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CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE CAFÉ SEMITOSTADO
YENNI ALEXANDRA PRIETO DUARTE
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C. 2002
CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE CAFÉ SEMITOSTADO
YENNI ALEXANDRA PRIETO DUARTE
Proyecto de grado para optar el título de Ingeniera Química
Director DANIEL GABRIEL ACUÑA PRIETO
Físico
Codirector DELIO RODRIGO ALARCÓN SUAREZ
Ingeniero Químico
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C. 2002
Nota de aceptación
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________ Presidente del Jurado
_______________________________ Jurado
_______________________________ Jurado
Bogotá D.C., 16 de abril de 2002
DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD
Presidente Institucional y Rector del Claustro
Dr. Jaime Posada Vicerrector de Desarrollo y Recursos Humanos
Dr. Luis Jaime Posada Vicerrectora Académica y de Postgrados
Ing. Ana Josefa Herrera Decano Facultad de Ingenierías
Ing. Hugo Cáceres Director Ingeniería Química (e)
Ing. Hugo Cáceres
“Emprende todo lo que puedes hacer
o hayas soñado que puedas hacer.
El arrojo lleva consigo genio, fuerza y magia.”.
Goethe
A mis padres
Gracias, simplemente gracias
hoy, mañana y siempre,
por apoyarme en la lucha
para alcanzar mis ideales .
YENNI PRIETO
AGRADECIMIENTOS
La autora expresa sus agradecimientos a:
Luis Fernando Hernández, Estadístico de la Oficina de Calidad de Café
ALMACAFÉ, por sus valiosas orientaciones en el desarrollo del diseño
experimental, por su gran disposición y respaldo durante el proyecto.
Daniel Gabriel Acuña Prieto, Físico, Coordinador II del Laboratorio Central de
ALMACAFÉ y Director de este proyecto por su aporte en la parte experimental y
por tenerme en cuenta para la ejecución de este proyecto.
Delio Rodrigo Alarcón Suárez, Ingeniero Químico, Analista II de Evaluación y
Control de calidades de ALMACAFÉ y Codirector de este proyecto, por sus
valiosos aportes técnicos, enseñanzas y orientación.
Doctor Edgar Moreno González, Químico y Director de la Oficina de Calidad de
Café ALMACAFÉ, por permitir desarrollar el proyecto en dicha entidad.
Al personal del laboratorio, por su gran colaboración, en especial a Maritza
Suárez, Diana Gutierrez, John Fredy Mora y Danilo Morales por su respaldo y por
ponerle color y humor a la vida en los momentos difíciles.
Julio Cesar fuentes, Ingeniero Químico y Profesor de la Universidad América por
su colaboración para la ejecución del proyecto.
Carolina Torres, Ingeniera Química, por su respaldo en la búsqueda y ejecución
del proyecto.
A mis amigos, Carlos Tibamosca, Jacqueline Villalobos, Daniel Ramírez, Nohora
Rodríguez, Sandra Leyva, Angelica Guerrero, Diana Martí, Wilber Martínez, Paola
Micán y Vivian Villamizar, por su amistad, apoyo incondicial durante toda la carrera
y por brindarme respaldo en los momentos difíciles al no dejarme desfallecer.
A mis abuelos, tíos y primos por su respaldo en la culminación de este proyecto y
por su constante motivación.
A mi hermano, por su colaboración y comprensión para la terminación de este
proyecto.
A todas las personas que de una u otra manera ayudaron, aportaron, colaboraron
y permitieron que este logro se hiciera realidad.
GLOSARIO
Beneficio: Consiste en someter a la cereza de café madura a una serie de
operaciones para obtener el café verde materia prima para el proceso de
torrefacción.
Café: Es una semilla procedente del árbol del cafeto, perteneciente a la familia de
las Rubiáceas y al género Coffea.
Café Cereza: Es la baya de café tal cual ha sido recolectado del árbol cuando ya
ha alcanzado su adecuado grado de maduración.
Café Pergamino: Grano de café envuelto en el endocarpio (pergamino).
Obtenido después de la etapa de secado en el proceso de beneficio.
Café Semitostado: Café con cierto grado de tostión (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.
Café Verde: Es el resultado de someter la cereza de café madura al beneficio
retirando el exocarpio, el mesocarpio y por medio de la trilla el pergamino,
quedando así la almendra únicamente
Densidad Aparente: Se define como la relación de la masa por unidad de
volumen ocupado de un material sólido y se expresa en g/l ó kg/m3.
Despasillado: Proceso manual en el cual se retiran los granos defectuosos,
material extraño e impurezas del café verde.
Despulpado: Remoción de la pulpa de consistencia mucilaginosa que cubre al
café.
Dureza: Es la capacidad de un sólido de resistirse a la deformación o fractura de
su superficie. Esta relacionada con la fuerza, que es la encargada de vencer dicha
resistencia.
Excelso: Café debidamente seleccionado y que cumple con los límites de control,
único café exportable.
Fermentación: Proceso en el cual se eliminan las trazas que quedan de
mucílago después del despulpado.
Grano Defectuoso: Este término es utilizado en el ámbito comercial para
describir el factor de calidad de los granos y del material extraño (no café).
L*: Indica el grado de luminosidad (claro – oscuro) que posee la muestra y esta
referida al Sulfato de Bario, que es el blanco estándar con un valor de 100%.
Merma: Denominación que se le da a la pérdida de peso del grano de café verde
durante la tostión.
Mucílago: Capa externa del café de consistencia babosa, es eliminada una parte
en la despulpadora y su remoción total se realiza en el proceso de fermentación.
Punto o Grado de Tostión: Se controla mediante el color adquirido por el grano
durante la torrefacción, va de tonos castaños hasta marrón - negro, según la
temperatura y el tiempo de tostión.
Quenching (apagado): Es un proceso de enfriamiento sobre los granos de café
por aspersión de agua.
Sólidos Solubles: Son los que contribuyen en forma determinante al sabor y
carácter de la taza. Se obtienen por medio del proceso de extracción.
Trilla: Proceso mecánico de presión y fricción para remover el endocarpio seco
del café pergamino (conocido también como cacota) para producir café verde.
Torrefacción: Proceso en el que se somete cierta cantidad de café verde a
condiciones de temperatura y tiempo para producir cambios en la estructura y
composición del grano desarrollando el sabor y aroma característicos del café
tostado.
RESUMEN
El objetivo de este proyecto de grado, fue el de determinar cualitativa y
cuantitativamente algunas características del café semitostado, estableciendo
rangos para su comercialización, es decir límites 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 análisis
permitió fijar el porcentaje de humedad de café verde y la temperatura final de
tostión (grado de torrefacción), como variables independientes, con dos niveles del
10% y 13% para la humedad y cinco niveles para la temperatura: 145°C, 152°C,
159°C, 166°C y 173°C.
Además, se establecieron las variables respuesta o dependientes que se
analizarían durante el proyecto, estas fueron: porcentaje de merma, color,
densidad aparente, porcentaje de humedad final, porcentaje de sólidos solubles y
dureza. Todas estas variables fueron analizadas de acuerdo a las normas
ICONTEC y a los parámetros utilizados por el laboratorio de ALMACAFÉ, a
excepción de la dureza, la cuál, hasta el momento de realizar este proyecto, no se
conocían antecedentes de estudios realizados para esta variable en el café y por
lo tanto se planteo un método para el análisis de esta y así poder dar un aporte
como una pauta para futuras investigaciones.
Como diseño experimental se planteo uno de bloques completamente
aleatorizados, ya que, al ser el café un producto de alta variabilidad en sus
características, se deseaba minimizar el error y evitar efectos que pudieran afectar
el desarrollo de la experimentación. Este diseño permitió realizar los experimentos
de una manera adecuada y además sirvió para analizar cada una de las variables
respuesta de este estudio mediante métodos estadísticos que facilitaron la
tabulación de los resultados obtenidos con respecto a la variable de bloqueo
(porcentaje de humedad inicial de café verde).
Del análisis y relaciones de las variables evaluadas se determino el grado de
incidencia de cada una de ellas y como influyen en la caracterización del producto.
Finalmente, se determinaron las características del café semitostado realizando
una comparación entre este y las características del café verde y el café tostado.
INTRODUCCIÓN
En Colombia se produce uno de los cafés más suaves del mundo, pero como se
sabe el desarrollo y el manejo del café no termina con su procesamiento y es
importante conocer cada una de sus características (del verde al tostado), ya que
la producción del café es muy competitiva y se hace necesario crear nuevas
formas de comercialización.
Debido a que el café verde sigue siendo un organismo vivo que sufre procesos de
oxidación y respiración, y que contiene agentes microbianos (microfauna y
microflora) los cuales pueden generar problemas de tipo fitosanitario en lugares
donde se comercializa se decidió dar una solución a éste problema mediante el
café en estado semitostado con lo cual se eliminarán estos agentes
contaminantes. Por lo tanto el café semitostado será una nueva alternativa, que es
preciso estudiar y evaluar,
Con base a las consideraciones técnicas que pueda arrojar éste proyecto,
permitirá a la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia establecer criterios
para la futura comercialización del café semitostado.
0
En la actualidad, la única referencia que se tiene sobre el café semitostado se
encuentra en la resolución No. 1 de 1999 en el artículo 4 literal c del Compendio
de Normas de calidad para la Exportación del Café Verde y Procesado de la
Federación Nacional de Cafeteros de Colombia donde se enuncia: “El café
semitostado, se entiende como aquel con un porcentaje de pérdida de peso no
mayor al 10%”, esta cita, así descrita no se basa en ningún soporte técnico, por lo
tanto será necesario darle un fundamento para establecer características del café
semitostado, el cual es el objetivo principal de éste proyecto.
El desarrollo del trabajo experimental se realizará a nivel de laboratorio para
determinar rangos de comercialización para algunas variables (porcentaje de
merma, color, porcentaje de humedad final, etc.), su incidencia en el nuevo
producto y la correlación entre cada una de ellas.
Éste proyecto de grado pretende servir de referencia a todo aquel que desee
investigar acerca del café semitostado, analizando otras características y
evaluando aspectos de tipo comercial y económico que no serán estudiados en
éste proyecto, por que abarcan otros aspectos que no son la razón de ser de éste
trabajo.
1
1. GENERALIDADES
1.1 CAFÉ
1.1.1 Definición.1 Es una semilla procedente del árbol del cafeto, perteneciente a
la familia de las Rubiáceas y al género Coffea. Los cafetos cultivados en el mundo
a nivel industrial son de la especie Coffea Arábica y Coffea Canephora.
El café crece de manera apropiada en la zona tórrida en lugares que reúnen
condiciones especiales de suelo, temperatura, altitud y radiación solar. En
Colombia, el cultivo de café se localiza en las laderas de las cordilleras. Los suelos
ricos en materia orgánica son ideales para el café. En general el suelo debe tener
una profundidad de 80 cm para permitir la penetración de las raíces.
El café se desarrolla en el curso de 32 semanas siguientes a la aparición de la flor
en el cafeto; cambia desde el verde claro a rojo oscuro (ver Figura 1) o a amarillo
según la variedad, color en el cual ya se puede considerar maduro, para luego ser
recolectado. La cereza del café, se forma en racimos unidos a las ramas por tallos
muy cortos.
2
1 CLARKE, R. Coffee, Chemistry. Vol. 1. Gran Bretaña: 1985. p. 10-15
Figura 1. Cereza del café madura
La cereza o baya del café esta formada por una piel (exocarpio), cuyo cambio en
el color indica su evolución, 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 coloración amarilla conocida como
pergamino y finalmente esta cubierto con una delgada membrana de tonalidad
plateada (ver Figura 2)
Figura 2. Estructura interna de la cereza de café
1.1.2 Clasificación. Los cafés tienen por origen botánico, principalmente, dos
especies: Coffea Arábica y Coffea Canephora o Robusta y algunas especies
menos comunes como: Coffea Excelsa y Coffea Libérica.2 A continuación una
breve descripción de las dos especies más importantes:
3
2 CLARKE, R. Coffee, Chemistry. Vol. 1. Gran Bretaña: 1985. p. 10-15
• Café Arábica: Se cultiva en todo el mundo, pero el café de mejor calidad es el
de las zonas montañosas. Las habas son generalmente voluminosas y de forma
alargada, aproximadamente de una longitud entre 14 mm y 15 mm y tienen una
coloración verde, verde - azulado o verde pálido. Esta especie es más apreciada
que la Canephora por los consumidores de café.
Dentro del género Arábica existen numerosas variedades:3
Moka: De granos pequeños e irregulares.
Típica: Da un excelente café pero es sensible a plagas y enfermedades.
Caturra: De buen rendimiento y desarrollo rápido.
Catuai: De rápido rendimiento.
Kent: Muy resistente.
Amarella: Llamada así 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.
• Café 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 pequeños y producen una bebida menos
aromática, el haba de Canephora es más corta y de aspecto más redondo. La
coloración de los granos generalmente es de tono grisáceo. Esta especie no es
cultivada en Colombia.
1.1.3 Productos Derivados del Café.4 En la actualidad se producen los
siguientes tipos de café, para su comercialización:
3 DELGADO, Carlos. El libro del café. Madrid: Alianza Editorial, 1997.p. 86-88
4
4 Congreso Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos, 1996.
• Café verde o crudo
• Café tostado
• Café tostado y molido
• Café soluble atomizado
• Café soluble aglomerado
• Café soluble liofilizado
• Café descafeinado
1.2 BENEFICIO Y PROCESAMIENTO DEL CAFÉ5
El beneficio del café consiste en someterlo a una serie de operaciones que se
inician con el despulpado del fruto del cafeto, (la cereza del café), que se realiza
por vía húmeda o con el secado del café sin despulpar, si es por vía seca, hasta
obtener un grano tipo pergamino seco o cacota; una vez pase por la operación
de trilla recibe el nombre de café verde en almendra. En estas condiciones el café
queda listo para exportarlo o para procesarlo. A continuación una ligera
descripción de los sistemas de beneficio más comúnmente empleados (ver
Figura 3)
1.2.1 Beneficio en Seco. Se inicia cuando los frutos comienzan a secarse en el
propio árbol, 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 dinámicos 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
5
5 Tecnología de Productos Agrícolas. Ed. Terranova. p. 227-232
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
(técnicamente denominado cacota) quedando lo que se denomina café verde.
1.2.2 Beneficio en Húmedo. Se debe recolectar el grano completamente
maduro, en forma manual y se debe despulpar el mismo día, puesto que después
de 24 horas de cosechado, el mucílago comienza a colorearse (acción de taninos)
por oxidación y puede manchar el pergamino. Las semillas frescas despulpadas
están recubiertas de una capa de mucílago (miel, goma o baba) esta debe
eliminarse por fermentación antes que las semillas se sequen. Las semillas se
dejan fermentar humedecidas o sumergidas totalmente en agua. La
descomposición del mucílago (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 café, del diseño de los tanques y de la calidad del
agua. Luego se lava para retirar completamente el mucílago, cambiando el agua
por lo menos dos veces durante el proceso de lavado y se hace una clasificación
de los granos que pueden ser; café tipo exportación, café corriente y pasilla o
grano de baja densidad. Después 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 mecánicamente. Luego se almacena en forma de café
pergamino o de café verde el cual ha sido pasado por el proceso de trilla, donde
se retira el pergamino. Éste beneficio se emplea en Colombia y el producto
resultante de la especie Arábica tratada por éste sistema se conoce como café
suave.
6
O
Figu
6SOTO, María Alexandra. Influencia de laquímica, físicas y organolépticas del caféTadeo Lozano, 1992. p. 7
CAFÉ FRESC
ra 3. Beneficio del caf
7
humedad inicial y el tiempo de tostado. Bogotá: Tesis Ingeni
VIA SECA
VIA HUMEDADESPULPADO
LAVADO
FERMENTACIÓN
SECADOCAFÉ PERGAMINO
TRILLA
CAFÉ VERDE
é6
crepitación sobre las características ería de Alimentos, Universidad Jorge
1.3 CAFÉ VERDE
1.3.1 Definición. Es el resultado de someter la cereza de café madura al
beneficio retirando el exocarpio, el mesocarpio y por medio de la trilla el
pergamino, quedando así la almendra únicamente.
1.3.2 Clasificación. La clasificación del café verde consiste en separar los
granos, teniendo en cuenta su calidad, forma, tamaño y las exigencias del
mercado exterior.
En Colombia, se produce café del tipo Arábica y se clasifica según su
granulometría y la cantidad de defectos que éste contenga (ver Tabla 1).
1.3.3 Características. A continuación se mencionaran algunas características
típicas del café verde:
• Granulometría: Las diferencias especificas de forma y de tamaño son
particularmente notables en los granos de café Arábica y café Canephora. Las
primeras son generalmente más voluminosas, de forma más alargada. El
Canephora es de grano más corto y de aspecto más redondeado, el surco es de
tendencia más rectilínea que en el Arábica.
• Densidad Aparente: La diferencia de los granos reside en el origen botánico y
en menor grado en su contenido de humedad el cual debe ser inferior al 12% para
una buena conservación. La densidad de los Canephora es más elevada que la de
los Arábica.
8
Independientemente del factor agua, la densidad de los granos de café puede
variar en función del estado de madurez en el momento de la cosecha, de los
ataques parasitarios, alteraciones de los tejidos, etc.
Tabla 1. Clasificación de los diferentes tipos de café verde7
TIPO DE CAFÉ 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, tamaño 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, tamaño grande, mediano y pequeño,
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 tamaño grande, mediano y pequeño, retenido por la malla No. 12, con
tolerancia de máximo 10% para grano plano. Sin maragogipe.
Excelso tipo Maragogipe
De tamaño grande, mediano y pequeño, retenido por la malla No. 14, con
tolerancia de máximo 10% para grano plano. Sin caracol.
Consumo Retenidos por encima de la malla No. 14, como la fracción 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 Máquinas
Es todo grano defectuoso retenido sobre malla No.14 y café sano, pasilla,
caracol, bajo malla No.14, pero retenido sobre malla No. 12.
Pasilla de Manos
Se compone en su mayoría de granos picados, decolorados y otros granos
defectuosos separados a mano por las escogedoras.
Ripio Se compone de los granos defectuosos inferiores a la malla No. 14 y la
fracción de grano sano inferior a la malla No. 12.
Fuente: FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA
9
7 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Compendio de Normas de Calidad para la Exportación de Café Verde y Procesado. p. 22-52
La densidad esta expresada como la relación de la masa por unidad de volumen
(g/l, kg/m3). La densidad para el café verde es aproximadamente de 645 g/l a
750g/l.
• Color: Esta característica tiene gran importancia comercial sobre todo para los
Arábica; el beneficio desempeña un papel esencial en el color. Varía entre amarillo
claro y verde oscuro, pasando por toda la gama de matices intermedios.
El color dominante varía con su origen botánico, la naturaleza del suelo, la técnica
de cultivo, el beneficio y la manera que se almacene y se conserve el grano.
Los cafés Arábica tienen por lo general una coloración verde, verde azulado o gris
azulado uniforme, mientras que los Canephora tienen un color de tendencia
grisácea a consecuencia, de un despelículado deficiente.
• Contenido de humedad: Los cafés verdes presentan un nivel de agua
comprendido entre el 10% y el 12%. La determinación analítica de la cantidad de
agua puede realizarse por evaporación en la estufa a 105 °C + 1 °C por 16 horas
según la norma NTC 2325.
1.3.4 Selección y Clasificación de Defectos en el Café Verde. El término
defectos es utilizado en el ámbito comercial para describir el factor de calidad de
los granos y del material extraño (no café). Éste proceso de selección de
defectos se realiza por lo general en forma manual (despasillado) o por medio de
escogedoras electrónicas que operan por medio de fotoceldas que rechazan los
granos que se consideran defectuosos, pero debido a que esta selección no es del
todo eficiente, se pasa a una selección manual. A continuación se encuentra la
terminología utilizada para clasificar los diferentes tipos de defectos:8
10
8 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Op. Cit. p.64-66
• Grano negro o parcialmente negro: Mala recolección.
• Grano cardenillo: Afectado por hongos al almacenar húmedo el café.
• Grano vinagre: Se produce por sobrefermentación.
• Grano cristalizado: Exceso de temperatura en el secado. Color grisáceo.
• Grano decolorado: Mal secamiento o deficiente almacenamiento.
• Grano mordido o cortado: Se produce durante el despulpado.
• Grano picado: Presentan pequeños orificios hechos por insectos.
• Grano partido: Tratamiento rudo y de maquinaria de procesamiento
defectuoso.
• Grano deformado: Malformación genética, desarrollo pobre en el cafeto,
debido a sequía, debilidad del cafeto, etc.
• Grano inmaduro: Recolección antes de llegar a la maduración. 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.
11
• Ripio: Granos defectuosos, partículas o granos partidos que pasan la malla
No. 12.
• Grano negro balsudo: Granos mal desarrollados y recolectados en el suelo.
• Grano vano: Grano de café muy pequeño, de forma rugosa y baja densidad.
• Material extraño: Palos, pergamino, piedras, tierra, etc.
1.3.5 Almacenamiento del Café. 9 Como se menciono anteriormente el café
puede ser almacenado en pergamino o en almendra (café verde). Para que la
calidad del grano no se vea afectada por éste almacenamiento hay que tener en
cuenta los siguientes factores:
• Humedad Inicial del grano: Es el factor que más se debe controlar para su
conservación. El contenido de humedad adecuado para éste almacenamiento
debe ser entre el 10% y 12% para evitar la actividad enzimática 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 así la calidad del grano. Es importante tener un control permanente
de la temperatura de almacenamiento. Las variaciones drásticas de humedad
relativa y temperatura generan procesos de desorción.
12
9 MUÑOZ, Torres Juan Carlos. Actividad Enzimática de la polifenoxidasa en la caracterización y almacenamiento de café verde. Bogotá: Tesis Ingeniería Química Universidad América, 2000.p.20-26
• 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 contaminación inicial que tenga el grano y a causa de
material extraño como palos, cáscaras y otras impurezas presentes en el café.
• Respiración de los granos: El café verde, esta constituido por tejidos vivos
y aún después de su almacenamiento sigue transpirando, realizando su
metabolismo y experimento cambios físico químicos. Estos cambios ocasionan el
deterioro del producto.
1.4 CAFÉ SEMITOSTADO El café semitostado es el resultado de la tostión incompleta del café verde. Éste
café tiene cierto grado de tostión (entre verde y tostado) y sé semituesta debido al
hecho de que el café verde sigue siendo un organismo vivo que sufre procesos de
oxidación y respiración, 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 solución a éste problema
es la comercialización de café en estado semitostado con lo cual se eliminarán
estos agentes contaminantes.
El café semitostado se considera como un producto para comercializar pero en
realidad se trata de una materia prima para el proceso de torrefacción ya que éste
café no esta listo para su consumo al no poseer ciertas características que se
adquieren en dicho proceso.
13
1.5 TOSTACIÓN O TORREFACCIÓN DEL CAFÉ
1.5.1 Definición.10 La torrefacción del café es un proceso en el cual intervienen
mecanismos de transferencia de calor y de masa simultáneamente. Depende del
tiempo y la temperatura, donde se inducen los cambios en el café verde
produciendo los compuestos que originan el aroma característico, sabor, olor y
cuerpo del café.
Existen grandes diferencias entre el café tostado y el café verde o crudo, porque al
sufrir éste proceso, la composición del café se modifica en su estructura; Estas
modificaciones pueden ser tanto físicas (volumen, densidad, color, dureza), como
también cambios de tipo químico que dan origen a las cualidades organolépticas
del café.
1.5.2 Condiciones de Tostión.11 La tostión del café se realiza a nivel de
laboratorio bajo las siguientes condiciones:
• Antes de tostar el café es necesario trillar y limpiar el grano, retirando
impurezas o materiales extraños y además se deben eliminar los granos
defectuosos.
• Se utiliza un café verde perfectamente seco entre el 10% y 12% de humedad y
distribución granulométrica centrada (tamaño de partícula uniforme). Éste café
verde debe ser previamente trillado y seleccionado, retirando defectos e
impurezas que éste pudiese contener.
10 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Torrefacción o tostada del café. En: Revista Cafetera de Colombia. Bogotá. Vol. 4, No. 38 (mayo - junio 1932) p. 1470-1473
14
11 SIVETZ, M. Op.cit. p. 60-65
• La tostación se realiza en un recipiente cerrado (con un orificio, para depositar
el café), que esta en continuo movimiento para evitar que los granos se
quemen y así puedan afectar las propiedades organolépticas.
• El tiempo de tostión y el grado de color varían según la temperatura, el diseño
del tostador, la forma de transferir el calor y el tipo de café.
• La tostión se obtiene a diferentes temperaturas que varían entre 180 °C y 240
°C y donde el café sufre una pérdida de peso entre el 15% y el 20%. Debe
procurarse un calor uniforme y gradual.
• En la tostación hay un aumento de volumen a causa del CO2 interior, por lo
tanto el tostador no debe llenarse para facilitar el movimiento del café, ya que el
volumen se puede incrementar entre 1,8 a 2,0. veces el volumen del grano
verde.
• El café tostado puede conservar las propiedades adquiridas en el proceso por
varios días 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 torrefacción, el café se deja enfriar utilizando una corriente de aire
frío que pasa a través de una malla o por Quenching (apagado), término
utilizado cuando se aplica agua por aspersión.
15
1.5.3 Fases de la Torrefacción.12 En la torrefacción hay cinco fases principales:
• Desecación
• Crecimiento
• Disgregación
• Tostado completo
• Enfriamiento
Los primeros cambios se presentan a 50°C en las capas superficiales, a los 100°C
el color verde del café comienza a cambiar a amarillo, en éste momento empieza
la desecación donde se desprende vapor de agua y comienza la volatilización
desarrollando además un olor a pan tostado. Alrededor de los 120°C a 130°C, el
grano adquiere una coloración castaña que varía poco a poco a coloraciones
pardas, acompañado de un aumento en el volumen y su olor todavía no es
característico.
Alrededor de los 180°C el olor comienza a ser característico y a causa de la
pirólisis (descomposición de grandes estructuras químicas por medio de calor)
aparecen productos gaseosos como vapor de agua, CO2, CO, compuestos
volátiles por la descomposición de los carbohidratos, proteínas y grasas que son
los causantes del aumento del volumen en el grano, el cual comienza a tomar una
coloración marrón a causa de las reacciones de Maillard13 y la caramelización de
azúcares. En éste momento se inicia una fase de descomposición caracterizada
por el rompimiento de la estructura celular de los granos debido a sobrepresiones
internas (crepitación), producción de humo y la aparición del aroma del café, en
éste instante las reacciones endotérmicas alcanzan su punto máximo.
12 SALCEDO, Pacheco Liliana, Propiedades Térmicas del café en el proceso de torrefacción. Bogotá: Tesis Ingeniería Química, Universidad América,, 1996. p.11-13
16
13 PEREZ, Floréz Fernando. Practicas de ciencia de los alimentos. Editorial Acribia, España, 1989
Posteriormente comienzan las reacciones exotérmicas debido al calor de reacción
dentro del grano, que hacen que éste alcance temperaturas hasta de 200 °C
aproximadamente. Después de alcanzada la óptima caramelización de azúcares
se obtiene la tostación completa en donde desciende el contenido de agua a
valores entre el 1.5% y el 3.5% en peso.
La zona de torrefacción se encuentra entre los 180°C a 250°C siendo la
temperatura óptima, la comprendida entre los 210°C y 230°C, por encima de esta
ocurre la sobretorrefacción en donde se acentúan, el desprendimiento de humos,
los granos se ennegrecen, el volumen ya no aumenta y en el peor de los casos se
carbonizan, se hacen más quebradizos y el aroma desaparece. Para detener el
proceso de torrefacción del café es necesario generar un enfriamiento rápido e
inmediato de los granos, ya sea por medio de una corriente de aire o por apagado
con aspersión de agua.
La temperatura de tostión es muy importante ya que tiene una fuerte influencia
sobre las cualidades del café.
La duración de la torrefacción es aproximadamente de 5 a 12 minutos (bajo
condiciones dadas). Éste tiempo varía según el equipo que se utilice y la cantidad
de almendra de café adicionada.
En la siguiente tabla se puede resumir el proceso de torrefacción:
17
Tabla 2. Etapas y cambios físicos en el proceso de torrefacción14
TEMPERATURA DEL GRANO (°C) COLOR VOLUMEN PROCESO
100 Amarillo Desecación y pérdida de agua.
120-130 Castaño Reacciones de reducción de azúcares y aminoácidos
130-180 Marrón Aumenta Caramelización de azúcares.
180-200 Marrón Aumenta Producción de CO2 por pirogenación de carbohidratos, proteínas y grasas
200-230 Marrón Aumenta Agrietamiento del grano (crepitación) y afloramiento del aceite en la superficie.
250 Negro, sin brillo
Deja de aumentar
Sobretorrefacción, se carboniza y el aroma desaparece.
Fuente: Extracción de aceite esencial a partir de café brocado. 1.5.4 Cambios Característicos del Café.15 En la torrefacción los cambios más
característicos son:
• Pérdida de Peso: Es una consecuencia de la evaporación de una gran parte
de agua inicialmente en el grano, del origen botánico, de condiciones de
almacenaje, de la técnica de torrefacción, etc.
Esta pérdida de peso esta entre el 12% y el 21% (café arábica), y no se da
únicamente por evaporación de agua, sino también por desprendimiento de
sustancias volátiles producto de la pirólisis de estructuras macromoleculares, a la
pérdida de la película plateada y estructuras de bajo peso molecular. Esta pérdida
de peso ocurre a dos velocidades: la primera es lenta y debida a la evaporación de
14 LOPEZ, E. M. Extracción de aceite esencial a partir de café brocado. Manizales, Universidad Nacional de Colombia, 1997
18
15 PARRA, Espinosa Germán. Evaluación de algunos aspectos físicos y químicos del café, con fines normativos de control de calidad para Colombia. Química farmacéutica, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 1988.p.16-44
agua del grano; la segunda es rápida y corresponde al proceso de la pirólisis. La
pérdida de peso o porcentaje de merma se define como:
% merma = Peso de café verde – Peso de café tostado * 100 Peso de café verde
• Aumento de Volumen: Se debe a la expansión de los gases producidos por la
combustión (pirólisis), provocando el desarrollo del albumen que puede
incrementar hasta dos veces el volumen del grano verde. Se libera la cascarilla del
interior del grano debido a la crepitación la cual ocasiona un efecto de secado
sobre la pared celular, perdiendo así su elasticidad e incrementando su tensión
intercelular.16
• Color: 17 Durante la torrefacción el grano de café cambia de color debido a la
influencia del calor. En la etapa inicial se produce una decoloración visible en la
superficie externa del grano, pasando inicialmente del verde al amarillo. A medida
que se incrementa la temperatura esta coloración varía desde el amarillo, pasando
por el castaño hasta el marrón – negro (ver Figura 4) luego de tostado; ocurre
simultáneamente con la pérdida de peso y el incremento en el volumen; ó sea, son
directamente proporcionales, estos cambios dependen de la intensidad y duración
del proceso. Al salir los granos del tostador y someterlos al enfriamiento, estos
sufren modificaciones en el matiz del color del grano, acentuándose un poco más
su tonalidad.
19
16 CLARKE, Op. cit 17 SOTO. Op. Cit. p.23-24
Figura 4. Cambios de color del café en la torrefacción18
El color es uno de los métodos para la determinación del grado de torrefacción.
Para esto se han asignado nombres para los diferentes grados de tueste:
Tabla 3. Nombres comerciales del color del café 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 torrefacción es medido por el color del grano, generalmente en forma
empírica, determinando su reflectancia en un instrumento para tal fin, o utilizando
una tabla de comparación de color para el café en grano o molido.
Para comparación 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 tamaño de partícula, las determinaciones de reflectancia se realizan
20
18 Microsoft Encarta 96 Enciclopedia [CD-ROOM] 19 NTC 2442. Café tostado en grano y tostado y molido. Determinación del grado de tostación
con muestras de café tamizadas por debajo de la malla de 500 µm, según lo
establece la norma NTC 2442.
La medida instrumental del color en el café tostado se basa en el principio de la
espectroscopia de reflectancia. Para obtener una medida comparable de la
intensidad lumínica por variación de colores, la fuente de luz debe ser
representativa de la mayoría de los colores encontrados en el café tostado.20
Actualmente el grado de tostación en el café 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 blanco
estándar con un valor de 100%21
• Dureza: Es la capacidad de un sólido de resistirse a la deformación o fractura
de su superficie. Esta relacionada con la fuerza, que es la encargada de vencer
dicha resistencia.
En el café, la dureza depende del grado de tostación. El grano verde resiste
grandes presiones, pero al tostarlo las presiones soportables son menores. En el
enfriamiento se solidifican los aceites, haciendo que el café pase de elástico a
quebradizo y fácil de moler. Su estructura es más porosa. Actualmente no hay un
mecanismo para medir la dureza de los granos de café, sin embargo existen
varios métodos para determinar dureza en metales, polímeros (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 resistencia
del café y lograr determinar así la fuerza que se necesita para vencer esta
resistencia.
20 PARRA. Op. Cit. p.16-17 21 NTC 2442. Op. Cit.
21
22 STUDEMANN, Hans. Ensayo de materiales y control de defectos. Ediciones URMO, Bilbao.
• Contenido de Humedad: Durante la tostión se produce la remoción de gran
parte de la humedad presente del café verde que esta entre el 10% y el 12%. Esta
disminución de humedad puede alcanzar valores entre 0.4% y 5%, dependiendo
del grado de torrefacción.
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 proteínas, sacáridos, etc., esta agua
permanece ligada al café incluso a temperaturas que lo carbonizan.
En la torrefacción, aproximadamente la mitad de la pérdida de peso es debida a la
cantidad de agua evaporada.
Conocer el contenido de humedad que tiene el café verde y el café 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 café tostado: cuando el grano entero está en almacenamiento, después de la
molienda y después del empaque.
Hay varios métodos para la determinación de humedad, entre los cuales podemos
encontrar, la determinación por medio de secado en estufa, en la cual se
deshidrata la muestra hasta peso constante a determinadas temperaturas y
presiones. El método para la determinación de pérdida de masa a 103°C + 1, a
22
presión atmosférica por 4 horas es el más comúnmente utilizado23. Otro método es
mediante la reacción de Karl Fisher.24
• Densidad Aparente: Se define como la relación de la masa por unidad de
volumen ocupado de un material sólido y se expresa en g/l ó kg/m3.
Es la masa correspondiente por unidad de volumen que ocupa un material. Esta
propiedad es un factor importante en el análisis del café tostado. La densidad
aparente del producto dependerá por lo tanto de una serie de factores como son la
densidad inicial, la geometría, el tamaño, las propiedades de superficie y el
método de medida.
Como ya se menciono existen algunos factores que influyen en la determinación
de la densidad aparente del café, por esta razón es importante conocer cada uno
de estos factores para ver, de que manera pueden ser controlados.
Es muy importante conocer la procedencia del café verde, ya que, se sabe que
dentro de las dos especies principales (Arábica y Canephora) existen gran
cantidad de variedades, además el café es cosechado y procesado de diferentes
maneras en los países productores.
Para determinar la densidad aparente del café es importante conocer el contenido
de humedad inicial la muestra debe tener un punto de tostión uniforme, antes de
medir su densidad la cual puede disminuir a la mitad de la del grano inicial (café
verde).
23 NTC 2558: Café Tostado y Molido. Determinación del contenido de humedad. Método por determinación de la pérdida en masa a 103 °C (método de rutina)
23
24 CLARKE. Op. Cit. p. 49-51
Durante la tostión del café, los granos son afectados por dos factores que están
relacionados al final con la densidad. El primero es la pérdida de peso (%merma)
a causa de la pérdida de humedad y de otros compuestos volátiles presentes en el
café. El segundo factor es la formación de gases de combustión dentro de la
estructura interna del grano que son los causantes de la crepitación y la expansión
del mismo, casi dos veces su volumen inicial (café verde). Cada uno de estos
factores hacen que la densidad del café disminuya.
Existen dos métodos para la determinación de la densidad aparente:
Por caída libre25
Por empaquetamiento26
• Sólidos Solubles: Son los que contribuyen en forma determinante al sabor y
carácter de la taza. El porcentaje de sólidos solubles del café tostado es un
parámetro muy frecuentemente utilizado. Por esta razón la concentración de la
bebida de café depende de la cantidad de sólidos que hacen parte de ella después
del proceso de extracción. La determinación de sólidos solubles para el café se puede ver afectado por
algunos factores como:
Relación agua - café
Temperatura del agua
Sistema de preparación
Tiempo de contacto agua - café
Grado de molienda
25 NTC4607: Café Verde y Tostado. Determinación de la Densidad a Granel por Caída Libre de los granos enteros. (Método de rutina.
24
26 NTC 4084: Café Tostado y Molido. Método para la determinación de densidad por compactación.
Materia prima utilizada
Temperatura del medio
Densidad
Punto de tostión
Existen dos métodos para determinar los sólidos solubles en la bebida del café:
Método por goteo directo:27 Se aplica para granulometría media (de 500µm a
700µm).
Método por contacto directo: 28 Para café con granulometría gruesa (de 701µm
a 900µm).
• Algunos Cambios Químicos.29 En la torrefacción a causa del efecto de la
temperatura, se originan una serie de reacciones que producen muchos
compuestos químicos y que conceden atributos a la bebida. Los más importantes
son: Proteínas: Están contenidas originalmente en el café verde son influenciadas por
el calor y se transforman tanto que en el café tostado casi ningún residuo puede
encontrarse Estas proteínas se desnaturalizan y parte de ellas son transformadas
en ácidos y carbohidratos. Carbohidratos: Se transforman totalmente por la influencia de la temperatura,
donde los azucares presentes en el café verde desaparecen totalmente, debido a
la caramelización y a las reacciones de Maillard. La sacarosa inicialmente se
27 NTC 4602-1: Determinación del rendimiento de la extracción y de los sólidos solubles en la bebida del café. Método por goteo directo. 28 NTC 4602-2: Determinación del rendimiento de la extracción y de los sólidos solubles en la bebida del café. Método por contacto directo.
25
29 COSTE, Rene. El café. Barcelona: Ed. Blume, 1963. p. 204-205
deshidrata y luego se hidroliza en azucares reductores que posteriormente se
polimerizan. Éste constituyente se solubiliza durante la extracción
Grasas y Aceites: Las sustancias grasas aumentan durante la tostión y
proporcionan una pequeña cantidad de principios volátiles. Sin embargo bajo la
influencia del calor las materias grasas son liberadas, evidenciándose en la
exudación del grano (aceites esenciales). Esta materia grasa sirve como fijador de
diversos principios aromáticos y cuando se solidifican los aceites hacen que el
grano sea más quebradizo, facilitando la molienda.
Ácidos: Subsisten parcialmente tras el tueste, estos se forman principalmente a
partir de los carbohidratos y desempeñan un papel importante en el aroma y en el
sabor de la bebida..
Taninos: Los taninos también se degradan liberando la cafeína que retenían,
sufriendo así una importante pérdida de masa, debida a la aparición de sustancias
volátiles.
Minerales: Su principal función es la de catalizar las reacciones de pirólisis y se
presentan en el grano en forma de sales orgánicas.
Dióxido de carbono: No existe libre en el café verde y es formado durante la
pirólisis.
1.5.5 Equipos para la Torrefacción. 30 Inicialmente se tostaba el café por
conducción de calor en marmitas cerradas con o sin agitación, pero se obtenían
tostados poco uniformes debido a que no se agitaba continuamente, luego se
desarrollaron los cilindros rotatorios huecos y cerrados en acero y hoy en día se
26
30 CALLE, Luis Germán. Diseño y construcción de un torrefacto rápido de lecho fluidizado para estudios de torrefacción de café. Bogotá: Tesis Ingeniería mecánica, Universidad América, 1987
realiza por calentamiento de un tambor giratorio en el cual el calor es suministrado
por contacto con las superficies metálicas y por calentamiento indirecto a presión
atmosférica con aire caliente y gases de combustión que ayudan a la transferencia
de calor hacia la carga de café.
El tostador de laboratorio consta de un cilindro giratorio calentado mediante
electricidad o a gas que posee registradores de temperatura. En éste equipo se
deben colocar muestras representativas entre 80 g y 150 g y se someten a
tratamiento térmico de calor a un tiempo y temperaturas determinadas hasta
obtener características 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 sólida • Pared perforada
Cilindro Estacionario Vertical con Paletas
Tazón Rotatorio Vertical
Lecho Fluidizado
Tostador a Presión
Calor Radiante: • Radiación IR • Microondas • Radiación Dieléctrica
27
31 HERRERA, Neira Elizabeth. La torrefacción rápida (High Yield), sus principales características y su aplicabilidad en la industria cafetera. Bogotá: Tesis Ingeniería de Alimentos, Universidad de la Salle, 1995. p.20-21
1.6 MOLIENDA DEL CAFÉ
Para la extracción de componentes solubles y volátiles del café tostado es
necesario moler el grano. Una molienda muy fina dará un porcentaje muy alto de
extracción con poca cantidad de agua. El mismo resultado será obtenido con una
molienda más gruesa en mayor cantidad de líquido y con temperatura y presión
más elevadas.
En el proceso de molienda influye el tipo y calidad del café, así como el punto de
tostión. El grano de tostión clara tiene una estructura dura mientras que el de
tostión oscura es frágil y quebradizo. Una humedad alta en los granos de café
tostado, los hace flexibles y difíciles de moler.32
Para la molienda de café existen diversos equipos, los más utilizados son los de
discos y los de rodillos.
Toda la información descrita, permitirá facilitar el desarrollo del proyecto, ya que a
lo largo de éste se utilizarán conceptos que fueron enunciados en éste capítulo y
además otorgarán al lector una herramienta de ayuda para la comprensión de éste
documento.
32 PARRA. Op.cit 1988.p.50-52
28
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 MATERIALES Y EQUIPOS Éste proyecto fue realizado en el Laboratorio Central de la oficina de calidad del
café (ALMACAFE), ubicado en el edificio de la Federación Nacional de Cafeteros
de Colombia, en Bogotá.
Para éste proyecto se utilizó café verde excelso, tipo Europa, procedente de
Ibagué, con humedades iniciales del 10% y 13%, el cual fue trillado en
ALMACAFE. Éste café se caracteriza por tener granos sanos, aspecto fresco y
tamaño uniforme.
Para el desarrollo de éste proyecto se utilizaron diferentes equipos y materiales
durante cada una de las pruebas. En la Tabla 4 se describen las características
técnicas más importantes, así como rangos de funcionamiento de cada equipo.
A continuación la tabla anteriormente mencionada:
29
Tabla 4. Equipos y materiales
EQUIPO/MATERIAL CARACTERISTICAS
Colorímetro AGTRON Visor: M-40 A Consola de Control: M-31 A
Éste 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
éste proyecto se utilizan discos de calibración 03 y 56 para el 0% y
100% respectivamente, en la escala de medición y así mismo los filtros
rojo y verde. Tiene un recipiente o celda para depositar la muestra con
capacidad aproximada de 20 g.
Espectrofotómetro 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 calibración y un software para la lectura de
las mediciones.
Tamizador PROBAT WERKEK
Tiene un juego de mallas (1000µm, 500µm, 315µm, 250µm y
colector).Para éste proyecto se utilizó únicamente la malla de 500µm,
avalado para su uso en colorimetría.
Determinador de humedad KAPPA
Tiene un recipiente de polipropileno para depositar la muestra, la cual
debe pesar 400g + 1g. Con tablas de calibración para café verde y café
pergamino. Su principio de funcionamiento se basa en la constante
dieléctrica del café.
Determinador de humedad SINAR P-25
Mide la humedad basándose en la constante dieléctrica del café. El
equipo esta provisto de una tolva, sensor de temperatura, célula de
muestra, tapa de equlibrador de peso, indicador digital y teclado. La
muestra mínima requerida para éste equipo es de 150g a 180g para
café verde, para café semitostado se elaborará el rango de uso
mediante una curva de calibración.
Homogeneizador SEEDBURO
Éste equipo es de tipo canales, funciona por gravedad. La muestra se
deposita en una tolva de alimentación y se abre la compuerta localizada
en la garganta de esta. El producto se dispersa uniformemente encima
de un cono que tiene varios canales. Tiene dos recipientes (zapatas)
para recoger la muestra que se homogeniza. Esta hecho de latón y
cobre que lo hacen oxido resistente.
30
Homogeneizador GAMET MFG1Y991722
Tiene dos recipientes (zapatas) para recoger la muestra que se
homogeniza. Éste equipo es de tipo canales Tiene una capacidad de 2
kg.. Opera con un sistema electromecánico.
Zaranda Mecánica GEROSFA 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 método ISI 4150 (Zarandeo manual).
Ciclón o aspirador de impurezas GRAINMAN 63-115-60VS
Separa el material extraño del café por medio de una corriente de aire
que es controlada con una válvula que restringe o aumenta el paso del
aire a un colector centrífugo. Consta de una tolva donde se deposita el
café y un recipiente donde caen todas las impurezas. Tiene una
capacidad de 500g.
Trilladora GRAINMAN
Tiene una capacidad de 250g de café pergamino. Se puede regular su
velocidad (0–1725rpm) y tiene un sistema de regulación de tiempo (0-
180s). Posee un motor eléctrico 1/2HP.
Estufa MEMMERT
Opera con calefacción eléctrica, regulador de temperatura, corriente
alterna y trifásica 50/60 cs y ventilación . Se utiliza como método básico
para pérdida de peso por humedad y para el método de extracción de
sólidos solubles.
Tostador SASA-SAMIAK
Es de cilindro horizontal rotatorio. El calentamiento se realiza mediante
resistencias eléctricas de potencia regulable y posee un indicador digital
de temperatura. La Transferencia de calor se realiza por convección y
conducción. 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 café
verde y operación óptima entre 80g y 120g. Opera en forma discontinua.
El calentamiento se hace mediante fuentes eléctricas o a gas. La
Transferencia de calor se realiza por convección y conducción. El
enfriamiento se hace en una cestilla por medio de una corriente de aire.
Molino PROBAT 55 LM 500
Se utiliza un molino eléctrico de discos, graduado en molienda media.
Consta de una tolva de alimentación donde se deposita la muestra, un
canal por donde sale el café molido, y un regulador del grado de
molienda. Tiene una capacidad de molienda de 500 g/min .
31
Determinador de densidad aparente por caída libre SEEDBURO
Consta de una tolva de forma cilíndrica con tapa corrediza donde se
deposita la muestra, un recipiente cilíndrico de 1 litro de capacidad
donde se hace la medición y una espátula para dar nivel a la muestra.
Penetrómetro BERTUZZI FT-327
Equipado de un comparador de carátula con lectura doble (libras y
kilogramos de fuerza) en el dial. Consta de una punta en forma cónica
de 30 ° de ángulo en acero inoxidable.
Balanza Auxiliar METTLER PJ 3600
Precisión +0.01g y capacidad máxima de 3600g. Tiene un control de
tara automática y su respectivo certificado de calibración.
Balanza Analítica SARTORIOUS
Precisión + 0.1 mg y capacidad máxima de 220 g. Tiene un control de
tara automática y su respectivo certificado de calibración.
Varios Cajas de petri, embudos, probetas, erlenmeyer, pipeta, desecador con
sílica gel (agente desecante), brochas, cucharas, pinzas, bandejas,
recipientes plásticos, papel filtro y bolsas plásticas.
Fuente: ALMACAFE
En el siguiente numeral, se describirá 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, además en el Anexo A se podrán
observar algunas fotografías de los equipos.
2.2 MÉTODOS El desarrollo de la experimentación se lleva a cabo en dos fases:
• En una primera fase se acondicionará la materia prima.
• En la segunda fase el café verde será sometido a tostación y a éste se le
analizarán cada una de las características físicas después de éste proceso.
32
2.2.1 Primera Fase: Adecuación de la Materia Prima. El café inicialmente se
encontraba en pergamino y por lo tanto se debe pasar por el proceso de trilla para
retirarle esta cubierta y así obtener el café verde en almendra. Teniendo el café sin
el pergamino, se pasará por un ciclón donde se retirarán las partículas o residuos
(cisco) que hayan podido quedar de éste.
Se determina la humedad inicial del café con el determinador de humedad KAPPA
según el instructivo interno del laboratorio.33
Para uniformizar el tamaño del grano se emplea la malla 16 con perforaciones
redondas (zaranda mecánica), de tal manera que se eliminen aquellos granos que
son demasiado pequeños, granos quebrados y otros residuos que pudiesen
encontrarse en el café.
Luego se pasa a despasillar, es decir, se retiraran aquellos granos que tengan
algún tipo de defecto y se pesan 800 g de café verde para cada muestra (diseño
experimental). Para evitar que pierdan humedad se depositará cada muestra en
doble bolsa plástica debidamente rotuladas, y se almacenarán en un lugar fresco y
a la sombra,. Adicionalmente se prepararán algunas muestras de ensayo para
seleccionar previamente las condiciones que se utilizarán durante la
experimentación.
Al café verde se le determinará su densidad aparente, dureza, color, sólidos
solubles y granulometría, de igual manera que en la segunda fase, que a
continuación se enunciara.
2.2.2 Segunda Fase. En esta fase se analizarán cada una de las características
físicas después del proceso de torrefacción.
33
33 ALMACAFÉ. MLC-I-006. Café pergamino – café excelso determinación de humedad.
2.2.2.1 Torrefacción. Se utilizará un tostador SASA-SAMIAK de tambor
giratorio horizontal con capacidad máxima de 3 kg. El calentamiento es por medio
de resistencias eléctricas. La transferencia de calor se realiza por conducción y
convección, para descargar el grano tostado se levanta la tapa y los granos caen
libremente a un recipiente donde son enfriados en contacto con el aire.
Se dispondrá de una carga constante para el tostador de 800g de café verde, ya
que para el desarrollo de la experimentación se observó, que esta cantidad era
suficiente para efectuar cada ensayo.
Se realizarán tostiones a diferentes temperaturas, variable que se tomará de
referencia para controlar el punto de tostión, como se explicará en el Capítulo 3.
Cada muestra se depositará en el tostador, en el momento que éste alcance la
temperatura de 200°C.
2.2.2.2 Pérdida de Peso (% merma). Para determinar el porcentaje de merma,
después de torrefactado, el café se pesa en una balanza METTLER con una
precisión de +0.01g. Para éste ensayo es necesario, evitar que se pierdan granos
después de la tostación, para asegurar una mayor precisión en los resultados.
El porcentaje de merma se determina de acuerdo a:
% merma = Peso de café verde – Peso de café tostado * 100 Peso de café verde
34
2.2.2.3 Porcentaje de humedad. Se desarrollará siguiendo el procedimiento
descrito en la norma NTC 2325 para “la determinación del contenido de humedad
y pérdida de masa a 105 °C durante 16 horas en estufa con ventilación forzada”,
método utilizado hasta ahora para café verde.
Para el café semitostado se determinará la humedad también, en el medidor de
humedad SINAR, utilizando la norma NTC 2325.
Con estos resultados se efectuará la curva de calibración para el medidor de
humedad SINAR, para el nuevo producto.
2.2.2.4 Densidad Aparente. Se desarrollará siguiendo el procedimiento descrito
en la norma NTC 4607 para “la determinación de la densidad a granel por caída
libre de los granos enteros”.
2.2.2.5 Dureza. Se utilizará el penetrómetro BERTUZZI y se medirá la dureza del
grano (en su parte central) por fractura, después de haber ejercido cierta fuerza
sobre la superficie del mismo.
Éste procedimiento se efectuará midiendo 20 granos por muestra, seleccionados
mediante homogeneización. Esto se hará debido a que se espera una gran
dispersión, 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 medición de la dureza fue planteado por el laboratorio, ya
que hasta el momento no se han efectuado estudios para el café y es importante
conocer el comportamiento de esta variable durante el proceso de tostión.
35
2.2.2.6 Granulometría. Debido al aumento de volumen durante la tostión, se
realizará un análisis granulométrico del comportamiento de las mallas 18, 17, 16 y
colector calculando el porcentaje de retención y acumulado para cada una de
ellas, según la norma ISO 4150 para “el análisis granulométrico mediante
zarandeo manual”.
2.2.2.7 Reducción de tamaño. Se realizará utilizando un molino de discos
marca PROBAT, en el cual se vierte el café a moler con un grado de molienda
media para un tamaño de partícula aproximado de 500µm (NTC 2442), se debe
purgar el molino cada vez que se deposite una muestra con un poco de la misma
muestra para evitar que se contamine una con otra. El café molido se pasa por un
tamiz de malla de 500 µm y lo que queda debajo de esta se empaca en bolsas
plásticas debidamente rotuladas y el resto se desecha. La reducción de tamaño
se efectúa bajo estas condiciones ya que estas son las que se utilizan para el
análisis sensorial.
2.2.2.8 Colorimetría. Se realizarán pruebas de determinación de color en el
colorímetro AGTRON y en el espectrofotómetro X-RITE (L*), utilizando las
muestras previamente molidas y después de realizar la correspondiente reducción
de tamaño. Se utilizarán estos dos equipos para los ensayos de color para así
relacionarlos entre sí por medio de una curva de calibración y conocer la
reflectancia de cada una de las muestras en estudio.
Adicionalmente, se analizará el comportamiento en el colorímetro AGTRON del
filtro rojo y el filtro verde.
36
2.2.2.9 Sólidos Solubles. Se desarrolló siguiendo el procedimiento descrito en la
norma NTC 4602-1 para “la determinación del rendimiento de la extracción y de
los sólidos solubles en la bebida del café por el método de goteo directo”, ya que
era el más indicado para el café tostado y molido con tamaño de partícula de
500µm.
37
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 café
semitostado. Teniendo claro esto, se puede tener una idea de que aspectos se
pueden llegar a analizar, en la parte del diseño experimental, relacionando estas
variables con las variables dependientes o de respuesta.
En esta pre-experimentación, al igual que a todo el desarrollo del proyecto, sé
utilizó café excelso fresco, tipo Europa, procedente de Ibagué, al cual se le han
extraído los defectos.
3.1 SELECCIÓN DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES Y SUS RESPECTIVOS NIVELES
Se tomó una muestra de café verde previamente seleccionado, que se
acondicionó a humedades del: 13%, 12% y 10%, las cuales se dejaron estabilizar
durante una semana, para su respectivo equilibrio de humedad.
38
Se tostaron varías muestras para cada porcentaje de humedad, a diferentes
grados de tostación y temperatura inicial de tostión de 200 °C, en un tostador de
tambor giratorio horizontal, comenzando por tostiones de coloración clara, hasta
llegar a coloraciones oscuras. El punto de tostión inicialmente se controló con el
método tradicional, observando continuamente el café, sacando una pequeña
muestra del tostador hasta obtener visualmente el color deseado.
Después se seleccionaron las muestras de cada porcentaje de humedad, del tono
más claro hasta el más oscuro que estuvieran en un rango aproximado de
porcentaje de merma entre el 3% y el 11%, intervalo en el cual puede encontrarse
el café semitostado, ya que para café tostado los porcentajes de merma se
encuentran alrededor del 12% y 21%34 y además, que los tonos por apariencia
visual fueran similares para los tres tipos de café. A continuación se pueden
observar estos resultados:
Tabla 5. Comparación 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 selección de una manera empírica
con 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
También 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 empírica) es
decir pudo haber algún error en la selección.
Para estas mismas muestras se realizaron pruebas de determinación de color en
el colorímetro 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 espectrofotómetro X-RITE (L*), después de tamizar
con una malla de 500µm, con el objeto de relacionar el color obtenido con el
análisis sensorial y las características del producto en evaluación. A continuación
se presenta la tabulación de estos resultados:
Tabla 6. Comparación 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 trabajó con estos dos equipos, ya que más adelante se realizará una curva de
calibración para el colorímetro AGTRON con respecto a L*, debido a que esta
última contribuye en la definición del color desarrollado durante la tostión.
40
Se puede observar que para un mismo tono de color, las muestras que tienen
mayor porcentaje de humedad inicial, también tienen mayor porcentaje de merma.
Por lo tanto estas variables se pueden correlacionar entre sí.
Se realizó la siguiente gráfica para observar la relación entre el porcentaje de
merma y el color en unidades de L*.
L* vs %MERMA
y = 0.2425x3 - 4.8896x2 + 25.323x + 26.975R2 = 0.9963
y = 0.0182x3 + 0.0336x2 - 8.3521x + 91.8R2 = 0.996
0
20
40
60
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16%MERMA
L*
%H: 10% %H: 12%%H: 13% Polinómica (%H: 13%)Polinómica (%H: 10%)
Figura 6. Relación entre L* y el porcentaje de merma para tres porcentajes de humedad.
De la gráfica anterior se puede observar lo siguiente:
Para la curva de humedad del 12% se aprecia un dato experimental (6.65 -
3.68) anómalo, que pudo ser causa de un error experimental.
41
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 correlación, caso
diferente a la del 12%, debido tal vez a lo mencionado anteriormente.
Después de haber realizado estos ensayos con diferentes humedades (10%, 12%,
13%) y determinar el porcentaje de merma y color, se verificó que el rango de los
semitostados con respecto a la merma podría encontrarse entre el 3% y el 11%,
por lo tanto el color estaría directamente relacionado con estos porcentajes.
3.1.1 Porcentaje de humedad inicial para el café verde. Para el desarrollo de
la experimentación se decidió tomar el porcentaje de humedad de café 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, además,
en el diseño experimental servirá como variable de bloqueo.
Según los ensayos realizados se decidió tomar dos niveles dentro del porcentaje
de humedad de café verde, estos son del 13% y 10% en el café verde debido a
los resultados obtenidos anteriormente y por ser dos extremos significativos, ya
que se trabajará con un café fuera de norma (13%)35 y otro que esta dentro de los
límites establecidos para la humedad en el café verde (10%) y se quiere observar
el comportamiento del café semitostado a estas humedades.
42
35 Actualmente la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia exporta café verde con humedades entre el 10% y 12%, pero años atrás, algunos exportadores privados ampliaron este rango hasta el 13% de contenido de humedad.
3.1.2 Grado de Tostación. Para facilitar la experimentación se decidió hacer
otros ensayos para determinar, de que manera es más conveniente tomar el punto
de tostión, para tener un mayor control sobre esta variable debido a los resultados
empíricos de color obtenidos en la Tabla 6, anteriormente mencionada. Para realizar dichos ensayos fue necesario generar una curva de calibración, que
permite relacionar los dos equipos (AGTRON y X-RITE) y dar las lecturas de color
en términos 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 colorímetro
AGTRON y la lectura del X-RITE en la coordenada L*.
La curva se realizó tomando doce muestras a diferentes puntos de tostión (del
más claro al más 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 gráfica:
43
36NTC 2442: Op.cit.
CURVA CALIBRACION AGTRONDISCOS 03 Y 56
L* = 0.0039 (agtron)2 + 0.0646(agtron) + 25.421R2 = 0.9894
0
20
40
60
80
20 30 40 50 60 70 80 90 100
AGTRON
L*
Figura 7. Curva de Calibración Colorímetro AGTRON
Con la ecuación generada por esta gráfica se construyó la tabla de calibración
correspondiente, tomando valores para AGTRON entre 1 y 100 para cubrir toda la
escala de éste equipo. A continuación la respectiva tabla:
44
Tabla 7. Tabla de calibración para el colorímetro AGTRON.
* L.M.: Lectura medida en Agtron
TABLA DE CALIBRACION COLORIMETRO AGTRON discos 03 y 56 (Filtro Rojo)
Ecuación: 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 62.83
16 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
Teniendo esta tabla de calibración se realizaron los siguientes ensayos:
• Ensayo para controlar el grado de tostión por medio del tiempo. Debido a
estudios previos realizados por el laboratorio, se decidió evaluar el tiempo como
variable de control del grado de tostión, para esto se tomaron ocho muestras de
igual peso y se acondicionaron para ser tostadas, se fijó un tiempo de tostión de 8
minutos, debido a que con la primera de estas muestras se observó que a éste
tiempo, se podría decir, que se trataba de un semitostado (al ver su coloración) y
lo podíamos fijar para tostar las otras muestras a éste mismo tiempo. Después de
tener el tiempo se procedió a tostar cada muestra, e inmediatamente se empezó a
tomar el tiempo en un cronómetro hasta llegar a los ocho minutos y en ese
momento se sacó la muestra del tostador y se midió 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 éste
ensayo se tomó una temperatura inicial de tostión de 200°C.
• Ensayo para controlar el grado de tostión por medio del color visual. Se
realizó un segundo experimento tomando el color visual de forma empírica
(método tradicional), hasta alcanzar la tonalidad del café deseada. Esto se hizo
tomando ocho muestras de igual peso y se acondicionaron para ser tostadas, pero
esta vez se procedió a tostar determinando el color de manera visual, observando
constantemente la coloración que iba adquiriendo el café, teniendo un patrón de
referencia (una muestra previamente tostada) para ir comparando las muestras
con éste. Se introdujeron las muestras al tostador (200 °C de temperatura inicial),
y se observaron hasta que tomará cada una tuviera el mismo punto de tostión,
luego se midió 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.
46
• Ensayo para controlar el grado de tostión por medio de la temperatura. Después de haber observado el comportamiento del tiempo en el grado de
torrefacción, se observó que posiblemente la temperatura final de tostión podría
ser otro parámetro de control. Para esto se tomaron seis muestras de igual peso y
se acondicionaron para ser tostadas, en éste caso para determinar el punto de
tostión se fijó la temperatura final de tostión que en éste caso fue de 168 °C, ya
que previamente, con la primera de estas muestras se observó que a esta
temperatura, se podría decir, que se trataba de un semitostado y la podíamos fijar
para tostar las otras muestras. Se introdujeron cada una de las muestras a una
temperatura inicial de tostión de 200 °C y se esperó hasta que llegara a la
temperatura final de tostión de 168°C para sacarla del tostador y así medir el color.
Se descartó la primera muestra por ser de ensayo y para esperar una mayor
estabilización del equipo.
Después de haber realizado estos experimentos se procedió a la tabulación de los
datos. En cada ensayo se utilizó el colorímetro AGTRON para la medición del
color y luego se expresó en términos de L* que es el patrón de referencia. Ha cada
experimento se le determinó el promedio, desviación y límites de confianza para
determinar cual de estos era el más recomendado para controlar el grado de
tostación como variable independiente. La comparación de estos resultados fue la
siguiente:
47
Tabla 8. Comparación entre tres métodos para la determinación del grado de tostación
TIEMPO 8 min. COLOR VISUAL TEMP. FINAL 168°C
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 49.74 LÍMITES 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 tostión es la que
obtiene una menor desviación tanto en AGTRON como en L*.
Debido a estudios realizados por ALMACAFÉ, se ha observado que controlar el
punto de tostión mediante el tiempo en éste tipo de tostador (tambor giratorio
horizontal), no es muy recomendable debido a las condiciones en que se genera el
calentamiento, a las pérdidas de calor por falta de aislamiento y al diseño del
equipo, y además, el observar el color del grano (color visual) depende
directamente del criterio de la persona que está tostando, siendo por lo tanto muy
subjetivo. Por esta razón se fijo la temperatura como punto de control para el
grado de tostación, ya que al observar el comportamiento de esta variable en los
dos métodos mencionados anteriormente, siempre al llegar a ciertas temperaturas
el color presentaba tonalidades similares y esto se vio en su baja desviación.
En las siguientes gráficas se pueden apreciar los resultados para el punto de
tostión y su comportamiento en cada método:
48
TIEMPO DE 8 min.
010203040506070
1 2 3 4 5 6
MUESTRA
CO
LOR
IMET
RO
S
AGTRON L*
.
Figura 8. Ensayo para el grado de tostión con tiempo de 8 min.
COLOR VISUAL
0
20
40
60
80
1 2 3 4 5 6
MUESTRA
CO
LOR
IMET
RO
S
AGTRON L*
Figura 9. Ensayo para el grado de tostión por medio del color visual.
49
TEMP. FINAL DE 168°C
0
20
40
60
80
2 3 4 5 6
MUESTRA
CO
LOR
IMET
RO
AGTRON L*
Figura 10. Ensayo para el grado de tostión con temperatura final de tostión de 168 °C Después de haber seleccionado la temperatura final de tostión como parámetro de
control para el grado de tostación, se realizaron algunos ensayos con otras
temperaturas, para verificar el método:
TEMP. FINAL DE 140°C
0
30
60
90
120
1 2 3
MUESTRA
CO
LOR
IMET
RO
S
AGTRON L*
50
TEMP. FINAL 170°C
0102030405060
1 2 3
MUESTRA
CO
LOR
IMET
RO
S
AGTRON L*
Figura 11. Ensayo de dos temperaturas finales de tostión
Teniendo en cuenta esto y los resultados del porcentaje de merma con relación a
L* en la Figura 6, se seleccionaron los niveles para grado de tostación, que para
éste proyecto fueron cinco, que van desde temperaturas de 145°C hasta de
173°C, distribuidas uniformemente, para cubrir el posible rango de los
semitostados.
3.2 SELECCIÓN VARIBLES DEPENDIENTES O DE RESPUESTA
Como se observó en el numeral anterior el porcentaje de merma y el color en
términos de L* son dos de las variables respuesta que serán analizadas durante el
diseño experimental.
Además, de estas variables se determinó que se analizarán (según normas NTC
vigentes) la densidad aparente, la granulometría, el porcentaje de humedad final y
los sólidos solubles tanto del café verde como del semitostado, y se observarán
las correlaciones entre cada una de ellas y con respecto a las variables
51
independientes (porcentaje humedad inicial del café verde y el grado de tostación
por medio de la temperatura final).
Para la dureza que es un procedimiento que se evaluará por primera vez y por tal
razón se hace necesario generar un mecanismo para realizar esta prueba.
En el caso de la dureza, se buscó un equipo que reuniera las características para
la medición, ya que esta es una variable que no ha sido tratada en el ámbito
cafetero nacional. Se ensayaron diferentes tipos de dureza: Para metales y
polímeros (Rockwell, Brinell y Shore A y B)1, pero desafortunadamente las escalas
de medición eran demasiado amplias y el café no presentaba valores de dureza
similares a los de estos materiales. Por último se realizó un ensayo con un
penetrómetro para frutas que esta provisto de varias puntas planas que no
permitían la fractura de los granos más duros de café; Para solucionar éste
problema sé fabricó una punta con un ángulo de 30° de inclinación en acero
inoxidable, que fue debidamente templado, para evitar la deformación de su punta.
Con éste elemento se logró, que la escala del equipo permitiera cubrir el rango de
dureza de los granos de café.
Teniendo definidas cada una de las variables independientes y de respuesta se
procederá a la realización del diseño experimental correspondiente.
52
1 STUDEMANN, Hans. Op.cit.
4. DISEÑO EXPERIMENTAL
Un diseño 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 diseño experimental se siguieron las siguientes etapas:
• Plantear el objetivo por el cual se desarrolla el diseño experimental.
• Establecer condiciones iniciales del proceso.
• Definir las variables independientes (factores) y dependientes (variables
respuesta).
• Escoger el número de niveles para cada factor.
• Definir el número de replicas por cada combinación (factor-nivel)
• Seleccionar el diseño experimental más adecuado para el estudio.
• Realización de los experimentos.
2 MONTGOMERY, Douglas. Diseño y Análisis de Experimentos. México: Grupo Editorial Iberoamérica 1991. 1p.
53
• Desarrollo de una metodología estadística
• Discusión de resultados.
4.1 OBJETIVO
El objetivo principal de éste diseño experimental es establecer rangos para
considerar un café como semitostado, es decir, un límite inferior entre verde y
semitostado y otro superior entre semitostado y tostado, teniendo en cuenta el
estudio de algunas de las características físicas y su incidencia durante la
experimentación.
4.2 CONDICIONES INICIALES
A lo largo del proceso de experimentación se tuvieron en cuenta las siguientes
condiciones:
• Durante toda la experimentación se utilizó un mismo tipo de café (café excelso
fresco tipo Europa procedente de Ibagué).
• La cantidad de café para cada una de las muestras fue la misma (800 g).
• La torrefacción se realizó en un solo tostador del tipo tambor giratorio
horizontal de marca SASA SAMIAK.
54
• Los experimentos se realizaron en un mismo día y un mismo lugar para que
las condiciones ambientales (condiciones naturales de luz, temperatura
ambiente, humedad relativa, etc.) fueran las mismas. Además, se efectuaron
de manera aleatoria.
• Todos los equipos fueron previamente calibrados y verificados.
• Cada muestra fue empacada y rotulada antes y después de cada ensayo.
4.3 VARIABLES Y NIVELES
Se seleccionaron las variables que tienen mayor incidencia en el desarrollo de
éste diseño como consecuencia de los ensayos preliminares realizados en el
capitulo 3, como también sus respectivos niveles.
Como variables independientes, se analizaron:
• Porcentaje de humedad inicial del café verde: 10% y 13% (bloques)
• Temperatura final de tostión (Grado de tostación): 145°C, 152°C, 159°C,
166°C y 173°C (tratamientos)
A partir de estas variables independientes, también se analizarán seis variables
dependientes o respuesta:
• Color (L*, filtros rojo y verde)
• Pérdida de Peso (%merma)
• Dureza
55
• Densidad Aparente
• Porcentaje de Humedad Final
• Contenido de Sólidos Solubles
Al café verde (materia prima), también se le analizarán previamente cada una de
estas variables y, además, el porcentaje de humedad inicial, la granulometría y
los defectos que pueda tener.
Por cada tratamiento se realizaran tres réplicas o repeticiones, para poder estimar
el error experimental, es decir, si al observar a cada una, estas presentan
diferencias estadísticamente significativas y así poder estimar la precisión del
experimento (reproducibilidad de datos).
4.4 SELECCIÓN DISEÑO EXPERIMENTAL En éste proyecto se decidió tomar como diseño experimental el de bloques
completamente aleatorizados, ya que se desea que el error experimental sea
mínimo3, es decir, lo que se quiere es sustraer del error experimental la
variabilidad producida por el café dentro de cada uno de los ensayos.
Cuando se hace referencia a diseño aleatorizado por bloques completos, se quiere
decir que las muestras de café serán distribuidas en dos bloques, que en éste
caso serian los porcentajes de humedad del 13% y 10% de manera aleatoria o al
azar (Random), como se observará más adelante en la Tabla 9, esta
aleatorización ayudará a cancelar los efectos de factores extraños que pudieran
estar presentes. Si se utiliza éste diseño, los porcentajes de humedad (bloque),
56
3 MONTGOMERY. Op.cit.
formarán una unidad experimental más homogénea con la cual comparar cada
una de las muestras teniendo en cuenta la temperatura final de tostión.
Para, realizar cada tostación se realizó un Random para cada porcentaje de
humedad, tomando cada temperatura al azar, cada una con sus respectivas
muestras, (ver Tabla 9):
Tabla 9. Random (aleatorización de muestras)
%HUMEDAD: 10% %HUMEDAD: 13%
MUESTRA TEMPERATURA RANDOM RANDOM
1 7 4
2 8 5
3
145°C 159°C
9
152°C
6
4 1 13
5 2 14
6
152°C 145°C
3
173°C
15
7 10 7
8 11 8
9
159°C 166°C
12
159°C
9
10 13 10
11 14 11
12
166°C 173°C
15
166°C
12
13 4 1
14 5 2
15
173°C 152°C
6
145°C
3
Fuente: La Autora (datos experimentales)
Esta asignación al azar (Random) es una técnica de control que tiene como
propósito evitar que variables extrañas, conocidas o desconocidas afecten
57
sistemáticamente los resultados del estudio. En éste caso se utilizó una serie de
números aleatorios generados por el computador.
Primero se realizaron las tostiones para el 10% de humedad y luego las del 13%
de humedad en el orden establecido con las correspondientes temperaturas, antes
de empezar con las muestras de cada porcentaje de humedad se introdujo una
muestra de ensayo para que el tostador se estabilizara.
Después de la torrefacción se tomó cada muestra y se analizaron cada una de las
variables respuesta.
4.5 METODOLOGÍA ESTADÍSTICA
La metodología estadística para éste proyecto se realizará de la siguiente manera:
Primero se describirán y analizarán los resultados obtenidos (ver Anexo B), por lo
tanto se utilizarán algunas medidas conocidas como Estadísticas Descriptivas
para evaluarlos y así tener una tabulación más práctica de los datos. Las medidas
a utilizar son algunas de tendencia central y de dispersión (media, error típico,
desviación estándar y coeficiente de variación)4.
Luego se analizará la relación existente entre cada una de las variables respuesta
y sus respectivos tratamientos, distribuidas por bloques, por medio de los
Coeficientes de Correlación de Pearson5, los cuales permiten medir la
asociación lineal entre dos variables x y y en la muestra. Estos coeficientes se
representan por la letra r. Un valor de r cercano o igual a cero implica poca o
4 MENDENHALL, William. Probabilidad y Estadística para Ingenierías y Ciencias. México: Ed. Prentice Hall, 1997. 39-41p.
58
5 MENDENHALL. Op.cit. 561 – 566 p
ninguna relación lineal entre x y y, pero cuanto más se acerque r a 1 o –1, más
fuerte será dicha relación. Un valor positivo de r indicará que x y y, son
directamente proporcionales, mientras que un valor negativo indicara que x y y,
son inversamente proporcionales. De acuerdo con estos valores sé graficarán
aquellas que tengan un coeficiente correlación cercano a 1 o a –1.
Las variables de respuesta fueron sometidas a un Análisis de Varianza con un
nivel de significancia de 0.05, conforme al diseño experimental utilizado, para esto
se realizarán, la formulación de cada una de las hipótesis, para efectuar una
comparación del grado de significancia de los diferentes efectos de las variables
independientes sobre cada variable dependiente. Estas hipótesis se definen y
están expresadas de forma general, de la siguiente manera:
• Hipótesis Nula: Es una afirmación acerca de los parámetros de una población
y se puede expresar de la siguiente manera:
Respecto a la igualdad de medias:
Ho = µ1 = µ2=.............. µt
• Hipótesis Alterna (H1): Es la contradicción de la hipótesis nula y se puede
expresar de la siguiente manera:
Por lo menos una media de los tratamientos es distinta:
H1 = µ1 ≠ µ2.............. µt
Esto se puede escribir también: H1 = µi ≠ µj para i ≠ j
59
En el caso de datos balanceados se utilizó el procedimiento ANOVA (análisis de
varianza) y para datos faltantes o perdidos6 se empleó el sistema de análisis
estadístico GLM (procedimiento general para modelos lineales)7 adecuado para
éste tipo de situación.
Después del análisis de varianza, se utilizará un procedimiento para realizar
comparaciones múltiples de medias de tratamiento, determinando grupos
homogéneos, es decir, aquellos donde sus medias son consideradas
significativamente iguales, según el nivel de significancia (α=0.05). Al comparar
todos los posibles pares de medias, se ordenan estas de menor a mayor o
viceversa.
Para éste proyecto se utilizará el Método Tukey8 para comparar las medias de
cada tratamiento y cada bloque.
El Método Tukey utiliza el intervalo studentizado para determinar si la diferencia
entre cualquier par de medias de muestra implica una diferencia en las medias de
tratamiento correspondientes.
ns/MediaMediaq mínmáx −
=
El fundamento de éste procedimiento de comparación múltiple es que si se
determina un valor crítico para la diferencia entre las medias máxima y mínima,
entonces cualquier otro par de medias que difiera en una cantidad igual o mayor
que éste valor crítico también implicará una diferencia entre las medias de
6 En ocasiones, cuando se utiliza un diseño aleatorizado por bloques, algunas de las observaciones en uno de los bloques pueden faltar, esto sucede debido a algún descuido o por razones fuera de control del experimentador. 7 SAS INSTITUE INC., SAS/STAT. Statistical Analisys System. SAS. User´s Guide Version 8.0. U.S.A: Edition Cary. N.C. 2002.
60
8 MENDENHALL. Op.cit.890-896 p.
tratamiento correspondientes. Éste método selecciona esta distancia crítica de la
siguiente manera:
tα n
sv)(p,qw =
Donde:
w = Distancia crítica
p = Número de medias de muestra
s = Raíz cuadrada de la media del error (MSE)
v = Grados de libertad del error
n t = Número de observaciones para cada media
qα(p, v) = Valor crítico del intervalo studentizado.
Éste método además de indicar las diferencias mínimas significativas entre
medias, permitirá determinar los Límites de Confianza para cada tratamiento y
bloque.
Finalmente se establecerán cada uno de los límites para café semitostado,
teniendo en cuenta estos resultados.
Todas las variables fueron analizadas mediante un software o paquete estadístico
bajo Windows, utilizando el lenguaje SAS versión 8.0 de 2002, el cual sirve como
herramienta para el análisis de correlación de variables, el análisis de varianza y la
comparación de medias entre tratamientos. También se utilizaron algunos
componentes de Excel para el análisis estadístico.
61
5. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
El análisis de resultados obtenidos que se describe en éste capítulo se desarrolló
en cinco etapas:
• Determinación de estadísticas descriptivas.
• Correlación entre cada una de las variables.
• Análisis de varianza.
• Comparación múltiple entre medias y límites de confianza.
• Caracterización del café semitostado.
5.1 ESTADÍSTICA DESCRIPTIVA Para comprender mejor los resultados obtenidos en la estadística descriptiva bajo
el lenguaje SAS, se analizarán cada una de las variables respuesta con respecto a
su temperatura final de tostión (tratamientos) y porcentaje de humedad inicial de
café verde (bloques).
5.1.1 Pérdida de Peso (porcentaje de merma). Para el porcentaje de merma se
tomó como peso inicial del café verde 800 g por muestra y luego de ser tostadas
se pesaron, para poder calcular dicho porcentaje, estos resultados se pueden ver
en el Anexo B.
62
En el Anexo E se presenta la estadística descriptiva para esta variable y se
puede observar que la media del porcentaje de merma aumenta dependiendo del
contenido de humedad que tiene el grano de café verde, entonces se puede decir
que para una misma temperatura final de tostión (grado de torrefacción), el café
que contiene humedad inicial del 13%, también tiene mayor porcentaje de merma,
debido a que el café con alto porcentaje de humedad inicial, tiene mayor contenido
de agua libre favoreciendo así la transferencia de calor y facilitando su
evaporación, provocando una mayor pérdida de peso
Se observa también que la dispersión (desviación) entre los resultados obtenidos
en el Anexo C, para cada tratamiento es baja, comprobando de esta manera que
al tomar la temperatura final de tostión como control para el grado de tostación fue
una decisión acertada, ya que de antemano se sabe que a medida que aumenta la
temperatura el porcentaje de merma disminuye. Otra manera para corroborar esto
es mediante el error típico o STD y el coeficiente de variación.
Es importante observar en el Anexo E, el gradiente del porcentaje de merma con
respecto a la temperatura, ya que, en las temperaturas de 166°C y 173°C, hay un
incremento significativo para los dos porcentajes de humedad en estudio, con
respecto a los demás tratamientos. Por lo tanto, se puede hacer la afirmación de
que éste aumento en el gradiente se debe al inicio del proceso de pirólisis donde
ya no solamente hay pérdida por evaporación de agua, sino, que empiezan a
aparecer las sustancias volátiles y a desprenderse la película plateada y
estructuras de bajo peso molecular.
5.1.2 Color. Ocurre simultáneamente con la pérdida de peso y el incremento en
el volumen; ó sea, son directamente proporcionales, estos cambios dependen de
la intensidad y duración del proceso. El color es uno de los métodos para la
determinación del grado de torrefacción.
63
Se determinó la reflectancia en el colorímetro AGTRON con discos 03 y 56 en filtro
rojo, del cual se tomaron las medidas para cada temperatura, para luego por
medio de la tabla de calibración descrita en el Capitulo 3, poder conocer el valor
en términos de L*, unidad en la que se mide la luminosidad de cada grano de
café9. Además, como medida adicional se determina la reflectancia en el
colorímetro AGTRON con discos 03 y 56 pero en filtro verde, para realizar
posteriores correlaciones.
En el Anexo E se presenta la estadística descriptiva para L*, filtro rojo y filtro
verde respectivamente y se puede observar que la media de cada una de estas
variables disminuye a medida que aumenta la temperatura final de tostión.
Con respecto al contenido de humedad inicial se observa que para las medias del
10%, para filtro rojo y L*, estas son mayores a las del 13% (a excepción de la
ultima temperatura, debido al proceso de pirolisis). Esto se debe, a que en
general, a medida que el café es más seco, éste tendrá una coloración más clara.
Lo que hace que sus valores de reflectancia sean mayores, razón por la cual si se
quiere realizar una comparación entre cada porcentaje de humedad con respecto
a esta variable será necesario normalizar al color inicial para eliminar éste efecto,
al hacer esto se encuentra que para cada tratamiento no habrá diferencias
marcadas entre una humedad y otra.
Para el filtro verde sucede lo mismo, es necesario normalizar el valor inicial de
reflectancia de café verde para realizar comparaciones entre porcentajes de
humedad.
Se observa también una baja dispersión (desviación) (ver Anexo E) entre los
resultados obtenidos en el Anexo C, para las diferentes escalas. Otra manera
64
9 NTC 2442. Op.cit.
para corroborar esto es mediante el error típico o STD y el coeficiente de
variación.
Es importante observar en el Anexo E, el gradiente de cada escala de color con
respecto a la temperatura, ya que, al igual que la merma en las temperaturas de
166°C y 173°C, hay un incremento significativo para los dos porcentajes de
humedad en estudio, con respecto a los demás tratamientos. En éste punto, se
puede afirmar que comienza el proceso de pirólisis donde ocurre la caramelización
de azúcares y las reacciones de Maillard, los cuales confieren el color al café
tostado.
5.1.3 Densidad Aparente. Esta propiedad depende de la densidad de los
componentes del grano, la geometría, el tamaño, las propiedades de superficie y
el método de medida.
En el Anexo E se presenta la estadística descriptiva para esta variable y se
puede observar que la media de la densidad disminuye a medida que aumenta la
temperatura final de tostión para cada porcentaje de humedad inicial.
Se observa también que la dispersión (desviación) entre los resultados obtenidos
en el Anexo C, para la densidad en cada tratamiento es baja. Otra manera para
corroborar esto es mediante el error típico o STD y el coeficiente de variación.
El gradiente de esta variable se comporta de igual manera que el del porcentaje
de merma, debido ha la relación existente entre ellas.
5.1.4 Porcentaje de Humedad Final. Durante el proceso de tostión gran parte
de la perdida de peso es debida a la evaporación de agua. Se observa en el
65
Anexo E, que la humedad disminuye a medida que aumenta la temperatura final
de tostión para los dos porcentajes de humedad inicial. El gradiente de humedad con respecto a la temperatura para esta variable es
mayor para el porcentaje de humedad del 13%, sin embargo, a medida que siga
aumentando la temperatura éste gradiente será similar para los dos porcentajes
de humedad inicial, ya que, llegará un momento en que no habrá más evaporación
de agua.
Se observa también que la dispersión (desviación) entre los resultados obtenidos
en el Anexo C, para cada tratamiento es baja, comprobando de esta manera que
al tomar la temperatura final de tostión como control para el grado de tostación fue
una decisión acertada, ya que de antemano se sabe que a medida que aumenta la
temperatura el porcentaje de humedad final disminuye. Otra manera para
corroborar esto es mediante el error típico o STD y el coeficiente de variación.
5.1.5 Porcentaje de Sólidos Solubles. Con respecto a la evolución de sólidos
solubles, se puede observar (ver Anexo E) que el porcentaje es mayor en el café
verde (ver Anexo D) pero el extracto en éste punto no es degustable. A medida
que se incrementa la temperatura los sólidos disminuyen notablemente, hasta
alcanzar la temperatura de 173°C donde empiezan a aumentar, debido a que
después de éste punto se fraccionan por pirólisis otro tipo de compuestos, que
pueden hacer parte de los sólidos extraídos. De aquí en adelante la bebida ya es
degustable. Éste comportamiento ocurre en los dos bloques.
Se observa también que la dispersión (desviación) entre los resultados obtenidos
en el Anexo C, para cada tratamiento es baja. Otra manera para corroborar esto
es mediante el error típico o STD y el coeficiente de variación.
66
5.1.6 Dureza. La dureza en el café es muy variada, el grano verde resiste altas
presiones, pero estando ya tostado las presiones soportables son menores. En el
enfriamiento se solidifican los aceites, haciendo al café quebradizo y fácil de
moler.
De cada una de las muestras tostadas por bloque y tratamiento se hicieron
mediciones a 20 granos (ver Anexo C) debido a que dentro de una muestra
podrían tal vez encontrarse diferentes tipos de dureza.
Éste análisis se desarrolló evaluando las 600 mediciones (2 bloques * 5
tratamientos * 3 réplicas * 20 granos) y analizando solo las 30 muestras (2 bloques
* 5 tratamientos * 3 réplicas). Luego se procedió a realizar el análisis estadístico
como en las otras variables.
Primero se realizó el análisis para las 600 mediciones, pero para facilitar el manejo
de éstas, se tomó el mínimo valor (3.7 kg-f) y el máximo (28.2 kg-f) de estos datos,
como los extremos y se generó un listado de números consecutivos, para luego
ser distribuidos en intervalos:
Tabla 10. Distribución de la dureza por intervalos
GRUPOS INTERVALOS PARA LA DUREZA (kg-f)
A 3.7 – 7.7
B 7.8 – 11.8
C 11.9 – 15.9
D 16.0 – 20.0
E 20.1 – 24.1
F 24.2 – 28.2
Fuente: La Autora (datos experimentales)
67
Estos intervalos se conocen también como distribución de frecuencias10, en donde
se distribuyen los datos por clases o categorías.
Para determinar el número de mediciones que caen dentro de cada intervalo, se
encontraron las frecuencias y sus respectivos porcentajes como se observa en el
Anexo F para cada temperatura y por cada porcentaje de humedad inicial.
Gráficamente quedaron representados de la siguiente manera:
DIAGRAMA DE FRECUENCIA PARA LOS INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
0
10
20
30
40
50
60
A B C D E F A B C D E F A B C D A B C D A B C D
145°C 152°C 159°C 166°C 173°CINTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
FREC
UEN
CIA
(%)
Figura 12. Distribución de frecuencias para los intervalos de dureza por temperatura
68
10 SPIEGEL, Murray. Estadística, serie de compendios Shaum. Cali, Colombia: Ed. Mc Graw Hill 1978. 27-31 p.
DIAGRAMA DE FRECUENCIA PARA LOS INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
PARA EL 10% DE HUMEDAD INICIAL
0
10
20
30
40
50
60
A B C D E F A B C D E F A B C D E F A BC D E F A B C D E F
145 152 159 166 173
INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
FREC
UEN
CIA
(%)
DIAGRAMA DE FRECUENCIA PARA LOS INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
PARA EL 13% DE HUMEDAD INICIAL
0
10
20
30
40
50
60
A B C D E F A B C D E F A B C D E F A B C D E F A B C D E F
145 152 159 166 173
INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
FREC
UEN
CIA
(%)
Figura 13. Distribución de frecuencias para los intervalos de dureza por porcentaje de humedad inicial y temperatura
69
De los histogramas y los resultados obtenidos en el Anexo F, se puede concluir
que a medida que aumenta la temperatura los intervalos con valores mayores de
dureza (D, E y F) van desapareciendo, es decir, que, a mayor temperatura el café
es mucho más frágil.
De la misma manera se efectuó el análisis de frecuencia para las 30 muestras,
tomando sus respectivas medias (ver Anexo C) y analizándolas con los intervalos
descritos en la Tabla 10.
GRÁFICO DE MEDIAS DE DUREZA POR TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN
89
1011121314151617181920
140 145 150 155 160 165 170 175
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
DU
REZ
A (k
g-f)
Figura 14. Gráfico medias de dureza
En la Figura 14 se puede observar que el comportamiento de las medias de
dureza a medida que aumenta la temperatura, el café es menos duro.
Para determinar el número de medias que caen dentro de cada intervalo, se
encontraron las frecuencias y sus respectivos porcentajes como se observa en el
70
Anexo G para cada temperatura. Gráficamente quedaron representados de la
siguiente manera:
DIAGRAMA DE FRECUENCIA PARA LAS MEDIAS DE DUREZA POR TEMPERATURA
0
5
10
15
20
25
B C D B C D B C D B C D B C D
145°C 152 159 166 173
INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
FREC
UEN
CIA
(%
Figura 15. Distribución de frecuencias para las medias de dureza por temperatura
DIAGRAMA DE FRECUENCIA PARA LAS MEDIAS DE DUREZA POR TEMPERATURA PARA EL
PORCENTAJE DE HUMEDAD INICIAL DEL 10%
0
20
40
60
80
100
B C D B C D B C D B C D B C D
145 152 159 166 173INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
FREC
UEN
CIA
(%)
71
DIAGRAMA DE FRECUENCIA PARA LAS MEDIAS DE DUREZA POR TEMPERATURA PARA EL PORCENTAJE
DE HUMEDAD INICIAL DEL 13%
0
20
40
60
80
100
B C D B C D B C D B C D B C D
145 152 159 166 173
INTERVALOS DE DUREZA POR TEMPERATURA
FREC
UEN
CIA
(%
Figura 16. Distribución de frecuencias para las medias de dureza por temperatura para cada porcentaje de humedad inicial. De los histogramas y los resultados obtenidos en el Anexo G, se puede concluir
que las medias de dureza para esta temperatura se encuentran en los intervalos
B, C y D, quitando los extremos, A por ser muy frágil (café prácticamente tostado)
y E, F por ser granos de café muy duros.
En el Anexo E se presenta la estadística descriptiva para esta variable y se
puede observar que la media de dureza por tratamiento disminuye a medida que
aumenta la temperatura final de tostión.
Se observa también que la dispersión (desviación) entre los resultados obtenidos
en el Anexo C, para cada tratamiento es alta, debido a la gran variedad de
durezas dentro de una muestra, éste problema quizás depende en forma directa,
al tamaño del café o al secado durante el almacenamiento de café verde de alta
humedad. A continuación se analizará el comportamiento para estos dos factores.
72
• Granulometría: Se realizó un análisis granulométrico para la dureza, debido
a la gran variabilidad que esta presenta, esto se hizo tomando 200g de café verde
al 10% de contenido humedad y pasándolo por mallas 18, 17 y 16, para luego la
cantidad retenida en cada malla, ser tostadas a un mismo grado de tostación.
En el Anexo H se puede observar, que la dureza del grano es independiente del
tamaño de mallas evaluado, ya que el comportamiento es similar y éste se ve
reflejado en su media, sin embargo, la variabilidad de la dureza sigue presente
(desviación y coeficiente de variación altos).
A continuación el comportamiento de cada malla:
DUREZA CON RESPECTO A LA GRANULOMETRÍA
7.07.37.67.98.28.58.89.19.49.7
10.0
MALLA 18 MALLA 17 MALLA 16
GRANULOMETRÍA
DU
REZ
A (k
g-f)
%H: 10%
Figura 17. Dureza respecto a la granulometría para el % humedad del 10%
• Secado Durante el Almacenamiento de Café de Alta Humedad: Para éste
análisis se tomó una muestra de café verde al 12% de contenido actual de
73
humedad que fue almacenada durante seis meses y que provenía de un café con
un porcentaje de humedad del 15%.
De igual manera que en los otros experimentos, se utilizó la malla 16 para dar
uniformidad al tamaño del grano y así luego seleccionar 20 granos de esta
muestra para analizar su dureza.
En el Anexo J se puede observar que dentro de esta muestra, se encontraron
diferentes tipos de dureza. Para apreciar mejor estos resultados se realizó el
respectivo análisis de frecuencias, dando como resultado la siguiente gráfica:
DUREZA POR INTEVALOS DE CAFÉ VERDE AL 12% DE CONTENIDO ACTUAL DE HUMEDAD QUE
FUE ALMACENADO DURANTE SEIS MESES
0
10
20
3040
50
60
70
A B C D
INTERVALOS DE DUREZA
FREC
UEN
CIA
(%)
Figura 18. Dureza de un café de alta humedad secado durante almacenamiento
De esta gráfica, se puede observar que los intervalos B y C son los que
sobresalen dentro de esta muestra, indicando que el grano no es muy duro
(posible característica de los semitostados) y esto no se esperaba pues el café
verde analizado (10% y 13% de humedad inicial) presentó mayores durezas.
74
De éste ensayo se pudo concluir, que la dureza del grano se ve afectada por el
porcentaje de humedad inicial con la cual es almacenado el café, que en éste caso
fue del 15%, ya que al transcurrir el tiempo aparecen los denominados granos
decolorados y flojos, causantes de la alta variabilidad en las mediciones de
dureza.
Esta fue una de las razones por las cuales, la tabulación de las mediciones de
dureza fue tan engorrosa, ya que el café con el cual se desarrolla éste proyecto, al
ser llevado al laboratorio presentaba humedades iniciales del 10% y 13% y no se
conocía de antemano la humedad inicial a la cual fue almacenado.
5.1.7 Granulometría. En la tostión, se produce un incremento hasta dos veces
del grano verde11, por tal motivo se realizó un análisis de tamaño por malla
después de tostado.
Para ambas humedades de café verde se partió con granulometría por encima de
la malla 16 (φ = 6.30 mm), sin embargo esto no garantiza que la distribución sobre
mallas 17 y 18 sean las mismas, como efectivamente ocurre, en el Anexo K, se
tabularon los resultados obtenidos para éste análisis.
La granulometría sobre malla 18 para el porcentaje de humedad del 10% es mayor
a la del 13% debido a que éste café comienza su proceso de tostión más
rápidamente al estar más seco, aunque éste comportamiento no se aprecia en la
Figura 19, se puede verificar relacionando los valores en granulometría entre la
temperatura a analizar y la temperatura de partida (145°C), como se efectuó en el
Anexo K.
75
11 CLARKE, Op. Cit.
COMPARACIÓN MALLA 18 PARA LOS DOS PORCENTAJES DE HUMEDAD
45
50
55
60
65
70
75
145 152 159 166 173TEMPERATURA (°C)
POR
CEN
TAJE
RET
ENID
O
%H: 10% %H: 13%
Figura 19. Comparación granulometría malla 18 para los dos porcentaje de humedad Esta gráfica también sirve para mostrar el comportamiento del café en la malla 18
a medida que se incrementa la temperatura. Se observa además, que alrededor
de 166°C el cambio de la pendiente en las dos curvas es pronunciado, esto
debido a que en esta temperatura aproximadamente comienza el proceso de
pirólisis donde se fraccionan los compuestos volátiles y se acentúan más los
cambios en la estructura del grano por la presión generada dentro de éste.
En la malla 17 también hay aumento de tamaño solo que la cantidad retenida es
mucho menor que en la malla 18 y la proporcionalidad con la temperatura es
inversa, es decir, a medida que aumenta la temperatura la cantidad retenida
disminuye, esto era de esperarse ya que el mayor aumento en el tamaño se
presentó en la malla 18 quedando poco café para las otras mallas.
76
En la malla 16 hubo poco aumento en el volumen, porque antes de introducir la
muestra al tostador el café tenía granulometría por encima de la malla 16, sin
embargo, el comportamiento fue similar al descrito para la malla 17.
A continuación, el porcentaje acumulado por malla de cada porcentaje de
humedad inicial:
PORCENTAJE ACUMULADO (%H: 10%)
4550556065707580859095
100
16 17 18
MALLA
POR
CEN
TAJE
AC
UM
ULA
DO
145 152 159 166 173
Figura 20. Porcentaje acumulado en cada malla para un porcentaje de humedad del 10%.
77
PORCENTAJE ACUMULADO(%H:13%)
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
16 17 18
MALLA
POR
CEN
TAJE
AC
UM
ULA
DO
145 152 159 166 173
Figura 21. Porcentaje acumulado en cada malla para un porcentaje de humedad del 13%. Se observa también que la dispersión (desviación) entre los resultados obtenidos
en el Anexo E, para cada malla en cada tratamiento es alta. Otra manera para
corroborar esto es mediante el error típico o STD y el coeficiente de variación.
Después de haber analizado cada una de las variables respuesta se llegó a la
conclusión que a excepción de la dureza y la granulometría, en cada una de ellas
existe alta repetibilidad en los resultados, es decir presentan bajas dispersiones.
5.2 COEFICIENTES DE CORRELACIÓN
Las medias obtenidas en el Anexo E para cada una de las variables respuesta
serán analizadas en éste capítulo por medio de una matriz (ver Anexo L), donde
78
están correlacionadas entre sí y con la temperatura final de tostión, para cada
porcentaje de humedad inicial.
De esta matriz de correlaciones se seleccionaron las que tuvieron valores
cercanos a 1 o –1, es decir, por encima de 0.9 o – 0.9 12, esto no quiere decir que
los valores por debajo de estos no tengan una buena correlación, sino que para
éste proyecto se desea analizar los que estén más altamente relacionados
linealmente, sin embargo, hay que aclarar que los valores inferiores a 0.7 o –0.7
ya tienen muy poca correlación. En las Tablas 11 y 12 se puede observar las
variables que están altamente correlacionadas según el Anexo L.
Tabla 11. Correlación entre variables para el porcentaje de humedad inicial del 10% %Hum.:10% Temp.
Temp. Final Dureza
Dureza %Merma
%Merma Densidad Aparente
Densidad %Hum. Final
%Hum. Final L*
L* Filtro Rojo
Filtro Rojo Filtro Verde
Filtro Verde %Sólidos Solubles
%Sólidos S. Variables que están altamente correlacionadas
Correlación de variables por ellas mismas
Fuente: La Autora
79
12 No hay que confundir el coeficiente de correlación r con el coeficiente de determinación R2, este último es el cuadrado de r.
Tabla 12. Correlación entre variables para el porcentaje de humedad inicial del 13%
%Hum.:13% Temp.
Temp. Final Dureza
Dureza %Merma
%Merma Densidad Aparente
Densidad %Hum. Final
%Hum. Final L*
L* Filtro Rojo
Filtro Rojo Filtro Verde
Filtro Verde %Sólidos Solubles
%Sólidos S. Variables que están altamente correlacionadas
Correlación de variables por ellas mismas
Fuente: La Autora
A continuación se describirán las variables que están altamente correlacionadas.
5.2.1 Correlaciones con la Temperatura Final de Tostión (Grado de tostación). Esta variable es la que se conoce como variable independiente en el
diseño experimental por bloques y tiene cinco tratamientos: 145°C, 152°C, 159°C,
166°C y 173°C.
Como variable independiente es importante conocer la correlación que presenta
con cada variable respuesta.
80
Al observar la matriz de correlación se ve que la temperatura esta altamente
asociada con cada una de las variables, razón por la cual, a continuación se
presentan y describen los comportamientos cada una de ellas.
5.2.1.1 Correlación entre la Pérdida de Peso y la Temperatura. Según la
representación gráfica (ver Figura 22) se observa una relación directa entre la
pérdida de peso y la temperatura final de tostión para los dos porcentajes de
humedad inicial.
CORRELACIÓN ENTRE %MERMA Y TEMPERATURA
23456789
101112
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
%M
ERM
A
%H: 10% %H: 13%
Figura 22. Correlación entre el porcentaje de merma y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial Si se presta atención, el comportamiento del porcentaje de merma con respecto a
la temperatura final de tostión es directamente proporcional para los dos
porcentaje de humedad inicial, ya que a medida que aumenta la temperatura el
porcentaje de merma también aumenta.
81
Se observa en la gráfica que el porcentaje de merma aumenta dependiendo del
contenido de humedad que tiene el grano de café verde, entonces se puede decir
que para una misma temperatura final de tostión (punto de torrefacción) el café
que contiene mayor porcentaje de humedad inicial (13%), también tiene mayor
porcentaje de merma.
5.2.1.2 Correlación entre el Color y la Temperatura. Con base en las
gráficas elaboradas para L*, filtro rojo y filtro verde (ver Figuras 23, 24 y 25) se
observa una relación inversa entre cada medida y la temperatura final de tostión
para los dos porcentajes de humedad inicial.
Se puede ver en la Figura 23 que el comportamiento de la luminosidad (L*) en el
porcentaje de humedad inicial del 10% es más alto, es decir, el café es más claro,
a excepción de un punto que es el que corresponde a la temperatura de 159°C,
donde ocurre un traslapo. Se dice entonces que el color es inversamente
proporcional a la temperatura final de tostión ya que ha medida que la temperatura
aumenta el valor de L* disminuye para los dos porcentaje de humedad inicial.
82
Figura 23. Correlación entre L* y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial
CORRELACIÓN ENTRE L* Y TEMPERATURA
303540455055606570
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
L*
%H: 10% %H: 13%
CORRELACIÓN ENTRE FILTRO ROJO Y TEMPERATURA
35
45
55
65
75
85
95
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
CO
LOR
FIL
TRO
RO
JO
%H: 10% %H: 13%
Figura 24. Correlación entre el color en filtro rojo y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial
83
En la Figura 24 el comportamiento es el mismo que en L*, al ser L* el resultado
de la curva de calibración para el colorímetro AGTRON en filtro rojo, por lo tanto la
única diferencia es la escala en que se encuentran.
Se observa en la Figura 25 que el comportamiento del color en filtro verde en el
porcentaje de humedad inicial del 13% es más alto, es decir, el café en esta
longitud de onda (546nm) es más claro, a excepción de los dos últimos puntos
que sufren un traslapo indicando que en éste punto el café es más oscuro que el
porcentaje de humedad inicial del 10%. Se dice entonces que el color en filtro
verde es inversamente proporcional a la temperatura final de tostión ya que a
medida que la temperatura aumenta el valor de la reflectancia disminuye para los
dos porcentaje de humedad inicial.
CORRELACIÓN ENTRE FILTRO VERDE Y TEMPERATURA
10
20
30
40
50
60
70
80
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
CO
LOR
FIL
TRO
VER
DE
%H: 10% %H: 13%
Figura 25. Correlación entre el color en filtro verde y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial
84
5.2.1.3 Correlación entre la Densidad Aparente y la Temperatura. Según la
representación gráfica (ver Figura 26) se observa una relación inversa entre la
densidad aparente y la temperatura final de tostión para los dos porcentajes de
humedad inicial, ya que a medida que aumenta la temperatura la densidad
disminuye.
CORRELACIÓN ENTRE DENSIDAD Y TEMPERATURA
530
550
570
590
610
630
650
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
DEN
SID
AD
(g/l)
%H: 10% %H: 13%
Figura 26. Correlación entre la densidad aparente y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial
Se observa en la gráfica que la densidad aparente para la temperatura de 145°C
es mayor para el contenido de humedad inicial del 10%, mientras que en la
densidad en la temperatura de 173°C es menor en éste porcentaje en relación al
13% de humedad, éste comportamiento es principalmente a consecuencia al
aumento del tamaño del grano, debido a que, entre más seco éste el café, éste
sufrirá más rápidamente el proceso de tostión.
85
5.2.1.4 Correlación entre el Porcentaje de Humedad Inicial y la Temperatura. En la gráfica (ver Figura 27) se observa que el comportamiento del porcentaje de
humedad final con respecto a la temperatura final de tostión es inversamente
proporcional para los dos porcentaje de humedad inicial, ya que a medida que
aumenta la temperatura el porcentaje de humedad final disminuye.
CORRELACIÓN ENTRE %HUMEDAD FINAL Y TEMPERATURA
4
5
6
7
8
9
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
%H
UM
EDA
D F
INA
L
%H: 10% %H: 13%
Figura 27. Correlación entre el porcentaje de humedad final y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial De esta gráfica, también se puede afirmar que alrededor de la temperatura de
166°C la humedad final para las dos curvas comienza a igualarse y esto se debe
a que en éste punto aproximadamente se da inicio al proceso de torrefacción.
5.2.1.5 Correlación entre el Porcentaje de Sólidos Solubles y la Temperatura. En la Figura 28 se puede observar que para el porcentaje de humedad inicial del
13%, existe en el rango de temperatura analizado una relación inversa entre el
porcentaje de sólidos solubles y la temperatura final de tostión, para el 10% de
86
humedad inicial existe muy poca correlación lineal entre los sólidos solubles y la
temperatura, ya que r es muy cercano a cero (ver Anexo L), estas diferencias de
correlación entre los dos porcentajes de humedad, se deben a que para el 10% en
la temperatura de 173°C ya hubo fraccionamiento por pirólisis de otro tipo de
compuestos que hacen parte de los sólidos extraídos, mientras que para el 13%
de humedad esto no alcanzó a suceder debido al intervalo de temperatura
analizado.
CORRELACIÓN ENTRE %SÓLIDOS SOLUBLES Y TEMPERATURA
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
%SÓ
LID
OS
SOLU
BLE
S
%H: 10% %H: 13%
Figura 28. Correlación entre el porcentaje de sólidos solubles y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial 5.2.1.6 Correlación entre la Dureza y la Temperatura. La Figura 29 muestra la
relación inversa entre la dureza y la temperatura final de tostión para los dos
porcentaje de humedad inicial, ya que a medida que aumenta la temperatura la
dureza disminuye.
87
CORRELACIÓN ENTRE DUREZA Y TEMPERATURA
8
10
12
14
16
18
145 152 159 166 173
TEMPERATURA FINAL DE TOSTIÓN (°C)
DU
REZ
A (k
g-f)
%H: 10% %H: 13%
Figura 29. Correlación entre la dureza y la temperatura para los dos porcentaje de humedad inicial
En la gráfica se observa que la dureza del café con respecto al porcentaje de
humedad inicial es muy variable a lo largo de cada temperatura, esto se explica en
el Numeral 5.1.6. con el análisis de frecuencias.
5.2.2 Correlaciones entre Variables Respuesta. Es importante conocer la
relación existente entre cada una de las variables respuesta y el porqué de su
comportamiento.
Por esta razón al observar la matriz de correlación se puede ver que existe una
alta relación entre algunas variables, razón por la cual, a continuación se
presentan y describen los comportamientos cada una de ellas.
88
En la Figura 30 se puede observar la correlación inversa entre el porcentaje de
merma y la densidad para los dos porcentaje de humedad, ya que ha medida que
aumenta el porcentaje de merma disminuye la densidad.
Se dice también que para un mismo valor de porcentaje de merma, la densidad
para el 13% de humedad es mayor respecto al 10%, debido a que en éste, el
proceso de pirólisis sucede después que en el de baja humedad. Éste efecto se
puede apreciar en la granulometría donde el tamaño del grano se incrementa en
mayor proporción para el porcentaje de humedad del 10%, y además se sabe que
la densidad es igual a la relación entre la masa y el volumen (ρ =m/v).
CORRELACIÓN ENTRE DENSIDAD Y %MERMA
520
540
560
580
600
620
640
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%MERMA
DEN
SID
AD
(g/l)
%H: 10% %H: 13%
Figura 30. Correlación entre la densidad y el porcentaje de merma para los dos porcentaje de humedad inicial A continuación en la Figura 31 se puede ver que el comportamiento del
porcentaje de humedad final es inversamente proporcional al porcentaje de merma
para los dos porcentaje de humedad inicial, ya que a medida que aumenta la
pérdida de peso disminuye el porcentaje de humedad final, esto se debe a que los
89
dos están altamente asociados, ya que en la pérdida de peso simultáneamente,
ocurre la evaporación de la mayoría del agua del grano. Por tal razón, también
existe una alta relación entre la densidad y el porcentaje de humedad final (ver
Figura 32).
Esta relación entre el porcentaje de humedad final y la densidad es directamente
proporcional ya que a medida que disminuye la humedad final la densidad también
disminuye.
CORRELACIÓN ENTRE %HUMEDAD FINAL Y %MERMA
4
5
6
7
8
9
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%MERMA
%H
UM
EDA
D F
INA
L
%H: 10% %H: 13%
Figura 31. Correlación entre el porcentaje de humedad final y el porcentaje de merma para los dos porcentaje de humedad inicial
90
CORRELACIÓN ENTRE DENSIDAD Y %HUMEDAD FINAL
540
560
580
600
620
640
4 5 6 7 8 9 10
%HUMEDAD FINAL
DEN
SID
AD
(g/l)
%H: 10% %H: 13%
Figura 32. Correlación entre la densidad y el porcentaje de humedad final para los dos porcentaje de humedad inicial Los sólidos solubles están relacionados inversamente con la merma, únicamente
para el 13% de humedad inicial esto se debe a lo mencionado en el numeral 5.2.1.5 (ver Figura 33), donde ocurre esta misma situación. Éste mismo
comportamiento se presenta en otras variables donde están correlacionados los
sólidos solubles (ver Anexo L) debido al intervalo de temperaturas en el cual se
trabajó esta variable.
91
CORRELACIÓN ENTRE %SÓLIDOS SOLUBLES Y %MERMA
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%MERMA
%SÓ
LID
OS
SOLU
BLE
S
%H: 10% %H: 13%
Figura 33. Correlación entre el porcentaje de sólidos solubles y el porcentaje de merma para los dos porcentaje de humedad inicial
Al relacionar la dureza con el porcentaje de merma (ver Figura 34) se observa que
son inversamente proporcionales para los dos porcentaje de humedad inicial y
esto era de esperarse ya que a medida que el grano se tuesta aumenta su
fragilidad.
92
CORRELACIÓN ENTRE DUREZA Y %MERMA
8
10
12
14
16
18
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%MERMA
DU
REZ
A (k
g-)
%H: 10% %H: 13%
Figura 34. Correlación entre la dureza y el porcentaje de merma para los dos porcentaje de humedad inicial
Existe una alta correlación entre el porcentaje de merma, el porcentaje de
humedad final y la densidad con el color desarrollado por el café medido en las
diferentes escalas como se muestra en las Figuras 35, 36, 37, 38 39 y 40.
Solamente se graficaron L* y el filtro verde, porque como se sabe el filtro rojo se
comporta de la misma manera que L*.
La correlación para las Figuras 35 y 36 es inversamente proporcional, es decir, el
café con mayor porcentaje de merma tiende a valores de reflectancia menores por
ser más oscuros.
93
CORRELACIÓN ENTRE L* Y %MERMA
30
35
40
45
50
55
60
65
70
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%MERMA
L*
%H: 10% %H: 13%
Figura 35. Correlación entre L* y el porcentaje de merma para los dos porcentaje de humedad inicial
CORRELACIÓN ENTRE FILTRO VERDE Y %MERMA
101520253035404550556065707580
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%MERMA
CO
LOR
FIL
TRO
VER
DE
%H: 10% %H: 13%
Figura 36. Correlación entre el color en filtro verde y el porcentaje de merma para los dos porcentaje de humedad inicial
94
También se puede decir que para un mismo tono de color, el café que tiene
contenido de humedad inicial del 13%, también tiene mayor porcentaje de merma.
Como se mencionó el porcentaje de humedad final guarda una estrecha relación
con el porcentaje de merma, por tal razón se decidió mostrar también su
correlación con el color:
CORRELACIÓN ENTRE L* Y %HUMEDAD FINAL
30
35
40
45
50
55
60
65
70
4 5 6 7 8 9 10
%HUMEDAD FINAL
L*
%H: 10% %H: 13%
Figura 37. Correlación entre L* y el porcentaje de humedad final para los dos porcentaje de humedad inicial
95
CORRELACIÓN ENTRE FILTRO VERDE Y %HUMEDAD FINAL
10
20
30
40
50
60
70
80
4 5 6 7 8 9 10
%HUMEDAD FINAL
CO
LOR
FIL
TRO
VER
DE
%H: 10% %H: 13%
Figura 38. Correlación entre el color en filtro verde y el porcentaje de humedad final para los dos porcentaje de humedad inicial
A medida que disminuye el contenido de humedad final, el color en cualquiera de
las dos escalas disminuye.
Para la densidad el resultado fue el siguiente:
96
CORRELACIÓN ENTRE DENSIDAD Y FILTRO VERDE
1015202530354045505560657075
540 560 580 600 620 640
DENSIDAD( g/l)
CO
LOR
FIL
TRO
VER
DE
%H: 10% %H: 13%
Figura 39. Correlación entre el color en filtro verde y la densidad para los dos porcentaje de humedad inicial
CORRELACIÓN ENTRE L* Y DENSIDAD
30
40
50
60
70
540 560 580 600 620 640
DENSIDAD (g/l)
L*
%H: 10% %H: 13%
Figura 40. Correlación entre L* y la densidad aparente para los dos porcentaje de humedad inicial
97
Al igual que en la humedad a medida que la densidad disminuye el color
disminuye, indicando que son directamente proporcionales.
También se correlacionaron las escalas de medición del color para filtro verde y
rojo y éste fue el resultado:
CORRELACIÓN ENTRE FILTRO VERDE Y FILTRO ROJO
1015202530354045505560657075
35 45 55 65 75 85 95
COLOR FILTRO ROJO
CO
LOR
FIL
TRO
VER
D
%H: 10% %H: 13%
Figura 41. Correlación entre escalas de medición del color para los dos porcentaje de humedad inicial
Su comportamiento es directamente proporcional, solo que a medida que aumenta
el nivel de reflectancia las dos curvas comienzan a separarse indicando
diferencias marcadas entre tonalidades para cada porcentaje de humedad inicial.
Después de analizar estas correlaciones, se seleccionarán las variables que
mayor relevancia tienen en la caracterización del café semitostado.
En el siguiente numeral se realizará un análisis de varianza para cada variable
respuesta con respecto al diseño experimental seleccionado. 98
5.2 ANÁLISIS DE VARIANZA El análisis de varianza es utilizado como una técnica estadística para identificar de
que manera las variables independientes afectan a las diferentes variables
respuesta.
Para tal fin es importante formular las correspondientes hipótesis que permitan
comparar el grado de significancia de los diferentes efectos de la variable
independiente sobre las variables respuesta.
Las hipótesis generales del modelo plantean que:
• Hipótesis Nula (Ho): Las medias para cada una de las variables respuesta
(porcentaje de merma, L*, filtro rojo, filtro verde, densidad aparente, porcentaje
de humedad final, porcentaje de sólidos solubles y dureza) con un 95% de
nivel de confianza no son influenciadas significativamente por cada uno de los
tratamientos (temperatura final de tostión). Por lo tanto la hipótesis propone que
las medias de las variables respuesta para los diferentes tratamientos no son significativamente diferentes, es decir, que el modelo no afecta a las
variables dependientes en cuestión.
• Hipótesis Alterna (H1): Las medias para cada una de las variables respuesta
(porcentaje de merma, L*, filtro rojo, filtro verde, densidad aparente, porcentaje
de humedad final, porcentaje de sólidos solubles y dureza) con un 95% de
nivel de confianza si son influenciados significativamente por cada uno de los
tratamientos (temperatura final de tostión). Por lo tanto la hipótesis propone que
las medias de las variables respuesta para los diferentes tratamientos si son significativamente diferentes, es decir, que el modelo si afecta a las variables
dependientes en cuestión.
99
A continuación una forma más desglosada de las hipótesis para la variable
respuesta porcentaje de merma:
• Hipótesis Nula (Ho): La media del porcentaje de merma, con un 95% de nivel
de confianza para los tratamientos no es significativamente diferente, es
decir, que el modelo no afecta al porcentaje de merma.
• Hipótesis Alterna (H1): La media del porcentaje de merma, con un 95% de
nivel de confianza para los tratamientos si es significativamente diferente, es
decir, que el modelo si afecta al porcentaje de merma.
De igual manera funcionan estos planteamientos para las demás variables
respuesta.
El programa SAS permite desarrollar el análisis de varianza utilizando los
procedimientos ANOVA y GLM (ver Anexos M y N), descritos en el capítulo 4 y,
además, permitiendo la aceptación o rechazo de las hipótesis propuestas por
medio del valor de la probabilidad de un valor más alto de F o en términos
generales Pr > F, así:
Si Pr > F excede el nivel de significancia (α = 0.05) , se acepta Ho y se concluye
que la variable respuesta en cuestión no es afectada por los diferentes niveles de
los tratamientos que analiza el respectivo ANOVA o GLM, según sea el caso.
Si Pr > F no excede el nivel de significancia (α = 0.05), es decir, que el F
tabulado1 es menor que el F calculado y se rechaza Ho, se concluye que la
variable respuesta en cuestión presenta diferencias significativas debido a los
niveles de los tratamientos que analiza el respectivo ANOVA o GLM, según sea el
caso.
1 MONTGOMERY. Op.Cit.
100
Para visualizar de una manera más clara el grado de significancia de los diferentes
tratamientos sobre las variables respuesta, en la Tabla 13 se puede observar los
resultados según los Anexos M y N
Tabla 13. Resumen del análisis de varianza para las variables respuesta
VARIABLES RESPUESTA VARIABLE INDEPENDIENTE Merma L*
Filtro Rojo
Filtro Verde
Densidad Aparente
Hum. Final
Dureza Sólidos Solubles
Temperatura Final de tostión
Los diferentes tratamientos influyen significativamente sobre las variables respuesta
Fuente: La Autora El análisis de varianza para cada una de las variables respuesta a partir de un
diseño experimental por bloques aleatorizados completos, para determinar el
efecto de las diferentes temperaturas finales de tostión, indican diferencias
altamente significativas entre tratamientos. Su influencia y su comportamiento
fueron descritos a través de sus medias en el Numeral 5.2.1.
La variable de bloqueo (porcentaje de humedad inicial del café verde), también fue
efectiva para aumentar la precisión del experimento, dado que si se observa en
los Anexos M y N la media de cuadrados para los bloques es grande comparada
con la media de cuadrados del error. Por tal razón fue acertada la utilización del
diseño experimental por bloques.
101
5.3 COMPARACIÓN MÚLTIPLE ENTRE MEDIAS Y LÍMITES DE CONFIANZA
Para complementar el análisis estadístico se utilizó el método de comparación
múltiple entre medias para realizar una clasificación en grupos de las medias de
tratamiento y así poder establecer diferencias o no entre cada una de ellas.
Para éste proceso, se compararon las medias de la temperatura final de tostión
mediante el Método de Tukey (ver Capitulo 4) con un nivel de significancia de
0.05.
Se empleó éste método debido a que se utiliza para igual o diferente número de
observaciones para cada nivel y como se sabe, en el análisis hay datos faltantes
(ver Anexo B) en la variable de sólidos solubles. Además, porque éste método
permite determinar los límites de confianza para cada grupo en cada variable
respuesta.
A continuación se describe el Método de Tukey (ver Anexo Ñ) para cada
variable respuesta, tanto por porcentaje de humedad inicial como por temperatura
final de tostión.
• Pérdida de Peso (%merma): Para las medias del porcentaje de merma se
encontraron diferencias significativas al ser comparadas por porcentaje de
humedad inicial y por temperatura final de tostión. Esto era de esperarse, debido
a que al aumentar la temperatura aumenta el porcentaje de merma y, además, a
medida que el porcentaje de humedad inicial es mayor el porcentaje de merma
también será mayor.
102
• Color: Para las medias de L* se encontraron diferencias significativas al ser
comparadas por porcentaje de humedad inicial, mostrando que L* para el 10% fue
mayor. Por temperatura final de tostión se encontraron diferencias significativas a
excepción de las temperaturas de 145°C y 152°C donde la diferencia fue mínima y
se podrían clasificar dentro de un mismo grupo. En el filtro rojo sucedió
exactamente lo mismo y como se sabe, éste comportamiento era de esperarse ya
que los valores de L* son la consecuencia de los valores de reflectancia en filtro
rojo (curva de calibración). Para el filtro verde no se encontraron diferencias significativas de las medias al ser
comparadas por porcentaje de humedad inicial esto se debe al nivel de
reflectancia de esta escala. Por temperatura final de tostión se encontraron
diferencias significativas en todos los grupos.
• Densidad Aparente: Las medias de la densidad tuvieron diferencias
significativas al ser comparadas por porcentaje de humedad inicial y por
temperatura final de tostión, esto es lógico ya que un café con diferente contenido
de humedad inicial tendrá también diferente densidad y, además, al ir
incrementando la temperatura. la densidad disminuye simultáneamente.
• Porcentaje de Humedad Final: Las medias del porcentaje de humedad final
se comportaron de igual manera que el porcentaje de merma y la densidad, es
decir, tuvieron diferencias significativas al ser comparadas por porcentaje de
humedad inicial y por temperatura final de tostión, esto se debe a que esta tres
variables están estrechamente relacionados entre sí.
103
• Porcentaje de Sólidos Solubles: En las medias del porcentaje de sólidos
solubles se encontraron diferencias significativas al ser comparadas por
porcentaje de humedad inicial, mostrando que la cantidad de sólidos solubles es
mayor para el 13% de humedad. Por temperatura final de tostión también se
encontraron diferencias altamente significativas entre las temperaturas de 145°C,
152°C y 166°C. Pero al compararlas en 152°C y 166°C con las medias en 173°C y
159°C no hubo diferencias significativas y, además, estas podrían encontrarse
tanto en el grupo B como en el grupo C (ver Anexo Ñ).
• Dureza: Para las medias de dureza no se encontraron diferencias
significativas al ser comparadas por porcentaje de humedad inicial. Por
temperatura final de tostión se encontraron diferencias significativas entre las
medias de los grupos A, B y C (ver Anexo Ñ), pero al compararlas en 152°C y
159°C estas son muy similares, además, la media en 166°C podría estar en B o en
C.
Como algo adicional, se calcularon los límites de confianza para cada variable
respuesta, dentro de cada nivel de temperatura, para tener presente, en que
intervalo deben encontrarse los valores de cada una de las variables, estos
resultados se pueden apreciar en el Anexo O.
Teniendo en cuenta todo lo analizado en las cuatro etapas, enunciadas al
comienzo de éste capitulo, se procederá a definir los límites para cada una de las
variables respuesta, para la caracterización del café semitostado.
104
5.5 CARACTERIZACIÓN DEL CAFÉ SEMITOSTADO El objetivo de esta caracterización es el de dar algunas pautas, para la futura
comercialización del café semitostado, estableciendo límites entre café verde y
café semitostado y entre café semitostado y café tostado, para las variables que
fueron más representativas, a lo largo del desarrollo experimental y el análisis
estadístico.
La información discutida, en las cuatro primeras etapas de éste capítulo, así como
la suministrada en el Anexo D, acerca de las características del café verde y el
café tostado, permitirá dar una aproximación a los límites requeridos para café
semitostado.
En el desarrollo experimental y estadístico, se pudo observar el comportamiento
de cada una de las variables respuesta con respecto a la temperatura final de
tostión que fue el mecanismo de control para el grado de torrefacción, de dos
diferentes porcentajes de humedad inicial para café verde (10% y 13%). A
continuación se discutirá la incidencia de cada una de las variables evaluadas,
cuales son las más significativas comercialmente (con sus respectivos rangos) y
se establecerán algunas condiciones mediante una verificación para considerar a
un café como semitostado.
5.5.1 Incidencia de las Variables. Todas las variables tuvieron incidencia sobre
el café, pero solamente algunas permitirán caracterizar al producto en estudio. En
seguida, se discutirá acerca de cada una de ellas.
105
5.5.1.1 Variables que Inciden en el Café pero no son Significativas para la Caracterización. Estas variables jugaron un papel importante en el desarrollo del
proyecto, ya que permitieron dar a conocer el comportamiento de estas a lo largo
del proceso de torrefacción, sin embargo la información que estas suministraron
no fue suficiente para efectuar la caracterización del café semitostado, estas
variables fueron:
• Pérdida de Peso (porcentaje de merma): Esta variable aunque es muy
importante en el proceso de torrefacción se descarto para caracterizar, debido a
que en los resultados obtenidos en el Anexo E y en la Figura 35, se observó que
para un mismo porcentaje de merma (Ej.: 9%) relacionado con el color a cualquier
escala (L*, filtro rojo o filtro verde), se obtenía un café prácticamente tostado para
el porcentaje de humedad inicial del 10% y un café crudo o semitostado para el
13% de humedad inicial.
En general, si se toma un mismo porcentaje de merma y se mide el color en estos
dos porcentajes de humedad inicial, siempre darán dos tipos de café con
diferentes puntos de tostión, factor que no permite caracterizar al café como
semitostado, ya que se tendría que asignar valores de merma para cada
porcentaje de humedad inicial y seria poco práctico, éste es un problema que
adolece la resolución No. 1 de 1999 en el artículo 4 literal c del Compendio de
Normas de Calidad para la Exportación del Café Verde y Procesado de la
Federación Nacional de Cafeteros de Colombia donde se enuncia: “que el café
semitostado, es aquel con un porcentaje de pérdida de peso no mayor al 10%”.
• Densidad Aparente: Debido a que el café semitostado a sufrido un cambio en
su volumen y en peso, incrementándose la primera y disminuyendo la segunda a
causa de la tostión (ver granulometría en el numeral 5.1.7) y estos están
106
estrechamente relacionado con la densidad, no se caracteriza, ya que, seria
necesario conocer el tamaño inicial del grano de café verde y como se sabe,
existe una gran clasificación (ver Tabla 1) y además, se sabe que la pérdida de
peso es una variable que no permite fácilmente su caracterización en los
semitostados.
• Dureza: Esta variable, no se tendrá en cuenta para la caracterización, debido
a la alta variabilidad presentada, donde se hacían presentes diferentes tipos de
dureza para un mismo tratamiento.
Aunque fue interesante evaluar esta variable, no permite establecer límites de
caracterización del semitostado, ya que se comprobó que un café verde de alta
humedad, que se seca durante el almacenamiento presenta valores de dureza
similares a los posibles de un semitostado (ver Figura 18)
• Contenido de Sólidos Solubles: Esta variable se puede considerar un factor
para establecer el café como semitostado, sin embargo, esta no permite definir
los respectivos límites. El hecho de que en el proceso de tostión(ver Figura 28) vayan disminuyendo los
sólidos solubles hasta que se presente un mínimo para luego incrementarse en el
tostado, permitiría definir unos límites para esta variable por debajo de los cuales
se podría considerar un café semitostado, sin embargo la separación existente en
el mínimo (159°C) para los dos porcentajes de humedad inicial, hace suponer que
esta información no es suficiente para poder caracterizar con esta variable, ya que
el comportamiento esta directamente influenciado por el porcentaje de humedad
inicial del producto.
107
5.5.1.2 Variables que Inciden en el Café y son Significativas para la Caracterización. Las siguientes variables permitieron definir a un café como
semitostado: color y porcentaje de humedad final.
En la Figura 37 se observó la alta correlación entre L* (el filtro rojo tiene la misma
tendencia) y el porcentaje de humedad final, lo mismo sucedió en la Figura 38
para el filtro verde con la humedad final.
En estas gráficas se ve de manera muy marcada dos cambios en la pendiente de
la curva, en las Figuras 42, y 43, por medio de círculos se podrá ver cada uno de
estos.
CORRELACIÓN ENTRE L* Y %HUMEDAD FINAL
30
35
40
45
50
55
60
65
70
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5
%HUMEDAD FINAL
L*
%H: 10% %H: 13%
Figura 42. Cambios de pendiente entre L* y porcentaje de humedad final
108
CORRELACIÓN ENTRE FILTRO VERDE Y %HUMEDAD FINAL
10
20
30
40
50
60
70
80
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5
%HUMEDAD FINAL
CO
LOR
FIL
TRO
VER
DE
%H: 10% %H: 13%
Figura 43. Cambios de pendiente entre filtro verde y porcentaje de humedad final
Estas gráficas indican que los rangos para los semitostados para porcentajes de
humedad inicial de café verde entre 10% y 13% son:
109
Tabla 14. Límites inferior y superior para café semitostado
LÍMITES VARIABLES Inferior * Superior * *
%Humedad Final 7.5 5.0
L* 68 44
Filtro Verde 70 30
* Entre verde y semitostado
** Entre semitostado y tostado
Fuente: La Autora
Estos límites también se pueden verificar a partir de la aproximación que dan las
ecuaciones de regresión para cada gráfica, sacando la primera derivada, e
igualando esta ecuación a cero para obtener valores para el porcentaje de
humedad final, y así, luego reemplazar estos valores en las ecuaciones iniciales
de regresión y obtener valores de color.
Como se tienen dos curvas en una misma gráfica, se debe realizar el
procedimiento anterior para ambas y así luego establecer un promedio entre los
valores correspondientes para cada gráfica.
Con estos valores se procedió a efectuar en el siguiente numeral la respectiva
verificación de estos límites.
5.5.2 Verificación de los Límites para Café Semitostado. Para realizar la
respectiva verificación es necesario generar la curva de calibración para el
determinador de humedad SINAR, que en la actualidad funciona para café verde y
café tostado.
110
Esta curva (ver Anexo Q) se genera a partir de los datos obtenidos de humedad
final en estufa y las mediciones en código cero2(SINAR) para cada una de las
muestras (ver Anexo P).
El equipo viene con una curva de calibración promedio que en el Anexo Q esta
representada por una línea amarilla, y es el patrón de referencia para la
calibración electrónica del equipo.
La línea azul representa la curva de calibración para los semitostados, cada corte
de esta sobre los bytes (memoria del equipo) son los puntos de calibración, es
decir los valores de humedad en estufa, que al multiplicarlos por diez serán
introducidos en uno de los canales del equipo, para esta curva se utilizó el canal 5,
que de aquí en adelante se empleara para los semitostados. La forma de
introducir los datos en el equipo viene en el manual de funcionamiento del mismo.
Posteriormente, se verificaron los valores de humedad de humedad en estufa del
Anexo P, comprobando que la curva de calibración fue generada correctamente y
podrá ser utilizada como procedimiento de rutina para el café semitostado.
Teniendo lista la curva de calibración se realizaron dos verificaciones:
Una utilizando café verde del 8% de humedad inicial y la otra con café verde del
14% de humedad inicial.
A cada café verde se le tomó nuevamente la humedad en SINAR y el color en filtro
verde y L*, después de esto se tostaron dos muestras de cada porcentaje de
humedad, una hacia un tono claro (similar al color visual en 152°C) y el otro hacia
un tono oscuro (similar al color visual en 173°C), esto se realizó mediante el
2 El código cero es un patrón de referencia que da lecturas de capacitancia (señal eléctrica que aumenta conforme a la humedad y el peso de la muestra).
111
método tradicional (tostación visual). Luego se tomó la humedad y el color para
cada una (después de haberlas molido y tamizado)y estos fueron los resultados:
Tabla 15. Datos obtenidos para la verificación
%H. Inicial: 8% %H. Inicial: 14% Grado de
Tostión %Humedad Filtro Verde
L* %Humedad Filtro Verde
L*
Café Verde
7.8 74 64.37 14.24 52 46.67
Café Claro
4.5 64 35.81 6.6 48 38.4
Café Oscuro
6.6 17 69.21 11.9 22 55.55
Fuente: La Autora (datos experimentales)
Estos datos sé graficaron con los valores correspondientes para las humedades
del 10% y 13%, que para café claro son los de la temperatura de 152°C y para el
café oscuro son los de la temperatura de 173°C, estos resultados se pueden ver
en la Tabla 16, donde también se presentan los respectivos valores para café
verde.
112
Tabla 16. Datos de referencia para comparar con otras humedades
%H. Inicial: 10% %H. Inicial: 13% Grado de
Tostión %Humedad Filtro Verde
L* %Humedad Filtro Verde
L*
Café Verde
9.8 69 62.57 12.8 63 57.41
Café Claro
6.76 61.33 66.49 7.35 64.67 64.63
Café Oscuro
4.37 17 36.37 4.26 14.33 34.38
Fuente: La Autora (datos experimentales)
A continuación las gráficas correspondientes a cada escala de color con respecto
a la humedad final:
113
VERIFICACIÓN DE LÍMITES PARA L* Y EL %HUMEDAD FINAL
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
%HUMEDAD FINAL
L*
8% 10% 13% 14%
Figura 44. Verificación de límites de café semitostado para L* y porcentaje de humedad final para cuatro porcentaje de humedad inicial de café verde.
114
VERIFICACIÓN DE LÍMITES PARA FILTRO VERDE Y EL %HUMEDAD FINAL
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
%HUMEDAD FINAL
FILT
RO
VER
DE
8% 10% 13% 14%
Figura 45. Verificación de límites de café semitostado para filtro verde y porcentaje de humedad final para cuatro porcentaje de humedad inicial de café verde.
115
En cada una de estas gráficas, se demarcó mediante una elipse la zona donde se
encuentra ubicado el café semitostado, esta elipse fue inscrita en forma diagonal,
primero en un rectángulo cuyos vértices son cada uno de los límites establecidos
en la Tabla 14. El diámetro mayor de la elipse indica desde que punto se ubican los límites
inferiores y hasta que punto se ubican los límites superiores, mientras que el
diámetro menor indica que curvas de porcentaje de humedad inicial en verde
pueden estar dentro de esta zona.
Se escogió una elipse como elemento de demarcación, ya que se quería abarcar
una zona mínima para éste producto y además esta forma geométrica es la que
más se adapta a los límites establecidos, ya que, si se hubiera escogido un
rectángulo inclinado de la misma manera que la elipse, los vértices implicarían un
área adicional donde podrían caer cafés que no sean considerados semitostados.
Se observa también, que en las dos gráficas, el porcentaje de humedad inicial de
café verde del 8% , esta dentro de la zona de los semitostados, de igual manera
que los porcentajes del 10% y 13% de humedad inicial, los cuales tenían una alta
probabilidad de ubicarse en esta zona, debido a que de estos porcentajes se
partió el análisis durante éste proyecto.
En el caso del 14% de humedad inicial no alcanzó a estar en esta zona, pero esto
no quiere decir que éste porcentaje de humedad no tenga café semitostado, ya
que su tendencia es similar al de las otras humedades, lo que sucede, es que el
comportamiento de esta curva tendrá otro tipo de consideraciones que será
necesario evaluar en estudios posteriores, ya que es un café que está fuera de los
límites de café verde y es de poca comercialización debido a su alto contenido de
humedad. Sin embargo también se podrían establecer límites para éste tipo de
humedades teniendo en cuenta los cambios de pendiente en las curvas y para
esto seria necesario tomar más puntos para realizar una buena delimitación. 116
Se observa también que el comportamiento del filtro verde con respecto a la
humedad final, es muy particular, ya que de un valor alto de reflectancia empieza a
descender a medida que la muestra es tostada, esto se debe a que el café verde
tiene inicialmente alta cantidad de pigmento verde en su estructura. El
comportamiento en esta escala es importante ya que, en el punto donde hay
cambio en la pendiente (ver Figura 45), se ubica el límite entre semitostado y
verde debido a la perdida de la tonalidad verde durante la tostión.
En el caso de L* el comportamiento es diferente debido a que esta escala de
reflectancia es utilizada actualmente según la norma NTC 2442 para café tostado,
el cual tiene gran cantidad de pigmento rojo en su estructura, sin embargo éste
comportamiento es importante ya que permitió determinar el límite entre
semitostado y tostado, que está por encima, del momento en que se unen cada
una de las curvas, punto donde se considera el café como tostado.
Por esta razón es recomendable utilizar el filtro verde y L* , para analizar el color
del café semitostado, ya que se complementan entre sí y corroboran nuevamente
los límites establecidos.
El comportamiento del color en el café a medida que es tostado se puede apreciar
en el Anexo R, tanto en grano como después de ser molido.
De los resultados obtenidos, en esta etapa se pudo cumplir el objetivo principal de
éste proyecto que era el de establecer rangos de caracterización del café
semitostado para tenerlos como referencia en el momento de la comercialización.
117
6. CONCLUSIONES
La afirmación citada en la resolución No. 1 de 1999 en el artículo 4 literal c del
Compendio de Normas de Calidad para la Exportación del Café Verde y
Procesado de la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, no garantiza que
realmente el café sea semitostado, por lo observado en la gráfica de correlación
de la pérdida de peso con cada escala de color. Por tal motivo, se realizó la
caracterización de este producto, estableciendo límites para las variables más
significativas que fueron el porcentaje de humedad final (entre 5% y 7.5%) y el
color en las escalas L* (entre 44 y 68) y filtro verde (entre 30 y 70).
Estos límites tanto por humedad como por color, permitirán al consumidor predecir
la humedad inicial de la materia prima de donde proviene el café semitostado,
estableciendo si es de baja humedad y dentro de norma o de un café verde de alta
humedad.
Se generó la curva de calibración para el café semitostado para el medidor de
humedad SINAR y se observó que su comportamiento se adaptó fácilmente al
producto en estudio, y que además podrá ser utilizada como método de referencia
para futuras investigaciones.
Se observó que el análisis del color en la caracterización de café semitostado es
importante y depende directamente de la escala que se utiliza, ya sea L*, que en
la actualidad se utilizaba solamente para café tostado o el filtro verde que sirve
para complementar el análisis del producto al contener éste coloraciones roja y
verde. 118
Se demostró que la temperatura final de tostión es una variable que produce baja
desviación en el momento de utilizarla como control para el grado de torrefacción,
el cuál hasta el momento había sido difícil de controlar debido a las condiciones de
diseño y calentamiento del tostador utilizado durante éste proyecto.
Se comprobó que la dureza del grano no depende de su granulometría, ya que al
analizar esta variable para diferentes tamaños de café se observó que la
diferencia era mínima entre cada malla. Pero que si depende de la duración del
almacenamiento de café verde de altas humedades, ya que al perder humedad se
presentan los llamados granos decolorados y flojos que es una de las causas en la
dispersión en los resultados.
El análisis de varianza sirvió para demostrar que la temperatura final de tostión fue
una buena elección para controlar el grado de torrefacción ya que influyen
significativamente sobre cada una de las variables respuesta, también permitió
demostrar que el diseño experimental utilizado fue el adecuado, ya que la variable
de bloqueo (porcentaje de humedad inicial de café verde) fue efectiva para
aumentar la precisión del experimento y reducir el error.
119
8. RECOMENDACIONES
Para la determinación de la reflectancia en el colorímetro AGTRON se recomienda
utilizar discos 03 y 56, ya que estos cubren perfectamente el rango de los
semitostados en éste equipo.
Es importante utilizar el filtro verde como complemento adicional de L*, al ser el
semitostado un café entre verde y tostado.
Se recomienda realizar ensayos con café verde de altas humedades (café fuera
de norma) determinando los respectivos rangos para los semitostados.
La temperatura final de tostión es un mecanismo para el control del grado de
torrefacción, por tal motivo se recomienda su utilización.
El procedimiento para la dureza durante este proyecto, se generó internamente
para el laboratorio por tal razón se recomienda la validación del mismo y además,
sería importante estudiar más a fondo esta variable tanto para café semitostado
como para verde y tostado.
Se recomienda ampliar el rango de temperatura final de tostión, para el análisis del
comportamiento del contenido de sólidos solubles y así poder caracterizar esta
variable para el café semitostado en el futuro.
Los límites establecidos para café semitostado tanto por humedad como por color,
son una primera aproximación para demarcar una zona de este producto, por tal 120
motivo es importante afinarlos más, estableciendo niveles de tolerancia para cada
uno.
Es importante evaluar otros aspectos de tipo químico, microbiológico, económico,
etc., para potencializar el posible uso de los semitostados en la comercialización.
121
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--------Café Tostado y Molido. Método para la determinación de densidad por
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125
ANEXOS
126
Anexo A. Algunos equipos utilizados en el laboratorio
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
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