Componentes varietais importantes para processamento José Paulo Stupiello AFOCAPI-COPLACANA/STAB - Piracicaba 2015

Introdução Meta: produtos de qualidade a baixos custos Convicção: produtores de açúcares (açúcar e álcool) e energia Determinação econômica: aumentar produtividade e a qualidade Competitividade qualidade dos produtos e preços viabilidade econômica da agroindústria Rentabilidade  rendimentos  eficiências e custos

Introdução Principal “insumo” do processamento: variedade de cana-de-açúcar; programas de melhoramento; comentários sobre qualidade de cana e não de matéria-prima. A melhoria da qualidade da materia prima é o mais importante e simples fator de maximização da rentabilidade da agroindústria sucroenergética “Cana boa, matéria-prima comprometida”

Qualidade da Cana-de-Açúcar Conceito conservador: componentes brix, pol, fibra e ATR; Conceito avançado: componentes estruturais: água, pol, fibra, amido, fósforo, compostos fenólicos, ácidos orgânicos, cinzas, polissacarideos e oliogossacarideos; “Relações” importantes: purezas, relação açúcares redutores/cinzas, ART

Composição média de colmo maduro Componentes estruturais originários da planta Fonte: Stupiello, 2006

Tabela – Componentes agroindustriais Variedade Ano Fibra % cana Pureza Pol cana AR caldo Cinzas % P2O5 mg/L Potássio mg/L Polissac. totais ppm % brix Amido ppm % brix Compostos fenólicos mg/L AR/ Cinzas Pureza mínima esperada melaço CP65-357 1998 13,9 88,4 15,13 0,35 0,96 663   752 91 0,36 39,8 1999 11,5 89,9 15,48 0,14 0,85 535 1.679 9,516 1.158 0,16 44,4 2000 11,0 88,3 15,02 0,33 0,75 304 2.596 7,744 839 2.386 0,44 38,7 LCP85-384 15,5 90,6 16,91 0,23 0,52 237 644 59 92,5 16,56 0,21 0,53 368 1.157 12,110 1.543 0,40 39,3 10,8 91,2 15,32 0,37 0,50 216 1.713 6,724 1.003 2.272 0,74 35,7 LCP85-376 14,1 89,5 16,31 0,26 415 823 64 40,0 11,9 15,96 0,13 651 1.950 12,935 2.495 0,15 44,8 11,1 88,0 15,97 0,29 390 1.927 11,273 1.371 2.016 0,39 39,4 Fonte: Diez, 2005

Componentes de Qualidade da Cana-de-Açúcar Essenciais: pol e fibra Principais complementares: florescimento fósforo inorgânico ácidos orgânicos polissacarideos oligossacarideos amido compostos fenólicos cinzas As inter-relações destes fatores determinam, dentro de uma variabilidade controlada, o desempenho setorial dos processos para alcançar altas eficiências, rendimento e qualidade de produtos

Pol Cana Principais fatores que influenciam: Variedades: período de processamento → precoces, médias e tardias (ricas, médias e pobres) Nutrição: elementos de crescimento (nitrogenio, fosforo, ... Tratos culturais: aplicação de vinhaça Maturação: natural e induzida ( uso de produtos)

Fibra % Cana Principais fatores que influenciam: variedades: sucroalcooleiras e energéticas condições climáticas: estresses hidricos estádio de maturação idade em meses

Fonte: Larrahondo; Villegas, 1995

Florescimento Efeitos caracteristica varietal condições climáticas: fotoperiodismo, temperatura e umidade Efeitos perda de açúcares perda de produtividade chochamento perda de capacidade de moagem (densidade da cana)

Fósforo Fatores que influenciam Fósforo tem papel importante: fabricação do açúcar e do álcool. Fósforo total: 90 % inorgânico (clarificação do caldo e fermentação) 10 % orgânico Fatores que influenciam variedade: refratárias; sistema radicular nutrição: fontes de fosforo tratos culturais: vinhaça e torta de filtro

CP72-2086 Fonte: Azañon, 2014

CG98-78 Fonte: Azañon, 2014

Fósforo Efeitos: Fabricação de Açúcar clarificação (formação de composto insolúvel) teores recomendados: açúcar branco > 170 200 ppm açúcar bruto > 200 – 250 ppm melhor clarificação → fósforo natural (campo) relação importante Fabricação do álcool importante elemento energético ; sem fósforo não há fermentação alcoólica.

Relação de Bogstra boa clarificação são determinantes: sílica, sesquióxidos ( ferro e aluminio) e insolúveis em ácido clorídrico; Relação Bogstra= teor de fosfato SiO2 + sesquióxidos + insolúveis HCl Rbogstra < 0,15 muito pobre ( volume de lodo alto); Rbogstra 0,15 a 0,25 clarificação regular (caldo não brilhante); Rbogstra > 0,25 boa clarificação (lodo denso e caldo brilhante)

Ácidos orgânicos Comportamento: componentes normais da cana-de -açúcar Desenvolvimento vegetativo  alto teor maturação → baixo teor Fertirrigação  alto Correlação do ácido aconítico com potássio Principais ácidos orgânicos presentes na cana-de-açúcar: aconíticos (trans e cis); málico; oxálico lático acético succinico glicólico e outros Nota: ácido aconitico → ação moderadora do pH, regular a acidez do caldo (seiva)

Fonte: Celestine Myrtill, 1990

Tabela – Resultados de análises de ácidos orgânicos do caldo (mg/kg), por cromatografia líquida, de amostras de cana-de-açúcar irrigada (I) e não irrigada (NI) com vinhaça (Variedade: SP79-1011) Amostra Oxálico C-Aconit Maléico T-Aconit Succínico Lático Itacônico Fórmico Acético Fumárico Ponta NI 200 23 <3 2600 88 <300 <1 <180 Colmo NI 230 11 1600 37 Ponta I 270 38 3200 75 Colmo I 220 19 2100 27 Fonte: Usina Ester, 1998

Figura – Dependência do teor de ácido aconítico em função do potássio do caldo Fonte: Casanova;Musienko, 1981

Ácidos orgânicos Efeitos no processamento: Ácido fosfórico versus ácido aconítico; Incrustações; Sais de cálcio; Cinzas do açúcar (calcio) Formação de flocos (?)

Amido Componente normal da cana-de-açúcar elemento de reserva energética Comportamento: Varietal distribuição em toda a planta Relação fósforo/amido Desenvolvimento vegetativo → menor Maturação → aumenta Condições estresses (irrigação, potássio); geada Colheita mecanizada (pontas)

Tabela – Resultados do teor de amido (média de 04 safras) Variedade Amido (ppm no Brix) CP 53-357 506 CP 70-321 275 CP 72-356 733 CP 72-370 1460 CP 74-383 611 CP 76-331 647 CP 79-318 986 CP 82-551 450 LCP 82-89 566 NCo 310 423 Média 666 Fonte: Godshall et al., 1996.

Tabela – Resultados do teor de polisscarideos totais (média de 4 safras) Variedade CP 53-357 CP 70-321 CP 72-356 CP 72-370 CP 74-383 CP 76-331 CP 79-318 CP 82-551 LCP 82-89 NCo 310 Média Polissacarídeos totais (ppm no Brix) 2148 1455 2469 3234 1931 1876 2577 1657 2161 1901 2139 Fonte: Godshall et al., 1996.

Fonte: Larrohondo, 1996

Amido Partes NCo310 F-134 F-108 PT51-11 H44-3098 Ponta 754 265 268 - Tabela -Distribuição do amido em variedades de cana-de-açúcar (ppm) Partes NCo310 F-134 F-108 PT51-11 H44-3098 Ponta 754 265 268 - 533 Colmo 175 71 74 69 86 Nós 388 158 117 153 334 Pé 176 34 97 72 148 Fonte:

Fonte: Centro de Tecnologia Copersucar

Efeitos no Processamento Amido Efeitos no Processamento aumento da viscosidade (granulos gelatinosos -aquecimento); Clarificação ( redução de 20%); Cristalização (alta viscosidade;consumo de vapor...) Centrifugação (maior recirculação de açúcar por dissolução); presença nos cristais (incorporação progressiva): redução de efeitos emprego de enzimas problemas de filtrabilidade.

Fonte: Lineback, 1986

Compostos Fenólicos Componente normal da cana-de-açúcar Componentes simples e complexos Flavonóides: antocianinas , flavonóis, catequinas, chalconas e flavonas Expressão Classe clorogênico, equivalente em ácido cafeíco, cúmarico

Compostos Fenólicos Antocianinas: consideradas quimicamente como glucídeos, solúveis em água e em soluções de açúcar; presentes na casca de variedade de cana-de-açúcar; em soluções de hidróxido de sódio apresentam cor vermelha e violeta, com a caleagem mudam a cor para verde escura; antocianinas são precipitadas em soluções fortemente alcalinas; são incolores pela ação do anidrido sulfuroso, mas a cor retorna no cozimento.

Tabela–Resultados do teor de proantocianina em cana-de-açúcar (média de 4 safras) Variedade Proantocianina(A485. 1000) CP 53-357 40 CP 70-321 15 CP 72-356 34 CP 72-370 65 CP 74-383 10 CP 76-331 59 CP 79-318 20 CP 82-551 31 LCP 82-89 22 NCo 310 27 Média 32 Fonte: Godshall et al., 1996.

Compostos Fenólicos Fatores que influenciam: idade variedade idade condições climáticas: estresse hídrico distribuição na planta: maior nas pontas

Figura – Variação de alguns componentes do caldo com a idade Fonte: Larrohondo, 1996

Média equivalente em ácido cafeíco Tabela – Concentração de compostos fenólicos mg/mL de caldo em quatro variedade de cana-de-açúcar (média de 4 safras) Variedade Média equivalente em ácido cafeíco CP 65-357 686 CP 70-321 393 CP 74-383 542 Nco 310 499 Média 530 Fonte: Godshall, Legendre, 1988.

Compostos Fenólicos Efeitos: Precursores de cor (compostos coloridos) inibição do processo fermentativo consumo de produtos

RB92579 SP 791011

Comportamento da eficiência fermentativa em função da presença de compostos fenóolicos

Polissacarídeos Conceito: moléculas compostas de longas cadeias ramificadas ou não) de unidades de monossacarídeos Categorias: estruturais  pectinas, celulanas, amido, hemicelulanas, Denominação genérica dos polissacarídeos: gomas Principais estruturais: amido, I.S.P., sakarana e outros

Polissacarídeos Origem: estruturais: originários da planta de cana em pé Celulose, amido, hemicelulose, pentosanas e pectinas; Fatores que influenciam: variedades distribuição na planta: mais alto nas pontas (folhas e cartucho)

Polissacarídeos totais (ppm no Brix) Tabela – Resultados do teor de polissacarídeos totais (média de 4 safras) Variedade Polissacarídeos totais (ppm no Brix) CP 53-357 2148 CP 70-321 1455 CP 72-356 2469 CP 72-370 3234 CP 74-383 1931 CP 76-331 1876 CP 79-318 2577 CP 82-551 1657 LCP 82-89 2161 NCo 310 1901 Média 2139 Fonte: Godshall et al., 1996.

Polissacarídeos Efeitos no procesamento perda de capacidade das fabricas ; aumento de viscosidade dos produtos intermediários; recuperação de sacarose; qualidade dos cristais; inclusão nos cristais (incorporação progressiva) ; contribuem para formação de “flocos” (I.S.P.)

Amido Distribuição do amido nas camadas dos cristais de açúcar bruto (incorporação progressiva) Camada Amido % (peso) Filme de mel na superfície do cristal 0,200 Primeira camada do cristal (35%) 0,071 Segunda camada do cristal (40%) 0,022 Terceira camada do cristal (25%) 0,019 Núcleo central 0,027* *Alta concentração devido a baixa pureza da semente Fonte: Wei Chen, 1968

Oligossacarídeos Definição: é um polímero que contem pequeno numero de monossacarídeos como a glicose ou outro açúcar simples formando uma cadeia de três a dez unidades de monossacarídeos Origens: - entre o corte e prestruturais da cana-de-açúcar - aumentam durante corte e processamento Principais oligossacarídeos:teanderose, cestose, celobiose , kestose.... Efeitos: - principal causa da elongação dos cristais - modificação dos habito dos cristais - esgotamento dos méis

Cinzas Componente normal da cana-de-açúcar inorgânicos da cana-de-açúcar: potassio, sodio, calcio, magnesio, silicio, fosfatos, sulfatos e cloretos. ferro → compostos coloridos Principais fatores que influenciam; Variedades; Solos; Clima efeito de locais Nutrição; Tratos culturais (aplicação de vinhaça); Idade da planta (cana planta > soqueiras);

Fonte: Centro de Tecnologia Copersucar, 1990

Cinzas Efeitos no processamento aumenta a solubilidade da sacarose (fator negativo de cristalização); presença no produto final; relação importante (açúcares redutores/cinzas) melassigênicos → formadores de melaço

Influência da relação açúcares redutores/cinzas F + G Y = 33,9 – 13,4 * log10 C onde, Y = pureza esperada no melaço F = frutose G = glicose C = cinzas Fonte: Stupiello, 2003

Considerações finais os parâmetros atuais de qualidade de cana-de-açúcar não atendem a as necessidades do processamento para conseguir boa recuperação e qualidade do produto a menores custos; as metodologias analiticas para determinação de componentes da cana-de-açúcar estão disponíveis nos centros de pesquisa e de melhoramento; as determinações são simples e deveriam acompanhar os diferentes cortes e diferentes idades da planta; decisão entre produtividade agrícola e problemas no processamento;

Obrigado