Cafe, Super Chevere
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CARACTERIZACIN FSICA DE CAF SEMITOSTADO
YENNI ALEXANDRA PRIETO DUARTE
FUNDACIN UNIVERSIDAD DE AMRICA
FACULTAD DE INGENIERA QUMICA
BOGOT D.C.
2002
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CARACTERIZACIN FSICA DE CAF SEMITOSTADO
YENNI ALEXANDRA PRIETO DUARTE
Proyecto de grado para optar el ttulo de
Ingeniera Qumica
DirectorDANIEL GABRIEL ACUA PRIETO
Fsico
CodirectorDELIO RODRIGO ALARCN SUAREZ
Ingeniero Qumico
FUNDACIN UNIVERSIDAD DE AMRICA
FACULTAD DE INGENIERA QUMICA
BOGOT D.C.
2002
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Nota de aceptacin
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
Presidente del Jurado
_______________________________
Jurado
_______________________________
Jurado
Bogot D.C., 16 de abril de 2002
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DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD
Presidente Institucional y Rector del Claustro
Dr. Jaime Posada
Vicerrector de Desarrollo y Recursos Humanos
Dr. Luis Jaime Posada
Vicerrectora Acadmica y de Postgrados
Ing. Ana Josefa Herrera
Decano Facultad de Ingenieras
Ing. Hugo Cceres
Director Ingeniera Qumica (e)
Ing. Hugo Cceres
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Emprende todo lo que puedes hacer
o hayas soado que puedas hacer.
El arrojo lleva consigo genio, fuerza y magia..
Goethe
A mis padres
Gracias, simplemente gracias
hoy, maana y siempre,
por apoyarme en la lucha
para alcanzar mis ideales .
YENNI PRIETO
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AGRADECIMIENTOS
La autora expresa sus agradecimientos a:
Luis Fernando Hernndez, Estadstico de la Oficina de Calidad de Caf
ALMACAF, por sus valiosas orientaciones en el desarrollo del diseo
experimental, por su gran disposicin y respaldo durante el proyecto.
Daniel Gabriel Acua Prieto, Fsico, Coordinador II del Laboratorio Central de
ALMACAF y Director de este proyecto por su aporte en la parte experimental y
por tenerme en cuenta para la ejecucin de este proyecto.
Delio Rodrigo Alarcn Surez, Ingeniero Qumico, Analista II de Evaluacin y
Control de calidades de ALMACAF y Codirector de este proyecto, por sus
valiosos aportes tcnicos, enseanzas y orientacin.
Doctor Edgar Moreno Gonzlez, Qumico y Director de la Oficina de Calidad de
Caf ALMACAF, por permitir desarrollar el proyecto en dicha entidad.
Al personal del laboratorio, por su gran colaboracin, en especial a MaritzaSurez, Diana Gutierrez, John Fredy Mora y Danilo Morales por su respaldo y por
ponerle color y humor a la vida en los momentos difciles.
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Julio Cesar fuentes, Ingeniero Qumico y Profesor de la Universidad Amrica por
su colaboracin para la ejecucin del proyecto.
Carolina Torres, Ingeniera Qumica, por su respaldo en la bsqueda y ejecucindel proyecto.
A mis amigos, Carlos Tibamosca, Jacqueline Villalobos, Daniel Ramrez, Nohora
Rodrguez, Sandra Leyva, Angelica Guerrero, Diana Mart, Wilber Martnez, Paola
Micn y Vivian Villamizar, por su amistad, apoyo incondicial durante toda la carrera
y por brindarme respaldo en los momentos difciles al no dejarme desfallecer.
A mis abuelos, tos y primos por su respaldo en la culminacin de este proyecto y
por su constante motivacin.
A mi hermano, por su colaboracin y comprensin para la terminacin de este
proyecto.
A todas las personas que de una u otra manera ayudaron, aportaron, colaboraron
y permitieron que este logro se hiciera realidad.
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GLOSARIO
Beneficio: Consiste en someter a la cereza de caf madura a una serie de
operaciones para obtener el caf verde materia prima para el proceso de
torrefaccin.
Caf: Es una semilla procedente del rbol del cafeto, perteneciente a la familia de
las Rubiceas y al gnero Coffea.
Caf Cereza: Es la baya de caf tal cual ha sido recolectado del rbol cuando ya
ha alcanzado su adecuado grado de maduracin.
Caf Pergamino: Grano de caf envuelto en el endocarpio (pergamino).
Obtenido despus de la etapa de secado en el proceso de beneficio.
Caf Semitostado: Caf con cierto grado de tostin (entre verde y tostado), para
eliminar posibles microorganismos presentes inicialmente, que pueden afectar las
propiedades del mismo y del producto final. Producto considerado materia prima al
no estar listo para su consumo.
Caf Verde: Es el resultado de someter la cereza de caf madura al beneficioretirando el exocarpio, el mesocarpio y por medio de la trilla el pergamino,
quedando as la almendra nicamente
Densidad Aparente: Se define como la relacin de la masa por unidad de
volumen ocupado de un material slido y se expresa en g/l kg/m3.
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Despasillado: Proceso manual en el cual se retiran los granos defectuosos,
material extrao e impurezas del caf verde.
Despulpado: Remocin de la pulpa de consistencia mucilaginosa que cubre alcaf.
Dureza: Es la capacidad de un slido de resistirse a la deformacin o fractura de
su superficie. Esta relacionada con la fuerza, que es la encargada de vencer dicha
resistencia.
Excelso: Caf debidamente seleccionado y que cumple con los lmites de control,
nico caf exportable.
Fermentacin: Proceso en el cual se eliminan las trazas que quedan de
muclago despus del despulpado.
Grano Defectuoso: Este trmino es utilizado en el mbito comercial para
describir el factor de calidad de los granos y del material extrao (no caf).
L*: Indica el grado de luminosidad (claro oscuro) que posee la muestra y esta
referida al Sulfato de Bario, que es el blanco estndar con un valor de 100%.
Merma: Denominacin que se le da a la prdida de peso del grano de caf verde
durante la tostin.
Muclago: Capa externa del caf de consistencia babosa, es eliminada una parteen la despulpadora y su remocin total se realiza en el proceso de fermentacin.
Punto o Grado de Tostin: Se controla mediante el color adquirido por el grano
durante la torrefaccin, va de tonos castaos hasta marrn - negro, segn la
temperatura y el tiempo de tostin.
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Quenching (apagado): Es un proceso de enfriamiento sobre los granos de caf
por aspersin de agua.
Slidos Solubles: Son los que contribuyen en forma determinante al sabor y
carcter de la taza. Se obtienen por medio del proceso de extraccin.
Trilla: Proceso mecnico de presin y friccin para remover el endocarpio seco
del caf pergamino (conocido tambin como cacota) para producir caf verde.
Torrefaccin: Proceso en el que se somete cierta cantidad de caf verde a
condiciones de temperatura y tiempo para producir cambios en la estructura y
composicin del grano desarrollando el sabor y aroma caractersticos del caf
tostado.
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RESUMEN
El objetivo de este proyecto de grado, fue el de determinar cualitativa y
cuantitativamente algunas caractersticas del caf semitostado, estableciendo
rangos para su comercializacin, es decir lmites entre verde y semitostado, y
semitostado y tostado.
Para cumplir dicho objetivo se realizaron ensayos preliminares, para establecer
cada una de las variables independientes y sus respectivos niveles. Este anlisis
permiti fijar el porcentaje de humedad de caf verde y la temperatura final de
tostin (grado de torrefaccin), como variables independientes, con dos niveles del
10% y 13% para la humedad y cinco niveles para la temperatura: 145C, 152C,
159C, 166C y 173C.
Adems, se establecieron las variables respuesta o dependientes que se
analizaran durante el proyecto, estas fueron: porcentaje de merma, color,
densidad aparente, porcentaje de humedad final, porcentaje de slidos solubles y
dureza. Todas estas variables fueron analizadas de acuerdo a las normas
ICONTEC y a los parmetros utilizados por el laboratorio de ALMACAF, a
excepcin de la dureza, la cul, hasta el momento de realizar este proyecto, no se
conocan antecedentes de estudios realizados para esta variable en el caf y porlo tanto se planteo un mtodo para el anlisis de esta y as poder dar un aporte
como una pauta para futuras investigaciones.
Como diseo experimental se planteo uno de bloques completamente
aleatorizados, ya que, al ser el caf un producto de alta variabilidad en sus
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caractersticas, se deseaba minimizar el error y evitar efectos que pudieran afectar
el desarrollo de la experimentacin. Este diseo permiti realizar los experimentos
de una manera adecuada y adems sirvi para analizar cada una de las variables
respuesta de este estudio mediante mtodos estadsticos que facilitaron latabulacin de los resultados obtenidos con respecto a la variable de bloqueo
(porcentaje de humedad inicial de caf verde).
Del anlisis y relaciones de las variables evaluadas se determino el grado de
incidencia de cada una de ellas y como influyen en la caracterizacin del producto.
Finalmente, se determinaron las caractersticas del caf semitostado realizando
una comparacin entre este y las caractersticas del caf verde y el caf tostado.
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INTRODUCCIN
En Colombia se produce uno de los cafs ms suaves del mundo, pero como se
sabe el desarrollo y el manejo del caf no termina con su procesamiento y es
importante conocer cada una de sus caractersticas (del verde al tostado), ya que
la produccin del caf es muy competitiva y se hace necesario crear nuevas
formas de comercializacin.
Debido a que el caf verde sigue siendo un organismo vivo que sufre procesos de
oxidacin y respiracin, y que contiene agentes microbianos (microfauna y
microflora) los cuales pueden generar problemas de tipo fitosanitario en lugares
donde se comercializa se decidi dar una solucin a ste problema mediante el
caf en estado semitostado con lo cual se eliminarn estos agentes
contaminantes. Por lo tanto el caf semitostado ser una nueva alternativa, que es
preciso estudiar y evaluar,
Con base a las consideraciones tcnicas que pueda arrojar ste proyecto,
permitir a la Federacin Nacional de Cafeteros de Colombia establecer criterios
para la futura comercializacin del caf semitostado.
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En la actualidad, la nica referencia que se tiene sobre el caf semitostado seencuentra en la resolucin No. 1 de 1999 en el artculo 4 literal c del Compendio
de Normas de calidad para la Exportacin del Caf Verde y Procesado de la
Federacin Nacional de Cafeteros de Colombia donde se enuncia: El caf
semitostado, se entiende como aquel con un porcentaje de prdida de peso no
mayor al 10%, esta cita, as descrita no se basa en ningn soporte tcnico, por lo
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tanto ser necesario darle un fundamento para establecer caractersticas del caf
semitostado, el cual es el objetivo principal de ste proyecto.
El desarrollo del trabajo experimental se realizar a nivel de laboratorio paradeterminar rangos de comercializacin para algunas variables (porcentaje de
merma, color, porcentaje de humedad final, etc.), su incidencia en el nuevo
producto y la correlacin entre cada una de ellas.
ste proyecto de grado pretende servir de referencia a todo aquel que desee
investigar acerca del caf semitostado, analizando otras caractersticas y
evaluando aspectos de tipo comercial y econmico que no sern estudiados en
ste proyecto, por que abarcan otros aspectos que no son la razn de ser de ste
trabajo.
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1. GENERALIDADES
1.1 CAF
1.1.1 Definicin.1 Es una semilla procedente del rbol del cafeto, perteneciente a
la familia de las Rubiceas y al gnero Coffea. Los cafetos cultivados en el mundo
a nivel industrial son de la especie Coffea Arbica y Coffea Canephora.
El caf crece de manera apropiada en la zona trrida en lugares que renen
condiciones especiales de suelo, temperatura, altitud y radiacin solar. En
Colombia, el cultivo de caf se localiza en las laderas de las cordilleras. Los suelos
ricos en materia orgnica son ideales para el caf. En general el suelo debe tener
una profundidad de 80 cm para permitir la penetracin de las races.
El caf se desarrolla en el curso de 32 semanas siguientes a la aparicin de la flor
en el cafeto; cambia desde el verde claro a rojo oscuro (verFigura 1) o a amarillo
segn la variedad, color en el cual ya se puede considerar maduro, para luego ser
recolectado. La cereza del caf, se forma en racimos unidos a las ramas por tallos
muy cortos.
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1CLARKE, R. Coffee, Chemistry. Vol. 1. Gran Bretaa: 1985. p. 10-15
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Figura 1. Cereza del caf madura
La cereza o baya del caf esta formada por una piel (exocarpio), cuyo cambio en
el color indica su evolucin, y que recubre la pulpa (mesocarpio) de naturaleza
mucilaginosa, que encierra en ella normalmente dos semillas, pegadas por su
parte plana, y recubiertas una capa de coloracin amarilla conocida comopergamino y finalmente esta cubierto con una delgada membrana de tonalidad
plateada (ver Figura 2)
Figura 2. Estructura interna de la cereza de caf
1.1.2 Clasificacin. Los cafs tienen por origen botnico, principalmente, dosespecies: Coffea Arbica y Coffea Canephora o Robusta y algunas especies
menos comunes como: Coffea Excelsa y Coffea Librica.2A continuacin una
breve descripcin de las dos especies ms importantes:
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2 CLARKE, R. Coffee, Chemistry. Vol. 1. Gran Bretaa: 1985. p. 10-15
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Caf Arbica: Se cultiva en todo el mundo, pero el caf de mejor calidad es el
de las zonas montaosas. Las habas son generalmente voluminosas y de forma
alargada, aproximadamente de una longitud entre 14 mm y 15 mm y tienen una
coloracin verde, verde - azulado o verde plido. Esta especie es ms apreciadaque la Canephora por los consumidores de caf.
Dentro del gnero Arbica existen numerosas variedades:3
Moka: De granos pequeos e irregulares.
Tpica: Da un excelente caf pero es sensible a plagas y enfermedades.
Caturra: De buen rendimiento y desarrollo rpido.Catuai: De rpido rendimiento.
Kent: Muy resistente.
Amarella: Llamada as por el color de su grano, muy resistente a heladas.
Maragogipe: De grano gigante, casi el doble que el de otras variedades, muy
resistente a enfermedades.
Caf Canephora: Se cultiva en zonas de bajas altitudes, resiste
enfermedades, altas temperaturas y fuertes lluvias, debido a que es un arbusto de
follaje resistente, los frutos son pequeos y producen una bebida menos
aromtica, el haba de Canephora es ms corta y de aspecto ms redondo. La
coloracin de los granos generalmente es de tono grisceo. Esta especie no es
cultivada en Colombia.
1.1.3 Productos Derivados del Caf.4 En la actualidad se producen lossiguientes tipos de caf, para su comercializacin:
3 DELGADO, Carlos. El libro del caf. Madrid: Alianza Editorial, 1997.p. 86-88
4
4 Congreso Nacional de Ciencia y Tecnologa de Alimentos, 1996.
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Caf verde o crudo
Caf tostado
Caf tostado y molido
Caf soluble atomizado
Caf soluble aglomerado
Caf soluble liofilizado
Caf descafeinado
1.2 BENEFICIO Y PROCESAMIENTO DEL CAF5
El beneficio del caf consiste en someterlo a una serie de operaciones que se
inician con el despulpado del fruto del cafeto, (la cereza del caf), que se realiza
por va hmeda o con el secado del caf sin despulpar, si es por va seca, hasta
obtener un grano tipo pergamino seco o cacota; una vez pase por la operacin
de trilla recibe el nombre de caf verde en almendra. En estas condiciones el caf
queda listo para exportarlo o para procesarlo. A continuacin una ligera
descripcin de los sistemas de beneficio ms comnmente empleados (ver
Figura 3)
1.2.1 Beneficio en Seco. Se inicia cuando los frutos comienzan a secarse en el
propio rbol, estado en el cual contiene una humedad de 60% a 65%. El grano se
cosecha e inmediatamente debe someterse al proceso de secado. El secado al
aire o secado natural puede durar entre dos y cuatro semanas, dependiendo el
clima. Cuando se utilizan secadores dinmicos se recomienda hacer un presecado
al sol hasta que el grano reduzca su contenido de humedad entre el 30% y 35%, lo
cual permite un mejor manejo y eficiencia de la secadora. El proceso de secado se
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5 Tecnologa de Productos Agrcolas. Ed. Terranova. p. 227-232
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debe suspender cuando el grano haya alcanzado un 12% de humedad, momento
en el cual se somete a la trilla con el fin de separar la pulpa seca y el pergamino
(tcnicamente denominado cacota) quedando lo que se denomina caf verde.
1.2.2 Beneficio en Hmedo. Se debe recolectar el grano completamente
maduro, en forma manual y se debe despulpar el mismo da, puesto que despus
de 24 horas de cosechado, el muclago comienza a colorearse (accin de taninos)
por oxidacin y puede manchar el pergamino. Las semillas frescas despulpadas
estn recubiertas de una capa de muclago (miel, goma o baba) esta debe
eliminarse por fermentacin antes que las semillas se sequen. Las semillas se
dejan fermentar humedecidas o sumergidas totalmente en agua. La
descomposicin del muclago (insoluble en agua) puede durar entre 12 y 30 horas,
dependiendo de la temperatura del lugar (a mayor temperatura menor tiempo de
fermentado), de la madurez del caf, del diseo de los tanques y de la calidad del
agua. Luego se lava para retirar completamente el muclago, cambiando el agua
por lo menos dos veces durante el proceso de lavado y se hace una clasificacin
de los granos que pueden ser; caf tipo exportacin, caf corriente y pasilla o
grano de baja densidad. Despus de lavado y escurrido el grano tiene un
contenido de humedad entre el 52% y 55%, la cual se extrae durante el proceso
de secado, hasta obtener un grano de humedad final del 10% al 12%. El secado
se puede realizar natural o mecnicamente. Luego se almacena en forma de caf
pergamino o de caf verde el cual ha sido pasado por el proceso de trilla, donde
se retira el pergamino. ste beneficio se emplea en Colombia y el producto
resultante de la especie Arbica tratada por ste sistema se conoce como caf
suave.
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CAF VERDE
TRILLA
CAF PERGAMINO
SECADO
FERMENTACIN
LAVADO
DESPULPADO
VIA HUMEDAVIA SECA
CAF FRESCO
Figura 3. Beneficio del caf6
7
6SOTO, Mara Alexandra. Influencia de la humedad inicial y el tiempo de crepitacin sobre las caractersticasqumica, fsicas y organolpticas del caf tostado. Bogot: Tesis Ingeniera de Alimentos, Universidad JorgeTadeo Lozano, 1992. p. 7
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1.3 CAF VERDE
1.3.1 Definicin. Es el resultado de someter la cereza de caf madura albeneficio retirando el exocarpio, el mesocarpio y por medio de la trilla el
pergamino, quedando as la almendra nicamente.
1.3.2 Clasificacin. La clasificacin del caf verde consiste en separar los
granos, teniendo en cuenta su calidad, forma, tamao y las exigencias del
mercado exterior.
En Colombia, se produce caf del tipo Arbica y se clasifica segn su
granulometra y la cantidad de defectos que ste contenga (verTabla 1).
1.3.3 Caractersticas. A continuacin se mencionaran algunas caractersticas
tpicas del caf verde:
Granulometra: Las diferencias especificas de forma y de tamao son
particularmente notables en los granos de caf Arbica y caf Canephora. Las
primeras son generalmente ms voluminosas, de forma ms alargada. El
Canephora es de grano ms corto y de aspecto ms redondeado, el surco es de
tendencia ms rectilnea que en el Arbica.
Densidad Aparente: La diferencia de los granos reside en el origen botnico yen menor grado en su contenido de humedad el cual debe ser inferior al 12% para
una buena conservacin. La densidad de los Canephora es ms elevada que la de
los Arbica.
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Independientemente del factor agua, la densidad de los granos de caf puede
variar en funcin del estado de madurez en el momento de la cosecha, de los
ataques parasitarios, alteraciones de los tejidos, etc.
Tabla 1. Clasificacin de los diferentes tipos de caf verde7
TIPO DE CAF CARACTERISTICAS
Excelso
Supremo
Compuesto de grano grande, plano, parejo, retenido sobre malla No. 17, con
tolerancia del 5% inferior a esta malla, pero retenido por la malla No. 14.
Excelso Extra o
Especial
Compuesto de grano plano y caracol, tamao grande y mediano, retenido
sobre malla No. 16, con tolerancia del 5% inferior a esta malla, pero retenido
por la malla No. 14.
Excelso tipo
Europa y UGQ
Compuesto de grano plano y caracol, tamao grande, mediano y pequeo,
retenido sobre malla No. 15 (tipo Europa) y de la malla No. 14 (tipo UGQ),
con tolerancia del 2.5% y 1.5% respectivamente, inferior a estas mallas, pero
retenido por la malla No. 12.
Excelso tipo
Caracol
De tamao grande, mediano y pequeo, retenido por la malla No. 12, con
tolerancia de mximo 10% para grano plano. Sin maragogipe.
Excelso tipo
Maragogipe
De tamao grande, mediano y pequeo, retenido por la malla No. 14, con
tolerancia de mximo 10% para grano plano. Sin caracol.
Consumo
Retenidos por encima de la malla No. 14, como la fraccin bajo malla No. 15
y sobre malla No. 14. En ambos casos con tolerancia del 5% inferior a malla
No. 14, pero retenido por la malla No. 12.
Pasilla de
Mquinas
Es todo grano defectuoso retenido sobre malla No.14 y caf sano, pasilla,
caracol, bajo malla No.14, pero retenido sobre malla No. 12.
Pasilla de
Manos
Se compone en su mayora de granos picados, decolorados y otros granos
defectuosos separados a mano por las escogedoras.
RipioSe compone de los granos defectuosos inferiores a la malla No. 14 y la
fraccin de grano sano inferior a la malla No. 12.
Fuente: FEDERACIN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA
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7 FEDERACIN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Compendio de Normas de Calidad para laExportacin de Caf Verde y Procesado. p. 22-52
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Grano negro o parcialmente negro: Mala recoleccin.
Grano cardenillo: Afectado por hongos al almacenar hmedo el caf.
Grano vinagre: Se produce por sobrefermentacin.
Grano cristalizado: Exceso de temperatura en el secado. Color grisceo.
Grano decolorado: Mal secamiento o deficiente almacenamiento.
Grano mordido o cortado: Se produce durante el despulpado.
Grano picado: Presentan pequeos orificios hechos por insectos.
Grano partido: Tratamiento rudo y de maquinaria de procesamiento
defectuoso.
Grano deformado: Malformacin gentica, desarrollo pobre en el cafeto,
debido a sequa, debilidad del cafeto, etc.
Grano inmaduro: Recoleccin antes de llegar a la maduracin. Son de color
verdoso o gris claro.
Granos aplastados: Son los granos que han sufrido un aplastamiento debido al
maltrato en el beneficio y el procesamiento.
Granos balsudos: Granos de color blanco, forma rugosa, densidad muy baja, a
causa de deficiencias en el secado y almacenamiento.
Grano flojo: Granos de color gris oscuro blando, debido a la falta de secado.
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Ripio: Granos defectuosos, partculas o granos partidos que pasan la malla
No. 12.
Grano negro balsudo: Granos mal desarrollados y recolectados en el suelo.
Grano vano: Grano de caf muy pequeo, de forma rugosa y baja densidad.
Material extrao: Palos, pergamino, piedras, tierra, etc.
1.3.5 Almacenamiento del Caf.9
Como se menciono anteriormente el cafpuede ser almacenado en pergamino o en almendra (caf verde). Para que la
calidad del grano no se vea afectada por ste almacenamiento hay que tener en
cuenta los siguientes factores:
Humedad Inicial del grano: Es el factor que ms se debe controlar para su
conservacin. El contenido de humedad adecuado para ste almacenamiento
debe ser entre el 10% y 12% para evitar la actividad enzimtica y el crecimiento de
moho, los cuales dependen directamente de la humedad relativa y la temperatura
del medio que lo rodea.
Humedad relativa y temperatura: El almacenamiento se debe desarrollar a
temperaturas inferiores a los 20 C y humedades relativas entre el 50% y 70%. A
humedades relativas altas el desarrollo de hongos y bacterias se incrementa,
deteriorando as la calidad del grano. Es importante tener un control permanente
de la temperatura de almacenamiento. Las variaciones drsticas de humedad
relativa y temperatura generan procesos de desorcin.
12
9 MUOZ, Torres Juan Carlos. Actividad Enzimtica de la polifenoxidasa en la caracterizacin yalmacenamiento de caf verde. Bogot: Tesis Ingeniera Qumica Universidad Amrica, 2000.p.20-26
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Insectos y microorganismos: Los hongos y las bacterias son los principales
microorganismos que afectan a los granos en el almacenamiento. Ya sea por el
crecimiento de estos a causa del aumento de la humedad relativa y la
temperatura, por el grado de contaminacin inicial que tenga el grano y a causa dematerial extrao como palos, cscaras y otras impurezas presentes en el caf.
Respiracin de los granos: El caf verde, esta constituido por tejidos vivos
y an despus de su almacenamiento sigue transpirando, realizando su
metabolismo y experimento cambios fsico qumicos. Estos cambios ocasionan el
deterioro del producto.
1.4 CAF SEMITOSTADO
El caf semitostado es el resultado de la tostin incompleta del caf verde. ste
caf tiene cierto grado de tostin (entre verde y tostado) y s semituesta debido al
hecho de que el caf verde sigue siendo un organismo vivo que sufre procesos de
oxidacin y respiracin, y que contiene agentes microbianos (microfauna y
microflora) los cuales pueden generar problemas de tipo fitosanitario en lugares
donde se comercializa, provocando posibles infestaciones y afectando las
propiedades del mismo y del producto final. Una posible solucin a ste problema
es la comercializacin de caf en estado semitostado con lo cual se eliminarn
estos agentes contaminantes.
El caf semitostado se considera como un producto para comercializar pero enrealidad se trata de una materia prima para el proceso de torrefaccin ya que ste
caf no esta listo para su consumo al no poseer ciertas caractersticas que se
adquieren en dicho proceso.
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1.5 TOSTACIN O TORREFACCIN DEL CAF
1.5.1 Definicin.10 La torrefaccin del caf es un proceso en el cual intervienenmecanismos de transferencia de calor y de masa simultneamente. Depende del
tiempo y la temperatura, donde se inducen los cambios en el caf verde
produciendo los compuestos que originan el aroma caracterstico, sabor, olor y
cuerpo del caf.
Existen grandes diferencias entre el caf tostado y el caf verde o crudo, porque al
sufrir ste proceso, la composicin del caf se modifica en su estructura; Estas
modificaciones pueden ser tanto fsicas (volumen, densidad, color, dureza), como
tambin cambios de tipo qumico que dan origen a las cualidades organolpticas
del caf.
1.5.2 Condiciones de Tostin.11 La tostin del caf se realiza a nivel de
laboratorio bajo las siguientes condiciones:
Antes de tostar el caf es necesario trillar y limpiar el grano, retirando
impurezas o materiales extraos y adems se deben eliminar los granos
defectuosos.
Se utiliza un caf verde perfectamente seco entre el 10% y 12% de humedad y
distribucin granulomtrica centrada (tamao de partcula uniforme). ste caf
verde debe ser previamente trillado y seleccionado, retirando defectos eimpurezas que ste pudiese contener.
10 FEDERACIN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Torrefaccin o tostada del caf. En: RevistaCafetera de Colombia. Bogot. Vol. 4, No. 38 (mayo - junio 1932) p. 1470-1473
14
11 SIVETZ, M. Op.cit. p. 60-65
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La tostacin se realiza en un recipiente cerrado (con un orificio, para depositar
el caf), que esta en continuo movimiento para evitar que los granos se
quemen y as puedan afectar las propiedades organolpticas.
El tiempo de tostin y el grado de color varan segn la temperatura, el diseo
del tostador, la forma de transferir el calor y el tipo de caf.
La tostin se obtiene a diferentes temperaturas que varan entre 180 C y 240
C y donde el caf sufre una prdida de peso entre el 15% y el 20%. Debe
procurarse un calor uniforme y gradual.
En la tostacin hay un aumento de volumen a causa del CO2 interior, por lo
tanto el tostador no debe llenarse para facilitar el movimiento del caf, ya que el
volumen se puede incrementar entre 1,8 a 2,0. veces el volumen del grano
verde.
El caf tostado puede conservar las propiedades adquiridas en el proceso por
varios das en recipientes cerrados, limpios y perfectamente secos (condiciones
adecuadas de almacenamiento). Si se deja al aire libre pierde su frescura y
aroma.
Al final de la torrefaccin, el caf se deja enfriar utilizando una corriente de aire
fro que pasa a travs de una malla o por Quenching (apagado), trmino
utilizado cuando se aplica agua por aspersin.
15
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1.5.3 Fases de la Torrefaccin.12 En la torrefaccin hay cinco fases principales:
Desecacin
Crecimiento
Disgregacin
Tostado completo
Enfriamiento
Los primeros cambios se presentan a 50C en las capas superficiales, a los 100C
el color verde del caf comienza a cambiar a amarillo, en ste momento empieza
la desecacin donde se desprende vapor de agua y comienza la volatilizacindesarrollando adems un olor a pan tostado. Alrededor de los 120C a 130C, el
grano adquiere una coloracin castaa que vara poco a poco a coloraciones
pardas, acompaado de un aumento en el volumen y su olor todava no es
caracterstico.
Alrededor de los 180C el olor comienza a ser caracterstico y a causa de la
pirlisis (descomposicin de grandes estructuras qumicas por medio de calor)
aparecen productos gaseosos como vapor de agua, CO2, CO, compuestos
voltiles por la descomposicin de los carbohidratos, protenas y grasas que son
los causantes del aumento del volumen en el grano, el cual comienza a tomar una
coloracin marrn a causa de las reacciones de Maillard13 y la caramelizacin de
azcares. En ste momento se inicia una fase de descomposicin caracterizada
por el rompimiento de la estructura celular de los granos debido a sobrepresiones
internas (crepitacin), produccin de humo y la aparicin del aroma del caf, en
ste instante las reacciones endotrmicas alcanzan su punto mximo.
12 SALCEDO, Pacheco Liliana, Propiedades Trmicas del caf en el proceso de torrefaccin. Bogot: TesisIngeniera Qumica, Universidad Amrica,, 1996. p.11-13
16
13 PEREZ, Florz Fernando. Practicas de ciencia de los alimentos. Editorial Acribia, Espaa, 1989
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Posteriormente comienzan las reacciones exotrmicas debido al calor de reaccin
dentro del grano, que hacen que ste alcance temperaturas hasta de 200 C
aproximadamente. Despus de alcanzada la ptima caramelizacin de azcares
se obtiene la tostacin completa en donde desciende el contenido de agua avalores entre el 1.5% y el 3.5% en peso.
La zona de torrefaccin se encuentra entre los 180C a 250C siendo la
temperatura ptima, la comprendida entre los 210C y 230C, por encima de esta
ocurre la sobretorrefaccin en donde se acentan, el desprendimiento de humos,
los granos se ennegrecen, el volumen ya no aumenta y en el peor de los casos se
carbonizan, se hacen ms quebradizos y el aroma desaparece. Para detener el
proceso de torrefaccin del caf es necesario generar un enfriamiento rpido e
inmediato de los granos, ya sea por medio de una corriente de aire o por apagado
con aspersin de agua.
La temperatura de tostin es muy importante ya que tiene una fuerte influencia
sobre las cualidades del caf.
La duracin de la torrefaccin es aproximadamente de 5 a 12 minutos (bajo
condiciones dadas). ste tiempo vara segn el equipo que se utilice y la cantidad
de almendra de caf adicionada.
En la siguiente tabla se puede resumir el proceso de torrefaccin:
17
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Tabla 2. Etapas y cambios fsicos en el proceso de torrefaccin14
TEMPERATURA
DEL GRANO (C)COLOR VOLUMEN PROCESO
100 Amarillo Desecacin y prdida de agua.
120-130 CastaoReacciones de reduccin de azcares yaminocidos
130-180 Marrn Aumenta Caramelizacin de azcares.
180-200 Marrn AumentaProduccin de CO2 por pirogenacin decarbohidratos, protenas y grasas
200-230 Marrn AumentaAgrietamiento del grano (crepitacin) yafloramiento del aceite en la superficie.
250Negro,sin brillo
Deja deaumentar
Sobretorrefaccin, se carboniza y el aromadesaparece.
Fuente: Extraccin de aceite esencial a partir de caf brocado.
1.5.4 Cambios Caractersticos del Caf.15 En la torrefaccin los cambios ms
caractersticos son:
Prdida de Peso: Es una consecuencia de la evaporacin de una gran partede agua inicialmente en el grano, del origen botnico, de condiciones de
almacenaje, de la tcnica de torrefaccin, etc.
Esta prdida de peso esta entre el 12% y el 21% (caf arbica), y no se da
nicamente por evaporacin de agua, sino tambin por desprendimiento de
sustancias voltiles producto de la pirlisis de estructuras macromoleculares, a la
prdida de la pelcula plateada y estructuras de bajo peso molecular. Esta prdida
de peso ocurre a dos velocidades: la primera es lenta y debida a la evaporacin de
14 LOPEZ, E. M. Extraccin de aceite esencial a partir de caf brocado. Manizales, Universidad Nacional deColombia, 1997
18
15 PARRA, Espinosa Germn. Evaluacin de algunos aspectos fsicos y qumicos del caf, con finesnormativos de control de calidad para Colombia. Qumica farmacutica, Universidad Nacional de Colombia,Bogot, 1988.p.16-44
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agua del grano; la segunda es rpida y corresponde al proceso de la pirlisis. La
prdida de peso o porcentaje de merma se define como:
% merma = Peso de caf verde Peso de caf tostado * 100
Peso de caf verde
Aumento de Volumen: Se debe a la expansin de los gases producidos por la
combustin (pirlisis), provocando el desarrollo del albumen que puede
incrementar hasta dos veces el volumen del grano verde. Se libera la cascarilla delinterior del grano debido a la crepitacin la cual ocasiona un efecto de secado
sobre la pared celular, perdiendo as su elasticidad e incrementando su tensin
intercelular.16
Color:17 Durante la torrefaccin el grano de caf cambia de color debido a la
influencia del calor. En la etapa inicial se produce una decoloracin visible en la
superficie externa del grano, pasando inicialmente del verde al amarillo. A medida
que se incrementa la temperatura esta coloracin vara desde el amarillo, pasando
por el castao hasta el marrn negro (ver Figura 4) luego de tostado; ocurre
simultneamente con la prdida de peso y el incremento en el volumen; sea, son
directamente proporcionales, estos cambios dependen de la intensidad y duracin
del proceso. Al salir los granos del tostador y someterlos al enfriamiento, estos
sufren modificaciones en el matiz del color del grano, acentundose un poco ms
su tonalidad.
19
16 CLARKE, Op. cit17 SOTO. Op. Cit. p.23-24
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Figura 4. Cambios de color del caf en la torrefaccin18
El color es uno de los mtodos para la determinacin del grado de torrefaccin.
Para esto se han asignado nombres para los diferentes grados de tueste:
Tabla 3. Nombres comerciales del color del caf con respecto a L*
COLOR L*
Claro 21.6 24.4
Medio 18.5 21.5
Oscuro 14.9 18.4
Muy Oscuro 12.4 14.8
Fuente: NTC 244219
El grado de torrefaccin es medido por el color del grano, generalmente en forma
emprica, determinando su reflectancia en un instrumento para tal fin, o utilizando
una tabla de comparacin de color para el caf en grano o molido.
Para comparacin del color por el ojo humano, la muestra en grano debe ser
molida y extendida, preferiblemente con luz natural. Dado que la lectura de color
depende del tamao de partcula, las determinaciones de reflectancia se realizan
20
18 Microsoft Encarta 96 Enciclopedia [CD-ROOM]19 NTC 2442. Caf tostado en grano y tostado y molido. Determinacin del grado de tostacin
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con muestras de caf tamizadas por debajo de la malla de 500 m, segn lo
establece la norma NTC 2442.
La medida instrumental del color en el caf tostado se basa en el principio de la
espectroscopia de reflectancia. Para obtener una medida comparable de la
intensidad lumnica por variacin de colores, la fuente de luz debe ser
representativa de la mayora de los colores encontrados en el caf tostado.20
Actualmente el grado de tostacin en el caf tostado y molido se mide por medio
de unidades conocidas como L* que indican el grado de luminosidad (claro
oscuro) que posee la muestra y esta referida al Sulfato de Bario, que es el blancoestndar con un valor de 100%21
Dureza: Es la capacidad de un slido de resistirse a la deformacin o fractura
de su superficie. Esta relacionada con la fuerza, que es la encargada de vencer
dicha resistencia.
En el caf, la dureza depende del grado de tostacin. El grano verde resiste
grandes presiones, pero al tostarlo las presiones soportables son menores. En el
enfriamiento se solidifican los aceites, haciendo que el caf pase de elstico a
quebradizo y fcil de moler. Su estructura es ms porosa. Actualmente no hay un
mecanismo para medir la dureza de los granos de caf, sin embargo existen
varios mtodos para determinar dureza en metales, polmeros (Brinell, Rockwell B
y C, microdureza, etc.)22y de otros alimentos como frutas y verduras, que
posiblemente pueden dar una pauta para lograr calcular el grado de resistenciadel caf y lograr determinar as la fuerza que se necesita para vencer esta
resistencia.
20 PARRA. Op. Cit. p.16-1721 NTC 2442. Op. Cit.
21
22 STUDEMANN, Hans. Ensayo de materiales y control de defectos. Ediciones URMO, Bilbao.
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Contenido de Humedad: Durante la tostin se produce la remocin de gran
parte de la humedad presente del caf verde que esta entre el 10% y el 12%. Esta
disminucin de humedad puede alcanzar valores entre 0.4% y 5%, dependiendo
del grado de torrefaccin.
El agua esta presente en forma libre y ligada. El agua libre es la predominante
dentro del grano y se libera con gran facilidad y el agua ligada se halla combinada
con algunos componentes del grano como las protenas, sacridos, etc., esta agua
permanece ligada al caf incluso a temperaturas que lo carbonizan.
En la torrefaccin, aproximadamente la mitad de la prdida de peso es debida a la
cantidad de agua evaporada.
Conocer el contenido de humedad que tiene el caf verde y el caf tostado es muy
importante porque:
Es de gran influencia en la estabilidad del grano durante el
almacenamiento.
Provee un seguimiento en el procesamiento del mismo.
Hay tres etapas en las que es importante determinar el contenido de humedad en
el caf tostado: cuando el grano entero est en almacenamiento, despus de la
molienda y despus del empaque.
Hay varios mtodos para la determinacin de humedad, entre los cuales podemos
encontrar, la determinacin por medio de secado en estufa, en la cual sedeshidrata la muestra hasta peso constante a determinadas temperaturas y
presiones. El mtodo para la determinacin de prdida de masa a 103C + 1, a
22
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presin atmosfrica por 4 horas es el ms comnmente utilizado23. Otro mtodo es
mediante la reaccin de Karl Fisher.24
Densidad Aparente: Se define como la relacin de la masa por unidad de
volumen ocupado de un material slido y se expresa en g/l kg/m3.
Es la masa correspondiente por unidad de volumen que ocupa un material.Esta
propiedad es un factor importante en el anlisis del caf tostado. La densidad
aparente del producto depender por lo tanto de una serie de factores como son la
densidad inicial, la geometra, el tamao, las propiedades de superficie y elmtodo de medida.
Como ya se menciono existen algunos factores que influyen en la determinacin
de la densidad aparente del caf, por esta razn es importante conocer cada uno
de estos factores para ver, de que manera pueden ser controlados.
Es muy importante conocer la procedencia del caf verde, ya que, se sabe que
dentro de las dos especies principales (Arbica y Canephora) existen gran
cantidad de variedades, adems el caf es cosechado y procesado de diferentes
maneras en los pases productores.
Para determinar la densidad aparente del caf es importante conocer el contenido
de humedad inicial la muestra debe tener un punto de tostin uniforme, antes de
medir su densidad la cual puede disminuir a la mitad de la del grano inicial (caf
verde).
23 NTC 2558: Caf Tostado y Molido. Determinacin del contenido de humedad. Mtodo por determinacin dela prdida en masa a 103 C (mtodo de rutina)
23
24 CLARKE. Op. Cit. p. 49-51
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Durante la tostin del caf, los granos son afectados por dos factores que estn
relacionados al final con la densidad. El primero es la prdida de peso (%merma)
a causa de la prdida de humedad y de otros compuestos voltiles presentes en el
caf. El segundo factor es la formacin de gases de combustin dentro de laestructura interna del grano que son los causantes de la crepitacin y la expansin
del mismo, casi dos veces su volumen inicial (caf verde). Cada uno de estos
factores hacen que la densidad del caf disminuya.
Existen dos mtodos para la determinacin de la densidad aparente:
Por cada libre25
Por empaquetamiento26
Slidos Solubles: Son los que contribuyen en forma determinante al sabor y
carcter de la taza. El porcentaje de slidos solubles del caf tostado es un
parmetro muy frecuentemente utilizado. Por esta razn la concentracin de la
bebida de caf depende de la cantidad de slidos que hacen parte de ella despus
del proceso de extraccin.
La determinacin de slidos solubles para el caf se puede ver afectado por
algunos factores como:
Relacin agua - caf
Temperatura del agua
Sistema de preparacin Tiempo de contacto agua - caf
Grado de molienda
25 NTC4607: Caf Verde y Tostado. Determinacin de la Densidad a Granel por Cada Libre de los granosenteros. (Mtodo de rutina.
24
26 NTC 4084: Caf Tostado y Molido. Mtodo para la determinacin de densidad por compactacin.
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Materia prima utilizada
Temperatura del medio
Densidad
Punto de tostin
Existen dos mtodos para determinar los slidos solubles en la bebida del caf:
Mtodo por goteo directo:27 Se aplica para granulometra media (de 500m a
700m).
Mtodo por contacto directo:28 Para caf con granulometra gruesa (de 701m
a 900m).
Algunos Cambios Qumicos.29 En la torrefaccin a causa del efecto de la
temperatura, se originan una serie de reacciones que producen muchos
compuestos qumicos y que conceden atributos a la bebida. Los ms importantes
son:
Protenas: Estn contenidas originalmente en el caf verde son influenciadas por
el calor y se transforman tanto que en el caf tostado casi ningn residuo puede
encontrarse Estas protenas se desnaturalizan y parte de ellas son transformadas
en cidos y carbohidratos.
Carbohidratos: Se transforman totalmente por la influencia de la temperatura,
donde los azucares presentes en el caf verde desaparecen totalmente, debido a
la caramelizacin y a las reacciones de Maillard. La sacarosa inicialmente se
27 NTC 4602-1: Determinacin del rendimiento de la extraccin y de los slidos solubles en la bebida del caf.Mtodo por goteo directo.28 NTC 4602-2: Determinacin del rendimiento de la extraccin y de los slidos solubles en la bebida del caf.Mtodo por contacto directo.
25
29 COSTE, Rene. El caf. Barcelona: Ed. Blume, 1963. p. 204-205
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deshidrata y luego se hidroliza en azucares reductores que posteriormente se
polimerizan. ste constituyente se solubiliza durante la extraccin
Grasas y Aceites: Las sustancias grasas aumentan durante la tostin yproporcionan una pequea cantidad de principios voltiles. Sin embargo bajo la
influencia del calor las materias grasas son liberadas, evidencindose en la
exudacin del grano (aceites esenciales). Esta materia grasa sirve como fijador de
diversos principios aromticos y cuando se solidifican los aceites hacen que el
grano sea ms quebradizo, facilitando la molienda.
cidos: Subsisten parcialmente tras el tueste, estos se forman principalmente a
partir de los carbohidratos y desempean un papel importante en el aroma y en el
sabor de la bebida..
Taninos: Los taninos tambin se degradan liberando la cafena que retenan,
sufriendo as una importante prdida de masa, debida a la aparicin de sustancias
voltiles.
Minerales: Su principal funcin es la de catalizar las reacciones de pirlisis y se
presentan en el grano en forma de sales orgnicas.
Dixido de carbono: No existe libre en el caf verde y es formado durante la
pirlisis.
1.5.5 Equipos para la Torrefaccin.30
Inicialmente se tostaba el caf porconduccin de calor en marmitas cerradas con o sin agitacin, pero se obtenan
tostados poco uniformes debido a que no se agitaba continuamente, luego se
desarrollaron los cilindros rotatorios huecos y cerrados en acero y hoy en da se
26
30 CALLE, Luis Germn. Diseo y construccin de un torrefacto rpido de lecho fluidizado para estudios detorrefaccin de caf. Bogot: Tesis Ingeniera mecnica, Universidad Amrica, 1987
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realiza por calentamiento de un tambor giratorio en el cual el calor es suministrado
por contacto con las superficies metlicas y por calentamiento indirecto a presin
atmosfrica con aire caliente y gases de combustin que ayudan a la transferencia
de calor hacia la carga de caf.
El tostador de laboratorio consta de un cilindro giratorio calentado mediante
electricidad o a gas que posee registradores de temperatura. En ste equipo se
deben colocar muestras representativas entre 80 g y 150 g y se someten a
tratamiento trmico de calor a un tiempo y temperaturas determinadas hasta
obtener caractersticas de tostado. Los tostadores industriales operan en forma
continua o por lotes. Hay varios tipos de tostadores entre los cuales encontramos:
Figura 5. Tipo de tostadores 31
Cilindro Rotatorio Horizontal: Pared slida Pared perforada
Cilindro Estacionario Vertical con Paletas
Tazn Rotatorio Vertical
Lecho Fluidizado
Tostador a Presin
Calor Radiante: Radiacin IR Microondas Radiacin Dielctrica
27
31 HERRERA, Neira Elizabeth. La torrefaccin rpida (High Yield), sus principales caractersticas y suaplicabilidad en la industria cafetera. Bogot: Tesis Ingeniera de Alimentos, Universidad de la Salle, 1995.p.20-21
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1.6 MOLIENDA DEL CAF
Para la extraccin de componentes solubles y voltiles del caf tostado esnecesario moler el grano. Una molienda muy fina dar un porcentaje muy alto de
extraccin con poca cantidad de agua. El mismo resultado ser obtenido con una
molienda ms gruesa en mayor cantidad de lquido y con temperatura y presin
ms elevadas.
En el proceso de molienda influye el tipo y calidad del caf, as como el punto de
tostin. El grano de tostin clara tiene una estructura dura mientras que el de
tostin oscura es frgil y quebradizo. Una humedad alta en los granos de caf
tostado, los hace flexibles y difciles de moler.32
Para la molienda de caf existen diversos equipos, los ms utilizados son los de
discos y los de rodillos.
Toda la informacin descrita, permitir facilitar el desarrollo del proyecto, ya que a
lo largo de ste se utilizarn conceptos que fueron enunciados en ste captulo y
adems otorgarn al lector una herramienta de ayuda para la comprensin de ste
documento.
32 PARRA. Op.cit 1988.p.50-52
28
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2. MATERIALES Y MTODOS
2.1 MATERIALES Y EQUIPOS
ste proyecto fue realizado en el Laboratorio Central de la oficina de calidad del
caf (ALMACAFE), ubicado en el edificio de la Federacin Nacional de Cafeteros
de Colombia, en Bogot.
Para ste proyecto se utiliz caf verde excelso, tipo Europa, procedente de
Ibagu, con humedades iniciales del 10% y 13%, el cual fue trillado en
ALMACAFE. ste caf se caracteriza por tener granos sanos, aspecto fresco y
tamao uniforme.
Para el desarrollo de ste proyecto se utilizaron diferentes equipos y materiales
durante cada una de las pruebas. En la Tabla 4 se describen las caractersticas
tcnicas ms importantes, as como rangos de funcionamiento de cada equipo.
A continuacin la tabla anteriormente mencionada:
29
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Tabla 4. Equipos y materiales
EQUIPO/MATERIAL CARACTERISTICAS
Colormetro
AGTRON
Visor: M-40 A
Consola de Control:
M-31 A
ste equipo permite medir la reflectancia del producto en filtros rojo,
verde y azul con longitudes de onda de 640nm, 546nm y 436nm
respectivamente. Para calibrar el equipo dispone de varios discos. Para
ste proyecto se utilizan discos de calibracin 03 y 56 para el 0% y
100% respectivamente, en la escala de medicin y as mismo los filtros
rojo y verde. Tiene un recipiente o celda para depositar la muestra con
capacidad aproximada de 20 g.
Espectrofotmetro
X-RITE SP-68
Dispone de una esfera integrada, que permite medir en los sistemas
L*a*b* y L*C*H*, donde L* es utilizado en la norma NTC 2442. Tiene sus
respectivos aditamentos de calibracin y un software para la lectura de
las mediciones.
Tamizador PROBAT
WERKEK
Tiene un juego de mallas (1000m, 500m, 315m, 250m y
colector).Para ste proyecto se utiliz nicamente la malla de 500m,
avalado para su uso en colorimetra.
Determinador de
humedad KAPPA
Tiene un recipiente de polipropileno para depositar la muestra, la cual
debe pesar 400g + 1g. Con tablas de calibracin para caf verde y caf
pergamino. Su principio de funcionamiento se basa en la constante
dielctrica del caf.
Determinador de
humedad SINAR P-
25
Mide la humedad basndose en la constante dielctrica del caf. El
equipo esta provisto de una tolva, sensor de temperatura, clula de
muestra, tapa de equlibrador de peso, indicador digital y teclado. La
muestra mnima requerida para ste equipo es de 150g a 180g para
caf verde, para caf semitostado se elaborar el rango de uso
mediante una curva de calibracin.
Homogeneizador
SEEDBURO
ste equipo es de tipo canales, funciona por gravedad. La muestra se
deposita en una tolva de alimentacin y se abre la compuerta localizada
en la garganta de esta. El producto se dispersa uniformemente encimade un cono que tiene varios canales. Tiene dos recipientes (zapatas)
para recoger la muestra que se homogeniza. Esta hecho de latn y
cobre que lo hacen oxido resistente.
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Homogeneizador
GAMET
MFG1Y991722
Tiene dos recipientes (zapatas) para recoger la muestra que se
homogeniza. ste equipo es de tipo canales Tiene una capacidad de 2
kg.. Opera con un sistema electromecnico.
Zaranda MecnicaGEROSFA con
juego de mallas
SEEDBURO
Tiene un juego de mallas que va desde la 18 hasta la 12 y su respectivo
colector. Capacidad de 200 g y temporizador regulable. Homologada
con el mtodo ISI 4150 (Zarandeo manual).
Cicln o aspirador
de impurezas
GRAINMAN 63-115-
60VS
Separa el material extrao del caf por medio de una corriente de aire
que es controlada con una vlvula que restringe o aumenta el paso del
aire a un colector centrfugo. Consta de una tolva donde se deposita el
caf y un recipiente donde caen todas las impurezas. Tiene una
capacidad de 500g.
Trilladora
GRAINMAN
Tiene una capacidad de 250g de caf pergamino. Se puede regular su
velocidad (01725rpm) y tiene un sistema de regulacin de tiempo (0-
180s). Posee un motor elctrico 1/2HP.
Estufa MEMMERT
Opera con calefaccin elctrica, regulador de temperatura, corriente
alterna y trifsica 50/60 cs y ventilacin . Se utiliza como mtodo bsico
para prdida de peso por humedad y para el mtodo de extraccin de
slidos solubles.
Tostador SASA-
SAMIAK
Es de cilindro horizontal rotatorio. El calentamiento se realiza mediante
resistencias elctricas de potencia regulable y posee un indicador digitalde temperatura. La Transferencia de calor se realiza por conveccin y
conduccin. El enfriamiento se hace en una vasca por medio de una
corriente de aire. Tiene una capacidad por cochada de 3 kg,
Tostador PROBAT
BRZ6
Es de cilindro horizontal rotatorio y acondicionado para alcanzar
temperaturas hasta de 320 C. Tiene una capacidad de 125 g de caf
verde y operacin ptima entre 80g y 120g. Opera en forma discontinua.
El calentamiento se hace mediante fuentes elctricas o a gas. La
Transferencia de calor se realiza por conveccin y conduccin. El
enfriamiento se hace en una cestilla por medio de una corriente de aire.
Molino
PROBAT 55 LM 500
Se utiliza un molino elctrico de discos, graduado en molienda media.
Consta de una tolva de alimentacin donde se deposita la muestra, un
canal por donde sale el caf molido, y un regulador del grado de
molienda. Tiene una capacidad de molienda de 500 g/min .
31
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Determinador de
densidad aparente
por cada libre
SEEDBURO
Consta de una tolva de forma cilndrica con tapa corrediza donde se
deposita la muestra, un recipiente cilndrico de 1 litro de capacidad
donde se hace la medicin y una esptula para dar nivel a la muestra.
Penetrmetro
BERTUZZI FT-327
Equipado de un comparador de cartula con lectura doble (libras y
kilogramos de fuerza) en el dial. Consta de una punta en forma cnica
de 30 de ngulo en acero inoxidable.
Balanza Auxiliar
METTLER PJ 3600
Precisin +0.01g y capacidad mxima de 3600g. Tiene un control de
tara automtica y su respectivo certificado de calibracin.
Balanza Analtica
SARTORIOUS
Precisin + 0.1 mg y capacidad mxima de 220 g. Tiene un control de
tara automtica y su respectivo certificado de calibracin.
Varios
Cajas de petri, embudos, probetas, erlenmeyer, pipeta, desecador con
slica gel (agente desecante), brochas, cucharas, pinzas, bandejas,
recipientes plsticos, papel filtro y bolsas plsticas.
Fuente: ALMACAFE
En el siguiente numeral, se describir el procedimiento donde fue utilizado cada
equipo y la importancia que tiene cada uno de estos para el desarrollo del
proyecto a lo largo de la fase experimental, adems en el Anexo A se podrn
observar algunas fotografas de los equipos.
2.2 MTODOS
El desarrollo de la experimentacin se lleva a cabo en dos fases:
En una primera fase se acondicionar la materia prima.
En la segunda fase el caf verde ser sometido a tostacin y a ste se le
analizarn cada una de las caractersticas fsicas despus de ste proceso.
32
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2.2.1 Primera Fase: Adecuacin de la Materia Prima. El caf inicialmente se
encontraba en pergamino y por lo tanto se debe pasar por el proceso de trilla para
retirarle esta cubierta y as obtener el caf verde en almendra. Teniendo el caf sin
el pergamino, se pasar por un cicln donde se retirarn las partculas o residuos(cisco) que hayan podido quedar de ste.
Se determina la humedad inicial del caf con el determinador de humedad KAPPA
segn el instructivo interno del laboratorio.33
Para uniformizar el tamao del grano se emplea la malla 16 con perforaciones
redondas (zaranda mecnica), de tal manera que se eliminen aquellos granos que
son demasiado pequeos, granos quebrados y otros residuos que pudiesen
encontrarse en el caf.
Luego se pasa a despasillar, es decir, se retiraran aquellos granos que tengan
algn tipo de defecto y se pesan 800 g de caf verde para cada muestra (diseo
experimental). Para evitar que pierdan humedad se depositar cada muestra en
doble bolsa plstica debidamente rotuladas, y se almacenarn en un lugar fresco y
a la sombra,. Adicionalmente se prepararn algunas muestras de ensayo para
seleccionar previamente las condiciones que se utilizarn durante la
experimentacin.
Al caf verde se le determinar su densidad aparente, dureza, color, slidos
solubles y granulometra, de igual manera que en la segunda fase, que a
continuacin se enunciara.
2.2.2 Segunda Fase. En esta fase se analizarn cada una de las caractersticas
fsicas despus del proceso de torrefaccin.
33
33 ALMACAF. MLC-I-006. Caf pergamino caf excelso determinacin de humedad.
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2.2.2.1 Torrefaccin. Se utilizar un tostador SASA-SAMIAK de tambor
giratorio horizontal con capacidad mxima de 3 kg. El calentamiento es por medio
de resistencias elctricas. La transferencia de calor se realiza por conduccin y
conveccin, para descargar el grano tostado se levanta la tapa y los granos caenlibremente a un recipiente donde son enfriados en contacto con el aire.
Se dispondr de una carga constante para el tostador de 800g de caf verde, ya
que para el desarrollo de la experimentacin se observ, que esta cantidad era
suficiente para efectuar cada ensayo.
Se realizarn tostiones a diferentes temperaturas, variable que se tomar de
referencia para controlar el punto de tostin, como se explicar en el Captulo 3.
Cada muestra se depositar en el tostador, en el momento que ste alcance la
temperatura de 200C.
2.2.2.2 Prdida de Peso (% merma). Para determinar el porcentaje de merma,
despus de torrefactado, el caf se pesa en una balanza METTLER con una
precisin de +0.01g. Para ste ensayo es necesario, evitar que se pierdan granos
despus de la tostacin, para asegurar una mayor precisin en los resultados.
El porcentaje de merma se determina de acuerdo a:
% merma = Peso de caf verde Peso de caf tostado * 100Peso de caf verde
34
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2.2.2.3 Porcentaje de humedad. Se desarrollar siguiendo el procedimiento
descrito en la norma NTC 2325 para la determinacin del contenido de humedad
y prdida de masa a 105 C durante 16 horas en estufa con ventilacin forzada,
mtodo utilizado hasta ahora para caf verde.
Para el caf semitostado se determinar la humedad tambin, en el medidor de
humedad SINAR, utilizando la norma NTC 2325.
Con estos resultados se efectuar la curva de calibracin para el medidor de
humedad SINAR, para el nuevo producto.
2.2.2.4 Densidad Aparente. Se desarrollar siguiendo el procedimiento descrito
en la norma NTC 4607 para la determinacin de la densidad a granel por cada
libre de los granos enteros.
2.2.2.5 Dureza. Se utilizar el penetrmetro BERTUZZI y se medir la dureza del
grano (en su parte central) por fractura, despus de haber ejercido cierta fuerza
sobre la superficie del mismo.
ste procedimiento se efectuar midiendo 20 granos por muestra, seleccionados
mediante homogeneizacin. Esto se har debido a que se espera una gran
dispersin, ya que en una misma muestra puede haber presencia de diferentes
tipos de dureza, posiblemente a causa del proceso de secado (granos
cristalizados y decolorados).
El procedimiento para la medicin de la dureza fue planteado por el laboratorio, ya
que hasta el momento no se han efectuado estudios para el caf y es importante
conocer el comportamiento de esta variable durante el proceso de tostin.
35
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2.2.2.6 Granulometra. Debido al aumento de volumen durante la tostin, se
realizar un anlisis granulomtrico del comportamiento de las mallas 18, 17, 16 y
colector calculando el porcentaje de retencin y acumulado para cada una de
ellas, segn la norma ISO 4150 para el anlisis granulomtrico mediantezarandeo manual.
2.2.2.7 Reduccin de tamao. Se realizar utilizando un molino de discos
marca PROBAT, en el cual se vierte el caf a moler con un grado de molienda
media para un tamao de partcula aproximado de 500m (NTC 2442), se debe
purgar el molino cada vez que se deposite una muestra con un poco de la mismamuestra para evitar que se contamine una con otra. El caf molido se pasa por un
tamiz de malla de 500 m y lo que queda debajo de esta se empaca en bolsas
plsticas debidamente rotuladas y el resto se desecha. La reduccin de tamao
se efecta bajo estas condiciones ya que estas son las que se utilizan para el
anlisis sensorial.
2.2.2.8 Colorimetra. Se realizarn pruebas de determinacin de color en el
colormetro AGTRON y en el espectrofotmetro X-RITE (L*), utilizando las
muestras previamente molidas y despus de realizar la correspondiente reduccin
de tamao. Se utilizarn estos dos equipos para los ensayos de color para as
relacionarlos entre s por medio de una curva de calibracin y conocer la
reflectancia de cada una de las muestras en estudio.
Adicionalmente, se analizar el comportamiento en el colormetro AGTRON delfiltro rojo y el filtro verde.
36
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2.2.2.9 Slidos Solubles. Se desarroll siguiendo el procedimiento descrito en la
norma NTC 4602-1 para la determinacin del rendimiento de la extraccin y de
los slidos solubles en la bebida del caf por el mtodo de goteo directo, ya que
era el ms indicado para el caf tostado y molido con tamao de partcula de500m.
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3. ENSAYOS PRELIMINARES
El objetivo de los ensayos preliminares es el de establecer las variables
independientes y sus respectivos niveles, ya que hasta el momento, no se han
encontrado reportes de ensayos realizados, ni antecedentes referidos a caf
semitostado. Teniendo claro esto, se puede tener una idea de que aspectos se
pueden llegar a analizar, en la parte del diseo experimental, relacionando estas
variables con las variables dependientes o de respuesta.
En esta pre-experimentacin, al igual que a todo el desarrollo del proyecto, s
utiliz caf excelso fresco, tipo Europa, procedente de Ibagu, al cual se le han
extrado los defectos.
3.1 SELECCIN DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES Y SUS
RESPECTIVOS NIVELES
Se tom una muestra de caf verde previamente seleccionado, que se
acondicion a humedades del: 13%, 12% y 10%, las cuales se dejaron estabilizar
durante una semana, para su respectivo equilibrio de humedad.
38
Se tostaron varas muestras para cada porcentaje de humedad, a diferentes
grados de tostacin y temperatura inicial de tostin de 200 C, en un tostador de
tambor giratorio horizontal, comenzando por tostiones de coloracin clara, hasta
llegar a coloraciones oscuras. El punto de tostin inicialmente se control con el
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mtodo tradicional, observando continuamente el caf, sacando una pequea
muestra del tostador hasta obtener visualmente el color deseado.
Despus se seleccionaron las muestras de cada porcentaje de humedad, del tonoms claro hasta el ms oscuro que estuvieran en un rango aproximado de
porcentaje de merma entre el 3% y el 11%, intervalo en el cual puede encontrarse
el caf semitostado, ya que para caf tostado los porcentajes de merma se
encuentran alrededor del 12% y 21%34 y adems, que los tonos por apariencia
visual fueran similares para los tres tipos de caf. A continuacin se pueden
observar estos resultados:
Tabla 5. Comparacin porcentajes de merma para tres porcentajes de
humedad
PORCENTAJES DE HUMEDAD
10% 12% 13%
MUESTRA %MERMA %MERMA %MERMA
1 2.81 4.42 3.84
2 3.29 5.12 4.42
3 4.13 6.50 5.71
4 5.66 7.75 6.36
5 7.81 6.65 8.39
6 9.69 13.98 10.62
Fuente: La Autora (datos experimentales)
En esta tabla se puede observar que al hacer la seleccin de una manera empricacon respecto al color, los porcentajes de merma para una misma muestra
aumentan a medida que el porcentaje de humedad es mayor.
39
34 PARRA. Op.cit., p.16-44
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Tambin se observa que para un porcentaje de humedad del 12%, la merma
siempre fue mayor con respecto a los otros dos porcentajes. Esto se debe a la
manera como se escogieron cada una de las muestras (de forma emprica) es
decir pudo haber algn error en la seleccin.
Para estas mismas muestras se realizaron pruebas de determinacin de color en
el colormetro AGTRON con filtro rojo y discos 03 y 52 (estos discos fueron
cambiados posteriormente al no cubrir todo el rango que se necesitaba para los
semitostados por 03 y 56) y el espectrofotmetro X-RITE (L*), despus de tamizar
con una malla de 500m, con el objeto de relacionar el color obtenido con el
anlisis sensorial y las caractersticas del producto en evaluacin. A continuacinse presenta la tabulacin de estos resultados:
Tabla 6. Comparacin del color para tres porcentajes de humedad en dos
equipos diferentes.
X-RITE (L*) AGTRON (discos 03 y 52)
MUESTRA %H:10% %H:12% %H:13% %H:10% %H:12% %H:13%
1 67.93 66.57 66.15 95 94 94
2 67.10 64.76 63.59 98 95 95
3 58.65 55.14 58.55 87 72 82
4 48.48 48.72 51.67 65 63 71
5 37.66 37.22 38.56 37 40 41
6 30.52 26.46 34.83 25 20 33
Fuente: La Autora (datos experimentales)
Se trabaj con estos dos equipos, ya que ms adelante se realizar una curva de
calibracin para el colormetro AGTRON con respecto a L*, debido a que esta
ltima contribuye en la definicin del color desarrollado durante la tostin.
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Se puede observar que para un mismo tono de color, las muestras que tienen
mayor porcentaje de humedad inicial, tambin tienen mayor porcentaje de merma.
Por lo tanto estas variables se pueden correlacionar entre s.
Se realiz la siguiente grfica para observar la relacin entre el porcentaje de
merma y el color en unidades de L*.
L* vs %MERMA
y = 0.2425x3 - 4.8896x2 + 25.323x + 26.975
R2 = 0.9963
y = 0.0182x3 + 0.0336x2 - 8.3521x + 91.8
R2 = 0.996
0
20
40
60
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16
%MERMA
L*
%H: 10% %H: 12%%H: 13% Polinmica (%H: 13%)Polinmica (%H: 10%)
Figura 6. Relacin entre L* y el porcentaje de merma para tres porcentajes
de humedad.
De la grfica anterior se puede observar lo siguiente:
Para la curva de humedad del 12% se aprecia un dato experimental (6.65 -
3.68) anmalo, que pudo ser causa de un error experimental.
41
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Existe un traslapo, entre los comportamientos que se observan de los datos de
humedad correspondientes al 12% y 13%.
Para las curvas del 10% y 13% de humedad existe una alta correlacin, casodiferente a la del 12%, debido tal vez a lo mencionado anteriormente.
Despus de haber realizado estos ensayos con diferentes humedades (10%, 12%,
13%) y determinar el porcentaje de merma y color, se verific que el rango de los
semitostados con respecto a la merma podra encontrarse entre el 3% y el 11%,
por lo tanto el color estara directamente relacionado con estos porcentajes.
3.1.1 Porcentaje de humedad inicial para el caf verde. Para el desarrollo de
la experimentacin se decidi tomar el porcentaje de humedad de caf verde
como variable independiente, ya que es un factor que se puede controlar con
facilidad y se puede relacionar con cada una de las variables respuesta, adems,
en el diseo experimental servir como variable de bloqueo.
Segn los ensayos realizados se decidi tomar dos niveles dentro del porcentaje
de humedad de caf verde, estos son del 13% y 10% en el caf verde debido a
los resultados obtenidos anteriormente y por ser dos extremos significativos, ya
que se trabajar con un caf fuera de norma (13%)35 y otro que esta dentro de los
lmites establecidos para la humedad en el caf verde (10%) y se quiere observar
el comportamiento del caf semitostado a estas humedades.
42
35 Actualmente la Federacin Nacional de Cafeteros de Colombia exporta caf verde con humedades entre el10% y 12%, pero aos atrs, algunos exportadores privados ampliaron este rango hasta el 13% de contenidode humedad.
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3.1.2 Grado de Tostacin. Para facilitar la experimentacin se decidi hacer
otros ensayos para determinar, de que manera es ms conveniente tomar el punto
de tostin, para tener un mayor control sobre esta variable debido a los resultados
empricos de color obtenidos en la Tabla 6, anteriormente mencionada.
Para realizar dichos ensayos fue necesario generar una curva de calibracin, que
permite relacionar los dos equipos (AGTRON y X-RITE) y dar las lecturas de color
en trminos de L*, como lo sugiere la norma NTC 244236.
Para esta curva se utilizaron los discos 03 y 56 y el filtro rojo en el colormetro
AGTRON y la lectura del X-RITE en la coordenada L*.
La curva se realiz tomando doce muestras a diferentes puntos de tostin (del
ms claro al ms oscuro) y haciendo tres mediciones por muestra en cada
equipo. Luego se promediaron estas replicas por muestra y por equipo y el
resultado fue la siguiente grfica:
43
36NTC 2442: Op.cit.
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CURVA CALIBRACION AGTRONDISCOS 03 Y 56
L* = 0.0039 (agtron)2 + 0.0646(agtron) + 25.421
R2 = 0.9894
0
20
40
60
80
20 30 40 50 60 70 80 90 100
AGTRON
L*
Figura 7. Curva de Calibracin Colormetro AGTRON
Con la ecuacin generada por esta grfica se construy la tabla de calibracin
correspondiente, tomando valores para AGTRON entre 1 y 100 para cubrir toda la
escala de ste equipo. A continuacin la respectiva tabla:
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Tabla 7. Tabla de calibracin para el colormetro AGTRON.
* L.M.: Lectura medida en Agtron
TABLA DE CALIBRACION
COLORIMETRO AGTRON discos 03 y 56 (Filtro Rojo)
Ecuacin: L* = 0.00002*L.M^3 - 0.0002*L.M^2 + 0.2911*L.M + 21.596 R2 = 0.9894
*L.M. L* *L.M. L* *L.M.. L* *L.M. L*
1 25.49 26 29.74 51 38.86 76 52.86
2 25.57 27 30.01 52 39.33 77 53.52
3 25.65 28 30.29 53 39.80 78 54.19
4 25.74 29 30.57 54 40.28 79 54.86
5 25.84 30 30.87 55 40.77 80 55.55
6 25.95 31 31.17 56 41.27 81 56.24
7 26.06 32 31.48 57 41.77 82 56.94
8 26.19 33 31.80 58 42.29 83 57.65
9 26.32 34 32.13 59 42.81 84 58.37
10 26.46 35 32.46 60 43.34 85 59.09
11 26.60 36 32.80 61 43.87 86 59.82
12 26.76 37 33.15 62 44.42 87 60.56
13 26.92 38 33.51 63 44.97 88 61.31
14 27.09 39 33.87 64 45.53 89 62.06
15 27.27 40 34.25 65 46.10 90 62.8316 27.45 41 34.63 66 46.67 91 63.60
17 27.65 42 35.01 67 47.26 92 64.37
18 27.85 43 35.41 68 47.85 93 65.16
19 28.06 44 35.81 69 48.45 94 65.95
20 28.27 45 36.23 70 49.05 95 66.76
21 28.50 46 36.65 71 49.67 96 67.57
22 28.73 47 37.07 72 50.29 97 68.38
23 28.97 48 37.51 73 50.92 98 69.21
24 29.22 49 37.95 74 51.56 99 70.04
25 29.47 50 38.40 75 52.20 100 70.88
Fuente: La Autora
45
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Teniendo esta tabla de calibracin se realizaron los siguientes ensayos:
Ensayo para controlar el grado de tostin por medio del tiempo. Debido a
estudios previos realizados por el laboratorio, se decidi evaluar el tiempo comovariable de control del grado de tostin, para esto se tomaron ocho muestras de
igual peso y se acondicionaron para ser tostadas, se fij un tiempo de tostin de 8
minutos, debido a que con la primera de estas muestras se observ que a ste
tiempo, se podra decir, que se trataba de un semitostado (al ver su coloracin) y
lo podamos fijar para tostar las otras muestras a ste mismo tiempo. Despus de
tener el tiempo se procedi a tostar cada muestra, e inmediatamente se empez a
tomar el tiempo en un cronmetro hasta llegar a los ocho minutos y en esemomento se sac la muestra del tostador y se midi su color, teniendo en cuenta
que la primera y segunda muestra se descartan, la primera porque, fue para
determinar el tiempo y la segunda para dejar estabilizar el tostador. En ste
ensayo se tom una temperatura inicial de tostin de 200C.
Ensayo para controlar el grado de tostin por medio del color visual.Se
realiz un segundo experimento tomando el color visual de forma emprica
(mtodo tradicional), hasta alcanzar la tonalidad del caf deseada. Esto se hizo
tomando ocho muestras de igual peso y se acondicionaron para ser tostadas, pero
esta vez se procedi a tostar determinando el color de manera visual, observando
constantemente la coloracin que iba adquiriendo el caf, teniendo un patrn de
referencia (una muestra previamente tostada) para ir comparando las muestras
con ste. Se introdujeron las muestras al tostador (200 C de temperatura inicial),
y se observaron hasta que tomar cada una tuviera el mismo punto de tostin,luego se midi el color e igual que en el ensayo anterior se descartaron las dos
primeras, una por ser el ensayo para determinar que color se iba a fijar y la
segunda para dejar estabilizar el equipo.
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Ensayo para controlar el grado de tostin por medio de la temperatura.
Despus de haber observado el comportamiento del tiempo en el grado de
torrefaccin, se observ que posiblemente la temperatura final de tostin podra
ser otro parmetro de control. Para esto se tomaron seis muestras de igual peso yse acondicionaron para ser tostadas, en ste caso para determinar el punto de
tostin se fij la temperatura final de tostin que en ste caso fue de 168 C, ya
que previamente, con la primera de estas muestras se observ que a esta
temperatura, se podra decir, que se trataba de un semitostado y la podamos fijar
para tostar las otras muestras. Se introdujeron cada una de las muestras a una
temperatura inicial de tostin de 200 C y se esper hasta que llegara a la
temperatura final de tostin de 168C para sacarla del tostador y as medir el color.Se descart la primera muestra por ser de ensayo y para esperar una mayor
estabilizacin del equipo.
Despus de haber realizado estos experimentos se procedi a la tabulacin de los
datos. En cada ensayo se utiliz el colormetro AGTRON para la medicin del
color y luego se expres en trminos de L* que es el patrn de referencia. Ha cada
experimento se le determin el promedio, desviacin y lmites de confianza para
determinar cual de estos era el ms recomendado para controlar el grado de
tostacin como variable independiente. La comparacin de estos resultados fue la
siguiente:
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Tabla 8. Comparacin entre tres mtodos para la determinacin del grado
de tostacin
TIEMPO 8 min. COLOR VISUAL TEMP. FINAL 168C
AGTRON L* AGTRON L* AGTRON L*
MEDIA 54.83 44.44 65.17 49.33 64.80 49.14
DESVIACION 7.63 3.57 3.54 1.72 1.30 0.63
61.11 47.38 68.08 50.75 66.04 49.74LMITES DE
CONFIANZA 48.56 41.50 62.25 47.92 63.56 48.53
Fuente: La Autora (datos experimentales)
Al observar esta tabla se puede ver que la temperatura final de tostin es la que
obtiene una menor desviacin tanto en AGTRON como en L*.
Debido a estudios realizados por ALMACAF, se ha observado que controlar el
punto de tostin mediante el tiempo en ste tipo de tostador (tambor giratorio
horizontal), no es muy recomendable debido a las condiciones en que se genera el
calentamiento, a las prdidas de calor por falta de aislamiento y al diseo del
equipo, y adems, el observar el color del grano (color visual) dependedirectamente del criterio de la persona que est tostando, siendo por lo tanto muy
subjetivo. Por esta razn se fijo la temperatura como punto de control para el
grado de tostacin, ya que al observar el comportamiento de esta variable en los
dos mtodos mencionados anteriormente, siempre al llegar a ciertas temperaturas
el color presentaba tonalidades similares y esto se vio en su baja desviacin.
En las siguientes grficas se pueden apreciar los resultados para el punto de
tostin y su comportamiento en cada mtodo:
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TIEMPO DE 8 min.
010203040506070
1 2 3 4 5 6
MUESTRA
COLORIMETROS
AGTRON L*
.
Figura 8. Ensayo para el grado de tostin con tiempo de 8 min.
COLOR VISUAL
0
20
40
60
80
1 2 3 4 5 6
MUESTRA
COLORIMETRO
S
AGTRON L*
Figura 9. Ensayo para el grado de tostin por medio del color visual.
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TEMP. FINAL DE 168C
0
20
40
60
80
2 3 4 5 6
MUESTRA
COLORIMETRO
AGTRON L*
Figura 10. Ensayo para el grado de tostin con temperatura final de tostin
de 168 C
Despus de haber seleccionado la temperatura final de tostin como parmetro de
control para el grado de tostacin, se realizaron algunos ensayos con otras
temperaturas, para verificar el mtodo:
TEMP. FINAL DE 140C
0
30
60
90
120
1 2 3
MUESTRA
COLORIMETROS
AGTRON L*
50
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TEMP. FINAL 170C
0
10
2030
40
5060
1 2 3
MUESTRA
COLORIMETROS
AGTRON L*
Figura 11. Ensayo de dos temperaturas finales de tostin
Teniendo en cuenta esto y los resultados del porcentaje de merma con relacin a
L* en la Figura 6, se seleccionaron los niveles para grado de tostacin, que para
ste proyecto fueron cinco, que van desde temperaturas de 145C hasta de
173C, distribuidas uniformemente, para cubrir el posible rango de los
semitostados.
3.2 SELECCIN VARIBLES DEPENDIENTES O DE RESPUESTA
Como se observ en el numeral anterior el porcentaje de merma y el color en
trminos de L* son dos de las variables respuesta que sern analizadas durante el
diseo experimental.
Adems, de estas variables se determin que se analizarn (segn normas NTC
vigentes) la densidad aparente, la granulometra, el porcentaje de humedad final y
los slidos solubles tanto del caf verde como del semitostado, y se observarn
las correlaciones entre cada una de ellas y con respecto a las variables
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independientes (porcentaje humedad inicial del caf verde y el grado de tostacin
por medio de la temperatura final).
Para la dureza que es un procedimiento que se evaluar por primera vez y por talrazn se hace necesario generar un mecanismo para realizar esta prueba.
En el caso de la dureza, se busc un equipo que reuniera las caractersticas para
la medicin, ya que esta es una variable que no ha sido tratada en el mbito
cafetero nacional. Se ensayaron diferentes tipos de dureza: Para metales y
polmeros (Rockwell, Brinell y Shore A y B)1, pero desafortunadamente las escalas
de medicin eran demasiado amplias y el caf no presentaba valores de dureza
similares a los de estos materiales. Por ltimo se realiz un ensayo con un
penetrmetro para frutas que esta provisto de varias puntas planas que no
permitan la fractura de los granos ms duros de caf; Para solucionar ste
problema s fabric una punta con un ngulo de 30 de inclinacin en acero
inoxidable, que fue debidamente templado, para evitar la deformacin de su punta.
Con ste elemento se logr, que la escala del equipo permitiera cubrir el rango de
dureza de los granos de caf.
Teniendo definidas cada una de las variables independientes y de respuesta se
proceder a la realizacin del diseo experimental correspondiente.
52
1 STUDEMANN, Hans. Op.cit.
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4. DISEO EXPERIMENTAL
Un diseo experimental es una prueba o serie de pruebas en las cuales se
inducen cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso, de
manera que sea posible observar e identificar los cambios en la respuesta de
salida.2
Para el desarrollo del diseo experimental se siguieron las siguientes etapas:
Plantear el objetivo por el cual se desarrolla el diseo experimental.
Establecer condiciones iniciales del proceso.
Definir las variables independientes (factores) y dependientes (variables
respuesta).
Escoger el nmero de niveles para cada factor.
Definir el nmero de replicas por cada combinacin (factor-nivel)
Seleccionar el diseo experimental ms adecuado para el estudio.
Realizacin de los experimentos.
2 MONTGOMERY, Douglas. Diseo y Anlisis de Experimentos. Mxico: Grupo Editorial Iberoamrica 1991.1p.
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Desarrollo de una metodologa estadstica
Discusin de resultados.
4.1 OBJETIVO
El objetivo principal de ste diseo experimental es establecer rangos para
considerar un caf como semitostado, es decir, un lmite inferior entre verde y
semitostado y otro superior entre semitostado y tostado, teniendo en cuenta elestudio de algunas de las caractersticas fsicas y su incidencia durante la
experimentacin.
4.2 CONDICIONES INICIALES
A lo largo del proceso de experimentacin se tuvieron en cuenta las siguientes
condiciones:
Durante toda la experimentacin se utiliz un mismo tipo de caf (caf excelso
fresco tipo Europa procedente de Ibagu).
La cantidad de caf para cada una de las muestras fue la misma (800 g).
La torrefaccin se realiz en un solo tostador del tipo tambor giratorio
horizontal de marca SASA SAMIAK.
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Los experimentos se realizaron en un mismo da y un mismo lugar para que
las condiciones ambientales (condiciones naturales de luz, temperatura
ambiente, humedad relativa, etc.) fueran las mismas. Adems, se efectuaron
de manera aleatoria.
Todos los equipos fueron previamente calibrados y verificados.
Cada muestra fue empacada y rotulada antes y despus de cada ensayo.
4.3 VARIABLES Y NIVELES
Se seleccionaron las variables que tienen mayor incidencia en el desarrollo de
ste diseo como consecuencia de los ensayos preliminares realizados en el
capitulo 3, como tambin sus respectivos niveles.
Como variables independientes, se analizaron:
Porcentaje de humedad inicial del caf verde: 10% y 13% (bloques)
Temperatura final de tostin (Grado de tostacin): 145C, 152C, 159C,
166C y 173C (tratamientos)
A partir de estas variables independientes, tambin se analizarn seis variables
dependientes o respuesta:
Color (L*, filtros rojo y verde)
Prdida de Peso (%merma)
Dureza
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Densidad Aparente
Porcentaje de Humedad Final
Contenido de Slidos Solubles
Al caf verde (materia prima), tambin se le analizarn previamente cada una de
estas variables y, adems, el porcentaje de humedad inicial, la granulometra y
los defectos que pueda tener.
Por cada tratamiento se realizaran tres rplicas o repeticiones, para poder estimar
el error experimental, es decir, si al observar a cada una, estas presentan
diferencias estadsticamente significativas y as poder estimar la precisin delexperimento (reproducibilidad de datos).
4.4 SELECCIN DISEO EXPERIMENTAL
En ste proyecto se decidi tomar como d