Cana
Qualidade de matéria-prima
Autores
Fábio Cesar da Silva - Embrapa Agricultura Digital
Carlos Eduardo Freitas Vian - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq)
Marco Antônio Azeredo Cesar - Instituto Uniemp
Dentre as opções atuais de biomassa para fins energéticos, a cana-de-açúcar constitui-se, no Brasil, a matéria-prima básica para três importantes agroindústrias: do açúcar, do álcool etílico e da geração de energia elétrica. Desta forma, o bagaço em excesso pode ser utilizado como material básico para outras indústrias, ou mesmo na geração de energia elétrica.
Deve ser salientado que, do ponto de vista teórico, qualquer produto que contenha carboidratos transformados em álcool etílico ou açúcar, tais como: sacarose, glicose, frutose, amido, celulose, etc., pode servir como matéria-prima para produção de álcool. Entretanto, para a sua utilização industrial, é imprescindível que algumas condições fundamentais sejam preenchidas (Silva et al., 2003, 2015), tais como:
• Teor elevado de carboidratos na matéria-prima;
• Preço baixo da matéria-prima, em relação ao seu teor de carboidrato;
• Viabilidade do custo de transformação da matéria-prima em álcool;
• Disponibilidade da matéria-prima e possibilidade de expansão da área de cultivo;
• Balanço energético positivo.
Como se pode verificar pelas condições necessárias, a cana-de-açúcar e outra matéria-prima podem preencher todos esses requisitos.
A primeira prática na chegada da unidade e a pesagem do caminhão, cuja finalidade da pesagem da cana é para atender as necessidades de controle por parte do setor agrícola, além, evidentemente, de enviar seus dados de peso e análise da matéria prima para os fornecedores dessa matéria prima fornecida à usina. Como esses dados são calculados os preços da matéria prima e lançados na planilha econômico-financeira de cada fornecedor para efeito de pagamento.
Antes, a qualidade da cana-de-açúcar era determinada exclusivamente pela sacarose aparente (POL). Atualmente, há uma definição mais completa que engloba as características físico-químicas e microbiológicas dessa matéria-prima, que podem afetar, significativamente, a recuperação deste açúcar na fábrica e a qualidade do produto final.
Dois tipos de fatores afetam a qualidade da matéria-prima destinada à indústria:
• Fatores intrínsecos: relacionados à composição da cana (teores de sacarose, açúcares redutores, fibras, compostos fenólicos, amido, ácido aconítico e minerais), sendo estes afetados pela variedade da cana, variações de clima (temperatura, umidade relativa do ar, chuva), solo e tratos culturais;
• Fatores extrínsecos: relacionados a materiais estranhos ao colmo (terra, pedra, restos de cultura, plantas invasoras) ou compostos produzidos por microrganismos devido à sua ação sobre os açúcares do colmo.
Para avaliar corretamente a qualidade da matéria-prima, é preciso considerar dois aspectos: a riqueza da cana em açúcares e o potencial de recuperação dos açúcares da cana. A Figura 1 ilustra a amostragem de cana por sonda oblíqua no caminhão para avaliação da sua qualidade. Desta forma, existe uma série de indicadores que permitem avaliar tanto a riqueza da cana como a qualidade da mesma para a recuperação dos açúcares.
| Foto: Raffaella Rossetto. |
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| Figura 1. Amostragem de cana para avaliação da qualidade. |
A Tabela 1 apresenta os principais indicadores da qualidade da cana, bem como os valores recomendados por Ripoli e Ripoli (2004).
| Tabela 1. Indicadores da qualidade e valores recomendados para a cana-de-açúcar. |
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| Fonte: Silva et al. (2018). |
A operação da prensa hidráulica em um sistema de pagamento de cana por teor de sacarose (PCTS) envolve a extração do caldo da cana-de-açúcar para análise em laboratório e pesado o bolo úmido (PBU) após prensagem. Essa extração utiliza a prensa hidráulica para obter uma amostra do caldo, que é então analisada para determinar o teor de sacarose e de sólidos solúveis (Brix), o que determina o valor a ser pago ao produtor.
Os principais fatores relacionados à qualidade da cana-de-açúcar são medidos a POL, Brix e a fibra da cana será estimada pelo peso do bolo úmido (PBU) que sai da prensa hidráulica. A partir desses resultados são calculados a pureza, açúcares redutores totais (ATR) na cana, teor de açúcares redutores, percentagem de fibra e tempo de queima e corte. Abaixo, seguem as definições desses indicadores.
POL: teor de sacarose aparente na cana. Para a indústria canavieira, quanto mais elevados os teores de sacarose, melhor.
Pureza: é determinada pela relação POL/Brix x 100. Quanto maior a pureza da cana, melhor a qualidade da matéria-prima para se recuperar açúcar. Todas as substâncias que apresentam atividade óptica podem interferir na POL, como açúcares redutores (glicose e frutose), polissacarídeos e algumas proteínas.
Açúcares Redutores Totais (ATR): indicador que representa a quantidade total de açúcares da cana (sacarose, glicose e frutose). O ATR é determinado pela relação POL/0,95 mais o teor de açúcares redutores. A concentração de açúcares na cana varia, em geral, dentro da faixa de 13 a 17,5%. Entretanto, é importante lembrar que canas muito ricas e com baixa percentagem de fibras estão mais sujeitas a danos físicos e ataque de pragas e microrganismos. Delgado et al. (2019) relatam estudos que mostram a deterioração da cana nas primeiras 14h, sendo que 93% das perdas de sacarose foram devidas à ação de microrganismos, 5,7% por reações enzimáticas e 1,3% por reações químicas, resultantes da acidez.
Açúcares redutores (AR): é a quantidade de glicose e de frutose presentes na cana, que afetam diretamente a sua pureza, já que refletem em uma menor eficiência na recuperação da sacarose pela fábrica.
Porcentagem da fibra da cana: reflete na eficiência da extração da moenda, ou seja, quanto mais alta a fibra da cana, menor será a eficiência de extração. Por outro lado, é necessário considerar que variedades de cana com baixos teores de fibra são mais susceptíveis a danos mecânicos ocasionados no corte e transporte, o que favorece a contaminação e as perdas na indústria. Quando a cana está com a fibra baixa ela também se quebra com o vento, o que a faz perder mais açúcar na água de lavagem.
Tempo de queima/corte: é o tempo entre a queima do canavial e a sua moagem na indústria (no caso da colheita manual) ou o tempo entre o corte mecanizado e a moagem. Quanto menor o tempo entre a queima/corte da cana e a moagem, menor será o efeito de atividades microbianas nos colmos que ocorrem e melhor será a qualidade da matéria-prima entregue à indústria. Além de afetar a eficiência dos processos de produção de açúcar e álcool, o tempo de queima/corte também afeta a qualidade dos produtos finais e o desempenho dos processos.
Planejamento de variedade de cana na colheita na safra: observa-se o florescimento, o período útil industrial (PUI) e a precocidade da cultivar (maturidade).
Florescimento: é um fator desejável quando o objetivo é o melhoramento genético, mas considerado prejudicial para uma lavoura comercial, por reduzir o teor de açúcar, o peso e por elevar a porcentagem de fibra nos colmos. A indução floral só ocorre em condições especiais de temperatura e fotoperíodo. Quanto à intensidade do processo, verifica-se que maior precipitação pluvial durante o período indutivo intensifica o florescimento.
Quanto às variedades que, após o florescimento, sofrem chochamento ou isoporização com maior ou menor intensidade, perdendo peso e causando problemas na extração. Essa cana possui menor quantidade de caldo que, ao ser extraído, contém muita fibrila em suspensão, prejudicando o produto final.
Maturidade e PUI da variedade:
As variedades de cana podem ser classificadas como: a) precoces, médias e tardias, com base na época de maturação; b) ricas, médias e pobres, com base na riqueza de sacarose no caldo; e c) longo, médio e curto, com base no PUI ou período em que permanece em condições adequadas de industrialização, o que será detalhado mais adiante.
Na Figura 2, constata-se que as variedades precoces e ricas em sacarose alcançam, logo no início da safra, valores da ordem de 13% de sacarose e possuem um PUI longo, isto é, durante muitos meses (acima de 150 dias). Entretanto, ao longo da safra, a riqueza em sacarose supera em muito os 13%.
Figura 2. Comportamento das variedades de cana-de-açúcar em função do PUI.
Fonte: Delgado et al. (2019).
Uma variedade pode ser útil, por algum tempo. Tal variedade apresentava as características desejadas e, com o passar do tempo, tende a ser substituída em virtude do aparecimento de outras variedades mais produtivas ou por sua degenerescência ou declínio, em consequência da perda de resistência às pragas e doenças, adaptação a solos de baixa fertilidade do solo e resultando em redução de produtividade.
Transpiração do colmo: é outra função ativa que consiste na perda de água, ocorrendo a concentração dos elementos sólidos (fibra e Brix), o que aumenta as dificuldades de extração. Entretanto, a transpiração não ocorre como um fenômeno isolado, pois ela é acompanhada de uma umidade favorável ao desenvolvimento de microrganismos e à instalação da deterioração microbiana. Observa-se que essa associação de processos começa a ocorrer 36 h após o corte, permanecendo constantes os teores de sacarose e de açúcares redutores, havendo, em seguida, crescente redução de sacarose e elevação dos açúcares redutores. Portanto, a transpiração dos colmos não é vantajosa, pois aumenta a quantidade de fibras, prejudicando o processamento e a concentração de outros componentes que afetam a industrialização.
Brotamento lateral: é o processo de brotamento das gemas laterais. Ocorre em decorrência de duas condições principais: a morte da gema apical e o tombamento da cana-de-açúcar. A morte ou paralisação do ponteiro apical é causada pelo aparecimento de inflorescência, pela ação da geada, por seca excessiva e pelo carvão. O brotamento das gemas laterais ocorre em virtude da paralisação na produção de ácido indol acético (AIA) na ponta da cana, o que “quebra” a dominância apical sobre as gemas laterais. Em consequência da brotação lateral, há uma redução no teor de açúcar no colmo, pois, para essa atividade, as reservas de sacarose acumulada no parênquima do colmo são solicitadas a fornecer energia para o crescimento.
Deteriorações microbiológicas: é atribuída à ação de deteriorações microbiológicas. O desenvolvimento de microrganismos e o aparecimento de composto de transformação são os responsáveis pelas alterações ocorridas nos colmos. Com a exsudação do caldo dos colmos após a queima, essa solução açucarada envolvente torna-se um meio de cultura adequado ao desenvolvimento de microrganismos, como fungos, leveduras e bactérias, o que ocorre desde a fase de corte. Contudo, independente da exsudação, a contaminação microbiana também ocorre na região exposta dos cortes.
A cana que sofre ação de despalha pelo fogo, antes do corte, apresenta velocidade de deterioração menor do que a observada na cana cortada sem o uso da queima.
Os microrganismos transformam os açúcares em substâncias indesejáveis à industrialização, como ácidos e gomas. O mais conhecido dos microrganismos é o Leuconostoc mesenteroides, de fácil identificação, porque produz uma matéria gelatinosa, a dextrana, que se aglutina formando a canjica.
Tal processo de deterioração microbiológica pode ser acelerado se as condições de armazenamento não forem boas e as condições climáticas também não forem favoráveis. O referido processo pode se agravar mais ainda a ponto de o caldo fermentar no próprio colmo. A consequência mais visível desse processo é o aumento da acidez total, da acidez volátil e do índice pH. O teor de gomas também tende a aumentar.
Deteriorações tecnológicas: considera-se que a matéria-prima ideal para a indústria é a cana composta exclusivamente de colmos recém-cortados e maduros, isentos de pragas, doenças, carga microbiana e matéria estranha. A principal causa de deterioração tecnológica denomina-se matéria estranha, sendo esta influenciada por fatores como o sistema de corte empregado, a altura de desponte do colmo, o uso de cana semi-integral e o carregamento da matéria-prima. As deteriorações tecnológicas são também causadas por fatores adversos à cana, como geada, queima, seca, terra, etc.
A geada de interesse para a cultura da cana é a que mata o ponteiro apical, do que resulta a necrose nos últimos gomos, que entram em deterioração.
A geada, em condições de temperatura e umidade baixas, não provoca grandes transformações na cana. Mas, se chover e a temperatura se elevar, propiciando desenvolvimento de microrganismos, a deterioração é acelerada. Essa mesma ocorrência climática com a morte do ponteiro apical propiciará o brotamento lateral das gemas, com consequentes perdas de açúcar.
Outros fatores que afetam a qualidade da matéria-prima são:
• Temperatura ambiente;
• Freqüência e quantidade de chuvas;
• Umidade relativa do ar;
• Quantidade de terra na cana;
• ÍContaminação da cana por bactérias, fungos e leveduras;
• Teor de álcool no caldo da cana;
• Acidez do caldo, ocasionado por microorganismos;
• Concentração de dextrana, composto formado a partir da hidrólise da sacarose por bactérias, e associada, portanto, à deterioração da cana;
• Concentração de amido na cana;
• Pragas e doenças;
• Índice de Honig-Bogstra, que é um indicador da performance da decantação do caldo;
• Quantidade de palhiço;
• Quantidade de ácido aconítico no caldo.
Importância da qualidade da cana para a eficiência industrial
Nos últimos anos, pesquisas sobre a qualidade da matéria-prima e trabalhos em parceria com usinas e destilarias possibilitaram a descoberta de novos indicadores. A partir das análises de correlação e regressão destes indicadores, tem sido possível dimensionar o impacto da qualidade da matéria-prima sobre o rendimento industrial, sobre as perdas, insumos e qualidade do açúcar produzido.
Baseadas em números, as usinas podem fixar metas e tomar decisões em busca da melhoria dos resultados tanto para a área agrícola como para a industrial. A (Figura 3 apresenta um exemplo de laboratório para análise química da cana-de-açúcar). Sem indicadores e números que orientem as áreas agrícola e industrial, não é possível esperar ganhos reais em desempenho, rendimento e qualidade. Se o objetivo é obter desempenhos elevados e produtos de qualidade estas duas áreas precisam interagir, diuturnamente.
| Foto: Patrícia Cândida Lopes. |
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| Figura 3. Laboratório para análise química da cana-de-açúcar. |
E, à guisa de se produzir uma cana-de-açúcar que satisfaça as condições acima, o planejamento agrícola é um fator de grande importância, e que deve ser adequadamente estruturado. Nos dias atuais, é inadmissível falar-se em cana-de-açúcar apenas do ponto de vista agrícola. Deve-se ter em mente uma adequação desta em rentabilidade industrial, em açúcar, álcool e eletricidade, o que permite um funcionamento racional e econômico da empresa.
Referências
RIPOLI, T. C. C.; RIPOLI, M. L. C. Biomassa de cana-de-açúcar: colheita, energia e ambiente. Piracicaba: Barros & Marques Editoração Eletrônica, 2004. 302 p.
SILVA, F. C. da; CESAR, M. A. A.; SILVA, C. A. B. da (ed.). Pequenas indústrias rurais de cana-de-açúcar: melado, rapadura e açúcar mascavo. Brasília, DF: Embrapa Informação Tecnológica, 2003. 155 p.
SILVA, F. C. da; CESAR, M. A. A.; SILVA, C. A. B. da (ed.). Pequenas indústrias rurais de cana-de-açúcar: melado, rapadura e açúcar mascavo. 2. ed. rev. e ampl. Brasília, DF: Embrapa, 2018. 176 p.
SILVA, F. C. da; CESAR, M. A. A.; PARAZZI, C.; SILVA, E. R. da; TANAKA, E. M.; ARDILLES, E. H.. Influência do tempo decorrido após queima/corte/transporte sobre as características agrotecnológicas da cana-de-açúcar. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, DF, v. 29, n. 4, p. 561-570, 1994.
SILVA, F. C. da; MUTTON, M. J. R.; CESAR, M. A. A. Qualidade da cana-de-açúcar como matéria-prima. In: SILVA, F. C. da; ALVES, B. J. R.; FREITAS, P. L. de (ed.). Sistema de produção mecanizada da cana-de-açúcar integrada à produção de energia e alimentos. Brasília, DF: Embrapa, 2015, v. 1, pt. 2, cap. 5. p. 288-359.