Autor: Ravelo S., Ramos E. L.

ICINAZ, 2007

En este artículo se describe el proceso de innovación de una tecnología que esta dirigida a elevar la eficiencia de la industria azucarera cañera y su competitividad en el mercado de los edulcorantes. La tecnología se desarrolla haciendo uso de los conocimientos más actualizado de la química de los carbohidratos, en particular de la capacidad inhibidora de las enzimas de los productos obtenidos a través de la reacción aminocarbonílica (IFOPOL), y de los procesos enzimáticos que se desarrollan en la caña. La utilización agroindustrial de los productos obtenidos permite no solo reducir notablemente los procesos de auto-degradación y deterioro de la caña que se producen luego del corte, sino que ofrece una vía novedosa de controlar los mecanismos de formación de nuevos y prometedores edulcorantes a partir de este cultivo.

El proceso de innovación de esa tecnología ha permitido contar con productos de alta eficiencia y especificidad, obtenidos con procedimientos de preparación eficientes, repetibles y no contaminantes al medio ambiente.

La Industria Azucarera en la actualidad pasa por un período donde debe aumentar su competitividad debido a la aparición de diferentes tecnologías orientadas a la producción de edulcorantes, muchos de ellos con propiedades atractivas para el mercado del primer mundo. Tales edulcorantes reúnen características especiales, como poseer alta potencia, resultar no calóricos, no criogénicos, prebióticos, etc, (Banguela y Hernández, 2006). El nivel de competitividad de la industria azucarera que hoy conocemos parece depender de su eficiencia y capacidad de ofrecer a la sacarosa como un edulcorante barato de propiedades nutricionales reconocidas, que puede ser materia prima para la elaboración de innumerables productos, entre los que pueden estar derivados de interés para el propio mercado de los edulcorantes. Desde esta óptica resulta imprescindible la optimización el proceso productivo de fabricación de la sacarosa, de manera de hacerlo eficiente y competitivo.

La eficiencia del proceso de fabricación de azúcar de caña esta determinado en primer lugar por la riqueza de sacarosa y estabilidad luego del corte de las variedades de caña usadas en la agroindustria y por el grado de deterioro de la materia prima, en segundo lugar por las posibilidades prácticas de extraer la sacarosa presente en los jugos. En esta dirección se hace necesario no solo contar con buenos equipamientos en la fábrica y una alta maestría en los operarios, sino además, con una materia prima que posea altos contenidos de sacarosa con bajos contenidos de las diferentes impurezas que afectan el proceso cristalización de la sacarosa, como son en especial los Azúcares -de bajo peso molecular- que Impurifican a la Sacarosa en los jugos (AIS), (Ramos y col., 2002) y polisacáridos, como las dextranas y el almidón.

Como resultado de la mecanización se tiene en la actualidad una Agro-Industria más productiva, pero menos eficiente. Hoy se pierde, por deterioro, o auto degradación de la caña y sus jugos un alto porcentaje de la sacarosa originalmente presente, (Ramos y col., 2006). Se tiene evidencia de que un factor determinante en la calidad de las variedades de caña para la fabricación de azúcar es su estabilidad después del corte, observándose que determinado porciento de ellas transforman con rapidez la sacarosa presente en sus jugos en AIS, los que resultan particularmente dañinos para el proceso de cristalización de la sacarosa y para la producción de azúcares comerciales con los niveles de calidad requeridos, (Ramos y col., 2006).

El Instituto Cubano de Investigaciones Azucareras, ICINAZ, dedicado al desarrollo de la industria azucarera, durante años asume la tarea de introducir nuevas tecnologías a través de la transferencia tecnológica, la innovación y el desarrollo de tecnologías que permitan elevar la eficiencia de la industrial, por lo que hace particula enfasis en el tema de la conservación de la calidad de la caña y de sus jugos luego del corte y durante el proceso de molida. Como resultado, se han evaluado numerosas tecnologías y finalmente desarrollado una basada en el uso de inhibidores de las enzimas IFOPOL, la que permite mejorar y proteger la calidad de la caña.

Paradójicamente, la profundización en el conocimiento de los mecanismos enzimáticos de la caña que están involucrados en la transformación de la sacarosa en diversos azúcares, AIS, en principio dañinos al proceso de fabricación de azúcar, ha revelado la capacidad de la caña para la síntesis de oligosacáridos con propiedades prebiótica y ha motivado tanto la innovación en la tecnología de obtención de los inhibidores de las enzimas IFOPOL, de manera de controlar específicamente la aparición de cada uno de ellos, como el estudio de las posibilidades prácticas de producción comercial a partir de la caña de esos oligosacáridos con propiedades prebióticas.

DISCUSION

Desde el punto de vista conceptual una tecnología se puede definir como el conjunto sistematizado de conocimientos aplicados en las diferentes áreas del quehacer humano, unidos para la consecución de un fin. Es la creación o invención de algo, que puede ser desde la fabricación o mejora de un producto hasta la simplificación o el cambio de un determinado proceso. (GEST, 1998), (Sáenz y García, 1988).

A partir de estos conceptos podemos permitirnos el análisis de las diferentes vías que se han empleado en nuestro país para introducir tecnologías para la protección de la calidad de la caña y sus jugos para garantizar niveles adecuados de eficiencia industrial. Estas vías han sido:

1. LA TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍAS, que se han empleado en la industria azucarera remolachera.

Para contrarrestar la acción de los microorganismos sobre la caña y sus jugos se han recomendados varias tecnologías basadas en el uso de desinfectantes (Kulkarni, 2001). En el caso de la caña se ha utilizado principalmente el formaldehído (Bose and Gupta, 1970) y el hipoclorito (Cerutti y col., 1999), aunque se ha empleado otras sustancias (Desav y col., 1985). Con este propósito incluso se ha ensayado la aplicación de radiaciones gamma, (Lodos y Acosta, 1991).

Para el control microbiológico de la estación de limpieza de la caña se han propuesto varios desinfectantes, aunque entre los más difundidos se encuentran: el formaldehído y las formulaciones que basan su actividad en su contenido de aminas cuaternarias o de ditiocarbamatos, (Hernández Y col., 1983). Recientemente se ha presentado una formulación que usa los ditiocarbamatos como principio activo como agente desinfectante para la caña, que según sus autores permite disminuir las pérdidas de sacarosa en caña entre el corte y la molida, si se aplica durante la cosecha en la superficie de corte de la caña, (Kulkarni, 2001).

La mayoría de estos productos y tratamientos físicos a la caña y sus jugos se estudiaron en el ámbito industrial de la fábrica experimental Pablo Noriega, explorándose la posibilidad de transferir las tecnologías a nuestra industria.

No obstante, para que un desinfectante pueda usarse en la industria azucarera, este debe poseer una alta eficiencia a bajas dosis y no ser tóxico ni contaminante al medio ambiente.

Por otra parte los productos químicos mencionados anteriormente se obtienen por tecnologías desarrolladas en el primer mundo que requieren una base industrial en el sector de la química para poder fabricarlos competitivamente en el país, resultando tóxicos en su gran mayoría. Además, tales productos deben usarse a concentraciones relativamente altas, las cuales resultan prohibitivas desde el punto de vista económico y ambiental. Más aun, no han sido utilizados para proteger la calidad de la caña luego del corte, pues obligaría a usarlos en dosis más altas.

Según esta valoración de las tecnologías disponibles resultó evidente que no se ajustaban debidamente a los requerimientos de la industria azucarera dado el peligro de contaminación y afectación a los trabajadores, las altas dosis requeridas y en particular en nuestro país a la carencia de una industria química.

2. DESARROLLO DE UNA NUEVA TECNOLOGÍA

Los estudios realizados en el ICINAZ han permitido demostrar, que es posible mejorar y proteger la calidad de la caña a través del uso de inhibidores de las enzimas que se pueden obtener a partir de la propia sacarosa (IFOPOL). Actualmente se conoce que la aplicación a la caña de las soluciones de las primeras variantes de tales inhibidores a una concentración alrededor de las 200 ppm, durante la carga de los carros de ferrocarril y durante la preparación para la molida, permiten disminuir las pérdidas de sacarosa calculadas en más de un 5 % y disminuir la formación de sustancias dañinas en el jugo de la caña.

En el país ha funcionado una planta para la producción del producto IFOPOL, la misma se encuentra instalada en la Planta Cuba 10 del ICIDCA, y posee una capacidad de 2 t de producción diaria, cantidad que nos permite satisfacer la demanda del MINAZ por el período de zafra. No obstante, como resultado de la innovación, la tecnología de producción actual permite emplear reactores 20 veces más pequeños para satisfacer la demanda nacional.

Para garantizar la marcha eficiente del proceso productivo se desarrollo un manual que incluye el procedimiento para la preparación del IFOPOL y los métodos analíticos para la evaluación de la calidad de: la materia prima, los productos intermedios de la síntesis y el producto final.

Para el tratamiento de la caña con las soluciones de IFOPOL fue necesario el desarrollo de plantas de fumigación (PF) para la aplicación de las soluciones del producto en el centro de acopio durante la descarga de la caña troceada en los carros de ferrocarril y en el área de las cuchillas durante el desfibrado de la caña. Las PF basan su funcionamiento en la fumigación de las soluciones de IFOPOL (100 a 200 ppm) sobre la caña troceada o desmenuzada.

En ambos puntos de aplicación se optimizó el nivel de solución a añadir y la concentración del producto, fijándose un consumo promedio de aproximadamente 10 M³ de solución entre 100 y 200 ppm de IFOPOL por 1000 t de caña, es decir en función del grado de infección de la caña.

El control de calidad del IFOPOL realizado por la planta se complementa con el control del nivel de dosificación del producto que debe efectuar cada fábrica, el cual se recoge en un manual de aplicación del producto para las fábricas de azúcar.

El uso del IFOPOL en la inhibición de la formación de polisacáridos y oligosacárido, durante el deterioro de la caña y sus jugos, ha permitido disminuir en más de 70% la formación de estas sustancias al fumigar la caña troceada en los centros de acopio. Además posibilita inhibiciones mayores de 90% al fumigar en las cuchillas. No obstante, el resultado más directo y que hace evidente el impacto económico de la aplicación del inhibidor, es la disminución de las pérdidas de sacarosa durante el deterioro de la caña y de sus jugos.

Algo muy importante de la tecnología desarrollada es su efecto económico en la agro industria azucarera, este abarca la reducción de las pérdidas de sacarosa por dos vías fundamentales:

Disminución de las pérdidas de sacarosa por auto-degradación y deterioro (acción de los microorganismos) de la caña y sus jugos.

Elevación de la velocidad de cristalización y mejoramiento del hábito de la sacarosa, que se refleja en un aumento de la capacidad industrial y en la disminución de las pérdidas de sacarosa en las mieles.

Esta tecnología se ha utilizado por más de 10 años en la industria con resultados satisfactorios. La ganancia neta es de alrededor de 12 millones de USD por cada millón de toneladas de azúcar obtenidas con esta tecnología, la cual esta basada en la simple fumigación de la caña con las soluciones de IFOPOL.

Los beneficios para la Industria y nuestra sociedad que trae consigo la utilización de esta nueva tecnología son apreciables, ya que al proteger la calidad de la caña y sus jugos, garantiza mayores recobrados industriales de azúcar de mejor calidad, evitándo altas pérdidas de la sacarosa. Es decir, logra un efecto directo en el bienestar de la sociedad.

La innovación se define como el triunfo de lo nuevo, es él término, que ensalza la originalidad, pero que une también la invención y su valoración económica, reconcilia el ámbito de la creatividad tecnológica con el éxito económico de la empresa. Constituye la acumulación, ordenamiento y registro de los conocimientos disponibles sobre procesos, procedimiento y producto. La dinamización de este concepto conduce al término de innovación tecnológica. (Fernández, 1997).

Sus partes más importantes son por sus objetivos:

Producto: Capacidad de mejora del propio producto o el desarrollo de un nuevos producto mediante la incorporación de aquellos desarrollos tecnológicos que se le puedan aplicar o mediante la adaptación de los procesos existentes. Esta mejora del producto puede ser directa o indirecta:
      1. Directa : si añade nuevas cualidades funcionales al producto para hacerlo mas útil.
      2. Indirecta: si esta relacionada con la reducción del costo del producto a través de cambio o mejoras en los procesos u otras actividades empresariales con el fin de hacerlos más eficientes.

Proceso: Introducción de un nuevo proceso de producción o la modificación de los existentes mediante la incorporación de nuevas tecnologías.

Dimensión organizativa: La innovación organizativa implica cambios en la organización y gestión de la empresa, y en la administración de la producción.

En este caso el producto desarrollado en el ICINAZ (inhibidor de las enzimas IFOPOL), que es un derivado de la sacarosa, es un producto novedoso formulado en el ICINAZ utilizando los conocimientos existentes en el mundo sobre la química de los carbohidratos, ver Tabla. Las investigaciones desarrolladas hasta el presente han permitido obtener varias generaciones del IFOPOL, la primera generación del producto se conoce como IFOPOL tradicional, producto que se obtiene a partir de las mieles finales mediante un proceso de fabricación que requiere de una semana para completar su preparación. No obstante, debido a la demanda existente en el país se hizo necesario reducir los tiempos de reacción y utilizar materias primas mas estables y de mayor calidad. Esta situación obligó a la innovación de la tecnología (indirecta) a través su modificación para la producción del producto, fabricándose IFOPOL de segunda generación conocido como IFO48, inhibidor de las enzimas, que se produce con una tecnología más repetible y 10 veces más productiva.

Según esta innovación es posible en menor tiempo obtener la cantidad necesaria del producto, para satisfacer la demanda del país y con una calidad más estable (por un mínimo tres años), lo que permite su producción para dos zafras. Es decir se ha obtenido un producto mejorado que  satisface la demanda del mercado interno y posibilita la exportación para el producto. En la Tabla se pueden observar las ventajas que se obtienen con el desarrollo de un producto mejorado.

No obstante para dar solución integral al problema de la calidad de la caña para la fabricación de azúcar, es necesario inhibir la formación por las enzimas de la propia caña de determinadas impurezas, antes de realizar la cosecha. Con este fin se ha realizado una innovación directa, que añade nuevas cualidades funcionales al producto para hacerlo mas útil, obteniéndose un producto mejorado llamado IFOPOL^S, el cual no sólo resulta 20 veces más activo que el IFO48 sino que puede aplicarse a la caña en el campo inmediatamente antes de la cosecha para disminuir el contenido en sus jugos de aquellas impurezas que disminuyen la eficiencia de la fábrica de azúcar, como son la D-Xilosa y la Lactosacarosa. El producto, hoy escalado e introducido industrialmente, garantiza además la protección de la calidad de la caña cortada durante 3 días.

Finalmente, el descubrimiento de la formación en los jugos de caña de azúcares de interés comercial en el campo de los edulcorantes, especialmente de aquellos con propiedades funcionales o que mejoran la salud del hombre, como son: la Lactosacarosa, la Rafinosa y la 1-Kestosa, entre otros, ha motivado el desarrollo de inhibidores del tipo IFOPOL, con capacidad de inhibir solamente a las enzimas hidrolasas o polimerasas favoreciendo la acumulación en los jugos de caña de los anteriores oligosacáridos debido a la acción única de las transferasas. Este inhibidor nombrado IFOPOL^IP es así un producto novedoso  vinculado a la diversificación de la industria azucarera y su vinculación al mercado de los alimentos funcionales. Particularmente interesante en esta dirección es la innovación recientemente lograda en la tecnología de producción de los inhibidores de las enzimas IFOPOL que permite fabricar productos igualmente novedosos que inhiben específicamente la formación en los jugos de caña de uno de los azúcares, por ejemplo el IFOPOL(F) inhibe con mas de 90 % de eficiencia la formación de la 1-Kestosa en los jugos de caña y el IFOPOL(X) solamente la formación de Xilosa con igual eficiencia. Estos resultados combinados con la capacidad de formar determinados oligosacáridos que caracteriza a cada una de las variedades de caña, podrían permitir la producción de edulcorantes formados solamente por mezclas de oligosacáridos que resulten de interés comercial.

Como resultado de prolongadas investigaciones se ha desarrollado una tecnología que incluye la producción de un producto mejorado nombrado IFOPOL^S y los procedimientos de tratamiento de la caña para lograr su preservación o mejoramiento. La tecnología se ha diseñado atendiendo a necesidades técnicas específicas de nuestro país e impulsado por la necesidad coyuntural de la industria azucarera de competir en el mercado de los edulcorantes y de rescatar su peso económico en Cuba.

El descubrimiento de la capacidad de formación de oligosacáridos con propiedades funcionales por la caña de azúcar como la 1-Kestosa, la Rafinosa, la Lactosacarosa, entre otros y su significación para la competitividad de la industria azucarera cañera en el mercado de los edulcorantes ha motivado la innovación tecnológica para aumentar el diapasón de posibilidades de los inhibidores tipo IFOPOL, desarrollándose tecnologías de fabricación de nuevos productos que permiten obtener inhibidores específicos para los tipos de enzimas, como el IFOPOL^IP que inhibe las polimerasas y las hidrolasas pero no las transferasas, lo que permite la acumulación de oligosacáridos en los jugos de caña, y otros aun más específicos, ej. IFOPOL(F), que inhiben la formación de determinados oligosacáridos, haciendo posible la produccion de mezclas de estos azúcares según las exigencias del mercado.

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