Aula No2 MateriaPrima

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- A. 2 - 
A CANA-DE-AÇÚCAR COMO MATÉRIA-PRIMA:
ASPECTOS GERAIS, CONSTITUIÇÃO MORFOLÓGICA E ANATÔMICA; COMPOSIÇÃO TECNOLÓGICA DA CANA; ASPECTOS DA QUALIDADE DA MATÉRIA-PRIMA E DETERIORAÇÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR
Guia para Iniciação ao Estudo da Agroindústria Sucro-alcooleira
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1. ASPECTOS GERAIS
Cana-de-açúcar  família gramíneas (5000 espécies de plantas)
Classificação:
Reino ............................................	Vegetal
Divisão ..........................................	Espermatófita ou Famerogama
Sub-divisão ...................................	Angiospermae
Classe ............................................	Monocotiledoneae
Ordem ...........................................	Sacotes ou Gramiflores
Família ..........................................	Gramineae
Tribo .............................................	Antropogoneae
Sub-tribo .......................................	Saccharinae
Gênero ..........................................	Saccharum
Espécie .......................................... 	Saccharum officinarum L.
					Saccharum epontaneum L.
					Saccharum robustum Jewiet
queda da fertilidade do solo;
criação de condições físicas desfavoráveis do solo;
efeito acumulativo de moléstias e pragas;
existência de moléstias sem sintomas ou não-identificada;
condições biológicas desfavoráveis no solo.
“Declínio” varietal
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Identificação e distribuição varietal plantadas e cultivadas no Estado SP: :
RB - República do Brasil, PMGCA/UFSCar
SP - São Paulo, Coopersucar
IAC - Instituto Agronômico de Campinas - Safra 2000/01
Principais variedades: RB 72454, SP 70-1143, SP 79-1011, RB 785148, entre outros.
Identificação varietal (Sigla)
	Ex.: RB 72454
Área de plantio (a)
Área cultivada (b)
Sigla da República do Brasil
ano do cruzamento
posição da planta no experimento
Gráfico4
		36.4
		56.6
		0.2
		6.8
Plan1
		36.4		SP		36.4		40.4		SP
		56.6		RB		56.6		47.2		RB
		0.2		IAC		0.2		0.2		IAC
		6.8		outros		6.8		12.2		outros
Plan1
		
Plan2
		
Plan3
		
		
Gráfico5
		40.4
		47.2
		0.2
		12.2
Plan1
		36.4		SP		36.4		40.4		SP
		56.6		RB		56.6		47.2		RB
		0.2		IAC		0.2		0.2		IAC
		6.8		outros		6.8		12.2		outros
Plan1
		0
		0
		0
		0
Plan2
		0
		0
		0
		0
Plan3
		
		
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Porcentagem da área de cultivo da cana no Estado de São Paulo, por variedade.
Fonte: Copersucar (2001)
RB 72 454
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2 - CONSTITUIÇÃO MORFOLÓGICA E ANATÔMICA DA CANA
						 raízes 
cana-de-açúcar	Partes subterrâneas	 rizoma
			Partes Aéreas		inflorescência
						folhas
						colmo
		Figura - Aspecto da formação da touceira de cana-de-açúcar (KING)
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Figura - Desenvolvimento radicular da cana-de-açúcar 
Figura - Regiões componentes do colmo
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Figura - Corte transversal e parcial de um internódio (Van Dillewijn)
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3. COMPONENTES QUÍMICOS E TECNOLÓGICOS
Fibra
9 - 16%
Caldo
84-91%
Celulose
Pentosanas (xilana, arabana, etc.)
Lignina
Água 
75-82%
Sólidos Solúveis
18-25%
Açúcares
15,5 - 24%
não-açúcares
1 - 2,5%
sacarose 14,5 - 24%
glicose 0,2 - 1,0%
frutose 0,0 - 0,5%
orgânicos
0,8 - 1,8%
inorgânicos
0,2 - 0,7%
Aminoácidos
gorduras
ceras
matérias corantes
ácidos, etc.
SiO2
K20
P205
CaO
MgO
Na2O
Fe2O3
SO3
Cl
colmo
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variedade
época do ano (colheita)
tipo de colheita
queima (frio/quente)
carregamento/transporte
condição edafoclimática
entre outros.
Composição
(varia)
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4. INTERPRETAÇÃO DA QUALIDADE TECNOLÓGICA DA CANA “ÓTICA INDUSTRIAL”
O que a indústria leva em consideração na determinação da qualidade da matéria-prima:
Teor da fibra: quantitativo e qualitativo  rendimento e qualidade;
pH do caldo: reflete o grau de contaminação ( + contagem de microrganismos)
Teor da matéria estranha: impurezas (mineral e vegetal)  fonte de inoculo;
Teor de sacarose: pol;
Teor de sólidos solúveis: °Brix.
Açúcares redutores: glicose + frutose  inversão da sacarose;
Teor e natureza das cinzas: K, Na, Ca, Mg, Mn, Co, P2O5, ...etc.;
Teor e forma de materiais nitrogenados: albuminóides, aminoácidos, amidas, etc..
Gorduras e ceras: incrustações nos cristais;
Substâncias pécticas, gomas e mucilagens: viscosidade
Amido no caldo: geleifica
Pureza do caldo: relação entre Pol./ Brix
Umidade da cana: 69 - 72%
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5 - FATORES INFLUENTES NA QUALIDADE TECNOLÓGICA DA CANA.
		(a) Maturação
		(b) Matéria Estranha
		(c) Deteriorações (alterações)
		(d) Armazenamento
Qualidade
da MP 
vs.. 
Fatores
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(a) Maturação	quanto ao início
		quanto a riqueza em açúcar
		quanto ao PUI
Fig.. - Comportamento das variedades de cana
 
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Fonte: Copersucar /
Fernandes, 1977.
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Fonte: Fernandes (IAA)
B
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Ciclo de cana-de-açúcar variações climáticas da região centro sul
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Fases
corte-carregamento
Impurezas
(trash)
5 a 14%
 Fatores
Perdas
1 a 2% de pol
Orgânico (vegetal)
3 a 7%
Mineral
5 a 8%
chuvas
umidade e textura do solo
tipo de colheita e queima
equipamentos/carregamento/ colhedora
declividade do terreno
 lavagem
 moagem
 purificação
Pontas
Folhas
Chupões
Raízes (arrancadas)
Pedaços de madeira
Solo (aderido às raízes/solto)
Pedras/ areia/ poeira
pedaços de metal
Mat. prima + trash
fermentação
destilação
álcool
 Fibra
 umidade % bagaço
 vapor
 Preparo
 área evaporante
evaporação
cristalização
açúcar
 ácidos orgânicos 
 (trans-acomitico)
 poder tampão
 consumo na caleagem
(b) Matéria Estranha
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(c) Deteriorações
(d) Armazenamento (manejo)
	cana  matéria-prima deteriorável
 				colheita / moagem
		
							maximo. 48h
Fisiológicas: respiração, ressecamento, 		 brotamento e florescimento
Tecnológicas: 	manejo
		condição do cultivo
Microbiológicas:		Leuconostoc
			Colletotrichum
			Pleocyta
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C.1. Deteriorações Fisiológicas: 
(1) Respiração:
colmo cortado		respiração		consumo de energia
C6H12O6		CO2 + H2O + E
C12H12O11 + H2O		2C6H12O6	2CO2 +2H2O + E
MENOR PRODUÇÃO
- Taxa de inversão: proporcional ao tempo de armazenamento após o corte, em função de: tºC, acidez do caldo e invertase.
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Figuras - Efeito do tempo de espera sobre a remuneração da matéria prima, em
CB41-14, em relação à referência de 24 horas, em %. (Silva et al., 1994).
Tempo de espera após o corte, em horas
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(2) Ressecamento  Transpiração do colmo
- perda de peso = 11% em 8 dias e 17% em 10 dias
-  aumento do teor de fibra
 dificuldades na moagem < extração de sacarose
				 > perdas de sacarose no bagaço
- O comportamento da cana durante o período de armazenamento
	-  do Brix
	-  aumento dos açúcares redutores
	-  da acidez sulfúrica
	-  do teor de sacarose
	-  da pureza
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 (3) Florescimento
O florescimento inicia com a indução do meristema apical que se modifica, deixando de produzir folhas e colmos, passando a formar a inflorescência (4 a 5 semanas)
Cana florescida
Colmo sem indução
ao florescimento
Colmo c/ os primórdios
florais (induzido)
Níveis crescentes de isoporização
Fonte: Boletim Copersucar
(Nunes Jr., et al., 1983)
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Florescimento varia com material genético e de região para região.
Fatores principais indutivos de “gema floral”:
 variedade e o fotoperíodo intermediário (11h30mim a 12 horas sem luz - 2 a 3 semanas); 
 São Paulo: 25 Fev a 20 Março (PEREIRA, 1985):
 L = 1,263 - 0,06764.X1 - 0,02296.X2, onde: 
 X1 = númerode dias com temperatura mínima >= 18ºC e 
 X2 = número de dias com temperatura máxima <= 31ºC. Se L < 0  floresce
Período floral reduz a auxinas - da indução ao aparecimento 2 meses. 
Estresse hídrico no período indutivo  reduz florescimento
Efeito na qualidade da MP: perdas de peso e de sacarose (intensidade da isoporização)
 
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C.2. Deteriorações Tecnológicas
causadas durante o manejo da cana  favorece a det. microbiológicas
principal fator: matéria estranha
associadas à 	
têm com conseqüências	
(1) A “cana Bis”, deixar a cana em pé de uma safra para outra, não chega a ser uma deterioração tecnológica, mas afeta a sua qualidade:
maiores pol, fibra e cinzas na cana;
memores acidez e gomas. 
- condições climáticas (geada, seca, etc)
- operações unitárias (queima, sistema de corte, altura do desponte, carregamento, cana bis, etc).
- teor de fibra
- desgaste dos equipamentos
- problemas na condução do processo de fabricação
Fonte: Cesar (1970)
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(2) Geada:
O processo de geada ocorre pela dilatação da água componente dos tecidos celulares que, ao se congelar, rompe os tecidos, mata a gema apical e detém o crescimento da cana.
Os danos da geada é função do clima: antes, durante e depois 			< intensidade e duração >
Canavial em formação afetada pela geada
Morte dos tecidos da gema apical devido à geada – efeito da presença de água em partes da planta com baixo teor de sólidos (ponto de congelamento).
Fonte: Boletim Copersucar,1982.
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Formação de brotos laterais 
Defesa: acúmulo de frutanas no vacúolo
Incidência de temperatura:
Comportamento das variedades SP70-1143 e SP70-3370 quanto ao açúcar teórico recuperável (kg/t cana) após a geada de 1981.
Área afetada pela geada após a queima
2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
Morte de gema apical
Morte de gema lateral
Fonte: Boletim Copersucar,1982.
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C.3. Deteriorações microbiológicas
Desenvolvimento de microrganismos
Produtos resultantes de microrganismos  ácidos e gomos
Caldo de cana  ótimo substrato p/ crescimento de microrganismos
	 nutrientes	
	  devido			
 atividade de água
			pH
			temperatura
(carboidratos, sais minerais, aminoácidos, etc.)
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PRINCIPAIS CONTAMINAÇÕES
(1) Leuconostoc mesenteroides
- fácil identificação  produz substância goma  dextrana
focos
- problemas no processo:
	-  recuperação do açúcar
	-  velocidade de cristalização
	- afeta a granulometria dos cristais
	- contaminação do processo fermentativo
extração: caldo
fermentação
açúcar
pH
t ºC
 aglutina
canjica
 glumos 
 espumas mais persistentes
 Inversão/oxidação
	e
 processo de purificação
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 	Perdas	3Kg de açúcar /TC aumento de viscosidade  15% rend. 								fermentação
			
Bactérias
		gêneros
Cana saudável	
Desenvolvimento de microrganismos  mínimo deixa seco e frio.
		Queima	> desenvolvimento microrgan. - certa ação bacteriostática 	 	(exudação)
		tipo de corte cana inteira - 48hs
			 cana tolete - 6hs
	 perdas após 3 dias	2,5% cana inteira
				5% cana em tolete
Bacillus
Achromobacter
Flavobacterium
Micrococcus
Escherichia coli
Leuconostoc mesenteroids e dextranium
Aerobacter
104  108 bact./grama
103  104 fungos
até ± 4 dias cresce (pH limite 4,8)
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Metabólicos produzidos (impactos):
perdas de rendimento e inibição da levedura;
reduz a viabilidade do fermento (diminui a % fermento no vinho);
clarificação - temperatura de 100 a 105°C: elimina células vegetativas, esporuladas e bact. formadoras de dextrana (50% remoção);
Floculação  relação cél. levedura/ célula de bactérias
Açúcar:
velocidade de cristalização;
qualidade do açúcar;
granulometria do açúcar-agulha;
maiores perdas de açúcar;
incrustações de elementos de aquecimento.
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Fig. A - Evolução da intensidade de broca medida pela porcentagem de internódios perfurados, ou seja, desconsidera as podridões causadas por Fusarium subglutinans e/ou Colletotrichum falcatum.
Fonte: Matsuoka - PGMG (2000)
Fig. B - Evolução da severidade do CBP medida pela porcentagem de volume do internódio que está afetada, ou seja, estima o volume de tecido internodal efetivamente afetado pelos fungos Fusarium subglutinans e/ou Colletotrichum falcatum.
(2) Complexo Broca-Podridões
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(3) Podridão-da-casca
Figura. Perdas na produção e na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar var. RB785148 em diferentes níveis de incidência da Podridão-da-casca (Pleocyto).
Fonte: Matsuoka - PGMG (2000)
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Fig. - Cinética da formação microbiológica de polissacarídeos,
dextrana e oligossacarídeos no caldo de cana deteriorada.(Ravelo et al, 1991)
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PARÂMETROS DE QUALIDADE:
			
				Usuais			Não Usuais
 simples
 - pol
- pureza
- Aç. redutores
- pH
- acidez. total
	 complexos
- polissacarideos
- materia estranha
- acidez volátil.
- oligossacacideos
CANA QUEIMADA	 X	CANA CRUA
Maior de Brix
Maior teor de Açucares redutores
Infecção mais
demorada
Depois de instalada,
é mais severa
CORTADA	EM PÉ 
 1,84%		4,92%
Queda da pol %
10 dias
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QUADRO 2 . DETERIORAÇÃO DA CANA EM FUNÇÃO DE VÁRIOS TEMPOS APÓS A QUEIMA/CORTE NA REGIÃO NORTE
Fonte: IAA/PLANALSUCAR (1983)
		- Tempo de Armazenamento - 				
O h
48 h
240 h
QP1
QC2
QP1
QC2
QP1
QC2
Perda do peso (%)
.....
0.00
......
8.93
....
20.76
Caldo extraído (%)
69.14
87.90
67.69
88.02
71.26
62.40
Brix do caldo (%)
20.37
20.80
19.13
21.93
78.70
24.20
Pol do caldo (%)
19.01
19.04
17.49
20.05
13.72
18.92
Pol da Cana (%)
16.36
16.33
14.92
17.12
11.81
16.88
Fibra da Cana (%)
13.97
14.26
14.70
14.63
13.94
17.10
Pureza (%)
93.30
92.43
91.41
91.38
73.33
78.21
AR do caldo (%)
0.28
0.30
0.43
0.64
2.74
2.93
AR da cana (%)
0.22
0.24
0.34
0.42
2.19
2.21
ART (s/100 m1)
18.39
18:86
18.70
19.69
17.74
24.17
Acidez (ml NaOH 0,1 N/100 ml) 
 0.15
 0.18
 0.30
 0.28
 1.79 
 0.44
pH
 5.41
 5.37
 5.28
 5.24
 3.76
 4.66
QP1 = cana queimada, mantida em pé
QC2 = cana queimada e cortada
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Efeito da cana e do Processo na Qualidade do Açúcar