Cafe, Super Chevere

7/27/2019 Cafe, Super Chevere

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CARACTERIZACIN FSICA DE CAF SEMITOSTADO

YENNI ALEXANDRA PRIETO DUARTE

FUNDACIN UNIVERSIDAD DE AMRICA

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

BOGOT D.C.

2002


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CARACTERIZACIN FSICA DE CAF SEMITOSTADO

YENNI ALEXANDRA PRIETO DUARTE

Proyecto de grado para optar el ttulo de

Ingeniera Qumica

DirectorDANIEL GABRIEL ACUA PRIETO

Fsico

CodirectorDELIO RODRIGO ALARCN SUAREZ

Ingeniero Qumico

FUNDACIN UNIVERSIDAD DE AMRICA

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

BOGOT D.C.

2002


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Nota de aceptacin

_______________________________

_______________________________

_______________________________

_______________________________

Presidente del Jurado

_______________________________

Jurado

_______________________________

Jurado

Bogot D.C., 16 de abril de 2002


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DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD

Presidente Institucional y Rector del Claustro

Dr. Jaime Posada

Vicerrector de Desarrollo y Recursos Humanos

Dr. Luis Jaime Posada

Vicerrectora Acadmica y de Postgrados

Ing. Ana Josefa Herrera

Decano Facultad de Ingenieras

Ing. Hugo Cceres

Director Ingeniera Qumica (e)

Ing. Hugo Cceres


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Emprende todo lo que puedes hacer

o hayas soado que puedas hacer.

El arrojo lleva consigo genio, fuerza y magia..

Goethe

A mis padres

Gracias, simplemente gracias

hoy, maana y siempre,

por apoyarme en la lucha

para alcanzar mis ideales .

YENNI PRIETO


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AGRADECIMIENTOS

La autora expresa sus agradecimientos a:

Luis Fernando Hernndez, Estadstico de la Oficina de Calidad de Caf

ALMACAF, por sus valiosas orientaciones en el desarrollo del diseo

experimental, por su gran disposicin y respaldo durante el proyecto.

Daniel Gabriel Acua Prieto, Fsico, Coordinador II del Laboratorio Central de

ALMACAF y Director de este proyecto por su aporte en la parte experimental y

por tenerme en cuenta para la ejecucin de este proyecto.

Delio Rodrigo Alarcn Surez, Ingeniero Qumico, Analista II de Evaluacin y

Control de calidades de ALMACAF y Codirector de este proyecto, por sus

valiosos aportes tcnicos, enseanzas y orientacin.

Doctor Edgar Moreno Gonzlez, Qumico y Director de la Oficina de Calidad de

Caf ALMACAF, por permitir desarrollar el proyecto en dicha entidad.

Al personal del laboratorio, por su gran colaboracin, en especial a MaritzaSurez, Diana Gutierrez, John Fredy Mora y Danilo Morales por su respaldo y por

ponerle color y humor a la vida en los momentos difciles.


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Julio Cesar fuentes, Ingeniero Qumico y Profesor de la Universidad Amrica por

su colaboracin para la ejecucin del proyecto.

Carolina Torres, Ingeniera Qumica, por su respaldo en la bsqueda y ejecucindel proyecto.

A mis amigos, Carlos Tibamosca, Jacqueline Villalobos, Daniel Ramrez, Nohora

Rodrguez, Sandra Leyva, Angelica Guerrero, Diana Mart, Wilber Martnez, Paola

Micn y Vivian Villamizar, por su amistad, apoyo incondicial durante toda la carrera

y por brindarme respaldo en los momentos difciles al no dejarme desfallecer.

A mis abuelos, tos y primos por su respaldo en la culminacin de este proyecto y

por su constante motivacin.

A mi hermano, por su colaboracin y comprensin para la terminacin de este

proyecto.

A todas las personas que de una u otra manera ayudaron, aportaron, colaboraron

y permitieron que este logro se hiciera realidad.


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GLOSARIO

Beneficio: Consiste en someter a la cereza de caf madura a una serie de

operaciones para obtener el caf verde materia prima para el proceso de

torrefaccin.

Caf: Es una semilla procedente del rbol del cafeto, perteneciente a la familia de

las Rubiceas y al gnero Coffea.

Caf Cereza: Es la baya de caf tal cual ha sido recolectado del rbol cuando ya

ha alcanzado su adecuado grado de maduracin.

Caf Pergamino: Grano de caf envuelto en el endocarpio (pergamino).

Obtenido despus de la etapa de secado en el proceso de beneficio.

Caf Semitostado: Caf con cierto grado de tostin (entre verde y tostado), para

eliminar posibles microorganismos presentes inicialmente, que pueden afectar las

propiedades del mismo y del producto final. Producto considerado materia prima al

no estar listo para su consumo.

Caf Verde: Es el resultado de someter la cereza de caf madura al beneficioretirando el exocarpio, el mesocarpio y por medio de la trilla el pergamino,

quedando as la almendra nicamente

Densidad Aparente: Se define como la relacin de la masa por unidad de

volumen ocupado de un material slido y se expresa en g/l kg/m3.


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Despasillado: Proceso manual en el cual se retiran los granos defectuosos,

material extrao e impurezas del caf verde.

Despulpado: Remocin de la pulpa de consistencia mucilaginosa que cubre alcaf.

Dureza: Es la capacidad de un slido de resistirse a la deformacin o fractura de

su superficie. Esta relacionada con la fuerza, que es la encargada de vencer dicha

resistencia.

Excelso: Caf debidamente seleccionado y que cumple con los lmites de control,

nico caf exportable.

Fermentacin: Proceso en el cual se eliminan las trazas que quedan de

muclago despus del despulpado.

Grano Defectuoso: Este trmino es utilizado en el mbito comercial para

describir el factor de calidad de los granos y del material extrao (no caf).

L*: Indica el grado de luminosidad (claro oscuro) que posee la muestra y esta

referida al Sulfato de Bario, que es el blanco estndar con un valor de 100%.

Merma: Denominacin que se le da a la prdida de peso del grano de caf verde

durante la tostin.

Muclago: Capa externa del caf de consistencia babosa, es eliminada una parteen la despulpadora y su remocin total se realiza en el proceso de fermentacin.

Punto o Grado de Tostin: Se controla mediante el color adquirido por el grano

durante la torrefaccin, va de tonos castaos hasta marrn - negro, segn la

temperatura y el tiempo de tostin.


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Quenching (apagado): Es un proceso de enfriamiento sobre los granos de caf

por aspersin de agua.

Slidos Solubles: Son los que contribuyen en forma determinante al sabor y

carcter de la taza. Se obtienen por medio del proceso de extraccin.

Trilla: Proceso mecnico de presin y friccin para remover el endocarpio seco

del caf pergamino (conocido tambin como cacota) para producir caf verde.

Torrefaccin: Proceso en el que se somete cierta cantidad de caf verde a

condiciones de temperatura y tiempo para producir cambios en la estructura y

composicin del grano desarrollando el sabor y aroma caractersticos del caf

tostado.


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RESUMEN

El objetivo de este proyecto de grado, fue el de determinar cualitativa y

cuantitativamente algunas caractersticas del caf semitostado, estableciendo

rangos para su comercializacin, es decir lmites entre verde y semitostado, y

semitostado y tostado.

Para cumplir dicho objetivo se realizaron ensayos preliminares, para establecer

cada una de las variables independientes y sus respectivos niveles. Este anlisis

permiti fijar el porcentaje de humedad de caf verde y la temperatura final de

tostin (grado de torrefaccin), como variables independientes, con dos niveles del

10% y 13% para la humedad y cinco niveles para la temperatura: 145C, 152C,

159C, 166C y 173C.

Adems, se establecieron las variables respuesta o dependientes que se

analizaran durante el proyecto, estas fueron: porcentaje de merma, color,

densidad aparente, porcentaje de humedad final, porcentaje de slidos solubles y

dureza. Todas estas variables fueron analizadas de acuerdo a las normas

ICONTEC y a los parmetros utilizados por el laboratorio de ALMACAF, a

excepcin de la dureza, la cul, hasta el momento de realizar este proyecto, no se

conocan antecedentes de estudios realizados para esta variable en el caf y porlo tanto se planteo un mtodo para el anlisis de esta y as poder dar un aporte

como una pauta para futuras investigaciones.

Como diseo experimental se planteo uno de bloques completamente

aleatorizados, ya que, al ser el caf un producto de alta variabilidad en sus


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caractersticas, se deseaba minimizar el error y evitar efectos que pudieran afectar

el desarrollo de la experimentacin. Este diseo permiti realizar los experimentos

de una manera adecuada y adems sirvi para analizar cada una de las variables

respuesta de este estudio mediante mtodos estadsticos que facilitaron latabulacin de los resultados obtenidos con respecto a la variable de bloqueo

(porcentaje de humedad inicial de caf verde).

Del anlisis y relaciones de las variables evaluadas se determino el grado de

incidencia de cada una de ellas y como influyen en la caracterizacin del producto.

Finalmente, se determinaron las caractersticas del caf semitostado realizando

una comparacin entre este y las caractersticas del caf verde y el caf tostado.


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INTRODUCCIN

En Colombia se produce uno de los cafs ms suaves del mundo, pero como se

sabe el desarrollo y el manejo del caf no termina con su procesamiento y es

importante conocer cada una de sus caractersticas (del verde al tostado), ya que

la produccin del caf es muy competitiva y se hace necesario crear nuevas

formas de comercializacin.

Debido a que el caf verde sigue siendo un organismo vivo que sufre procesos de

oxidacin y respiracin, y que contiene agentes microbianos (microfauna y

microflora) los cuales pueden generar problemas de tipo fitosanitario en lugares

donde se comercializa se decidi dar una solucin a ste problema mediante el

caf en estado semitostado con lo cual se eliminarn estos agentes

contaminantes. Por lo tanto el caf semitostado ser una nueva alternativa, que es

preciso estudiar y evaluar,

Con base a las consideraciones tcnicas que pueda arrojar ste proyecto,

permitir a la Federacin Nacional de Cafeteros de Colombia establecer criterios

para la futura comercializacin del caf semitostado.

0

En la actualidad, la nica referencia que se tiene sobre el caf semitostado seencuentra en la resolucin No. 1 de 1999 en el artculo 4 literal c del Compendio

de Normas de calidad para la Exportacin del Caf Verde y Procesado de la

Federacin Nacional de Cafeteros de Colombia donde se enuncia: El caf

semitostado, se entiende como aquel con un porcentaje de prdida de peso no

mayor al 10%, esta cita, as descrita no se basa en ningn soporte tcnico, por lo


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tanto ser necesario darle un fundamento para establecer caractersticas del caf

semitostado, el cual es el objetivo principal de ste proyecto.

El desarrollo del trabajo experimental se realizar a nivel de laboratorio paradeterminar rangos de comercializacin para algunas variables (porcentaje de

merma, color, porcentaje de humedad final, etc.), su incidencia en el nuevo

producto y la correlacin entre cada una de ellas.

ste proyecto de grado pretende servir de referencia a todo aquel que desee

investigar acerca del caf semitostado, analizando otras caractersticas y

evaluando aspectos de tipo comercial y econmico que no sern estudiados en

ste proyecto, por que abarcan otros aspectos que no son la razn de ser de ste

trabajo.

1


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1. GENERALIDADES

1.1 CAF

1.1.1 Definicin.1 Es una semilla procedente del rbol del cafeto, perteneciente a

la familia de las Rubiceas y al gnero Coffea. Los cafetos cultivados en el mundo

a nivel industrial son de la especie Coffea Arbica y Coffea Canephora.

El caf crece de manera apropiada en la zona trrida en lugares que renen

condiciones especiales de suelo, temperatura, altitud y radiacin solar. En

Colombia, el cultivo de caf se localiza en las laderas de las cordilleras. Los suelos

ricos en materia orgnica son ideales para el caf. En general el suelo debe tener

una profundidad de 80 cm para permitir la penetracin de las races.

El caf se desarrolla en el curso de 32 semanas siguientes a la aparicin de la flor

en el cafeto; cambia desde el verde claro a rojo oscuro (verFigura 1) o a amarillo

segn la variedad, color en el cual ya se puede considerar maduro, para luego ser

recolectado. La cereza del caf, se forma en racimos unidos a las ramas por tallos

muy cortos.

2

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


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Figura 1. Cereza del caf madura

La cereza o baya del caf esta formada por una piel (exocarpio), cuyo cambio en

el color indica su evolucin, y que recubre la pulpa (mesocarpio) de naturaleza

mucilaginosa, que encierra en ella normalmente dos semillas, pegadas por su

parte plana, y recubiertas una capa de coloracin amarilla conocida comopergamino y finalmente esta cubierto con una delgada membrana de tonalidad

plateada (ver Figura 2)

Figura 2. Estructura interna de la cereza de caf

1.1.2 Clasificacin. Los cafs tienen por origen botnico, principalmente, dosespecies: Coffea Arbica y Coffea Canephora o Robusta y algunas especies

menos comunes como: Coffea Excelsa y Coffea Librica.2A continuacin una

breve descripcin de las dos especies ms importantes:

3

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


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Caf Arbica: Se cultiva en todo el mundo, pero el caf de mejor calidad es el

de las zonas montaosas. Las habas son generalmente voluminosas y de forma

alargada, aproximadamente de una longitud entre 14 mm y 15 mm y tienen una

coloracin verde, verde - azulado o verde plido. Esta especie es ms apreciadaque la Canephora por los consumidores de caf.

Dentro del gnero Arbica existen numerosas variedades:3

Moka: De granos pequeos e irregulares.

Tpica: Da un excelente caf pero es sensible a plagas y enfermedades.

Caturra: De buen rendimiento y desarrollo rpido.Catuai: De rpido rendimiento.

Kent: Muy resistente.

Amarella: Llamada as por el color de su grano, muy resistente a heladas.

Maragogipe: De grano gigante, casi el doble que el de otras variedades, muy

resistente a enfermedades.

Caf Canephora: Se cultiva en zonas de bajas altitudes, resiste

enfermedades, altas temperaturas y fuertes lluvias, debido a que es un arbusto de

follaje resistente, los frutos son pequeos y producen una bebida menos

aromtica, el haba de Canephora es ms corta y de aspecto ms redondo. La

coloracin de los granos generalmente es de tono grisceo. Esta especie no es

cultivada en Colombia.

1.1.3 Productos Derivados del Caf.4 En la actualidad se producen lossiguientes tipos de caf, para su comercializacin:

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

4

4 Congreso Nacional de Ciencia y Tecnologa de Alimentos, 1996.


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Caf verde o crudo

Caf tostado

Caf tostado y molido

Caf soluble atomizado

Caf soluble aglomerado

Caf soluble liofilizado

Caf descafeinado

1.2 BENEFICIO Y PROCESAMIENTO DEL CAF5

El beneficio del caf consiste en someterlo a una serie de operaciones que se

inician con el despulpado del fruto del cafeto, (la cereza del caf), que se realiza

por va hmeda o con el secado del caf sin despulpar, si es por va seca, hasta

obtener un grano tipo pergamino seco o cacota; una vez pase por la operacin

de trilla recibe el nombre de caf verde en almendra. En estas condiciones el caf

queda listo para exportarlo o para procesarlo. A continuacin una ligera

descripcin de los sistemas de beneficio ms comnmente empleados (ver

Figura 3)

1.2.1 Beneficio en Seco. Se inicia cuando los frutos comienzan a secarse en el

propio rbol, estado en el cual contiene una humedad de 60% a 65%. El grano se

cosecha e inmediatamente debe someterse al proceso de secado. El secado al

aire o secado natural puede durar entre dos y cuatro semanas, dependiendo el

clima. Cuando se utilizan secadores dinmicos se recomienda hacer un presecado

al sol hasta que el grano reduzca su contenido de humedad entre el 30% y 35%, lo

cual permite un mejor manejo y eficiencia de la secadora. El proceso de secado se

5

5 Tecnologa de Productos Agrcolas. Ed. Terranova. p. 227-232


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debe suspender cuando el grano haya alcanzado un 12% de humedad, momento

en el cual se somete a la trilla con el fin de separar la pulpa seca y el pergamino

(tcnicamente denominado cacota) quedando lo que se denomina caf verde.

1.2.2 Beneficio en Hmedo. Se debe recolectar el grano completamente

maduro, en forma manual y se debe despulpar el mismo da, puesto que despus

de 24 horas de cosechado, el muclago comienza a colorearse (accin de taninos)

por oxidacin y puede manchar el pergamino. Las semillas frescas despulpadas

estn recubiertas de una capa de muclago (miel, goma o baba) esta debe

eliminarse por fermentacin antes que las semillas se sequen. Las semillas se

dejan fermentar humedecidas o sumergidas totalmente en agua. La

descomposicin del muclago (insoluble en agua) puede durar entre 12 y 30 horas,

dependiendo de la temperatura del lugar (a mayor temperatura menor tiempo de

fermentado), de la madurez del caf, del diseo de los tanques y de la calidad del

agua. Luego se lava para retirar completamente el muclago, cambiando el agua

por lo menos dos veces durante el proceso de lavado y se hace una clasificacin

de los granos que pueden ser; caf tipo exportacin, caf corriente y pasilla o

grano de baja densidad. Despus de lavado y escurrido el grano tiene un

contenido de humedad entre el 52% y 55%, la cual se extrae durante el proceso

de secado, hasta obtener un grano de humedad final del 10% al 12%. El secado

se puede realizar natural o mecnicamente. Luego se almacena en forma de caf

pergamino o de caf verde el cual ha sido pasado por el proceso de trilla, donde

se retira el pergamino. ste beneficio se emplea en Colombia y el producto

resultante de la especie Arbica tratada por ste sistema se conoce como caf

suave.

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CAF VERDE

TRILLA

CAF PERGAMINO

SECADO

FERMENTACIN

LAVADO

DESPULPADO

VIA HUMEDAVIA SECA

CAF FRESCO

Figura 3. Beneficio del caf6

7

6SOTO, Mara Alexandra. Influencia de la humedad inicial y el tiempo de crepitacin sobre las caractersticasqumica, fsicas y organolpticas del caf tostado. Bogot: Tesis Ingeniera de Alimentos, Universidad JorgeTadeo Lozano, 1992. p. 7


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1.3 CAF VERDE

1.3.1 Definicin. Es el resultado de someter la cereza de caf madura albeneficio retirando el exocarpio, el mesocarpio y por medio de la trilla el

pergamino, quedando as la almendra nicamente.

1.3.2 Clasificacin. La clasificacin del caf verde consiste en separar los

granos, teniendo en cuenta su calidad, forma, tamao y las exigencias del

mercado exterior.

En Colombia, se produce caf del tipo Arbica y se clasifica segn su

granulometra y la cantidad de defectos que ste contenga (verTabla 1).

1.3.3 Caractersticas. A continuacin se mencionaran algunas caractersticas

tpicas del caf verde:

Granulometra: Las diferencias especificas de forma y de tamao son

particularmente notables en los granos de caf Arbica y caf Canephora. Las

primeras son generalmente ms voluminosas, de forma ms alargada. El

Canephora es de grano ms corto y de aspecto ms redondeado, el surco es de

tendencia ms rectilnea que en el Arbica.

Densidad Aparente: La diferencia de los granos reside en el origen botnico yen menor grado en su contenido de humedad el cual debe ser inferior al 12% para

una buena conservacin. La densidad de los Canephora es ms elevada que la de

los Arbica.

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Independientemente del factor agua, la densidad de los granos de caf puede

variar en funcin del estado de madurez en el momento de la cosecha, de los

ataques parasitarios, alteraciones de los tejidos, etc.

Tabla 1. Clasificacin de los diferentes tipos de caf verde7

TIPO DE CAF CARACTERISTICAS

Excelso

Supremo

Compuesto de grano grande, plano, parejo, retenido sobre malla No. 17, con

tolerancia del 5% inferior a esta malla, pero retenido por la malla No. 14.

Excelso Extra o

Especial

Compuesto de grano plano y caracol, tamao grande y mediano, retenido

sobre malla No. 16, con tolerancia del 5% inferior a esta malla, pero retenido

por la malla No. 14.

Excelso tipo

Europa y UGQ

Compuesto de grano plano y caracol, tamao grande, mediano y pequeo,

retenido sobre malla No. 15 (tipo Europa) y de la malla No. 14 (tipo UGQ),

con tolerancia del 2.5% y 1.5% respectivamente, inferior a estas mallas, pero

retenido por la malla No. 12.

Excelso tipo

Caracol

De tamao grande, mediano y pequeo, retenido por la malla No. 12, con

tolerancia de mximo 10% para grano plano. Sin maragogipe.

Excelso tipo

Maragogipe

De tamao grande, mediano y pequeo, retenido por la malla No. 14, con

tolerancia de mximo 10% para grano plano. Sin caracol.

Consumo

Retenidos por encima de la malla No. 14, como la fraccin bajo malla No. 15

y sobre malla No. 14. En ambos casos con tolerancia del 5% inferior a malla

No. 14, pero retenido por la malla No. 12.

Pasilla de

Mquinas

Es todo grano defectuoso retenido sobre malla No.14 y caf sano, pasilla,

caracol, bajo malla No.14, pero retenido sobre malla No. 12.

Pasilla de

Manos

Se compone en su mayora de granos picados, decolorados y otros granos

defectuosos separados a mano por las escogedoras.

RipioSe compone de los granos defectuosos inferiores a la malla No. 14 y la

fraccin de grano sano inferior a la malla No. 12.

Fuente: FEDERACIN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA

9

7 FEDERACIN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Compendio de Normas de Calidad para laExportacin de Caf Verde y Procesado. p. 22-52


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Grano negro o parcialmente negro: Mala recoleccin.

Grano cardenillo: Afectado por hongos al almacenar hmedo el caf.

Grano vinagre: Se produce por sobrefermentacin.

Grano cristalizado: Exceso de temperatura en el secado. Color grisceo.

Grano decolorado: Mal secamiento o deficiente almacenamiento.

Grano mordido o cortado: Se produce durante el despulpado.

Grano picado: Presentan pequeos orificios hechos por insectos.

Grano partido: Tratamiento rudo y de maquinaria de procesamiento

defectuoso.

Grano deformado: Malformacin gentica, desarrollo pobre en el cafeto,

debido a sequa, debilidad del cafeto, etc.

Grano inmaduro: Recoleccin antes de llegar a la maduracin. Son de color

verdoso o gris claro.

Granos aplastados: Son los granos que han sufrido un aplastamiento debido al

maltrato en el beneficio y el procesamiento.

Granos balsudos: Granos de color blanco, forma rugosa, densidad muy baja, a

causa de deficiencias en el secado y almacenamiento.

Grano flojo: Granos de color gris oscuro blando, debido a la falta de secado.

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Ripio: Granos defectuosos, partculas o granos partidos que pasan la malla

No. 12.

Grano negro balsudo: Granos mal desarrollados y recolectados en el suelo.

Grano vano: Grano de caf muy pequeo, de forma rugosa y baja densidad.

Material extrao: Palos, pergamino, piedras, tierra, etc.

1.3.5 Almacenamiento del Caf.9

Como se menciono anteriormente el cafpuede ser almacenado en pergamino o en almendra (caf verde). Para que la

calidad del grano no se vea afectada por ste almacenamiento hay que tener en

cuenta los siguientes factores:

Humedad Inicial del grano: Es el factor que ms se debe controlar para su

conservacin. El contenido de humedad adecuado para ste almacenamiento

debe ser entre el 10% y 12% para evitar la actividad enzimtica y el crecimiento de

moho, los cuales dependen directamente de la humedad relativa y la temperatura

del medio que lo rodea.

Humedad relativa y temperatura: El almacenamiento se debe desarrollar a

temperaturas inferiores a los 20 C y humedades relativas entre el 50% y 70%. A

humedades relativas altas el desarrollo de hongos y bacterias se incrementa,

deteriorando as la calidad del grano. Es importante tener un control permanente

de la temperatura de almacenamiento. Las variaciones drsticas de humedad

relativa y temperatura generan procesos de desorcin.

12

9 MUOZ, Torres Juan Carlos. Actividad Enzimtica de la polifenoxidasa en la caracterizacin yalmacenamiento de caf verde. Bogot: Tesis Ingeniera Qumica Universidad Amrica, 2000.p.20-26


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Insectos y microorganismos: Los hongos y las bacterias son los principales

microorganismos que afectan a los granos en el almacenamiento. Ya sea por el

crecimiento de estos a causa del aumento de la humedad relativa y la

temperatura, por el grado de contaminacin inicial que tenga el grano y a causa dematerial extrao como palos, cscaras y otras impurezas presentes en el caf.

Respiracin de los granos: El caf verde, esta constituido por tejidos vivos

y an despus de su almacenamiento sigue transpirando, realizando su

metabolismo y experimento cambios fsico qumicos. Estos cambios ocasionan el

deterioro del producto.

1.4 CAF SEMITOSTADO

El caf semitostado es el resultado de la tostin incompleta del caf verde. ste

caf tiene cierto grado de tostin (entre verde y tostado) y s semituesta debido al

hecho de que el caf verde sigue siendo un organismo vivo que sufre procesos de

oxidacin y respiracin, y que contiene agentes microbianos (microfauna y

microflora) los cuales pueden generar problemas de tipo fitosanitario en lugares

donde se comercializa, provocando posibles infestaciones y afectando las

propiedades del mismo y del producto final. Una posible solucin a ste problema

es la comercializacin de caf en estado semitostado con lo cual se eliminarn

estos agentes contaminantes.

El caf semitostado se considera como un producto para comercializar pero enrealidad se trata de una materia prima para el proceso de torrefaccin ya que ste

caf no esta listo para su consumo al no poseer ciertas caractersticas que se

adquieren en dicho proceso.

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1.5 TOSTACIN O TORREFACCIN DEL CAF

1.5.1 Definicin.10 La torrefaccin del caf es un proceso en el cual intervienenmecanismos de transferencia de calor y de masa simultneamente. Depende del

tiempo y la temperatura, donde se inducen los cambios en el caf verde

produciendo los compuestos que originan el aroma caracterstico, sabor, olor y

cuerpo del caf.

Existen grandes diferencias entre el caf tostado y el caf verde o crudo, porque al

sufrir ste proceso, la composicin del caf se modifica en su estructura; Estas

modificaciones pueden ser tanto fsicas (volumen, densidad, color, dureza), como

tambin cambios de tipo qumico que dan origen a las cualidades organolpticas

del caf.

1.5.2 Condiciones de Tostin.11 La tostin del caf se realiza a nivel de

laboratorio bajo las siguientes condiciones:

Antes de tostar el caf es necesario trillar y limpiar el grano, retirando

impurezas o materiales extraos y adems se deben eliminar los granos

defectuosos.

Se utiliza un caf verde perfectamente seco entre el 10% y 12% de humedad y

distribucin granulomtrica centrada (tamao de partcula uniforme). ste caf

verde debe ser previamente trillado y seleccionado, retirando defectos eimpurezas que ste pudiese contener.

10 FEDERACIN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Torrefaccin o tostada del caf. En: RevistaCafetera de Colombia. Bogot. Vol. 4, No. 38 (mayo - junio 1932) p. 1470-1473

14

11 SIVETZ, M. Op.cit. p. 60-65


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La tostacin se realiza en un recipiente cerrado (con un orificio, para depositar

el caf), que esta en continuo movimiento para evitar que los granos se

quemen y as puedan afectar las propiedades organolpticas.

El tiempo de tostin y el grado de color varan segn la temperatura, el diseo

del tostador, la forma de transferir el calor y el tipo de caf.

La tostin se obtiene a diferentes temperaturas que varan entre 180 C y 240

C y donde el caf sufre una prdida de peso entre el 15% y el 20%. Debe

procurarse un calor uniforme y gradual.

En la tostacin hay un aumento de volumen a causa del CO2 interior, por lo

tanto el tostador no debe llenarse para facilitar el movimiento del caf, ya que el

volumen se puede incrementar entre 1,8 a 2,0. veces el volumen del grano

verde.

El caf tostado puede conservar las propiedades adquiridas en el proceso por

varios das en recipientes cerrados, limpios y perfectamente secos (condiciones

adecuadas de almacenamiento). Si se deja al aire libre pierde su frescura y

aroma.

Al final de la torrefaccin, el caf se deja enfriar utilizando una corriente de aire

fro que pasa a travs de una malla o por Quenching (apagado), trmino

utilizado cuando se aplica agua por aspersin.

15


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1.5.3 Fases de la Torrefaccin.12 En la torrefaccin hay cinco fases principales:

Desecacin

Crecimiento

Disgregacin

Tostado completo

Enfriamiento

Los primeros cambios se presentan a 50C en las capas superficiales, a los 100C

el color verde del caf comienza a cambiar a amarillo, en ste momento empieza

la desecacin donde se desprende vapor de agua y comienza la volatilizacindesarrollando adems un olor a pan tostado. Alrededor de los 120C a 130C, el

grano adquiere una coloracin castaa que vara poco a poco a coloraciones

pardas, acompaado de un aumento en el volumen y su olor todava no es

caracterstico.

Alrededor de los 180C el olor comienza a ser caracterstico y a causa de la

pirlisis (descomposicin de grandes estructuras qumicas por medio de calor)

aparecen productos gaseosos como vapor de agua, CO2, CO, compuestos

voltiles por la descomposicin de los carbohidratos, protenas y grasas que son

los causantes del aumento del volumen en el grano, el cual comienza a tomar una

coloracin marrn a causa de las reacciones de Maillard13 y la caramelizacin de

azcares. En ste momento se inicia una fase de descomposicin caracterizada

por el rompimiento de la estructura celular de los granos debido a sobrepresiones

internas (crepitacin), produccin de humo y la aparicin del aroma del caf, en

ste instante las reacciones endotrmicas alcanzan su punto mximo.

12 SALCEDO, Pacheco Liliana, Propiedades Trmicas del caf en el proceso de torrefaccin. Bogot: TesisIngeniera Qumica, Universidad Amrica,, 1996. p.11-13

16

13 PEREZ, Florz Fernando. Practicas de ciencia de los alimentos. Editorial Acribia, Espaa, 1989


30/189

Posteriormente comienzan las reacciones exotrmicas debido al calor de reaccin

dentro del grano, que hacen que ste alcance temperaturas hasta de 200 C

aproximadamente. Despus de alcanzada la ptima caramelizacin de azcares

se obtiene la tostacin completa en donde desciende el contenido de agua avalores entre el 1.5% y el 3.5% en peso.

La zona de torrefaccin se encuentra entre los 180C a 250C siendo la

temperatura ptima, la comprendida entre los 210C y 230C, por encima de esta

ocurre la sobretorrefaccin en donde se acentan, el desprendimiento de humos,

los granos se ennegrecen, el volumen ya no aumenta y en el peor de los casos se

carbonizan, se hacen ms quebradizos y el aroma desaparece. Para detener el

proceso de torrefaccin del caf es necesario generar un enfriamiento rpido e

inmediato de los granos, ya sea por medio de una corriente de aire o por apagado

con aspersin de agua.

La temperatura de tostin es muy importante ya que tiene una fuerte influencia

sobre las cualidades del caf.

La duracin de la torrefaccin es aproximadamente de 5 a 12 minutos (bajo

condiciones dadas). ste tiempo vara segn el equipo que se utilice y la cantidad

de almendra de caf adicionada.

En la siguiente tabla se puede resumir el proceso de torrefaccin:

17


31/189

Tabla 2. Etapas y cambios fsicos en el proceso de torrefaccin14

TEMPERATURA

DEL GRANO (C)COLOR VOLUMEN PROCESO

100 Amarillo Desecacin y prdida de agua.

120-130 CastaoReacciones de reduccin de azcares yaminocidos

130-180 Marrn Aumenta Caramelizacin de azcares.

180-200 Marrn AumentaProduccin de CO2 por pirogenacin decarbohidratos, protenas y grasas

200-230 Marrn AumentaAgrietamiento del grano (crepitacin) yafloramiento del aceite en la superficie.

250Negro,sin brillo

Deja deaumentar

Sobretorrefaccin, se carboniza y el aromadesaparece.

Fuente: Extraccin de aceite esencial a partir de caf brocado.

1.5.4 Cambios Caractersticos del Caf.15 En la torrefaccin los cambios ms

caractersticos son:

Prdida de Peso: Es una consecuencia de la evaporacin de una gran partede agua inicialmente en el grano, del origen botnico, de condiciones de

almacenaje, de la tcnica de torrefaccin, etc.

Esta prdida de peso esta entre el 12% y el 21% (caf arbica), y no se da

nicamente por evaporacin de agua, sino tambin por desprendimiento de

sustancias voltiles producto de la pirlisis de estructuras macromoleculares, a la

prdida de la pelcula plateada y estructuras de bajo peso molecular. Esta prdida

de peso ocurre a dos velocidades: la primera es lenta y debida a la evaporacin de

14 LOPEZ, E. M. Extraccin de aceite esencial a partir de caf brocado. Manizales, Universidad Nacional deColombia, 1997

18

15 PARRA, Espinosa Germn. Evaluacin de algunos aspectos fsicos y qumicos del caf, con finesnormativos de control de calidad para Colombia. Qumica farmacutica, Universidad Nacional de Colombia,Bogot, 1988.p.16-44


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agua del grano; la segunda es rpida y corresponde al proceso de la pirlisis. La

prdida de peso o porcentaje de merma se define como:

% merma = Peso de caf verde Peso de caf tostado * 100

Peso de caf verde

Aumento de Volumen: Se debe a la expansin de los gases producidos por la

combustin (pirlisis), provocando el desarrollo del albumen que puede

incrementar hasta dos veces el volumen del grano verde. Se libera la cascarilla delinterior del grano debido a la crepitacin la cual ocasiona un efecto de secado

sobre la pared celular, perdiendo as su elasticidad e incrementando su tensin

intercelular.16

Color:17 Durante la torrefaccin el grano de caf cambia de color debido a la

influencia del calor. En la etapa inicial se produce una decoloracin visible en la

superficie externa del grano, pasando inicialmente del verde al amarillo. A medida

que se incrementa la temperatura esta coloracin vara desde el amarillo, pasando

por el castao hasta el marrn negro (ver Figura 4) luego de tostado; ocurre

simultneamente con la prdida de peso y el incremento en el volumen; sea, son

directamente proporcionales, estos cambios dependen de la intensidad y duracin

del proceso. Al salir los granos del tostador y someterlos al enfriamiento, estos

sufren modificaciones en el matiz del color del grano, acentundose un poco ms

su tonalidad.

19

16 CLARKE, Op. cit17 SOTO. Op. Cit. p.23-24


33/189

Figura 4. Cambios de color del caf en la torrefaccin18

El color es uno de los mtodos para la determinacin del grado de torrefaccin.

Para esto se han asignado nombres para los diferentes grados de tueste:

Tabla 3. Nombres comerciales del color del caf con respecto a L*

COLOR L*

Claro 21.6 24.4

Medio 18.5 21.5

Oscuro 14.9 18.4

Muy Oscuro 12.4 14.8

Fuente: NTC 244219

El grado de torrefaccin es medido por el color del grano, generalmente en forma

emprica, determinando su reflectancia en un instrumento para tal fin, o utilizando

una tabla de comparacin de color para el caf en grano o molido.

Para comparacin del color por el ojo humano, la muestra en grano debe ser

molida y extendida, preferiblemente con luz natural. Dado que la lectura de color

depende del tamao de partcula, las determinaciones de reflectancia se realizan

20

18 Microsoft Encarta 96 Enciclopedia [CD-ROOM]19 NTC 2442. Caf tostado en grano y tostado y molido. Determinacin del grado de tostacin


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con muestras de caf tamizadas por debajo de la malla de 500 m, segn lo

establece la norma NTC 2442.

La medida instrumental del color en el caf tostado se basa en el principio de la

espectroscopia de reflectancia. Para obtener una medida comparable de la

intensidad lumnica por variacin de colores, la fuente de luz debe ser

representativa de la mayora de los colores encontrados en el caf tostado.20

Actualmente el grado de tostacin en el caf tostado y molido se mide por medio

de unidades conocidas como L* que indican el grado de luminosidad (claro

oscuro) que posee la muestra y esta referida al Sulfato de Bario, que es el blancoestndar con un valor de 100%21

Dureza: Es la capacidad de un slido de resistirse a la deformacin o fractura

de su superficie. Esta relacionada con la fuerza, que es la encargada de vencer

dicha resistencia.

En el caf, la dureza depende del grado de tostacin. El grano verde resiste

grandes presiones, pero al tostarlo las presiones soportables son menores. En el

enfriamiento se solidifican los aceites, haciendo que el caf pase de elstico a

quebradizo y fcil de moler. Su estructura es ms porosa. Actualmente no hay un

mecanismo para medir la dureza de los granos de caf, sin embargo existen

varios mtodos para determinar dureza en metales, polmeros (Brinell, Rockwell B

y C, microdureza, etc.)22y de otros alimentos como frutas y verduras, que

posiblemente pueden dar una pauta para lograr calcular el grado de resistenciadel caf y lograr determinar as la fuerza que se necesita para vencer esta

resistencia.

20 PARRA. Op. Cit. p.16-1721 NTC 2442. Op. Cit.

21

22 STUDEMANN, Hans. Ensayo de materiales y control de defectos. Ediciones URMO, Bilbao.


35/189

Contenido de Humedad: Durante la tostin se produce la remocin de gran

parte de la humedad presente del caf verde que esta entre el 10% y el 12%. Esta

disminucin de humedad puede alcanzar valores entre 0.4% y 5%, dependiendo

del grado de torrefaccin.

El agua esta presente en forma libre y ligada. El agua libre es la predominante

dentro del grano y se libera con gran facilidad y el agua ligada se halla combinada

con algunos componentes del grano como las protenas, sacridos, etc., esta agua

permanece ligada al caf incluso a temperaturas que lo carbonizan.

En la torrefaccin, aproximadamente la mitad de la prdida de peso es debida a la

cantidad de agua evaporada.

Conocer el contenido de humedad que tiene el caf verde y el caf tostado es muy

importante porque:

Es de gran influencia en la estabilidad del grano durante el

almacenamiento.

Provee un seguimiento en el procesamiento del mismo.

Hay tres etapas en las que es importante determinar el contenido de humedad en

el caf tostado: cuando el grano entero est en almacenamiento, despus de la

molienda y despus del empaque.

Hay varios mtodos para la determinacin de humedad, entre los cuales podemos

encontrar, la determinacin por medio de secado en estufa, en la cual sedeshidrata la muestra hasta peso constante a determinadas temperaturas y

presiones. El mtodo para la determinacin de prdida de masa a 103C + 1, a

22


36/189

presin atmosfrica por 4 horas es el ms comnmente utilizado23. Otro mtodo es

mediante la reaccin de Karl Fisher.24

Densidad Aparente: Se define como la relacin de la masa por unidad de

volumen ocupado de un material slido y se expresa en g/l kg/m3.

Es la masa correspondiente por unidad de volumen que ocupa un material.Esta

propiedad es un factor importante en el anlisis del caf tostado. La densidad

aparente del producto depender por lo tanto de una serie de factores como son la

densidad inicial, la geometra, el tamao, las propiedades de superficie y elmtodo de medida.

Como ya se menciono existen algunos factores que influyen en la determinacin

de la densidad aparente del caf, por esta razn es importante conocer cada uno

de estos factores para ver, de que manera pueden ser controlados.

Es muy importante conocer la procedencia del caf verde, ya que, se sabe que

dentro de las dos especies principales (Arbica y Canephora) existen gran

cantidad de variedades, adems el caf es cosechado y procesado de diferentes

maneras en los pases productores.

Para determinar la densidad aparente del caf es importante conocer el contenido

de humedad inicial la muestra debe tener un punto de tostin uniforme, antes de

medir su densidad la cual puede disminuir a la mitad de la del grano inicial (caf

verde).

23 NTC 2558: Caf Tostado y Molido. Determinacin del contenido de humedad. Mtodo por determinacin dela prdida en masa a 103 C (mtodo de rutina)

23

24 CLARKE. Op. Cit. p. 49-51


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Durante la tostin del caf, los granos son afectados por dos factores que estn

relacionados al final con la densidad. El primero es la prdida de peso (%merma)

a causa de la prdida de humedad y de otros compuestos voltiles presentes en el

caf. El segundo factor es la formacin de gases de combustin dentro de laestructura interna del grano que son los causantes de la crepitacin y la expansin

del mismo, casi dos veces su volumen inicial (caf verde). Cada uno de estos

factores hacen que la densidad del caf disminuya.

Existen dos mtodos para la determinacin de la densidad aparente:

Por cada libre25

Por empaquetamiento26

Slidos Solubles: Son los que contribuyen en forma determinante al sabor y

carcter de la taza. El porcentaje de slidos solubles del caf tostado es un

parmetro muy frecuentemente utilizado. Por esta razn la concentracin de la

bebida de caf depende de la cantidad de slidos que hacen parte de ella despus

del proceso de extraccin.

La determinacin de slidos solubles para el caf se puede ver afectado por

algunos factores como:

Relacin agua - caf

Temperatura del agua

Sistema de preparacin Tiempo de contacto agua - caf

Grado de molienda

25 NTC4607: Caf Verde y Tostado. Determinacin de la Densidad a Granel por Cada Libre de los granosenteros. (Mtodo de rutina.

24

26 NTC 4084: Caf Tostado y Molido. Mtodo para la determinacin de densidad por compactacin.


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Materia prima utilizada

Temperatura del medio

Densidad

Punto de tostin

Existen dos mtodos para determinar los slidos solubles en la bebida del caf:

Mtodo por goteo directo:27 Se aplica para granulometra media (de 500m a

700m).

Mtodo por contacto directo:28 Para caf con granulometra gruesa (de 701m

a 900m).

Algunos Cambios Qumicos.29 En la torrefaccin a causa del efecto de la

temperatura, se originan una serie de reacciones que producen muchos

compuestos qumicos y que conceden atributos a la bebida. Los ms importantes

son:

Protenas: Estn contenidas originalmente en el caf verde son influenciadas por

el calor y se transforman tanto que en el caf tostado casi ningn residuo puede

encontrarse Estas protenas se desnaturalizan y parte de ellas son transformadas

en cidos y carbohidratos.

Carbohidratos: Se transforman totalmente por la influencia de la temperatura,

donde los azucares presentes en el caf verde desaparecen totalmente, debido a

la caramelizacin y a las reacciones de Maillard. La sacarosa inicialmente se

27 NTC 4602-1: Determinacin del rendimiento de la extraccin y de los slidos solubles en la bebida del caf.Mtodo por goteo directo.28 NTC 4602-2: Determinacin del rendimiento de la extraccin y de los slidos solubles en la bebida del caf.Mtodo por contacto directo.

25

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


39/189

deshidrata y luego se hidroliza en azucares reductores que posteriormente se

polimerizan. ste constituyente se solubiliza durante la extraccin

Grasas y Aceites: Las sustancias grasas aumentan durante la tostin yproporcionan una pequea cantidad de principios voltiles. Sin embargo bajo la

influencia del calor las materias grasas son liberadas, evidencindose en la

exudacin del grano (aceites esenciales). Esta materia grasa sirve como fijador de

diversos principios aromticos y cuando se solidifican los aceites hacen que el

grano sea ms quebradizo, facilitando la molienda.

cidos: Subsisten parcialmente tras el tueste, estos se forman principalmente a

partir de los carbohidratos y desempean un papel importante en el aroma y en el

sabor de la bebida..

Taninos: Los taninos tambin se degradan liberando la cafena que retenan,

sufriendo as una importante prdida de masa, debida a la aparicin de sustancias

voltiles.

Minerales: Su principal funcin es la de catalizar las reacciones de pirlisis y se

presentan en el grano en forma de sales orgnicas.

Dixido de carbono: No existe libre en el caf verde y es formado durante la

pirlisis.

1.5.5 Equipos para la Torrefaccin.30

Inicialmente se tostaba el caf porconduccin de calor en marmitas cerradas con o sin agitacin, pero se obtenan

tostados poco uniformes debido a que no se agitaba continuamente, luego se

desarrollaron los cilindros rotatorios huecos y cerrados en acero y hoy en da se

26

30 CALLE, Luis Germn. Diseo y construccin de un torrefacto rpido de lecho fluidizado para estudios detorrefaccin de caf. Bogot: Tesis Ingeniera mecnica, Universidad Amrica, 1987


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realiza por calentamiento de un tambor giratorio en el cual el calor es suministrado

por contacto con las superficies metlicas y por calentamiento indirecto a presin

atmosfrica con aire caliente y gases de combustin que ayudan a la transferencia

de calor hacia la carga de caf.

El tostador de laboratorio consta de un cilindro giratorio calentado mediante

electricidad o a gas que posee registradores de temperatura. En ste equipo se

deben colocar muestras representativas entre 80 g y 150 g y se someten a

tratamiento trmico de calor a un tiempo y temperaturas determinadas hasta

obtener caractersticas de tostado. Los tostadores industriales operan en forma

continua o por lotes. Hay varios tipos de tostadores entre los cuales encontramos:

Figura 5. Tipo de tostadores 31

Cilindro Rotatorio Horizontal: Pared slida Pared perforada

Cilindro Estacionario Vertical con Paletas

Tazn Rotatorio Vertical

Lecho Fluidizado

Tostador a Presin

Calor Radiante: Radiacin IR Microondas Radiacin Dielctrica

27

31 HERRERA, Neira Elizabeth. La torrefaccin rpida (High Yield), sus principales caractersticas y suaplicabilidad en la industria cafetera. Bogot: Tesis Ingeniera de Alimentos, Universidad de la Salle, 1995.p.20-21


41/189

1.6 MOLIENDA DEL CAF

Para la extraccin de componentes solubles y voltiles del caf tostado esnecesario moler el grano. Una molienda muy fina dar un porcentaje muy alto de

extraccin con poca cantidad de agua. El mismo resultado ser obtenido con una

molienda ms gruesa en mayor cantidad de lquido y con temperatura y presin

ms elevadas.

En el proceso de molienda influye el tipo y calidad del caf, as como el punto de

tostin. El grano de tostin clara tiene una estructura dura mientras que el de

tostin oscura es frgil y quebradizo. Una humedad alta en los granos de caf

tostado, los hace flexibles y difciles de moler.32

Para la molienda de caf existen diversos equipos, los ms utilizados son los de

discos y los de rodillos.

Toda la informacin descrita, permitir facilitar el desarrollo del proyecto, ya que a

lo largo de ste se utilizarn conceptos que fueron enunciados en ste captulo y

adems otorgarn al lector una herramienta de ayuda para la comprensin de ste

documento.

32 PARRA. Op.cit 1988.p.50-52

28


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2. MATERIALES Y MTODOS

2.1 MATERIALES Y EQUIPOS

ste proyecto fue realizado en el Laboratorio Central de la oficina de calidad del

caf (ALMACAFE), ubicado en el edificio de la Federacin Nacional de Cafeteros

de Colombia, en Bogot.

Para ste proyecto se utiliz caf verde excelso, tipo Europa, procedente de

Ibagu, con humedades iniciales del 10% y 13%, el cual fue trillado en

ALMACAFE. ste caf se caracteriza por tener granos sanos, aspecto fresco y

tamao uniforme.

Para el desarrollo de ste proyecto se utilizaron diferentes equipos y materiales

durante cada una de las pruebas. En la Tabla 4 se describen las caractersticas

tcnicas ms importantes, as como rangos de funcionamiento de cada equipo.

A continuacin la tabla anteriormente mencionada:

29


43/189

Tabla 4. Equipos y materiales

EQUIPO/MATERIAL CARACTERISTICAS

Colormetro

AGTRON

Visor: M-40 A

Consola de Control:

M-31 A

ste equipo permite medir la reflectancia del producto en filtros rojo,

verde y azul con longitudes de onda de 640nm, 546nm y 436nm

respectivamente. Para calibrar el equipo dispone de varios discos. Para

ste proyecto se utilizan discos de calibracin 03 y 56 para el 0% y

100% respectivamente, en la escala de medicin y as mismo los filtros

rojo y verde. Tiene un recipiente o celda para depositar la muestra con

capacidad aproximada de 20 g.

Espectrofotmetro

X-RITE SP-68

Dispone de una esfera integrada, que permite medir en los sistemas

L*a*b* y L*C*H*, donde L* es utilizado en la norma NTC 2442. Tiene sus

respectivos aditamentos de calibracin y un software para la lectura de

las mediciones.

Tamizador PROBAT

WERKEK

Tiene un juego de mallas (1000m, 500m, 315m, 250m y

colector).Para ste proyecto se utiliz nicamente la malla de 500m,

avalado para su uso en colorimetra.

Determinador de

humedad KAPPA

Tiene un recipiente de polipropileno para depositar la muestra, la cual

debe pesar 400g + 1g. Con tablas de calibracin para caf verde y caf

pergamino. Su principio de funcionamiento se basa en la constante

dielctrica del caf.

Determinador de

humedad SINAR P-

25

Mide la humedad basndose en la constante dielctrica del caf. El

equipo esta provisto de una tolva, sensor de temperatura, clula de

muestra, tapa de equlibrador de peso, indicador digital y teclado. La

muestra mnima requerida para ste equipo es de 150g a 180g para

caf verde, para caf semitostado se elaborar el rango de uso

mediante una curva de calibracin.

Homogeneizador

SEEDBURO

ste equipo es de tipo canales, funciona por gravedad. La muestra se

deposita en una tolva de alimentacin y se abre la compuerta localizada

en la garganta de esta. El producto se dispersa uniformemente encimade un cono que tiene varios canales. Tiene dos recipientes (zapatas)

para recoger la muestra que se homogeniza. Esta hecho de latn y

cobre que lo hacen oxido resistente.

30


44/189

Homogeneizador

GAMET

MFG1Y991722

Tiene dos recipientes (zapatas) para recoger la muestra que se

homogeniza. ste equipo es de tipo canales Tiene una capacidad de 2

kg.. Opera con un sistema electromecnico.

Zaranda MecnicaGEROSFA con

juego de mallas

SEEDBURO

Tiene un juego de mallas que va desde la 18 hasta la 12 y su respectivo

colector. Capacidad de 200 g y temporizador regulable. Homologada

con el mtodo ISI 4150 (Zarandeo manual).

Cicln o aspirador

de impurezas

GRAINMAN 63-115-

60VS

Separa el material extrao del caf por medio de una corriente de aire

que es controlada con una vlvula que restringe o aumenta el paso del

aire a un colector centrfugo. Consta de una tolva donde se deposita el

caf y un recipiente donde caen todas las impurezas. Tiene una

capacidad de 500g.

Trilladora

GRAINMAN

Tiene una capacidad de 250g de caf pergamino. Se puede regular su

velocidad (01725rpm) y tiene un sistema de regulacin de tiempo (0-

180s). Posee un motor elctrico 1/2HP.

Estufa MEMMERT

Opera con calefaccin elctrica, regulador de temperatura, corriente

alterna y trifsica 50/60 cs y ventilacin . Se utiliza como mtodo bsico

para prdida de peso por humedad y para el mtodo de extraccin de

slidos solubles.

Tostador SASA-

SAMIAK

Es de cilindro horizontal rotatorio. El calentamiento se realiza mediante

resistencias elctricas de potencia regulable y posee un indicador digitalde temperatura. La Transferencia de calor se realiza por conveccin y

conduccin. El enfriamiento se hace en una vasca por medio de una

corriente de aire. Tiene una capacidad por cochada de 3 kg,

Tostador PROBAT

BRZ6

Es de cilindro horizontal rotatorio y acondicionado para alcanzar

temperaturas hasta de 320 C. Tiene una capacidad de 125 g de caf

verde y operacin ptima entre 80g y 120g. Opera en forma discontinua.

El calentamiento se hace mediante fuentes elctricas o a gas. La

Transferencia de calor se realiza por conveccin y conduccin. El

enfriamiento se hace en una cestilla por medio de una corriente de aire.

Molino

PROBAT 55 LM 500

Se utiliza un molino elctrico de discos, graduado en molienda media.

Consta de una tolva de alimentacin donde se deposita la muestra, un

canal por donde sale el caf molido, y un regulador del grado de

molienda. Tiene una capacidad de molienda de 500 g/min .

31


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Determinador de

densidad aparente

por cada libre

SEEDBURO

Consta de una tolva de forma cilndrica con tapa corrediza donde se

deposita la muestra, un recipiente cilndrico de 1 litro de capacidad

donde se hace la medicin y una esptula para dar nivel a la muestra.

Penetrmetro

BERTUZZI FT-327

Equipado de un comparador de cartula con lectura doble (libras y

kilogramos de fuerza) en el dial. Consta de una punta en forma cnica

de 30 de ngulo en acero inoxidable.

Balanza Auxiliar

METTLER PJ 3600

Precisin +0.01g y capacidad mxima de 3600g. Tiene un control de

tara automtica y su respectivo certificado de calibracin.

Balanza Analtica

SARTORIOUS

Precisin + 0.1 mg y capacidad mxima de 220 g. Tiene un control de

tara automtica y su respectivo certificado de calibracin.

Varios

Cajas de petri, embudos, probetas, erlenmeyer, pipeta, desecador con

slica gel (agente desecante), brochas, cucharas, pinzas, bandejas,

recipientes plsticos, papel filtro y bolsas plsticas.

Fuente: ALMACAFE

En el siguiente numeral, se describir el procedimiento donde fue utilizado cada

equipo y la importancia que tiene cada uno de estos para el desarrollo del

proyecto a lo largo de la fase experimental, adems en el Anexo A se podrn

observar algunas fotografas de los equipos.

2.2 MTODOS

El desarrollo de la experimentacin se lleva a cabo en dos fases:

En una primera fase se acondicionar la materia prima.

En la segunda fase el caf verde ser sometido a tostacin y a ste se le

analizarn cada una de las caractersticas fsicas despus de ste proceso.

32


46/189

2.2.1 Primera Fase: Adecuacin de la Materia Prima. El caf inicialmente se

encontraba en pergamino y por lo tanto se debe pasar por el proceso de trilla para

retirarle esta cubierta y as obtener el caf verde en almendra. Teniendo el caf sin

el pergamino, se pasar por un cicln donde se retirarn las partculas o residuos(cisco) que hayan podido quedar de ste.

Se determina la humedad inicial del caf con el determinador de humedad KAPPA

segn el instructivo interno del laboratorio.33

Para uniformizar el tamao del grano se emplea la malla 16 con perforaciones

redondas (zaranda mecnica), de tal manera que se eliminen aquellos granos que

son demasiado pequeos, granos quebrados y otros residuos que pudiesen

encontrarse en el caf.

Luego se pasa a despasillar, es decir, se retiraran aquellos granos que tengan

algn tipo de defecto y se pesan 800 g de caf verde para cada muestra (diseo

experimental). Para evitar que pierdan humedad se depositar cada muestra en

doble bolsa plstica debidamente rotuladas, y se almacenarn en un lugar fresco y

a la sombra,. Adicionalmente se prepararn algunas muestras de ensayo para

seleccionar previamente las condiciones que se utilizarn durante la

experimentacin.

Al caf verde se le determinar su densidad aparente, dureza, color, slidos

solubles y granulometra, de igual manera que en la segunda fase, que a

continuacin se enunciara.

2.2.2 Segunda Fase. En esta fase se analizarn cada una de las caractersticas

fsicas despus del proceso de torrefaccin.

33

33 ALMACAF. MLC-I-006. Caf pergamino caf excelso determinacin de humedad.


47/189

2.2.2.1 Torrefaccin. Se utilizar un tostador SASA-SAMIAK de tambor

giratorio horizontal con capacidad mxima de 3 kg. El calentamiento es por medio

de resistencias elctricas. La transferencia de calor se realiza por conduccin y

conveccin, para descargar el grano tostado se levanta la tapa y los granos caenlibremente a un recipiente donde son enfriados en contacto con el aire.

Se dispondr de una carga constante para el tostador de 800g de caf verde, ya

que para el desarrollo de la experimentacin se observ, que esta cantidad era

suficiente para efectuar cada ensayo.

Se realizarn tostiones a diferentes temperaturas, variable que se tomar de

referencia para controlar el punto de tostin, como se explicar en el Captulo 3.

Cada muestra se depositar en el tostador, en el momento que ste alcance la

temperatura de 200C.

2.2.2.2 Prdida de Peso (% merma). Para determinar el porcentaje de merma,

despus de torrefactado, el caf se pesa en una balanza METTLER con una

precisin de +0.01g. Para ste ensayo es necesario, evitar que se pierdan granos

despus de la tostacin, para asegurar una mayor precisin en los resultados.

El porcentaje de merma se determina de acuerdo a:

% merma = Peso de caf verde Peso de caf tostado * 100Peso de caf verde

34


48/189

2.2.2.3 Porcentaje de humedad. Se desarrollar siguiendo el procedimiento

descrito en la norma NTC 2325 para la determinacin del contenido de humedad

y prdida de masa a 105 C durante 16 horas en estufa con ventilacin forzada,

mtodo utilizado hasta ahora para caf verde.

Para el caf semitostado se determinar la humedad tambin, en el medidor de

humedad SINAR, utilizando la norma NTC 2325.

Con estos resultados se efectuar la curva de calibracin para el medidor de

humedad SINAR, para el nuevo producto.

2.2.2.4 Densidad Aparente. Se desarrollar siguiendo el procedimiento descrito

en la norma NTC 4607 para la determinacin de la densidad a granel por cada

libre de los granos enteros.

2.2.2.5 Dureza. Se utilizar el penetrmetro BERTUZZI y se medir la dureza del

grano (en su parte central) por fractura, despus de haber ejercido cierta fuerza

sobre la superficie del mismo.

ste procedimiento se efectuar midiendo 20 granos por muestra, seleccionados

mediante homogeneizacin. Esto se har debido a que se espera una gran

dispersin, ya que en una misma muestra puede haber presencia de diferentes

tipos de dureza, posiblemente a causa del proceso de secado (granos

cristalizados y decolorados).

El procedimiento para la medicin de la dureza fue planteado por el laboratorio, ya

que hasta el momento no se han efectuado estudios para el caf y es importante

conocer el comportamiento de esta variable durante el proceso de tostin.

35


49/189

2.2.2.6 Granulometra. Debido al aumento de volumen durante la tostin, se

realizar un anlisis granulomtrico del comportamiento de las mallas 18, 17, 16 y

colector calculando el porcentaje de retencin y acumulado para cada una de

ellas, segn la norma ISO 4150 para el anlisis granulomtrico mediantezarandeo manual.

2.2.2.7 Reduccin de tamao. Se realizar utilizando un molino de discos

marca PROBAT, en el cual se vierte el caf a moler con un grado de molienda

media para un tamao de partcula aproximado de 500m (NTC 2442), se debe

purgar el molino cada vez que se deposite una muestra con un poco de la mismamuestra para evitar que se contamine una con otra. El caf molido se pasa por un

tamiz de malla de 500 m y lo que queda debajo de esta se empaca en bolsas

plsticas debidamente rotuladas y el resto se desecha. La reduccin de tamao

se efecta bajo estas condiciones ya que estas son las que se utilizan para el

anlisis sensorial.

2.2.2.8 Colorimetra. Se realizarn pruebas de determinacin de color en el

colormetro AGTRON y en el espectrofotmetro X-RITE (L*), utilizando las

muestras previamente molidas y despus de realizar la correspondiente reduccin

de tamao. Se utilizarn estos dos equipos para los ensayos de color para as

relacionarlos entre s por medio de una curva de calibracin y conocer la

reflectancia de cada una de las muestras en estudio.

Adicionalmente, se analizar el comportamiento en el colormetro AGTRON delfiltro rojo y el filtro verde.

36


50/189

2.2.2.9 Slidos Solubles. Se desarroll siguiendo el procedimiento descrito en la

norma NTC 4602-1 para la determinacin del rendimiento de la extraccin y de

los slidos solubles en la bebida del caf por el mtodo de goteo directo, ya que

era el ms indicado para el caf tostado y molido con tamao de partcula de500m.

37


51/189

3. ENSAYOS PRELIMINARES

El objetivo de los ensayos preliminares es el de establecer las variables

independientes y sus respectivos niveles, ya que hasta el momento, no se han

encontrado reportes de ensayos realizados, ni antecedentes referidos a caf

semitostado. Teniendo claro esto, se puede tener una idea de que aspectos se

pueden llegar a analizar, en la parte del diseo experimental, relacionando estas

variables con las variables dependientes o de respuesta.

En esta pre-experimentacin, al igual que a todo el desarrollo del proyecto, s

utiliz caf excelso fresco, tipo Europa, procedente de Ibagu, al cual se le han

extrado los defectos.

3.1 SELECCIN DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES Y SUS

RESPECTIVOS NIVELES

Se tom una muestra de caf verde previamente seleccionado, que se

acondicion a humedades del: 13%, 12% y 10%, las cuales se dejaron estabilizar

durante una semana, para su respectivo equilibrio de humedad.

38

Se tostaron varas muestras para cada porcentaje de humedad, a diferentes

grados de tostacin y temperatura inicial de tostin de 200 C, en un tostador de

tambor giratorio horizontal, comenzando por tostiones de coloracin clara, hasta

llegar a coloraciones oscuras. El punto de tostin inicialmente se control con el


52/189

mtodo tradicional, observando continuamente el caf, sacando una pequea

muestra del tostador hasta obtener visualmente el color deseado.

Despus se seleccionaron las muestras de cada porcentaje de humedad, del tonoms claro hasta el ms oscuro que estuvieran en un rango aproximado de

porcentaje de merma entre el 3% y el 11%, intervalo en el cual puede encontrarse

el caf semitostado, ya que para caf tostado los porcentajes de merma se

encuentran alrededor del 12% y 21%34 y adems, que los tonos por apariencia

visual fueran similares para los tres tipos de caf. A continuacin se pueden

observar estos resultados:

Tabla 5. Comparacin porcentajes de merma para tres porcentajes de

humedad

PORCENTAJES DE HUMEDAD

10% 12% 13%

MUESTRA %MERMA %MERMA %MERMA

1 2.81 4.42 3.84

2 3.29 5.12 4.42

3 4.13 6.50 5.71

4 5.66 7.75 6.36

5 7.81 6.65 8.39

6 9.69 13.98 10.62

Fuente: La Autora (datos experimentales)

En esta tabla se puede observar que al hacer la seleccin de una manera empricacon respecto al color, los porcentajes de merma para una misma muestra

aumentan a medida que el porcentaje de humedad es mayor.

39

34 PARRA. Op.cit., p.16-44


53/189

Tambin se observa que para un porcentaje de humedad del 12%, la merma

siempre fue mayor con respecto a los otros dos porcentajes. Esto se debe a la

manera como se escogieron cada una de las muestras (de forma emprica) es

decir pudo haber algn error en la seleccin.

Para estas mismas muestras se realizaron pruebas de determinacin de color en

el colormetro AGTRON con filtro rojo y discos 03 y 52 (estos discos fueron

cambiados posteriormente al no cubrir todo el rango que se necesitaba para los

semitostados por 03 y 56) y el espectrofotmetro X-RITE (L*), despus de tamizar

con una malla de 500m, con el objeto de relacionar el color obtenido con el

anlisis sensorial y las caractersticas del producto en evaluacin. A continuacinse presenta la tabulacin de estos resultados:

Tabla 6. Comparacin del color para tres porcentajes de humedad en dos

equipos diferentes.

X-RITE (L*) AGTRON (discos 03 y 52)

MUESTRA %H:10% %H:12% %H:13% %H:10% %H:12% %H:13%

1 67.93 66.57 66.15 95 94 94

2 67.10 64.76 63.59 98 95 95

3 58.65 55.14 58.55 87 72 82

4 48.48 48.72 51.67 65 63 71

5 37.66 37.22 38.56 37 40 41

6 30.52 26.46 34.83 25 20 33


Se trabaj con estos dos equipos, ya que ms adelante se realizar una curva de

calibracin para el colormetro AGTRON con respecto a L*, debido a que esta

ltima contribuye en la definicin del color desarrollado durante la tostin.

40


54/189

Se puede observar que para un mismo tono de color, las muestras que tienen

mayor porcentaje de humedad inicial, tambin tienen mayor porcentaje de merma.

Por lo tanto estas variables se pueden correlacionar entre s.

Se realiz la siguiente grfica para observar la relacin entre el porcentaje de

merma y el color en unidades de L*.

L* vs %MERMA

y = 0.2425x3 - 4.8896x2 + 25.323x + 26.975

R2 = 0.9963

y = 0.0182x3 + 0.0336x2 - 8.3521x + 91.8

R2 = 0.996

0

20

40

60

80

0 2 4 6 8 10 12 14 16

%MERMA

L*

%H: 10% %H: 12%%H: 13% Polinmica (%H: 13%)Polinmica (%H: 10%)

Figura 6. Relacin entre L* y el porcentaje de merma para tres porcentajes

de humedad.

De la grfica anterior se puede observar lo siguiente:

Para la curva de humedad del 12% se aprecia un dato experimental (6.65 -

3.68) anmalo, que pudo ser causa de un error experimental.

41


55/189

Existe un traslapo, entre los comportamientos que se observan de los datos de

humedad correspondientes al 12% y 13%.

Para las curvas del 10% y 13% de humedad existe una alta correlacin, casodiferente a la del 12%, debido tal vez a lo mencionado anteriormente.

Despus de haber realizado estos ensayos con diferentes humedades (10%, 12%,

13%) y determinar el porcentaje de merma y color, se verific que el rango de los

semitostados con respecto a la merma podra encontrarse entre el 3% y el 11%,

por lo tanto el color estara directamente relacionado con estos porcentajes.

3.1.1 Porcentaje de humedad inicial para el caf verde. Para el desarrollo de

la experimentacin se decidi tomar el porcentaje de humedad de caf verde

como variable independiente, ya que es un factor que se puede controlar con

facilidad y se puede relacionar con cada una de las variables respuesta, adems,

en el diseo experimental servir como variable de bloqueo.

Segn los ensayos realizados se decidi tomar dos niveles dentro del porcentaje

de humedad de caf verde, estos son del 13% y 10% en el caf verde debido a

los resultados obtenidos anteriormente y por ser dos extremos significativos, ya

que se trabajar con un caf fuera de norma (13%)35 y otro que esta dentro de los

lmites establecidos para la humedad en el caf verde (10%) y se quiere observar

el comportamiento del caf semitostado a estas humedades.

42

35 Actualmente la Federacin Nacional de Cafeteros de Colombia exporta caf verde con humedades entre el10% y 12%, pero aos atrs, algunos exportadores privados ampliaron este rango hasta el 13% de contenidode humedad.


56/189

3.1.2 Grado de Tostacin. Para facilitar la experimentacin se decidi hacer

otros ensayos para determinar, de que manera es ms conveniente tomar el punto

de tostin, para tener un mayor control sobre esta variable debido a los resultados

empricos de color obtenidos en la Tabla 6, anteriormente mencionada.

Para realizar dichos ensayos fue necesario generar una curva de calibracin, que

permite relacionar los dos equipos (AGTRON y X-RITE) y dar las lecturas de color

en trminos de L*, como lo sugiere la norma NTC 244236.

Para esta curva se utilizaron los discos 03 y 56 y el filtro rojo en el colormetro

AGTRON y la lectura del X-RITE en la coordenada L*.

La curva se realiz tomando doce muestras a diferentes puntos de tostin (del

ms claro al ms oscuro) y haciendo tres mediciones por muestra en cada

equipo. Luego se promediaron estas replicas por muestra y por equipo y el

resultado fue la siguiente grfica:

43

36NTC 2442: Op.cit.


57/189

CURVA CALIBRACION AGTRONDISCOS 03 Y 56

L* = 0.0039 (agtron)2 + 0.0646(agtron) + 25.421

R2 = 0.9894

0

20

40

60

80

20 30 40 50 60 70 80 90 100

AGTRON

L*

Figura 7. Curva de Calibracin Colormetro AGTRON

Con la ecuacin generada por esta grfica se construy la tabla de calibracin

correspondiente, tomando valores para AGTRON entre 1 y 100 para cubrir toda la

escala de ste equipo. A continuacin la respectiva tabla:

44


58/189

Tabla 7. Tabla de calibracin para el colormetro AGTRON.

* L.M.: Lectura medida en Agtron

TABLA DE CALIBRACION

COLORIMETRO AGTRON discos 03 y 56 (Filtro Rojo)

Ecuacin: L* = 0.00002*L.M^3 - 0.0002*L.M^2 + 0.2911*L.M + 21.596 R2 = 0.9894

*L.M. L* *L.M. L* *L.M.. L* *L.M. L*

1 25.49 26 29.74 51 38.86 76 52.86

2 25.57 27 30.01 52 39.33 77 53.52

3 25.65 28 30.29 53 39.80 78 54.19

4 25.74 29 30.57 54 40.28 79 54.86

5 25.84 30 30.87 55 40.77 80 55.55

6 25.95 31 31.17 56 41.27 81 56.24

7 26.06 32 31.48 57 41.77 82 56.94

8 26.19 33 31.80 58 42.29 83 57.65

9 26.32 34 32.13 59 42.81 84 58.37

10 26.46 35 32.46 60 43.34 85 59.09

11 26.60 36 32.80 61 43.87 86 59.82

12 26.76 37 33.15 62 44.42 87 60.56

13 26.92 38 33.51 63 44.97 88 61.31

14 27.09 39 33.87 64 45.53 89 62.06

15 27.27 40 34.25 65 46.10 90 62.8316 27.45 41 34.63 66 46.67 91 63.60

17 27.65 42 35.01 67 47.26 92 64.37

18 27.85 43 35.41 68 47.85 93 65.16

19 28.06 44 35.81 69 48.45 94 65.95

20 28.27 45 36.23 70 49.05 95 66.76

21 28.50 46 36.65 71 49.67 96 67.57

22 28.73 47 37.07 72 50.29 97 68.38

23 28.97 48 37.51 73 50.92 98 69.21

24 29.22 49 37.95 74 51.56 99 70.04

25 29.47 50 38.40 75 52.20 100 70.88

Fuente: La Autora

45


59/189

Teniendo esta tabla de calibracin se realizaron los siguientes ensayos:

Ensayo para controlar el grado de tostin por medio del tiempo. Debido a

estudios previos realizados por el laboratorio, se decidi evaluar el tiempo comovariable de control del grado de tostin, para esto se tomaron ocho muestras de

igual peso y se acondicionaron para ser tostadas, se fij un tiempo de tostin de 8

minutos, debido a que con la primera de estas muestras se observ que a ste

tiempo, se podra decir, que se trataba de un semitostado (al ver su coloracin) y

lo podamos fijar para tostar las otras muestras a ste mismo tiempo. Despus de

tener el tiempo se procedi a tostar cada muestra, e inmediatamente se empez a

tomar el tiempo en un cronmetro hasta llegar a los ocho minutos y en esemomento se sac la muestra del tostador y se midi su color, teniendo en cuenta

que la primera y segunda muestra se descartan, la primera porque, fue para

determinar el tiempo y la segunda para dejar estabilizar el tostador. En ste

ensayo se tom una temperatura inicial de tostin de 200C.

Ensayo para controlar el grado de tostin por medio del color visual.Se

realiz un segundo experimento tomando el color visual de forma emprica

(mtodo tradicional), hasta alcanzar la tonalidad del caf deseada. Esto se hizo

tomando ocho muestras de igual peso y se acondicionaron para ser tostadas, pero

esta vez se procedi a tostar determinando el color de manera visual, observando

constantemente la coloracin que iba adquiriendo el caf, teniendo un patrn de

referencia (una muestra previamente tostada) para ir comparando las muestras

con ste. Se introdujeron las muestras al tostador (200 C de temperatura inicial),

y se observaron hasta que tomar cada una tuviera el mismo punto de tostin,luego se midi el color e igual que en el ensayo anterior se descartaron las dos

primeras, una por ser el ensayo para determinar que color se iba a fijar y la

segunda para dejar estabilizar el equipo.

46


60/189

Ensayo para controlar el grado de tostin por medio de la temperatura.

Despus de haber observado el comportamiento del tiempo en el grado de

torrefaccin, se observ que posiblemente la temperatura final de tostin podra

ser otro parmetro de control. Para esto se tomaron seis muestras de igual peso yse acondicionaron para ser tostadas, en ste caso para determinar el punto de

tostin se fij la temperatura final de tostin que en ste caso fue de 168 C, ya

que previamente, con la primera de estas muestras se observ que a esta

temperatura, se podra decir, que se trataba de un semitostado y la podamos fijar

para tostar las otras muestras. Se introdujeron cada una de las muestras a una

temperatura inicial de tostin de 200 C y se esper hasta que llegara a la

temperatura final de tostin de 168C para sacarla del tostador y as medir el color.Se descart la primera muestra por ser de ensayo y para esperar una mayor

estabilizacin del equipo.

Despus de haber realizado estos experimentos se procedi a la tabulacin de los

datos. En cada ensayo se utiliz el colormetro AGTRON para la medicin del

color y luego se expres en trminos de L* que es el patrn de referencia. Ha cada

experimento se le determin el promedio, desviacin y lmites de confianza para

determinar cual de estos era el ms recomendado para controlar el grado de

tostacin como variable independiente. La comparacin de estos resultados fue la

siguiente:

47


61/189

Tabla 8. Comparacin entre tres mtodos para la determinacin del grado

de tostacin

TIEMPO 8 min. COLOR VISUAL TEMP. FINAL 168C

AGTRON L* AGTRON L* AGTRON L*

MEDIA 54.83 44.44 65.17 49.33 64.80 49.14

DESVIACION 7.63 3.57 3.54 1.72 1.30 0.63

61.11 47.38 68.08 50.75 66.04 49.74LMITES DE

CONFIANZA 48.56 41.50 62.25 47.92 63.56 48.53


Al observar esta tabla se puede ver que la temperatura final de tostin es la que

obtiene una menor desviacin tanto en AGTRON como en L*.

Debido a estudios realizados por ALMACAF, se ha observado que controlar el

punto de tostin mediante el tiempo en ste tipo de tostador (tambor giratorio

horizontal), no es muy recomendable debido a las condiciones en que se genera el

calentamiento, a las prdidas de calor por falta de aislamiento y al diseo del

equipo, y adems, el observar el color del grano (color visual) dependedirectamente del criterio de la persona que est tostando, siendo por lo tanto muy

subjetivo. Por esta razn se fijo la temperatura como punto de control para el

grado de tostacin, ya que al observar el comportamiento de esta variable en los

dos mtodos mencionados anteriormente, siempre al llegar a ciertas temperaturas

el color presentaba tonalidades similares y esto se vio en su baja desviacin.

En las siguientes grficas se pueden apreciar los resultados para el punto de

tostin y su comportamiento en cada mtodo:

48


62/189

TIEMPO DE 8 min.

010203040506070

1 2 3 4 5 6

MUESTRA

COLORIMETROS

AGTRON L*

.

Figura 8. Ensayo para el grado de tostin con tiempo de 8 min.

COLOR VISUAL

0

20

40

60

80

1 2 3 4 5 6

MUESTRA

COLORIMETRO

S

AGTRON L*

Figura 9. Ensayo para el grado de tostin por medio del color visual.

49


63/189

TEMP. FINAL DE 168C

0

20

40

60

80

2 3 4 5 6

MUESTRA

COLORIMETRO

AGTRON L*

Figura 10. Ensayo para el grado de tostin con temperatura final de tostin

de 168 C

Despus de haber seleccionado la temperatura final de tostin como parmetro de

control para el grado de tostacin, se realizaron algunos ensayos con otras

temperaturas, para verificar el mtodo:

TEMP. FINAL DE 140C

0

30

60

90

120

1 2 3

MUESTRA

COLORIMETROS

AGTRON L*

50


64/189

TEMP. FINAL 170C

0

10

2030

40

5060

1 2 3

MUESTRA

COLORIMETROS

AGTRON L*

Figura 11. Ensayo de dos temperaturas finales de tostin

Teniendo en cuenta esto y los resultados del porcentaje de merma con relacin a

L* en la Figura 6, se seleccionaron los niveles para grado de tostacin, que para

ste proyecto fueron cinco, que van desde temperaturas de 145C hasta de

173C, distribuidas uniformemente, para cubrir el posible rango de los

semitostados.

3.2 SELECCIN VARIBLES DEPENDIENTES O DE RESPUESTA

Como se observ en el numeral anterior el porcentaje de merma y el color en

trminos de L* son dos de las variables respuesta que sern analizadas durante el

diseo experimental.

Adems, de estas variables se determin que se analizarn (segn normas NTC

vigentes) la densidad aparente, la granulometra, el porcentaje de humedad final y

los slidos solubles tanto del caf verde como del semitostado, y se observarn

las correlaciones entre cada una de ellas y con respecto a las variables

51


65/189

independientes (porcentaje humedad inicial del caf verde y el grado de tostacin

por medio de la temperatura final).

Para la dureza que es un procedimiento que se evaluar por primera vez y por talrazn se hace necesario generar un mecanismo para realizar esta prueba.

En el caso de la dureza, se busc un equipo que reuniera las caractersticas para

la medicin, ya que esta es una variable que no ha sido tratada en el mbito

cafetero nacional. Se ensayaron diferentes tipos de dureza: Para metales y

polmeros (Rockwell, Brinell y Shore A y B)1, pero desafortunadamente las escalas

de medicin eran demasiado amplias y el caf no presentaba valores de dureza

similares a los de estos materiales. Por ltimo se realiz un ensayo con un

penetrmetro para frutas que esta provisto de varias puntas planas que no

permitan la fractura de los granos ms duros de caf; Para solucionar ste

problema s fabric una punta con un ngulo de 30 de inclinacin en acero

inoxidable, que fue debidamente templado, para evitar la deformacin de su punta.

Con ste elemento se logr, que la escala del equipo permitiera cubrir el rango de

dureza de los granos de caf.

Teniendo definidas cada una de las variables independientes y de respuesta se

proceder a la realizacin del diseo experimental correspondiente.

52

1 STUDEMANN, Hans. Op.cit.


66/189

4. DISEO EXPERIMENTAL

Un diseo experimental es una prueba o serie de pruebas en las cuales se

inducen cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso, de

manera que sea posible observar e identificar los cambios en la respuesta de

salida.2

Para el desarrollo del diseo experimental se siguieron las siguientes etapas:

Plantear el objetivo por el cual se desarrolla el diseo experimental.

Establecer condiciones iniciales del proceso.

Definir las variables independientes (factores) y dependientes (variables

respuesta).

Escoger el nmero de niveles para cada factor.

Definir el nmero de replicas por cada combinacin (factor-nivel)

Seleccionar el diseo experimental ms adecuado para el estudio.

Realizacin de los experimentos.

2 MONTGOMERY, Douglas. Diseo y Anlisis de Experimentos. Mxico: Grupo Editorial Iberoamrica 1991.1p.

53


67/189

Desarrollo de una metodologa estadstica

Discusin de resultados.

4.1 OBJETIVO

El objetivo principal de ste diseo experimental es establecer rangos para

considerar un caf como semitostado, es decir, un lmite inferior entre verde y

semitostado y otro superior entre semitostado y tostado, teniendo en cuenta elestudio de algunas de las caractersticas fsicas y su incidencia durante la

experimentacin.

4.2 CONDICIONES INICIALES

A lo largo del proceso de experimentacin se tuvieron en cuenta las siguientes

condiciones:

Durante toda la experimentacin se utiliz un mismo tipo de caf (caf excelso

fresco tipo Europa procedente de Ibagu).

La cantidad de caf para cada una de las muestras fue la misma (800 g).

La torrefaccin se realiz en un solo tostador del tipo tambor giratorio

horizontal de marca SASA SAMIAK.

54


68/189

Los experimentos se realizaron en un mismo da y un mismo lugar para que

las condiciones ambientales (condiciones naturales de luz, temperatura

ambiente, humedad relativa, etc.) fueran las mismas. Adems, se efectuaron

de manera aleatoria.

Todos los equipos fueron previamente calibrados y verificados.

Cada muestra fue empacada y rotulada antes y despus de cada ensayo.

4.3 VARIABLES Y NIVELES

Se seleccionaron las variables que tienen mayor incidencia en el desarrollo de

ste diseo como consecuencia de los ensayos preliminares realizados en el

capitulo 3, como tambin sus respectivos niveles.

Como variables independientes, se analizaron:

Porcentaje de humedad inicial del caf verde: 10% y 13% (bloques)

Temperatura final de tostin (Grado de tostacin): 145C, 152C, 159C,

166C y 173C (tratamientos)

A partir de estas variables independientes, tambin se analizarn seis variables

dependientes o respuesta:

Color (L*, filtros rojo y verde)

Prdida de Peso (%merma)

Dureza

55


69/189

Densidad Aparente

Porcentaje de Humedad Final

Contenido de Slidos Solubles

Al caf verde (materia prima), tambin se le analizarn previamente cada una de

estas variables y, adems, el porcentaje de humedad inicial, la granulometra y

los defectos que pueda tener.

Por cada tratamiento se realizaran tres rplicas o repeticiones, para poder estimar

el error experimental, es decir, si al observar a cada una, estas presentan

diferencias estadsticamente significativas y as poder estimar la precisin delexperimento (reproducibilidad de datos).

4.4 SELECCIN DISEO EXPERIMENTAL

En ste proyecto se decidi tomar como d

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Cafe, Super Chevere

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