La melaza es un subproducto denso, viscoso y oscuro que se obtiene durante la cristalización repetida de la sacarosa en la producción de azúcar, ya sea de caña o de remolacha. Su composición es una mezcla compleja que incluye sacarosa, azúcar invertido, sales y otros compuestos solubles, cuya proporción varía según la variedad de caña, el suelo, el clima, el período de cultivo y la eficiencia del proceso de fabricación.
Composición y Propiedades de la Melaza
La melaza de caña se caracteriza por tener grados Brix o sólidos disueltos de 70% en promedio y un pH de 5.0 a 6.1. Contiene principalmente aminoácidos mono y dibásicos, amidas ácidas, betaínas y pequeñas cantidades de peptonas y nitratos. El ácido aconítico es el más abundante de los ácidos orgánicos presentes en la caña que se acumula en las melazas, representando aproximadamente el 6% del peso de sólidos en la melaza. Los ácidos málico y cítrico también están presentes en cantidades apreciables. Además, aquellas vitaminas resistentes a la acción del calor y de los álcalis, aparecen encontradas en las melazas.
Es importante destacar que algunos fenoles son indeseables desde el punto de vista de la fermentación, ya que presentan actividad inhibitoria sobre el crecimiento de los microorganismos a concentraciones de 0.5 g/L. Las relaciones entre concentración y viscosidad para soluciones de azúcar pura son igualmente válidas para las melazas, aunque el efecto de las sales minerales sobre la viscosidad de las soluciones de azúcar es variable.
Tipos de Melaza
Existen diferentes tipos de melaza, principalmente según su origen y el proceso de refinamiento:
- Sirope de caña (primera prensada): Es la primera prensada de la caña de azúcar que se cuece para concentrarla. Contiene la mayor cantidad de azúcar disponible y se usa en cocina por su dulzor. Su color suele ser marrón dorado.
- Melaza "blackstrap": Una vez que se ha cristalizado y extraído la sacarosa de la primera prensada, queda este sirope espeso, brillante y oscuro, rico en vitamina B, calcio, magnesio, hierro y potasio. Es el más utilizado por los cultivadores orgánicos.
- Melaza de remolacha azucarera: La mitad de su peso final son azúcares (sacarosa, glucosa y fructosa), y la otra mitad, no azúcar, es rica en calcio, potasio, oxalato y cloro.
- Melaza con azufre: Contiene azufre añadido para inhibir hongos y bacterias. Sin embargo, el azufre tiene un efecto negativo sobre las bacterias del suelo, por lo que no es recomendable para el cultivo.
La Melaza en la Fermentación
La melaza es un sustrato valioso para procesos de fermentación, especialmente en la producción de diversos tipos de alcoholes, ácidos orgánicos (como el ácido láctico o el ácido cítrico), enzimas, aminoácidos, productos farmacéuticos y otros bioquímicos. En el año 2005, la producción global de melazas se estimó en 50.7 millones de toneladas, con aproximadamente el 48% producido en Asia, principalmente en India, China y Tailandia.
Mejora de la Fermentación con Enzimas
En muchas aplicaciones, las melazas se utilizan en fermentaciones, pero su composición compleja incluye azúcares fermentables y no fermentables, así como proteínas y almidones. Los oligosacáridos no fermentables, como la rafinosa y la estaquiosa, no pueden ser utilizados en el proceso de fermentación por las enzimas tradicionales.
Se ha descubierto que la adición de una enzima transglucosidasa a las fermentaciones de melazas incrementa el rendimiento de alcohol. Esto se debe a que la transglucosidasa hidroliza los azúcares no fermentables, como la rafinosa y la estaquiosa, convirtiéndolos en azúcares fermentables. Este proceso puede ocurrir simultáneamente con la fermentación o como un pretratamiento.
Etanol a partir de melaza
Adicionalmente, la invención proporciona procesos novedosos para incrementar el rendimiento de fermentación de melazas usando una transglucosidasa durante o antes a la fermentación. Las modalidades del proceso incluyen métodos para poner en contacto las melazas en un medio de fermentación o reacción de fermentación con composiciones de enzima que incluyen por lo menos una transglucosidasa, lo cual resulta en la hidrólisis de azúcares no fermentables como rafinosa y estaquiosa.
Además de la transglucosidasa, se pueden agregar otras enzimas secundarias para hidrolizar almidón granular, proteínas y almidón residual. Estas incluyen alfa amilasa y glucoamilasa con propiedades de hidrolización de almidón granular (GSHE), hemicelulasas, celulasas, pectinasas, proteasas (como una proteasa fúngica ácida), beta-glucosidasas, beta-glucanasas y dextranasas.
La fermentación y/o el pretratamiento pueden realizarse a temperaturas por debajo de la temperatura de gelatinización del almidón granular en melazas (por ejemplo, entre 15 y 40°C) y a un pH de aproximadamente 2.0 a 7.0 o alternativamente 3.5 a 7.0.
Estudio de Caso: Producción de Ácido Láctico con Lactobacillus
Un estudio evaluó la fermentación de melaza de caña de azúcar empleando Lactobacillus casei y Lactobacillus plantarum para la producción de ácido láctico. Se determinó que la hidrólisis de melaza no tiene un efecto positivo en el rendimiento de producción de ácido láctico sobre azúcares totales.
Sin embargo, se observó que la concentración de melaza y extracto de levadura en el medio poseen un efecto significativo en el rendimiento de producción de ácido láctico y biomasa sobre azúcares totales, obteniendo el mayor rendimiento global (0.8876 y 0.8576 g/g, para L. casei y L. plantarum, respectivamente) a una concentración de 170 g/L de melaza y 15 g/L de extracto de levadura.
Los valores de las constantes cinéticas para la producción de ácido láctico fueron:
| Constante Cinética | L. casei | L. plantarum |
|---|---|---|
| Tasa máxima de crecimiento específica (𝜇𝑚𝑎𝑥) | 2.37 h-1 | 0.619 h-1 |
| Constante de afinidad al sustrato (𝑘𝑠) | 3.44 g/L | 46.0 g/L |
| Constante de inhibición por sustrato (𝑘𝑠) | 8.24 | 59.8 g/L |
| Constante de inhibición por producto (𝑘𝑝) | 14.0 | 36.5 g/L |
| Constante asociada al crecimiento (α) | 5.55 g/g | 4.02 g/g |
| Constante no asociada al crecimiento (𝛽) | 7.69 g/(g*h) | 11.4 g/(g*h) |
Usos de la Melaza en la Agricultura
La melaza es un ingrediente clave en la agricultura orgánica debido a su riqueza en azúcares naturales, potasio, hierro, calcio, magnesio y micronutrientes. Su función principal en el suelo es alimentar a los microorganismos, lo que aumenta la actividad biológica y mejora la disponibilidad de nutrientes para las plantas. Además, se utiliza frecuentemente en biofertilizantes y fermentos agrícolas.
Biofertilizante Supermagro con Melaza
El BIOFERTILIZANTE SUPERMAGRO es un fertilizante líquido de aplicación foliar que puede ser utilizado en cualquier cultivo sin restricciones. Sus componentes pueden sustituirse según las condiciones de cada lugar. La melaza (o jugo de caña) es uno de los ingredientes principales, con 14 (o 28 si es caña) litros en la receta base.
Preparación del Biofertilizante Supermagro
La preparación del Supermagro implica un proceso de fermentación controlado durante varios días, con la adición de diferentes minerales y compuestos en etapas específicas:
- Día uno: En un recipiente plástico de 200 litros, se mezclan 50 kg de estiércol fresco de vaca, 70 litros de agua no contaminada, 2 litros de leche y 1 litro de melaza. Se revuelve bien, se tapa y se deja reposar por 3 días, protegido del sol y la lluvia.
- Días siguientes: En días específicos (Día cuatro, Día siete, Día diez, etc.), se disuelven en baldes pequeños con agua tibia diferentes minerales (sulfato de zinc, cloruro de calcio, sulfato de magnesio, sulfato de manganeso, cloruro de cobalto, molibdato de sodio, bórax, sulfato ferroso, sulfato de cobre) junto con leche y melaza. Estas mezclas se añaden al recipiente grande, se revuelven bien y se dejan reposar por 3 días entre cada adición.
- Día cuarenta: Se completa el volumen del recipiente con agua hasta llegar a los 180 litros. Se tapa y se deja en reposo por 10 a 15 días, protegido del sol y de la lluvia.
Bocashi: Abono Orgánico Fermentado con Melaza
El Bocashi es otro abono orgánico de aplicación radicular, muy completo, que se elabora mediante un proceso de fermentación. La fermentación es clave, ya que los microorganismos transforman la bioquímica de los cuerpos, formando nuevos elementos que activan enzimas para lograr la armonía en la naturaleza.
Materiales para Bocashi (Experiencia Colombiana)
- 20 Bultos de tierra cernida
- 20 Bultos de Cascarilla de arroz o de aserrín en descomposición
- 20 Bultos de estiércol
- 1 Bulto de salvado de arroz o concentrado para terneros
- 1 Galón de melaza
- 1 Kg de levadura granulada
- 4 Bultos de Carbón de madera
Preparación del Bocashi
La melaza y la levadura deben mezclarse por separado en un balde plástico. Los demás materiales se distribuyen por capas uniformes hasta formar un montón no mayor a 50 cm de altura. Cada capa debe ir hidratada, evitando el exceso de humedad. Los ingredientes se homogenizan a medida que se forma el montón. Es crucial controlar la temperatura, revolviendo el montón dos veces al día durante los primeros 3 a 4 días, luego una sola vez hasta completar de 10 a 15 días. Al final, el bocashi maduro tiene una temperatura igual a la ambiente, color gris claro, seco con aspecto de polvo arenoso y consistencia suelta.
Aplicación del Bocashi
El Bocashi no se debe almacenar; solo se prepara la cantidad necesaria para cada cultivo. Se puede usar de diversas formas:
- En viveros: Se recomienda precaución, ya que el 100% de Bocashi puede quemar las plántulas.
- En trasplante:
- Abonado directo: Se aplica un puñado de Bocashi en el hoyo, otro de tierra (para proteger la raíz) y por último la planta.
- Abonado lateral: En zanjas laterales se abona para estimular el crecimiento radicular.
- Abonado del surco: Usado en cultivos como maíz, fríjol, zanahoria, cilantro. Se aplica 2 o 3 días antes de la siembra.
Etanol a partir de melaza
Las dosis varían según la fertilidad del suelo, el clima y las necesidades del cultivo, oscilando entre 30 gramos (hortalizas de hojas) y 100 gramos (tomate y pimentón).
Fertilizante Orgánico-Mineral con Melaza
Un fertilizante orgánico-mineral es una mezcla de materia orgánica y minerales naturales que aporta nutrientes al suelo de forma equilibrada y gradual. La melaza es un ingrediente clave en estas mezclas, ya que alimenta a los microorganismos, lo que aumenta la actividad biológica y mejora la disponibilidad de nutrientes para las plantas.
Beneficios de los Fertilizantes Orgánico-Minerales
- Nutrición completa: Aporta nitrógeno, fósforo, minerales traza y materia orgánica.
- Liberación lenta: Los nutrientes se liberan progresivamente, evitando pérdidas por lixiviación.
- Estimula la vida del suelo: La melaza y la materia orgánica activan bacterias y hongos beneficiosos.
- Mejora la estructura del suelo: Las harinas minerales ayudan a regenerar suelos empobrecidos.
- Mayor resistencia de las plantas: Los micronutrientes refuerzan el sistema inmunológico de los cultivos.
Ingredientes del Fertilizante y sus Beneficios
- Melaza de caña: Aporta azúcares naturales, potasio, hierro, calcio, magnesio y micronutrientes. Alimenta los microorganismos del suelo.
- Roca fosfórica: Fuente natural de fósforo de liberación lenta, esencial para el desarrollo de raíces, floración y formación de frutos.
- Harina de roca: Aporta una variedad de minerales traza como silicio, hierro, manganeso, zinc, magnesio y calcio, esenciales para el metabolismo de las plantas.
- Harina de sangre: Contiene alto contenido de nitrógeno natural, clave para el crecimiento de hojas, desarrollo vegetativo y producción de clorofila.
Receta de Fertilizante Orgánico Mineral
Ingredientes:
- 5 kg de harina de roca
- 2 kg de roca fosfórica
- 1 kg de harina de sangre
- 1 kg de compost maduro tamizado
- 250 ml de melaza de caña
- 2-3 litros de agua
Preparación Paso a Paso:
- Mezclar los ingredientes secos: Harina de roca, roca fosfórica, harina de sangre, compost. Deben quedar homogéneos.
- Diluir la melaza: Disolver la melaza en agua tibia para una mejor distribución.
- Humedecer la mezcla: Añadir lentamente la melaza diluida mientras se remueve, hasta obtener una textura de tierra húmeda.
- Activación biológica (opcional): Dejar reposar la mezcla entre 3 y 7 días en un recipiente cubierto pero con ventilación. Esto activa microorganismos y una ligera fermentación.
- Secado y almacenamiento: Extender la mezcla para que pierda humedad y guardarla en sacos o recipientes herméticos en un lugar seco y sombreado.
Aplicación y Dosis:
- En huerto: 100 a 200 gramos por metro cuadrado antes de sembrar o trasplantar, o alrededor de plantas establecidas.
- En frutales: 300 a 500 gramos alrededor del árbol, en la zona de goteo de la copa.
- En macetas: 1 o 2 cucharadas mezcladas con el sustrato.
Para cultivos intensivos, se recomienda aplicar cada 4 a 8 semanas durante la temporada de crecimiento. En frutales, 2 o 3 aplicaciones al año son suficientes.
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