DESCRIPCION DEL PROCESO DE PRODUCCION DE CAFÉ TOSTADO 3.1. Materia prima 3.1.1. Orígenes del café Sobre su origen se han tejido una serie de historias dicen los que saben que fue en África y en Arabia donde se inició el consumo del café, allá por los siglos XV y XVI, igualmente, la leyenda cuenta que cerca del año 600 en un monasterio un pastor llamado Kaldi observó que sus cabras se comportaban en forma diferente después de haber comido las hojas de un arbusto desconocido para el mundo. Este descubrimiento lo llevo a preparar una infusión con las hojas y semillas del cafeto para probarla el mismo. Y al comprobar alguno de sus atributos, la dio a beber a los monjes para evitar que se durmieran durante sus oraciones nocturnas (Bonafide, ( Bonafide, 2012). El café, la familiar bebida que se hace hirviendo los granos tostados y molidos de Coffea arábica L. y otras especies de Coffea, ha sido por mucho tiempo una de las bebidas más importantes en el mundo, siendo rivalizado solo por el té, la cocoa y el mate, durante el siglo XVII, el café se producía en áreas localizadas en Arabia y los países vecinos, para el consumo en toda la región musulmana, aunque fue introducido a los mercados europeos del sur por los comerciantes árabes, el café no fue ampliamente conocido en Europa sino hasta que las rutas marítimas hacia el Oriente fueron abiertas por los navegantes navegantes holandeses holandeses e ingleses ingleses en el siglo XVII (Artica, 2008). Su agradable sabor y el contenido de cafeína, alcaloide con efectos estimulantes ha sido un factor decisivo en la generalización generalización del consumo de café a escala mundial.
3.1.2. Café en el Perú El café llegó a América con los inmigrantes europeos en el siglo XVIII y ellos introdujeron su cultivo en Centro América y Sudamérica. Para mediados del siglo XVIII el café ya era producido en Chanchamayo, Moyobamba, Jaén, Huánuco y Cusco, para el consumo local y para la exportación a Alemania, Chile y Gran Bretaña. Desde 1850 los inmigrantes europeos introdujeron el café al valle de Chanchamayo, junto a la coca, tabaco, cacao y caña de azúcar, la producción de café peruano ha mejorado no solo en cantidad; sino en calidad, el café orgánico del Perú tiene una buena fama internacional. (Cafeperu, 2013). La especie arábica es la única especie que se cultiva en la selva alta del Perú, generalmente bajo sombras de árboles que permiten proteger la biodiversidad de la flora flor a y la fauna, desarrollándose un ecosistema favorable para cafés de alta calidad.
Según Castañeda (2000), el grupo de variedades de cultivadas en el Perú derivan de la especie Coffea arábi ca, catalogándose en el mundo cafetalero como “otros suaves”, caracterizados por su fina calidad, excelente aroma y sabor. Estas variedades la constituyen el Typica, el Bourbón, el Catuai, el Pache, el Caturra y el Catimor. Debido a las condiciones geográficas y climáticas de la selva alta del Perú, entre los 1200 a 1600 msnm, zona caracterizada por lluvias altas, baja luminosidad, 18 a 20 ºC de temperatura media anual, se obtiene un café de excelente calidad, reconocida internacionalmente.
3.1.3. Descripción del grano de café Los frutos del café se cosechan en el Perú desde finales de marzo hasta el mes de agosto, dependiendo dependiendo de la altitud sobre el nivel del mar de la plantación de café. El café de tierra cálida madura más temprano que el de tierra fría. Los frutos se cosechan al llegar a su madurez, lo que se advierte por el color marrón intenso que adquiere el grano, aunque existen también variedades que presentaron un color amarillo cuando están maduras (Felman, 1969). Un corte longitudinal de un fruto de café, figura 1, muestra las fracciones anatómicas del fruto, el grano de café propiamente dicho o endospermo, la cáscara o endocarpio, una capa mucilaginosa o mesocarpio, y la pulpa o esocarpio .
Figura 1. Corte longitudinal de la semilla de café Fuente: Nuestrocafe.com Nuestrocafe.com La semilla del café presenta una superficie plana que se encuentra con otra parte igual dentro del fruto, cada mitad está recubierta por un delicado tejido conocido como película. Estas dos fracciones se sostienen dentro del endocarpio, membrana conocida también con el nombre de pergamino o cascarilla de café, que es duro y quebradizo cuando se seca, y el cual rodea individualmente a cada una de las dos fracciones que constituyen un grano. La cáscara, en cambio, está cubierta por una gruesa capa de
células esponjosas que forman la pulpa. Esta capa tiene ti ene un espesor aproximado de 5 mm (Amorim, y col., 1974). El grano de café verde sin procesar contiene agua, proteínas, cafeína, aceite, diversos carbohidratos y ácidos ácidos (principalmente solubles solubles y no volátiles), volátiles), trigonelina y minerales y el tostado contiene azúcares reductoras, azúcares caramelizadas, hemicelulosa, fibra, proteínas, ácidos no volátiles (caféico, clorogénico, cítrico, málico, oxálico, químico, tartárico), cafeína, aceite, trigonelina y cenizas, en las cuales los principales elementos constituyentes son potasio, fósoforo y magnesio en la cual el ácido clorogénico es indicador de la calidad, los volátiles de proteínas obtenidos por pirolisis son de cierta importancia en relación con el sabor del café (Egan, 2011).
3.1.4. Variedades y clasificación comercial del café El cafeto pertenece a la familia de las Rubiáceas, al género Coffea, que comprende alrededor de 60 especies, de las cuales 2 especies son las más cultivadas:
a. Arábigas (Cof f ea ará ) ar ábica bi ca Representan las variedades más conocidas, extendidas y apreciadas, representando el 70% de la producción mundial.
Typica: Las plantas de café Typica tienen una forma cónica con troncos: un tronco vertical y otros verticales secundarios que crecen con una ligera inclinación. Typica es una planta que llega a 3,5-4 m de altura. Esta variedad tiene una producción muy baja, pero una calidad calidad excelente.
Bourbon: Estas plantas producen un 20 a 30% más café que la variedad Typica, Tiene una forma menos cónica con más ramas secundarias. Las hojas son anchas y onduladas en los bordes. El fruto es relativamente pequeño y denso. Los mejores resultados para el café Bourbon se realizan entre 1000 y 2000 metros de altura. La calidad de la taza es excelente y similar a la Typica.
Caturra: Plantas con una alta producción y buena calidad, pero que requiere de una amplia atención y fertilización. La planta es más baja, con un núcleo grueso y muchas ramas secundarias. Tiene hojas grandes con bordes ondulados similares al Bourbon. Se adapta bien a casi cualquier ambiente, pero mejor entre los 500 y 1700 metros con precipitaciones anuales entre 2500-3500 mm. A mayor altitud aumenta la calidad, pero disminuye la producción.
Catimor: Es un cruce entre Timor (híbrido de robusta y arábica muy resistente a la oxidación) y Caturra. La maduración es temprana y la producción es muy alta, por lo que deben ser monitoreados de cerca. Relativamente pequeños en estatura, tienen
grandes frutos y semillas de café. Se adapta bien a regiones más bajas pero a una altura mayor tiene una mejor calidad de taza. Canephor a b. Robusta (Coff ea Canephor ): Su precio más bajo permitió que incorpore nuevos
consumidores. Nuevas formas de consumo del café en particular la aparición del café soluble y el surgimiento del café descafeinado dada su mayor aptitud para la extracción de cafeína. Esta variedad puede ser cultivada a nivel del mar y hasta una altura de 600 metros.
3.1.5. Calidad del café Hay muchas opiniones diferentes sobre lo que constituye “calidad”. Pero se puede
afirmar que la calidad de una partida de café proviene de una combinación de la variedad botánica, la situación topográfica, la climatología y el cuidado con el que se cultivó, cosechó, almacenó, se preparó para la exportación y se transportó el café. El cultivo, el acopio, el almacenamiento, la preparación para la exportación y el transporte son factores variables en los que se puede influir. En ellos intervienen seres humanos, cuya motivación es un factor esencial para determinar la calidad final de una partida de café verde. Según sean las prioridades de comercialización, los esfuerzos de las personas oscilarán entre el máximo nivel posible, sin tener en cuenta su costo, y el mínimo más bajo para reducir costos y optimizar ingresos y márgenes de ganancia (ITC, 2012). Los cafés de alta calidad son cafés de buena bebida, bien presentados, pero no necesariamente perfectos en su aspecto visual. Se venden al por menor como orígenes directos y en mezclas. Esta categoría comprende cafés orgánicos de buena calidad y bien preparados, preparados, y cafés lavados, lavados, además de robustas naturales naturales de calidad calidad superior. El mercado de esta gama de calidad es mucho más amplio y comprende un buen porcentaje de cafés especiales especiales de hoy en día (Cobián, 2013), la calidad del café depende depende de varios factores como se muestra en la tabla 1
Tabla 1. Factores que influyen en la calidad del café peruano
Cosecha y beneficio
Buena calidad
Disminuye calidad Frutos verdes, maduros y sobre – maduros maduros
Despulpado
Frutos maduros y bien pintones El mismo día
Fermentado
Entre 12 a 18 horas
Lavado y clasificado
Con aguas limpias, y utilizan canal de correteo Utilizan pisos de cemento o mantas gruesas Humedad 12 a 14%
Cosecha
Secado
Lo almacenan varios días Sobre fermentan por más de 24 horas, y juntan fermentos de varios días. Mal lavado dejando mucílago sobre el grano. No clasifican el café Secan el piso o en mantas muy delgadas Humedad mayor del 20%
En lugares cerca de la cocina, en Almacenado El lugares libres de almacenes que tienen olores fuertes con olores fuertes humedad mayores a 20% Rendimiento 75 a 80% Menos de 75% Fuente: Manual Técnico Cafetalero - ADEX La primera impresión que tiene un posible comprador de un determinado café es cuando recibe una muestra de café verde; si el café verde crea inmediatamente una impresión negativa, lo menos que va a suceder es que a partir de ahora el café quedará sometido a este prejuicio (ITC, 2012). Los agentes económicos involucrados en el comercio de café: exportadores; comerciantes, importadores y tostadores evalúan la calidad del café examinando los siguientes elementos: El aspecto exterior del grano verde o crudo denominado grano verde, el aspecto exterior del grano tostado, conocido como tueste, el sabor conocido como taza o infusión y determinado mediante la catación (Mayorga, 2011). La calidad es una de las claves para incursionar en un mercado tan competitivo como el del café; por tal motivo el Comité Técnico de Normalización de Productos Agroindustriales para Exportación sub-comité Café publicó el 3 de noviembre de 2001 la Norma Técnica NTP 209.027: que establece los requisitos de café verde aplicables a su comercialización. comercialización.
Tabla 2.Clasificación del café verde
Grado 1
Grado 2
Grado 3
Descripción General Compuesto de grano de café lavado de cosecha nueva, sumamente bien desarrollado y preparado. Café mantenido en buena forma, homogéneo, estrictamente producido en zona alta, de olor intensamente fresco y color homogéneo. Bueno a excelente calidad de taza, cumpliendo con todos los requisitos específicos de sabor. Humedad:10% Defectos: Máximo de número de defectos: 15 Descripción General Compuesto de grano de café lavado de cosecha actual. Café de altura, de olor fresco y color homogéneo. Buena calidad de taza. Sin embargo, no cumple con los requisitos de sabor de un café de Grado 1. Ausencia de características típica, incapaz de caracterizar mezcla Humedad:10%-12,5% Defectos: Máximo número de defectos: 23 Descripción General Compuesto de grano de café lavado y/o natural de periodo de la cosecha actual. Calidad mediana de taza. Café cuya calidad original hasta cierto punto ya ha empezado a deteriorarse por ejemplo no siento completamente fresco y/o bien preparado. Café que hasta cierto punto le falta característica de sabor básico (debido al tiempo de la cosecha o café de zona baja), sin llegar a ser claramente defectuoso. Humedad:10%-12,5% Defectos: Máximo número de defectos: 30
Grado 4
Descripción General Todos los cafés lavados y naturales que han sido afectados por el deterioro de envejecimiento (cosecha vieja/pasada) o deterioro por mala preparación, almacenamiento inadecuado inadecuado y/o deficiencias en el transporte, mostrando sabor a madera o sabores similares no deseados a una magnitud moderada. Humedad:Máximo-13% Defectos: Máximo número de defectos: 35
Grado 5
Descripción General Cafés lavados y naturales que exhiben defectos de sabor como por ejemplo sabor fermentado, mohoso, terroso, fenólico, suavemente viejo, etc. Cafés que excedan la máxima cantidad de defectos de taza t aza permitida según las especificaciones. especificaciones. Humedad: Máximo 13% Defectos: Máximo número de defectos: 40
Fuente: Norma Técnica Peruana Café Verde . 1
3.2. Selección y limpieza del grano Es frecuente que el grano de café (verde) no esté limpio cuando se empaca para su transportación; aún más, los sacos pueden romperse y acumular polvo y otras ot ras impurezas durante el transporte. 1
NTP 209.027. 2001. Lima Perú
El café recibido en la planta de tueste debe estar razonablemente limpio, pero, en la práctica, se encuentran tantos materiales extraños (clavos, monedas, botones, piedras, etc.) como contaminantes ligeros; por ejemplo: astillas de madera, trozos de cordel, paja, maíz, y granos de naturaleza varia; todo esto, claro está, debe removerse (Illi E, 1982). Entonces, la materia de cierto volumen se remueve con una malla provista de agujeros adecuados para permitir únicamente el paso del grano; la materia ligera, por medio del aire. Este último método es el más utilizado desde 1970 (Amorim y col., 1974). Basándonos en el mecanismo de una limpiadora convencional; por ejemplo, en una de la B.F. Grump Company, podemos plantearlo de la manera siguiente. El grano de café alimentado a la máquina se distribuye en una hendidura longitudinal sobre el valle de dos tambores rotatorios con receptáculo, enseguida el grano entra en éste y resbala debajo de una cortina de hule, a medida que el receptáculo del alambre, cordel y otros, no pasan la cortina de hule y se mantienen en el valle del tambor, hasta su descarga por el extremo inclinado inferior, el grano que pasa por el limpiador, sale del receptáculo y cae en una malla giratoria; las partículas pequeñas y el grano quebrado pasan por los agujeros que tienen el mismo diámetro que los del cilindro tostador (3/16’’)
(Mayen,
2003). En líneas generales sólo una fracción de uno por ciento de la pérdida consecuente de la limpieza del grano. Ocurre en los países importadores consumidores de café, sin embargo, tal porcentaje aumenta cuando el grano es de grano inferior; de ahí la importancia de mantener registros adecuados de las pérdidas no usuales en la limpieza, ya que identifican tanto el lote como al vendedor (Mayen, 2003).
3.2.1. Transporte del grano mediante presión del aire Dado que el grano verde es dos veces más compacto que el tostado, es menester mayor velocidad de aire, (por ejemplo: más aire en un ducto determinando) para transportar el grano verde. Por lo tanto, la necesidad de fuerza motriz es mayor en este sistema que en los de hélice o elevadores; pero la inversión inicial, en cambio, es menor que la exigida por los dos últimos mencionados, la elección depende de factores diversos: distancia, elevación requerida, tortuosidad de la vía y espacio disponible; sea el caso un sistema de transporte mediante presión de aire, el cual se prefiere en condiciones de espacio reducido, por cuanto la tubería no ocupa mucho lugar (Mayen, 2003).
3.2.2. Pesado del grano El grano de café se pesa buen número de veces hasta su ingreso en la planta de tueste, los sacos, habitualmente, se pesan cuando ingresan en la planta, así como antes de almacenarlos, por razones de control y verificación de los documentos. Se pesan también al retirarlos de la bodega y antes de someterlos al proceso de limpieza; en este último caso se registra, además, la diferencia de peso consecuente de la limpieza y tueste. Esta varía según el tipo de café, en tipos iguales en ocasiones diferentes, y en especial conforme el grado de tueste. Los sacos se pesan en plataformas a nivel del suelo. Se establece el peso bruto de los embarques en camión, pesando éste en una báscula antes y después de descargarlo.
3.3. Proceso de tostado del café Es el proceso térmico al cual se somete el café verde durante un cierto tiempo, provocando en en el grano una serie de importantes importantes cambios físicos y químicos, químicos, y donde se desarrollan los compuestos responsables responsables del aroma y del sabor. Dependiendo del punto de tueste, la bebida de café resultante será diferente desde el punto de vista fisicoquímico fisicoquímico y organoléptico. organoléptico. La torrefacción de los granos de café verde se realiza esencialmente en tres etapas. A medida que la temperatura de los granos de café es aumentada por acción del calor, estos primero se secan, luego se tuestan y posteriormente se apagan o enfrían. La primera etapa es el secado de los granos de café verde, la cual normalmente toma el 80% del tiempo total de la torrefacción a temperaturas que van de los 125°C a los 187°C. En la segunda etapa, ocurre la pirólisis (fragmentación térmica de las moléculas grandes en ausencia de oxígeno) en el grano de café. Esta consiste en una reacción exotérmica espontánea que ocurre internamente en el grano a altas temperaturas en un periodo de tiempo tiempo aproximado inferior a un minuto y se caracteriza caracteriza por la crepitación crepitación de los granos de café. Esta etapa depende de hasta donde se quiera llevar el proceso de pirólisis (el grado de tostión deseado). deseado). Se presenta entonces un aumento de la energía calorífica del sistema, debido al carácter exotérmico de las reacciones, alcanzando temperaturas cercanas a 200°C (Mayorga, 2011). Estas temperaturas generan profundos cambios fisicoquímicos en el grano de café, originando su sabor y aroma característicos. La tercera y última etapa es la de enfriamiento, en la cual se detiene la reacción de la pirólisis en el café. Tan pronto como es alcanzado el grado de tostión deseado, se debe
interrumpir la pirólisis rápidamente haciendo descender la temperatura a valores muy por debajo de ésta; es decir de 220°C. Se puede realizar de dos maneras: la primera consiste en hacer pasar una corriente de aire fría alrededor de los granos ya tostados, y en la segunda se realiza una aspersión de agua directamente sobre los granos (proceso conocido como quenching) (Mayorga, 2011). El ácido cloro-génico, 7 1/2 por ciento en el grano verde, y ligeramente menor en el inicio de la pirólisis, cae a 4 por ciento en el grano tostado. El pH de los extractos de la bebida, 6 por ciento en el grano verde, verde, cae en forma gradual gradual a unos 5.5 en el inicio de la pirólisis, y luego deviene unos 4.9 4.9 en los tuestes tuestes de café ligero ligero (Mayen, 2003).
3.3.1. El calor en la torrefacción El aumento de la temperatura da lugar a las siguientes modificaciones en el café verde. Tabla 3. Efecto de la temperatura en la torrefacción
Temperatura Temperatura ºC Hacia los 100 100 - 130 130 - 180
180 - 230
230 - 270
Efecto en el grano Volatización del agua; el color verde de los granos comienza a virara a amarillo. Se manifiesta la desecación y pérdida del agua ligada por el desprendimiento de vapor de agua. Evaporación del agua; el grano toma una coloración castaña Se va acentuando hacia los matices pardos más o menos oscuros. Hay reacciones de reducción de azúcares y aminoácidos Comienza a desarrollarse, como producto de la pirolisis el dióxido de carbono, aldehídos, cetonas, éteres, ácidos acéticos, metanol, aceite vegetal, vapor glicerol etc., que son volatizados en el grano. El café aumenta su volumen, hay una pérdida en el peso del grano y se desarrollan en pleno todo su sabor y aroma Los desprendimientos de humos se acentúan, los granos se ennegrecen y se tornan mates; su volumen ya no aumenta, su aroma desaparece por completo y se dice que los granos están carbonizados.
Fuente: Monteux 1997 Cabe mencionar respecto al proceso del tostado por lo menos el 50 por ciento del calor que entra en el grano, lo hace por contacto con el cilindro caliente, más 10 - 15 por ciento que lo hace por radiación. En consecuencia, el grano en un cilindro rotatorio convencional recibe menos calor que en una tostadora continua, en la cual el 90 por ciento de la transferencia se efectúe por medio del contacto del aire con el grano.
El rango de temperatura para la torrefacción está situado entre 185 y 240°C, siendo la temperatura óptima para la torrefacción la comprendida entre 210 y 230°C. Por encima de esta temperatura se inicia la sobre torrefacción del grano que ocasiona una carbonización sobre éste.
3.3.2. Tiempo de torrefacción En el proceso de torrefacción, el tiempo es una variable muy importante ya que de la relación tiempo temperatura, se origina el sabor y aroma característico del café tostado. El proceso de torrefacción se puede realizar en un tiempo de 2 a 20 minutos según el equipo de torrefacción que se esté utilizando. Es así como en una torrefacción convencional el tiempo de torrefacción es de 15 a 20 minutos y en una torrefacción en lecho fluido es de 4 a 6 minutos mi nutos o menos. (Mayorga, 2011). El tiempo en el proceso de torrefacción, está determinado por la reacción pirolitica en el grano; en donde el grano alcanza la totalidad de su expansión celular, desarrolla su sabor y aroma característica.
3.3.3. Cambios físicos del grano
Pérdida de peso : debida principalmente a la pérdida de humedad del grano.
Incremento en volumen : el café aumenta su volumen hasta el doble del original, este aumento volumétrico de los granos se inicia en un rango de temperatura entre 180 – 220°C. 220°C. La expansión de los granos es ocasionada por el almacenamiento almacenamiento del CO2 dentro de los l os granos, generando una presión interna de 5.5 a 8 atmósferas y aumentando el volumen de los granos en 40 a 60 %, con extremos del orden del 30 y 100%. La intensidad del fenómeno depende de factores como: el contenido inicial de humedad en el café verde, la calidad de la materia prima y de la temperatura en la torrefacción.
Color: el cambio de coloración en el grano varía radicalmente a lo largo de la torrefacción y depende de la intensidad y duración del proceso. El grado de tostión del café se determina cualitativamente por el color. El origen y las propiedades del café, pueden influir en las tonalidades obtenidas durante la tostión. En términos generales, cuanto más claro sea el color, menos tostado, el sabor será más suave, más ácido y menos amargo. Cuanto más oscuro más tostado, el sabor será más fuerte, menos ácido y más amargo.
Textura interna : cuando se produce la expansión de los granos, ocurre también una crepitación en donde estos comienzan a abrirse produciendo un sonido similar al del maíz pira, debido a la presión ejercida por los gases dentro del
grano. La crepitación es el punto donde el café alcanza su mayor aroma, aumenta de volumen, pierde peso, adquiere una textura porosa y se rompe fácilmente al aplicar presión sobre la superficie.
Cambios en la densidad : debido al proceso de torrefacción el grano de café sufre un aumento en el volumen, ocurriendo un cambio sensible en la densidad, esta propiedad es un determinante en la selección posterior de los empaques. La densidad depende de factores tales como: su origen, procedencia, calidad del café, grado de torrefacción y tipo de molino utilizado.
3.3.4. Cambios químicos en el grano
Agua: el agua “libre” del grano se evapora. Además, el agua generada en las diferentes reacciones químicas que suceden durante la torrefacción, también se evapora en su gran mayoría. Sin embargo el grano queda con 1 – 3% de humedad al final.
Minerales: no se presentan cambios apreciables. Nótese sin embargo que su concentración concentración relativa aumenta, en razón de la pérdida de humedad.
Sustancias Nitrogenadas: Nitrogenadas: su contenido en el grano tostado es casi idéntico a la del grano verde. Algunos de estos compuestos nitrogenados volátiles contribuyen en forma apreciable al complejo aroma de café.
Lípidos (Grasas y aceites): estos compuestos del café poco cambian durante la torrefacción, solamente a temperaturas extremas, salen a la superficie los alquitranes. La función primordial de los aceites es disolver el aroma y servir como agente aromatizante
Aminos y carbohidratos : Los grupos amino suministran gran parte del nitrógeno que se incorpora a los volátiles del aroma del café tostado. Los aminoácidos estables que aumentan son: alanina, ácido glutámico, glicina, leucina, fenilalanina y valina. Los aminoácidos sensibles disminuyen: arginina, cisteína, serina y treonina. Los oligosacáridos desaparecen convirtiéndose primero en azúcares simples. Posteriormente los azúcares son transformados, son excepción, a las diferentes temperaturas de tostación, a causa de la reacciones de Maillard. Los carbohidratos contribuyen como agentes de unión del aroma de la bebida del café.
Ácidos: se forman a partir de los carbohidratos que sufren una descomposición térmica a ácidos carboxílicos, estos se degradan y volatizan, produciendo ácidos
volátiles y CO2. Entre los ácidos presentes están: los clorogénico, el acético, el cítrico y el málico. Los ácidos clorogénicos (fenólicos no volátiles) constituyen el 7% y se pierden entre un 8% y 10% (en base seca). De los otros ácidos se originan pérdidas similares. Al comienzo de la tostación (177°C) se forman ácido acético y fórmico que salen del grano, mientras que los ácidos clorogénicos comienzan a descomponerse. El ácido nicotínico es emanado casi en su totalidad después de tostado el café por degradación de la trigonelina (alcaloide). Los ácidos contribuyen al desarrollo del sabor, olor y aroma de la bebida final.
Cafeína: el café verde tienen ti enen dependiendo dependiendo de la especie entre 1 a 2% de cafeína. Un 10% se pierde, pero después de tostado su contenido sigue igual debido a que las pérdidas de peso son insignificantes. Solamente cuando se realizan tostiones muy altas, hay pérdidas apreciables de cafeína.
Componentes Volátiles: la composición en volátiles depende de especie y variedad de cultivo, beneficio agrícola, almacenamiento en verde, equipo de torrefacción y grado de tostión. Constituye solo un 0.1% en peso de café tostado. Hay más de 1000 compuestos volátiles, que varían de acuerdo al grado de tostión.
Componentes Fenólicos: disminuyen apreciablemente. Su descomposición origina la liberación de la cafeína.
Alcaloides: son afectados en forma diferentes; la cafeína es parcialmente volatilizada (sublimación), mientras que la trigonelina se descompone parcialmente produciendo produciendo piridina y ácido nicitínico.
Dióxido de Carbono (CO2): durante el proceso de torrefacción, se produce CO2 gaseoso como producto de la pirólisis. Cerca del 2% del CO2 generado es retenido dentro del café tostado. La cantidad de CO2 generado depende del grado de torrefacción, del origen y del contenido de humedad inicial del café verde.
3.3.5. Gases liberados durante la torrefacción
Por el grano de café : El humo o gases que provienen de la torrefacción contienen vapor de agua, dióxido de carbono, cafeína, compuestos con olor, partículas sólidas (la película plateada se desprende del café durante la torrefacción) y aerosoles tales como gotas de aceite coloidal y alquitrán. Todas estas partículas forman una bruma que se dispersa a causa del viento,
representando un problema de contaminación atmosférica. La composición porcentual en volumen de los gases depende de varios factores, tales como: la clase de operación (si es continua o por lotes), las características del equipo, la temperatura y el tiempo.
Por la combustión durante la torrefacción. Los gases eliminados están compuestos por: dióxido y monóxido de carbono, nitrógeno, oxígeno, óxido de azufre y partículas.
3.3.6. Equipos de torrefacción Una tostadora básicamente consta de las siguientes partes: tolva de Alimentación, cámara de combustión, cámara de torrefacción, cámara de enfriamiento o basca y salida de humos. Las tostadoras de tambor horizontal son las más usuales debido al contacto de las paredes del equipo con el grano; las tostadoras de lecho fluidizado cuentan con un sistema de precalentamiento de aire el cual es puesto en contacto con el grano. En la actualidad los equipos de torrefacción aplican simultáneamente la conducción, la convección y radiación del calor disminuyendo los tiempos de torrefacción y aumentando así la capacidad de los equipos.
3.4. Enfriamiento (quenching) El Quenching (apagado) es un proceso de enfriamiento ampliamente difundido para el café recién tostado, que se realiza mediante una fina aspersión de agua fría y pura. El Quenching busca suspender rápidamente las reacciones exotérmicas disminuyendo la temperatura del café por debajo de 150 ºC. El Quenching no busca ganar peso, pues la humedad hace envejecer rápidamente el café tostado. El Quenching entre otros produce los siguientes si guientes cambios:
Aumenta la tonalidad oscura del café.
Mejora las características friables (molienda) del café, produciéndose una molienda más uniforme.
Sucede una especie de "templado", cerrándose los poros y ayudando a conservar el aroma.
Cuando el café es muy ácido, disminuye la acidez.
Si se realiza Quenching, se deben cumplir los siguientes requisitos: 1. Utilizar agua pura, las impurezas existentes en ella contaminan el café.
2. Utilizar como máximo 8% de agua (8 litros agua/100Kg de café verde). 3. Realizar la operación mediante una fina aspersión de agua en el último momento de la tostación, a razón de 0.5-1.0 litro/segundo.
3.5. Molienda Después de desarrollar el sabor del café por medio del tostado, es deseable extraer eficientemente los componentes solubles y volátiles del café tostado, los cuales son los causantes del sabor y aroma de éste. La extracción puede ser más completa, con un rendimiento más alto de sustancias solubles y más rápidas por medio del quebrantamiento de los granos tostados enteros a pedazos solubles y más pequeños. Mientras más molido esté el grano, más grande es la la superficie que expone para la liberación de CO2 y la absorción de agua caliente, acortando al mismo tiempo la distancia del centro de cada partícula a su superficie, reduciendo de esa forma la distancia de difusión para las sustancias solubles del grano (Illi E, 1982). Grandes superficies expuestas incrementan la cantidad de sustancias coloidales libre disueltas en agua, o suspendidas; muchas de éstas sustancias son carbohidratos de alto peso molecular o lípidos. Así el molido fino no sólo aumenta la eficiencia de la extracción sino que también altera la naturaleza de las sustancias solubles y coloides, haciéndolos más miscibles, cambiando desde luego el sabor. Molienda es un término que significa reducción del tamaño de las partículas de una sustancia por estrujamiento a presión, raspado, rallado, cortado, rasgado o cualquier otro proceso. Lo que más trabajo lleva en la molienda es lograr grandes superficies de exposición más que llegar a un tamaño de partícula deseado. El total de la superficie por unidad de peso de sustancia está en proporción inversa al diámetro de las partículas. Por lo que la forma más sencilla de obtener estas superficies de exposición es obtener partículas de diámetros, suficientemente, pequeños, pequeños, para los propósitos de extracción. La reducción de tamaño ocurre en pasos progresivos, no siendo factible lograr una reducción de tamaño de una partícula muy grande de un solo paso. Por otro lado, en cualquier proceso de reducción de tamaño, no es posible uniformidad en el tamaño de las partículas; por lo que el objetivo es la mejor uniformidad posible en el tamaño de las partículas reducidas. Desde ya, deben diferenciarse la preparación del material para su extracción industrial y la preparación de café tostado y molido, para su utilización directa (Mayen, 2003).
Para realizar una adecuada molienda el café debe presentar una consistencia dura y quebradiza, ya que un contenido de humedad en el café tostado por encima del 5 - 6% le hace perder fragilidad, lo cual dificulta una molienda eficiente; los cafés tostados claros son tenaces y duros no rompen tan fácilmente como los granos tostados de color oscuros y quebradizos (Mayorga, 2011).
3.5.1. Granulogía El café molido fácilmente absorbe la humedad atmosférica y es un buen desecante. En una evaluación de la naturaleza del café tostado durante el proceso de molido es deseable considerar las propiedades del grano, es decir: contenido de humedad, grado de testamento, dureza, flexibilidad, esfuerzos, resilencia, fibra, gragilidad, tamaño de partícula y desarrollo desarrollo del sabor (Hodge, (Hodge, 1967).
3.5.2. Molino de fresas Son los anillos dentados, con ángulos y perfiles responsables de triturar el café a base de atraparlos entre ellos y girar a gran velocidad uno contra el otro. El principio de funcionamiento es por corte, compresión y abrasión y, teóricamente, el café a moler pasa una sola vez por las muelas. Eso sí, para facilitar esta operación, los expertos recomiendan que el grano sea quebradizo, cualidad que conserva con humedades inferiores al 5%. Por encima, la molienda se vuelve dificultosa (Cuadras, 2012). En el mercado existen dos tipos de molino en función de las fresas utilizadas. El molino de fresas planas y el molino de fresas cónicas. Los primeros están equipados con dos discos dentados y posicionados de forma contrapuesta. La fresa inferior está fija al eje del motor, que gira a velocidades muy altas, entre 900 y 1.400 revoluciones por minuto. Esta velocidad favorece el calentamiento, no sólo de las muelas del molino, sino también del propio café. De hecho, la mayoría de voces expertas están de acuerdo que si la temperatura de molido supera los 50ºC, los aromas y calidad del café pueden quedar alterados. Los molinos de fresas cónicas, son los que utilizan un par de fresas desiguales que se introducen una dentro de otra. La menor, de forma troncocónica, se monta solidaria sobre el eje del motor y se introduce dentro de la otra, de forma cilíndrica en el exterior y troncocónica en el interior. Esta segunda permanece siempre fija durante la operación de molienda. La velocidad del motor en este caso no suele ir más rápido de entre 400 y
500 rpm, lo que reduce notablemente el problema de calentamiento, permitiendo además, moler más cantidad de café sin tener t ener que detener la operación (Cuadras, 2012). Dependiendo de la forma en que estos ángulos giren contra los otros, de la dirección de las canales con respecto al eje y de otros varios factores, se obtendrán moliendas con tendencia a los gruesos o a los finos, como observamos en la tabla 4. Tabla 4. Ilustraciones de los diferentes resultados r esultados de molienda
Factor /Tipo Diámetro de rodillo Estrías Angulo de las estrías Profundidad de las estrías Giro Posición de las estrías Abertura de molienda Presión entre los rodillos Rompimiento preliminar Potencia Fuente: (Mayorga, 2011)
Molienda Gruesa Intermedio Gruesas Grande Profundas Poco Filo contra filo Grande Baja Suave Baja
Molienda Fina Grande Finas Pequeño Planas Mucho Posterior contra posterior Pequeña Alta Fuerte Alta
En esta operación es importante que la alimentación del café al equipo sea uniforme a lo largo de la apertura de molienda. Al igual que en los molinos de discos, las piezas de los molinos de rodillos se calientan debido a la fricción y, a niveles industriales en donde se manejan grandes volúmenes, se pueden alcanzar temperaturas del orden de los 100 °C, lo que provoca daños al café debido a la pérdida de volátiles. Para subsanar esta desventaja, algunos molinos de rodillos, además de estar divididos en secciones, están equipados con un sistema de enfriamiento con agua. Un molino con una capacidad de 1500 Kg/h consume de 20 a 25 KW de energía y requiere un flujo de agua de enfriamiento de 450 l/h.
3.6. Empaque Excluyendo el empaque de café verde, en bolsas de polipropileno, existen tres formas de presentación del café al ser empacado: tostado y molido. Para estas presentaciones se puede encontrar un gran número de materiales que pueden ser utilizados utili zados para contener el café según sea el caso de su presentación; de manera general podríamos mencionar: flexibles (empaques cuya familia sean polímeros, papeles, laminados, etc), metal y vidrio. Generalmente ningún material plástico posee todas las características necesarias para cumplir su función de barrera y protección como empaque por esta razón se combinan varios de ellos para formar un material complejo o laminado que reúna las propiedades
más importantes de sus componentes. Usualmente se combinan dos o tres películas plásticas simples, dejándose dejándose en el interior en contacto contacto con el producto una una impermeable, inatacable y fácilmente termosellable; para las capas externas se usan materiales de buenas propiedades mecánicas, de fácil impresión. El aluminio o una película metalizada se utilizan generalmente como lámina central. La permeabilidad es básica para establecer la capacidad capacidad de barrera de una película. película. Las constantes constantes de permeabilidad dependen de la estructura química del polímero, de su morfología, densidad y grado de cristalinidad (Mayorga, 2011). El empaque flexible más usado para empacar café es la bolsa ya sea de fondo f ondo plano que se pueda parar o de tipo sobre sin fondo plano. En la siguiente tabla 5 puede observar algunos de los materiales empleados para café tostado y molido con el nombre que comercialmente se le conoce a cada estructura. Tabla 5. Materiales empleados para café tostado y molido
Marca Sigla Nombre Comercial 1 BOPP BOPP 2 BOPPMET + PE BOPPMET 18 + PE 36 3 PET + PPCO - SE PET 17 + PPCOEX SELL 24 4 P. TRIPLEX PAPEL + PAPEL GREASE 5 PVC + PE PVC + PE 6 BONYL + AL + PE BONYL + FOIL 24 + PE 74 VACIO 7 BOPP + PEBD BOPP + PAPEL + PE 8 PET + PEBD PET 24 + PEBD 42 VACIO Fuente: (Mayorga, 2011). Es importante tener en cuenta que el café tostado y molido, siendo un producto perecedero requiere requiere de un empaque empaque que:
Baja tasa de transferencia de humedad
Excelente barrera contra el oxígeno
Impermeable a la grasa
Impermeable a olores y aromas
Ligera permeabilidad al dióxido de carbono
Durabilidad (resistencia al manejo y embalaje)
Habilidad mecánica de formar bolsas o paquetes en máquinas llenadoras
Bajo costo
3.6.1. Factores a considerar en la selección del empaque a. Humedad: El café tostado y molido tiene un bajo contenido de humedad menor al 3% que es el nivel óptimo de humedad del café tostado y molido, cuando este
porcentaje está fuera del rango se produce autoxidación, pérdida del sabor, del aroma y enranciamiento; aunque el enranciamiento también puede producirse por debajo del 5% de humedad. Además del riesgo de crecimiento de hongos y levaduras.
b. Oxígeno: Teniendo en cuenta el contenido de grasa y el área superficial del café tostado y molido, la acción del oxígeno provoca oxidación y posterior rancidez del producto, lo cual depende de la cantidad de aire (espacio de cabeza) en la bolsa en el momento de sellado, la temperatura de almacenamiento, contenido de humedad y grado de tostión.
c. Oxidación del café tostado y molido durante el almacenamiento : Durante el proceso de torrefacción del café es de esperar que varias de sus moléculas orgánicas, que en general tienen estructuras bastantes complejas (por ejemplo proteínas, ácidos grasos, etc.), se rompen dando origen a la formación de electrónicos no apareados, lo que les da propiedad de una gran reactividad. Debido a las reacciones pirolíticas, se producen radicales libres en el café tostado, sirven como indicadores de cambios químicos en los cuales son involucrados.
d. Temperatura: La temperatura inadecuada de almacenamiento, combinada con un contenido elevado de humedad y oxígeno ayudan a deteriorar la calidad del café tostado y molido. Se recomienda almacenar el café en el rango de temperaturas de refrigeración para inhibir reacciones de deterioro e incrementar el tiempo de vida útil.
e. Liberación de gas carbónico: El café tostado emite dióxido de carbono (CO 2) además de otras sustancias, estas junto con el dióxido de carbono son perjudiciales no solo para el café que se encuentra allí empacado sino también para la bolsa como tal, una vez que dichos gases se han acumulado en la bolsa pueden hacer que la misma se hinche lo que puede tener como desenlace la explosión de la bolsa. Como mecanismos para prevenir el daño del café, por eso insertaremos una válvula desgasificadora desgasificadora que permite que dichos gases y dióxido de carbono sean expulsados de la bolsa.
3.7. Diagrama de flujo El diagrama de flujo es una secuencia de operaciones que van desde el ingreso de la materia prima a la plata hasta su salida como producto terminado y subproductos, cada una de las etapas se describe a continuación en la figura 2.
CAFÉ PERGAMINO
RECEPCION ALMACENAMIENTO PESADO
PILADO
Fuente de calor
Cascarilla de café
SELECCIONADO
Café descarte
TOSTADO
Vapor de agua
ENFRIADO DESPEDRADO MOLIDO
EMPACADO SELLADO
ENFARDADO
ALMACENADO Figura 2. Diagrama de flujo para la producción de café tostado y molido
