Maíz. Cadena de Valor Agregado. Ediciones Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Alternativas de transformación e industrialización

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1 Actualización Técnica Nº 54 Julio Maíz Cadena de Valor Agregado Alternativas de transformación e industrialización Ediciones Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria

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3 RANKING SEGÚN CONSUMIDO/ PRODUCIDO PAISES La cosecha de maíz del ciclo 2009/10 de Argentina fue de 22,5 millones de toneladas, con un rendimiento promedio de 8200 kg./ha. En este ciclo se sembraron ha. de maíz destinadas a cosecha de grano. Si tomamos como promedio las últimas cuatro campañas de maíz a nivel mundial, Argentina es el sexto mayor productor de maíz del mundo, pero ocupa el número 14 en relación consumido/producido de cada país, con tan solo 33 % de consumo, cifra inferior al resto de los países productores en los cuales tienen más de 62 % de consumo de maíz. Este bajo porcentaje de utilización de Argentina del propio maíz producido, puede deberse a 2 motivos: 1. Que Argentina produce mucho grano en relación a su número de habitantes. 2. Que Argentina le da poco valor agregado a sus granos. Fuente: Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA). Producción Mundial de maíz por país (en miles de Tn.) 2006/ / / /10 TOTALES PROMEDIO POR CAMPAÑA DEL 2006 AL 2010 Consumo de maíz PROMEDIO POR CAMPAÑA DEL 2006 AL 2010 PORCENTAJE CONSUMIDO DE LO PRODUCIDO 1 Egypt , ,00 % 2 Mexico ,63 % 3 Canada , ,5 119,33 % 4 EU , ,45 % 5 Indonesia , ,45 % 6 Philippines , ,43 % 7 Nigeria , ,5 98,78 % 8 China ,35 % 9 India , ,51 % 10 United States , ,95 % South 11 Africa , ,35 % 12 Brazil ,16 % 13 Ukraine ,5 62,61 % 14 Argentina , ,16 % Ing. Agr. Fernando Ustarroz INTA PRECOP II, con datos del USDA. Si bien Argentina produce mucho maíz por habitante 511,32 kg/habitante/año, cuando lo comparamos con EE.UU. que produce 998,30 kg/habitante/año, queda evidente que EE. UU. produce el doble de maíz per cápita que Argentina, lo que ocurre es que Argentina exporta el 67 % del maíz producido como grano (Commodity), frente a EE. UU. que solo exporta el 16 % como grano (Commodity), el resto lo industrializa y/o lo transforma en carne, huevo, Leche, etanol, bioplásticos y en otros productos que derivan de la cadena de valor agregado del maíz. Para que Argentina Equipare a EE UU en consumo de maíz per capita, se requieren 26,8 millones de tn adicionales de maíz, que para el rendimiento promedio de las últimas cuatro campañas de Argentina significarían un incremento de 3,8 millones de ha manteniendo las exportaciones actuales. Con este razonamiento no se pretende otra cosa más que poner en consideración el potencial que presenta Argentina para agregar valor a los granos de maíz y con ello generar mayor calidad de empleo en origen y también la posibilidad de incrementar el área de siembra, mejorando la sustentabilidad de la producción agrícola, donde hoy el 67 % es soja. Ing. Agr. Fernando Ustarroz, INTA Manfredi, Proyecto PRECOP II INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 3

4 El siguiente esquema, es el propuesto por el INTA (Proyecto PRECOP II) donde se puede apreciar la metodología de integración vertical del productor agropecuario desde la siembra, cosecha, almacenaje, industrialización primaria, transformación, industrialización de segundo orden, transporte con cadena de frío, logística de abastecimiento de góndolas y comercialización en el mercado interno e internacional.

5 Este modelo de integración vertical de la producción agropecuaria, muestra el Agregando de Valor en Origen a la producción primaria (granos, leche, carne, etc.), mediante su transformación en los distintos niveles de la cadena Agroalimentaria, y el porcentaje de participación en el negocio de cada uno de esos niveles, hasta llegar a la góndola. Dentro del modelo productivo primario de granos argentinos, el maíz es uno de los cultivos de mayores posibilidades de agregado de valor, fundamentalmente por su capacidad de trasformación a proteína animal, dado que es el grano forrajero por excelencia. Fuente: PRECOP II, Agroindustria en Origen Composición química del Maíz El grano de maíz tradicional está compuesto por un 70 a 75% de almidón, 8 a 10% de proteína y 4 a 5% de aceite, contenidos en tres estructuras: el germen (embrión), el endosperma y el pericarpio (ver Gráfico 1). El germen constituye el 10 al 12% del peso seco y contiene el 83% de los lípidos y el 26% de la proteína del grano. El endosperma constituye el 80% del peso seco y contiene el 98% del almidón y el 74% de las proteínas del grano. El pericarpio constituye el 5 al 6% del peso seco e incluye todos los tejidos de cobertura exterior, con un 100 % de fibras vegetales. Tendencias del Maíz Grafico 1: foto de semilla de maíz indicando sus partes componentes Pericarpio Endosperma Almidón y Proteína de baja calidad Embrión Aceite y Proteína de alta calidad Fuente: Aníbal Alvarez, Aplicaciones del maíz en la tecnología alimentaria y otras industrias Recopilación de ILSI Argentina La palabra calidad aplicada al maíz es una propiedad multifacética y está determinada por diversos factores. Algunos de estos factores, como el clima y el suelo, son inmodificables. Sin embargo, es posible la modificación en otros tales como el cultivar, las prácticas culturales, así como las de manejo y transporte poscosecha, para conservar o al menos mantener los niveles de calidad del grano. Actualmente se observa una tendencia hacia la producción de materiales con características de calidad diferenciada para satisfacer los variados aspectos de la demanda. Estas características están directamente asociadas con el uso final del producto y justifican su comercialización con identidad preservada en contraposición al grueso de la producción que lo hace como commodity. Los progresos en la utilización del maíz dependerán de la nueva información que se produzca (como resultado de las investigaciones conducidas por bioquímicos, fitomejoradores, agrónomos, fisiólogos, tecnólogos de alimentos, ingenieros, etc.) sobre las interrelaciones de las propiedades físicas, químicas y biológicas del grano de maíz con el genotipo, el ambiente de cultivo y el manejo pre y poscosecha. Autor: Ing. Qco. (M. Sc.) José L. Robutti INTA Pergamino, Buenos Aires. Calidad y Usos del Maíz INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 5

6 CADENA DEL MAÍZ Fuenter: PRECOP II, Agroindustria en Origen INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 6

7 Seca de molienda Fuenter: PRECOP II, Agroindustria en Origen INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 7

8 Tipos de maíz Existen muchos tipos de maíz y usualmente se clasifican de acuerdo a la dureza del grano 1- Tipos duros o Flint: la raza representativa es Cristalino Colorado, e incluye al maíz Plata, requerido principalmente por la industria de molienda seca. Tradicionalmente se utilizaba para la obtención de polenta, pero sus usos se han multiplicado progresivamente, se lo emplea para la fabricación de cereales para desayuno o como alimento para animales. Los viejos y tradicionales maíces colorados argentinos, que hasta la década de 1980 constituían el 100% del germoplasma nacional, fueron cruzados con germoplasma dentado americano a partir de fines de los 80, mejorándose substancialmente el rendimiento potencial del cultivo, y constituyendo la base de la mayor parte de los híbridos actuales. El maíz colorado siguió un camino paralelo de mejoramiento, logrando importantes aumentos en su potencial de rendimiento y manteniendo las características especiales de los maíces Flint o Plata. De los maíces Flint, como especialidad no OGM (Organismos Genéticamente Modificados), actualmente se exportan a la Unión Europea. 2- Tipos reventadores o Pisingallo o Popcorn: corresponden a los maíces cuyo endosperma es vítreo, muy duro. En contacto con el calor, su endosperma se expande formando la "palomita" de maíz. El maíz pisingallo o pop-corn es otra especialidad que tuvo un desarrollo acelerado durante la última década, ubicando a la Argentina como el primer exportador mundial. A la introducción de nuevos híbridos americanos de alto potencial, en los últimos años se agregaron planes de mejoramiento nacionales, que incrementaron notoriamente el rendimiento del cultivo. 3 - Tipos dentados: entre los maíces nativos se destaca la raza Dentado Amarillo y son característicos los híbridos del "Corn Belt" norteamericano. Estos tipos de maíces son muy utilizados por la industria de molienda húmeda para la obtención de alcohol, almidones y fructosa, entre otros ingredientes empleados en la industria alimentaria. 4 - Tipos harinosos: corresponden a un grupo numeroso de razas que se localizan tanto en la zona de altura del NOA (cuyos tipos característicos son los Capias) como en las zonas bajas del NOA y NEA (donde se destaca la raza Abatí Morotí). El endosperma de estos maíces es casi enteramente harinoso. Son muy utilizados para su consumo fresco (choclo) y en la elaboración de diversas comidas tradicionales basadas en harina de maíz. Otros maíces y su utilización Entre los tipos de maíces mencionados, que son los tipos extremos, se encuentran numerosas formas raciales con texturas intermedias, que también son utilizadas para muchos destinos. Maíces especiales: los que adquieren mayor importancia en nuestro país son los maíces colorados (Flint); el pisingallo, y los (MAV) Maíces de Alto Valor. Maíces de Alto Valor: el maíz MAV (Maíz Alto Valor) es una nueva especialidad que viene produciéndose desde hace unos años en la Argentina. Consiste en una asociación varietal que produce un grano con mayor valor nutritivo determinado por una mayor concentración de aceite (duplica el valor del maíz común) y un incremento del 20% en la concentración de proteína, incrementando así el contenido de aminoácidos esenciales. Estas características en su composición le dan un valor agregado para la industria avícola y porcina. Actualmente, la Argentina es exportador mundial de maíces MAV. Autor: Juan R. E. Gear, El cultivo del maíz en la Argentina. Recopilación de Revista ILSI Argentina Los distintos tipos de maíz existentes difieren en: requerimiento para su producción, rendimientos, precios de venta como grano (commodity) y precio como productos transformados y procesados. La clave será agregar valor a los granos eligiendo, el tipo de maíz, la transformación en proteína animal o industrialización y los múltiples destinos comerciales que generen la mayor renta posible. INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 8 Fuente: PRECOP II, Agroindustria en Origen

9 La calidad del grano de maíz La calidad de uso del maíz está determinada principalmente por la estructura y composición del grano. Las diferencias en estructura y composición dependen del cultivar así como de las prácticas de manejo, el clima, el suelo y los métodos de cosecha y poscosecha. A continuación se tratarán algunas características del grano vinculadas a su estructura y composición. Dureza Endospérmica La dureza endospérmica contribuye a otorgarle al maíz resistencia mecánica, propiedad deseable para mantener la integridad del grano durante las operaciones de cosecha y poscosecha. Asimismo, la industria de la molienda seca requiere materia prima de grano duro para obtener fracciones de los tamaños adecuados a las distintas aplicaciones de los productos de esta molienda. La dureza se debe a complejas interacciones entre los componentes del endosperma, principalmente las proteínas y el almidón. El grado de adhesión entre almidón y proteína es mucho mayor en el endosperma córneo que en el harinoso. Tal estructura compacta explica la mayor resistencia del endosperma duro a las acciones mecánicas así como a la difusión del agua y por lo tanto, el secado más lento del grano de este tipo de maíz. También explicaría el mayor peso hectolitrito ya que la estructura compacta del endosperma córneo debería pesar más que la del harinoso. Existen evidencias que ciertas proteínas específicas llamadas zeínas y en especial aquellas con alto contenido de aminoácidos azufrados estarían involucradas en la definición de la dureza del grano de maíz. En el endosperma maduro estas zeínas se localizan en los corpúsculos zeínicos. Algunos informes sugieren que también el almidón podría tener incidencia en la dureza endospérmica del maíz. Las moléculas constitutivas del almidón son las de amilosa y las de amilopectina. Estudiando 6 materiales (4 híbridos simples, una línea endocriada y una población de maíz QPM) se encontró que el almidón de la porción córnea del endosperma contenía porcentajes significativamente superiores de amilosa (más duro el maíz) que el de la porción harinosa. Almidón Las aplicaciones del almidón son múltiples. La modificación (ya sea por tratamientos químicos o por mejoramiento genético) para alterar sus propiedades funcionales amplían aun más el campo de aplicación. Los maíces con los genes mutantes waxy y amilose extender alteran la proporción de amilosa y amilopectina del maíz normal que es de aproximadamente 27 y 73%, respectivamente. La alteración en las proporciones relativas de amilosa y amilopectina modifica el grado de ramificación del almidón lo que origina variaciones en sus propiedades funcionales y por lo tanto en su espectro de usos. El almidón waxy está constituido prácticamente por el 100% de amilopectina. El amilose extender original tenía % de amilosa, llegando por mejoramiento genético a aproximadamente 80%. Aceite El aceite es un componente menor del grano de maíz, siendo su concentración de alrededor del 5%. Por selección se consiguió aumentar esa concentración hasta más del 20%. La ventaja de maíces de alto aceite como materia prima para la industria aceitera no está totalmente clara, particularmente en situaciones donde abunden especies oleaginosas que compitan en precio y presenten una calidad nutricional similar. Sin embargo, los maíces con alto contenido de aceite hacen un elevado aporte energético en las dietas animales, y su empleo en bovinos y porcinos evita el agregado de aceite en la ración y permite una mayor eficiencia en el uso de hormonas de crecimiento. La composición de ácidos grasos determina, en gran medida, la cali- INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 9

10 dad del aceite de maíz. Las distintas proporciones de estos ácidos establecen las propiedades de uso más adecuado del aceite, ya sea en alimentación humana o animal. La relación de ácido oleico a linoleico parece ser de herencia simple y la obtención de tipos con alto así como bajo contenido de oleico es factible. Carotenoides Los carotenoides son constituyentes del grano de maíz que determinan aspectos de calidad. Estos son precursores de la vitamina A y las xantofilas imparten un color deseable a la yema del huevo y a la piel de los parrilleros. Los carotenoides funcionan también como antioxidantes. La presencia de provitamina A y otros antioxidantes en el maíz son relevantes porque estos compuestos están asociados con la prevención de enfermedades degenerativas. El contenido de pigmentos carotenoides es en promedio de ppm para los maíces colorados flint y de ppm en los dentados amarillos. Durante el almacenaje se pierde gran parte del contenido de dichos pigmentos. Maíz almacenado por un año en condiciones de chacra típicas en EE.UU. pierde alrededor del 90% de su actividad provitamínica A. Existen evidencias que sugieren que la velocidad a la que ocurre esta pérdida depende del genotipo. Tocoferoles La cantidad y tipo de tocoferoles presentes en el grano de maíz pueden considerarse un factor de calidad ya que ellos poseen actividad provitamínica E y a su vez protegen de la oxidación a las dobles ligaduras de los ácidos grasos insaturados. Por otra parte, hay indicios que estos compuestos intervienen en la prevención de enfermedades degenerativas. La cantidad y naturaleza de los tocoferoles varía ampliamente entre genotipos. Industrialización El maíz constituye la materia prima básica para diversas industrias. La producción de alimentos balanceados es, desde el punto de vista cuantitativo, la más importante. Le siguen la industria de la molienda húmeda y la de la molienda seca, en ese orden. Alimentos balanceados El maíz como grano interviene, aproximadamente, en el 50% en las raciones. Además subproductos de ciertas industrias del maíz también intervienen como ingredientes (por ejemplo, corn gluten feed, corn gluten meal, residuos de industrias fermentativas, etc). La calidad requerida por esta industria varía según el tipo de alimento a elaborar. Los fabricantes de alimentos avícolas requieren maíz de tipo colorado por su alto contenido de pigmentos lo cual evita o reduce el agregado de pigmentos sintéticos. Fuente: Ing. Qco. (M. Sc.) José L. Robutti INTA Pergamino, Buenos Aires. Calidad y Usos del Maíz Sistemas de producción utilizados para obtener etanol La producción de etanol es un ejemplo de cómo la ciencia, la tecnología, la agricultura y la industria deben trabajar en armonía para transformar un producto agropecuario en un combustible. El proceso de producción de etanol ha sido inmensamente refinado y actualizado en años recientes ganando en eficacia. El proceso de producción varía ligeramente para cada uno de los tres usos principales del etanol bebidas, industrial y combustible-, pero los pasos principales son los mismos. INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 10

11 La mayoría del etanol producido en los Estados Unidos está hecho a partir del grano de maíz, pero también puede ser producido a partir de otros feedstocks como el sorgo, trigo, cebada, papa o remolacha. Brasil, el principal productor mundial junto a los EE.UU. lo produce a partir de caña de azúcar. Para la producción de etanol a partir de maíz hay dos métodos primarios: la molienda seca y la molienda húmeda. La mayoría del etanol producido en los EE.UU. proviene del proceso de molienda seca. Ambos procesos incluyen esencialmente los mismos pasos: el preparado del feedstock, la fermentación de los azúcares simples, el recupero del alcohol y de los subproductos que van generándose en el proceso, diferenciándose en la preparación del grano para la molienda y la posterior fermentación. La elección de uno u otro sistema de producción implica la obtención de un determinado conjunto de derivados o subproductos. Del proceso de molienda seca además del etanol se obtienen los granos destilados secos y solubles (DDGS) que Fuente: Fotografía tomada por el INTA PRECOP II, en el Farm Progress Show 2009 son un alimento de alta calidad para el ganado. Del proceso de molienda húmeda junto con el etanol se obtiene: aceite de maíz, gluten feed y gluten meal. Estos últimos también se utilizan como alimento para animales. Molienda húmeda Procesos En la molienda húmeda se utilizan todos los tipos de maíz, pero dada su mayor disponibilidad, en los últimos años se emplean casi exclusivamente maíces dentados y semidentados. La molienda húmeda es un proceso capital intensivo, en el cual las plantas procesan un gran volumen de granos. En general la capacidad instalada es de varias centenas de millones de litros de etanol/año, mientras que las plantas que trabajan bajo el proceso de molienda seca a lo sumo disponen de una capacidad de producción anual de 230 millones de litros. La operación de molienda húmeda es más compleja porque el grano se debe separar en sus componentes, con la ventaja que al lograr una separación más efectiva de los mismos se obtienen subproductos de mayor valor agregado. En la molienda húmeda solamente el almidón se fermenta mientras en la molienda seca para obtener etanol se fermenta el puré entero. La molienda húmeda consiste en empapar el maíz en agua caliente en un proceso llamado empapamiento, luego se retira el agua y los núcleos ablandados pasan a los molinos y a los separadores donde se separa el germen, extrayéndose de éste el aceite de maíz. Las piezas restantes almidón, gluten y fibras- se muelen y se pasan a través de separadores donde se retira la fibra, se separa el almidón y el gluten. Luego se lava y se seca el almidón que puede ser usado como almidón o ser convertido en dulcificantes jarabes de maíz, maizenas, bioplásticos o etanol. Sintéticamente los pasos del proceso son los siguientes: i. Almacenamiento y limpieza, ii. Maceración del grano de maíz, iii. Molienda gruesa (obtención del germen), iv. Molienda fina (obtención del gluten feed), v. Separación del gluten y almidón (obtención del gluten meal y del almidón), vi. Hidrólisis del almidón. Fuente: Lic. G. A. Vergagni, Maizar. La industria del etanol en la a partir del maíz es factible su desarrollo en la Argentina?. INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 11

12 La molienda húmeda es un proceso altamente sofisticado que por medios físicos y químicos separa los componentes del grano de maíz en una serie de productos útiles. La calidad requerida no se orienta hacia ningún tipo en particular ( flint, dentado o semidentado). La exigencia de esta industria se refiere principalmente a la homogeneidad de las partidas en cuanto a textura y a la contaminación por micotoxinas. Productos Almidones nativos y modificados El almidón se modifica químicamente para alterar sus propiedades funcionales y así ampliar su campo de aplicaciones. Estas modificaciones son: adelgazamiento ácido, oxidación, crosslinking, derivatización, sustitución, entre otras. Por otra parte, existen tipos de maíces mutantes tales como el waxy y el amilose extender que también modifican las propiedades funcionales del almidón y por ende su espectro de usos. Los almidones nativos y modificados se usan en la industria de papel y cartón, textil, farmacéutica, alimenticia y otras, por su disponibilidad a INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 12

13 bajo costo y porque puede ser convertido en una variedad de productos por medios químicos y bioquímicos. El almidón puede convertirse en alcohol combustible por fermentación. Se ha propuesto usar el almidón en la producción de plásticos porque es una fuente renovable, biodegradable y más ecológica que los plásticos industriales derivados del petróleo. A partir de estos plásticos, se están desarrollando telas de secado rápido para deportistas, CD s, computadoras, teléfonos celulares, frazadas, alfombras y envases de alimentos, entre otros. Fructosa Desde el punto de vista cuantitativo la fructosa es el producto derivado del almidón de mayor importancia en nuestro país. Se produce como jarabe, a dos niveles de concentración (42 y 55%), por hidrólisis del almidón y posterior conversión enzimática. El jarabe de 55% se usa principalmente en bebidas sin alcohol y aperitivos. En las bebidas sin alcohol, brinda al embotellador ventajas logísticas, requiere menores inversiones, permite simplificaciones de proceso. El de 42% se emplea en bebidas gaseosas, alcohólicas, jugos, fabricación de panificados y galletitas, en sidras,etc. Igualmente en tortas y galletas, galletas, no sólo por su poder edulcorante sino también por sus cualidades como humectante y texturizador. Otros productos a partir del almidón son: jarabe mezcla, glucosa, dextrosa, maltodextrina, bioplásticos, etc. Todos con diversas aplicaciones, principalmente alimenticias. Coproductos Del germen de maíz se extrae un aceite que es reconocido como uno de los de mejor calidad, superior a la mayoría de los obtenidos de las oleaginosas. Como residuo queda una torta, rica en proteína y otros nutrientes, que se usa en alimentación animal. El gluten meal está constituido por la fracción proteica que se separa de la lechada de almidón en la centrifugación. Se emplea principalmente en la alimentación de aves. Contiene alrededor de 60% de proteína y la mayor parte de los pigmentos carotenoides del grano original. El gluten feed se obtiene mezclando la porción fibrosa del grano, las proteínas solubilizadas en la maceración y la torta de extracción del aceite. Contiene un mínimo de 21% de proteína y se usa para alimentación de ganado. Fuente: Ing. Qco. (M. Sc.) José L. Robutti INTA Pergamino, Buenos Aires. Calidad y Usos del Maíz Productos y especificaciones: Por cada 100 kg de maíz en base seca, se obtienen 67 kg de almidón, 9 kg de germen, 8 kg de gluten meal y 16 kg de gluten feed. De la industrialización del almidón se obtiene 25% de glucosa, 1% de dextrosa, 18% de fructosa al 42 y 46% de fructosa 55. Y, si ese almidón lo destinamos a etanol, obtenemos 37,25 litros de etanol y 30,35 kg de anhídrido Carbónico. Fuente: Aníbal Álvarez, Aplicaciones del maíz en la tecnología alimentaria y otras industrias. Recopilación de ILSI Argentina Productos que se obtienen a partir de la molienda húmeda del maíz Los productos obtenidos mediante la industrialización del grano de maíz, tales como edulcorantes calóricos, colorante caramelo y almidones son indispensables para la elaboración de bebidas no alcohólicas gasificadas, galletitas, cervezas, golosinas, entre otros. Fuente: Lic. G. A. Vergagni, Maizar. La industria del etanol en la a partir del maíz es factible su desarrollo en la Argentina?. INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 13

14 Jarabe de maíz de alta fructosa: ya explicado su uso. Glucosa: se lo utiliza en la fabricación de caramelos, chicles, dulce de leche, jarabes medicinales, etc. En general es usado como inhibidor de la cristalización. Jarabes mezcla: son jarabes de maíz obtenidos por conversión enzimática, con mediano contenido de fructuosa. Su poder edulcorante es mediano, reempladando a otros azúcares en numerosos productos. Se los utiliza principalmente en frutas en conservas (duraznos en almibar), dulce de membrillo y batata, mermeladas, fruta escurrida, heladería y apicultura. Jarabe de maltosa: Se usa en caramelería y en la fabricación de cerveza. Colorante de caramelo: Destinado a las bebidas colas y a determinados alimentos y bebidas a los cuales confiere color. Maltodextrinas: Se utiliza para una serie de ramas de la industria alimenticia aportando carbohidratos y realzando sabores. Almidón: ya explicado su uso. Almidónes modificados: ya explicado su uso. Gluten meal: ya explicado su uso. Gluten feed: ya explicado su uso. Esquema de molienda húmeda Molienda húmeda Almidón Jarabe de Maíz Aceite Etanol Almidón Aceite de Maíz Gluten Feed Gluten Meal Glucosa Dextrosa Fructuosa 42 Fructuosa 55 Edulcorantes de Maíz Bebidas Golosinas Endulzantes (ver cuadro Nº1) Molienda seca para obtener etanol La molienda seca es un proceso de producción para extraer el almidón contenido en el maíz ampliamente aceptado en la industria del etanol puesto que comparativamente con el proceso de molienda húmeda tiene menores requerimientos de capital tanto al momento de construir como de operar la planta. Los avances de la tecnología aplicada al proceso de molienda seca han hecho que en la actualidad la conversión del maíz en etanol sea mucho más eficaz y productiva que en la primera generación de plantas de molienda seca que operaban en la década del '80. Se han reducido en forma considerable los requerimientos de energía, se incorporaron sofisticados procesos de automatización, las enzimas disminuyeron su costo a su vez que vieron incrementado su poder de conversión, logrando con ello menores tiempos de procesamiento, el desarrollo de cedazos moleculares, todos factores que han contribuido a disminuir los costos y aumentar el volumen de etanol obtenido. INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 14

15 Cuadro Nº1: Productos en los que participan en mayor y en menor porcentaje los derivados de la molienda húmeda del maíz Almidones (Inc.dextrinas) Jarabes (fructuosa) Gluten Germen Dextrosa (Inc. melazas) USOS INDUSTRIALES abrasivos, baterías, cartones encuadernaciones, químicos revestimientos, ind. del corcho dispersantes, fermentación pirotecnia, talcos, lubricantes refinación mineral, Ind. Papelera, plásticos, emulsiones, gomas etiquetados, fósforos ind. del calzado, adhesivos pegamentos, desincrustantes cerámicos/azulejos, detergentes cuerdas, sogas, tizas y crayones tinturas, fibras de vidrio polvos insecticidas, mat.aislante encerados, pinturas, mat. fotográfico impresiones, ind. textil, laminados madera, ind. del cuero velas, linóleo USOS ALIMENTICIOS/MEDICINA PROD. BELLEZA antibióticos, aspirinas, alimentos p/bebé, prod. panadería, postres alim.precocidos, aderezos sopas deshid., cosméticos levaduras, gomas de mascar, polvos p/hornear, bebidas prod.confitería, harinas, premezclas prep. farmacéuticos, jobón, art. limpieza vegetales enlatados, polvos azucarados prod. cerámicos. USOS INDUSTRIALES tintas y colorantes explosivos cromados plastificantes ind. textil ind. del tabaco USOS ALIMENTICIOS/MEDICINA prod. panadería, bebidas, prod. malteados salsas, quesos/untables, leche conden. huevos disecados/congelados, postres frutas y jugos de frutas empaq. o enlatados pastas de maní, pescado congelado sopas deshidrat., endulzantes alimentos p/bebé, gaseosas, licores alimentos p/desayuno, prod. chocolatados prod.confitería, gomas de mascar sustitutos leche/cremas, extractos y fragancias helados, golosinas, dulces, mermeladas premezclas, prod.cárnicos, aderezos prep.farmacéuticos, prod. adobados. FORRAJES gluten feed gluten meal azúcares OTROS USOS aminoácidos limpieza de pieles JARABE DE ALTA FRUCTUOSA Y MALTODETRINAS endulzantes baja calorías, frutas y jugos enlatados condimentos, postres congelados, alimentos deshidrat. vinos, dulces, mermeladas, malvaviscos, infusiones instantáneas bebidas y gaseosas, snacks, salsas. USOS ALIMENTICIOS MÉDICOS aceite adherezos salsas mayonesas margarinas excipientes farmacéuticos lecitina USOS INDUSTRIALES jabones anticorrosivos ind.textil sustitutos de gomas químicos e insecticidas pinturas y barnices USOS INDUSTRIALES fermentación, prod. químicos galvanizadores, ind.del cuero ind. del papel, ind. textil adhesivos, encimas mannitol, sorbitol rayón, ácidos USOS ALIMENTICIOS-MÉDICOS jugos dietéticos prep. dietéticos aromatizantes gelatinas especias y preparados de mostaza vinagres y vinos prod. p/destilación frutas y vegetales congelados, enlatados prep. farmacéuticos bebidas carbonadas DERIVADOS DE MELAZAS ácidos orgánicos solventes orgánicos ind. del tabaco ind. del cuero ETANOL alcoholes industriales bebidas alcohólicas combustibles INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 15

16 El costo de construir una planta de etanol de molienda seca se redujo en un 25-30%, mientras el costo de producción casi un 50% en los últimos 20 años. Muchas plantas se han integrado verticalmente, anexando explotaciones de feedlots, tambos, o en algunos casos la explotación comercial de peces aprovechando el sistema de reciclaje de las aguas usadas en la planta. Los 8 pasos principales en la producción de etanol bajo este proceso son los siguientes: Molienda: El proceso de molienda seca comienza con la limpieza del grano de maíz (puede ser cebada, trigo o sorgo), que una vez limpio pasa a través de los molinos que lo muelen en un polvo fino harina de maíz-. Licuefacción: La harina de maíz se sopla en grandes tanques donde se la mezcla con agua y las enzimas amilasa alfa- y pasa a través de las cocinas donde se licueface el almidón. A la mezcla se le agregan componentes químicos para mantenerla con un ph de 7. En esta etapa se aplica calor para permitir la licuefacción, en una primera etapa a alta temperatura ( ºC) y luego a temperatura más baja (95ºC). Estas altas temperaturas reducen los niveles de bacterias presentes en el puré o mosto. Sacarificación: El puré de las cocinas luego es refrescado a una temperatura levemente debajo del punto de ebullición del agua- y se le agrega una enzima secundaria glucoamilasa- para convertir las moléculas del almidón licuado en azúcares fermentables dextrosa- mediante el proceso de sacarificación. Las enzimas funcionan como catalizadores para acelerar los cambios químicos. Fermentación: El etanol es producto de la fermentación. Al puré se le agrega levadura para fermentar los azúcares cada molécula de glucosa produce dos moléculas de etanol y dos de dióxido de carbono- y con ello obtener el etanol y el anhídrido carbónico. Usando un proceso continuo, el puré fluirá a través de varios fermentadores hasta que fermente completamente. En este proceso el puré permanece cerca de 48 horas antes que comience el proceso de destilación. En la fermentación, el etanol conserva mucha de la energía que estaba originalmente en el azúcar, lo cual explica que el etanol sea un excelente combustible. Destilación: El puré fermentado, ahora llamado cerveza, contendrá alcohol cerca del 15%- y agua al 85%-, así como todos los sólidos no fermentables del maíz y de la levadura. El puré entonces será bombeado a un flujo continuo, en el sistema de la columna de destilación, donde la cerveza se hierve, separándose el alcohol etílico de los sólidos y del agua. El alcohol dejará la columna de destilación con una pureza del 90 al 96%, y el puré de residuo, llamado stillage, será transferido de la base de la columna para su procesamiento como subproducto. Deshidratación: El alcohol pasa a través de un sistema que le quita el agua restante. La mayoría de las plantas utilizan un tamiz molecular para capturar las partículas de agua que contiene el etanol al momento de salir del sistema de destilación. El alcohol puro, sin el agua, se lo denomina alcohol anhidro. Desnaturalizado: El etanol que será usado como combustible se debe desnaturalizar con una cantidad pequeña (2-5%) de algún producto, como nafta, para hacerlo no apto para el consumo humano. Subproductos: Hay dos subproductos principales del proceso: el anhídrido carbónico y los granos destilados. El anhídrido carbónico se obtiene en grandes cantidades durante la fermentación. Muchas plantas lo recogen, lo limpian de cualquier alcohol residual, lo comprimen y lo venden para ser usado como gasificante de las bebidas o para congelar carne. Los granos destilados, húmedos y secos DDGS-, se obtienen del stillage, el cual se centrífuga para separar los sólidos suspendidos y disueltos. Un evaporador se utiliza para concentrar los sólidos suspendidos y disueltos y después se envían a un sistema de secado para reducir el contenido de agua a aproximadamente un 10/12%. Los DDGS contienen el núcleo del maíz menos el almidón. Algunas plantas también elaboran un jarabe que contiene algunos de los sólidos que pueden ser comercializados juntos o en forma independiente de los granos destilados. Fuente: Lic. G. A. Vergagni, Maizar. La industria del etanol en la a partir del maíz es factible su desarrollo en la Argentina?.. INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 16

17 Planta de etanol en IOWA EE.UU. Proceso de producción de etanol: El primer paso es la molienda del maíz, luego a este se le agrega agua a ºC con enzimas amilolíticas que transforman el almidón a azúcares más simples. De esto se obtiene una pasta que luego de 2 horas se la somete a un proceso de enfriado con intercambiadores de calor que lo lleva de 180ºF a 95ºF y con esa temperatura llega a los fermentadores. Al costado de los fermentadores hay tanques en los que se prepara la levadura que es comprada, agregándole agua y nutrientes para que se reproduzcan rápidamente y una vez lista se la vierte en la pasta que está en los tanques fermentadores. Cada uno de los 4 tanques fermentadores tiene una capacidad de galones que en esta etapa del proceso contienen la pasta (Maíz + Agua), las enzimas y el liquido fermentador. En estos tanques esa mezcla esta 50 horas y mientras pasan las horas se le va agregando mas levadura para mejorara la fermentación y constantemente se mide la temperatura y el ph que tiene que ser igual al del cuerpo humano. Luego del proceso de fermentado va a unos tanques de reposo en el que esta 10 horas y luego se separa el liquido (etanol) de lo sólido que va a un proceso de secado para la producción del DDGS en los tanques evaporadores. La planta posee 5 tanques de almacenamiento de amilasa (enzimas). Luego de esos tanques de reposo a la masa se le saca la melaza (todas aquellas cadenas que tengan más de 6 moléculas de Carbono, la levadura no los puede procesar y forman la melaza del residuo sólido. Los azucares más comunes son los de 3 Carbonos y los que más toman las levaduras. Por último en 2 cilindros grandes se le quita el agua con 2 caños súper calentados y se obtiene el DDGS. El etanol va pasando por distintos tanques de destilación, en el último tanque el etanol posee un 95% de pureza y el último paso es quitarle ese 5% de agua con un filtro con bolitas quedando el etanol con un 100% de pureza. La mitad del agua se recicla para reutilizarla. Descripción de la Planta: Los dueños son productores e investigadores privados. La electricidad se genera con carbón mineral, que se descarga en camión al costado de la fábrica y queman kilos diarios. El subproducto de esa quema es una ceniza que se usa para la fabricación de carreteras mezclado con pavimento. La planta posee 4 tanques fermentadores grandes y la capacidad de producción de la planta es de litros de etanol por día. Todo el proceso de producción esta computarizado y controlado en una central de control que en ella están 4 personas (trabajan 12 horas) y pueden manejar de la central toda la planta. La planta está totalmente automatizada y funciona todo el día y todo el año. En toda la empresa hay 45 empleados que trabajan de lunes a viernes, distribuidos en la parte de mantenimiento, laboratorio de control de calidad y administración. Las 4 personas que están en la planta en los distintos turnos sacan muestras de todas las partes del proceso, para hacer el control de calidad de cada etapa de producción. De esas 4 personas hay 2 principales y una de ellas está en los tanques de fermentación constantemente que se llama el cocinero. En este proceso hay distintos tiempos en los que se tiene que ir muestreando bacterias por las dudas que estén compitiendo y si esto ocurre se aplican antibióticos a los tanques. Las personas encargadas de la destilación miden constantemente la cantidad de agua, ya que es muy poca la cantidad que se permite. Al final del proceso el etanol obtenido se desnaturaliza con el agregado de nafta para que no tenga otro uso que no sea el de combustible y ahí se miden la concentración de CO2 y Ch4. En esta planta se muelen toneladas de maíz diarias que equivalen más o menos a 40 INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 17

18 Diagrama del proceso de etanol de la planta de IOWA EE. UU. El proceso de hacer Etanol, comienza aquí Agua fresca y Agua reciclada 4 veces +vapor Tanque del producto de la molienda Horno turbo Molino de martillos +Enzimas Grano de Maíz entero Producto de la fermentación Enfriador Tanque de licuefacción Sistema de destilación Tanques de fermentación +Enzimas y levaduras Etanol al 190 Residuo Residuos livianos Evaporación Centrífuga Tamices moleculares Grano húmedo Jarabe Tambor de secado Etanol al ,5% de Nafta Producto final: Etanol desnaturalizado al 200 Producto final: DDGS camiones, transformándose en etanol, DDGS y anhídrido carbónico. Para el procesado de esa cantidad de maíz se utilizan litros de agua por día. Se producen aproximadamente kilos diarios de DDGS y toneladas por mes aproximadamente. La planta posee 2 silos de toneladas de almacenamiento y una celda de almacenamiento para el DDGS que de ella pasa directamente a los campos de productores para alimentación Bovina y pollos y también a una fábrica de productos balanceados. Gran parte es transportado por tren a Texas, México, etc. La participación del DDGS en la dieta de bovinos va desde un 20 a un 50% de la misma. El precio del DDGS fluctúa de acuerdo al precio del maíz. El DDGS tiene un 10 a 15% de humedad y 25% de proteína y un pequeño porcentaje se vende mezclado en un 50% con melaza que es un producto perecedero que en 7 días se echa a perder por fermentaciones. (En la planta hay un tanque de hidróxido de sodio o Bisulfato de sodio para esterilizar las cañerías y eliminar los residuos de ellas.) Fuente: Mario Bragachini, Eduardo Martellotto, Axel von Martini y Andrés Méndez, coordinadores técnicos del viaje Inta-Coovaeco a Estados Unidos. 19º Viaje de Capacitación Técnica a los EEUU INTA / COOVAECO INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 18

19 Productos y especificaciones: Cada 100 kg, de maíz, se obtiene 40,57 litros de etanol, 32,14 kg de DDGS Y 32,14 kg de Anhídrido carbónico (Co2) Fuente: Lic. G. A. Vergagni, Maizar. La industria del etanol en la a partir del maíz es factible su desarrollo en la Argentina?. Calculo de las ha. que representan la cantidad de maíz procesado en las plantas de molienda seca para obtener etanol Teniendo la provincia de Córdoba un rendimiento promedio de 6,38 Tn/ha desde el 2000 al 2009, las Tn diarias que se procesan en esta planta tipo de EE. UU. representan ,85 Ha. anuales de Maíz. Esta superficie representa el 7,7% de la superficie destinada a grano de maíz para el mismo periodo. Fuente: PRECOP II, Agroindustria en Origen Molienda seca para obtención de GRITS Materia prima La variedad de maíz utilizada es maíz tipo flint (colorado duro), de peso hectolítrico no menor a 78kg/hl, de calidad comercial grado 1. El grano de maíz está constituido por las siguientes partes principales: pericarpio, germen y endosperma. El proceso de molienda seca, apunta a una completa separación de estas partes hasta donde sea económicamente factible; produciendo la máxima cantidad de endosperma córneo como trozos discretos; removiendo tanto como sea posible el germen y pericarpio para dar un producto de baja grasa y baja fibra; recuperando la mayor proporción posible de germen como trozos grandes y limpios. Esta industria prefiere el maíz colorado duro por los mayores rendimientos en grits de tamaño adecuado a diferentes aplicaciones (cervecería, snack, extrusión, etc.) y por la coloración anaranjada, preferida para los grits destinados a la preparación de polenta. El siguiente diagrama es una sobresimplificación, ya que las separaciones no son perfectas y las fracciones obtenidas deben ser remolidas, reclasificadas y retamizadas. Fuente: Ing. Qco. (M. Sc.) José L. Robutti INTA Pergamino, Buenos Aires. Calidad y Usos del Maíz Etapas del proceso de molienda seca: 1 - Recepción de la materia prima. 2 - Limpieza de la materia prima (granos quebrados, granos de otros cereales, hojas, piedras, metales, partículas pulverulentas). 3 - Acondicionamiento de los granos de maíz. Se realiza la humectación del cereal con agua mediante la utilización de rociadores intensivos. El maíz humectado se deja en reposo durante algunos minutos en un silo. 4 - Degerminación. En esta etapa se obtiene la primera rotura del grano de maíz, con la consecuente separación del germen y el endosperma. Una tecnología empleada es la degerminación por fricción (Sistema Beall). Con ésta se consigue la fractura del grano y el desprendimiento del germen y el salvado (cáscara). 5 - Refinación. Comprende la rotura de los trozos oportunamente degerminados y su poste- INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 19

20 Proceso de molienda seca para la obtención de grits, que serán utilizados posteriormente para la elaboración de polenta, snacks, corn flakes, cereales de desayuno, etc. rior clasificación por tamaño (cernido) con el objetivo de obtener productos de un determinado calibre. Las máquinas utilizadas son banco de cilindros y cernidores planos. 6 - Acopio de producto, depósito y expedición. Productos Los productos obtenidos de la molienda seca en base a degerminación semihúmeda son: * Trozos de endosperma: Gruesos, medios y finos. Su denominación y uso frecuente son Hominy Gritz (copos y cereales para desayuno). * Sémolas: Según su calibración y su materia grasa pueden clasificarse en Sémolas para cervecería; Sémolas para expandidos (insumo para productos snacks: productos de copetín obtenidos por extrusión (por ej. palitos de maíz).); Sémolas para la elaboración de comidas, polenta; y Sémolas enriquecidas, fortificadas con vitaminas y minerales. * Harinas: Según su calibración (granulometría menor a 400 micrones) se obtiene: Harina fina de maíz; Harina para galletitería; Harinas para infantes, y Harinas para pastas. * Germen: Destinado a la extracción de aceites crudos para su posterior refinación, o incor- INTA PRECOP II, Agregado de valor en origen - Pág. 20

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