubrica-ción en moneda libremente convertible (MLC).

35

Tabla 1. Relación de todos los lubricantes empleados por el sector azucarero cubano en la zafra 2005-2006 y sus costos

Lubricantes Cantidad MLC

por kilogramo o litro Aceites l Grasas kg Super Caribe CD 40 910 562 - 0,84 Super Diesel DB 40 1 519 933,5 - 0,84 Super Diesel Espec. 40 293 409 - 0,92 Multi A Grado 50 1 995 674 - 0,81 Multi 20 W 50 14 936 - 0,86 GL 4 Grado 90 EP 913 493,3 - 0,81 GL 4 Grado 140 EP 1 044 733,1 - 0,86 GL 5 Grado 140 EP 3 496 - 0,94 MP Grado 140 216 067 - 0,78 MP Grado 250 53 188 - 0,84 Automático DZ 11 39 728 - 0,88 Cubalub THF 45840 - 0,84 Circulación 100 1 726 927 - 0,71 Circulación 220 194 812 - 0,71 Hidraúlico 32 357 109 - 0,54 Hidraúlico 46 19 016 - 0,61 Hidraúlico 68 2 079 685,5 - 0,68 Turbo 32 150 430 - 0,57 Turbo 46 50 674 - 0,64 Turbo 68 193 510 - 0,69 Reductor 220 185 564 - 0,79 Reductor 320 149 354 - 0,87 Guijo A 263 240 - 0,25 Guijo BM 370 375,5 - 0,21 Máquina Especial 180 121 - 0,72 Cilindro SC 146 409 - 0,81 Refrigeración R-368 32 216 - 0,72 Husillo 15 0 - 0,48 Husillo 22 3 752 - 0,59 Carro 737 999,5 - 0,75 Fibra 100 10 808 - Bomba vacío 8 096 - 0,69 Soluble 88 148,9 - 0,85 Corte ferroso 832 - 0,73 Transform. importado 87150 - Copilla 2 - 399 971 0,98 Lisan 2 - 235 463 1.20 Lisan 2M - 82 966 1,71 Lisan 3 - 75 002 1,21 Lisan 3M - 18 910 1,74 Cardexa GEP 00 - 227 932 2,38 Viscopren - 420 918 2,11

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Del análisis del gráfico dePareto en MLC para el consumonacional de lubricantes durante lazafra 2005-2006, se puede consta-tar que el 80 % del costo de la lubri-cación se debe a los 10 primeroslubricantes que aparecen en el ejeX del gráfico, y son aquellos sobrelos que hay que incidir si se pre-tende disminuir el costo de esteproceso.

Los datos sobre consumo delubricantes en las fábricas quizásno son fiel reflejo de la realidad aque se enfrentan estos ingeniosdurante su desempeño, funda-mentalmente por razones desuministro.

En muchas fábricas los equipostrabajan en forma deficiente y elloaltera los indicadores de lubrican-tes que poseen.

Los consumos de lubricantes decada fábrica deben vincularse conel nivel de conservación y funcio-namiento de los equipos que servi-ciaron.

Se pudo comprobar que para elcaso particular del ingenio estudia-do, los lubricantes que más influye-ron en el costo de la lubricaciónfueron:

1. Cardexa GPE 00.2. Circulación 100.3. Hidráulico 68.4. Transmisión EP 140.5. Reductor 220.

A estos 5 lubricantes les corres-ponde el 80 % del total del costo dela lubricación.

Si se comparan los resultadosespecíficos de ese ingenio con losde todo el país, teniendo en cuentapara ambos el orden decreciente deese costo, se tuvieron los resulta-dos que se ofrecen en la tabla 3.

Las razones más importantesde las diferencias detectadas entreel consumo de lubricantes en todoel sector y en un ingenio en parti-cular se derivan del consumo de

36

Figura 2. Gráfico de Pareto para el costo de la lubri-cación en un ingenio seleccionado durante la zafra

Tabla 2. Consumo real de lubricantes en un ingenio (zafra 2005-2006)

Lubricantes

Consumo litros o

kilogramos por zafra

1 Ac. Motor multipropósito MA 50 416

2 Transmisión EP 140 2132

3 Turbo 32 832

4 Guijo BM 2218

5 Hidráulico 68 4205

6 Transformadores 416

7 Soluble 516

8 Cilindro SC 624

9 Circulación 100 6620

10 Reductor 220 2070

11 Reductor 320 1248

12 Carro 1650

13 Viscopren 6616

14 Grasa CARDREXA 2535

15 Brugarola 1235

16 Copilla 315

17 Lisan 2 32

18 Lisan 3 48

19 Lisan 2M 48

20 Lisan 3M 64 Costo total de la lubricación = 22404.154 MLC/zafra

Costo de la lubricación / ton caña = 0.07 MLC/T

Se trazó el gráfico de Pareto correspondientepara ese ingenio (figura 2).

estos productos en actividades de apoyo,agrícolas, etc. que no coinciden en los con-sumos del ingenio. En ambos casos, es váli-do el análisis de los lubricantes que resul-tan importantes para la reducción de loscostos.

El estudio realizado, con la informaciónde un único ingenio, deberá extenderse amás número de fábricas de azúcar paracorroborar estas conclusiones.

CONCLUSIONES

1. De los 42 lubricantes que Cubalub comer-cializa a la industria azucarera cubana,sólo sobre 10 de ellos recae el 80 % delcosto de la lubricación en el país.

2. Los lubricantes que más inciden enel costo de la lubricación para elingenio seleccionado en este estu-dio, coinciden casi totalmente conlubricantes que ocupan las posicio-nes con las que se compromete el90 % del costo de la lubricación enel país.

3. Las diferencias que se presentancon la media nacional se deben,fundamentalmente, en que en estasse incluyen la agroindustria, eltransporte y otros factores que con-sumen lubricantes y que no se con-sideran dentro del ingenio.

RECOMENDACIONES

Ampliar este estudio a un númeromayor de ingenios para comparar conla media nacional y corroborar, simediante el gráfico de Pareto, se pue-den predecir los renglones sobre losque se deben incidir, para disminuirlos costos de la lubricación y la canti-dad y variedad de lubricantes.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Potteiger, J. Estrategias para la con-solidación de lubricantes, Noria

Corporation, http://www.machinerylu-brication.com/sp/ed_oct-ov_2006_estra-tegiasparalaconsolidacion.asp.

2. Gráfica de Pareto. SociedadLatinoamericana para la Calidadhttp://www.eie.fceia.unr.edu.ar/ftp/Integracion%20profesional/05-%20Resoluci%F3n%20de%20Problemas/graficadepare-to.pdf.

3. Doménech, J.M. Diagrama de Pareto.Calidad. http://www.jomaneliga.es/PDF/ A d m i n i s t r a t i v o/Calidad/Diagrama_de_Pareto.pdf.

4. Sales,M.. Procedimiento para la elabora-ción del diagrama de Pareto en MS Excel.http://www.uch.edu.ar/rrhh.

37

Tabla 3. Comparación en el orden de los lubricantes que más inciden en el costo de lubricación del ingenio de referencia con los que más influyen en la media nacional

Orden Ingenio seleccionado

Comparación en el orden.

Ingenio: nacional

1 Cardexa GEP 00 1 : 10 2 Circulación 100 2 : 4 3 Hidráulico 68 3 : 2 4 Transmisión EP 140 4 : 6 5 Reductor 220 5 : 16 6 Carro 6 : 9 7 Reductor 320 7 : 20 8 Guijo BM 8 : 25 9 Cilindro SC 9 : 22 10 Turbo 32 10 : 24 11 Soluble 11 : 26 12 Aceite Motor Multi A 50 12 : 1 13 Copilla 13 : 11 14 Viscopren 14 : 5 15 Lisan 3M 15 : 31 16 Lisan 2M 16 : 17 17 Lisan 3 17 : 23 18 Lisan 2 18 : 12 19 Transformadores 19 : 42 20 Brugarolas 20 : -

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Andrés Gómez-Estévez1, Ángel Seijo-Santos2, Beatriz Ramos-Tejera2, Daniel Valdés-Cárdenas2, Sonia Cruz-Oruz2,

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

andres.gomez@icidca.edu.cu 2 Laboratorio de Pinturas y Barnices (LPB)

Centro de Ingeniería e Investigaciones Químicas (CIIQ), MINBAS.La Habana, Cuba

RESUMEN

Se describen de forma simplificada los factores de riesgo de corrosión en el proceso deproducción de etanol, para facilitar la comprensión de la necesidad de la protecciónanticorrosiva. Tiene la pretensión de facilitar la normalización de la protección antico-rrosiva en la actividad de mantenimiento de las destilerías. Se brindan los elementospara la adecuada aplicación del sistema de recubrimiento anticorrosivo, las principalesfallas que pueden ocurrir, su origen y cómo prevenirlas, los métodos de inspección: antes,durante y después de realizada la protección anticorrosiva, así como la informaciónsobre los principales sistemas anticorrosivos que se pueden emplear en las destilerías.

Palabras clave: destilerías de alcohol, corrosión, sistemas de protección anticorrosiva,mantenimiento.

ABSTRACT

Present paper describes briefly the corrosion risks during the process of ethanol produc-tion and makes easier the understanding of the necessity of anticorrosive protection. Onthe other hand, it is aimed to the standardization of anticorrosive protection in distille-ries to facilitate maintenance activity. In this Part the elements that have to be taking intoaccount for the appropriate application of anticorrosive coating, the main failing thatwould be present during this application and finally information about the appropriatecommercial coating useful for distilleries conditions.

Keywords: ethanol distilleries, corrosion, anticorrosive protection systems, maintenance.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 38 - 45

APLICACIÓN DEL RECUBRIMIENTO

Una vez cumplidos los requisitos de pre-paración de la superficie, la aplicación de losrecubrimientos se efectúa por aspersión, bro-cha o rodillo. En algunos casos, se empleanlos procedimientos de inmersión o manual.Nunca deben recubrirse superficies mojadaso húmedas. El límite de humedad relativaarriba del cual las operaciones de recubri-miento deben suspenderse es de 90 %. No sedeberá aplicar ningún recubrimiento cuandola temperatura ambiente sea menor de 10 °C.

En cualquier caso en que se haya especifi-cado preparación con abrasivo el tiempomáximo que se permitirá que transcurra entrela limpieza y la protección de la superficiedependerá del ambiente en que se opere, peronunca podrá ser mayor de 4 horas. Resulta devital importancia respetar esto.

Aplicación con brocha de pelo y rodilloEste método se empleará cuando se

requiera una gran humectación de la super-ficie o cuando las condiciones de trabajo asílo exijan.

Aplicación por aspersiónEste método de aplicación es el más

rápido y las películas resultantes son másuniformes en espesor. Deben seguirse lasrecomendaciones de los fabricantes de losequipos empleados.

Equipo de aspersiónLa pistola de aspersión es el principal

componente de este sistema de aplicación.Hay dos métodos para transportar el fluidoa la pistola: con aire y sin él. En el primero,puede ser por alimentación, por succión opor alimentación por presión; en el segundola aspersión se produce forzando el materialpor alta presión a través de un orificio en lapistola. El aire usado deberá estar seco ylibre de aceite y contaminantes.

FALLAS DE RECUBRIMIENTOS

Cuando la protección no ha sido efectivadurante el plazo esperado, puede atribuirsea fallas originadas por mala preparación dela superficie, selección inadecuada del mate-rial, deficiente calidad del mismo, incorrec-ta aplicación del recubrimiento, condiciones

atmosféricas inapropiadas durante la aplica-ción, inspección deficiente, o por la combi-nación de algunas de estas causas.

Las características más comunes de lasfallas que se presentan, así como la manerade evitarlas, son las que se describen a conti-nuación.

A).- Discontinuidades de la películaSi la corrosión se

presenta en forma depuntos de oxidación, sedebe a discontinuidadesde la capa del recubri-miento (poros) motiva-das por mala calidad delmaterial, deficiente apli-

cación con pistola de aire, uso de solventesinadecuados y falta de fluidez del material.

B).- Falta de adhesiónLa película del recubrimiento queda

adherida a la superficie metálica por atrac-ción molecular o por la unión mecánica entreambas. Al no ocurrir lo anterior, la película sedesprende fácilmente. Para evitar esta falla, esnecesario emplear recubrimientos primariosa base de materiales que tengan una buenaadherencia sobre la superficie metálica y queesta se prepare convenientemente, para eli-minar cualquier material extraño que impidael contacto íntimo entre ambos. La falta deadhesión entre las diferentes capas del recu-brimiento se presenta cuando:• El tiempo de secado duro exceda al espe-

cificado para cada material.• Hay incompatibilidad de recubrimientos

y solventes.• Hay humedad o contaminación entre capas.

Para el caso de repintado, se recomiendaque el recubrimiento nuevo se aplique des-pués de que el recubrimiento viejo hayasido "revivido" con el solvente especificado,o en casos particulares, lijando con el fin deaumentar su rugosidad.

C).- AmpollamientoEl ampollamiento es

causado por entrampa-miento de solventes,gases o líquidos en lapelícula o bajo lamisma, y que ejercenuna presión mayor que

39

la adhesión de la película en el área bajoesfuerzo. Se presenta principalmente en losrecubrimientos, cuando estos se encuentranexpuestos a ambientes húmedos y a conta-minación entre capas, o cuando el recubri-miento seca superficialmente con mayorrapidez a la especificada para cada tipo dematerial.

D).- Agrietamiento

El agrietamiento es elresultado de esfuerzosmecánicos que actúansobre la película y sumagnitud depende de laflexibilidad y adhesiónde los recubrimientos.El agrietamiento se evitaúnicamente por la for-mulación de los recubri-mientos.

E).- CorrugadoSe presenta en recu-

brimientos que han sidoaplicados en capas grue-sas que secan rápida-mente por efecto de latemperatura o por unexceso de agentes secan-tes en la superficie. Para

evitar este efecto, los recubrimientos sedeben aplicar bajo las condiciones de seca-do para los cuales fueron formulados, y encapas del espesor indicado.

F).- CaléoEs la frotación de

polvo sobre la superficiedel recubrimiento, oca-sionado por la degrada-ción de la resina a con-secuencia de la accióncombinada de los rayossolares y del oxigeno. El

caléo excesivo solo se evita con la formula-ción de los recubrimientos, para lo cual sedebe tener en cuenta la naturaleza químicadel vehículo y su resistencia a la intempe-rie, así como la relación de vehículo a pig-mento, recubrimientos con bajo contenidode vehículo se caléan rápidamente.

G).- Corrosión bajo películaAtaca al metal debajo de la película y se

presenta en dos formas: granular y filifor-me. La primera se caracteriza por la pre-sencia de áreas granulosas e irregulares; lasegunda tiene aspectos de filamentos. Sedebe a defectos en la preparación de lasuperficie, porosidad, permeabilidad delrecubrimiento o falta de adherencia delmismo.

INSPECCIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS

La inspección que deberá efectuarse entodos los trabajos de aplicación de recu-brimientos, una vez aprobados estos encuanto a su calidad, comprende losiguiente:• Inspección durante la preparación de la

superficieSe deberá poner especial cuidado en queel estado y funcionamiento del equipode compresión, filtros, etc.; sea el correc-to y deberá comprobarse que el aire estélimpio y seco; además el equipo deberáestar operando dentro de los límites ycapacidad especificados en los mismos,también se deberá contar con manóme-tros a la salida del tanque de la compre-sora, al final de las mangueras de abrasi-vos y en los recipientes de aplicación delos materiales.

• Inspección durante la aplicaciónAntes de iniciar la aplicación se verifica-rá que los recipientes, líneas y pistolasestén perfectamente limpios y exentos decontaminantes tales como residuos, sol-ventes, etc.

AJUSTE DE LA VISCOSIDAD DEL RECU-BRIMIENTO PARA SU APLICACIÓN

1. Se verificará la viscosidad óptima deaplicación, mediante una copa Ford No.4 o con espátula de viscosidad.

2. Para la aplicación por aspersión conequipo convencional, la viscosidad debe-rá ajustarse a 25 seg. +/- 5 seg. en el casode emplear la copa Ford No. 4; para elcaso de la espátula, el recorrido del recu-brimiento a lo largo de la ranura deberáser de 5 seg. +/- 1 seg. en la direcciónmarcada en la misma espátula.

40

ESPESOR DE PELÍCULA

El espesor de la película en cada capaaplicada, deberá ser el recomendado por elfabricante para el recubrimiento anticorro-sivo que se esté empleando.

TIEMPO DE SECADO

Debe respetarse el tiempo recomendadopor el fabricante para el secado entre capasy para el secado de la capa final.

CONTINUIDAD DE PELÍCULA

No debe interrumpirse la aplicación dela capa de recubrimiento sobre la superficieuna vez comenzado. No deben quedar espa-cios sin pintar (las llamadas mentiras), porello se prefiere que cada capa tenga unatonalidad diferente para evitar este defecto.

ADHERENCIA

Deben emplearse recubrimientos pri-marios a base de materiales que tengan unabuena adherencia sobre la superficie metá-

lica y que esta se prepare convenientemen-te, para eliminar cualquier material extra-ño que impida el contacto íntimo entreambos.

Se debe recordar que la falta de adhe-sión entre las diferentes capas del recubri-miento se presenta cuando:• El tiempo de secado duro exceda al espe-

cificado para cada material.• Hay incompatibilidad de recubrimientos

y solventes.• Hay humedad o contaminación entre

capas.

Para el caso de repintado, se recomiendaque el recubrimiento nuevo se aplique des-pués de que el recubrimiento viejo hayasido "revivido" con el solvente especificado,o en casos particulares, lijando con el fin deaumentar su rugosidad.

SISTEMAS DE RECUBRIMIENTOS AEMPLEAR EN LOS EQUIPOS Y ÁREAS DELA DESTILERÍA. (PROPUESTA)

Estos sistemas se muestran en las tablas1 y 2. Para ambientes de alta corrosión, ade-más de los sistemas planteados en la tabla 1,se encuentran los de la tabla 2.

41

Tabla 1 . Sistemas propuestos para ambientes de muy alta corrosión industrial (C 5-I)

Firma Sistema de pintura No. de capas*

Espesor (µm), capa seca / producto

Espesor total (µm)

Durabilidad (años)

Sigma Universal Primer 1 46

235 5 a 15 CM Coating 1 128 Sigmadur Gloss 1 61

Hempel

Hempadur Zinc 15360/ Agente de curado 95740

1 50

255 5 a 15 Hempadur Mastic 45880/ Agente de curado 95880

1 125

Hempel's Polyenamel 55100/ Agente de curado 955EO

2 80

International paint

Interplus 256 1 131 242 5 a 15

Interthane 870 1 111

Villada

P.V.Epoxi Multiprimer 1 -

301 5 a 15 P.V. Epoxi Primer HS 2 - P.V. Dur Top Coat MIO 1 -

La preparación de superficie debe serhasta grado Sa 2½.

Sistemas para interiores de tanques En la industria de protección interior de

tanques se enfrentan dos problemas bási-cos: uno es la protección anticorrosiva deltanque y el otro es la reducción de los ries-gos de salud y seguridad asociados a lasaplicaciones con recubrimientos de ciertocontenido de Compuestos VolátilesOrgánicos (VOC) (1, 3).

Debido a esto, el uso en interiores detanques de almacenamiento restringe elempleo de disolventes en los recubrimien-tos protectores para reducir los riesgos desalud ocupacional y riesgos contra explo-sión y fuego. Esto hace que la industria seapegue a esta propuesta y se utilicen sólorecubrimientos con 100 % de sólidos envolumen y 0 % de contenido de VolátilesOrgánicos (VOC).

El uso de recubrimientos en interioresde tanques permite proteger el sustrato(acero) y/o la sustancia contenida. En elcaso del alcohol etílico, se protege el conte-nido de tal forma que evite la contamina-ción del alcohol con residuos o productosde la corrosión del acero.

Por lo tanto, para recubrir interiores detanques que contengan alcohol etílico de 80a 96 % se recomiendan, entre otros: (1, 3)• Un recubrimiento epoxi-fenólico bicom-

ponente, resistente a agentes químicos,libre de disolventes, apto para la indus-tria pesada.

• Productos ricos en cinc de base aguaTipo SSPC l-B

• Recubrimientos epoxi amina.• Esmaltes a base de resina fenólica y acei-

te de tung.

Los sistemas propuestos para interioresde tanques y tanques fermentadores dealcohol aparecen en la tabla 3.

OTROS SISTEMAS DE RECUBRIMIENTOS(NACIONALES), A EMPLEAR EN LOSEQUIPOS Y ÁREAS DE LA FÁBRICA DEETANOL. (PROPUESTA)

Diferentes resinas derivadas del furfuralhan sido desarrolladas con tecnología delICIDCA, respaldadas por patentes referidas ala síntesis de las mismas y sus aplicaciones.Las resinas furano-epoxídicas, resinas FAM,permiten sustituir las resinas epoxy y reali-

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Tabla 2. Sistemas propuestos para ambientes de alta corrosión (C 4)

Firma Sistema de pintura No. de capas*

Espesor (µm) capa seca por

producto

Espesor total (µm)

Durabilidad (años)

Hempel Hempadur 45150 1 199

249 >15 Hempel’s Polyenamel 55100 1 50

Hempel Hempadur 45150 1 276

341 >15 Hempel’s Polyenamel 55100 2 65

International Paint

Interbond 201 1 178 228 >15 Interthane 990 1 50

Veneziani Eponex Primer 2 131

238 >15 Titania PU 2 107

Villada

P.V. Epoxi Multiprimer 1 -

236 >15 P.V. Epoxi Top Coat 2 - P.V. Dur Top Coat 1 -

Villada

P.V. Epoxi Multiprimer 1 -

311 >15 P.V. Epoxi Primer HS 2 - P.V. Dur Top Coat 1 -

* En el caso de los productos aplicados por el método airless, se logra el espesor final capa seca, equivalente por aplicación a brocha de las capas requeridas.

zar las mismas aplicaciones. El desarrollo deestas composiciones poliméricas base FAM,ha permitido emplearlas también en aque-llas aplicaciones donde deban resistiresfuerzos mecánicos de torsión, vibraciones,flexiones, etc., de mayor magnitud (2, 7-13).

A partir de las experiencias referenciadasy con la evaluación por parte del LPB delCIIQ (1, 3-6) de la resina furanoepoxídicaFAM, sustituyendo a la epoxy comercial enla formulación de la Línea 501 de VITRAL,se propone este sistema, que puede consti-tuir un importante ahorro por sustitución deimportaciones. Las figuras 1, 2 y 3 muestranlas probetas con los productos desarrolladosy los ensayos relacionados con la proteccióna fermentadores.

43

Tabla 3. Sistemas propuestos para interiores de tanques y tanques fermentadores

Firma Sistema de pintura No. de capas*

Espesor capa seca por producto (µm)

Espesor total (µm)

Sigma Sigmaguard CSF 2 291 582

Hempel Hempadur Multi Strength 35530

4 141 565

Hempel Hempadur 15500 3 100 300

Hempel Hempadur 8567 3 100 300

International Paint

Intergard 269 1 44 415

Interline 850 3 124

International Paint

Intergard 269 1 44 470

Interline 910 2 213

Veneziani Titania EP SL 1 100

655 Titania EP SL ENEL 3 185

Devox Devoxy 87 3 129 388 Vitral Línea 151 M1-G1 4 40 160

Vitral Línea 501/501 RT 4 100 400

Figura 1. Probetas con aplicación de los produc-tos desarrollados.

Figura 2. Evaluación de probetas recubier-tas con sistema de protección anticorrosivaen los fermentadores de Planta Piloto.

Figura 3. Chequeo semanal de las probetas.

En las propuestas primeramente se des-criben las generalidades, propiedades yalcance, de los sistemas de protección anti-corrosiva requeridos para cada área o equi-po. Posteriormente, se indican el orden deaplicación, número de capas, espesor yotras características de los recubrimientosdisponibles de que se puede disponer en elpaís para este trabajo. Se recomienda esta-blecer una inspección técnica periódica y elmantenimiento de estos sistemas.

Las propuestas se han presentando deforma muy general y todas a partir del aná-lisis de los diferentes pasos tecnológicos delproceso de producción de alcohol que cons-tituyen factores de riesgo de corrosión.

DESTILERÍA. MEDIO AMBIENTE

Paredes de mampostería exterior e interiorPinturas del tipo vinílica, VITRAL, MIN-

BAS, Cuba. Las mismas pueden ser lavadascada 6 meses para eliminar el polvo y otrosresiduos industriales dispersos en el aireque se depositan y favorecen la erosión. Coneste mantenimiento, las pinturas alargan lavida útil y la protección de las paredes; estounido a un plan de repintado cada dos a tresaños de exteriores y de tres a cuatro en inte-riores, reduce los costos de reparaciones delas instalaciones civiles de la fábrica dealcohol y de las aledañas a la misma.

Madera y metal• Una capa acondicionadora o Primario

FURAL-Ri, ICIDCA, Cuba. o Primarioanticorrosivo VITRAL, MINBAS, Cuba.

• Una capa de esmalte sintético VITRAl,Cuba.

Mantenimiento: Lavado de las superficiecada 6 meses, repintado de 3 a 4 años.

DESTILERÍA. MATERIAS PRIMAS

Depósitos de hormigón y metal para elalmacenamiento de la materia prima (inte-rior)• Acondicionador impermeabilizante

FURAL-RI 1001.• Composición polimérica resanadora de

flexibilidad variable FURAL-Rr 1001.• Sellado

• Rec. Impermeable simple, Masilla FAMModificada

• Rec. Impermeable reforzado, MasillaFAM Modificada

• Capa de acabado con FURAL-Rr, o conVITRAL de la línea 501.

El mantenimiento es inspección cada 12a 18 meses con resanado y pintado de cual-quier avería. La limpieza y el repintadogeneral de la superficie puede realizarsecada 3 o 4 años.

Depósitos de hormigón y metal para elalmacenamiento de la materia prima (exte-rior)• Acondicionador impermeabilizante

FURAL-RI 1001• Composición polimérica resanadora de

flexibilidad variable FURAL-Rr 1001• Sellado

• Rec. Impermeable simple, Masilla FAMModificada

• Rec. Impermeable reforzado, MasillaFAM Modificada

• Capa de acabado con VITRAL de la líneaIndustrial de un solo componente.i

El mantenimiento es inspección cada 12 a18 meses con resanado y pintado de cualquieravería. La limpieza y el repintado general de lasuperficie se efectuará cada 3 o 4 años.

DESTILERIA. FERMENTACION

Para los fermentadores:• Acondicionador impermeabilizante

FURAL-RI 1001• Composición polimérica resanadora de

flexibilidad variable FURAL-Rr 1001• Sellado

• Rec. Impermeable simple, Masilla FAMModificada

• Rec. Impermeable reforzado, MasillaFAM Modificada

• Capa de acabado con pinturas epoxídicasatóxicas de importación (Hempel, GAI-RESA, u otras).

El mantenimiento es inspección cada 12a 18 meses con resanado y pintado de cual-quier avería. La limpieza y el repintadogeneral de la superficie se realizará cada 3 o4 años.

44

EN PROCESO DE DESTILACION

Canales y receptores• Acondicionador impermeabilizante

FURAL-RI 1001• Composición polimérica resanadora de

flexibilidad variable FURAL-Rr 1001• Sellado

• Rec. Impermeable simple, Masilla FAMModificada

• Rec. Impermeable reforzado, MasillaFAM Modificada

• Capa de acabado con FURAL-Rr, o conVITRAL de la línea 501.

El mantenimiento es inspección cada 12a 18 meses con resanado y pintado de cual-quier avería, así como limpieza y repintadogeneral de la superficie cada 3 o 4 años.

DESTILERIA. PRODUCTOS

Depósitos• Acondicionador impermeabilizante

FURAL-RI 1001• Composición polimérica resanadora de

flexibilidad variable FURAL-Rr 1001• Sellado

• Rec. Impermeable simple, Masilla FAMModificada

• Rec. Impermeable reforzado, MasillaFAM Modificada

• Capa de acabado con pinturas epoxídicasatóxicas de importación (Hempel, GAI-RESA, u otras).

El mantenimiento es inspección cada 12a 18 meses con resanado y pintado de cual-quier avería. La limpieza y repintado generalde la superficie se realizará cada 3 o 4 años.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a los técnicos ArelysRodríguez Padrón, Yanelis CarvajalEscamilla y María E. Rodríguez Dorrego lacolaboración prestada para la realización deeste artículo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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46

Daisy Dopico-Ramírez, Lucía García-García, Alejandro Abril-González, Yelenys Hernández-Corvo, Dolores Cordero-Fernández

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarDepartamento de Química del Bagazo. CP 33500, Quivicán, Mayabeque, Cuba

daisydopico@yahoo.com

RESUMEN

Se obtiene un prototipo de fibra dietética base lignina a partir del bagazo integral de lacaña de azúcar, mediante hidrólisis ácida. Se aplica en gelatina para regímenes espe-ciales en distintas dosis y se demuestra que incorporando 0,1 g de fibra no se afectan laspropiedades físicas del alimento. Sin embargo, es necesario añadir goma arábiga paraevitar la precipitación de partículas de fibra. Se realizó la evaluación sensorial en dosetapas: prueba descriptiva y hedónica. Los resultados fueron clasificados como "Muybueno" y "Me gusta mucho", respectivamente.

Palabras clave: lignina, fibra dietética, fibra insoluble, análisis sensorial.

ABSTRACT

A prototype of dietary fiber based on lignin from sugar cane bagasse is obtained by acidhydrolysis. This product is applied into gelatin for special regimes in different doses andit is demonstrated that the incorporation of 0,1 g of fiber does not affect the physical pro-perties of food. The addition of arabic gum turned out to be necessary to prevent the pre-cipitation of fiber particles. Sensory evaluation was performed in two stages: descriptivetest and hedonic evaluation. The results were classified as "very good" and "I really likeit" respectively.

Keywords: lignin, dietary fiber, insoluble fiber, sensory analysis.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 46 - 50

INTRODUCCIÓN

Desde tiempos remotos el hombre se hainteresado por la relación entre la dieta y lasalud. Sin embargo, no fue hasta el siglo XXque se obtuvieron evidencias científicas deque la presencia de fibra en la dieta puedeprevenir numerosas enfermedades crónicascomo la diabetes, el cáncer y enfermedadescardiovasculares, entre otras (1,2).

La fibra dietética puede ser definidacomo la porción de las plantas que no esdigerida o absorbida en el intestino delgadohumano (3). Está compuesta (4) por ungrupo de sustancias que se encuentranentrelazadas en la estructura del materialvegetal como son celulosa, hemicelulosas,lignina, gomas y pectinas. Entre las fuentesnaturales de fibra (5,6) se encuentran: gra-nos completos, vegetales, frutas y semillas.

Especialistas en el tema recomiendan laingestión en adultos de 35 a 40 gramos defibra por día (6). Sin embargo, es difícilalcanzar estos altos niveles de ingestión através de los alimentos tradicionales, inclu-so aquellos ricos en fibras, por lo que se handesarrollado diferentes suplementos dietéti-cos para su adición a los alimentos, entreellos la lignina.

La lignina es el biopolímero ramificadomás abundante en el reino vegetal, despuésde los polisacáridos. Su estructura es muycompleja y varía entre especies. El monó-mero principal que forma a la macromolé-cula es el fenilpropano. Es importante des-tacar que la lignina es la única fibra no poli-sacárida que se conoce y está definida comofibra insoluble (7). Entre sus propiedadespodemos citar que reduce el grado de diges-tión de la fibra, inhibe el crecimiento decolonias bacterianas intestinales, presentaalta capacidad para absorber agua, tiene unaacción muy potente en la adsorción de áci-dos biliares y protege a la mucosa del colonfrente a agentes cancerígenos.

El objetivo de esta investigación fueobtener un prototipo de fibra dietética parael consumo humano a partir del bagazo de

la caña, el que presenta alto contenido delignina y su aplicación en alimentos pararegímenes dietéticos especiales.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizó como material de partidabagazo integral de 6 meses de almacena-miento proveniente de la EmpresaAzucarera "Comandante Manuel Fajardo",que presenta la composición química mos-trada en la tabla 1.

Hidrólisis del bagazo El esquema del proceso seguido se

muestra en la figura 1. En el digestor rotato-rio de 350 l de capacidad se añadieron 30 kgde bagazo, ácido sulfúrico 96 % (grado reac-tivo) a razón de 0,05 l/kg de bagazo y aguahasta llegar al hidromódulo 6:1. Una vezmezclado el bagazo con la solución ácida, seinyectó vapor hasta alcanzar 9 atmósferasmanométricas de presión y se mantuvo lareacción durante una hora. Seguidamente,se descompresionó el digestor hasta 3atmósferas y se descargó el contenido en unciclón. El producto se coleccionó en un tan-que receptor, donde se lavó con agua desmi-neralizada hasta un contenido de cenizasmenor al 3 %. Se secó en estufa a 60 °Chasta un contenido de agua entre 8-10 %.

El producto fue molinado en un molinode púas (Modelo Komodin K-1, Olliver yBattle S.A, España), se envasó y almacenóen bolsas de polietileno para su conserva-ción.

47

Tabla 1. Composición química del bagazo

Celulosa, % 45,3 Lignina, % 23.6 Solubilidad NaOH 1% 36,7 Hemicelulosas, % 27,5 Cenizas, % 2,2

BAGAZO

INTEGRAL + H2SO4 (ac) LIGNINA

Solución de azúcares, oligosacáridos y otros compuestos orgánicos

+ Δ

Figura 1. Esquema de obtención del prototipo de fibra.

A continuación se procedió al análisisfísico-químico y microbiológico del producto.

La humedad se realizó siguiendo el pro-cedimiento descrito en la Norma Cubana0856 (8).

La densidad aparente se llevó a cabocolocando 25 g de muestra en una probetade 100 ml y golpeando 50 veces, luego de locual se midió el volumen que ocupó lamuestra.

Color, aspecto y solubilidad por el méto-do visual.

La determinación de lignina, ácido inso-luble y cenizas se realizó según las normasTAPPI Standard T 222 om-88 y T 15 os-58,respectivamente (9,10).

La granulometría se determinó usando unjuego de tamices previamente tarados acopla-do a un vibrador, según el método propuestoen la literatura (11).

El análisis microbio-lógico se realizó segúnlas Normas Cubanasestablecidas para estefin (12,13).

La obtención del ali-mento enriquecido confibra fue llevado a cabomediante el mezcladofísico de los ingredien-tes en polvo, durante 30minutos. La lignina seañadió con una dosifi-cación de 0,05; 0,1 y 0,2g en 100 g del producto, el que se envasó enbolsas de polietileno posteriormente emba-ladas en cajas de cartón para su conserva-ción, a temperatura ambiente. Se estudió,también, la influencia del color del sabor(naranja o fresa) sobre las propiedades físi-cas del alimento enriquecido.

La evaluación del alimento enriquecidose realizó mediante la evaluación sensorialen dos etapas: prueba descriptiva (14) yprueba hedónica (15). En la prueba des-criptiva se midió el efecto de la adición defibra sobre las propiedades físicas de lagelatina. La escala de calidad para 7 juecesadiestrados fue de 5 puntos donde: 5 esexcelente; 4 muy bueno; 3 bueno; 2 regulary 1 malo.

En la prueba hedónica se midieron todoslos atributos en conjunto: color, aspecto,textura y sabor en la gelatina saborizadalista para consumir, con la dosis de fibra de

mejor aceptación que en la prueba anterior.Se realizó mediante una prueba piloto con20 jueces, empleando la escala de 7 puntosdonde: 7 es me gusta muchísimo; 6 megusta mucho; 5 me gusta; 4 me es indiferen-te; 3 me disgusta; 2 me disgusta mucho; 1me disgusta muchísimo.

RESULTADOS Y DISCUSION

Las características de la lignina de baga-zo obtenida, según el procedimiento descri-to aparecen en las tablas 2 y 3. Las condi-ciones experimentales de la hidrólisis ácidagarantizan la obtención de un productofinal con un contenido de lignina insolublemayor que 65 % y un contenido de cenizasmenor que el 2 %.

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Tabla 2. Características físico-químicas de la lignina de bagazo

Característica Valor Fórmula química C9H7,53O1,76(OCH3)0,94(OH)1,47 Peso molecular 2500-3000 Dalton Lignina ácido insoluble (%) ≥ 65 Cenizas (%) ≤ 2 Humedad residual (%) 2,75 Densidad aparente (g/ml) 0,415 Aspecto Polvo fino Color Carmelita oscuro Solubilidad (agua) Insoluble

Tabla 3. Características granulométricas de la lignina de bagazo

Densidad de vertido

0,387

Densidad de asentamiento

0,563

Velocidad de flujo No fluye

Granulometría 100 % < 500 μm 51.0 % ≥ 125 μm 38,6 % < 125 μm

Apertura del tamiz (µm) % retenido

1000 0.00 500 0,31 250 10,12 125 50,92 63 34,72 45 3,06

COLECTOR 0,82

La humedad del producto fue estudiadacon el objetivo de conocer su influenciasobre el aroma en polvo utilizado para pro-porcionar sabor a la gelatina, ya que esteúltimo adquiere humedad con facilidad. Losresultados mostraron que la humedad esmuy similar a los del aroma en polvo. Uncomportamiento semejante fue observadoen el caso de la densidad aparente.

El 85 % de las partículas se encontrabancon un tamaño promedio entre 125-250 μm,que es lo que se puede lograr con el equipode molienda utilizado. Las primeras prue-bas sensoriales realizadas no dieron losresultados esperados, debido a que se perci-bía a simple vista que la fibra y la capacidadsensorial (sensibilidad de las partículas alpaladar) no fueron adecuadas en el produc-to alimenticio. Así, fue rechazado por lospanelistas.

Teniendo en cuenta lo anterior, se proce-dió a moler y tamizar nuevamente la ligni-na, aprovechándose solamente las partícu-las que quedaron en el colector. Con estanueva muestra se realizaron los estudios enla gelatina de fresa.

El análisis microbiológico se realizó paracomprobar que la fibra no contamina al pro-ducto final. En este caso los resultados estándentro de los permitidos para este tipo deaditivo (fibra) y los resultados se muestranen la tabla 4.

La tecnología de obtención de los ali-mentos en polvo enriquecidos con fibra sebasa fundamentalmente en el mezclado físi-co de los ingredientes, en este caso: azúcarrefino, gelatina base, ácido cítrico, sabor ycolor al que se le añade la fibra dietética.Este postre fue concebido para la alimenta-ción de niños y adultos.

Con la tecnología utilizada para laobtención del alimento enriquecido con lig-

nina es muy importante que el tamaño departículas sea lo más pequeño posible(menor que 45 µm) para que no influyanegativamente en las propiedades físicasdel producto.

En el caso que nos ocupa el alimentoenriquecido es gelatina, al que se le añadiólignina hasta la dosis máxima asimilableque puede contener el postre sin que se veanafectadas sus propiedades. En este caso quela fibra es poco soluble, fue necesario adi-cionar goma arábiga para evitar la precipita-ción de partículas. Los mejores resultados seobtuvieron al añadir 0,05 y 0,1 g de ligninay 5 g de goma arábiga. Se tomó la mayordosis con el objetivo de incluir la mayorcantidad de fibra en la gelatina.

En el test de sabores se probó naranja yfresa. Los resultados muestran que solo sepuede usar sabor fresa, ya que con el sabornaranja se observaron a simple vista las par-tículas de lignina que tienen un color car-melita oscuro.

El producto elaborado con la composi-ción de mejores resultados (sabor fresa, 0,1 gde fibra y 5 g de goma arábiga) arrojó unresultado "Muy Bueno" la prueba descripti-va, lo que se traduce en una puntuación de4 (en base a 5 puntos) según el criterio delos panelistas, por lo que se puede inferirque la adición de lignina no tuvo efectonegativo sobre el color y aspecto en la gela-tina seca.

Los estudios de naturaleza hedónica sonesenciales para saber en qué medida unproducto puede resultar agradable al consu-midor.

La prueba hedónica realizada en gelati-na de fresa enriquecida con fibra dietética,arrojó un resultado de 6 puntos que equiva-le a "Me gusta mucho" para un panel de 20jueces.

CONCLUSIONES

• Se obtuvo lignina a partir del bagazo dela caña de azúcar mediante hidrólisisácida en fase heterogénea. El productoobtenido presentó un contenido de ligni-na insoluble en ácido mayor que 65 % ycenizas menores que 2 %.

• Los ensayos en alimentos funcionales(gelatina de fresa) demostraron la posibi-lidad de usar la lignina como fibra dieté-

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Tabla 4. Resultados del análisis microbiológico

Conteo total de microorganismos aeróbicos mesófilos

Negativo

Hongos filamentosos 6*102

Hongos

Levaduras No hay

levaduras

tica, con ayuda de sustancias como lagoma arábiga para mantener las partícu-las en suspensión.

• Se recomienda probar la lignina de baga-zo en otros alimentos.

AGRADECIMIENTOS

A Idalmis Expósito, Elda Roncal y todoslos compañeros de la Dirección de Bebidasdel Instituto de Investigaciones para laIndustria Alimenticia que estuvieron invo-lucrados de una forma u otra en la ejecuciónde este resultado.

A Eduardo Bordallo por la rapidez yrigurosidad en la redacción durante la revi-sión del trabajo.

A Miguel Angel Otero por la seriedad yrapidez en la revisión.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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15. Carpenter, R.; Lyon, D., Hasdell, T.Análisis sensorial en el desarrollo y con-trol de la calidad de alimentos. EditorialAcribia. Segunda edición. Zaragoza,España. 2000.

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51

Idania Blanco-Carvajal, Maricela Vega-Batista, María del Carmen Vasallo-Sordo,Raymundo Guardarrama-Rodríguez, Miguel Vázquez-García, Eric Estrada-Medina,

Hildeliza Ramos-Aróstica

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

idania.blanco@icidca.edu.cu

RESUMEN

En la actualidad, las tendencias de la industria de alimentos nos muestran que parasobrevivir en el mercado globalizado y competitivo, los líderes corporativos tienen queenfocarse en la sanidad (programas de prerrequisito), inocuidad (Análisis de Peligros yPuntos Críticos de Control, APPCC) y en calidad (lo mejor del ISO). También es impera-tivo que estos componentes se realicen en combinación con la implementación. BodegasVigía ha desarrollado un Sistema Integrado de Gestión (SIG) para apoyar la producciónde bebidas y enfrentar las crecientes demandas de estos productos. Se muestra un enfo-que práctico para aprender cómo implementar los elementos claves de manera integra-da, mediante el desarrollo de componentes cada uno. El primer juego, con los compo-nentes estructurales/operativos y el segundo juego con los componentes gerenciales delsistema.

Palabras clave: sistema integrado, calidad, inocuidad, sanidad, bebidas.

ABSTRACT:

Nowadays, the trends in the food industry show that in order to survive in a globalizedand competitive market, corporative leaders have to be focused on the public health,(programs of pre-requisites), safety (Hazard Analysis and Critical Control Point , HACCP)and quality (ISO's best). It is also crucial that these components were carried out in com-bination with their implementation. Bodegas Vigia has developed a IntegratedManagement System (SIG) to streamline the spirits' production and to face the growingdemands. Present work uses a practical approach to learn how to implement key ele-ments in an integrated way, developing two matches out of three components each. Thefirst one, with the structural/operative components and the second one with the system'smanagement components.

Keywords: system, integrated, quality, safety’health, spirits.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 1 (enero-abril), pp. 51 - 57

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, todo ambiente de pro-cesamiento de alimentos, sea una destilería,ronera, camaronera, planta procesadora decualquier materia prima o producto inter-medio, almacenaje y distribución, etc.,necesita desarrollar, implementar y mejorarcontinuamente un sistema de manufacturade alimentos que satisfaga tres palabrasclave: sanidad, inocuidad y calidad de losproductos elaborados. El ambiente de pro-ducción que no logre este reto quedará rele-gado en la historia.

A raíz de estas inquietudes reales se haintroducido el concepto de SistemaIntegrado de Gestión (SIG), con el fin deapoyar el desarrollo y mantenimiento de unsistema viable y sostenible que responda alos requerimientos de la industria alimenti-cia moderna para dar respuesta a la necesi-dad de realizar exitosamente estas palabrasclaves (1).

El contar con un SIG reduce los costosde implementación, por el tiempo que sededica al proceso, así como los costos deconsultoría, auditoría y eventualmente loscostos de certificación (2). Hay que aclararque hasta la fecha la ISO permite auditarCalidad e Inocuidad de forma integrada.

A partir de las premisas anteriores,Bodegas Vigía desarrolló un SistemaIntegrado de Gestión (SIG) para apoyar a laindustria de bebidas del MINAZ frente a lascrecientes demandas puestas sobre ella.

Para llevar a cabo esta tarea se adopta unSistema Integrado de Gestión de la Calidad,cuyo alcance recoja los requisitos de un siste-ma de Gestión de la Inocuidad. El mismo debegarantizar el cumplimiento de los requeri-mientos generales para evaluar la capacidadde la organización. Así, se cumplen los requi-sitos del cliente, aquellos que son reglamenta-rios y los propios de la organización, median-te la implantación de un SIG por la normaNC/ISO 9001:2008 (3) y para evitar los peligrossanitarios que puedan producirse en el área deproducción de bebidas "Bodegas Vigía" se inte-gra con la NC/ISO 22000:2005 (4).

MATERIALES Y METODOS

En el diseño de este sistema se utilizan,fundamentalmente, las características de

los métodos establecidos por las normascubanas existentes para controlar la calidade inocuidad de las bebidas, como la NC/ ISO9001:2008 “Sistemas de gestión de la cali-dad. Requisitos” y la NC/ ISO 22000:2005“Sistema de gestión de la inocuidad de losalimentos. Requisitos para cualquier organi-zación en la cadena alimentaria”.

Se realizó una investigación bibliográfi-ca que cubrió documentos generales y espe-cíficos, normativos, legales y reglamenta-rios, vinculados con esta temática y se desa-rrolla sobre la práctica y la experiencia conque cuentan diferentes organizacionesnacionales e internacionales que asesoran otienen implantados sistemas de gestiónindependientes e integrados.

Se analiza todo el proceso productivopara satisfacer la conformidad del productocon los requisitos del cliente; se contemplael control, tanto de la materia prima comodel producto final, según las exigenciasestablecidas en la norma cubana de especi-ficaciones de ron, NC 113: 2009 (5) y lasresoluciones aprobadas (135: 2001,197:2002, 198:2002), para controlar el cum-plimiento de la producción de los ronescubanos.

RESULTADOS ALCANZADOS

En el Centro de Referencia de Alcoholesy Bebidas (CERALBE) las tres palabras clavese agrupan, de una forma operacional prác-tica, bajo el concepto de "Sistema Integradode Gestión", (SIG). Este sistema se ha desa-rrollado específicamente en el área experi-mental de producción de bebidas "BodegasVigía", con el fin de integrar, bajo un soloenfoque estructural y gerencial, programasy actividades únicas de la industria y de esamanera enfrentar exitosamente los desafíosmencionados anteriormente.

Para cumplimentar este objetivo se con-sidera necesario la realización de unmanual de la calidad que interrelacioneestos dos enfoques.

Para la integración se desarrollan dosjuegos de tres componentes cada uno (6). Elprimer juego, con los componentes estruc-turales/operativos que son:

1. Programas de prerrequisito;2. Inocuidad o APPCC; y 3. Calidad o lo mejor de ISO 9000.

52

El segundo juego estuvo representadopor las bandas que unen, mantienen y mejo-ran a los tres componentes estructurales delprimer juego. Estas bandas representan lostres componentes gerenciales del sistema yconsisten en: 1. La cultura del área productiva; 2. Los valores, conocimientos y habilida-

des; y 3. La evaluación de avances y resultados.

Cumpliendo con los componentesestructurales del primer juego, se comien-zan a desarrollar los Programas dePrerrequisito, que no son más que las con-diciones y actividades básicas que son nece-sarias para mantener a lo largo de toda lacadena alimentaria un ambiente higiénicoapropiado para la producción, manipula-ción y provisión de productos finales y ali-mentos inocuos para el consumo humano.Los mismos se evidencian a partir de proce-dimientos escritos incluidos las BuenasPrácticas de Manufactura (BPM) yProcedimientos Operativos Estándares(POE), que se ocupan de las condicionesoperacionales en que se basa el sistemaAPPCC.

El desarrollo, ejecución y mejoría decada uno de estos programas de prerrequisi-to es fundamental y necesario, para la ela-boración de alimentos salubres, inocuos yde calidad. Estos programas de prerrequisi-to son esenciales para que los otros doscomponentes del SIG puedan ser ejecutadoscon la misma rigurosidad y éxito. Por ende,todo ambiente de manufactura de alimentodebería iniciar su programa de alineacióncon este componente estructural delambiente de producción de alimentos.

Los prerrequisitos establecidos son apro-piados a las necesidades de Bodegas Vigíaen relación con la inocuidad de los alimen-tos, así como al tamaño y tipo de operaciónque en la misma se realiza. Las BuenasPrácticas de Manufactura (BPM) favorecenlas condiciones bajo las cuales los produc-tores deben operar para mostrar una com-pleta seguridad de que sus productos garan-tizan la salud, todo ello basado en un con-junto de actividades relacionadas entre sí,destinadas a garantizar que los productoselaborados tengan y mantengan las caracte-rísticas de diseño: identidad, pureza, con-centración e inocuidad requerida para su

uso. Estos son aprobados por el equipo deinocuidad mediante un acta de aprobacióne implementados los siguientes POE:• POE-03 "Capacitación, entrenamiento y

control"• POE-05 "Higiene de personal", • POE-06 "Control de compra de suminis-

tro", • POE-08 "Acceso, saneamiento, reglas de

seguridad y control de plagas en las áreasde trabajo",

• POE-09 "Procedimiento general para elmantenimiento de la infraestructura y elequipamiento".

Después de establecido un ambientesano y apropiado de manufactura de alimen-tos, el siguiente paso se desarrolla y ejecutacon el componente de Inocuidad/APPCC.Este segundo componente estructural/opera-tivo del ambiente de producción se logra pormedio de la ejecución del sistema denomi-nado APPCC, el cual consiste en un"Enfoque sistemático para evaluar los posi-bles peligros químicos, físicos o microbioló-gicos asociados con un producto y determi-nar los controles necesarios para minimizaro eliminar el riesgo de que estos peligroscausen un daño a la salud, una enfermedad,o la muerte de un consumidor". En otraspalabras, el Componente de Inocuidad enfo-ca en el control de adulteraciones o conta-minaciones de los alimentos, capaces decausar un grave daño a la salud del consu-midor, o peor, su muerte.

Mediante la aplicación de los siete prin-cipios de APPCC, se ejecuta un análisis depeligros asociados con todo ingrediente,materia prima y material de empaque, asícomo cada paso en el proceso y determinar,de qué manera cualquier peligro químico,físico o microbiológico identificado, y querazonablemente pueda ocurrir, se va a con-trolar, o mejor, reducir a niveles aceptables,o eliminar. Este es el reconocido conceptode Análisis de Peligros y Puntos Críticos deControl-APPCC. Esta metodología, univer-salmente aceptada bajo el CodexAlimentarius (7), consta de siete principiosuniversales: 1. Ejecutar un análisis de peligros2.Identificar los puntos críticos de control3.Establecer los límites críticos4.Establecer los procedimientos de moni-

toreo

53

5.Establecer las acciones correctivas paracorregir las desviaciones

6.Establecer los procedimientos para laverificación del Sistema APPCC

7.Establecer los procedimientos para infor-mar y documentar el desempeño delSistema APPCC.

El análisis de los peligros arroja una ovarias maneras de controlarlos, ya sea pormedio de los Programas de Prerrequisitosarriba mencionados, o por otros que sedeterminan durante el análisis de peligro, opor medio de Puntos Críticos de Control;estos últimos se manejan bajo el PlanAPPCC.

En Bodegas Vigía se lleva a cabo el aná-lisis de peligros para determinar cuáles sonlos peligros que necesitan controlar y quécombinación de medidas deben ser estable-cidas para asegurar la inocuidad de nuestrabebida.

Para cada peligro identificado relaciona-do con la inocuidad de los alimentos seidentifica cuáles son los que cuya elimina-ción o reducción a niveles aceptables resul-tan indispensables por su naturaleza paralograr un producto final apto para su consu-mo desde el punto de vista higiénico-sanita-rio. Se selecciona una apropiada combina-ción de las medidas de control que soncapaces de prevenir, eliminar o reducir lospeligros.

Para la determinación de los nivelesaceptables se consultó la NC 113: 2009."Ron. Especificaciones", en la cual se nor-man los requisitos físicos y químicos que sedeben cumplir para este tipo de producto.

Una vez listados todos los peligros queson razonablemente posibles en cada etapa,el equipo valora el significado potencial oriesgo de cada uno de ellos y los peligrossignificativos se seleccionan utilizando unatabla de doble entrada, teniendo en cuentala probabilidad de ocurrencia y la gravedadde las consecuencias para la salud. Se esti-ma un rango para cada uno de los niveles dela probabilidad y gravedad.

Posteriormente a este análisis, se presen-ta el Plan APPCC, desarrollado sobre unabase científica, para el peligro significativoque se convierte en el Punto Crítico deControl (PCC) identificado, en el proceso delavado de botellas, donde se recoge toda lainformación necesaria, así como los regis-

tros de seguimiento a utilizar para mantenerbajo control este punto crítico.

Una vez implementado y validado,somos capaces de demostrar que nuestroproducto cumple con el concepto de inocui-dad, establecido bajo APPCC.

El tercer componente estructural delSIG, Lo Mejor de ISO 9001 Calidad, enfocalos criterios de calidad de los alimentosproducidos. Estos criterios de calidad gene-ralmente constan de tres dimensiones, talescomo desempeño del producto (forma, fun-cionalidad), disponibilidad (volumen,momento, sitio), y valor (económico).

La meta de este componente es lograrconsistencia en estas tres dimensiones delcriterio de calidad, y por ende "calidad"en los alimentos producidos y entregados.Debido a que cada uno de estos criteriosse mide, estos se utilizan para evaluar eldesempeño de cualquier ambiente pro-ductivo.

SIG enfoca este componente por mediode seis criterios que forman el componentede calidad, los que se tuvieron en cuenta enla implementación del sistema, cumpliendolo establecido en la NC/ ISO 9001:2008Sistemas de gestión de la calidad.Requisitos. Estos criterios, así como susmetas, se relacionan a continuación: 1. Criterio de Evaluación Meta Materia

Prima - Se asegura que todos los elemen-tos asociados con la materia prima,como especificaciones, origen, recep-ción, almacenaje, rotación ymuestreo/análisis cumplan los criteriosestablecidos, estén desarrollados y acce-sibles al personal apropiado.

2. Control del Proceso - Se mantienen cier-tos Procedimientos OperativosEstándares (POE) a lo largo de todo elproceso de producción.

3. Verificación del Proceso - Asegura que elcontrol del proceso es efectivo y mante-nido a lo largo del proceso de manufac-tura.

4. Atributos del Producto Terminado -Asegura que los atributos del productoterminado se cumplan.

5. Almacenaje y Entrega - Asegura las con-diciones de almacenaje y entrega del pro-ducto terminado para mantener su cali-dad.

6. Calibración de Instrumentos - Con estepunto se asegura que todos los equipos

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analíticos y/o de procesos analíticosestén calibrados.Al cumplir con estos criterios de evalua-

ción del componente de calidad del SistemaIntegrado de Gestión, todo proveedor serácapaz de entregar las materias primas, losingredientes y el material de empaque que"consistentemente" estén cumpliendo conlas especificaciones acordadas entre elcliente y el proveedor.

En Bodegas Vigía se han identificado losprocesos necesarios para la realización desu producto cumpliendo con los criterios deevaluación; los mismos cuentan con unaficha de proceso, donde se describen losindicadores que se deben tener en cuentapara evaluar la eficacia. Cada responsabledel proceso entrega un informe al jefe decalidad con los resultados obtenidos en elperíodo evaluado.

Relación de los procesos de nuestraorganización:

• Procesos estratégicosPlanificación estratégicaGestión de los Recursos HumanosMedición, análisis y mejora

• Proceso claveProducción

• Procesos de apoyoComprasAseguramiento

Después de implementar los tres compo-nentes estructurales/operativos del primerjuego se pasa a la implementación delsegundo juego con los tres componentesgerenciales del sistema. Se comienza por elprimer Componente Gerencial: La Culturadel área productiva que tiene que ver con elconcepto de la "Cultura de la Planta".

En toda planta de alimento existe unacultura, la que refleja los valores de las per-sonas que allí trabajan. A su vez, esos valo-res se transforman en un comportamientode cada trabajador, a través de sus hábitos ycostumbres, así como por medio de susconocimientos y habilidades adquiridas.

Finalmente, el resultado del comporta-miento individual y colectivo se refleja enlos diferentes índices de desempeño que sepueden medir. La cultura de la planta seidentifica con un objetivo común para todoslos trabajadores y la base de valores comu-nes para lograrlo. Bajo el enfoque SIG, la"cultura de la planta Bodegas Vigía" se

desen- vuelve alrededor de los tres compo-nentes estructurales de SIG. Se define pormedio de su política de calidad, donde seexpresa lo que el colectivo desea obtener alcabo de un período de tiempo.

"Nuestra política que integra la Calidad eInocuidad, es emitida bajo la autoridad de laalta dirección y tiene como finalidad cum-plir con las producciones que garantizan lasostenibilidad del Instituto, asegurandosatisfacer la conformidad con los requisitosdel cliente, identificando los peligros ytomando medidas necesarias para su con-trol, a través de una comunicación efectivaa todos los niveles, trabajando bajo requisi-tos legales, con el fin de garantizar la cali-dad e inocuidad del Ron Vigía, lo cual seaplicará con seguridad y eficacia a lo largodel proceso productivo, optimizando losrecursos por medio de la mejora continua ycumpliendo lo establecido en la NC/ISO22000:2005 y la NC/ISO 9001:2008".

El objetivo de la alta dirección de laplanta es asegurar que el ambiente demanufactura de la planta sea igual o mejorque la norma de la industria de alimentos.Ese reto se logra generando y nutriendo una"cultura de la planta" práctica, realista, perotambién endosada por todo el personal y laalta dirección. Sin un endoso sólido porparte de todos, no habrá planta alguna quelogre cumplir su política de forma exitosa ysustentable en el tiempo.

La cultura de la planta, también se logracumpliendo con el segundo componente:valores, conocimientos y habilidades y estose cumple por medio de la educación / capa-citación del personal y se reflejan en la efi-ciencia y efectividad asociadas con los tra-bajos y tareas ejecutados por todos los tra-bajadores del área.

Los valores deseados en una planta dealimentos y reflejados en la conducta ycomportamiento diario de todos los trabaja-dores se asocian con los aspectos de sani-dad, inocuidad y calidad de los productoselaborados en el área productiva. Por otrolado, los conocimientos y habilidades sereflejan en la eficiencia y efectividad aso-ciadas con los trabajos y tareas ejecutadospor todos.

Es por eso, que toda área productiva dealimento o bebidas tiene que tener un pro-grama de educación/capacitación para todossus trabajadores. Este programa de capacita-

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ción comprende varios componentes, rela-cionados a continuación:

• Posición de capacitación designada• Evaluación anual de necesidades• Calendario anual de capacitación• Identificación de capacitación especí-

fica• Trabajadores nuevos• Trabajos individuales• Recapacitación - Biblioteca con mate-

rial de capacitación (normas, publica-ciones, etc.)

• Capacitación de capacitadores• Documentación de todas las activida-

des de capacitación

El objetivo que se persigue es asegurarque todos los trabajadores obtengan la cul-tura apropiada para mantener y mejorar elambiente de producción, así como los cono-cimientos y destrezas apropiadas para eje-cutar sus tareas y deberes en forma eficaz yeficiente, así como cumplir todo lo estable-cido en el POE 03: "Capacitación, entrena-miento y control" del área de producciónBodegas Vigía.

Finalmente, el Sistema Integrado deGestión tiene que estar sujeto a mejoras con-tinuas y mediciones de avances. Esto selogra por medio del tercer componentegerencial, el cual simplemente nos indicacómo está funcionando el área.

La alta dirección tiene la responsabili-dad de retar, con cierta frecuencia, todos loscomponentes de SIG, tanto los estructuralescomo los gerenciales, con el fin de encon-trar oportunidades de mejoras continuas.

Con tal fin, se aplican inspecciones delambiente de producción (BMP, sanidad),auditorías de programas y sistemas ejecuta-dos en el área productiva (APPCC, calidad)y análisis de datos y documentos. Los resul-tados de estas inspecciones, auditorías yanálisis se utilizan para desarrollar mejorasen cualquiera de los componentes estructu-rales y gerenciales del sistema integrado.

El avance hacia esa meta se puede medira través del cumplimiento de los indicado-res de desempeño y los movimientos espe-rados. Como se puede apreciar, el primergrupo de indicadores representa reduccio-nes en ciertos indicadores, cuya disminu-ción implica una mejoría; mientras que elsegundo grupo de indicadores representaaumentos en otros indicadores, cuyo

aumento implica una mejoría. El conjuntode estos indicadores y sus movimientos dealza o disminución reflejan la mejoría totaldel área productiva en términos de las trespalabras claves de SIG, o sea, sanidad, ino-cuidad y calidad.

CONCLUSIONES

1. Implantar el concepto SIG para todoambiente de manufactura es una condi-ción básica para mantenerse en un mer-cado, cada día más globalizado.

2. El apoyo de la gerencia, con un enfoquegradual y paciente, y con perseveranciason los ingredientes que permitieron alárea experimental de producción deBebidas, Bodegas Vigía, lograr la meta deimplantar un SIG.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Cuendias, J.M. La validez de integrar enla gestión empresarial. Normalización(La Habana), (1): p. 3-5, 2009

2. Cuendias, J.M. Desarrollo de sistemasintegrados de gestión. Normalización (LaHabana), (1): p. 6-10, 2009

3. NC/ ISO 9001:2008 Sistemas de gestiónde la calidad. Requisitos

4. NC/ ISO 22000:2005 Sistema de gestiónde la inocuidad de los alimentos.Requisitos para cualquier organizaciónen la cadena alimentaria.

5. NC 113: 2009. Ron. Especificaciones

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Indicadores de desempeño y movimientos esperados

Reducciones Aumentos

• Quejas de consumidores

• Rechazos - proveedores

• Devoluciones - clientes

• Reproceso • Rotación de

personal • Retiro de producto

• Acciones reglamentarias

• Eficiencia de etapas, pasos y procesos productivos

• Satisfacción de los empleados

• Retorno a la inversión

• Valor de las acciones

6. Cornelius, H. Sistema integrado de cali-dad para la industria de alimentos. [enlínea] Volumen 23, No.3, 2005.<http://www.AgriWorld.nl>. ServiciosLatinoamericanos de AIB Internacional,Maniatan, [Consulta: jun. 2011]

7. Codex Alimentarius: Food Quality andSafety Systems - A Training Manual onFood Hygiene and the Hazard Analysisand Critical Control Point (HACCP)System: http://www.fao.org/docrep/W8088E/W8088E00.htm

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2011

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20

11 2

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2011

Prem

ios y

Log

ros

del

ICID

CAPREMIO A LA OBRA DE LA VIDA otorgado por AZCUBA

Dr. Antonio Bell García

PREMIO AL MEJOR INVESTIGADOR otorgado por AZCUBA

MSc. Investigador titular Jesús Mesa Oramas

JOVEN TALENTO

Ing. Arnaldo Díaz Molina

PREMIO Al MEJOR TRABAJO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA otorgado por AZCUBA

Fundamentación e implicaciones del cambio de la norma de azúcar crudo:Análisis de datos para la toma de decisiones

MSc. Marlen C. Alfonso Lorenzo

PREMIO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA otorgado por el CITMA

Planta industrial de estimuladores de crecimiento agrícola, FitoMas-E

Alberto García García, José C. Villar Delgado, Ramón L. Montano Martínez,Juan Carlos Díaz Díaz, Mabel Viñals Verde, Rafael Zuaznábar Zuaznábar

LOGROS MINAZ

• Mainpack 32. Software para la gestión y control del mantenimiento y las repa-raciones de fábricas de azúcar y derivadosIng. Alicia Rodríguez Marrero

• Sistema automatizado para la gestión del laboratorio LEYCAL MSc. Jesús Mesa Oramas

• Obtención y generalizacion de la auxina 4-cpa (ácido p-cloro fenoxiacético)en diferentes cultivosLaura Lamí, Mercedes Díaz, Carlos García, Mayrelis Mesa, Ana LidiaGonzález, Melba Cabrera, Amaury Álvarez, Alejandro Abril, Deborah Crespo,Bárbara Rodríguez

• Certificación de sistemas integrados de gestión en una ronera y obtención dela marca cubana de conformidad de dos productos MSc. Idania Blanco Carvajal, MSc. Maria del Carmen Vasallo Sordo,Maricela Vega Batista

Las contribuciones enviadas deben abordar la temática de todo lo concerniente al procesamiento de la cañade azúcar y sus derivados.

Se aceptarán contribuciones de los siguientes tipos:1. Memorias Científicas Originales.2. Comunicaciones. 3. Reseñas.4. Trabajos de carácter teórico o descriptivo.

Se aceptarán solamente contribuciones inéditas. El envío de éstas supone el compromiso del autor de nosometerlas a la consideración de otras publicaciones y de ceder sus derechos a la revista.

Los artículos se someteran al sistema de revisión por pares, en la modalidad abierta al editor asociado, man-teniendo el anonimato. Este recurso es inapelable.

Presentación de las contribuciones:Se entregará una copia digital o se enviará por correo electrónico a: revista@icidca.edu.cu. También se remi-

tirá una copia en papel. Se escribirán en español o en inglés, a dos espacios y en Arial 12 puntos, con una exten-sión máxima de 25 páginas. El formato a utilizar debe ser 8,5 x 11”, los márgenes laterales, superior e inferiordeben ser de 2 cm. Las tablas y figuras se insertarán en el lugar exacto y se acompañarán de su correspondien-te título y pie de figura. El procesador de texto a utilizar será Microsoft Word. Las tablas deben crearse en estemismo software. Las figuras (fotografías, gráficos, esquemas) deben entregarse en formato JPG o TIF con unaresolución de 300 dpi. Las unidades de medida deberán ser las especificadas en el Sistema Internacional deUnidades.

Estructura de las contribuciones:• Título (en español e inglés): Conciso e informativo. • Autor(es): Nombres completos y dos apellidos (resaltar en rojo responsable de la correspondencia)• Institución donde labora(n) el(los) autor(es). Dirección de ésta.• Correo electrónico del autor o los autores (imprescindible para enviar la copia electrónica del artículo en for-

mato PDF)• Resumen (en español e inglés): Los informativos son apropiados para las contribuciones del tipo 1 y 2; incluir

el propósito de la investigación, así como los principales métodos, resultados y conclusiones. Las contribu-ciones del tipo 3 y 4 admiten la preparación de un resumen indicativo que exprese el tipo de artículo, lostemas fundamentales, y la forma en que son tratados; debe utilizarse la forma impersonal con la partícula sey el verbo en tiempo presente. Se pueden combinar elementos de ambos y el resumen sería indicativo-infor-mativo. El máximo de palabras a emplear debe ser de 200 y deben aparecer en un sólo párrafo.

• Palabras claves (en español e inglés): Términos o frases que describen aspectos fundamentales del contenidodel artículo y no deben ser más de cinco.

• Introducción: Situación problemática. Problema de investigación e importancia. Estado del arte del que parteel autor para su aporte.

• En cuanto al desarrollo del artículo:Para las contribuciones de los tipos 1 y 2 resulta más apropiado el esquema Materiales y Métodos,Resultados, y Discusión; las de los tipos 2 y 3 admiten otros subtítulos o epígrafes. Materiales y Métodos: Explicar cómo se procedió.

Resultados: Presentar los hallazgos relevantes.Discusión: Analizar e interpretar los resultados obtenidos.Conclusiones: Consecuencias, deducciones y generalizaciones que emanan de la evidencia aportada por los resultados y su interpretación.Recomendaciones (si proceden): Sugerencias justificadas.Agradecimientos (si proceden): Reconocer ayudas significativas de personas e instituciones. En el caso de tratarse de trabajos realizados bajo el financiamiento de donativos internacionales (PGTF, GEF, PNUD,UNESCO, etc.) deben citarse exactamente sus generales.Referencias Bibliográficas: El sistema aceptado para citar la literatura es el de cita por número según elorden de aparición. En el texto aparecerá el número entre paréntesis. Las referencias bibliográficas se orde-narán por orden de aparición en la lista. Sólo si es imprescindible se citarán artículos no publicados (enprensa). Se citarán todos los autores en caso de que existan seis o menos, cuando sean siete o más, solo secitarán los seis primeros y se agrega et al. El autor debe utilizar los signos de puntuación como aparecen enlos ejemplos. Todos los títulos se escribirán en su idioma original.Las referencias bibliográficas quedarán estructuradas según el tipo de documento de la siguiente forma:

Libros y folletosAutor. Título del libro. Edición. Lugar de publicación: Editorial, año de publicación. Páginas.Artículos en revistasAutor. Título del artículo. Revista (Lugar de publicación) volumen (número) : página inicial-página final delartículo, mes año.Capítulos de librosAutor del capítulo. Título del capítulo. En: Autor del libro. Título del libro. Edición. Lugar de publicación :Editorial, año de publicación. Página inicial-página final de la parte.Documentos legalesTítulo de la ley. (Nombre del Boletín Oficial, número de éste, día mes año de publicación). País.Artículos no publicados (en prensa)Autor. Título. Revista. En prensa. Año.PatentesInventor. Título. Clasificación Internacional de Patentes. Fecha de solicitud. País en el que se registra lapatente, tipo de documento. Número de certificado de concesión de la patente. Fecha de concesión.Informes inéditosAutor. Título del informe. Tipo de informe. Institución académica, año.Informes publicadosAutor. Título del informe. Lugar de publicación: Organismo/Entidad Editora, año de publicación. (Serie,número de la serie)NormasNúmero de referencia de la norma. Títulode la norma. Textos electrónicosAutor. Título. [tipo de soporte] Edición. Lugar de publicación: Editorial, fecha de publicación, fecha deactualización/revisión. Páginas. <Disponibilidad y acceso> [Fecha de Consulta].Bases de DatosResponsable principal. Denominación de la Base de Datos. [Tipo de soporte] Edición. Lugar de publicación: Editorial, año.Programa informáticoResponsable principal. Denominación del Programa Informático. [Tipo de soporte] Versión. Lugar de publicación: Responsable principal, año. Programa Informático.Partes de textos electrónicosAutor de la parte. Título de la parte. [Tipo de soporte] En: Autor del documento fuente. Título del docu-mento fuente. Edición. Lugar de publicación: Editorial, fecha de publicación, fecha de actualización/revi-sión. Páginas que abarca la parte dentro del documento fuente. <Disponibilidad y acceso> [Fecha deConsulta].Artículos en revistas electrónicasAutor. Títulodel artículo. [Tipo de soporte] Revista. Página inicial-página final del artículo. Volumen, núme-ro, mes año. <Disponibilidad y acceso> [Fecha de Consulta]