PROCEDIMIENTO PARA OBTENER JARABE DE AZÚCAR REFINADO A PARTIR DE AZÚCAR CRUDO PARA SU APLICACIÓN EN PLANTAS EMBOTELLADORAS DE BEBIDAS AZUCARADAS NO ALCOHÓLICAS Y JARABE ASÍ OBTENIDO

Campo y antecedentes de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de un jarabe de azúcar refinado de altísima pureza a partir de azúcar crudo, esto es de azúcar moreno natural resultante de refinar parcialmente o no refinar el jugo de la caña de azúcar, o de la remolacha azucarera, que permite obtener un jarabe de azúcar incoloro, libre de olores extraños y de impurezas, que no necesita tratamiento posterior para ser mezclado con el resto de los ingredientes utilizados en la fabricación de bebidas no alcohólicas azucaradas, con una pureza resultante de entre el 99,7 y el 99,9%.

Más concretamente, la invención proporciona un procedimiento de obtención de un jarabe de azúcar refinado a partir de azúcar crudo sólido, donde el procedimiento se puede integrar en una planta industrial de bebidas azucaradas no alcohólicas de forma sencilla y con un bajo coste, no siendo necesarios otros tratamientos para su uso previsto en dichas plantas. Es igualmente objeto de la invención el jarabe de azúcar refinado obtenido mediante el presente procedimiento. En el estado de la técnica son bien conocidas las plantas de fabricación y embotellado de bebidas no alcohólicas azucaradas. Para endulzar las bebidas, en estas plantas se emplea un tipo de azúcar refinado con un grado de pureza del 99,9%, el cual se compra o adquiere por medio de los fabricantes que procesan este tipo de producto. Sin embargo, esta forma de operación tiene diversos problemas o inconvenientes, por ejemplo cuando la planta de fabricación y embotellado de este tipo de bebidas se encuentra en lugares alejados o donde el acceso al azúcar refinado es difícil. En este caso, los gastos debidos al transporte del azúcar refinado desde el almacén del fabricante o proveedor hasta a la planta de producción de bebidas, incrementa de forma sustantiva el coste de producción final de tales bebidas.

Otro de los inconvenientes es la existencia de pocos fabricantes o proveedores de este azúcar en la zona donde se encuentra instalada la planta de producción de estas bebidas, lo que suele incrementar el precio de mercado del azúcar refinado y, con ello, del coste final de las bebidas.

También puede existir el inconveniente de que el azúcar al que se puede tener acceso no cumple con los requisitos normativos, técnicos o sanitarios necesarios para su uso en el proceso de fabricación y embotellado de bebidas azucaradas no alcohólicas, aunque se tenga fácil acceso al azúcar crudo producido por los ingenios azucareros que la suministran a su vez a las plantas de refinado.

La presente invención resuelve estos problemas proporcionando un procedimiento de obtención de un jarabe de azúcar refinado a partir de azúcar crudo sólido que se integra de forma sencilla en las plantas de fabricación y embotellado de bebidas azucaradas no alcohólicas, con lo que estas plantas embotelladoras no dependen de regulaciones nacionales o internacionales sobre el comercio del azúcar o de la existencia de plantas refinadoras de azúcar en sus cercanías. Además, el procedimiento de la invención permite utilizar como endulzante de estas bebidas un jarabe de azúcar refinado obtenido a partir de una materia prima como es el azúcar crudo sólido, cuyo precio de mercado es muy inferior al del azúcar refinado.

Por ejemplo, en la patente europea EP 0 635 578 se describe un procedimiento de refinado de un azúcar en bruto, en particular de refinado de azúcar moreno que proviene de la industria azucarera de la caña de azúcar, que comprende las etapas de (a) fundir el azúcar en bruto para obtener un jarabe de azúcar en bruto, (b) carbonatar o fosfatar dicho jarabe de azúcar en bruto y (c) microfiltrar tangencialmente y/o ultrafiltrar tangencialmente el jarabe de azúcar en bruto que se ha sometido a la carbonatación o fosfatación. Este proceso se completa con las siguientes etapas de: (d) decoloración del jarabe de azúcar resultante de la etapa (c) y (e) cristalización y/o desmineralización del jarabe de azúcar resultante de la etapa (d) empleando un agente de floculación.

Así, partiendo de un azúcar crudo sólido como materia prima, que contiene mayores impurezas que un azúcar refinado, el procedimiento objeto de esta invención permite obtener un jarabe de azúcar refinado de alta calidad, libre de materias colorantes, metales y cenizas, apto para su utilización en la industria de fabricación de bebidas azucaradas no alcohólicas.

Descripción detallada de la invención

El procedimiento de obtención de un jarabe de azúcar refinado a partir de azúcar crudo sólido para su aplicación en plantas embotelladoras de bebidas azucaradas no alcohólicas de la presente invención comprende las siguientes etapas:

a) Disolución del azúcar crudo sólido mediante recirculación en caliente hasta obtener un jarabe con una concentración de 62 - 64 Brix (62 - 64 gr de azúcar disuelto por 100 g de disolución); b) Adición de reactivos de formación de coágulos primarios y que mejoran las características fisicoquímicas del jarabe durante la etapa de disolución; c) Adición de un polímero floculante y gas carbónico, los cuales modifican de manera positiva la naturaleza de la interfase gas-líquido y sólido-líquido, formando aglomeraciones de flóculos que ascienden con ayuda del CO2 a la superficie; d) Agitado de la mezcla jarabe obtenido y clarificación de la misma por flotación, para obtener así un jarabe limpio en el fondo, donde lodos e impurezas ascienden a la superficie y se compactan entre sí gracias a la ayuda del gas carbónico; e) Filtración del jarabe limpio y eliminación de lodos no flotantes; f) Decoloración del jarabe obtenido mediante la técnica de intercambio iónico a contraflujo; g) Desmineralización del jarabe mediante la técnica de intercambio iónico inverso para eliminar cenizas conductimétricas y metales a una temperatura de 60°C-40°C; h) Desodorización del jarabe mediante resinas adsorbentes a contraflujo, i) Pulido del jarabe para brindar un acabado final con un grado de turbidez entre 1 - 3 NTU, y j) Enfriamiento a temperatura ambiente para su almacenamiento y posterior uso.

Realización preferente de la invención

A continuación se describe una realización preferente del procedimiento de obtención de un jarabe de azúcar refinado a partir de azúcar crudo sólido para su aplicación en plantas embotelladoras de bebidas azucaradas no alcohólicas objeto de la presente invención y cuya materia prima, el azúcar crudo, es una materia prima en estado sólido, a diferencia de las fábricas de refinado que parten de una materia prima que se encuentra en un estado líquido, que es el jugo procedente de la trituración y prensado de la caña de azúcar o de la remolacha azucarera.

En la presente invención, la diferencia anterior es fundamental en comparación con las industrias refinadoras, ya que estas plantas de refinado parten de una materia prima en estado líquido para llegar a un producto final en estado sólido, que es el azúcar refinado, mientras que en la presente invención se parte de una materia prima en estado sólido, que es el azúcar crudo, para obtener un producto final en estado líquido que es jarabe de azúcar incoloro y de altísima pureza, de entre el 99,7 y el 99,99%.

En una realización preferente, la etapa a) del procedimiento de la invención de disolución del azúcar crudo sólido mediante recirculación en caliente hasta obtener un jarabe con una concentración de 62 - 64 Brix se realiza a una temperatura de 75°C- 85°C, suministrándose el azúcar sólido preferiblemente a través de un sistema de alimentación por Venturi. Para ayudar a la disolución, el azúcar recircula contra un tanque con ayuda de una bomba y de un agitador vertical que ayuda a disolver y distribuir los reactivos usados en las etapas subsiguientes b), c) y d).

Preferentemente, los reactivos de formación de coágulos primarios utilizadas en la etapa b) del procedimiento de la invención se seleccionan de entre óxido cálcico, ácido fosfórico y sales metálicas sulfato, como sulfato de aluminio, o coagulantes polimerizados, como hidroxicloruro de aluminio. Estos reactivos formadores de coágulos se emplean en las cantidades eficaces y adecuadas para una coagulación óptima, estas cantidades de reactivos formadores de coágulos dependerán de la cantidad de azúcar en crudo empleada en el procedimiento de la invención.

Preferentemente, como floculante en la etapa c) del procedimiento de la invención se emplea poliacrilamida de tipo aniónico de alto peso molecular. Al igual que en el caso anterior, este floculante se añade en esta etapa del procedimiento en una cantidad eficaz y adecuada para una floculación óptima, dependiendo dicha cantidad de la cantidad de azúcar crudo empleada en la etapa a).

A este respecto, se denomina aquí coagulación a la formación de pequeñas partículas gelatinosas mediante la adición del coagulante y la aplicación de energía de mezclado, que desestabiliza las partículas suspendidas por neutralización de las cargas de coloides cargados negativamente, mientras que por floculación se entiende la aglomeración de las partículas coaguladas en flóculos, de mayor tamaño.

La etapa d) del presente procedimiento consiste en agitar la mezcla jarabe obtenida y clarificar la misma por flotación en reposo. Así, una vez añadido el polímero floculante se procede a una agitación rápida homogénea y al posterior reposo para que se lleve a cabo la formación de lodos, obteniéndose un jarabe limpio, a esta etapa se le denomina clarificación ya que al separarse las impurezas en forma de lodos hacia la superficie el jarabe se clarifica; es decir, se elimina la turbidez originada por materiales insolubles contenidos en el jarabe. Una vez se deja en reposo, las impurezas ascienden a la superficie y se compactan entre si gracias a la ayuda del gas carbónico. Para ello es importante controlar y distribuir correctamente las burbujas de CO ₂ en todo el área superficial del tanque, de forma que los lodos formados asciendan a la superficie y se unan, formando una capa compacta y estable.

A este respecto, es preferente el uso de un diseño de difusor en forma de serpentín con boquillas cuya apertura es de 0,2 a 0,6 mm dispuestas en el serpentín de manera que se forman burbujas finas de CO2 en toda la superficie. Este tipo de difusor hace que se airee la solución durante un corto tiempo y el gas carbónico interactúe con los lodos formados. La efectividad de este paso de proceso, además de visualizarse en la capa formada de lodos, se puede medir de manera cuantitativa con la turbidez, que desciende de aproximadamente 300 - 400 NTU a 3 - 9 NTU en esta etapa.

Otra ventaja de este sistema de inyección es que al tener una capa compacta de lodos el jarabe contenido en esta capa es inferior que las capas formadas en otros procesos donde al estar dispersas o hinchadas la merma de jarabe es alta.

La etapa e) de filtración del jarabe limpio y eliminación de lodos no flotantes se lleva a cabo preferentemente con filtros de tierras, ya que estos filtros permiten un gran flujo de filtrado y una mejor permeabilidad. Para poder retener este tipo de lodos se utilizan tierras de diatomeas con una distribución del tamaño de partícula de entre 10 y 20 mieras. Los lodos quedan retenidos en las tierras y el jarabe limpio pasa a través de dichas tierras.

En la etapa f) de decoloración del jarabe mediante la técnica de intercambio iónico a contraflujo, el jarabe, a una temperatura entre 75°C y 70°C, se hace pasar desde el tanque donde se han llevado a cabo las etapas a) a e) por un tren de decoloración que contiene una resina aniónica basada en estireno y divinilbenceno.

En una realización preferente, el jarabe decolorado resultante de esta etapa f) tiene un color menor o igual a 35 U.l. (unidades ICUMSA).

En este contexto, existen dos mecanismos importantes en la fijación de los colorantes de azúcar al anión fuerte de las resinas de intercambio iónico: la unión iónica entre los colorantes aniónicos y las cargas fijas de la resina y la interacción hidrófoba entre las partes no polares del colorante y el estireno-divinilbenceno de la resina. Debido a que la mayoría de colorantes del jarabe tienen naturaleza aniónica (cargado negativamente), las resinas aniónicas de base fuerte son decolorantes eficaces. Los ácidos carboxílicos y los fenoles de bajo peso molecular se fijan por reacción química y por interacción molecular a las resinas. Los ácidos orgánicos grandes de alto peso molecular pueden unirse químicamente y por interacción en varios sitios de la resina.

En el presente procedimiento se selecciona una resina aniónica basada en estireno y divinilbenceno que mantiene esencialmente el pH del jarabe.

Se aplica aquí preferentemente una tecnología por lechos fluidizados, que consiste en que el lecho de la resina se coloca entre dos placas, una superior y otra inferior, de un depósito, incluyendo las placas toberas o difusores específicos para hacer una distribución eficiente. Así, el jarabe pasa a través de cada columna de abajo hacia arriba (contraflujo) de manera que la resina fluye a la parte superior hasta la placa superior, ayudando a una buena distribución.

En el presente procedimiento, la decoloración puede hacerse a través de varias columnas con resina aniónica dependiendo del tipo de color del producto de partida y del color del jarabe obtenido antes de esta etapa de decoloración, así como del color deseado para el producto final, relacionado directamente con la pureza del azúcar en solución.

En la etapa g) de desmineralización del jarabe mediante la técnica de intercambio iónico inverso para eliminar cenizas conductimétricas y metales, el jarabe se hace pasar por una resina aniónica de base fuerte (en forma OH-) y posteriormente a través de una columna que contiene una resina catiónica de ácido débil de un pK alto. Preferentemente, la concentración de cenizas en el jarabe tras esta etapa de desmineralización oscila entre el 0,04% y el 0,01 %.

Cuando el jarabe pasa a través de la resina aniónica de base fuerte, todas las sales pasan a su forma básica, lo que provoca que el pH del jarabe aumente a 9-10; posteriormente, al pasar por la columna catiónica de ácido débil, intercambiará cationes y neutralizarán la base, teniendo como consecuencia un pH ligeramente acido, de 3,5 - 4,5. Este tipo de desmineralización específico tiene muchas ventajas en el procedimiento de la invención, ya que permite disminuir la concentración de aminas producidas en los pasos de decoloración del producto, estabilizando el pH a la salida y dotando al jarabe de una mejor apariencia y brillo.

Así, esta etapa de desmineralización permite obtener un jarabe de alta calidad sin dañar químicamente el jarabe. A este respecto, dado que el jarabe tiene una serie de compuestos químicos orgánicos, durante el proceso de desmineralización puede sufrir un proceso de oxidación debido a las condiciones propias del proceso de desmineralización, lo que puede provocar una degradación que puede ser irreversible. Para evitar este proceso generado por cambios de pH bruscos (al pasar de una columna a otra), conteniendo sustancias como Fe y Cu en el jarabe, y otros compuestos, se establece una reducción de temperatura de entre 60°C - 40°C. Con este cambio de condición, se asegura que el jarabe en el proceso de desmineralización no tendrá ninguna oxidación o degradación irreversible.

Una vez desmineralizado, en la etapa h) el jarabe se somete a una desodorización mediante resinas adsorbentes a contraflujo, en particular resinas macroporosas adsorbentes. Este tipo de resinas retienen sustancias formadoras de olor y sabor, tales como sabores amínicos resultado del paso de jarabe a través de resinas aniónicas de base fuerte, sabores plásticos y metálicos generados en el proceso de desmineralización, etc.

La etapa i) de pulido del jarabe para brindar un acabado final con un grado de turbidez entre 1 - 3 NTU preferentemente se lleva a cabo mediante filtros de bolsa o de cartucho, que a su vez sirven de barrera de protección que evitan posibles fugas del agente de limpieza contenido en dichos filtros, que puede volver a ensuciar el jarabe.

El procedimiento de la invención permite recuperar agua dulce de todas las etapas de proceso anteriormente descritas, incluyendo el endulzado, desendulzado de columnas de intercambio iónico, especialmente mediante secado de los lodos originados en la etapa d) de clarificación de azúcar, por ejemplo usando filtros rotatorios al vacío, lo que a su vez facilita el desecho de dichos lodos sin ocasionar contaminación cruzada. Preferentemente, este agua dulce recuperada de las etapas del procedimiento objeto de la invención se reutilizan en la etapa a) del procedimiento para la disolución en caliente del jarabe, lo que genera un ahorro de un 15 - 18% en el azúcar utilizada en el punto de partida que se suministra a la instalación día con día. Con el fin de asegurar la calidad microbiológica de esta agua recuperada, antes de reintegrarla al proceso de la invención se puede someter a un proceso de pasteurización a 70°C - 80°C, con el fin de conseguir un contenido en mohos y levaduras inferior a 10 CFU/10 g.

Es igualmente objeto de la invención el jarabe de azúcar refinado obtenido según el procedimiento anteriormente descrito, siendo éste un jarabe de azúcar con una pureza del 99,7%-99,99%, una turbidez de 1 - 3 NTU, un pH de 4,0 - 4,5, un color menor o igual a 35 U.l. (unidades ICUMSA), un contenido de cenizas del 0,04 - 0,01% y un contenido de sedimentos inferior a 5 mg/kg.

Además de las ventajas anteriormente descritas, y de las que serán evidenciadas por parte del experto en la materia, la presente invención también presenta otras de entre las que se destacan las siguientes:

• Las plantas o fábricas para la elaboración de bebidas azucaradas no alcohólicas que incorporen el procedimiento de la invención no dependerán de regulaciones ni de las fluctuaciones del mercado del azúcar.

• Las plantas o fábricas que elaboran bebidas azucaradas no alcohólicas pueden utilizar como materia prima para sus elaboraciones azúcar crudo y azúcares refinados de baja calidad.

• Se asegura la calidad del producto final y que éste cumple las especificaciones exigidas sobre la cantidad de cenizas, metales y color, lo que a su vez garantiza la calidad requerida para las bebidas que lo incorporen.

• En el procedimiento de la invención no se utilizan filtros de carbono o de carbón activo pulverizado para eliminar olores no deseados. A este respecto, el uso de carbón activo tiene serias desventajas, por ejemplo el uso excesivo de carbón para eliminar sabores y olores no característicos que provienen del tratamiento de intercambio iónico, posible contaminación del jarabe con carbón residual, incremento déla cantidad de residuos o desechos, suciedad generada por el polvo de carbón. · Se facilita el desecho de los lodos sin ocasionar contaminación cruzada, lo que ayuda a mantener una sala de producción limpia y segura.

• Permite la regeneración de las resinas empleadas durante el proceso. · Se alarga la vida útil del agua dulce, ya que es posible pasteurizarla a una temperatura que asegura la eliminación de la carga microbiana y que al mismo tiempo no produzca caramelización.

• No se utilizan decolorantes químicos en el proceso.