Tendências e soluções tecnológicas para o setor de açúcar e álcool – IIIA

14-03-2019

Cinética de degradação térmica de açúcares sob condições de processo típicas encontradas nas usinas de açúcar e álcool brasileiras. Localizando perdas indeterminadas.
O processamento do caldo de cana inclue várias etapas durante as quais o caldo é aquecido a temperaturas de até 120ºC por intervalos de tempo que variam de alguns poucos segundos nos trocadores de calor e aquecedores a horas na clarificação e na evaporação. O caldo aquecido sofre reações de degradação, catalizadas pela temperatura, que resultam em perdas econômicas para a indústria.

O primeiro passo envolvido na degradação térmica da sacorse é sua hidrólise nas hexoses termolábeis glicose e frutose. Em meio ácido o principal produto de degradação é o 5-hidroximetilfurfural (HMF) enquanto que em meio alcalino, pH>9, são formados produtos estáveis, principalmente o ácido lático.

Devido a dificuldades e baixa precisão envolvidos num balanço de massa da sacarose na evaporação, marcadores químicos estáveis presentes no caldo têm sido usados para avaliar a hidrólise da sacarose, principalmente em evaporadores. Daí a busca continua por marcadores no caldo para monitorar as mudanças no fluxo de massa da sacarose com mais exatidão. Os principais marcadores utilizados são o Brix e a glicose na forma de razões Brix/sacarose e glicose/sacarose que são monitorados ao longo da evaporação. Entretanto, o assunto é controverso quanto ao melhor marcador a ser utilizado e a busca por novos e melhores marcadores continua.

Alternativamente, a abordagem cinética é uma ferramenta útil para projetar apropriadamente equipamentos envolvidos nas etapas quentes do processamento do caldo a fim de minimizer ou evitar que os açúcares sofram reações de degradação. Ela é frequentemente utilizada no projeto dos processos térmicos na indústria de alimentos com o objetivo de inativar contaminantes microbiológicos com máxima preservação dos nutrientes com os açúcares, vitaminas, proteínas, etc.

O perfil térmico ou dados de tempo-temperatura é parte integrante e indissociável da abordagem cinética para avaliar a letalidade dos processos térmicos aos nutrientes ou contaminantes.
O esforço para estimar com precisão as perdas de açúcares por degradação térmica durante o processamento do caldo é especialmente importante atualmente devido à tendência atual de incorporação da cogeração de energia elétrica nas Usinas. Consequentemente o consumo de vapor de processo vem sendo reduzido pelo uso de vapor de sangria da evaporação em substituição do vapor de escape. Assim a tecnologia atual de cogeração nas Usinas tem potencialmente dois impactos negativos: i: maior tempo de exposição do caldo a temperaturas elevadas aumentando a degradação térmica dos açúcares e ii: no caso de produção combinada de açúcar e etanol, condição característica brasileira, injeção direta de vapor de sangria nas colunas de destilação, o que contribui para aumentar o volume específico de vinhaça em 2,5 L/L a 3,0 L/L.

Apesar da importância e impacto econômico poucos estudos cinéticos são disponíveis. A principal referência utilizada no setor são as correlações de Vukov (1965) para estimar as taxas de hidrólise da sacarose em função da temperatura, concentração de açúcares, concentração de sais e pH para caldos de cana e beterraba. Este trabalho foi  realizado compilando estensivos dados disponíveis nos anos de 1930 a 1960 de diversos pesquisadores, quando a cromatografia líquida de alta pressão ainda não estava consolidada e portanto baseado em metodologias analíticas inespecíficas para identificação e quantificação dos açúcares.

O objetivo deste artigo é apresentar os resultados da aplicação da cinética de degradação térmica dos açúcares na estimativa das perdas de açúcares desde o decantador até o xarope à saída do último efeito de evaporação.

Jonas Nolasco Junior
Engº Químico, Mestre e Dr. em Ciência de Alimentos
NJ Engenharia e Consultoria em Bioprocessos Ltda
019-99687-1961
Jonas.nolasco.bioetanol@gmail.com