La producción de caña de azúcar no centrifuga es importante a nivel mundial por su impacto económico, cultural, culinario y sustentable. Colombia contribuye a la industria azucarera latinoamericana y a la economía del país, preservando las tradiciones culturales y el empleo rural. Esta investigación analizó las variables productivas del proceso de evaporación no centrífuga de la automatización de la caña de azúcar y su relación con base en una metodología cuantitativa descriptiva-correlacional. Se encontró que los niveles de azúcar en el granulado de caña deben ser <1,5 %, para lo cual el jarabe de caña debe tener entre 65,2 y 66,4 °Bx, pH entre 4,56 y 5,7, temperatura dependiente de la altitud de la zona y de la ebullición y sedimentación. punto <10 %. Se propusieron estrategias de automatización con sensores para optimizar recursos tecnológicos en procesos de evaporación. Esto mejorará la eficiencia operativa, la productividad, la seguridad en el lugar de trabajo, la calidad del producto y la sostenibilidad dentro de la industria de la caña de azúcar no centrífuga, contribuyendo al Objetivo de Desarrollo Sostenible 9, que se centra en promover la innovación y la infraestructura industrial.
Colombia se ubica como el segundo productor mundial de caña de azúcar no centrífuga (NCS), sólo superado por India. Además, encabeza la tabla de consumo per cápita, con una media anual destacable de 24,7 kg por persona (Gutiérrez-Mosquera et al., 2018).
La agroindustria NCS asume un papel central en la economía nacional, contribuyendo significativamente al empleo dentro del sector agrícola. Este importante consumo interno de ENC se puede atribuir a su valor nutricional y sensorial, al tiempo que abre posibilidades de expansión a otros mercados (Fedepanela, 2021; Minagricultura, 2011; Minagricultura, 2021).
La caña de azúcar no centrífuga, conocida como panela en Colombia, se deriva de la extracción y concentración del jugo de la caña de azúcar para crear un edulcorante natural. Sus diversos nombres en diferentes regiones incluyen gur-jaggery en India y rapadura en Brasil, Cuba, Bolivia y Ecuador (Quezada, 2007). En Japón, el NCS se conoce como kokuto o kurozato, que significa azúcar moreno o negro. Este tipo de azúcar tiene una gran importancia en la prefectura de Okinawa, donde casi el 50 % de sus tierras agrícolas se dedican al cultivo de caña de azúcar. La industria de la caña de azúcar contribuye sustancialmente a la economía de la prefectura y representa el 20 % de su producción agrícola total. En consecuencia, NCS desempeña un papel vital en el apoyo tanto a la sociedad como a la economía de la región (Departamento de Agricultura, 2021).
La caña de azúcar no centrífuga es muy apreciada por su contribución energética y su papel fundamental para garantizar la seguridad y la soberanía alimentaria. Su composición engloba sacarosa, glucosa y fructosa, además de vitaminas A, C, D, E y B, además de P y Zn. En particular, cuenta con cinco veces el contenido mineral del azúcar blanco (Guaman et al., 2009; Zidan y Azlan, 2022; Rodríguez et al., 2008).
Los derivados de la caña de azúcar también se asocian con beneficios para la salud, incluidos efectos antioxidantes debido a los polifenoles (Payet et al., 2005; Oliveira et al., 2022), propiedades anticancerígenas (Nayaka et al., 2009; Guerra y Mujica, 2010), y usos potenciales en la prevención de enfermedades pulmonares (Sahu y Paul, 1998; Pacheco et al., 2006).
El polvo de caña de azúcar no centrífugo es un sólido de color amarillo parduzco conocido por su alta solubilidad en agua, compuesto principalmente de sacarosa. El proceso de fabricación implica calentamiento, concentración y batido intensivo del jarabe de caña, logrando concentraciones de sólidos solubles (SSC) de 96°Bx y temperaturas que oscilan entre 125 y 128 °C (Guaman et al., 2009). La agitación durante la deshidratación conduce a la formación de partículas de diferentes tamaños, incluyendo finas (Malla #16), gruesas (Malla #3) y agregados (García et al., 2007).
En la producción de NCS en polvo se deben abordar dos puntos críticos como mantener los azúcares reductores (RS) entre 0.5 y 1.0 % para evitar la cristalización y minimizar el tiempo entre producción y empaque debido a la naturaleza higroscópica del NCS, requiriendo empaques impermeables y condiciones de baja humedad (Mujica). et al., 2008).
Si bien existen datos sobre la caracterización bromatológica de los derivados de la caña, es crucial reconocer que la composición puede diferir según factores como la variedad de la caña, las condiciones de procesamiento y almacenamiento (Misra et al., 2022). Guerra y Mujica (2010) informaron distinciones notables en la composición entre ENC en polvo artesanales y productos estandarizados debido a variaciones en las técnicas de transformación y estandarización de procesos.
Tradicionalmente, la producción de subproductos de la caña de azúcar en Colombia se basó en métodos ancestrales transmitidos de generación en generación, con mínimos avances tecnológicos o estudios sistemáticos (Castellanos, 2010; Flórez-Martínez et al., 2021, Flórez-Martínez et al., 2023). El proceso de producción de NCS implica la extracción del jugo de la caña de azúcar mediante compresión en molinos, seguida de filtración, purificación y clarificación. La concentración se produce mediante evaporación utilizando el bagazo residual de la molienda como material combustible. El proceso depende de la experiencia y familiaridad de los operadores para evaluar factores como la consistencia, la duración del calentamiento y cuándo finaliza el proceso. Luego el material concentrado se transfiere a recipientes para agitarlo, moldearlo y envasarlo como producto final (García et al., 2007).
Según Venkatesh et al. (2023), los pasos comunes como la extracción del jugo, la evaporación, la clarificación, la concentración y la solidificación son esenciales en la producción de NCS. Sin embargo, varían de un lugar a otro, dependiendo del conocimiento y la disponibilidad de recursos. En todos los casos se considera la clarificación y concentración del jugo de la caña, pero en algunos lugares el procesamiento de la caña se realiza en la misma finca donde se cultiva.
Para fortalecer la cadena agrícola, la investigación se ha centrado en mejorar la producción primaria, aumentar los rendimientos, mejorar el proceso de transformación de la economía y establecer mercados para los productores medianos (Da Silva et al., 2010; Borsellino et al., 2020). Los desafíos en la producción de NCS incluyen la falta de tecnologías innovadoras y energéticamente eficientes, la necesidad de optimizar el proceso para lograr una mejor relación costo/beneficio, control de calidad del producto final y estrategias de marketing ineficaces. La optimización de la producción de NCS debe considerar la reducción de la dependencia de productos químicos, así como la reducción del consumo de combustible y el control del contenido de humedad para garantizar un proceso sostenible. Además, se requiere la intervención de entidades gubernamentales para financiar proyectos relacionados con estrategias de mercadeo, el uso de nuevas tecnologías rurales y la producción descentralizada de alimentos (Borsellino et al., 2020; Venkatesh et al., 2023).
La integración de la automatización a los procesos productivos ha contribuido significativamente a la expansión de las pequeñas y medianas empresas en Colombia. El uso de sistemas tecnológicos ha abierto nuevos mercados y ganado la confianza de los consumidores. En 2020, el 88,7 % de las empresas colombianas conocían al menos una herramienta tecnológica, destacando la tendencia hacia la automatización para una mayor eficiencia y calidad de la producción según el Departamento Nacional de Planeación (DNP, 2020).
El sector agrícola, incluida la producción de NCS, cubre aproximadamente 198.856 hectáreas de cultivo de caña de azúcar y emplea a unas 350.000 personas en todas las etapas de producción. La producción de caña de azúcar no centrífuga contribuye significativamente al producto interno bruto, representando el 3 % y ubicándose como la segunda industria agrícola más importante del país (Borsellino et al., 2020).
Los esfuerzos se han dirigido a diseñar e implementar procesos eficientes que prioricen la utilización de recursos y energía y al mismo tiempo cumplan con los estándares nacionales. Estos esfuerzos han generado ventajas sustanciales para las unidades de producción tradicionales en términos de competitividad (Castellanos, 2010; Hernández-Palma et al., 2023).
La caña de azúcar no centrifugada es un elemento crítico de la economía nacional, genera empleo, contribuye al gasto familiar en alimentos y proporciona una porción importante de las calorías de la población (García et al., 2007; Castellanos, 2010).
Los productores encuentran varios obstáculos, que abarcan la adopción de tecnologías emergentes, preocupaciones ambientales y la creación de ofertas de productos distintivas (Castellanos, 2010; Escobar, 2020; Hernández-Palma et al., 2023). Es imperativo intensificar los esfuerzos para cerrar la brecha en investigación y desarrollo con países como India y Brasil, reconocidos por sus avances en investigación e innovación en SCN (Castellanos, 2010).
Este artículo presenta una investigación realizada en una pequeña empresa en Colombia especializada en la producción de NCS en bloque y NCS en polvo. La atención se centra en automatizar el proceso de evaporación del jarabe de caña de azúcar para garantizar la calidad del NCS en polvo. La automatización propuesta tiene como objetivo optimizar variables críticas como temperatura, concentración de azúcar, pH y sedimentación.
Esta investigación no sólo tiene el potencial de mejorar la producción de ENC en Colombia sino también a nivel mundial. Contribuye a los objetivos de desarrollo sostenible mediante la promoción de la innovación industrial y el uso responsable de los recursos naturales.
El estudio revela la naturaleza emergente de la investigación en el sector NCS, que requiere mayores avances. La caracterización de procesos en la Central de Mieles de Útica reveló la intrincada relación entre las variables y su impacto en la producción. El mapeo del flujo de valor identificó la evaporación y concentración de la melaza como críticas, ya que constituyen el 45 % del valor de la cadena de producción.
Artículo de:
Jonny Plazas Alvarado, Hugo Hernández Palma, Claudete Gindri Ramos, Andrea Liliana Moreno-Ríos, Eduardo Mayo Osioc, Ramiro González Hortac, Gerardo Israel De Atocha Pech Caraveo, Sergio Enrique Ramírez Moreno
Para más información: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2589014X24000914
