El azúcar es uno de los alimentos más consumidos en el mundo, derivado principalmente de la caña de azúcar y la remolacha azucarera. La producción de azúcar de alta calidad es un proceso complejo que comprende múltiples etapas: extracción, clarificación, evaporación, cristalización y refinación. En cada etapa del procesamiento del azúcar, es necesario controlar con precisión la calidad y la pureza del jugo de azúcar. Las impurezas naturales, como partículas coloidales, proteínas, pigmentos y microorganismos, pueden afectar gravemente la eficiencia de la clarificación, la filtración y la cristalización.
Los productos químicos desempeñan un papel crucial en los procesos modernos de elaboración de azúcar. Sin un control químico adecuado, estas impurezas pueden causar incrustaciones, problemas de color y pérdidas de producción. Los productos químicos para la elaboración de azúcar no solo mejoran la eficiencia y la producción, sino que también mejoran la calidad del producto, reducen el consumo de energía y ayudan a las fábricas a cumplir con las normas de protección ambiental. Estos productos químicos pueden:
- Mejora la eficiencia de clarificación y el efecto de separación sólido-líquido.
- Prevenir el crecimiento de microorganismos en jugos y jarabes de frutas.
- Mejora el efecto de decoloración del azúcar granulado blanco de alta pureza.
- Controlar la formación de espuma e incrustaciones en el evaporador y evaporador de vacío.
Este artículo toma la caña de azúcar como ejemplo para resumir exhaustivamente el proceso de elaboración del azúcar. También explica cómo se aplican diferentes productos químicos (floculantes, desinfectantes, decolorantes y antiespumantes) en cada etapa para garantizar un funcionamiento fluido y una producción de azúcar de alta calidad.
Proceso de producción de azúcar y aplicación de productos químicos
Preparación de materia prima
La producción de azúcar comienza con la cosecha y preparación de la materia prima. La caña de azúcar se lava y se pica para eliminar tierra, piedras y hojas. En esta etapa, si el jugo se deja reposar durante mucho tiempo, comenzará a proliferar microorganismos. Para reducir la carga microbiana en la superficie de la materia prima y evitar la contaminación o el deterioro del jugo de azúcar durante el proceso de sacarificación, a veces se aplican desinfectantes a la superficie de la caña de azúcar, al agua de almacenamiento o a los equipos de limpieza.
| Tipo de desinfectante | Concentración recomendada | Método de aplicación | Funciones principales | Precauciones | Ventajas |
| Hipoclorito de sodio (NaClO) | 50–200 ppm de cloro libre | Rociar o remojar la superficie de la caña de azúcar durante 5 a 10 minutos | Esterilización de amplio espectro, reduce la carga microbiana | Controle la concentración (generalmente 50–200 ppm de cloro libre). Evite el exceso de cloro residual en el jugo para evitar problemas de coloración o cristalización. Enjuague o escurra después de usar si es necesario. | Esterilización de amplio espectro; bajo costo. |
| Dicloroisocianurato de sodio (SDIC) | 50–150 ppm de cloro libre | Rociar o remojar la superficie de la caña de azúcar durante 5 a 10 minutos | Alta estabilidad, fuerte eficiencia de esterilización. | Controlar el cloro libre para evitar afectar la cristalización y el color del jugo. | Más estable que el hipoclorito de sodio; alta eficiencia; cloro residual controlado; ampliamente utilizado en entornos de procesamiento de alimentos. |
| Peróxido de hidrógeno (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Añadido al agua de limpieza o pulverización de superficies. | Esterilización, sin residuos, respetuoso con el medio ambiente. | Concentración de control; generalmente 0,1-0,5 % para tratamiento de superficies. Manipular con precaución durante la operación. | Se descompone sin dejar residuos; seguro y respetuoso con el medio ambiente. |
| Agua caliente / vapor | Agua caliente a 80–90°C o vapor a 100°C | Enjuague con agua caliente o tratamiento de vapor durante 2 a 5 minutos. | Esterilización sin adición de productos químicos | Alto consumo de energía; requiere equipo apropiado; observe las precauciones de seguridad. | Sin aditivos químicos; reduce residuos químicos. |
| Desinfección de agua para limpieza de plantas/instalaciones | SDIC, 50–100 ppm | Limpieza de equipos, vehículos de transporte | Previene la contaminación secundaria | Reemplace y controle periódicamente la concentración de cloro libre. | — |
Práctica recomendada
Cuando la caña de azúcar ingresa a la fábrica, se somete a un lavado inicial con agua limpia para eliminar tierra e impurezas.
Luego se realiza la desinfección de la superficie mediante pulverización de SDIC de baja concentración o hipoclorito de sodio según las condiciones.
Las fuentes de agua y los equipos de limpieza de la fábrica de azúcar también deben desinfectarse periódicamente para garantizar el ambiente higiénico general.
Extracción de jugo
Tras el primer paso de limpieza y desinfección, el siguiente paso es extraer el jugo de caña de azúcar. Este se extrae generalmente mediante prensado mecánico o sistemas de difusión. Este paso implica romper la estructura dura de la caña de azúcar y extraer el jugo.
En la mayoría de los casos, un exprimidor de caña de azúcar consta de tres molinos de rodillos en combinación con una picadora o cuchillas giratorias. Tras procesar la caña de azúcar en una cinta transportadora, se traslada a otra para extraer más jugo. Sin embargo, antes del transporte, se rocía agua para extraer aún más el jugo. El residuo que queda después del exprimido se llama bagazo.
El jugo contiene impurezas solubles y suspendidas, como fibras vegetales, proteínas e incluso partículas de tierra, que han sido completamente eliminadas por el lavado. Estas impurezas deben tratarse para optimizar la clarificación y cristalización posteriores.
Clarificación del jugo de caña de azúcar
La clarificación del jugo es el paso más crucial en la etapa inicial del proceso de elaboración de azúcar. El objetivo es eliminar impurezas (como tierra, proteínas, coloides, ácidos orgánicos, etc.) del jugo de caña de azúcar y mejorar su pureza. Generalmente, se adopta el proceso de cal, combinado con el método de flotación de fósforo o el método de carbonatación.
Uso de productos químicos
Cal (CaO)/leche de cal (Ca(OH)2) : Neutraliza sustancias ácidas y precipita impurezas.
Dióxido de carbono (CO2) (utilizado en el método de carbonatación): reacciona con la cal para formar un precipitado de carbonato de calcio, que absorbe las impurezas.
Coadyuvante floculante/coagulante: ayuda a que los sólidos suspendidos se sedimenten rápidamente.
Usos comunes: Cloruro de polialuminio (PAC), poliacrilamida (PAM), etc.
Azufre (SO2) o sulfito de sodio: Desempeña un papel en el blanqueo, la decoloración y la esterilización en la flotación de fósforo.
Filtración y precalentamiento
Tras la clarificación, es necesario filtrar el jugo para eliminar los sedimentos. Precalentar el jugo antes de la evaporación es crucial, ya que ayuda a reducir su viscosidad y previene el crecimiento microbiano.
Evaporación y concentración
El jugo de fruta se concentra posteriormente en un jarabe mediante un evaporador multiefecto, lo que reduce el contenido de humedad de aproximadamente el 85 % al 30-40 %. La evaporación al vacío ayuda a mantener la calidad del azúcar, pero también presenta algunos desafíos operativos:
- Las proteínas disueltas y los tensioactivos provocan la formación de espuma.
- Acumulación de sarro en la superficie del evaporador.
Aplicaciones químicas:
Antiespumantes: Antiespumantes a base de silicona para la supresión de espuma a alta temperatura. Antiespumantes a base de poliéter y alcohol graso, adecuados para sistemas de zumos de frutas con espuma media.
Inhibidores/dispersantes de incrustaciones: evitan la formación de incrustaciones de carbonato de calcio o sulfato en el evaporador.
Impacto: El control eficiente de la espuma y la prevención de incrustaciones garantizan una evaporación suave, una mayor eficiencia de transferencia de calor y menos tiempos de inactividad.
Cristalización
El proceso de cristalización en la producción de azúcar (comúnmente conocido en la industria como ebullición) es un paso crucial para convertir el jarabe de azúcar concentrado en cristales sólidos de sacarosa. El jarabe concentrado se hierve en una caldera de vacío para iniciar la cristalización del azúcar. Una cristalización adecuada es esencial para el rendimiento del azúcar, el tamaño y el color de los cristales. Este es un proceso fisicoquímico complejo diseñado para controlar el tamaño y la uniformidad de los cristales de sacarosa precipitados.
En este proceso se utilizan a menudo antiespumantes. Estos antiespumantes controlan la formación de espuma durante la ebullición, evitando así el desbordamiento del jarabe.
La cristalización estable aumenta el rendimiento de azúcar y reduce las pérdidas durante la centrifugación.
Centrifugación y separación
Tras la formación de los cristales, estos se separan de la melaza mediante una centrifugadora y se secan mediante tubos calientes. La melaza puede procesarse posteriormente para la producción de etanol, alimento para animales u otros usos.
Decoloración y refinación
La decoloración y el refinado son la etapa final del proceso de elaboración del azúcar, y se utilizan principalmente para producir azúcar blanco refinado de alta pureza (como el azúcar granulado o el azúcar roca). Esta etapa requiere el uso de grandes cantidades de productos químicos y adsorbentes.
Los productos químicos comúnmente utilizados incluyen:
Carbón activado (polvo o gránulos): absorbe polifenoles, caramelo y otros pigmentos.
Resinas decolorantes/resinas de intercambio iónico: Eliminan compuestos coloreados iónicos y no iónicos.
Peróxido de hidrógeno (H₂O₂): oxida los pigmentos restantes, aclarando aún más el color del jarabe.
Agentes decolorantes: Garantizan bajos valores ICUMSA y alta calidad visual.
A continuación se describen los principales procesos y aplicaciones químicas en la industria azucarera.
Productos químicos relacionados:
¿Cómo se tratan las aguas residuales de la industria azucarera?
Las fábricas de azúcar generan aguas residuales durante el proceso de producción. Estas aguas residuales son de calidad compleja y presentan una alta carga contaminante, por lo que requieren un tratamiento sistemático antes de su vertido.
Las aguas residuales provienen principalmente del lavado de materias primas, la limpieza de equipos, las aguas residuales del proceso de producción de azúcar, el agua de refrigeración/condensado y la purga de calderas. Estas aguas residuales se caracterizan por una DQO y una DBO muy elevadas (debido al contenido de azúcar), un alto contenido de sólidos en suspensión, una alta biodegradabilidad y, en ocasiones, contienen aceite y limo. Por lo tanto, para tratar estas aguas residuales se suele utilizar una combinación de procesos: pretratamiento + coagulación y sedimentación + tratamiento biológico + tratamiento avanzado. Los métodos de tratamiento más comunes incluyen el tratamiento físico (como la sedimentación y la filtración), el tratamiento químico (como la coagulación y la neutralización) y el tratamiento biológico (como los procesos de lodos activados y los humedales artificiales).
¿Qué productos químicos se necesitan para tratar las aguas residuales de la industria azucarera?
Los pasos específicos y las aplicaciones químicas son los siguientes:
| Etapa del tratamiento | Objetivo | Productos químicos recomendados | Funciones principales |
| 1. Lavado de materia prima y pretratamiento primario | Eliminar arena, lodo, fibras, sólidos suspendidos. | PAC (cloruro de polialuminio) | Coagulación rápida, eliminación de SS y turbidez. |
| PAM (poliacrilamida) – Aniónico/No iónico | Formación de flóculos, mejora la sedimentación. | ||
| Antiespumante | Controla la espuma generada durante el lavado de la caña y la extracción del jugo. | ||
| 2. Ecualización y ajuste del pH | Estabilizar la calidad del influente, ajustar el pH para los procesos posteriores | Cal (CaO / Ca(OH)₂) | Aumenta el pH, eliminación parcial de la dureza. |
| Hidróxido de sodio (NaOH) | Ajuste preciso del pH | ||
| Ácido sulfúrico / ácido clorhídrico | Reduce el pH | ||
| Antiespumante | Reduce la espuma en el depósito de ecualización. | ||
| 3. Coagulación y floculación (sedimentación primaria) | Eliminar sólidos suspendidos, coloides, color; reducir la DQO | PAC / PoliDADMAC / Poliamina | Coagulantes primarios para la eliminación de turbidez y color |
| PAM (aniónico) | Mejora la resistencia de los flóculos y la velocidad de sedimentación. | ||
| Coadyuvantes coagulantes (por ejemplo, silicato de magnesio) | Mejora la claridad y el rendimiento de asentamiento. | ||
| 4. Tratamiento Biológico Anaeróbico (UASB, EGSB) | Reducir la alta carga orgánica (DQO, DBO) | Aditivos nutricionales (fuentes de N y P) | Mantener la actividad microbiana y la biomasa saludable |
| Ajustadores de pH | Mantenga un pH óptimo (6,8–7,2) para las bacterias anaeróbicas | ||
| Antiespumante | Suprime la espuma relacionada con el biogás | ||
| 5. Tratamiento aeróbico (lodos activados, SBR) | Reducir aún más la DQO, la DBO y el amoníaco | Aditivos nutricionales (N y P) | Proporcionar nutrientes equilibrados a los microorganismos. |
| Antiespumante | Controla la espuma durante la aireación. | ||
| Bioenzimas / Cultivos microbianos | Mejora la eficiencia de la degradación biológica. | ||
| 6. Tratamiento avanzado (si se aplican estándares de alta estrictos) | Mejora la claridad, elimina residuos de DQO, SS y color. | Poliamina / PoliDADMAC | Fuerte decoloración y eliminación de turbidez. |
| PAC | Eliminación adicional de SS y coloides | ||
| PAM (alto peso molecular) | Floculación final y pulido | ||
| Carbón activado | Elimina color, olor y residuos orgánicos. | ||
| 7. Desinfección y reutilización del agua | Garantizar la seguridad microbiana para la descarga o reutilización | Hipoclorito de calcio | Desinfección potente |
| Hipoclorito de sodio | Desinfectante de dosificación en línea común | ||
| SDIC (dicloroisocianurato de sodio) | Liberación de cloro estable y duradera | ||
| TCCA (ácido tricloroisocianúrico) | Alto contenido de cloro, cloración de liberación lenta. |
La producción de azúcar es un proceso industrial complejo que requiere un control preciso en cada etapa, desde la preparación de la materia prima y el exprimido hasta la clarificación, evaporación, cristalización, refinación y tratamiento de aguas residuales. Cada etapa presenta sus propios desafíos, como la presencia de sólidos en suspensión, el color, la actividad microbiana, la formación de espuma y la acumulación de incrustaciones. Al integrar los productos químicos adecuados en cada etapa del proceso de producción de azúcar, los ingenios azucareros pueden aumentar la producción, mejorar la calidad de los cristales, realzar el color, reducir las pérdidas y minimizar los tiempos de inactividad. Simultáneamente, las soluciones químicas optimizadas contribuyen a la protección del medio ambiente mediante un tratamiento más eficiente de las aguas residuales y la reducción de los residuos químicos.
Elegir el socio químico adecuado permite a los ingenios azucareros mejorar la eficiencia de la producción, garantizar una calidad constante del producto, extender la vida útil del equipo y lograr una excelencia operativa a largo plazo.