capitulo i - done.pdf
TRANSCRIPT
-
UNIDADE I- Indstria de Acar e lcool
I.1- Matria- Prima: CANA-DE- ACAR
-
2
Fluxograma da Produo de Acar e lcool
-
3
I.1.1- Origem
De origem asitica, a cana-de-acar foi trazida para o Brasil
pelos portugueses na primeira dcada do sculo XVI.
-
4
A cultura da cana-de-acar no Brasil
programa Prolcool (1975)
avano nas tcnicas de cultivo
+
lanamento de variedades com maior potencial de produo
de biomassa e de acar.
a expanso da cultura para regies tradicionais em pecuria
e de produo de gros.
I.1.2- Desenvolvimento da Cana-de-Acar no Brasil
-
5
-
6
Em 1975 a produtividade agrcola mdia girava em torno de
45 toneladas de cana por hectare (t/ha).
Na dcada passada, esse valor esteve em torno de 75 t/ha,
chegando a mais de 80 t/ha em alguns anos.
Ex: nos dez primeiros anos de Prolcool, eram produzidos, em
mdia, 6.400 kg de ATR/ha plantado com cana. De 2005 at
2012, o valor mdio para esse indicador foi de cerca de 10.509
kg de ATR/ha.
-
7
A Tabela 1 exibe os ganhos de produtividade, desde a criao
do Prolcool, em 1975.
-
8
Observao: Comparativo entre safras empregando a cana-de-acar.
-
9
Observao: Evoluo histrica do destino da cana-de-acar.
-
10
Observao: Histrico das unidades de processamento.
-
11
Observao: Mercado de exportao de acar.
-
12
Observao: Exportaes de etanol e acar.
-
13
-
14
I.1.3- Caractersticas
I.1.3.1- Caractersticas Gerais
Perene= vida longa, podendo viver at 2 anos.
-
15
-
16
O crescimento em altura continua at a ocorrncia de alguma
limitao no suprimento de gua, ocorrncia de baixas
temperaturas ou ainda devido ao florescimento, sendo este
processo indesejvel em culturas comerciais.
-
17
-
18
-
19
-
20
78% do peso dos colmos composto por gua
(incio do desenvolvimento vegetativo)
68% de gua
(mximo de maturao)
TEOR DE GUA NOS COLMOS
-
21
As caractersticas varietais definem:
o nmero de colmos por planta;
a altura e o dimetro do colmo;
o comprimento;
a largura das folhas;
a arquitetura da parte area, sendo a expresso destes
caracteres muito influenciados pelo clima, pelo manejo e pelas
prticas culturais utilizadas.
-
22
O rendimento econmico da cana-de-acar dado pela
produo de sacarose (o componente mais valioso), alm de
acares no redutores utilizados para formar o melao e tambm
a fibra, que pode ser utilizada como fonte de energia para a
prpria usina.
O processamento industrial da cana pode tambm ser dirigido
para a produo de lcool, para utilizao como combustvel e a
partir da, toda a lcoolqumica.
-
23
Diversos pases produtores calculam o rendimento da cana-de-
acar, atravs dos pesos dos colmos por rea de terreno, sendo a
produtividade mundial de 53 ton./ha, tendendo a elevar-se com o
emprego de novas tecnologias.
Outros pases, estabelecem como rendimento econmico da
cultura, a quantidade de acar obtida por hectare, contendo os
colmos de 7 a 13% de sacarose, alm de 11 a 16% de fibra.
-
24
A temperatura, dos fatores climticos, o mais importante
para a produo de cana-de-acar.
A planta, geralmente, tolerante a altas temperaturas,
produzindo em regies com temperatura mdia de vero de
47 C, desde que empregada irrigao.
Temperaturas mais baixas (menos de 21 c), diminuem o
crescimento dos colmos e promovem o acmulo de sacarose.
-
25
A cana-de-acar apresenta denominaes:
cana planta - perodo de crescimento
12 ou 18 meses
-
26
Se for plantada - setembro a outubro
colhida com cerca de 12 meses
e denominada cana de ano
-
27
Se for plantada - janeiro a maro
colhida com cerca de 18 meses
e denominada cana de ano e meio
-
28
As principais caractersticas agronmicas em
relao a cana-de-acar que regulam o seu
desenvolvimento so:
Clima;
Solo;
Cultivares (espcies);
Nutrientes.
-
29
I.1.3.2- A Importncia da Matria-Prima
Para uma produo estvel na qualidade e eficincia (acar ou
lcool) a qualidade da cana-de-acar se resume nos seguintes
aspectos:
- Contedo de sacarose;
- Presena de matrias estranhas;
- Tempo de corte;
- Tempo de queima.
-
30
Qualidades de uma Boa Variedade de Cana-De-Acar:
Bom rendimento por hectare;
Alta riqueza de sacarose;
Contedo de fibra entre 12 a 14%;
Brix (portacentagem em massa de slidos solveis contidos em
uma soluo de sacarose quimicamente pura) maior de 16o;
Boa e rpida germinao;
Resistncia s enfermidades e pragas;
Escassa ou nenhuma florao;
Facilidade para a mecanizao da colheita;
Mnimas dificuldades na fbrica.
-
31
I.1.3.3- Mercado
O Brasil o maior produtor mundial de cana-de-acar;
Com mais de:
7 milhes de hectares plantados;
produzindo mais de 480 milhes de toneladas de cana.
-
32
Alm de matria-prima para a produo de acar e lcool,
seus subprodutos e resduos so utilizados:
para co-gerao de energia eltrica;
fabricao de rao animal;
fertilizante para as lavouras.
-
33
I.1.3.4- Composio da Cana-de-Acar
CANA= SLIDOS INSOLVEIS + CALDO
-
34
O caldo da cana que flui das moendas, destinado clarificao,
pode ser descrito como um lquido opaco, variando da cor
parda ao verde escuro, espumoso e viscoso.
O pH do caldo de cana tambm apresenta variao, situado-se
na faixa entre 4,7 e 5,6.
-
35
A classificao das partculas suspensas, em sua maioria,
consiste de:
fragmentos de celulose (bagacilho);
terra;
areia;
argila;
Entre os componentes solveis do caldo encontram-se:
a sacarose;
glicose;
frutose;
protenas;
ceras; gorduras;
amido;
gomas.
oligossacardeos,
Polissacardeos;
cidos orgnicos;
aminocidos e sais.
-
36
-
37
A) Propriedades Dos Principais Componentes Do Caldo De Cana
a.1- Sacarose
A sacarose, componente de maior interesse no processamento
da cana, a qual se deseja obter na forma cristalizada,
susceptvel a reaes importantes:
de decomposio em meio cido e bsico, por efeito da
temperatura, enzimas e microrganismos.
-
38
Em meio cido, a sacarose sofre reao de inverso, resultando
em acares redutores: glicose + frutose.
A inverso ocorre em condies cidas (pH < 7,0), e o grau de
inverso da sacarose, em um determinado pH, favorecido por:
altas temperaturas;
longos tempos de exposio;
baixa concentrao de sacarose na soluo.
Influncia do pH
-
39
Em meio alcalino, a degradao da sacarose sob aquecimento
pode levar a formao de furfural, acetona, gliceraldedos, cido
lctico, cido actico, cido frmico e dixido de carbono entre
outras substncias.
Para minimizar as perdas de sacarose, por inverso e degradao
alcalina as condies de trabalho durante o processamento do
caldo de cana-de-acar so monitoradas, de maneira que o pH
permanea o maior tempo possvel prximo da neutralidade.
-
40
O aquecimento da sacarose, a temperaturas elevadas (>140C),
desencadeia um grupo complexo de reaes qumicas originando
produtos fortemente coloridos- caramelo.
O caramelo uma mistura complexa de anidridos, com
composio diferenciada dependente de tempo, temperatura e
valor de pH no qual a reao ocorre.
Influncia do aquecimento
-
41
Influncia dos microrganismos
Outro fator relacionado s perdas de sacarose a presena
de microrganismos.
Estes metabolizam a sacarose em cido ltico, cido actico,
etanol, manitol, polissacardeos (dextranas e levanas) e
produzem enzimas que catalisam as reaes de degradao
da sacarose.
-
42
O microrganismo Leuconostoc mesenteroides um dos mais
relevantes por sintetizar a dextransucrase.
Esta enzima polimeriza a sacarose em dextrana,
polissacardeo altamente viscoso, constitudo de mais de 50%
de molculas de glicose ligadas linearmente na posio
(1 6).
A incidncia deste fenmeno tem grande impacto na etapa
de filtrao da sacarose alm de reduzir o grau de pureza no
produto final.
-
43
a.2- Acares Redutores
No caldo de cana, so representados principalmente por glicose
(dextrose) e frutose (levulose), naturalmente presentes, ou
formados a partir da hidrlise da sacarose.
A principal influncia dos acares redutores no processamento
do caldo de cana-de-acar devido aos efeitos dos produtos de
sua decomposio (formam compostos altamente coloridos -
complexos de condensao coloidal, e substncias
melassignicas cido asprtico) alm da interferncia negativa
na morfologia final dos cristais de sacarose.
-
44
a.3- cidos Orgnicos
Os cidos orgnicos esto presentes na prpria cana-de-acar,
embora, alguns sejam produzidos durante o processamento do
caldo, por degradao alcalina da glicose e frutose, ou ainda por
degradao microbiolgica.
No caldo de cana entre os cidos orgnicos identificados
encontram-se o ctrico, mlico, oxlico, actico, mesacnico,
succnico, fumrico, serngico e acontico.
-
45
O cido acontico se destaca por sua maior concentrao, trs
vezes maior que os outros cidos.
A presena destes cidos influencia negativamente no processo
de clarificao do caldo de cana-de-acar, devido ao aumento
da quantidade de cal requerida para o ajuste do pH.
Os sais dos cidos orgnicos, de alta solubilidade, competem
com os ons fosfato por ons clcio, prejudicando a precipitao
do fosfato de clcio.
-
46
a.4- Compostos nitrogenados
O caldo de cana-de-acar contm, em mdia 200-600 ppm
de nitrognio, do qual cerca de 60% est presente como
amnia e amino-compostos.
Os compostos nitrogenados compreendem amidas de
aminocidos (asparagina e glutamina), compostos de alta
massa molecular (protenas) e aminocidos (cido asprtico e
glutmico).
-
47
Do ponto de vista tecnolgico, a presena dos compostos
nitrogenados, exerce influncia na:
clarificao;
na formao de compostos coloridos;
na centrifugao;
na formao do cristal;
na quantidade de acar recupervel.
-
48
Os aminocidos, produzidos durante o processamento e
aqueles originados da prpria cana-de-acar, no so
removidos durante a clarificao e combinam-se com os
acares redutores para formar compostos coloridos (reao
de Maillard).
-
49
A reao de Maillard uma das mais importantes reaes de
formao de cor no processamento dos alimentos.
constituda por um conjunto de reaes especficas, que
ocorrem na presena de aminas ou aminocidos e acares
redutores, resultando em uma mistura complexa de compostos
escuros.
A formao de cor influenciada, principalmente, pela
temperatura, relao exponencial, tempo e meio alcalino.
-
50
a.5- Ceras e lipdeos
Na cana-de-acar estes compostos esto presentes, em
maior quantidade, na casca e na regio dos colmos.
As ceras so incorporadas ao caldo de cana durante o
processo de extrao, em maior ou menor quantidade,
dependendo da temperatura da gua.
As ceras e gorduras por serem produtos de baixa densidade,
tendem a acumular na parte superior do decantador em
forma de espuma.
-
51
a.6- Corantes
Certos componentes do caldo de cana-de-acar apresentam-
se em pequenas quantidades, porm, seu impacto no
processamento e na qualidade do produto final de extrema
significncia.
Neste sentido, destacam-se os corantes, os quais representam
apenas 17% de 1% dos no acares contidos no caldo de
cana.
-
52
Dentre os principais corantes da cana-de-acar que
aparecem no caldo misto, destacam-se as clorofilas
(pigmentos fotossintticos verdes), caroteno (amarelo),
xantofilas (amarelo) e os flavonides (flavonas, flavonis,
chalconas, catequinas e antocianinas).
Do ponto de vista do processamento do acar o grupo dos
flavonides o mais crtico, sendo responsvel por 30%, em
pH 7,0, da cor no acar mascavo.
-
53
A cor ou os corantes presentes no acar tambm podem derivar de
certos no acares da cana, que em condies normais, so incolores,
porm, ao reagirem com outras substncias formam matria colorida.
Trs grupos principais de precursores de cor, a saber:
polifenis (reagem com o oxignio e ons ferro);
aminocidos (reao de Maillard);
compostos ferrosos (reagem com compostos orgnicos).
Durante o processamento do acar, determinadas condies
(enzimtica, alcalinidade, temperatura), podem levar a formao de
compostos coloridos.
-
54
a.7- Polissacardeos
Os polissacardeos so compostos de alta massa molecular e tm
efeitodireto na qualidade do acar.
Aumentam a viscosidade das solues de acar, reduzem a taxa de
filtrao, retardam o crescimento do cristal e causam a
distoro do cristal de acar.
Os principais polissacardeos presentes no processamento da cana-de-
acar compreendem amido, dextranas, polissacardeos nativos da cana
ISP (Indigenous Sugarcane Polysaccharides, polmero de arabinose,
galactose e cido glucurnico) e sarkaran (polmero de glicose).
-
55
Amido:
A remoo do amido, durante o processo de clarificao, se deve,
principalmente, ao efeito da temperatura sobre a solubilidade deste
composto.
Embora, o amido seja pouco solvel em gua fria, solvel em gua
quente. Desta maneira, grande parte removida com o aquecimento.
No entanto, a quantidade que permanece no xarope, pode ser suficiente
para retardar a cristalizao nos cozedores e as taxas de filtrao nas
refinarias.
freqente o uso da enzima -amilase nos evaporadores a fim de evitar
transtornos durante a cristalizao e filtrao.
-
56
Dextrana:
A dextrana um produto da degradao microbiolgica da
cana-de-acar, provocada por determinado microrganismo
contaminante, o Leuconostoc mesenteroides.
Este polissacardeo forma uma massa gelatinosa que pode
bloquear as peneiras, juntamente com o bagacilho, assim
como, retardar a cristalizao da sacarose e tornar os mis mais
viscosos.
-
57
Pectinas:
Estas substncias, devido interao pectina acar, possuem a
caracterstica de aumentar a viscosidade das solues, alm de,
elevar o coeficiente de solubilidade da sacarose, dificultando a sua
recuperao.
Em condies de caleagem, as pectinas so, em sua maior
parte, removidas em forma de pectato de clcio
-
58
Compostos Inorgnicos:
Os constituintes inorgnicos da cana-de-acar ocorrem na
forma de ons, sais, integrantes de complexos moleculares
orgnicos ou como compostos insolveis.
Os principais ctions so o potssio, elemento que aparece em
maior quantidade (60% das cinzas presentes no caldo), clcio,
ferro, alumnio, sdio, magnsio, mangans, cobre, zinco e
boro.
Entre os nions destacam-se os fosfatos, cloretos, sulfatos,
nitratos, silicatos e oxalatos
-
59
Estes no-acares inorgnicos, de natureza insolvel ou que se
tornam insolveis durante a operao de concentrao e
cristalizao contaminando o acar elaborado, exercem
grande influncia no processo de purificao do caldo.
No tratamento qumico participam de reaes alterando o
ponto isoeltrico do caldo, removendo ou formando compostos
coloridos e nas etapas posteriores exercem influncia na
solubilidade da sacarose, na velocidade de crescimento dos
cristais e na esgotabilidade dos mis.
-
60
Parmetros de qualidade da cana-de-acar
Os parmetros importantes de qualidade da cana de acar
para verificar maturao so:
Brix (slidos solveis aparente);
pol ou porcentagem (;
pureza da sacarose.
-
61
-
62
Partes integrantes da cana
CANA= SLIDOS INSOLVEIS + CALDO
CALDO= SLIDOS SOLVEIS + GUA
100%= FIBRA+BRIX+UMIDADE
-
63
Durante o processo de extrao do caldo:
Caldo Misto
as diversas impurezas externas:
terra;
uma variedade de compostos constituintes da
cana;
iro ser incorporados ao caldo extrado.
-
64
Composio qumica do caldo misto pode variar em funo de uma srie de fatores como:
variedade da cana;
estado de maturao;
clima;
regio;
idade;
tipo de solo;
adubao, etc.
-
65
COMPARAO ENTRE DUAS VARIEDADES DE CANA
-
66
APLICAES DO SORGO SACARINA
-
67
-
68
Comparativo da composio entre sorgo sacarino e cana-de-acar.
-
69
Sorgo Sacarina
-
70