HISTORIA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MXICO

FACULTAD DE INGENIERIA

MEDICION E INSTRUMENTACION

PROCESO INDUSTRIAL PARA LA FABRICACIN DE AZUCAR

MATERIAS PRIMAS

El azcar puede obtenerse principalmente a partir de la caa de azcar, la remolacha azucarera y en menor proporcin del maz.

Caa de azcar, nombre comn de ciertas especies de herbceas vivaces de un gnero de la familia de las Gramneas (Gramineae); es la especie Saccharum officinarum. La caa de azcar se cultiva mucho zonas calurosas y hmedas de todo el mundo por el azcar que contiene en los tallos, formados por numerosos nudos. La caa alcanza entre 2 y 5 m de altura y entre 2 y 5 cm de dimetro. La corona un conjunto de hojas que se parecen mucho al del maz comn. Se conocen diversas variedades cultivadas, que se diferencian por el color y la altura de los tallos.

La caa de azcar comn se cultiva a partir de esquejes desde la antigedad; algunas variedades no producen semillas frtiles.

Aunque se han ensayado con cierto xito varias mquinas de cortar caa, la mayor parte de la zafra o recoleccin sigue hacindose a mano en todo el mundo. El instrumento usado para cortarla suele ser un machete grande de acero con hoja de unos 50 cm de longitud y 13 cm de anchura, un pequeo gancho en la parte posterior y empuadura de madera. La caa se abate cerca del suelo, se le quitan las hojas con el gancho del machete y se corta por el extremo superior, cerca del ltimo nudo maduro. Las hojas se dejan en el suelo para enriquecerlo de materia orgnica.

Remolacha azucarera, nombre comn de una variedad o cultivo de remolacha de la familia de las Quenopodiceas (Quenopodiaceae); es la especie Beta vulgaris grupo Crassa. Debe su importancia a que de ella se extraen casi las dos quintas partes del azcar producido en todo el mundo. La remolacha azucarera puede cultivarse slo en regiones templadas (aprox. 21C), ya que necesita un suelo franco rico y profundo durante la estacin de crecimiento. Para la produccin comercial de semillas se seleccionan plantas con un contenido aproximado de azcar del 15%. Las semillas se colocan en hoyos durante el invierno y el primer ao presentan una matita de hojas gruesas y velludas. El segundo ao, sus races se hinchan, y para la poca de la cosecha alcanzan su ms alto contenido de azcar y estn listas para la fbrica de azcar de remolacha.

Maz, nombre comn de una gramnea muy cultivada como alimento y como forraje para el ganado. El nombre proviene de las Antillas, pero en Mxico, los nahuas lo denominaron centli (a la mazorca) o tlaolli (al grano). Con el trigo y el arroz, el maz es uno de los cereales ms cultivados del mundo.

El maz forma un tallo erguido y macizo, una peculiaridad que diferencia a esta planta de casi todas las dems gramneas, que lo tienen hueco. La altura es muy variable, y oscila entre poco ms de 60 cm en ciertas variedades enanas y 6 m o ms; la media es de 2,4 m. Las hojas, alternas, son largas y estrechas. El tallo principal termina en una inflorescencia masculina; sta es una pancula formada por numerosas flores pequeas llamadas espculas, cada una con tres anteras pequeas que producen los granos de polen o gametos masculinos. La inflorescencia femenina es una estructura nica llamada mazorca, que agrupa hasta un millar de semillas dispuestas sobre un ncleo duro. La mazorca crece envuelta en unas hojas modificadas o brcteas; las fibras sedosas o pelos que brotan de la parte superior de la panocha son los estilos prolongados, unidos cada uno de ellos a un ovario individual. El polen de la pancula masculina, arrastrado por el viento, cae sobre estos estilos, donde germina y avanza hasta llegar al ovario; cada ovario fertilizado crece hasta transformarse en un grano de maz.

La investigacin de nuevas fuentes de energa se ha fijado en el maz; muy rico en azcar, a partir de l se obtiene un alcohol que se mezcla con petrleo para formar el llamado gasohol; las partes vegetativas secas son importante fuente potencial de combustible de biomasa..

PROCESO PRODUCTIVO

FABRICACIN DE AZCAR DE CAA

La caa de azcar ha sido sin lugar a dudas uno de los productos de mayor importancia para el desarrollo comercial en el continente americano y europeo. El azcar se consume en todo el mundo, puesto que es una de las principales fuentes de caloras en las dietas de todos los pases.

Labores de campo y cosecha

El proceso productivo se inicia con la preparacin del terreno, etapa previa de siembra de la caa. Una vez madura la planta, las caas son cortadas y se apilan a lo largo del campo, de donde se recogen a mano o a mquina, se atan en haces y se transportan al ingenio, que es un molino en el cual se trituran los tallos y se les extrae el azcar. No debe transcurrir mucho tiempo al transportar la caa recin cortada a la fbrica porque de no procesarse dentro de las 24 horas despus del corte se producen prdidas por inversin de glucosa y fructuosa.

Patios de caa (batey)

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

Picado de caa

Las picadoras son unos ejes colocados sobre los conductores accionados por turbinas, provistos de cuchillas giratorias que cortan los tallos y los convierten en astillas, dndoles un tamao uniforme para facilitar as la extraccin del jugo en los molinos.

Molienda

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

Pesado de jugos.

El jugo diluido que se extrae de la molienda se pesa en bsculas con celdas de carga para saber la cantidad de jugo sacaroso que entra en la fbrica.

Clarificacin

El jugo obtenido en la etapa de molienda es de carcter cido (pH aproximado: 5.2), ste se trata con lechada de cal, la cual eleva el pH con el objetivo de minimizar las posibles prdidas de sacarosa. El pH ideal es de 8 a 8.5, lo cual nos da un jugo brillante, volumen de cachaza, aumenta la temperatura entre el jugo mixto y clarificado y se evita la destruccin de la glucosa e inversiones posteriores. Para una buena clarificacin se necesita que la cantidad de cal sea correcta ya que esto puede variar la calidad de los jugos que se obtienen.

La cal tambin ayuda a precipitar impurezas orgnicas o inorgnicas que vienen en el jugo y para aumentar o acelerar su poder coagulante, se eleva la temperatura del jugo encalado mediante un sistema de tubos calentadores.

La temperatura de calentamiento vara entre 90 y 114.4 C, por lo general se calienta a la temperatura de ebullicin o ligeramente ms, la temperatura ideal est entre 94 y 99 C. En la clarificacin del jugo por sedimentacin, los slidos no azcares se precipitan en forma de lodo llamado cachaza, el jugo claro queda en la parte superior del tanque; el jugo sobrante se enva antes de ser desechada al campo para el mejoramiento de los suelos pobres en materia orgnica.

Evaporacin

El jugo procedente del sistema de clarificacin se recibe en los evaporadores con un porcentaje de slidos solubles entre 10 y 12 % y se obtiene una meladura o jarabe con una concentracin aproximada de slidos solubles del 55 al 60 %.

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

Cristalizacin

La cristalizacin se realiza en los tachos, que son aparatos a simple efecto que se usan para procesar la meladura y mieles con el objeto de producir azcar cristalizada mediante la aplicacin de calor. El material resultante que contiene lquido (miel) y cristales (azcar) se denomina masa cocida. Esta mezcla se conduce a un cristalizador, que es un tanque de agitacin horizontal equipado con serpentines de enfriamiento. Aqu se deposita ms sacarosa sobre los cristales ya formados, y se completa la cristalizacin.

Centrifugacin.

La masa cocida se separa de la miel por medio de centrfugas, obtenindose azcar cruda o mascabado, miel de segunda o sacarosa lquida y una purga de segunda o melaza. El azcar moscabado debe su color caf claro al contenido de sacarosa que an tiene.

Las melazas se emplean como una fuente de carbohidratos para el ganado (cada vez menos), para cido ctrico y otras fermentaciones.

Refinacin.

El primer paso para la refinacin se llama afinacin, donde los cristales de azcar moscabado se tratan con un jarabe denso para eliminar la capa de melaza adherente, este jarabe disuelve poca o ninguna cantidad de azcar, pero ablanda o disuelve la capa de impurezas. Esta operacin se realiza en mezcladores. El jarabe resultante se separa con una centrfuga y el sedimento de azcar se roca con agua.

Los cristales resultantes se conducen al equipo fundidor, donde se disuelven con la mitad de su peso en agua caliente. Este proceso se hace en tanques circulares con fondo cnico llamados cachaceras o merenchales, se adiciona cal, cido fosfrico (3 a un milln), se calienta con serpentines de vapor y por medio de aire se mantiene en agitacin. El azcar moscabado, fundida y lavada, se trata por un proceso de clarificacin.

Clarificacin o purificacin.

El azcar moscabado se puede tratar por procesos qumicos o mecnicos. La clarificacin mecnica necesita la adicin de tierra de diatomeas o un material inerte similar; despus se ajusta el pH y la mezcla se filtra en un filtro prensa. Este sistema proporciona una solucin absolutamente transparente de color algo mejorado y forzosamente es un proceso por lote.

El sistema qumico emplea un clarificador por espumacin o sistema de carbonatacin. El licor que se trata por espumacin, que contiene burbujas de aire, se introduce al clarificador a 65C y se calienta, provocando que la espuma que se forma se dirija a la superficie transportando fosfato triclcico e impurezas atrapadas ah. El licor clarificado se filtra y manda decolorar. Este proceso disminuye bastante la materia colorante presente, lo que permite un ahorro en decolorantes posteriores.

El sistema de carbonatacin incluye la adicin de dixido de carbono depurado hacia el azcar fundida, lo cual precipita el carbonato clcico. El precipitado se lleva 60% del material colorante presente.

Decoloracin - Filtracin.

El licor aclarado ya est libre de materia insoluble pero an contiene gran cantidad de impurezas solubles; stas se eliminan por percolacin en tanques que contienen filtros con carbn de hueso o carbn activado

Los tanques de filtracin son de 3 metros de dimetro por 6 metros de profundidad, espacio en el que hay de 20 a 80 filtros de carbn; la vida til del filtro es de 48 hrs. La percolacin se lleva a cabo a 82C.

Los jarabes que salen de los filtros se conducen a la galera de licores, donde se clasifican de acuerdo con su pureza y calidad. Los licores de color ms obscuro se vuelven a tratar para formar lo que se conoce como azcar morena suave.

Una vez clasificados los licores se pasan a un tanque de almacenamiento, de donde se toman para continuar el proceso de acuerdo al producto final deseado. Los cristales finos de azcar se hacen crecer a un tamao comercial por medio de una velocidad de evaporacin o ebullicin controlada, de agitacin y de adicin de jarabe. La velocidad no debe ser muy alta ya que se formarn cristales nuevos impidiendo que los ya existentes crezcan.

De los equipos de cristalizacin pasamos el producto a los tanques de mezclado para uniformar sus caractersticas, de ah a las centrfugas y finalmente al rea de secado. Otra posibilidad es pasar de los cristalizadores a otro tipo de cristalizadores, donde obtenemos otros tamaos de partculas: cristales finos para siembra, de aqu pasamos nuevamente a fundicin, mezcladoras y centrfugas para separar las melazas de los cristales.

Secado

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

Enfriamiento

El azcar se seca con temperatura cercana a 60C, se pasa por los enfriadores rotatorios inclinados que llevan el aire fro en contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta aproximadamente 40-45C para conducir al envase.

Envase

El azcar seca y fra se empaca en sacos de diferentes pesos y presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su posterior venta y comercio.

AZUCAR DE REMOLACHA

La caa slo crece bien en climas tropicales y semitropicales, pero la remolacha crece en zonas templadas; el contenido de sacarosa en ambos azcares es muy alto, ms del 99.9%, por lo que ambos tipos de azcar se puede utilizar para fines comunes. La remolacha difiere del betabel en que es ms grande y no es roja.

La cosecha de remolacha se saca, se coloca en camiones y se introduce a la fbrica por medio de acequias, pequeos canales de agua caliente, que adems de transportarlas tambin las lavan. La parte superior de las remolachas puede cortase y utilizarse como alimento para ganado.

Ya en la fbrica, las remolachas se lavan nuevamente, se pesan y se cortan en rebanadas delgadas llamadas cosetes, que se conducen a un difusor a contracorriente continua especialmente diseado. El azcar se extrae a contracorriente con agua a una temperatura de 70 a 80C. De aqu se obtiene un jugo con 10 a 12% de sacarosa de color azul negro. A la pulpa restante, se le elimina el agua, se seca y se vende como alimento para ganado.

El jugo se pasa por un filtro grueso para eliminar materias extraas, se agrega una lechada de cal hasta alcanzar una concentracin de 2 a 3% , lo cual propicia la precipitacin de impurezas indeseables. Se puede pasar dixido de carbono a travs del jugo en forma continua en carbonatadores para descomponer el carbonato de calcio que se haya formado (4 a 5% de la carga) y con una pequea cantidad de antiespumante se puede reducir la espumacin que se produce en esta etapa; luego se filtra y se aade ms cal, hasta que la concentracin sea de 0.5% y el jugo se carbonata nuevamente, esta vez caliente. Despus se filtra en filtros a presin, el filtrado resultante se blanquea con dixido de azufre, precipitando a su vez sulfito clcico, el cual se elimina por presin en filtros de placa y bastidor.

El jugo purificado, con una concentracin de azcar de 10 a 12% se pasa a evaporadores de mltiple efecto donde se concentra hasta 60%, lo cual incremente de nuevo la concentracin de los iones de calcio que se eliminan al pasarlos nuevamente por dixido de azufre y filtros a presin. El jugo producido se granula en bandejas de vaco, se centrifuga, lava, seca en un granulador, tamiza y empaca de manera muy similar a la azcar de caa.

El jarabe que sobra despus de varias cristalizaciones, se llama melaza de remolacha y se vende como alimento de ganado. Tambin se utiliza en fermentacin, principalmente de cido ctrico.

EDULCORANTES ARTIFICIALES Cualquier sustancia sinttica desarrollada para su utilizacin en bebidas y alimentos bajos en caloras o dietticos. Tradicionalmente, los alimentos se endulzaban con azcar o miel; no obstante, en la elaboracin moderna, se usa toda una serie de edulcorantes diferentes, tanto de bulto, que se emplean en cantidades similares a la del azcar que sustituyen, como artificiales, que son mucho ms dulces que el azcar y se usan en cantidades muy pequeas.

Los jarabes de glucosa, elaborados a partir del almidn, se usan con frecuencia en lugar del azcar, pero es necesario emplear una cantidad mayor para obtener resultados similares, ya que la glucosa slo tiene un 74% de la dulzura de la sacarosa. Los jarabes de glucosa modificados, en los que cierta proporcin de aqulla se transforma en fructosa, son ms dulces, ya que la fructosa es un 124% ms dulce que la sacarosa.

Los alcoholes de azcares se usan tambin como edulcorantes; son derivados de azcares naturalmente presentes en algunas frutas, y se fabrican por reduccin qumica de stos. Entre ellos estn el sorbitol (procedente de la glucosa), el dulcitol (o galactitol, de la galactosa), el manitol (de la manosa o manitosa) y el xilitol (de la xilosa). Su dulzura va de la mitad a aproximadamente un 100% de la dulzura de la sacarosa.

Los alcoholes de azcares se absorben de forma lenta y no son completamente metabolizados; su rendimiento energtico medio es de 2,4 kcal (10 kJ) por gramo, frente a 4 kcal (16 kJ) por gramo en el caso de los azcares. As pues, los productos elaborados con estas sustancias tienen un contenido calrico inferior a los que contienen azcares. Son bien tolerados por los diabticos y se emplean casi siempre en la preparacin de mermeladas y dulces etiquetados como apropiados para diabticos. Se les considera productos seguros y pueden usarse en los alimentos en cualquier cantidad; no obstante, una ingesta superior a 20 g diarios puede producir malestar gastrointestinal y efectos laxantes.

Una ventaja aadida de los alcoholes de azcares es que no favorecen el crecimiento de las bacterias causantes de la caries dental. De hecho, el xilitol tiene un efecto anticarigeno, y por este motivo se usa en la fabricacin de productos de confitera.

Los edulcorantes especialmente intensos (a veces llamados edulcorantes artificiales o no nutritivos) son compuestos sintticos mucho ms dulces que la sacarosa y, por lo tanto, se usan slo en cantidades muy pequeas, como edulcorantes de mesa para ciertas bebidas como el caf, y en la fabricacin de refrescos bajos en caloras y otros alimentos. No todos los edulcorantes listados a continuacin estn autorizados en todos los pases.

El acesulfamo-K es unas 200 veces ms dulce que la sacarosa. No se metaboliza y se excreta sin alteracin alguna.

El aspartamo es un derivado de un aminocido; en trminos qumicos, el ster metlico de la aspartil-fenilalanina. Es unas 200 veces ms dulce que la sacarosa. En disolucin es estable durante unos pocos meses, transcurridos los cuales se descompone gradualmente. Esto quiere decir que los productos que contienen aspartamo tienen una vida til de almacenaje limitada. Es muy utilizado en refrescos, preparados para postres y como edulcorante de mesa. Dado que contiene fenilalanina, se recomienda especficamente que no sea consumido por nios que padezcan fenilcetonuria (incapacidad para metabolizar la fenilalanina), aunque la cantidad consumida sera extremadamente pequea.

El ciclamato es 30 veces ms dulce que la sacarosa; se usan tanto la sal sdica como la clcica en toda una variedad de alimentos. Al contrario que otros edulcorantes artificiales, el ciclamato es termoestable, y por lo tanto puede utilizarse para cocinar. Fue sintetizado por primera vez en 1937, y su uso como edulcorante se generaliz en la dcada de 1950. Unos estudios en los que se administraban dosis muy elevadas a animales de laboratorio sugirieron el riesgo de que fuera carcingeno y su uso fue prohibido en Estados Unidos, Reino Unido y algunos otros pases en 1969, aunque se sigue utilizando en Canad, Suiza, Noruega y otros pases.

La sacarina, el ms antiguo de los edulcorantes sintticos, fue descubierta en 1879, y se ha utilizado mucho desde entonces. Es 550 veces ms dulce que la sacarosa, pero tiene un regusto amargo (que puede enmascararse hasta cierto punto mezclndola con otros edulcorantes), y no es estable ante el calor, por lo que no puede utilizarse para cocinar. No hay indicios de que la sacarina represente riesgo alguno para las personas que la utilizan, pero estudios realizados sobre animales a los que se administraban dosis muy altas sugieren un cierto riesgo de carcinognesis. Su uso fue prohibido en Canad y Estados Unidos en 1977, aunque en el segundo pas una serie de moratorias del Congreso han mantenido el producto en el mercado, si bien con una etiqueta de advertencia.

Existe una serie de productos naturales potencialmente tiles como edulcorantes, aunque no son muy utilizados. La rebaudiosida y la steviosida son glucsidos extrados del arbusto paraguayo yerba dulce (Stevia rebaudiana). Son entre 300 y 400 veces ms dulces que la sacarosa.

La taumatina es una protena extrada del fruto africano del Thaumatococcus daniellii, llamado katemfe o fruta milagrosa de Sudn. Es unas 1.600 veces ms dulce que la sacarosa. La monelina es una protena similar (entre 1.500 y 2.000 veces ms dulce que la sacarosa) extrada de la baya del Dioscoreophyllum cumminsii.

La baya milagrosa es el fruto de un arbusto de frica occidental, Richardella dulcifica (Synsepalum dulcificum). Contiene una protena modificadora del sabor que hace que los alimentos agrios adquieran un sabor dulce. El efecto dura slo unos minutos por lo que, an siendo una novedad curiosa, no parece probable que tenga utilidad alguna en el campo de la alimentacin.

USOS Y APLICACIONESTIPOS DE AZCAR

Cruda, moscabado o morena: se produce con cristales de tamao y conserva una pelcula de melaza que envuelve cada cristal.

Blanca directa o directa especial: se producen por procesos de clarificacin y su produccin final se logra en una sola etapa de clarificacin.

PRODUCTOS

El azcar no slo se usa como componente de alimentos caseros o industriales, sino que es tambin el material en bruto cuya fermentacin produce etanol, butanol, glicerina, cido ctrico y cido levulnico. El azcar es un ingrediente de algunos jabones transparentes y puede ser transformado en steres y teres, algunos de los cuales producen resinas duras, infusibles e insolubles.