La agroindustria y sus coproductos: oportunidad interdisciplinaria

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Rafael Mario Islas Ojeda

Es la coincidencia de disciplinas y áreas de conocimiento comunes en la formación de los profesionales de la química y otras profesiones afines lo que permite considerar la posibilidad de actuar interdisciplinariamente en campos que requieren innovación y desarrollo. La reorganización de saberes lleva a vislumbrar nuevas formas de  aprendizaje e investigación aplicada en lo que se constituye como un nicho de oportunidad profesional bajo enfoques tecnológicos convergentes, tanto ínter como multidisciplinarios. Las áreas de alimentos y agroindustrias como la azucarera son áreas de oportunidad para la producción y la investigación tecnológica.

De acuerdo al plan de estudios de las diversas licenciaturas de Química que imparte la Universidad Veracruzana, el campo de trabajo se encuentra en las áreas productivas de transformación y de servicios. En el caso de los químicos agrícolas y los ingenieros agroquímicos, las principales áreas serán la industria alimentaria; los laboratorios de biotecnología de plantas; los centros de  investigación y desarrollo tecnológico; los laboratorios de análisis químicos de materias primas, aguas, suelos, fertilizantes, forrajes, y alimentos, y los laboratorios y bufetes de certificación o de asesoría técnica. En las ingenierías debe incluirse la planeación e instalación de agroindustrias, las estrategias de escalamiento de los procesos industriales, el diseño de plantas y la optimización de procesos. Muchas de las áreas y funciones descritas también pueden ser el campo de acción de los ingenieros químicos, ingenieros ambientales, químicos industriales y otros profesionales, como los licenciados en nutrición, ingenieros agrónomos o quienes cursan la maestría en Ciencias  Alimentarias. Todos ellos pueden evaluar y controlar las variables de rendimiento de los cultivos y los parámetros de  madurez comercial y de calidad poscosecha de los productos de campo; además de investigar, seleccionar y desarrollar nuevos productos alimenticios y aprovechar y tratar desechos  agroindustriales y municipales para proteger el medio ambiente, estos profesionales también pueden contribuir a crear nuevos productos. Es indudable que en alimentos, tecnología y desarrollo, es ésta una de las mejores oportunidades para hacer investigación y desarrollo en condiciones ínter y  multidisciplinarias.

Carole Brookins, exvicepresidente del Banco Mundial, estima que el crecimiento de los países con economías emergentes (fundamentalmente China e India) hará que se incorporen mil millones de personas a la clase media mundial. El aumento consecuente en el consumo de alimentos constituye una formidable oportunidad para los países que cuenten con la capacidad para producir los. De ahí que –según un artículo de Eduardo Remolins– aunque hace treinta o cuarenta años producir   alimentos no se consideraba una buena estrategia para una nación en desarrollo pues había que industrializarla, hoy el mundo ha cambiado y los alimentos “ya no son lo que solían ser. No sólo la creciente demanda garantizará buenos precios para las próximas décadas, sino que el valor   agregado a los alimentos también es creciente y los asemeja más a sofisticados bienes de la era del conocimiento que a modestas materias primas”.

El mejor ejemplo de esta tendencia son los llamados “alimentos funcionales”, creados o modificados para que incorporen beneficios adicionales: leche de soya fortificada con vitaminas, lácteos con  bacterias que favorecen la flora intestinal o pastas con minerales adicionados.

Por otra parte, el mercado emergente de los productos fitoterapéuticos (químicos naturales de origen vegetal) es otro nicho promisorio. Algunos ejemplos de tales productos, que podrían reforzar la noción de que la moderna producción de alimentos es una oportunidad estratégica para naciones como México, son los derivados del azúcar, como los fructooligosacáridos. Este es un caso de desarrollo de nuevos productos obtenidos por fermentación o transformación enzimática de la sacarosa. El desarrollo de esos productos incluye el trabajo con organismos nacionales de ciencia y tecnología y novedosas formas de cooperación pública y privada. Pequeños centros científicos que realizan descubrimientos se asocian con las empresas grandes  para perfeccionar y lanzar  internacionalmente los productos; sin embargo, el mercado de los alimentos funcionales no excluye a jugadores más pequeños, como las pequeñas y medianas  empresas (PyMEs), donde se pueden encontrar pequeños laboratorios con procesos confiables y productos innovadores. Es ésta una tendencia creciente dada la demanda y el nivel de sofisticación requerido en los productos.

Otro ejemplo de la gran variedad de oportunidades que hay es el representado por la agroindustria azucarera, cuyos coproductos y derivados –particularmente los denominados productos sucroquímicos– pueden tener un sustancioso valor agregado, sin contar con el enorme potencial energético que esta agroindustria y sus coproductos, tales como el etanol y el biodiesel, pueden proporcionar directa e indirectamente.

Para entender mejor estas posibilidades, se describe a continuación el proceso de extracción industrial del azúcar. Para obtener el azúcar en los ingenios, se desmenuza primero la caña y se extraen las fibras internas, que se trituran y exprimen por compresión en molinos de mazas para extraer el jugo dulce. El jugo se alcaliniza y calienta y luego se evapora al vacío hasta que el azúcar se precipita en forma de cristales, los cuales se separan del líquido mediante una centrifugadora de gran velocidad. El residuo fibroso de los molinos es el bagazo. Los lodos asentados de la alcalinización y separados por filtración con adición de bagacillo como filtro, forman la cachaza. Así, los primeros coproductos o subproductos de la caña de azúcar procesada son la basura de la caña (hojas, puntas, etc.), el bagazo, la cachaza y la melaza o mieles finales. A su vez, los subproductos intermedios obtenidos en el proceso y la refinación incluyen el jugo de la caña, la meladura y el licor fino.

El proceso descrito ofrece una serie de productos intermedios y de subproductos o coproductos, además de la propia sacarosa, considerada como el producto final y principal de esta industria. Sin embargo, algunos de esos coproductos o derivados han adquirido ya, por derecho propio, una  considerable importancia industrial y ayudan a balancear los costos de producción en un mercado mundial que se mantiene a flote entre la competencia, la sobreoferta y los bajos precios.

¿Qué caminos tiene la industria azucarera para seguir siendo competitiva? ¿De qué manera  podemos incrementar el uso del azúcar, sus reservas y los coproductos del proceso? ¿Cómo dar a estos un valor añadido? La primera pregunta tiene que ver con aspectos relativos al campo y la fábrica, mientras que las dos siguientes se refieren a los coproductos, a los derivados de éstos y la sacarosa. Los aspectos de campo y fábrica no serán abordados en este artículo, aun cuando cabe resaltar la importancia que tienen. ¿Cuáles son entonces las posibilidades de convertir el azúcar o sus coproductos en productos con valor agregado? La respuesta es que, entre otros, tenemos los siguientes productos sucroquímicos del azúcar y de las mieles: productos farmacéuticos, productos químicos finos, polímeros, productos de fermentación o enzimáticos, nuevos productos alimenticios y edulcorantes, y combustibles ecológicos, como el etanol, el biodiesel o la cogeneración de  energía.
Un próximo artículo tratará sobre la sucroquímica propiamente dicha, pero antes se analizarán los subproductos más sencillos y conocidos. Del bagazo y el bagacillo, por ejemplo, se obtienen celulosa, furfural, etanol, carbón activado, alimento para ganado, tablones aglomerados y  oldeados, plásticos como el acetato de celulosa o rayón y relleno en plásticos, concreto y otros materiales de construcción. Asimismo, se puede cogenerar energía de la cachaza (abonos y mejoradores de  suelo, carbón activado, proteínas y ceras, y de los subproductos intermedios y de la melaza un sinnúmero de productos sucroquímicos, tales como ácidos orgánicos, glucosa, fructosa y alcohol.

En relación con el potencial bioenergético, se tiene la producción de biocombustibles, que requieren aún el desarrollo de un mercado y costos de producción que puedan competir con el petróleo, y los cuales sustituyen el aceite diesel en calentadores, motores y turbinas. Dos coproductos son factibles como energéticos ecológicos renovables: el etanol, obtenido directamente por la fermentación del azúcar, las melazas y otras biomasas como el bagazo –del que hay ya plantas en Veracruz– y el biodiesel, que se obtiene a partir de la transformación de aceites y grasas vegetales y animales combinados con etanol.

BIODIESEL. El biodiesel puede emplearse íntegramente o en mezclas con diesel de petróleo y etanol anhidro en los motores tradicionales. Una propuesta del presente autor consiste en usar el etanol para fabricar biodiesel desarrollando un reactor de flujo continuo. También se obtiene un tipo de biodiesel o “biooil” a partir del bagazo u otras fuentes de biomasa. Hay también oportunidades en la cogeneración de energía mediante el aumento de la capacidad ya instalada en los ingenios para producir energía eléctrica a partir del bagazo. Al igual que en el caso anterior, la viabilidad está en función de la comparación de los costos de producción con los de las fuentes energéticas  tradicionales, principalmente de las plantas termoeléctricas que consumen petróleo. En todo caso, éste puede ser el caso de un mercado regional coyuntural que pueda liberar la producción de energía tradicional hacia zonas más dependientes de las mencionadas fuentes tradicionales o hacia la exportación.

ETANOL. El avance en materia de celdas combustibles y el posible uso de etanol como combustible de las mismas han impulsado en los últimos años el desarrollo de catalizadores para el reformado de etanol. Se utilizan catalizadores comerciales de cobre y óxido de zinc en un rango de  temperaturas de 250 a 400 ºC y presiones del orden de una a tres atmósferas. Es el proceso más utilizado cuando se requiere una alta producción.

FURFURAL. El bagazo sometido a una digestión ácida a alta temperatura hidroliza la celulosa,  obteniéndose furfural, alcohol metílico, acetona y ácido acético, así como ácido levulínico y  furfurílico. Otras materias primas para la obtención de furfural son la madera, el olote de maíz, la cascarilla de arroz, la borra de algodón y otras. La tecnología para la obtención del furfural incluye la hidrólisis y un proceso de refinación. El furfural, furfuraldehído o fural es un solvente selectivo para productos petroquímicos. Desde 1996, casi la mitad del consumo mundial de furfural se destina a la producción de alcohol furfurílico, que a su vez se ocupa para producir resinas y como solvente en la preparación de nailon. Sirve de relleno y extensor en madera laminada, y también se usa para la producción de tetrahidrofurano, en la extracción del butadieno y en la fabricación de insecticidas amigables con el ambiente y nematicidas. El derivado 2-metilfurano se emplea como solvente orgánico, pesticida e intermediario farmacéutico.

CARBÓN ACTIVADO. Parte del bagazo no usado como combustible de calderas durante el proceso de producción de azúcar puede ser desmedulado y vendido a las productoras de papel; el sobrante representa un problema de contaminación, por lo que entre las alternativas de reuso puede  convertirse en carbón activado granulado, útil en la propia industria azucarera para la decoloración del azúcar en su refinación. El proceso de producción de carbón activado granular (CAG) requiere modificar física y químicamente el bagazo para realzar sus propiedades de adsorción sobre moléculas orgánicas o iones químicos, pues en su estado natural el bagazo es un pobre adsorbente de compuestos orgánicos tales como los colorantes del azúcar y los iones metálicos. Un método de aumentar la superficie de adsorción del bagazo es la carbonización (pirolisis), que se lleva a cabo a altas temperaturas en una atmósfera no oxidante. Algunos CAG que se lanzan al mercado de la remoción de iones metálicos en la industria tienen los mejores precios. Dichas aplicaciones requieren optimizar el procedimiento de obtención. Existe un crecimiento potencial del mercado, derivado de las regulaciones ambientalistas en el tratamiento de aguas residuales de industrias y municipios.

MEJORADORES DE SUELOS. La lignina del bagazo se ha empleado como mejorador y estabilizador del suelo. El compostaje puede llevarse a cabo usando bagazo con alguna fuente de nitrógeno (por ejemplo, desperdicios animales), reduciendo así la necesidad de recurrir a rellenos sanitarios u otros métodos de manejo de desechos. El agregar melaza a la composta de bagazo puede proporcionarle una fuente de carbohidratos para fomentar la actividad microbiana y servir de medio para nutrientes esenciales y otros oligoelementos necesarios para el crecimiento de las plantas. La cachaza también ha sido usada tradicionalmente como acondicionador de suelo y abono orgánico, previo tratamiento de compostaje, y en la producción de adsorbentes del tipo del carbón activado. Pueden separarse y purificarse las proteínas y ceras que contiene y que compiten con ceras naturales de otras fuentes.

FORRAJES. El bagazo hidrolizado y tratado previamente con productos químicos para ablandar las uniones de las fibras, una vez sometido a temperatura y presión (extrusión) para convertir la celulosa en azúcares y así debilitar las fibras restantes, da un producto que se puede mezclar con melazas para aumentar la densidad de nutrientes y la palatabilidad. Las puntas de la caña ya se han empleado en la alimentación del ganado y la basura puede incorporarse a la producción de furfural o de biogás. También pueden emplearse para convertir el bagazo en forraje para animales.

MOLDEABLES Y TABLEROS AGLOMERADOS DE BAGAZO. Recombinar la lignina con celulosa produce un material que puede ser moldeado y que tiene propiedades semejantes a la madera. Para ello, se añaden fibras de celulosa natural a la lignina para formar gránulos –que se moldean por inyección– a altas temperaturas y presión. Se pueden fabricar hasta tres tipos de láminas o tablones en los cuales la adhesión física de las fibras provee la fuerza de unión. Una variante de lo anterior es la producción de cartón corrugado mediante la pulpa de celulosa del bagazo, similar al que se obtiene como primer paso de la producción del papel, con la ventaja de que no neces ita el blanqueado que se requiere para eliminar el color en la producción de papel bond y similares. También se produce de este modo el papel tipo kraft. Los usos del cartón tienen un gran mercado como láminas y empaques.

En un siguiente artículo se tratarán las amplias posibilidades de la sucroquímica o química del azúcar, parte de la química orgánica aplicada a los carbohidratos, y en particular a la sacarosa, considerada ésta como una molécula muy reactiva tanto química como enzimáticamente. La surcroquímica es una rama cuyo objetivo es dar un valor añadido a los mercados del azúcar y sus subproductos mediante su utilización química y considerando como productos sucroquímicos, “en sentido estricto”, los que se derivan por reacción química o por un proceso bioquímico del azúcar, el jugo o las mieles.

En la actualidad, un enfoque integral de una nueva agroindustria o de una nueva cadena productiva requiere no sólo de ideas innovadoras, sino de la visión para instrumentar nuevos modos de pensar y de hacer para encontrar nuevos productos con un valor añadido que compitan favorablemente en el mercado y que, desde luego, tengan un mejor precio.

Para el lector interesado

Remolins, E. (2006). Alimentos, tecnología y desarrollo. Opinión Sur. Publicación Virtual.
Disponible en linea: http://www.surnorte.org.ar/opinionsur/nota.php?id_nota=175.

Vogel, M. (2005). Sucrose: An exceptional molecule for enzymatic synthe – sis. Proceedings of the 20th International Carbohydrate Symposium. Hamburg, Germany, Abstract No. D-022

http://www.uv.mx/cienciahombre/revistae/vol20num3/articulos/agroindustria/index.html

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