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2010 N. Aguilar-Rivera D. A. Rodríguez Lagunes y A. Castillo Morán
AZÚCAR, COPRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS EN LA DIVERSIFICACIÓN DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE
AZÚCAR Universidad Veracruzana
Córdoba, Veracruz, México
ISSN 1900-6241 Nº 106 Noviembre 2010 :: Agroindustria azucarera
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N. Aguilar-Rivera, D. A. Rodríguez L. y A. Castillo
Azúcar, co-productos y sub-productos en la diversificación de la agroindustria de la caña de azúcar
(Sugar, Co-Products and By-Products on Sugarcane Agribusiness Diversification)
N. Aguilar-Rivera D. A. Rodríguez Lagunes y A. Castillo Morán
Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad Veracruzana
Km. 1 Carretera Peñuela Amatlan de los Reyes S/N. C.P. 94945 Córdoba, Veracruz, México
Tel./Fax: (52) 271 71 6 73 92
e-mail: [email protected]
Resumen
El azúcar ha sido el principal y virtualmente el único producto comercial obtenido de la caña de azúcar (Saccharum officinarum). La diversificación de la industria azucarera ha sido cuestionada en varios informes y foros internacionales como complemento para la viabilidad futura y rentable de esta actividad. Proporciona un incremento en el desarrollo sostenible regional y en los ingresos mientras que, al mismo tiempo, reduce la vulnerabilidad de la industria al cambio, al flexibilizar las futuras estrategias empresariales y al aumentar la capacidad de recuperación que la industria azucarera enfrenta con la disminución de los precios del azúcar. La composición química y estructural de la caña de azúcar, co-productos y subproductos hace que sea atractiva su transformación a través de procesos químicos o biotecnológicos en productos con un alto valor agregado de interés para el mercado. El objetivo de este trabajo es desarrollar un análisis y estudio de las alternativas de diversificación y la exploración del potencial de la caña de azúcar, co-productos y sub-productos como materias primas.
Palabras clave: azúcar, industria del azúcar, producción de azúcar, ingenios azucareros, caña de azúcar, sub-productos del azúcar, co-productos del azúcar, diversificación, características técnicas. Abstract
Sugar has been the main and virtually only commercial product obtained from sugarcane (Saccharum officinarum). Sugarcane industry diversification has been considered in several major reports as a complement for a profitable future viability of this activity. It provides a substantial increasing in regional sustainable development and incomes while, at the same time, reduces its vulnerability to change by bringing flexibility to future business
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strategies, and by augmenting the resilience of sugar industry facing decreasing sugar prices. The structural and chemical composition of sugarcane, co-products and by-products makes them particularly appealing for transformation into valuable products through chemical or biotechnological processes, adding aggregated value of interest for the market. The objective of this paper is to develop an approach that allows the study of alternatives for diversification and the exploration of the potential of sugarcane, co-products and by-products as raw materials.
Keywords: sugar, sugar industry, sugar production, sugar mills, sugar cane, sugar co-products, sugar by-products, diversification, technical features.
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1. Introducción
La dinámica del sistema internacional en la primera década del siglo XXI acrecienta la
necesidad de reconsiderar a las fuentes alimenticias y energéticas – con relación a los
hidrocarburos y los biocombustibles – como variables determinantes en la reconfiguración de
la economía mundial. La nueva regulación de los Estados-nación sobre el mercado global, así
como los efectos ambientales que genera la explotación de recursos naturales, los
biocombustibles, entre otros temas, se inserta la agroindustria de la caña de azúcar
(comúnmente denominada industria azucarera) como tradicional fuente de un alimento básico
para la humanidad, el azúcar, y ahora como la principal materia prima energética del etanol
combustible y otros derivados.
La diversificación ha sido abordada en numerosos estudios, como una forma de acelerar
la viabilidad económica de la producción agroindustrial a largo plazo mediante la mejora en la
rentabilidad y la estabilidad general del sector, el cambio hacia otros cultivos o actividades
económicas en la agricultura, y otras producciones en la industria. A pesar de que es uno de los
temas relevantes de estudio de diferentes áreas de conocimiento (finanzas, marketing, dirección
estratégica, economía industrial y agrícola), en su mayoría se han concentrado en investigar la
relación que existe entre la diversificación y los resultados y las formas de medida de ésta,
prestando menor atención a los motivos que tienen las empresas para seguir un proceso de
diversificación (Ramanujan et al., 1989)
La agroindustria de la caña de azúcar tiene grandes retos en materia de productividad,
diversificación productiva y competitividad; las opciones que en el pasado eran validas para
insertarse en el mercado internacional se están agotando, en especial las basadas en recursos
naturales, mano de obra barata y escasamente calificada. Así, en la diversificación o
reconversión de la industria de la caña de azúcar, debido a la importancia que van cobrando
sus derivados, se tiende a suponer que el valor económico de la nueva agroindustria estará
determinado fundamentalmente por una revalorización de los distintos subproductos y
productos intermedios, y de los derivados de éstos para sustituir importaciones y crear fondos
exportables competitivos cuando el azúcar en el mercado mundial tiende a perder cada vez más
su valor de cambio como producto final. Surge la necesidad de generar las oportunidades que
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presentan cada uno de los sectores cañeros para poder diversificarse y desarrollarse, pero sobre
todo por la necesidad de integrar una sola visión de todos los sectores hacia una misma
dirección, hacia una meta común de lograr productividad, sostenibilidad y competitividad.
A partir de la posguerra, y en especial desde la década de los setenta, surgió la
pregunta: ¿por qué la necesidad de la diversificación de la industria azucarera bajo las
condiciones actuales? La respuesta se enmarcó en el contexto polarizado de los bloques
socialista y capitalista de aquella época, donde el marcado incremento de los precios del
petróleo y la energía – aunado al hecho que surgían a nivel mundial las preocupaciones por la
contaminación ambiental, generada en su mayor parte por el sector industrial – llevó
primeramente a los países productores de azúcar de caña (en su gran mayoría en el Tercer
Mundo) a buscar alternativas productivas de desarrollo endógeno y sustitución de
importaciones directamente de la gramínea, debido a que durante varias décadas los
subproductos de la producción de azúcar y alcohol fueron compuestos orgánicos sobrantes,
sub-explotados, de escasa utilización e indeseables por sus efectos contaminantes al medio.
Durante la década de los ochenta, esta nueva valorización de los residuos dio lugar al
establecimiento de programas de investigación en centros científicos en países tan diversos
como Brasil, Mauricio, Cuba, Australia, Sudáfrica, los Estados Unidos y sociedades como
Grupo de Países Latinoamericanos y del Caribe Exportadores de Azúcar (GEPLACEA) unidas
a otras como el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), el Instituto
Cubano de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ICIDCA), International Society of Sugar
Cane Technologists (ISSCT), entre otras, para ampliar el conocimiento de los subproductos y
su utilización con el enfoque económico y de ingeniería para valorar alternativas de
producciones derivadas de la caña de azúcar.
Aunque la afirmación formulada por GEPLACEA en 1990 que la diversificación es
fundamentalmente una estrategia de desarrollo del sector azucarero, es aún valida actualmente;
muchos proyectos de diversificación en la industria del azúcar y el alcohol no han sido del todo
exitosos, debido en parte a que los análisis técnicos y económicos para cada caso dependen de
la localización geográfica de los proyectos y de las actividades económicas predominantes en
las regiones; por lo tanto, la diversificación vuelve a resurgir con mayor fuerza, debido a una
infinidad de factores, principalmente ambientales, sociales, económicos y políticos, a causa de
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que el proyecto de una agroindustria de la caña de azúcar multipropósito, multiproductiva y
sustentable no ha sido realidad en la mayoría de los países productores de caña de azúcar;
además, en la actualidad los productores de caña se encuentran frente al reto de la disminución
del valor del azúcar como producto único de comercialización en los mercados nacionales e
internacionales, lo cual los lleva a fijar su atención nuevamente en las alternativas que ofrece la
industrialización de la caña de azúcar y sus subproductos para crear producciones
comercializables y sostenibles.
Surge ahora la pregunta: ¿qué derivado de la caña de azúcar industrializar? La
respuesta no es fácil; por el contrario, es sumamente compleja ya que, históricamente, en la
zonas cañeras y de influencia de los ingenios los proyectos de diversificación han sido aislados,
han estado limitados o no han sido exitosos debido a que se han desarrollado por la necesidad
económica para aumentar ingresos y contrarrestar la volatilidad del precio internacional de
azúcar y para disminuir costos de producción por pagos por concepto de impactos ambientales
por disposición de residuos, como quemar el bagazo en las calderas para generar vapor y
electricidad, vender a fabricas de pulpa y papel, comercializar las mieles a plantas productoras
de aminoácidos, levaduras, aditivos de alimentos y bebidas alcohólicas, o utilizarlas como
materia prima para producir alcohol o bien exportarse de acuerdo a los precios internacionales
(Figuras 1 y 2).
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Figura 1. Integración productiva de la industria azucarera
Caña de Azúcar(SaccharumOfficinarum)
Sacarosa
Azúcar Crudo
Azúcar Mascabado
Azúcar Refinado
Otros Tipos (Cristal, Blanco, Rubio etc)
Melazas
Ácidos Orgánicos
Productos Biotecnológicos
Etanol
Vinazas
Fertirriego
Biogás
Bagazo y Residuos de cosecha
Vapor y Electricidad
Derivados lignocelulosicos
Gas Combustible
Productos agropecuarios
Fuente: Avram et al. (2005), Gamarra et al. (2005)
Figura 2. Derivados de la industria cañera
Melazas
Sacarosa
Bagazo y RAC
Cachaza(Lodo de Filtros)
Etanol
Vinazas
Caña de Azúcar
Etanol
Aguardiente
Meladura
A. Pecuarios
Piloncillo
Jugo y bebidas
Combustible
Sustrato
Xilitol
Biogás
Celulosa
Furfural
Tableros
Etanol
Carbón activo
BioOil
Sorbitol
Detergente
Goma Xantana
Antibióticos
Aminoácidos
Dextrana
HM Furfural
Sucroquimica
Bioplasticos
A. Pecuarios Rones
Levaduras
Acido Cítrico Glutamato
Bioplasticos
Enzimas
Solventes
Fármacos
Gasohol
Etileno
Acetaldehido
Plásticos
Biodiesel
Bebidas
Alcohoquimica
Biogás
Fertirrigación
A. Pecuarios
Levaduras
Combustible
Sustrato
A. Pecuario
Biogás
Composta
Ceras
Resinas
Fitoesteroles
Etanol Acido Láctico
L-Lisina
ServiciosAmbientales
Créditos de carbono (PSA y MDL)
Biodiesel Bioetanol
Fuente: Aguilar et al. (2009)
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2. Productos, co-productos y sub-productos de la caña de azúcar
En la industria azucarera, al igual que en las de alimentos, petroquímica, café, soya,
maíz y otras, como empresas de producción continua, aparecen diversos productos derivados o
generados a partir de una misma materia prima, normalmente clasificados como co-productos
o sub-productos. Las industrias de procesos que generan varias producciones conjuntas de una
materia prima pueden clasificarse en tres categorías principales (Brunstein, 1994):
ü P1. Conjunto de productos principales. Son aquellas producciones principales o
deseables en una empresa, derivadas de la transformación directa de la materia prima –
por ejemplo, azúcar de caña, aceite de soya y petroquímica.
ü P2. Conjunto de productos secundarios. Son aquellas producciones no necesariamente
deseables, pero tienen una importancia económica significativa. Son derivados de la
transformación de la materia prima – por ejemplo, salvado derivado del procesamiento
de soya, alcohol de las melazas de caña, asfalto de la petroquímica, etc.
ü P3. Conjunto de subproductos. No representan una importancia económica relevante
bajo el criterio de la empresa; son considerado sub-productos o residuos de la
transformación de la materia prima. Normalmente son calificados como residuos
industriales – por ejemplo, bagazo de caña, vinazas de destilería, cachaza que son
residuos de procesamiento de azúcar de caña y etanol.
Los productos procedentes de los conjuntos P1 y P2 (Figura 3) son denominados productos y
co-productos, debido a que en su obtención se requieren operaciones unitarias de separación o
extracción, lo que exige a la empresa materia prima, mano de obra, energía e insumos de
producción, implicando costos de producción que difícilmente son identificados en los
productos de origen, a menos que los co-productos sean homogéneos física y económicamente.
Los co-productos son comercializados como tales después del proceso de separación sin
procesos adicionales de acondicionamiento, al igual que los subproductos (P3).
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Figura 3. Diagrama de producción conjunta
++++
Mano deObra
Insumos
Materia Prima:
Caña de AzúcarOperacionesUnitarias
P1Productosprincipales
P3Subproductos
Proceso de separación
P2Coproductos
Fuente: Brunstein (1994)
De esta forma, co-productos y sub-productos se transforman en materias primas para nuevos
ciclos productivos utilizados para diversas aplicaciones, obteniéndose importantes
rentabilidades económicas. Por ello, es necesario plantear la búsqueda de utilizaciones
alternativas de estos sub-productos y no sólo su eliminación efectiva e inocua debido a que,
además de evitar costos ambientales, su uso creará nuevas fuentes de riqueza que aportan una
mayor rentabilidad al proceso industrial de partida, y generaría nuevas industrias de todo tipo
con las consiguientes ventajas sociales que ello reportaría. (Guo et al., 2006). Por lo anterior,
se puede afirmar que el azúcar, el etanol y las melazas son los productos y co-productos de la
industria azucarera; el bagazo, la torta de filtro o cachaza, las cenizas de calderas, la paja y el
cogollo, los gases de combustión, las vinazas y las aguas residuales son productos colaterales a
la producción azucarera, y constituyen los sub-productos de esta agroindustria.
Sin embargo, es un hecho evidente que, a pesar de todas estas ventajas de tipo
económico, social, medioambiental, etc. que ocasionaría el aprovechamiento industrial de los
residuos de la industrialización de la caña de azúcar, éstas no corresponden aún con el nivel de
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utilización y desarrollo social existente en las regiones cañeras. El tratamiento y/o uso
diversificado de los residuos y sub-productos cañeros, en general, se considera una actividad
costosa, y tanto las instituciones públicas como las empresas privadas no han llevado a cabo
esta labor con eficacia, bien por falta de visión, exceso de legislación, falta de voluntad
política, intereses diversos o por carencia de medios económicos. Evidentemente, todo ello está
contribuyendo al deterioro del medio ambiente en grandes zonas de los estados productores de
la gramínea.
En virtud de que el contenido de sacarosa en caña es actualmente la variable de mayor
peso en las evaluaciones de rentabilidad del cultivo y aprovechamiento industrial de la
gramínea, es de esperar un cambio en los enfoques tradicionales, apostar por la innovación,
transformación y la creación de nuevas cadenas productivas, considerando la calidad de la
materia prima, la composición de los subproductos y no la supervivencia del cultivo
tradicional, aunque hasta el presente el azúcar ha sido el objetivo más general para su cultivo
sin considerar las múltiples estrategias de la diversificación y la multiplicación de bienes
obtenidos de la actividad agrícola e industrial. Desde luego, no basta con una sola opción, pues
deberán plantearse diferentes esquemas que sean posibles de realizar con el capital de que se
dispone y, de ellos, seleccionar el que permita alcanzar los mejores resultados económicos,
ambientales y sociales, el cual debe a su vez mostrar la mayor flexibilidad para que sea posible
desplazar la producción hacia la obtención de aquellos productos que mayor provecho
económico posean en el mercado en determinado momento (Chandrasena, 2005; Carvallo et
al., 2004).
Por lo tanto, los proyectos de diversificación deben partir del conocimiento científico de
los productos, co-productos y sub-productos de la industria azucarera, debido a que las
potencialidades para la diversificación de la agroindustria cañera se derivan precisamente del
volumen de subproductos de tipo orgánico que se generan zafra tras zafra, de los elementos
fisiológicos que constituyen a la materia prima y de la composición física y química de los co-
productos y sub-productos, debido a éstos están conformados básicamente por azúcares,
carbohidratos estructurales del complejo lignocelulósico y material inorgánico, los cuales
ofrecen diferentes posibilidades de industrialización con diversas rutas físicas, químicas y
biotecnológicas (De la Torre, 1989) y en la premisa de la complejidad y en la necesidad de
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explorar y entender un tejido de relaciones complejas para establecer alternativas productivas
posibles del futuro inmediato; en muchos casos, debido a que las técnicas empleadas para
lograr la diversificación no han distinguido grados de jerarquías entre las variables, sectores y
acontecimientos, es decir, éstas no consideran el carácter sistémico de las relaciones entre estos
elementos, se hace difícil la creación de un marco lógico sobre el pasado y el presente que
pueda apoyar la formulación de hipótesis sobre futuros plausibles de corto, mediano y largo
plazo que brinden certidumbre a quien invierta en este tipo de proyectos (Gomes de Castro et
al., 2002; Paleta, 2002; Cáceres et al., 1997).
3. Características técnicas de los productos, co-productos y sub-productos de la
agroindustria de la caña de azúcar
3.1 Azúcar de caña o sacarosa
El azúcar es, en la actualidad, un alimento habitual en la dieta de todos los países, reivindicado
por científicos y expertos internacionales; es considerado hoy como uno de los principales
aportes energéticos para el organismo.
La sacarosa es un disacárido compuesto por una molécula de glucosa (dextrosa) y una
de fructosa (levulosa); está conformada por 12 átomos de carbono, 22 átomos de hidrogeno y
11 de oxigeno, con fórmula condensada C12H22O11 (oxígeno 51,42%, carbono 42,10%,
hidrógeno 6,48%). Con un peso molecular de 342.30, es un solido cristalino que carameliza a
160°C, y es un azúcar no reductor y poli-alcohol que tiene 3 grupo hidroxilos primarios (-
CH2OH 6,1’ y 6’) y 5 en posición secundaria (-CH-OH, 2, 3, 3’, 4 y 4’).
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Figura 4. Estructura molecular de la sacarosa
Fuente: Boscolo (2003)
Debido a que la mayor producción de sacarosa se da en forma cristalina, esto la convierte en un
sustrato muy interesante para el desarrollo de nuevas tecnologías químicas y microbiológicas.
La reactividad es mayor en los carbonos primarios. La presencia de estos grupos hace posible
la síntesis de numerosos derivados, siendo fácilmente atacada por ácidos, oxidantes y álcalis.
Se utiliza como endulzante, preservante, antioxidante, excipiente, agente granulador y
tensoactivo en jabones, productos de belleza y tintas (Boscolo, 2003).
Otras rutas importantes de reacción de la sacarosa para generar diferentes mezclas de
componentes de interés económico son la oxidación, la pirólisis, la hidrogenación, la
aminólisis, la halogenación y otras, como las rutas biotecnológicas y síntesis orgánica, que
constituyen la sucroquímica o síntesis dirigida de la sacarosa. Aunque en la actualidad se
pueden producir más de 10,000 substancias químicas a partir de la sacarosa, los productos que
pueden fabricarse caen dentro de ciertas categorías comerciales amplias: (a) alimentos, (b)
piensos, (c) combustibles, (d) explosivos, (e) elastómeros, (f) lubricantes, g) disolventes, (h)
acondicionadores del suelo, (i) fibras, (j) adhesivos, (k) papel, (1) plaguicidas, (m)
plastificantes, (n) bioplásticos, (o) revestimientos de superficie, (p) agentes reductores de
tensión superficial, (q) medicinas/fármacos, y (r) cosméticos. Estos productos presentan dos
grandes ventajas a favor de la sucroquímica. La primera es que la sacarosa es un producto
agrícola, siendo un recurso regenerable o renovable, en tanto que el petróleo es un recurso
finito. La segunda es el impacto ambiental; la mayoría de las substancias sucroquímicas son
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biodegradables, atóxicas, no carcinógenas, entre otros, lo que contribuye a un efecto ambiental
favorable (Figuras 5 y 6).
Figura 5. Productos de reactividad de la sacarosa
Fuente: Van Nostrand (1990)
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Figura 6. Productos derivados de la sacarosa
SACAROSA
FERMENTACION SINTESIS DEGRADACION
ESTER DE ACIDOS GRASOSDEXTRANAS SORBITOL, MANITOL
ISOBUTIL ACETATOALGINATOS GLICEROL
GOMA XANTANA OCTAACETATO DE SACAROSA PROPILENGLICOL
L-LISINA OCTABENZOATOS METILPIPERAZIDA
BUTILENGLICOL
PENICILINA
FRUCTOSAHEPTACIANOETIL SACAROSA
ACIDO GLUCONICOPOLIHIDROALKIL SACAROSA
ACIDO OXALICOPOLICARBONATO
POLIURETANO
XANTATO DE SACAROSA
PESTICIDAS
LEVOCAL
AUREOMICINA
TERRAMICINA
ERITROMICINA
RIBOFLAVINA B2
COBALAMINA
ACIDO ARABONICO
HIDROXIMETIL FURFURAL
ACIDO LACTICO
ACIDO LEVULINICO
Fuente: Paturau (1989)
3.2 Etanol
El etanol, también llamado alcohol etílico, es un líquido incoloro e inflamable con punto de
ebullición de 78 ºC. Se mezcla con agua en cualquier proporción y origina una mezcla
azeotrópica, con un contenido de aproximadamente 96 %. Su fórmula química es CH3-CH2—
OH; es el principal producto de las bebidas alcohólicas, y se utiliza también como
desinfectante o solvente. Posee un alto octanaje y una mayor solubilidad en gasolina que el
metanol; además, es usado como un aditivo que se le añade a la gasolina para oxigenarla y
mejorar la combustión La producción de etanol desde la agroindustria azucarera obliga a la
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integración de la destilería con la producción de azúcar, lo que posibilita, no sólo el empleo de
las mieles finales, sino también de los jugos, mieles intermedias y el uso del bagazo como
energético.
Desde la antigüedad, se obtenía el etanol por fermentación de una disolución con
contenido en azúcares con levaduras y posterior destilación. En el transcurso de la destilación
hay que desechar la primera fracción, la cual contiene principalmente metanol que se forma en
procesos secundarios. Aún hoy, éste es el único método admitido para obtener etanol para el
consumo humano. Sin embargo, para fines industriales, el método de obtención preferido es
por hidratación del etileno (2HC=CH2)
Se pueden emplear otras alternativas de materias primas del proceso azucarero, entre
ellas las ventajas en el ahorro de mieles, la disminución en el consumo de combustible, el
incremento en la calidad del azúcar y una mayor integración tecnológica azúcar-derivados
dentro del complejo agroindustrial. En un sentido general, las opciones de producción de etanol
a partir de la caña de azúcar son las siguientes (Murtagh, 1999):
ü A través del uso de las melazas, tal como es usual en México y en la mayoría de los
países azucareros.
ü Utilizando mieles intermedias “A” y “B”, con importantes aumentos del rendimiento y
para bebidas de calidad.
ü Empleándose para este fin directamente el jugo o guarapo. Esto se realiza en destilerías
autónomas, prescindiéndose entonces del área de producción de azúcar.
ü Aprovechamiento de jugos pobres (maceración y filtrados)
ü Fermentación de azucares de la biomasa cañera (bagazo o residuos de cosecha)
La obtención de etanol de melazas (A, B, o C) se diferencia de otras materias primas como
maíz, papa, yuca y otros, en que éstos son productos de plantas con alto contenido de
carbohidratos almacenados en la forma de almidón. Por lo tanto, estos materiales deben pasar
por un proceso de pre-tratamiento de cocción o tratamiento enzimático para hidrolizarlos hasta
azúcares fermentables. En contraste, los carbohidratos presentes en las melazas ya se
encuentran disponibles y no requieren tratamiento. Por otra parte, la hidrólisis de materiales
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lignocelulósicos de la caña de azúcar o ruptura de las moléculas en medio acuoso tiene como
finalidad la transformación de azucares complejos (polisacáridos) en azucares sencillos; esto se
logra con ácido sulfúrico o clorhídrico a altas temperaturas y tiempos de operación cortos o
largos; el ácido actúa como catalizador y se obtiene una mezcla de glucosa y xilosa, con
algunos productos de degradación como ácido acético, furfural y derivados de la ruptura de la
lignina (Canizalez, 2004)
De otro lado, la diversidad de alternativas tecnológicas para la producción de etanol ha
hecho crucial el análisis o balance energético del proceso global, a la par del diseño y
desarrollo de cada una de las operaciones que lo componen. Dentro de las nuevas tendencias de
investigación y desarrollo en esta área se cuenta la integración del proceso con miras a develar
las muy complejas interacciones entre las diferentes etapas del proceso productivo. El
desarrollo de procesos integrados azúcar/etanol/cogeneración permitirá una reducción
sustancial de los costos de producción y el incremento de la competitividad del
biocombustible. La integración de procesos es una condición indispensable para optimizar el
proceso de producción de etanol, de tal manera que se consideren como objetivos, no sólo la
minimización de los costos productivos o la maximización de diferentes indicadores
financieros, sino también el mejoramiento de los índices de desempeño ambiental de este
proceso y el desarrollo de la alcohoquímica (Guo et al., 2006).
3.3 Residuos agrícolas de cosecha (punta o flores, hojas o tlazole y cogollos)
Los residuos agrícolas cañeros (RAC) o basura de la caña se definen como el conjunto formado
por las hojas secas, punta, las hojas verdes y el tallo verde del cogollo, que se quedan en el
campo y que proporcionan materia para la elaboración de diversos derivados. Hasta la fecha, el
uso de los residuos agrícolas de la cosecha es muy bajo y poco se les aprovecha, prefiriéndose
su quema en la cosecha de caña, debido a que la utilización de los residuos cañeros con fines
de diversificación no está generalizada, ya que depende de ciertos factores, entre los que se
destaca la ausencia de una estimulación económica, la falta de empresas de procesamiento y
compradores, la cultura tecnológica, el efecto en el medio ambiente y la resistencia al cambio;
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a esto se le añade su baja densidad, lo que implica la necesidad de manejar grandes volúmenes
para su abastecimiento y la generalización de su empleo se hace más difícil. Es decir, no existe
una cadena productiva o un mercado de los residuos de la agroindustria de la caña de azúcar
que permita elevar su desempeño a pesar de existir derivados potenciales, basados en su
composición (Tablas 1 y 2) limitándose su uso, en algunos países, a las calderas de los ingenios
azucareros sustituyendo el consumo de combustóleo (combustible fósil) y bagazo, y
contribuyendo a la protección del medio ambiente a partir de su sustitución en la generación
y/o cogeneración de energía eléctrica, así como en los procesos de producción del alcohol u
otros sub-productos (Pérez et al., 2002).
Tabla 1. Composición química del residuo de cosecha cañero
Componente (%) Valor Extraíbles etanol-tolueno 3.4
Extraíbles en C6H6 2.9 Extraíbles etanol 2.7 Extraíbles agua 3.7
Extraíbles en NaOH al 1 % 49.3 Lignina 24.5
Holocelulosa 78.7 Alfacelulosa 47 Pentosanos 25.6
Fuente: Aguilar (2006, 2010)
Tabla 2. Análisis bromatológico
Componente (%) Valor Materia seca 89.41
Humedad 11.49 Cenizas 13.33 Grasas 0.98
Fibra cruda 34.11 Proteína 6.69
Carbohidratos 33.40 N2 1.64
Calcio (Ca) 1.3 Magnesio (Mg) 0.6
Fósforo (P) 0.2 Potasio (K) 3.3 Azufre (S) 0.12 Hierro (Fe) 360 ppm
Manganeso (Mn) 110 ppm
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Zinc (Zn) 90 ppm Cobre (Cu) 30 ppm
C:N 113:1
Fuente: Aguilar (2006, 2010)
3.4 Bagazo de caña
El bagazo es el residuo del proceso industrial de fabricación del azúcar, siendo el remanente de
los tallos de caña después de ser extraído el jugo azucarado que ésta contiene por los molinos
del ingenio; se divide en bagazo integral (whole bagasse), y éste a su vez en medula o meollo
(pith) y fibra verdadera (fiber). Dentro de este contexto, el bagazo de caña es un residuo
fibroso potencial para la producción de derivados que se encuentra disponible en grandes
cantidades y presenta una composición química muy similar a madera. Sin embargo, el uso
tradicional y más difundido es la producción de vapor mediante su combustión en las calderas
del propio ingenio azucarero; esto representa alrededor de 50 a 100% del bagazo que se genera
en el proceso de ingenio azucarero. El resto, de generarse, es factible de emplearse en otras
aplicaciones
Las fibras del bagazo son rígidas, de contornos irregulares y bien definidos; son las
portadoras de los elementos estructurales necesarios para la industria de derivados, cuya
composición (Tablas 3, 4, 5 y 6) está influenciada por las condiciones de procesamiento
agrícola de la caña, el tipo de corte, la recolección y la tecnología azucarera.
Tabla 3. Componentes del bagazo de caña
Componente Bagazo integral Bagazo desmedulado Fibra y epidermis 51.4 87.3
Médula o parénquima 36.7 10.6 Solubles 11.9 2.1
Fuente: Aguilar (2006, 2010)
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Tabla 4. Longitud de elementos del bagazo de caña
Propiedad Valor Longitud de fibra 1.1088 mm. Ancho de fibra 18.873 micras
Ancho de lumen.- 10.85 micras. Espesor de pared celular 8.023 micras.
Longitud de elementos de vaso 1.23718 mm Ancho de elementos de vaso 0.10793 mm
Densidad de vasos (No. de vasos /mm2)
2.143
Fuente: Aguilar (2006, 2010)
Tabla 5. Composición química (BS) del bagazo de caña de azúcar
Componente (%)
Bagazo desmedulado
Bagazo integral Médula
Extraíbles etanol-tolueno 3.8 4.6 2.8 Extraíbles etanol 2.5 7.5 2.9 Extraíbles agua 4.2 1.3 1.9
Extraíbles en NaOH al 1 % 32 34.9 36.1 Lignina 20.7 20.3 20.2
Holocelulosa 76 74.7 77.7 Alfacelulosa 46.5 45.7 34.8 Pentosanos 25.2 22.4 28.4
Fuente: Aguilar (2006, 2010)
Tabla 6. Análisis bromatológico (BS) del bagazo de caña de azúcar
Componente (%) Cenizas Grasas Fibra
cruda Proteína Carbohidratos
Bagazo desmedulado
13.33 0.98 34.11 6.69 33.40
Bagazo Integral
7.58 1.24 38.51 1.75 25.82
Médula 10.46 1.11 36.31 4.22 29.63
Fuente: Aguilar (2006, 2010)
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3.5 Lodo de los filtros o cachaza
La cachaza, lodo de filtros o torta de filtro es el principal residuo de la industria del azúcar de
caña, y su precio relativamente bajo la hace atractiva frente a otros productos orgánicos,
produciéndose de 30 a 50 kg por tonelada de materia prima procesada, lo cual representa entre
3 y 5 % de la caña molida. Este porcentaje y su composición (Tabla 7) varían con las
características agroecológicas de la zona, la eficiencia de fábrica, el método de clarificación
empleado, entre otros factores; la cachaza es producida durante la clasificación que se hace al
jugo de caña en la industria azucarera. Se recoge a la salida de los filtros al vacío, presentando
aproximadamente un 25% de materia seca. Este material contiene muchos de los coloides de la
materia orgánica originalmente dispersa en el jugo, conjuntamente con aniones orgánicos e
inorgánicos que precipitan durante la clarificación. Otros compuestos que no son azúcares se
incluyen en esos precipitados; sin embargo, por su alto contenido de humedad, por presentar
olores desagradables, por su baja relación peso/volumen (igual a 0,375), por ser fuente de
criaderos de moscas y otras plagas, y por tomar combustión espontánea en estado seco al
exponerse al sol, la mayoría de los ingenios azucareros tienen problemas de almacenamiento,
transporte y manejo. Por ello, no es totalmente aprovechada en derivados y se presentan
dificultades para su eliminación (Zérega, 1993).
Físicamente la cachaza es un material esponjoso, amorfo, de color oscuro a negro, que
absorbe grandes cantidades de agua. La cachaza generalmente es rica en fósforo, calcio y
nitrógeno, y pobre en potasio. Los altos contenidos en nitrógeno se deben a la elevada cantidad
de materia orgánica que presenta este residuo; los micronutrimentos contenidos en ella se
derivan parcialmente de las partículas que van adheridos a la caña.
Tabla 7. Composición química de la cachaza
Componente (%) Valor Componente (%) Valor Humedad 70.72 MgO 0.66
Densidad (gL-1) 180 Carbono (C) 20
P2O5 3.21 Relación C/N 38.40 K2O 0.24 pH en agua 7.22
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CaO 2.94 Materia orgánica 64.03
N2 total 0.81 SO4= 0.97
Si 0.27 Zn 0.51
Proteína cruda 16 Extracto en C6H6 (ceras, aceites y resinas)
14
Sacarosa y ART 14 Bagacillo 25
Hierro (Fe) 2 Manganeso (Mn) 0.16 Magnesio (Mg) 0.7 Aluminio (Al) 0.5
Cobre (Cu) 0.04 Cenizas 12
*Acido aspártico 4.4 *Treonina 2.8
*Acido glutámico 3.7 *Metionina 0.5
*Isoleucina 2.1 *Valina 3.5 *Leucina 3.6 *Tirosina 0.6
*Fenilalanina 1.3 *Triptofano 1.2
*Histidina 2.2 *Lisina 2.1
*Arginina 0.9 **Acido valérico 1.1 **Acido capróico 0.5 **Acido pelargónico 0.4
**Acido 3-nonanoico 2.2 **Acido cáprico 0.4
**Acido undecílico 1.5 **Acido laúrico 5.0
**Acido linolénico 2.1 **Acido octacosanoíco 25.6
**Acido mirístico 1.6 **Acido palmítico 18.0
**Acido azelaíco 2.2 **Acido esteárico 8.1 **Acido linoleíco 27.0 **Acido oleíco 10.2 **n-tetracosanol 1.7 **n-hexacosanol 5.5 **n-heptacosanol 2.9 **n-octacosanol 60 **n-nonacosanol 2.9 **n-dotriacontanol 1.7
**n-tetratriacontanol 3.3 ** Stigmasterol 27.5 **Fampesterol 30.0 **β-sitosterol 31.6
* Porcentaje en peso base seca de proteína cruda de cachaza ** Porcentaje en peso base seca de ceras, resinas y aceites de cachaza
Fuente: Zérega (1993), Reinosa (2004), Martínez et al. (2002)
3.6 Mieles incristalizables o melazas de caña
Las mieles finales o melazas de caña son el licor madre resultante de la cristalización final del
azúcar, del cual no puede extraerse más sacarosa por métodos convencionales. Se presenta
como un líquido viscoso, denso, rico en azúcares reductores y aproximadamente 60 % de los
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sólidos está compuesto por sacarosa, glucosa y fructuosa, además de otras sustancias de origen
orgánico como aminoácidos, ácidos carboxílicos, alifáticos y olefínicos, vitaminas, proteínas y
fenoles, entre otros. La miel esta constituida por una fracción de origen mineral de gran
importancia en la que se encuentran más de 20 metales y no metales en distintas proporciones.
La composición de la miel es en extremo variable (Tabla 8), pues depende de factores agrícolas
e industriales como variedad, grado de madurez, clima, condiciones de cultivo, tipo de corte,
eficiencia industrial, etc. Debido a su alto contenido de azúcares, tiene un considerable precio
en el mercado internacional; actualmente, constituye un producto importante de la industria
azucarera por su empleo como material o sustrato, al ser un co-producto de bajo costo capaz de
ser modificado por la acción de los elementos vivos para la transformación en procesos
biotecnológicos en productos o derivados finales útiles al hombre.
Tabla 8. Composición promedio de las melazas de caña
Componente (%) Valor Componente (%) Valor Agua 20.5 Calcio (Ca) 0.8 Brix 79.5 Fósforo (P2O3) 0.08
Sólidos totales 75.0 Sodio (Na) 2.4 Densidad (gL-1) 1.41 Cloruros (Cl-) 1.4 Azucares totales 46.0 Azufre (S) 0.5
Sacarosa 28.0 Cu (mg/kg) 36 Glucosa 9.3 Hierro (mg/kg) 249
Proteína cruda 3.0 Manganeso (mg/kg) 35 Nitrógeno ( N2) 0.35 Zinc (mg/kg) 13
ELN 63.0 Biotina (mg/kg) 0.36 Grasas 0.0 Colina (mg/kg) 745
Fibra bruta 0.0 Ac. pantoténico (mg/kg) 21 Cenizas 8.1 Riboflavina (mg/kg) 1.8
Gomas y coloides 8.9 Tiamina (mg/kg) 0.9 Aminoácidos 0.95 Si (%) 0.2
Fuente: Xu et al. (2005), Murtagh (1999), Gálvez (1990)
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3.7 Vinazas de destilería
Las mieles de caña fermentadas – y posteriormente destiladas – producen un residuo industrial
en forma de aguas residuales aprovechable llamado vinaza, que tiene un serio problema
relacionado con el alto contenido de materia orgánica. La vinaza es un líquido brillante, de
color pardo oscuro, naturaleza ácida, olor característico a miel de caña y sabor a malta; en
términos del volumen producido se estima que, por cada litro de alcohol obtenido a partir de
mosto de melaza, se generan alrededor de 10 a 13 litros de vinaza; su composición química
promedio (Tabla 9) es muy similar a aquellas obtenidas de la destilación de mieles de
remolacha.
Tabla 9. Composición promedio de las vinazas de destilería
Componente Valor Componente Valor pH 4.44 Fe (mgL-1) 1.4
Conductividad 29.3 N2 (%) 2 Ca+2 (molL-1) 45.7 Levaduras (%) 30 Mg +2(molL-1) 46.0 Cenizas (gL-1) 10 Na +1(molL-1) 0.44 Carbono total (%) 5.6 K +1(molL-1) 10.1 P2O5 (gL-1) 19.87 Cl -(molL-1) 112.8 Materia orgánica (gL-1) 31.60
SO4 =(molL-1) 31.2 ART (%) 2.75
CO3 =(molL-1) 0.6 Sólidos totales (mg/L) 66,043
HCO3- (molL-1) 7.3 Brix (°) 10.2
Zn (molL-1) 60.0 Temperatura < 75°C DQO (mgL-1) 70,000 DBO (mgL-1) 29 000
Viscosidad (cp) 1.17 C/N relación 2.4 Densidad (gL-1 ) 1.020 Proteínas (%) 11-16 Ácidos orgánicos volátiles, mg/L
10,824 Sólidos totales volátiles, (mg/L)
45,000
Humedad (%) 94.5 Sólidos totales (mg/L) 21,500
Fuente: Rocha et al. (2007), McPherson et al. (2002), Gómez (1996), Durán de Bazua (1991)
Su alto contenido en agua, sales, materias orgánicas, proteínas y levaduras permite valorar
diferentes alternativas de aprovechamiento:
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ü Fertirrigación para fertilizar directamente suelos con permeabilidad razonable y una
buena capa de materia orgánica, lo que permitiría elevar el rendimiento de la caña de
azúcar.
ü Digestión anaeróbica para producir gas metano, el cual podría ser empleado como
combustible para la producción del vapor necesario para la destilación, la limpieza de
fermentadores y otras labores, con lo que se podría ahorrar el 50 % del combustible
tradicional empleado en destilerías (combustóleo); el residuo sólido sería utilizado
como fertilizante.
ü La recirculación de 20 a 25 % de las vinazas al proceso, incorporándolas a la
fermentación, permitiría aprovechar la levadura que ha permanecido sin reaccionar, y
se ahorraría parte del agua empleada como diluyente en el proceso. Esta solución debe
ser controlada para mantener la velocidad de fermentación y los restantes parámetros
del proceso.
ü Desecación del mosto para alimentación animal, sólo o mezclado con bagazo, cogollo
de caña de azúcar u otros aditivos. Esta opción es valorada muy positivamente por
muchos autores, como una solución en países del Tercer Mundo, donde es posible
incorporar a la dieta de cerdos, rumiantes y aves (Rocha et al., 2007)
4. Conclusiones
El éxito de los proyectos de diversificación a nivel industrial − donde la composición de los
productos, co-productos y sub-productos juega un papel fundamental − dependerá de la
capacidad de los involucrados para transformar ventajas comparativas, derivadas de su
ubicación geográfica y de las características económicas y tecnológicas que existen en esa
ubicación, en ventajas competitivas dinámicas con un plan prospectivo, capaces de mantenerse
a través del tiempo, adoptando una visión holística y considerando aspectos tan importantes
como las relaciones sociales que se generan alrededor de los proyectos y que salen de la esfera
impersonal del mercado. Asimismo, la aplicación de los programas de gestión ambiental
involucra aquellos procesos de interacción institucional en los cuales se promueven los
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procesos de planeación ambiental y participación comunitaria; una buena gestión ambiental en
la agroindustria de la caña de azúcar debe reconocer los actores involucrados en la
problemática ambiental − la comunidad, la autoridad local y ambiental, etc. −, e interactuar con
ellos para alcanzar los objetivos comunes de diversificación.
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