- Resumen
- Introducción
- Características de los Jugos de Caña
Energética - Caracterización del inóculo de levadura
en condiciones industriales - Comportamiento industrial de los substratos
Mezcla y Miel sola - Caracterización de las
vinazas - Caracterización del rendimiento litros de
etanol a 100 0G.L. / t de Caña
Energética - Consideraciones finales
- Bibliografía
Resumen
Se compilan los
resultados de investigaciones
desde 1996 a 2005, sobre el nuevo substrato jugos de
caña energética , existiendo diferencias
significativas comparados con los tradicionales de caña
azucarera y sus melazas. Se determina que siempre habrá
que mezclarlos con melazas. Son obtenidos los modelos
matemáticos de cinética bioquímica
y rendimientos. Fueron caracterizadas las vinazas y las calidades
de las producciones obtenidas. Se evita que los nuevos jugos se
conviertan en un residual líquido industrial agresivo al
medio
ambiente, aumentando el valor agregado
a la cogeneración eléctrica fuera del
período de zafra en centrales azucareros
cubanos.
Palabras claves:
jugos de caña, melaza, bioetanol, biomasa, medio ambiente.
New fermentable
mash from canes
They are compiled
the results of researches since 1996 until 2005 about the new
mash higher fibre cane juices. They are demonstrated the
significant differences between them and the traditional sugar
cane juices and blackstrack molasses. It was found that there is
always to mixture them with blackstrap molasses. Mathematic
models are obtained for biochemistry kinetic and yields. They
were characterized the vinasses and qualities of the productions
made. It was avoided that they are a industrial aggressive liquid
to the environment, increasing the aggregate value to the
electric cogeneration after sugar crop using biomass combustible
in the cuban sugar mills.
Key words: cane
juices, molasses, bio ethanol, biomass, environment.
Introducción.
La nueva y al
parecer irreversible crisis
energética con los combustibles fósiles y precios por
encima de los $ 70,00 USD el barril tipo Texas, acentuado en
parte a partir del huracán Katrina (Alonso, 2005); ha
exacerbado la potenciación de fuentes
alternativas centradas en la biomasa combustible renovable y
sostenible, al menos en países pequeños que como
Cuba, no
tienen grandes y caudalosos ríos, bosques y mucho menos
recursos
económicos para electronucleares; siendo el gran y mayor
potencial las cañas de azúcar
y energética (Romero, 2005).
A inicios de la
década del 90 del pasado siglo, el desplome del campo
socialista y de la Unión Soviética con
traumáticos efectos para la economía y por ende
el pueblo cubano entre otros; hizo casi colapsar grandes sectores
económicos como el transporte, la
generación eléctrica y en gran medida la rama
agropecuaria; significativamente dependientes de las 14 .
106 t de petróleo/año que importaba el
país, por la capacidad financiera que brindaba vender el
azúcar crudo a unos $ 0,27 USD/libra entre otros, en ese
gran mercado
abruptamente perdido (Castro, 2005).
En concordancia y
a raíz de esto, un estudio realizado por la rama
electroenergética nacional con proyecciones hasta el 2005,
planteaba incrementar en 100 MW la potencia
instalada en los centrales azucareros, empleando bagazo y
residuos agrícolas cañeros como combustible
(Unión Nacional Eléctrica [UNE], 1995); lo cual no
fue posible alcanzar.
En este
dramático contexto nacional, logros científicos del
país permitieron conocer la obtención de nuevas
variedades de caña, que como promedio tienen el doble del
bagazo y la mitad del jugo comparada con la tradicional
azucarera; lo que motivó el inicio de estudios de factibilidad,
experimentos e
investigaciones, con el propósito de cogenerar electricidad
fuera del período zafra, empleando esta nueva
gramínea denominada caña energética
(Hernández, Obregón, Romero & Vera, 1996,
1998), y destinar los jugos como substrato industrial para la
producción de bioetanol y biomasa de
levadura.
El bioetanol es
obtenido con levadura entre otros microorganismos, mediante la
fermentación alcohólica (Prescott y
Dunn, 1962), conocida y utilizada por la humanidad como arte desde 6 000
años A.C. El país que mas produce bioetanol a
partir de caña de azúcar es Brasil, tanto a a
partir de sus jugos primarios, de corrientes secundarias como de
sus melazas; cuyo costo de
producción fluctúa entre $ 0,15 y 0,21 USD/Hl a
1000 G. L., siendo el que mas barato lo produce en el
mundo (Jolly and Woods, 2004); los cuales tienen disímiles
estudios, publicaciones y patentes y otros reflejados en la
literatura
científica especializada nacionales y extranjeras (
Flo-Biohol, 1982; Biostil, 1994;
Fabelo, 1999; de la Cruz, 1998, 2002; Modl, 2004), y actualmente
en un boom de precios favorables ( Salomón,
2006).
Con
relación a las nuevas variedades denominadas en Cuba
caña energética, lo único hallado es un
análisis técnico-económico
integrando central-destilería y cogeneración
eléctrica, pero nada refiere a procesos
tecnológicos fermentativos de sus jugos ( Kensliside,
1986).
Los primeros
estudios iniciados de caracterización de estos jugos en
propiedades físicas, químicas y
microbiológicas; comportamientos frente al shock
térmico y purificación mediante cal-calor con y
sin adición de floculante, y como substrato directo para
la fermentación alcohólica (Ventura, 1996; Ulloa,
1997; Obregón, Hernández & Romero 2000a,
2000b); permitieron descubrir y precisar que se estaba en
presencia de un nuevo substrato industrial no convencional para
fermentación alcohólica, con tales particularidades
que los hacen significativamente diferentes a los tradicionales
jugos de caña azucarera, por lo que las tecnologías
conocidas y existentes para estos últimos (Jay y
Cruz,1998), no son aplicables a este nuevo medio basal.
Similarmente sucede con relación a las melazas de
caña azucarera obviando las diferencias de
concentraciones.
Son por lo tanto
los objetivos de
este trabajo:
compilar, resumir y exponer los resultados obtenidos durante diez
años de estudios multidisciplinario iniciados en el 1996,
tanto a escala de
banco como en
su utilización industrial, en la provincia central de
Sancti Spíritus de la República de Cuba.
Desarrollo.
Características de los Jugos
de Caña Energética
Estos nuevos jugos
aparte de las diferencias ya mencionadas con relación a
los jugos de caña azucarera, presentan también
entre otras propiedades distintivas las siguientes (
Obregón, 2006):
– Sus bajos
contenidos en la caña, de sacarosa y de azúcares
totales; la invalidan económicamente para producciones de
azúcar y miel.
– Su acidez
natural es mucho mas alta con pH de 0,7 a
1,0 menores.
– No clarifican
por el método
convencional cal-calor con y sin adición de ácido
fosfórico y floculante y ajustes de pH a 6,5; 7,0; 7,5 y
8,0.
– Comienzan a
clarificar en mas de dos horas si el Brix se reduce por debajo
del 5% , no factible económicamente (Obregón,
2006).
– Calentados mas
allá de 90 0C durante dos minutos o mas, se
originan inhibidores a la fermentación alcohólica
en el 50% de las veces.
– Pureza azucarera
% Pol/ % Brix menores entre 15% y 25%.
– Presentan el
mayor contenido de azúcares en los meses 5, 6, 11 y 12
dentro del período en que se cosechan de junio a
diciembre, pues no compiten con
la zafra que se
realiza de enero a mayo con caña azucarera.
– Para
fermentación alcohólica siempre requerirán
de fuentes alternativas de completamiento de azúcares
entre otros en cualquier mes.
– Fermentados
directamente sin tratamiento previo alguno, no afecta
significativamente la fermentación alcohólica en
velocidades de biosíntesis
del etanol y la
biomasa de levadura, así como en rendimientos; pero se
originan muy altas acidez y espumación que invalida su
empleo
industrial de
esta forma, pues
afecta las calidades de los alcoholes fino
y extrafino separados en la destileción y la capacidad de
los fermentadores.
– Su flora epifita
es alta productora de ácidos
orgánicos y acidorresistente, y aunque el Leuconostoc
mesenteroide forma parte de ella, no es capaz de
formar dextrana
aún a las 48 horas de extraídos y dejados a la
temperatura
ambiente tal como fueron extraídos.
– Los metabolitos
originados por dicha flora y otros microorganismos contaminantes
(moc), no afectan como se vió la fermentación
alcohólica, pero
compiten por los
azúcares del substrato.
– Su empleo
inmediato sin concentración siempre requerirá la
suplementación de azúcares entre otros, para
alcanzar la concentración que lo hagan
factibles
económicamente como substrato, lo cual se acentúa
por la inevitable imbibición con agua que hay
que hacer en los molinos.
– Su
extracción en el tandem cosechada la caña
mecanizada e integralmente con paja, hojas verde y cogollos entre
otros; manifiestan caídas de % Pureza
en sacarosa de
Jugo Primario a Jugo Mezclado, de cuatro a cinco veces superior a
los normal azucarera, y el % de Extracción alcanza del 55%
al
67% del peso de la
caña.
– Su
coloración es verde muy oscuro, que calentados se hacen
carmelitas, y su sabor dulce-salobre discretamente
ácido.
– Para
concentrarlos mediante evaporación no pueden alimentarse
al primer vaso del múltiple efecto pues aparecen los
inhibidores, sino, del segundo o
tercer cuerpo en
adelante.
– Como promedio en
condiciones industriales, el rendimiento en litros de etanol/t
caña es tres veces menor a las de referencia.
Por su parte,
comparados con la Miel final o melaza de caña azucarera
manifiesta:
– De cuatro a seis
veces menor la relación Cenizas/ Azúcares Totales
(AT) y por ende de minerales.
– Mayores acidez y
pureza azucarera de % Pol/ % Brix entre 20% y 30%.
– Menores pH,
poder buffer e
inhibidores a la fermentacón alcohólica.
– De dos a tres
veces mayor la relación de Reductores Infermentables/ A.T.
.
– De siete a
nueves veces menor la relación Lodos/ A.T.
– Para uso
inmediato después de fermentados al destilarse, es
despreciable las incrustaciones que originan en superficies de
cobre y
acero AISI 304
aún
mezclados con Miel
final.
– Reiteran que no
clarifican y aparecen inhibidores a la fermentación
alcohólica calentados mas allá de 900
C.
– Pueden
conservarse a altas concentraciones mezclados con Miel final de
caña azucarera (Obregón & Fardales,
2006).
El hecho de
referir parte de las variables de
caracterización por relaciones dividas entre A.T. y Brix
según el caso, se fundamenta científicamente a que
se tiene una información mas profunda y precisa de la
macro y algunas de microcomposición, que se mantienen
constante e independientes del grado de dilución a que se
someten particularmente las melazas. Por su lado las
incrustaciones se evaluaron con resistencias
de enfundadas en cobre y acero AISI 304, que se pesaron antes y
después para determinar las mismas.
Como
características similares a la caña azucarera se
tiene:
– Se deterioran
con el atraso de la caña después de cortada, el %
Brix y el % Azúcares Totales aumentan hasta los 15 –
17 días descendiendo después,
se invierte la
sacarosa, aumentan los moc y la acidez , desciende el
pH.
– En la
extracción con el tandem limpio y sin antecedentes de
contaminaciones microbianas, los moc se adaptan e implantan con
el tiempo de
molida, como
promedios
significativos a las dos horas y altamente significativos de las
seis horas en adelante
(Hernández, Fuentes & Obregón,
1971; Obregón,
1971).
– Admiten
optimización con el modelo
biológico vivo cepa de levadura mediante estímulo-respuesta (Corcho, 2002;
Obregón & Hernández, 2006;
Obregón ,
Hernández, Sebrango & Curbelo, 2006).
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