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 HUMEDA

DESPULPADO

LAVADO

FERMENTACIÓN

SECADO

CAFÉ 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

BIBLIOGRAFÍA

ALMACAFÉ. MLC-I-006. Café pergamino – café excelso determinación de

humedad.

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.

CLARKE, R. Coffee, Chemistry. Vol. 1. Gran Bretaña: 1985. 10-15 p.

-------- Coffee, Tecnology. Vol. 2. Gran Bretaña: 1985.35-52p

COSTE, Rene. El café. Barcelona: Ed. Blume, 1963. 204-205 p.

DELGADO, Carlos. El libro del café. Madrid: Alianza Editorial, 1997. 86-88 p.

FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Compendio de

Normas de Calidad para la Exportación de Café Verde y Procesado. 22-52 p.

-------- Quality Assurance of Colombian Coffee. ALMACAFÉ S.A.1998.

-------- Torrefacción o tostada del café. En: Revista Cafetera de Colombia. Bogotá.

Vol. 4, No. 38 (mayo - junio 1932) 1470-1473 p.

122

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. 20-21 p.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Tesis

y otros trabajos de grado. Bogotá: ICONTEC. , 2001. NTC 1486.

--------Café tostado en grano y tostado y molido. Determinación del grado de

tostación. Bogotá: ICONTEC. NTC 2442.

--------Café Tostado y Molido. Determinación del contenido de humedad. Método

por determinación de la pérdida en masa a 103 °C (método de rutina) . Bogotá:

ICONTEC. NTC 2558

--------Café Verde y Tostado. Determinación de la Densidad a Granel por Caída

Libre de los granos enteros. (Método de rutina). Bogotá: ICONTEC. NTC 4607 .

--------Café Tostado y Molido. Método para la determinación de densidad por

compactación. Bogotá: ICONTEC. NTC 4084.

--------Determinación del rendimiento de la extracción y de los sólidos solubles en

la bebida del café. Método por goteo directo. Bogotá: ICONTEC. NTC 4602-1.

--------Determinación del rendimiento de la extracción y de los sólidos solubles en

la bebida del café. Método por contacto directo. Bogotá: ICONTEC. NTC 4602-2.

LOPEZ, E. M. Extracción de aceite esencial a partir de café brocado. Manizales,

Universidad Nacional de Colombia, 1997.

123

MACILLAS, Andrea del Pilar. Café orgánico. Caracterización, torrefacción y

enfriamiento. Bogotá: Tesis Ingeniería Química Universidad América, 2000. 52-

58p.

MENDENHALL, William. Probabilidad y Estadística para Ingenierías y Ciencias.

México: Ed. Prentice Hall, 1997. 39-41p.

MICROSOFT ENCARTA 96. Enciclopedia [CD-ROOM]

MONTGOMERY, Douglas. Diseño y Análisis de Experimentos. México: Grupo

Editorial Iberoamérica 1991. 1p.

MUÑOZ, Torres Juan Carlos. Actividad Enzimática de la polifenoxidasa en la

caracterización y almacenamiento de café verde. Bogotá: Tesis Ingeniería

Química Universidad América, 2000. 20-26 p.

PARDO, Pardo Adriana Idali. Contribución al estudio fisicoquímico del café

durante el proceso de torrefacción. Bogotá: Química farmacéutica, Universidad

Nacional de Colombia, 1990.

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. 16-44 p.

PEREZ, Floréz Fernando. Practicas de ciencia de los alimentos. Editorial Acribia,

España, 1989.

SALCEDO, Pacheco Liliana, Propiedades Térmicas del café en el proceso de

torrefacción. Bogotá: Tesis Ingeniería Química, Universidad América, 1996. 11-

13p.

124

SIVETZ, M. Coffee Processing Technology. Londre: AVI Publishing, 1979. 10p.

SOTO, María Alexandra. Influencia de la humedad inicial y el tiempo de

crepitación sobre las características química, físicas y organolépticas del café

tostado. Bogotá: Tesis Ingeniería de Alimentos, Universidad Jorge Tadeo Lozano,

1992. 7 p.

SPIEGEL, Murray. Estadística, serie de compendios Shaum. Cali, Colombia: Ed.

Mc Graw Hill 1978. 27-31 p.

STUDEMANN, Hans. Ensayo de materiales y control de defectos. Ediciones

URMO, Bilbao.

TECNOLOGÍA DE PRODUCTOS AGRÍCOLAS. Ed. Terranova. 227-232 p.

URIBE, Uribe Rafael. Torrefacción y venta del café. Bogotá: vol 25, No. 162,

1982. 32-39p.

125

ANEXOS

126

Anexo A. Algunos equipos utilizados en el laboratorio

127

128

129

130

131

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