O açúcar é um dos alimentos mais consumidos no mundo, derivado principalmente da cana-de-açúcar e da beterraba sacarina. A produção de açúcar de alta qualidade é um processo complexo que envolve múltiplas etapas: extração, clarificação, evaporação, cristalização e refino. Em cada etapa do processamento do açúcar, a qualidade e a pureza do caldo de cana precisam ser controladas com precisão. Impurezas naturais, como partículas coloidais, proteínas, pigmentos e microrganismos, podem afetar seriamente a eficiência da clarificação, filtração e cristalização.
Os produtos químicos desempenham um papel crucial nos processos modernos de fabricação de açúcar. Sem o devido controle químico, essas impurezas podem causar incrustações, problemas de cor e perda de produção. Os produtos químicos utilizados na fabricação de açúcar não apenas aumentam a eficiência e a produção, mas também melhoram a qualidade do produto, reduzem o consumo de energia e ajudam as fábricas a atender aos padrões de proteção ambiental. Esses produtos químicos podem:
- Melhorar a eficiência da clarificação e o efeito de separação sólido-líquido.
- Impede o crescimento de microrganismos em sucos e xaropes de frutas.
- Aumenta o efeito de descoloração do açúcar granulado branco de alta pureza.
- Controlar a formação de espuma e incrustações no evaporador e no evaporador a vácuo.
Este artigo utiliza a cana-de-açúcar como exemplo para resumir de forma abrangente o processo de fabricação do açúcar. Explica também como diferentes produtos químicos — floculantes, desinfetantes, descolorantes e antiespumantes — são aplicados em cada etapa para garantir o bom funcionamento e a produção de açúcar de alta qualidade.
Processo de produção de açúcar e aplicação de produtos químicos
Preparação da matéria-prima
A produção de açúcar começa com a colheita e o preparo da matéria-prima. A cana-de-açúcar é lavada e triturada para remover terra, pedras e folhas. Nessa etapa, se o caldo ficar parado por muito tempo, começará a proliferar microrganismos. Para reduzir a carga microbiana na superfície da matéria-prima e evitar a contaminação ou deterioração do caldo de cana durante o processo de sacarificação, desinfetantes são aplicados na superfície da cana-de-açúcar, na água de armazenamento ou nos equipamentos de limpeza.
| Tipo de desinfetante | Concentração recomendada | Método de aplicação | Funções principais | Precauções | Vantagens |
| Hipoclorito de sódio (NaClO) | 50–200 ppm de cloro livre | Pulverizar ou mergulhar a superfície da cana-de-açúcar durante 5 a 10 minutos. | Esterilização de amplo espectro, reduz a carga microbiana. | Controle a concentração (geralmente entre 50 e 200 ppm de cloro livre). Evite o excesso de cloro residual no suco para prevenir problemas de cor ou cristalização. Enxágue ou escorra após o uso, se necessário. | Esterilização de amplo espectro; baixo custo. |
| Dicloroisocianurato de sódio (SDIC) | 50–150 ppm de cloro livre | Pulverizar ou mergulhar a superfície da cana-de-açúcar durante 5 a 10 minutos. | Alta estabilidade, forte eficiência de esterilização | Controle o cloro livre para evitar que ele afete a cristalização e a cor do suco. | Mais estável que o hipoclorito de sódio; alta eficiência; cloro residual controlado; amplamente utilizado em ambientes de processamento de alimentos. |
| Peróxido de hidrogênio (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Adicionado à água de limpeza ou pulverizado na superfície. | Esterilização, sem resíduos, ecologicamente correta | Concentração de controle; geralmente 0,1–0,5% para tratamento de superfície. Manuseie com cuidado durante a operação. | Decompõe-se sem deixar resíduos; seguro e ecológico. |
| Água quente / Vapor | Água quente a 80–90°C ou vapor a 100°C | Enxaguar com água quente ou fazer tratamento com vapor por 2 a 5 minutos. | Esterilização sem adição de produtos químicos | Alto consumo de energia; requer equipamento apropriado; observe as precauções de segurança. | Sem aditivos químicos; reduz os resíduos químicos. |
| Desinfecção da água de limpeza de instalações/fábricas | SDIC, 50–100 ppm | Limpeza de equipamentos e veículos de transporte | Previne contaminação secundária | Substitua regularmente o cloro livre e monitore a concentração. | — |
Prática recomendada
Ao entrar na usina, a cana-de-açúcar passa por uma lavagem inicial com água limpa para remover a terra e as impurezas.
Em seguida, a desinfecção da superfície é realizada por meio da pulverização de SDIC em baixa concentração ou hipoclorito de sódio, de acordo com as condições.
As fontes de água e os equipamentos de limpeza da usina de açúcar também devem ser desinfetados regularmente para garantir um ambiente higiênico em geral.
Extração de suco
Após a primeira etapa de limpeza e desinfecção, o próximo passo é extrair o caldo de cana. O caldo geralmente é extraído por prensagem mecânica ou sistemas de difusão. Esta etapa envolve quebrar a estrutura rígida da cana-de-açúcar e extrair o caldo.
Na maioria dos casos, uma centrífuga de cana-de-açúcar consiste em três moinhos de rolos combinados com um picador ou lâminas rotativas. Após o processamento da cana-de-açúcar em uma esteira transportadora, ela é levada para outra esteira para extrair mais caldo. No entanto, antes do transporte, a cana é aspergida com água para facilitar a extração do caldo. O resíduo resultante da extração do caldo é chamado de bagaço.
O suco contém impurezas solúveis e em suspensão, incluindo fibras vegetais, proteínas e até mesmo partículas de solo que foram completamente removidas pela lavagem. Essas impurezas devem ser tratadas para aumentar a eficiência da clarificação e cristalização subsequentes.
Clarificação do caldo de cana
A clarificação do caldo é a etapa mais crucial no início do processo de produção de açúcar. O objetivo é remover impurezas (como terra, proteínas, coloides, ácidos orgânicos, etc.) do caldo de cana e melhorar sua pureza. Geralmente, adota-se o Processo de Calagem, combinado com o método de flotação com fósforo ou o método de carbonatação.
uso de produtos químicos
Cal (CaO)/leite de cal (Ca(OH)2): Neutraliza substâncias ácidas e precipita impurezas.
Dióxido de carbono (CO₂)2(Utilizado no método de carbonatação): Reage com a cal para formar um precipitado de carbonato de cálcio, que adsorve impurezas.
Auxiliar floculante/coagulante: Ajuda os sólidos em suspensão a sedimentarem rapidamente.
Materiais comumente utilizados: Cloreto de polialumínio (PAC), poliacrilamida (PAM), etc.
Enxofre (SO₄)2) ou sulfito de sódio: Desempenha um papel no branqueamento, descoloração e esterilização na flotação de fósforo.
Filtração e pré-aquecimento
Após a clarificação, o suco precisa ser filtrado para remover os sedimentos. O pré-aquecimento do suco antes da evaporação é crucial, pois ajuda a reduzir sua viscosidade e previne o crescimento microbiano.
Evaporação e Concentração
O suco de fruta é então concentrado em xarope usando um evaporador de múltiplos efeitos, reduzindo o teor de umidade de aproximadamente 85% para 30-40%. A evaporação a vácuo ajuda a manter a qualidade do açúcar, mas também apresenta alguns desafios operacionais:
- Proteínas dissolvidas e surfactantes causam a formação de espuma.
- Acúmulo de incrustações na superfície do evaporador.
Aplicações químicas:
Antiespumantes: Antiespumantes à base de silicone para supressão de espuma em altas temperaturas. Antiespumantes à base de poliéter e álcool graxo adequados para sistemas de suco de frutas com espuma média.
Inibidores/dispersantes de incrustações: Previnem a formação de incrustações de carbonato de cálcio ou sulfato no evaporador.
Impacto: O controle eficiente da espuma e a prevenção da formação de incrustações garantem uma evaporação suave, maior eficiência na transferência de calor e menos tempo de inatividade.
Cristalização
O processo de cristalização na produção de açúcar (frequentemente chamado de fervura na indústria) é uma etapa crucial na conversão do xarope de açúcar concentrado em cristais sólidos de sacarose. O xarope concentrado é fervido em um reator a vácuo para iniciar a cristalização do açúcar. A cristalização adequada é essencial para o rendimento de açúcar, o tamanho e a cor dos cristais. Este é um processo físico-químico complexo, projetado para controlar o tamanho e a uniformidade dos cristais de sacarose precipitados.
Antiespumantes são frequentemente usados nesse processo. Eles controlam a formação de espuma durante a fervura, evitando o transbordamento da calda.
A cristalização estável aumenta o rendimento de açúcar e reduz as perdas durante a centrifugação.
Centrifugação e Separação
Após a formação dos cristais, estes são separados do melaço por meio de uma centrífuga e, em seguida, secos em tubos aquecidos. O melaço pode ser posteriormente processado para a produção de etanol, ração animal ou outros usos.
Descoloração e Refino
A descoloração e o refino são a etapa final no processo de fabricação do açúcar, utilizada principalmente na produção de açúcar refinado branco de alta pureza (como o açúcar granulado ou o açúcar cristal). Essa etapa requer o uso de grandes quantidades de produtos químicos e adsorventes.
Os produtos químicos mais utilizados incluem:
Carvão ativado (em pó ou grânulos): Adsorve polifenóis, caramelo e outros pigmentos.
Resinas descolorantes/resinas de troca iônica: Removem compostos coloridos iônicos e não iônicos.
Peróxido de hidrogênio (H₂O₂): Oxida os pigmentos restantes, clareando ainda mais a cor do xarope.
Agentes descolorantes: Garantem baixos valores de ICUMSA e alta qualidade visual.
O texto acima descreve os principais processos e aplicações químicas na indústria açucareira.
Exibição de produtos químicos relacionados:
Como é tratado o efluente da indústria açucareira?
As usinas de açúcar geram águas residuais durante o processo de produção. Essas águas residuais apresentam composição complexa e alta carga poluente, exigindo tratamento sistemático antes do descarte.
As águas residuais provêm principalmente da lavagem de matérias-primas, limpeza de equipamentos, efluentes do processo de produção de açúcar, água de resfriamento/condensado e purga de caldeiras. Essas águas residuais são caracterizadas por valores muito elevados de DQO e DBO (devido ao teor de açúcar), alto teor de sólidos em suspensão, forte biodegradabilidade e, por vezes, contêm óleo e lodo. Portanto, uma combinação de processos — pré-tratamento + coagulação e sedimentação + tratamento biológico + tratamento avançado — é normalmente utilizada para tratar essas águas residuais. Os métodos de tratamento comuns incluem tratamento físico (como sedimentação e filtração), tratamento químico (como coagulação e neutralização) e tratamento biológico (como processos de lodos ativados e zonas úmidas construídas).
Quais produtos químicos são necessários para tratar as águas residuais da indústria açucareira?
As etapas específicas e as aplicações químicas são as seguintes:
| Estágio do tratamento | Propósito | Produtos químicos recomendados | Funções principais |
| 1. Lavagem da matéria-prima e pré-tratamento primário | Remover areia, lama, fibras e sólidos em suspensão. | PAC (Cloreto de Polialumínio) | Coagulação rápida, remoção de SS e turbidez. |
| PAM (Poliacrilamida) – Aniônico/Não iônico | A formação de flocos melhora a sedimentação. | ||
| Antiespumante | Controla a espuma gerada durante a lavagem da cana e a extração do caldo. | ||
| 2. Equalização e ajuste de pH | Estabilizar a qualidade do efluente, ajustar o pH para os processos subsequentes. | Cal (CaO / Ca(OH)₂) | Aumenta o pH e remove parcialmente a dureza da água. |
| Hidróxido de sódio (NaOH) | Ajuste preciso de pH | ||
| Ácido sulfúrico / Ácido clorídrico | Reduz o pH | ||
| Antiespumante | Reduz a espuma na bacia de equalização. | ||
| 3. Coagulação e Floculação (Sedimentação Primária) | Remover sólidos em suspensão, coloides e cor; reduzir a DQO (Demanda Química de Oxigênio). | PAC / PoliDADMAC / Poliamina | Coagulantes primários para remoção de turbidez e cor. |
| PAM (Aniônico) | Melhora a resistência dos flocos e a velocidade de sedimentação. | ||
| Auxiliares de coagulação (ex.: silicato de magnésio) | Aumenta a clareza e o desempenho de estabilização. | ||
| 4. Tratamento Biológico Anaeróbio (UASB, EGSB) | Reduzir a alta carga orgânica (DQO, DBO) | Aditivos nutricionais (fontes de N e P) | Manter a atividade microbiana e a biomassa saudável. |
| Ajustadores de pH | Mantenha o pH ideal (6,8–7,2) para bactérias anaeróbicas. | ||
| Antiespumante | Suprime a espuma relacionada ao biogás | ||
| 5. Tratamento Aeróbico (Lodo Ativado, SBR) | Reduzir ainda mais a DQO, DBO e amônia. | Aditivos nutricionais (N e P) | Forneça nutrientes balanceados aos microorganismos. |
| Antiespumante | Controla a espuma durante a aeração. | ||
| Bioenzimas / Culturas Microbianas | Aumenta a eficiência da degradação biológica. | ||
| 6. Tratamento Avançado (Caso se apliquem normas de alta rigorosas) | Melhora a clareza, remove resíduos de COD, SS e cor. | Poliamina / PoliDADMAC | Forte capacidade de descoloração e remoção de turbidez. |
| PAC | Remoção adicional de SS e coloides | ||
| PAM (Alto Peso Molecular) | Floculação e polimento final | ||
| Carvão ativado | Remove cor, odor e resíduos orgânicos. | ||
| 7. Desinfecção e Reutilização de Água | Garantir a segurança microbiológica para descarte ou reutilização. | Hipoclorito de cálcio | Desinfecção poderosa |
| Hipoclorito de sódio | Desinfetante comum para dosagem online | ||
| SDIC (dicloroisocianurato de sódio) | Liberação de cloro estável e duradoura | ||
| TCCA (Ácido Tricloroisocianúrico) | Alto teor de cloro, cloração de liberação lenta |
A produção de açúcar é um processo industrial complexo que exige controle preciso em cada etapa — desde a preparação da matéria-prima e extração do suco até a clarificação, evaporação, cristalização, refino e tratamento de efluentes. Cada etapa apresenta seus próprios desafios, incluindo sólidos em suspensão, cor, atividade microbiana, formação de espuma e acúmulo de incrustações. Ao integrar os produtos químicos adequados em cada etapa do processo de produção de açúcar, as usinas podem aumentar a produção, melhorar a qualidade dos cristais, realçar a cor, reduzir as perdas e minimizar o tempo de inatividade. Simultaneamente, as soluções químicas otimizadas contribuem para a proteção ambiental por meio de um tratamento de efluentes mais eficiente e da redução do desperdício de produtos químicos.
Escolher o parceiro químico certo permite que as usinas de açúcar melhorem a eficiência da produção, garantam a qualidade consistente do produto, prolonguem a vida útil dos equipamentos e alcancem a excelência operacional a longo prazo.