El sorgo dulce (página 2)

2. Características del cultivo del sorgo

Las características que favorecen al sorgo dulce

Se adaptan únicamente a los extremos ambientales de tensión abiótica que hace esta cosecha el grano lógico para apoyar al mundo por tener el 25% de su población que experimenta escasez severa del agua antes de 2025. Además este cultivo permite un sistema de producción sostenible y económicamente provechoso que reduce el riesgo al mínimo.

Variedades del sorgo dulce

Un híbrido del sorgo dulce Special/Sweet (SSH) 104 desarrollados por ICSA 38, un padre male-sterile de ICRISAT-bred (semilla) y SSV 84, un padre masculino criado en la India se está recomendando para el lanzamiento para el cultivo comercial. El programa nacional del sorgo dulce, con la prueba extensa en AICSIP, lanzó la variedad SSV 84 en 1992/93 para el cultivo general.

La amplia variabilidad disponible en los genoplasmas e híbrido en los aspectos relacionados con la producción del etanol tal como porcentaje del azúcar, sucarosa y Brix. Los altos rendimientos del tallo ofrece el alcance para el desarrollo del tallo alto rindiendo variedades e híbridos ricas en azúcar, (ICRISAT, 2004).

Hábitos de crecimiento:

Este tipo de sorgo es una hierba gruesa cuyos vástagos son erguidos y sólidos, alcanzan una altura de 0,6096 m a 3,6576 m. Las variedades de jarabe son de 1,82 m a 2,7432 m de alto. Los brotes que forman en los nodos se convierten a menudo en ramas. Los brotes que forman cerca de la corona se convierten en granos que producen labradores. Los labradores desarrollan sus propias raíces pero siguen unidas a la vieja corona. Las cañas o los tallos de algunas variedades y tipos de sorgo dulce son jugosos. Si la médula no es jugosa, el nervio central de la hoja es blanco en color debido a los espacios de aire en los tejidos finos; cuando los espacios de aire se llenan del jugo, el color es más neutral. Debido a esta diferencia, las plantas estarán en diversas etapas de la madurez en la época óptima para la cosecha para el jarabe. El contenido del azúcar del jugo puede extenderse a partir del 2 hasta el 20%.

El color de la semilla varía entre las variedades del sorgo dulce de blanco al marrón oscuro. El endospermo es blanco, y tiene la misma deficiencia de la vitamina A que el maíz blanco. El tamaño de la semilla varía considerablemente entre las variedades, extendiéndose típicamente a partir del 2172.91 a 4347.83 semillas/kg (1.000 a 2.000 semillas /lb).

Requisitos del Ambiente:

1. El sorgo dulce es un cultivo de crecimiento rápido en clima cálido. Estas son mejor adaptadas al calor, suelos fértiles; el frío y los suelos muy húmedos limitan su crecimiento. La planta tolera sequía relativamente bien, aunque responde adecuadamente a la fertilidad y a la humedad del suelo, con un crecimiento más rápido. También tolera períodos cortos de inundación del terreno mejor que maíz. La planta parará el crecer en ausencia del agua adecuada, pero no se marchitará. Comenzará a crecer otra vez cuando las condiciones mejoran.

2. Clima:

   El mismo necesita un suelo caliente, fértil para el crecimiento óptimo. Es conveniente para plantar en una amplia gama de los tipos del suelo. Porque el sorgo tolera condiciones de sequía, se sugiere para plantar en suelos de textura más gruesa si los requisitos de la fertilidad de la planta se resuelven. También crece bien en suelos de moldeo.

3. Suelo:
4. Preparación y germinación de la semilla:

La semilla se debe tratar con un fungicida, tal como captan, para controlar putrefacciones de la semilla y que la planta de semillero se marchite. La eficacia del tratamiento de la semilla será reducida si la germinación y la aparición son retrasados debido al frío y condiciones de humedad del suelo. Una vez que la semilla germine el crecimiento es normalmente lento por dos a tres semanas hasta que las plantas se establecen (. (D.J. Undersander et al., 1990).

Adaptación

La madurez y tolerancia al frío así como la intensitividad de a los fotoperiodos ha sido critica para el movimiento de este cultivo desde climas tropicales y subtropicales a climas templados. El sorgo se desarrolló debido a las características fisiológicas favorables relacionadas con la tolerancia al estrés abiótico a la sequía y el calor. El sorgo sucesivamente se adapta a diferentes tipos de suelos y toxicidades tales como: la alcalinidad, acidez y aluminio, agua estancada. La adaptación a sistemas agrícolas de producción de bajas entradas es crítico en Asia y África. En los sistemas agrícolas de países, el sorgo tiene mayor por ciento de áreas (acre) de cosecha que otros cultivos al igual que más estabilidad en el rendimiento.

Tolerancia al estrés abiótico

La evolución del sorgo bajo la presión de la sequía y las altas temperaturas incrementa las posibilidades y oportunidades para este cultivo para suplir las necesidades de granos en el mundo, (Maunder B., 2006), http://www.sorghumgrowers.com/Sorghum+101

Los requerimientos de la cantidad de fertilizantes fue provista en el orden de garantizar la disponibilidad de 120 kg N/ha y la cantidad razonable del resto de los nutrientes, de modo que el cultivo se desarrolle en condiciones no limitadas. El regadío fue además aplicado, se estableció una demanda de 217 L/kg de biomasa seca.

Por cada parcela fueron aplicados 12 riegos de 50 mm, lo que significa una cantidad total de 6000 m3 de agua por ha. El valor calórico del bagazo y las hojas fue establecido en 3500 Mcal/t y para el azúcar en 4000 Mcal/t. Finalmente el costo de mano de obra para la aplicación del regadío fue declarado en 3.6 ECU/h (1ECU = 167 pts).

Un rendimiento de 100 t de biomasa fresca por ha (desde 115 a 87.5 t de material fresca por ha) o 29 t de materia seca por ha (desde 25.7 a 34.9 t de materia seca por ha) fue reportado, (Fernández J., 2006).

1. Rendimiento potencial:

En general toma 30.28 L (8 gal) de jugo para producir 3.785 L 1 gal de sirope de miel. Un rendimiento realista de sirope es de 701.445 – 748. 208 L/ha(75-80 gal/acre) para un buen cultivo de sorgo, (D.J. Undersander et al., 1990).

Beneficios y usos

Sorgo dulce (Sorgo bicolor) es similar al grano sorgo con un tallo rico en azúcar, casi similar a la caña de azúcar. Además tiene amplia adaptabilidad, rápido crecimiento y alta acumulación de azúcar y producción potencial de biomasa. El sorgo dulce es tolerante a la sequía, inundaciones, salinidad del suelo y toxicidad por acidez. Este tiene un gran potencial para la producción de jaggery, sirope y alcohol (más importante Gasohol, el cual es etanol mezclado con petróleo ). El contenido de azúcar en el jugo extraído del sorgo dulce varía de 16-23 % Brix.

En años recientes ha incrementado el interés el en la utilización este producto para la producción de etanol en la India, como su periodo de crecimiento es de alrededor 4 meses y los requerimientos de agua de 8000 m3 sobre dos cultivos, que ¼ de la caña de azúcar, la cual tiene un periodo de crecimiento de 12- 16 meses y requiere 36 000 m3 de agua por cultivo. El sorgo dulce es mejor para la producción mecanizada y la propagación de semilla.

El sirope del sorgo es extraído de la planta mediante la molida del tallo. El sirope es producido primariamente en los Estados Unidos y es usado para la industria alimentaria como sustituto del azúcar. Investigaciones han evaluado el sorgo como como mataria prima para la producción de etanol. El grano el sorgo dulce se puede utilizar como alimentación para las aves de corral y el ganado. (D.J. Undersander et al., 1990).

El sorgo produce un volumen de etanol idéntico al maíz. El 10-20% de producción de sorgo dulce de Estados Unidos se utiliza actualmente para la producción de etanol que está aumentando rápidamente (sobre ocho mil millones L/año) de demanda en parte debido a la eliminación de MTBE (éter butílico terciario metílico). Por supuesto y quizás solamente a corto plazo allí tiene ventajas significativas el tener un grano no trangénico. (Maunder B., 2006), http://www.sorghumgrowers.com/Sorghum+101

Tabla 1: Características del sorgo dulce y la caña de azúcar (Raveendran T. S., 2006)

Sorgo para la producción de alcohol

Acorde con un estudio piloto, el sorgo dulce es la mayor material prima alternativa que puede suplementar el uso de la caña de azúcar en la producción de etanol. La producción etanol de este se compara bien con la caña de azúcar, pues se producen 5600 L por ha (sobre dos cultivos, de 70 t por ha de tallo molido por cultivo a 40 L por t); para el cultivo de la caña de azúcar se producen 6,500 L por ha por cultivo (de 85-90 t por ha de caña molida por cultivo a 75 L por t).

De acuerdo con los estimados realizados por el Centro Nacional de Investigaciones para el Sorgo (NRCS), el costo de producción por litro de etanol de sorgo dulce es Rs 13.11 (de Rs 500 por t de tallo), cuando se compara con Rs 12.55 (de Rs 1,600 por t de tallo) de mieles de caña. Sin embargo, El incremento del costo de producción de etanol de sorgo dulce es mas que compensado por el rendimiento del grano de 1t por ha (el cual se puede usar como alimento y la calidad superior del etanol. La ventaja significante de la producción de etanol a partir del mismo es que es amistosa con el medio ambiente pues no se usa la ruta de las mieles. El nivel de contaminación basado en la producción de etanol tiene ¼ de DBO, es decir 19 500 mg/L y también tiene menos DQO 38 640 mg/L comparado con la ruta de la caña de azúcar, (ICRISAT, 2004), .

Los tallos de sorgo dulce pueden almacenar los azúcares solubles la cual puede ser más de 40% del tallo seco. Estos azúcares son principalmente sacarosa (25-30% de peso del tallo seco) y glucosa y fructosa en pequeñas cantidades. En los años 70 fue propuesta la posibilidad de cultivarlo para la producción de bioetanol, como es capaz de producir fácilmente azúcares fermentables si crece en medio ambientes no limitados. En las condiciones de España, el cultivo del sorgo dulce tiene lugar desde abril- mayo a octubre, siempre en tierras irrigadas, (Fernández J., 2006).

Figura 1. Distribución del contenido de azúcar en la planta de sorgo dulce. (Martini A. et. Al., 2006)

Los tallos de sorgo dulce contienen azúcares fermentables en la cantidad equivalente a 3741.04- 5611.56 L/ha (400-600 gal /acre)o acerca del doble del maíz. Este cultivo lo usan las comunidades para hacer sirope. La planta usa mucha azúcar para producir el grano de modo que el rendimiento en azúcar del tallo es relativamente bajo. En la cosecha de septiembre el peso del cultivo fue 90.931 t/ha (80000 lb/acre) y 78% de agua y 22% de material seca, de modo que tiene más agua que el silage de maíz.

Ventajas del sorgo dulce

– También conocido como zahínas de azúcar

– Cultivado para producir etanol, azúcar, jaggery, sirope y silage.

– Principal fuente de etanol en Estados Unidos, Brasil. China, Australia y sud África.

– Los tallos son dulces y jugosos

– Altos rendimientos en biomasa y azúcares fermentables.

– Cosechado en 90-120 días.

– Requiere menos agua y fertilizantes

– Ampliamente adaptable (Raveendran, 2006)

Figure 2: Proceso químico simplificado del sorgo dulce. (Oumar .K. Ch. and Rumei, X., 2005)

Figure 3: Desarrollo de la tecnología de producción de etanol incluyendo fermentación, destilación, (A. K. Rajvanshi and N. Nimbkar, 2006)

  Figure 4: Diagrama de bloque para la conversión del sorgo dulce en etanol, (Oumar .K. Ch. and Rumei, X., 2005)

Hay dos problemas con la cosecha y la fermentación de las azúcares a etanol. Primero, un peso de 40 toneladas por acre casi imposibilita el transporte con facilidad al central para la fermentación. En segundo lugar, los azúcares en el tallo comenzaron a "agriarse" o a congelarse en el campo. Hemos sido acertados en superar estos dos problemas rociando el forraje que sale del cilindro con el ácido sulfúrico. Mientras que el forraje va cruzando a lo largo del taladro se rocía con un inoculum de levadura.

El pH alrededor de 4.3 inhibe la contaminación bacteriana, sobre las plantas convirtiendo el azúcar a ácido láctico. La presencia de ácido láctico en el forraje inhibe las levaduras en la fermentación de azúcares a etanol. El forraje se pone en un silo alineado y cubierto donde se completa la fermentación en algunos días. El etanol es estable en el silo por muchos meses. El Máximo rendimiento de azúcar ocurre acerca de 85. 24 Kg/ha (75 lbs /acre).

En el silo el forraje pesa 36 800 kg con una densidad de 0.7 la cual es igual 509,7032 m 3 o una pila de 3.048 de ancho, 2.4384 m de altura y 6.7056 m de largo. El transporte para el central debe ser costoso y peligroso. Se han probado varios métodos de destilación de etanol desde el silo, pero ninguno es económico. Se continúa intentando desarrollar un sistema económico para destilar el etanol, con el objetivo de producir un producto que sea 70-90% de etanol, el cual pueda ser hecho con una simple torre de platos, y este producto pueda ser transportado para una central para la conversión a etanol con grado combustible, (Anderson, 2006).

El sorgo dulce mientras está siendo cosechado con un cortador de forraje fue acidificado e inoculado con levadura y entonces ensilado. La planta contiene acerca del 75% de humedad y pesa 90.931 t/ha (80,000 Lb por acre) con una porción líquida que contiene 15% de azúcar equivalente a 7482. 085 L/ha (800 gal/acre) después del ensilaje. Se han intentado varios métodos de destilación del etanol, pero la mayoría no son factibles o son energéticamente intensos. Tenemos disponible en la facilidad un nuevo tipo de sistema de la destilación que consiste en un tambor calentado con las paletas que rotan, unidas a una columna de la destilación. Después de la destilación, el forraje será ensilado con un inóculo de las bacterias del ácido láctico para el ensilaje o utilizado como materia de base para la digestión anaerobia. (Anderson, 2006)

Tabl1 1. Diferentes variedades de sorgo y maíz que crecen en Waseca, 1987 y 1988.

1Base material seca.

2Brix es aproximadamente equivalente al % de azúcar. 3Brix multiplied times stalk sap yield. 4Asume 2.5 gal de etanol/bushels de maíz y 14.7 lb de carbohidratos fermentables/gal de etanol, (D.J. Undersander et al., 1990).

ETANOL DE VARIEDADES DE SORGO DULCE

• Rendimiento potencial – 80 to 100 t/ha (US reports)

• Rendimiento de una madurez más larga sobrepasa 100 t/ha

• Rendimiento en etanol

– 2639 lit/ha (Brasil)

– 7000 lit/ha(China)

– 3000 lit/ha (Sudáfrica)

– 4790 lit/ha (Estados Unidos)

• Variedad Nacional de la India SSV 84

• 40 –50t/ha biomasa ; 40% de rendimiento de jugo y 4500 lit/ha of ethanol (NRCS report), (Raveendran T.S, 2006)

Balance de energía en el sorgo dulce

Para calcular el balance de energía del cultivo de sorgo, el consumo de energía de las labores y tareas requeridas, incluye el consumo humano, entradas de energía, así como, la energía consumida durante su proceso de producción. Se usa el bagazo para la producción de electricidad y vapor para el proceso en la destilería, el promedio del balance de energía puede ser calculado teniendo en cuenta los siguientes datos (HCV: Valor calórico superior): – Promedio de producción de azúcar: 12 t/ha x 4,000 Mcal (HCV)/t = 48,000 Mcal/ha o 200,928 MJ/ha. – Promedio de producción de bagazo: 19.5 t/ha x 3,500 Mcal (HCV)/t = 68,250 Mcal/ha o 285,695 MJ/ha – Promedio de producción total: 48,000 + 68,250= 116,250 Mcal/ha or 486,622 MJ/ha – Rendimiento de producción de etanol = 2 kg de azúcar/l de etanol – Energía obtenida del etanol = 6,050 l/ha x 5,400 kcal/l = 32,670 Mcal/ha o 136,757 MJ/ha – Consumo de energía la transformación de azúcar en etanol, en términos de energía primaria = 34,364 Mcal/ha (143.848 MJ/ha), la cual puede ser provista completamente por el bagazo. – Consumo total de energía consumida en irrigación por regadera: 9,487.1 Mcal/ha or 39,713 MJ/ha. – Consumo total de energía en irrigación superficial: 5,353.1 Mcal/ha or 22,408 MJ/ha. De modo que el balance de energía del sorgo dulce debe de ser: – En el caso de irrigación por regadera: 32,670/9,487.1 = 3.4 – En el caso de irrigación superficial: 32,670/5,353.1 = 6.1 Con relación costo promedio del cultivo, fue establecido que para el rendimiento de 12 t de azúcar por ha ha: – Cuando la irrigación por regadera: 1,355 ECU/ha o 0.208 ECU/l de etanol – Cuando la irrigación es superficial: 1,241 ECU/ha or 0.205 ECU/l de etanol (Fernández J, 2006).

Mejoras necesarias para consolidar el sorgo

Aunque los rendimientos exceden los 10,000 Kg/ha han sido regularmente alcanzado en Argentina y en Bajo México, la oportunidades para aumentar los rendimientos ha recibido menos atención que muchas mejoras cualitativas.

El crecimiento para alcanzar producciones más altas debe seguir siendo la prioridad más alta al incorporar rasgos bióticos o abióticos necesarios.

Una necesidad significativa del sorgo dulce mejorado será una mayor inversión en la investigación en países desarrollados usando híbridos; así como para la mejora varietal en países en vías de desarrollo. Los países desarrollados pueden y ganarán más del mercado de exportación del sorgo dulce del mundo proporcionando una fuente confiable de un producto de una calidad mejor. La oportunidad para la producción mejorada excede el de los cereales que requieren mayores entradas y que alcanzan aumentos significativos. (Maunder B., 2006), http://www.sorghumgrowers.com/Sorghum+101

Estudios por el agrónomo I.C. Anderson de la Universidad de Lowa han presentado resultados algo prometedores. El sorgo dulce es relativamente una cosecha de bajo-entrada, y tiene generalmente presiones mínimas de los insectos y de las enfermedades. Rinde lo más mejor posible en veranos calientes, secos, produciendo el jarabe del tallo con contenidos de azúcar de 15-17%.

Un problema es el volumen de material que debe ser manejado. Los tallos cosechados pueden pesar hasta 40 toneladas por acre, que hace transporte a una central de procesamiento a costos prohibitivos, (Zeng P., 2005) http://hayandforage.com/mag/farming_excellent_ethanol/index.html

Conclusiones:

1. El sorgo dulce constituye un cultivo energético alternativo para la producción de etanol, y adicionalmente presenta ventajas para su uso como alimento y en la generación de electricidad y vapor para el propio proceso.
2. Este cereal presenta características de adaptabilidad a condiciones climáticas severas tales como: sequía, inundación del suelo, salinidad del suelo, entre otras.
3. Los indicadores reportados tales como: rendimientos del cultivo del sorgo, los índices de producción de etanol y los costos de producción del etanol apuntan al sorgo dulce como materia prima alternativa con la caña de azúcar para la producción de etanol.
4. Es necesario investigar las potencialidades y características del sorgo dulce como materia prima alternativa para la producción de etanol en las condiciones cubanas.

Bibliografía:

1) Cheick Oumar Kangama and Xu Rumei* Introduction of sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) into China, African Journal of Biotechnology Vol. 4 (7), pp. 575-579, July 2005 Available online at http://www.academicjournals.org/AJB

ISSN 1684–5315 © 2005 Academic Journals

2) ALESSANDRO MARTINI, PIETRO BUZZINI, ANN VAUGHAN-MARTINI A An overview on fermentation processes for the production of bioethanol from sweet sorghum microbiological perspective on renewable energy sources, Chemistry Today • Vol 24 nr 1 • January/February 2006

3) A. K. Rajvanshi and N. Nimbkar, Sweet sorghum R&D at the Nimbkar Agricultural Research Institute (NARI), Nimbkar Agricultural Research Institute (NARI), P.O. Box 44, PHALTAN-415 523, Maharashtra, India., 2006.

4)Zenk P., Excellent for ethanol, , 2005

5) Maunder B., Sorghum: The global Grain of the future, http://www.sorghumgrowers.com/Sorghum+101, 2006

6) Fernández J, Outlooks of sweet sorghum crop for ethanol production in Spain based on verietal results in multilocal trials, 2006.

7) D.J. Undersander et al., Sorghum for syrup, Alternatives Field Crop Manual, 1990.

8) Anderson, Ethanol from sweet sorghum, Iowa State University, 2006.

9) Martini A. et. Al., A microbiological perspectiva on renewable energy sources

Part 1 – An overview on fermentation processes for the production of bioethanol from sweet sorghum, Chemistry Today • Vol 24 nr 1 • January/February, 2006.

10) ICRISAT, ICRISAT develops sweet sorghum for ethanol production 2004

11) Grassi G. EUBIA, http://www.conference-biomass.com/biomass2005/pdf/14th_EBCE_BID_Report, 2006.

12) Piazza Savonarolaand Rond Point Schuman, Modern Bioenergy Village Complex, National Agricultural Technology Project, http://dare.nic.in/report/NATP.pdf, 2006

Autor:

Dra. Raquel de la Cruz Soriano*,

Centro Universitario de Sancti Spiritus José Martí Pérez

Fecha de nacimiento: 23 de octubre de 1970.

Lugar de nacimiento: Municipio de Cabaiguán. Sancti Spiritus.

Ciudadanía: cubana.

Especialidad: Ingeniera Química. Máster en Análisis de Procesos en la Industria Química. Doctora en Ciencias Técnicas.

Centro de Estudios: Universidad Central ¨ Martha Abreu ¨ de las Villas.

Año de graduación: 1993.

Datos del trabajo que se presenta:

Se realizó en Julio de 2007 en la provincia de Sancti Spiritus, Cuba