Caña de Azúcar Ppales. Constituyentes Qcos. y su Relación con el Proceso Industrial por Jesús E. Larrahondo, Ing. Químico, Ph. D.

La caña de azúcar está constituida por jugo y fibra. La fibra es la parte insoluble en agua y formada principalmente por celulosa, la cual, a su vez, está constituida por azúcares sencillos como glucosa (dextrosa). El contenido porcentual de sólidos (sacarosa, azúcares reductores y otros constituyentes) solubles en agua se denomina comúnmente brix (expresado en porcentaje). La razón porcentual entre la sacarosa en el jugo, y el brix correspondiente se conoce como pureza del jugo. El contenido aparente de sacarosa, expresado como un porcentaje en peso determinado mediante un método polarimétrico, se denomina "pol". Los sólidos solubles diferentes de la sacarosa, que incluyen los azúcares reductores como la glucosa y otras sustancias orgánicas e inorgánicas, se denominan usualmente "no pol" o no sacarosas, los cuales porcentualmente resultan de la diferencia entre el brix y el pol.

En la caña, el agua representa entre 73% y 76%. Los sólidos totales solubles (brix, % caña) varían entre el 10% y 16%, y la fibra (% de caña) oscila entre 11% y 16%. Entre los azúcares más sencillos se encuentran la glucosa y la fructosa (azúcares reductores), que existen en el jugo de cañas maduras en una concentración de entre 1% y 5%. La calidad del azúcar crudo y de otros productos, como el color y el grano (dureza) de la panela, dependen en parte de la proporción de estos azúcares reductores, los cuales cuando aumentan por causa del deterioro o falta de maduración de la planta, pueden producir incrementos en el color y grano defectuoso en la panela (Clarke et al. 1986a).

La cristalización comercial del azúcar (sacarosa) es afectada por otras clases de azúcares, diferentes a la fructosa y a la glucosa, que se encuentran presentes en los jugos. Este grupo de carbohidratos conocidos como oligosacáridos, debido a que están constituidos por mas de dos y menos de 10 unidades de azúcares sencillos (monosacáridos), causan un alargamiento en el eje "C" de la estructura cristalina o sea, alteran el tamaño del cristal de sacarosa. Entre los principales oligosacáridos reconocidos en la caña de azúcar se encuentran: theanderosa, erlosa, gentianosa, cestosa y leucrosa. En Sudáfrica se considera que la formación de otros oligosacáridos depende de la maduración del cultivo y sus niveles incrementan rápidamente con el deterioro de la caña después del corte (SMRI, 1992).

Además de los azúcares presentes en el jugo, existen otros constituyentes químicos de naturaleza orgánica e inorgánica, representados por sales de ácidos orgánicos, minerales, polisacáridos, proteínas y otros no-azúcares (Cuadro 1).

La calidad de los jugos afecta el procesamiento de la caña y la recuperación de la sacarosa en los ingenios; en este sentido se reconoce que algunos polisacáridos como los almidones reducen y dificultan la filtración durante el proceso químico, ya que se incorporan en los cristales del azúcar crudo (Imrice y Tilbury, 1972).

Chen (1968), Imrice y Tilbury (1972) encontraron que el contenido de almidones en los tallos de la planta es una característica varietal, susceptible de ser reducida mediante prácticas agrícolas como el riego y la fertilización con potasio.

Los jugos de la caña de azúcar contienen pequeñas cantidades de almidón, aproximadamente entre 50 y 70 mg/l, en forma de gránulos, los cuales durante la molienda se separan del tejido vegetal y se solubilizan en forma de dos estructuras moleculares: la amilosa y la amilopectina. La amilosa es esencialmente un glucano lineal con enlaces de glucosa α-(1.4) y la amilopectina, aunque es también un glucano, exhibe uniones α-(1.4) asociadas con una estructura altamente ramificada de enlaces α-(1.6). Además de los almidones, se han aislado de los jugos de la caña fresca otros polisacáridos como el I.S.P., identificado en Louisiana (Clarke et al., 1986b), el cual por hidrólisis produce arabinosa, galactosa, glucosa, manosa, xilosa y pequeñas cantidades de rhamnosa. Durante la fase de purificación del I.S.P. es posible detectar también la presencia de otro polisacárido de estructura similar a la amilopectina y al glicógeno, pero de inferior peso molecular, conocido actualmente como el glucano de Robert (Clarke et al., 1986b).

En Colombia existen dos fuentes básicas de colorantes provenientes de la caña: (1) los que se originan en la planta, y (2) los que se forman durante su procesamiento. En los jugos de la planta se encuentran compuestos de carácter fenólico, que pueden ser de naturaleza sencilla o compleja como los flavonoides.

Estos últimos pueden existir en forma libre o como glicósidos unidos a moléculas de azúcar. Algunos fenoles son incoloros dentro de la planta, pero se oxidan o reaccionan con aminas produciendo sustancias coloreadas (Clarke et al., 1986a; SMRI, 1992). Los compuestos coloreados que se forman durante el procesamiento provienen de la descomposición térmica de la sacarosa y de los azúcares reductores (glucosa o fructosa), o se originan en las reacciones de estos carbohidratos con compuestos amino-nitrogenados presentes en la planta (reacciones de Maillard), (Figura 2), produciendo polímeros coloreados denominados melanoidinas (Clarke et al., 1986a).

Como se mencionó antes, los flavonoides son compuestos fenólicos, considerados como los pigmentos naturales vegetales de mayor importancia en la caña de azúcar por su utilidad como marcadores bioquímicos en taxonomía vegetal (Smith y Paton, 1985) y por sus propiedades químicas en el proceso azucarero. En el género Saccharum se conocen cinco clases de flavonoides: antocianinas, catequinas, chalconas, flavonoles y flavonas, que poseen todos una estructura común C₆ C₃ C₆ con dos anillos aromáticos de carácter fenólico designados A y B, tal como se muestra en la Figura 3.

Abernethy y Aitken (1986) encontraron que los niveles de precursores de color (amino-nitrógenos y fenoles) o materiales pigmentados en los jugos, se relacionan con la variedad. Asimismo, Lionnet (1986) considera que un déficit o estrés de humedad puede incrementar el contenido de cuerpos coloreados, especialmente de amino-nitrógenos.

Los flavonoides tienen una alta solubilidad en agua y se extraen de los tallos durante la etapa de maceración en los molinos. El grupo de las antocianinas está constituido por pigmentos catiónicos cuyo color se torna oscuro cuando el pH disminuye, pero se descomponen fácilmente a pH 7.0 durante la clarificación y el calentamiento, originando un glicósido de coumarina incoloro (Figura 4).

Las flavonas derivadas del tricino, el luteolino y el apigenino, constituyen otra clase de flavonoides de importancia en la caña de azúcar. Estos compuestos son colorantes de carácter ligeramente ácido y existen en forma no ionizada a pH bajo. A diferencia de las antocianinas, las flavonas persisten durante la etapa de clarificación, siendo estables en un medio alcalino lo cual explica, al menos en un 30%, el color del azúcar crudo a pH 7.0. En general, la contribución de los flavonoides al color de los cristales de sacarosa se incrementa rápidamente entre pH 7.0 y 9.0 (Smith y Paton, 1985).

Ref: Jesús E. Larrahondo
Ing. Químico, Ph. D., Jefe del Programa de Fábrica de CENICAÑA